JP7335043B2 - レンズアンテナ - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 ２０２１年１月２８日開催「ＩＳＡＰ２０２０」にて発表

本開示は、広い周波数帯域で使用する単一指向性のレンズアンテナに関し、特に、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナに関する。

広い周波数帯域で使用可能な単一指向性のアンテナとして、クワッドリッジホーンアンテナやダブルリッジホーンアンテナが広く知られている。例えば、非特許文献１の図１には、垂直偏波と水平偏波で使用可能なクワッドリッジホーンアンテナが記載されている。クワッドリッジホーンアンテナは、広帯域で単一指向性の指向性特性（放射指向性）を有するが、周波数が高くなると、ビームが鋭く細くなるという特性を有する。非特許文献１の図１２及び図１３では、周波数が高くなるほど、マイナス３ｄＢビーム幅の値が小さく、ビームが細くなることが記載されている。具体的には、非特許文献１の図１３（ａ）では、周波数が６ＧＨｚ（ギガヘルツ）のときの、マイナス３ｄＢビーム幅が約１００度であり、周波数が９ＧＨｚのときの、マイナス３ｄＢビーム幅が約７０度であることが記載されている。すなわち、１ＧＨｚ当たり約１０度で、マイナス３ｄＢビーム幅が小さくなっていく。なお、指向性特性を放射パターン特性と称することもある。

ダブルリッジホーンアンテナは、クワッドリッジホーンアンテナの垂直面および水平面のいずれか一方の偏波用のリッジを削除した単一偏波用のホーンアンテナである。ダブルリッジホーンアンテナは、例えば、非特許文献２のFig. 3に記載されている。これらのダブルリッジホーンアンテナ及びクワッドリッジホーンアンテナは、広帯域であるが、周波数が高くなると、そのビーム幅が小さくなるという特性を有する。なお、非特許文献２のFig. 2にも、クワッドリッジホーンアンテナが記載されている。

一般的に、単一指向性のアンテナにおいては、周波数が高くなるほど、そのビーム幅は小さくなることが知られている。周波数が高くなるほど、ビーム幅が小さくなる理由を以下に示す。

ある物理的な開口面積を有するアンテナに対し、そのアンテナの利得は、波長に相当した値となる。例えば、長さ（Ｎ×λ１）の開口直径を有するアンテナを考える。ただし、Ｎは自然数であり、λ１は波長である。ここで、周波数が２倍になると、波長は半分になるので、λ１から０．５λ１になる。よって、この場合、アンテナの開口直径は、（０．５λ１）を単位とするので２倍となる。そして、開口直径が大きくなると、アンテナの利得は増加すると共にビーム幅は小さくなる。

特許文献１には、凸レンズと円錐ホーンを組み合わせたレンズアンテナが記載されている。特許文献１に記載されたレンズアンテナは、アンテナの整合特性を改善する効果があるが、周波数が高くなると、ビーム幅は小さくなる。

特許文献２の００３７段落並びに図１及び図７には、ホーンの構造としての放射器が記載され、００３９段落には、レンズアンテナが記載され、００５９段落並びに図８には、位相補償型フレネルレンズが記載されている。

非特許文献１、非特許文献２、特許文献１、及び特許文献２のいずれにも、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナは記載されていない。

電子情報通信学会論文誌(B) 2014年3月 Vol. J97-B No. 3 pp324-332 IEEEの論文 "Performance Evaluation of Quad-Ridged Horn Antenna in Variation of Its Ridge Profile"（TENCON 2019 - 2019 IEEE Region 10 Conference） 特開平９－３２１５３３号公報 特開２００２－２３７７１７号公報

上記のとおり、非特許文献１、非特許文献２、特許文献１、及び特許文献２のいずれにも、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナに関する記載は無く、このようなアンテナが所望されていた。

本開示の目的は、上述した課題を解決するレンズアンテナを提供することにある。

本開示に係るレンズアンテナは、
第１方向に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、前記第１の導波路内を高周波信号が伝送する導波管部と、
前記導波管部の前記高周波信号が出力する出力端に接続され、前記第１方向に延び、導体で形成され、前記第１方向に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有するホーンアンテナ部と、
前記ホーンアンテナ部の前記高周波信号が出力する出力端における開口部を覆い、前記第１方向と垂直な第１面を有し、誘電体で形成されたレンズベース部と、
前記第１面から前記第１方向に延び、前記第１方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成された複数のコルゲート部と、
を備える。

本開示に係るレンズアンテナは、
第１方向に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、前記第１の導波路内を高周波信号が伝送する導波管部と、
前記導波管部の前記高周波信号が出力する出力端に接続され、前記第１方向に延び、導体で形成され、前記第１方向に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有するホーンアンテナ部と、
前記ホーンアンテナ部の前記高周波信号が出力する出力端における開口部を覆い、前記第１方向と垂直な第１面と前記第１面とは逆側の第２面とを有し、誘電体で形成されたレンズベース部と、
前記第２面から前記第１方向とは逆方向に延び、前記逆方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成された複数の別のコルゲート部と、
を備える。

本開示に係るパラボラアンテナは、
レンズアンテナと、
前記レンズアンテナから出力された高周波信号を反射するパラボラ反射鏡と、
を備え、
前記レンズアンテナは、
第１方向に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、前記第１の導波路内を高周波信号が伝送する導波管部と、
前記導波管部の前記高周波信号が出力する出力端に接続され、前記第１方向に延び、導体で形成され、前記第１方向に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有するホーンアンテナ部と、
前記ホーンアンテナ部の前記高周波信号が出力する出力端における開口部を覆い、前記第１方向と垂直な第１面を有し、誘電体で形成されたレンズベース部と、
前記第１面から前記第１方向に延び、前記第１方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成された複数のコルゲート部と、を有し、
前記パラボラ反射鏡は、
前記第１方向と交差する曲面であって、前記レンズベース部と複数の前記コルゲート部とから出力された前記高周波信号を反射する前記曲面を有する。

本開示によれば、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナを提供することができる。

実施の形態１に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。 実施の形態１に係るレンズアンテナのレンズ部を例示する断面図である。 実施の形態１に係るレンズアンテナの原理を説明するための模式図である。 実施の形態２に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。 実施の形態３に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。 実施の形態４に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。 実施の形態５に係るレンズアンテナを例示する断面図である。 実施の形態６に係るレンズアンテナを例示する断面図である。 実施の形態７に係るパラボラアンテナを例示する断面図である。 実施の形態７の比較例に係るパラボラアンテナを例示する断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。

［実施の形態１］
＜構成＞
図１は、実施の形態１に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。
図１では、レンズアンテナ１１のホーン部１１ａとレンズ部１１ｂとを分離して示す。実際に使用する際には、ホーン部１１ａとレンズ部１１ｂとは接続していることが望ましい。すなわち、ホーン部１１ａとレンズ部１１ｂとの境界は、高周波信号（電波）が漏れないように密着していることが望ましい。
図２は、実施の形態１に係るレンズアンテナのレンズ部を例示する断面図である。
図２は、図１に示す線分Ａ１－Ａ２によるレンズ部の断面図である。

図１に示すように、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１は、誘電体より成るレンズ部１１ｂと導体より成るホーン部１１ａにより構成される。ホーン部１１ａは、導波管部１１１とホーンアンテナ部１１２とを含む。レンズ部１１ｂは、レンズベース部１１３とコルゲート部１１４とを含む。

尚、ホーンアンテナ部１１２は、図１に示すような円錐型の形状であってもよく、これを円錐ホーンアンテナと称する。また、導波管部１１１は、図１に示すような円型の形状であってもよい。また、レンズ部を電波レンズと称することもある。

導波管部１１１は、第１方向Ｘ１に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有する。導波管部１１１の第１の導波路内を高周波信号が伝送する。導波管部１１１は、直径が一定の第１の導波路を有する円形導波管であってもよい。

ホーンアンテナ部１１２は、導波管部１１１の高周波信号が出力する出力端１１１ｐに接続され、第１方向Ｘ１に延びる。ホーンアンテナ部１１２は、導体で形成され、第１方向Ｘ１に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有する。

図１及び図２に示すように、レンズベース部１１３は、ホーンアンテナ部１１２の高周波信号が出力する出力端１１２ｐにおける開口部１１２ｍを覆い、第１方向Ｘ１と垂直な第１面１１３ｓ１を有し、誘電体で形成される。レンズベース部１１３は、第１方向Ｘ１から見て、円形、楕円形、及び多角形のうちのいずれかの形状をしていてもよい。

コルゲート部１１４は、第１面１１３ｓ１から第１方向Ｘ１に延びるように設けられ、第１方向Ｘ１から見て略円筒型、又は、円環状の形状をし、誘電体で形成され、複数の円環状のひだであるコルゲート部を有する。複数のコルゲート部は、例えば、第１のコルゲート部１１４ａと第２のコルゲート部１１４ｂと第３のコルゲート部１１４ｃとで構成され、それらは、第１方向Ｘ１から見て、同心円上に設けられた略円筒型の形状をしている。

複数のコルゲート部のそれぞれの第１方向Ｘ１の長さは異なる。コルゲート部１１４は、第１のコルゲート部１１４ａと、第１のコルゲート部１１４ａの外側に設けられた第２のコルゲート部１１４ｂと、第２のコルゲート部１１４ｂの外側に設けられた第３のコルゲート部１１４ｃと、を有する。

コルゲート部１１４は、内側に行く程、高さが短くなる。すなわち、第１のコルゲート部１１４ａの第１方向Ｘ１の長さは、第２のコルゲート部１１４ｂの第１方向Ｘ１の長さよりも短い。また、第２のコルゲート部１１４ｂの第１方向Ｘ１の長さは、第３のコルゲート部１１４ｃの第１方向Ｘ１の長さよりも短い。なお、第１のコルゲート部１１４ａの第１方向Ｘ１の長さを高さＨａと称し、第２のコルゲート部１１４ｂの第１方向Ｘ１の長さを高さＨｂと称し、第３のコルゲート部１１４ｃの第１方向Ｘ１の長さを高さＨｃと称する。

導波管部１１１に給電された高周波信号は、ホーンアンテナ部１１２の出力端１１２ｐの開口部１１２ｍから放射され、レンズ部１１ｂを通過して空間（空中）に放射される。

＜動作＞
図３は、実施の形態１に係るレンズアンテナの動作原理を説明するための模式図である。
図３に示すように、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１の導波管部１１１に入力した高周波信号Ｈｆは、ホーンアンテナ部１１２の入力部（導波管部１１１の出力端１１１ｐ）で、伝搬路Ｌ１１と伝搬路Ｌ２１に拡散され、高周波信号Ｈｆ１と高周波信号Ｈｆ２として、レンズベース部１１３に入射する。高周波信号Ｈｆ１は、伝搬路Ｌ１２と伝搬路Ｌ１３を通過する。高周波信号Ｈｆ２は、伝搬路Ｌ２２と伝搬路Ｌ２３を通過する。高周波信号Ｈｆ１と高周波信号Ｈｆ２とは、レンズ部１１ｂの開口部で合成される。

高周波信号Ｈｆの伝搬の過程において、伝搬路Ｌ１１～Ｌ１２～Ｌ１３と、伝搬路Ｌ２１～Ｌ２２～Ｌ２３と、の伝搬の長さが同じ場合、高周波信号Ｈｆ１と高周波信号Ｈｆ２とは同位相で合成される。これにより、レンズアンテナ１１の放射指向性は、尖鋭ビームが形成され、ビーム幅も細くなる。

一方、伝搬路Ｌ１１～Ｌ１２～Ｌ１３と、伝搬路Ｌ２１～Ｌ２２～Ｌ２３と、の伝搬の長さが異なり、逆位相となる場合を考える。この場合、高周波信号Ｈｆ１と高周波信号Ｈｆ２とは、逆位相で合成されるので打ち消し合う。これにより、レンズアンテナ１１の放射指向性は、ぼんやりとしたブロードなビームが形成され、ビーム幅は広くなる。

ここで、使用する周波数帯域の中間の周波数の高周波信号Ｈｆが導波管部１１１に入射され、高周波信号Ｈｆ１と高周波信号Ｈｆ２とが第２のコルゲート部１１４ｂの付近を通過する場合を考える。この場合、伝搬路Ｌ１１～Ｌ１２～Ｌ１３を通過する高周波信号Ｈｆ１と伝搬路Ｌ２１～Ｌ２２～Ｌ２３を通過する高周波信号Ｈｆ２との位相差が逆位相になるように、第２のコルゲート部１１４ｂの高さＨｂを設計すれば、第２のコルゲート部１１４ｂの付近から放射される高周波信号（電波）は非常に広い（ブロード）指向性となる。

また、伝搬路Ｌ１１～Ｌ１２～Ｌ１３を通過する高周波信号Ｈｆ１と伝搬路Ｌ２１～Ｌ２２～Ｌ２３を通過する高周波信号Ｈｆ２との位相差が逆位相になるためには、伝搬路Ｌ１１～Ｌ１２～Ｌ１３の長さと伝搬路Ｌ２１～Ｌ２２～Ｌ２３の長さとの位相差が、概ね１８０度となる必要がある。

伝搬路Ｌ１１～Ｌ１２～Ｌ１３と伝搬路Ｌ２１～Ｌ２２～Ｌ２３との位相差は、以下の２つの原因により発生する。
第１の原因：伝搬路Ｌ１１と伝搬路Ｌ２１の長さの差。
第２の原因：伝搬路Ｌ１３が誘電体を通過し、伝搬路Ｌ２３が誘電体を通過しないことによる差。

ここで、第２の原因は、第１の原因よりも影響が大きく支配的である。よって、第２の原因だけを考慮することにする。そこで、誘電体を通過するかしないかの原因による位相差を位相差δとした場合、位相差δは概ね以下のように計算される。

δ［度］＝｛（Ｈｂ／λ－Ｈｂ／（λ／√εｒ）｝×３６０ （式１）
ただし、λは高周波信号の波長であり、εｒは誘電体の実効誘電率である。

式１に基づいて、位相差δが概ね１８０度となるように、高さＨｂを求めれば、波長λに対応する周波数において、第２のコルゲート部１１４ｂの付近から放射される高周波信号（電波）は非常に広い（ブロード）指向性になる。

一方、伝搬路Ｌ２１より内側、すなわち、第１のコルゲート部１１４ａの付近を通過する高周波信号は、第１のコルゲート部１１４ａの高さＨａが高さＨｂよりも低いので、位相差δはさらに小さくなり、同相に近くなる。

ホーンアンテナ部１１２は、一種の開口面アンテナであるため、ホーンアンテナ部１１２に入射した高周波信号Ｈｆは、ホーンアンテナ部１１２の出力端１１２ｐで、アンテナの開口面の大きさに応じたビームが形成される。すなわち、使用する周波数帯域のうちの低域の周波数では波長が長いため、ホーンアンテナ部１１２の出力端１１２ｐでは比較的広い（ブロード）指向性になり、高周波信号Ｈｆは、第１のコルゲート部１１４ａ～第３のコルゲート部１１４ｃの全面に行き渡る形となる。

一方、使用する周波数帯域のうちの高域の周波数では波長が短いため、ホーンアンテナ部１１２の出力端１１２ｐでは比較的細い（シャープ）指向性になるため、高周波信号Ｈｆは、第１のコルゲート部１１４ａよりも内側に集中する形となる。

また、使用する周波数帯域のうちの中間の周波数では波長が低域の周波数の場合よりも短いため、ホーンアンテナ部１１２の出力端１１２ｐでは低域の周波数の場合よりもビームが絞られる。このため、高周波信号Ｈｆは、第２のコルゲート部１１４ｂよりも内側に集中する形となる。

以上説明したような伝搬路の特徴を考慮すると、コルゲート部の高さは以下のように決定することが望ましい。
・第１のコルゲート部１１４ａの高さＨａは、使用する周波数帯域のうちの低域の周波数で、位相差δが１８０度となるような高さに決定する。
・第２のコルゲート部１１４ｂの高さＨｂは、使用する周波数帯域のうちの中域の周波数で、位相差δが１８０度となるような高さに決定する。
・第３のコルゲート部１１４ｃの高さＨｃは、使用する周波数帯域のうちの高域の周波数で、位相差δが１８０度となるような高さに決定する。

これにより、低域の周波数～高域の周波数に渡ってビーム幅は広い（ブロード）指向性になる。すなわち、周波数変化に対するビーム幅の変化は小さくなる。そして、周波数が高くなった場合でもビーム幅が小さくなる割合（度合）を低減することができる。

その結果、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナを提供することができる。

なお、コルゲート部１１４の数が１個でも、コルゲート部の高さを中域の周波数で位相差δが１８０度となるような高さに決定することで、コルゲート部が無い場合と比べて、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することができる。

ここで、コルゲート部の高さの特徴を以下に示す。
複数のコルゲート部１１４のうちの所定のコルゲート部の高さは、高周波信号Ｈｆの周波数帯域のうちの所定の周波数において、第１の伝搬路と第２の伝搬路との位相差δが所定の範囲内となるように決定される。所定の範囲内とは、例えば、約１８０度程度、すなわち、１８０±１０度としてもよい。

第１の伝搬路は、導波管部１１１に入力してからホーンアンテナ部１１２を通過し、所定のコルゲート部を通過するまでの伝搬路である。

第２の伝搬路は、導波管部１１１に入力してからホーンアンテナ部１１２を通過し、所定のコルゲート部と所定のコルゲート部よりも１つ内側のコルゲート部との間の第１面１１３ｓ１を通過するまでの伝搬路である。

なお、実施の形態１においては、コルゲート部１１４の数として３個を例に挙げて説明したが、これには限定されない。コルゲート部１１４の数は３個以外の数でもよい。また、コルゲート部の数は、より多い方がビーム幅の変動の緩和の効果が大きいので、製造コスト等の許容範囲内でなるべく多くすることが望ましい。

また、高さＨｃは、低域よりも中域に近い周波数で、高さＨｂは、中域よりも高域に近い周波数で位相差δを１８０度となるようにすることで、より広い帯域でビーム幅の変動を低減することができる。よって、そのように高さＨｃと高さＨｂを決定することが望ましい。

また、ホーンアンテナ部１１２として、円錐ホーンアンテナの代わりに、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、スロットアンテナ、パッチアンテナ、ヘリカルアンテナ、スパイラルアンテナ、及び対数周期アンテナ等のうちのいずれかのアンテナ（素子）を用いてもよい。

［実施の形態２］
図４は、実施の形態２に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。
図４に示すように、実施の形態２に係るレンズアンテナ２１は、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１と比べて、円錐型のホーン部１１ａの代わりに、角錐型のホーン部２１ａを用いる点が異なる。すなわち、ホーン部２１ａの導波管部２１１は角型の形状をしており、ホーン部２１ａのホーンアンテナ部２１２は角錐型の形状をしている。

角錐型のホーン部２１ａは、導体で形成された内部及び外部が角錐型のホーンアンテナ部２１２と、方形（角型）の導波管部２１１と、が接合された構成である。

角錐型のホーン部２１ａの方形の導波管部２１１に給電された高周波信号Ｈｆは、ホーンアンテナ部２１２の出力端２１２ｐの開口部２１２ｍから放射され、レンズ部１１ｂを通過して空間（空中）に放射される。この際、コルゲート部の高さを適切に決定することにより、レンズ部１１ｂが実施の形態１で説明したように動作させ、周波数が高い場合でも、ビーム幅が小さくならないようにすることができる。その結果、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナを提供することができる。

［実施の形態３］
図５は、実施の形態３に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。

図５に示すように、実施の形態３に係るレンズアンテナ３１は、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１と比べて、ホーンアンテナ部１１２の内部（第２の導波路）にクワッドリッジ部３１２をさらに有する点が異なる。クワッドリッジ部３１２は、第１のリッジ部３１２ａと第２のリッジ部３１２ｂとを有する。

レンズアンテナ３１は、誘電体で形成されたレンズ部１１ｂと、外形が円又は楕円の導体で形成されたホーン部３１ａと、により構成される。ホーン部３１ａは、内部にクワッドリッジ部３１２を有するホーンアンテナ部１１２と、円形の導波管部１１１とが接合された構成である。

第１のリッジ部３１２ａは、第１方向Ｘ１を含む第１の平面を有する板状の形状をしている。第２のリッジ部３１２ｂは、第１方向Ｘ１を含む第２の平面を有し、第１のリッジ部３１２ａと交差する板状の形状をしている。

円形の導波管部１１１に給電された高周波信号Ｈｆは、ホーンアンテナ部１１２の出力端１１２ｐの開口部１１２ｍから放射され、レンズ部１１ｂを通過して空間（空中）に放射される。レンズ部１１ｂから放射される高周波信号Ｈｆのビーム幅は、コルゲート部の高さを適切に決定することにより、周波数が高い場合でもビーム幅が小さくならないようにすることができる。その結果、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナを提供することができる。

なお、クワッドリッジの代わりにダブルリッジを使用してもよい。クワッドリッジを使用したホーンアンテナをクワッドリッジホーンアンテナと称し、ダブルリッジを使用したホーンアンテナをダブルリッジホーンアンテナと称する。

［実施の形態４］
図６は、実施の形態４に係るレンズアンテナを例示する斜視図である。

図６に示すように、実施の形態４に係るレンズアンテナ４１は、実施の形態３に係るレンズアンテナ３１と比べて、角錐型のホーンアンテナ部２１２と方形の導波管部２１１を使用する点が異なる。

レンズアンテナ４１は、誘電体で形成されたレンズ部１１ｂと、外形が角錐型の導体で形成されたホーン部４１ａと、により構成される。ホーン部４１ａは、内部にクワッドリッジ部３１２を有するホーンアンテナ部２１２と、方形の導波管部２１１とが接合された構成である。

方形の導波管部２１１に給電された高周波信号Ｈｆは、ホーンアンテナ部２１２の出力端２１２ｐの開口部２１２ｍから放射され、レンズ部１１ｂを通過して空間（空中）に放射される。レンズ部１１ｂから放射される高周波信号Ｈｆのビーム幅は、コルゲート部の高さを適切に決定することにより、周波数が高い場合でもビーム幅が小さくならないようにすることができる。その結果、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナを提供することができる。

なお、クワッドリッジの代わりにダブルリッジを使用してもよい。

［実施の形態５］
図７は、実施の形態５に係るレンズアンテナを例示する断面図である。

図７に示すように、実施の形態５に係るレンズアンテナ５１は、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１と比べて、レンズ部１１ｂの向きが逆向きである点が異なる。すなわち、複数の別のコルゲート部１１５が、レンズベース部１１３の第２面１１３ｓ２に設けられている。レンズアンテナ５１の動作原理はレンズアンテナ１１と同じであるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

ここで、レンズアンテナ５１の構成を以下に示す。
レンズアンテナ５１は、ホーン部１１ａとレンズ部５１ｂとを備える。ホーン部１１ａは、導波管部１１１とホーンアンテナ部１１２とを有する。レンズ部５１ｂは、レンズベース部１１３と複数の別のコルゲート部１１５とを有する。実施の形態１に係るコルゲート部１１４と区別するため、実施の形態５に係るコルゲート部を、別のコルゲート部１１５と称する。

導波管部１１１は、第１方向Ｘ１に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、第１の導波路内を高周波信号Ｈｆが伝送する。

ホーンアンテナ部１１２は、導波管部１１１の高周波信号Ｈｆが出力する出力端１１１ｐに接続され、第１方向Ｘ１に延び、導体で形成され、第１方向Ｘ１に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有する。

レンズベース部１１３は、ホーンアンテナ部１１２の高周波信号Ｈｆが出力する出力端１１２ｐにおける開口部１１２ｍを覆い、第１方向Ｘ１と垂直な第１面１１３ｓ１と第１面１１３ｓ１とは逆側の第２面１１３ｓ２とを有し、誘電体で形成されている。

複数の別のコルゲート部１１５は、第２面１１３ｓ２から第１方向Ｘ１とは逆方向に延び、逆方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成されている。複数の別のコルゲート部１１５は、第１のコルゲート部１１５ａと第２のコルゲート部１１５ｂと第３のコルゲート部１１５ｃとを有する。

［実施の形態６］
図８は、実施の形態６に係るレンズアンテナを例示する断面図である。

図８に示すように、実施の形態６に係るレンズアンテナ６１は、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１と比べて、コルゲート部がレンズベース部１１３の両側に設けられている点が異なる。レンズアンテナ６１の動作原理はレンズアンテナ１１と同じであるので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

レンズアンテナ６１の構成を以下に示す。
レンズアンテナ６１は、ホーン部１１ａとレンズ部６１ｂとを備える。ホーン部１１ａは、導波管部１１１とホーンアンテナ部１１２とを有する。レンズ部６１ｂは、レンズベース部１１３と複数のコルゲート部１１４と複数の別のコルゲート部１１５とを有する。

レンズアンテナ６１は、レンズアンテナ１１と比べて、レンズベース部１１３とホーンアンテナ部１１２との間に複数の別のコルゲート部１１５をさらに備える点が異なる。すなわち、レンズベース部１１３の両面に、誘電体で形成された複数の環状のコルゲート（ひだ）部を備える。

複数の別のコルゲート部１１５のそれぞれは、レンズベース部１１３の第１面１１３ｓ１とは逆側の第２面１１３ｓ２から第１方向Ｘ１とは逆方向に延び、該逆方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成されている。複数の別のコルゲート部１１５は、第１のコルゲート部１１５ａと第２のコルゲート部１１５ｂと第３のコルゲート部１１５ｃとを有する。

［実施の形態７］
図９は、実施の形態７に係るパラボラアンテナを例示する断面図である。
図１０は、実施の形態７の比較例に係るパラボラアンテナを例示する断面図である。

図９に示すように、実施の形態７に係るパラボラアンテナ７１は、実施の形態１に係るレンズアンテナ１１とパラボラ反射鏡１２とを備える。パラボラ反射鏡１２は、レンズアンテナ１１から出力（放射）された高周波信号Ｈｆを反射する。

レンズアンテナ１１は、例えば、クワッドリッジホーンアンテナやダブルリッジホーンアンテナである。レンズアンテナ１１の構成の詳細は、実施の形態１で説明したので、ここでは説明を省略する。

パラボラ反射鏡１２は、第１方向Ｘ１と交差する曲面であって、レンズベース部１１３と複数のコルゲート部１１４とから出力された高周波信号Ｈｆを反射する曲面１２ｓ１を有する。

パラボラアンテナ７１は、一次放射器として使用されるレンズアンテナ１１と、パラボラ反射鏡１２と、を組み合わせることにより、広い周波数帯域で、高能率であり高利得のアンテナを実現する。

パラボラアンテナ７１の一次放射器（レンズアンテナ１１）からパラボラ反射鏡１２に照射する高周波信号Ｈｆ（電波）は、図９に示す指向性のように、一様に照射することが望ましい。図１０に示す指向性のように、照射する高周波信号Ｈｆのビーム幅が小さい場合、パラボラ反射鏡１２の一部に高周波信号Ｈｆが集中し、パラボラ反射鏡１２の能率が低下し、パラボラ反射鏡１２の大きさに相応する利得を得ることが難しい。

従って、一次放射器（レンズアンテナ１１）として、広い周波数帯域でビーム幅の変化が小さく、すなわち、周波数が高くなった場合でもビーム幅が小さくならないアンテナの必要になる。

パラボラアンテナ７１は、一次放射器にレンズアンテナ１１を用いることにより、周波数が高くなった場合でもビーム幅が小さくなる割合（度合）を低減することができる。その結果、周波数変化に対する指向性特性の変動を低減することが可能なレンズアンテナを提供することができる。このようにして、レンズアンテナをパラボラアンテナの一次放射器として用いることにより、高能率、高利得のパラボラアンテナを実現することができる。

また、大口径のパラボラアンテナを設置するには、広い敷地が必要となる。このため、レンズアンテナを用いたパラボラアンテナを使用することにより、複数の周波数帯域を集約して機能を共有できるので、広い設置場所が必要では無くなりコストを低減することができる。

なお、いくつかの特定の実施の形態の詳細が上記の議論に含まれているが、これらは本開示の範囲に対する制限としてではなく、特定の実施の形態に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施の形態の文脈で説明される特定の特徴は、単一の実施の形態に組み合わせて実装されてもよい。逆に、単一の実施の形態の文脈で説明される様々な特徴は、複数の実施の形態で別々にまたは任意の適切な組み合わせで実装されてもよい。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１１、２１、３１、４１、５１、６１…レンズアンテナ
７１…パラボラアンテナ
１１ａ、２１ａ、３１ａ、４１ａ…ホーン部
１１ｂ、５１ｂ…レンズ部
１２…パラボラ反射鏡
１２ｓ１…曲面
１１１、２１１…導波管部
１１１ｐ、１１２ｐ、２１２ｐ…出力端
１１２ｍ、２１２ｍ…開口部
１１２、２１２…ホーンアンテナ部
３１２…クワッドリッジ部
３１２ａ…第１のリッジ部
３１２ｂ…第２のリッジ部
１１３…レンズベース部
１１３ｓ１…第１面
１１３ｓ２…第２面
１１４…コルゲート部
１１４ａ…第１のコルゲート部
１１４ｂ…第２のコルゲート部
１１４ｃ…第３のコルゲート部
１１５…別のコルゲート部
１１５ａ…第１のコルゲート部
１１５ｂ…第２のコルゲート部
１１５ｃ…第３のコルゲート部
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３…伝搬路
Ｈｆ、Ｈｆ１、Ｈｆ２…高周波信号
Ｈａ、Ｈｂ、Ｈｃ…高さ
δ…位相差
λ…波長
εｒ…実効誘電率
Ｘ１…第１方向

Claims (10)

1. 第１方向に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、前記第１の導波路内を高周波信号が伝送する導波管部と、
   前記導波管部の前記高周波信号が出力する出力端に接続され、前記第１方向に延び、導体で形成され、前記第１方向に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有するホーンアンテナ部と、
   前記ホーンアンテナ部の前記高周波信号が出力する出力端における開口部を覆い、前記第１方向と垂直な第１面を有し、誘電体で形成されたレンズベース部と、
   前記第１面から前記第１方向に延び、前記第１方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成された複数のコルゲート部と、
   を備えるレンズアンテナ。
2. 複数の前記コルゲート部のそれぞれの前記第１方向の長さは異なる、
   請求項１に記載のレンズアンテナ。
3. 複数の前記コルゲート部は、第１のコルゲート部と、前記第１のコルゲート部の外側に設けられた第２のコルゲート部と、前記第２のコルゲート部の外側に設けられた第３のコルゲート部と、を有する、
   請求項１又は２に記載のレンズアンテナ。
4. 前記第１のコルゲート部の前記第１方向の長さは、前記第２のコルゲート部の前記第１方向の長さよりも短く、
   前記第２のコルゲート部の前記第１方向の長さは、前記第３のコルゲート部の前記第１方向の長さよりも短い、
   請求項３に記載のレンズアンテナ。
5. 複数の前記コルゲート部のうちの所定のコルゲ－ト部の高さは、前記高周波信号の周波数帯域のうちの所定の周波数において、第１の伝搬路と第２の伝搬路との位相差が所定の範囲内となるように決定され、
   前記第１の伝搬路は、前記導波管部に入力してから前記ホーンアンテナ部を通過し、前記所定のコルゲート部を通過するまでであり、
   前記第２の伝搬路は、前記導波管部に入力してから前記ホーンアンテナ部を通過し、前記所定のコルゲート部と前記所定のコルゲート部よりも１つ内側のコルゲート部との間の前記第１面を通過するまでである、
   請求項１から４のいずれか１つに記載のレンズアンテナ。
6. 前記導波管部は、円型又は角型の形状をしており、
   前記ホーンアンテナ部は、円錐型又は角錐型の形状をしている、
   請求項１から５のいずれか１つに記載のレンズアンテナ。
7. 前記ホーンアンテナ部の内部にクワッドリッジ部をさらに有し、
   前記クワッドリッジ部は、
   前記第１方向を含む第１の平面を有する板状の第１のリッジ部と、
   前記第１方向を含む第２の平面を有し、前記第１のリッジ部と交差する板状の第２のリッジ部と、を有する、
   請求項１から６のいずれか１つに記載のレンズアンテナ。
8. 前記レンズベース部と前記ホーンアンテナ部との間に複数の別のコルゲート部をさらに備え、
   複数の前記別のコルゲート部のそれぞれは、
   前記レンズベース部の前記第１面とは逆側の第２面から前記第１方向とは逆方向に延び、前記逆方向から見て前記略円筒型の形状をし、誘電体で形成される、
   請求項１から７のいずれか１つに記載のレンズアンテナ。
9. 第１方向に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、前記第１の導波路内を高周波信号が伝送する導波管部と、
   前記導波管部の前記高周波信号が出力する出力端に接続され、前記第１方向に延び、導体で形成され、前記第１方向に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有するホーンアンテナ部と、
   前記ホーンアンテナ部の前記高周波信号が出力する出力端における開口部を覆い、前記第１方向と垂直な第１面と前記第１面とは逆側の第２面とを有し、誘電体で形成されたレンズベース部と、
   前記第２面から前記第１方向とは逆方向に延び、前記逆方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成された複数の別のコルゲート部と、
   を備えるレンズアンテナ。
10. レンズアンテナと、
    前記レンズアンテナから出力された高周波信号を反射するパラボラ反射鏡と、
    を備え、
    前記レンズアンテナは、
    第１方向に延び、導体で形成された第１の筒型の形状の第１の導波路を有し、前記第１の導波路内を高周波信号が伝送する導波管部と、
    前記導波管部の前記高周波信号が出力する出力端に接続され、前記第１方向に延び、導体で形成され、前記第１方向に行く程に開口面積が大きくなる第２の筒型の形状の第２の導波路を有するホーンアンテナ部と、
    前記ホーンアンテナ部の前記高周波信号が出力する出力端における開口部を覆い、前記第１方向と垂直な第１面を有し、誘電体で形成されたレンズベース部と、
    前記第１面から前記第１方向に延び、前記第１方向から見て略円筒型の形状をし、誘電体で形成された複数のコルゲート部と、を有し、
    前記パラボラ反射鏡は、
    前記第１方向と交差する曲面であって、前記レンズベース部と複数の前記コルゲート部とから出力された前記高周波信号を反射する前記曲面を有する、
    パラボラアンテナ。

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