JPH01282904A - アンテナ用誘電体レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、誘電体レンズ、特に、アンテナ用として適し
た誘電体レンズに関する。

［従来の技術および課ｍ］ 従来の誘電体レンズとしては、テフロン製のものが既に
知られている。テフロンなどの誘電体を光学系の凸レン
ズのように成形すると、マイクロ波を集束させることが
できる。

しかしながら、テフロン等の樹脂を用いた誘電体レンズ
ではその樹脂の比誘電率が小さく、マイクロ波の十分な
集束を得るためには、レンズ厚みを大きくしなければな
らないという問題がある。

そこで、誘電体レンズの材質にセラミックスを用い、比
誘電率を高めることが考えられる。しかし、その場合に
は、セラミックスの比重が大きいため、誘電体レンズが
重くなってしまうという問題がある。また、大型のもの
を焼成しようとするとクラックが入りやすい等の欠点も
生じる。

さらに、従来の誘電体レンズでは、レンズ面での反射を
少なくする方法として、誘電体レンズ本体の誘電率の平
方根の値となる誘電率を有する材料を約λ／４の厚さで
コーティングする方法が用いられている。その場合に、
前記誘電体層中に空気の泡などを混入することにより、
誘電率を所望値になるよう調整している。しかし、この
従来の構成では、誘電率の調整が容易でなく、正確な調
整が行なえないという問題がある。

本発明の第１の目的は、高い誘電率が得られ、誘電率の
調整が容易に行なえ、しかも軽量であるアンテナ用誘電
体レンズを提供することにある。

本発明の第２の目的は、前記第１の目的を達成し得るア
ンテナ用誘電体レンズにおいて、誘電率の調整が容易か
つ正確に行なえる整合用誘電体層が形成されたアンテナ
用誘電体レンズを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明に係るアンテナ用誘電体レンズは、焼成され
た粉状のセラミックスを、１０〜９０容量％で樹脂に混
合した混合物からなるアンテナ用誘電体レンズである。

第２の発明に係るアンテナ用誘電体レンズは、第１の発
明に係るレンズの表面部に、焼成された粉状のセラミッ
クスと樹脂とを混合した混合物からなる、レンズ面での
電波の反射を少なくするための整合用誘電体層が形成さ
れている。

［作用］ 第１の発明に係るアンテナ用誘電体レンズでは、セラミ
ックスを使用していることから、高い誘電率を得ること
ができるようになり、レンズの厚みを薄くすることが可
能となる。また、セラミックスと樹脂とを混合した混合
物からなるため、セラミックスのみからなる前記改良例
に比べて、軽量の誘電体レンズを得ることができる。し
かも、セラミックスと樹脂との混合比率を種々に設定す
ることによって、所望の誘電率を有する誘電体レンズが
容易に得られる。

第２の発明に係るアンテナ用誘電体レンズでは、整合用
誘電体層がセラミックスと樹脂との混合物からなるため
、その混合比率を任意に設定することにより、前記誘電
体層の誘電率を容易かつ正確に設定することができる。

［実施例］ 第１図は、本発明に係るアンテナ用誘電体レンズの一実
施例の縦断面図である。第１図において、誘電体レンズ
本体１は、光学系の凸レンズに類似した形状に成形され
ている。そして、誘電体レンズ本体１の表面には、レン
ズ面での電波の反射を少なくするための整合用誘電体層
２が形成されている。

なお、レンズ本体１および整合用誘電体層２は、焼成さ
れた粉状のセラミックスと樹脂とを混合した混合物から
構成されている。そして、整合用誘電体層２の誘電率は
、レンズ本体１の誘電率の平方根に概ね一致するように
設定されている。また、レンズ本体１および整合用誘電
体層２は樹脂を含んでいるため、射出成形などの方法を
用いて複雑な形状のものや大型のものが形成可能である
。

使用する材料としては、次のようなセラミックスと樹脂
の混合物が考えられる。セラミックスとしては、たとえ
ば、５ｒＴＩＯ，、ＣａＴｉ０゜やＢａＯ−Ｎｄ２０．
−Ｔｉ０２系などが使用され得る。また、樹脂としては
、テフロン、ポリスチレン、ポリエチレン、メチレンペ
ンテンポリマー、ポリアセトン、ポリプロピレン、ポリ
カーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチ
レンやエポキシ樹脂などが使用され得る。なお、ＣａＴ
ｉ０．の比誘電率εｒは概ね１８０．５ｒＴｉｅ、の比
誘電率ε「は概ね２６０、ＢａＯ−Ｎｄ２０．−Ｔｉ０
２系の比誘電率εｒは概ね９０である。また、テフロン
の比誘電率εｒは概ね２．２、ポリスチレンの比誘電率
ε「は概ね２゜６、エポキシ樹脂の比誘電率ε「は概ね
４．５である。これらのセラミックスと樹脂とを種々の
混合比でそれぞれ組合わせて得られた比誘電率εｒを第
２図に示す。第２図において、■は５ｒＴｔＯ１とテフ
ロンとの混合物、■は５ｒＴｉＯ，とエポキシ樹脂との
混合物、■は５ｒＴｉＯ，とポリスチレンとの混合物、
■はＣａＴｉ０．とテフロンとの混合物、■はＣａＴｉ
Ｏ３とエポキシ樹脂との混合物、■はＣａＴｉ０．とポ
リスチレンとの混合物、■はＢａＯ−Ｎｄ２０．−Ｔｉ
０２とテフロンとの混合物、■はＢａＯ−Ｎｄ２０゜−
Ｔ　ｉ　０２とエポキシ樹脂との混合物、■はＢａＯ−
Ｎｄ２０３−Ｔｉ　０２とポリスチレンとの混合物にお
ける体積比−比誘電率の関係を示している。

第２図で明らかなように、セラミックスと樹脂との混合
比を変えることによって、広い範囲にわたり誘電率を任
意に設定することができることがわかる。したがって、
これらのセラミックスおよび樹脂の混合物は、誘電体レ
ンズ本体１のみならず整合用誘電体層２用として有用で
あることがわかる。

次に、ＣａＴｉ０．（比重−３，９ｇ／ｃｍ３）とエポ
キシ樹脂（比重−１，２ｇ／ｃｍ３）とを混合して得ら
れた混合物を用いた誘電体レンズの比誘電率の変化と、
比重の変化とを第３図に示す。

第３図から明らかなように、本発明に係る混合物からな
る誘電体レンズでは、１００％セラミックスを用いた誘
電体レンズよりも軽量化できることがわかる。たとえば
、比誘電率が３９となるように混合した混合物を用いて
１５０．０ｍｍのレンズを形成した場合には、そのレン
ズ重量は２０８ｇとなった。これに対し、比誘電率が３
９のセラミックスを１００％使用して同一の形状のもの
を形成したときのレンズの重量は３８８ｇであっ、た。

次に、誘電体レンズ１に適合する誘電率を有する整合用
誘電体層２を形成する場合には、たとえば次のように行
なう。誘電体レンズ１用材料としてＣａＴｉＯｓとエポ
キシ樹脂とを体積比で６７：３３となるように混合し、
得られた混合物によって誘電体レンズ１を形成した。そ
して、整合用誘電体層２用材料としてＣａＴｉ０．とエ
ポキシ樹脂とを体積比で２３７７７の割合で混合し、得
られた混合物を用いる。この場合には、第３図からも明
らかなように、誘電体レンズ１の比誘電率εｒの平方根
の値に整合層２の比誘電率εｒが概ね一致することにな
る。これにより、誘電体レンズ１に適合した整合用誘電
体層２が容易に得られる。

また、誘電体レンズ１の比誘電率を２０とし、空気の比
誘電率を１とした場合に、整合用誘電体層２の誘電率の
変化と垂直入射の場合の反射損との関係は第４図のよう
になった。第４図は、誘電体レンズ１の誘電率の平方根
に対する整合用誘電体層２の誘電率の割合と垂直入射の
場合の反射損との関係を示している。なお、横軸は、誘
電体面の比誘電率の平方根で規格化した整合用誘電体層
の比誘電率である。第４図から明らかなように、整合用
誘電体層２の誘電率の誤差を理想的値から±１０％以内
に抑えれば、反射損は０．５ｄＢ以下に抑えることがで
きることがわかる。

次に、本発明に係るアンテナ用誘電体レンズのアンテナ
利得の特性について説明する。

まず、ＣａＴｉ０．とエポキシ樹脂とを混合した混合物
を用いて、比誘電率ε「が概ね２０．０である誘電体レ
ンズを形成した。そして、第５図に示すような実験装置
を用いて誘電体レンズのアンテナ利得を測定した。第５
図において、３は本発明の実施例に係る誘電体レンズを
用いたアンテナ、４は比較のための標準ゲインホーン、
５は受信電力を測定するためのスペクトラムアナライザ
、６は送信用のアンテナ、７は発振装置である。第５図
の装置を用いて、バッチアンテナを一次放射器とした誘
電体レンズアンテナ３の利得の絶対値を、標準ゲインホ
ーン４と比較することによって得た。

得られた結果を第１表に示す。

第　　１　　表 また、本発明の実施例に係る誘電体レンズを用いたアン
テナの周波数−利得特性を第６図に示す。

第６図において、Ａは整合用誘電体層を有する誘電体レ
ンズを用いたアンテナの特性である。Ｂは、整合用誘電
体層を有さない誘電体レンズを用いたアンテナの特性で
ある。なお、Ｃは従来のバッチアンテナ単体の特性を示
している。第６図がら明らかなように、従来のバッチア
ンテナに比べて本発明に係るアンテナによれば大きな利
得が得られる。また、整合用誘電体層を有さないアンテ
ナに比べて、整合用誘電体層を設けた場合のアンテナに
よれば、より高い利得が得られるようになる。

次に、本発明に係る誘電体レンズを衛星放送受信用アン
テナに適用した場合の一例を第７図に示す。第７図は、
衛星放送受信システムの概略を示している。第７図にお
いて、誘電体レンズ１０により集められた放送電波の高
周波信号は、−次放射器１１と、ＢＳコンバータ１２の
ＬＮＡ回路１３とを通じて第１の混合回路１４に与えら
れる。

この第１の混合回路１４では、局部発振回路１５から１
０ＧＨｚ帯の局部発振信号が与えられる。

第１の混合回路１４は局部発振信号に基づいて、高周波
信号の周波数を変換し、ＩＧＨｚ帯の中間周波数信号Ｉ
Ｆ、を出力する。信号ＩＦ、は、ＢＳチューナ１６のＩ
Ｆ増幅回路１７で増幅された後、第２の混合回路１８に
与えられる。第２の混合回路１８には、第２の局部発振
回路１９から別の局部発振信号が与えられている。第２
の混合回路１８では、局部発振信号に基づいて再び周波
数変換を行ない、第２の中間周波数信号を作り、ＩＦフ
ィルタ２０に入力する。ＩＦフィルタを通過した中間周
波数信号は、ＦＭ検波回路２１に入力される。

本発明に係る誘電体レンズは、たとえば第７図のように
衛星放送受信用のアンテナ用として有効に利用すること
が可能である。

［発明の効果］ 第１の発明によれば、セラミックスを用いたことから誘
電率が高くなり、レンズの厚みを薄くすることが可能と
なる。また、セラミックスと樹脂とを混合したことから
、１００％セラミックスを用いた場合に比べて軽量化が
図れるとともに、レンズへの成型性がよくなる。さらに
、セラミックスと樹脂とを混合することから、誘電率の
調整が容易にかつ正確に行なえるようになる。したがっ
て、第１の発明によれば、誘電率の調整が容易かつ正確
にでき、しかも軽量かつ小型のアンテナ用レンズが得ら
れるようになる。

第２の発明によれば、整合層としてセラミックスと樹脂
とを混合した混合物を用いたことから、レンズ本体の誘
電率に整合層の誘電率を容易かつ正確に適合させること
が可能となる。したがって、第２の発明によれば、より
優れたアンテナ利得特性を発揮することのできる誘電体
レンズを得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る誘電体レンズの縦断面図である
。第２図は、体積比と比誘電率との関係を示すグラフで
ある。第３図は、体積比と比誘電率および比重との関係
を示すグラフである。第４図は、誘電体面に整合用誘電
体層を約λ／４の厚みで形成したときの、反射損の特性
を示すグラフである。第５図は、アンテナ利得特性ｎ１
定の際に使用したａＰ３定装蓋装置略図である。・第６
図は、周波数とアンテナ利得との関係を示すグラフであ
る。 第７図は、本発明に係る誘電体レンズを衛星放送受信用
アンテナとして利用した場合の概略囲路図である。 １は誘電体レンズ本体、２は整合用誘電体層である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）焼成された粉状のセラミックスを、１０〜９０容
   量％で樹脂に混合した混合物からなるアンテナ用誘電体
   レンズ。
2. （２）前記レンズの表面部に、焼成された粉状のセラミ
   ックスと樹脂とを混合した混合物からなる、レンズ面で
   の電波の反射を少なくするための整合用誘電体層が形成
   されている請求項１記載のアンテナ用誘電体レンズ。