JPH03178204A - フレネルレンズ式アンテナ - 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、衛星放送の受信に用いられるフレネルレンズ
式アンテナに関する。

〔従来の技術〕

従来、衛星放送を受信するための受信アンテナには、パ
ラボラアンテナやマイクロストリップアレイアンテナが
知られている。このうちパラボラアンテナは、第１１（
斜視図）に示すごとく、回転放物面により形成された反
射鏡２１と一次放射器２２とで構成され、−次放射器２
２は反射５３４２１の焦点に位置するように設けられて
いる。このように構成されたパラボラアンテナでは、衛
星から送信された電波が反射鏡２１で反射されて一次放
射器２２に入力される。なお、第１１図中の符号２３は
ＢＳコンバーターを示す。

一方、マイクロストリップアレイアンテナは、第１２図
に示すごとく、層状構造を有する平面アンテナであり、
放射素子の導体をアレイに組みマイクロストリップ基板
上に分岐回路と整合回路とで構成されている。なお、第
１２図中の符号２４はストリップアレイ、２５は誘電体
、２６はグランド板を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上述のような従来の衛星放送受信用アンテナ
は、取付けに際し、基礎工事を必要とするほか、衛星を
望む方向に対しての仰角や方位角の調整を必要とするた
め、設置に時間と手数を要するという問題点があった。

特にパラボラアンテナは、ｆｌｌＩ造上風圧荷重が大き
いため風の影響を受けやすく、風圧によりアンテナの仰
角や方位角がずれて受信レベルが極端に低下するおそれ
があり、さらにその−次放射器の開口部や反射鏡への積
雪により受信レベルが低下する等のアンテナの特性が気
象条件の影響を受けやすいという問題点があった。一方
マイクロストリップアレイアンテナは、薄い平面構造で
あるため風圧や雪害には強いが、波長に比較して非常に
薄い誘電体をはさんだグランド板とストリップの長い線
路を通して各放射素子に電力が給電されるため、導体損
失や誘電体損失が大きいという問題点があった。さらに
、いずれの場合もアンテナは三次元構造を有するため、
設置空間として大きな空間を要するという問題点もあっ
た。

本発明は、これらの問題点を解決しようとするもので、
建物の窓ガラス等に張り（＝ｆけるだけで設置すること
ができて、特に設置空間を必要とせずさらにアンテナの
特性の気象条件による影響を少なくできるとともに価格
を大幅に低減させた衛星受信用に好適なフレネルレンズ
式アンテナを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

ここで、フレネルレンズについて説明すると、電気的路
程がレンズ媒質によって増加することを利用して、フレ
ネルレンズの平面側表面上のすべての点から受信点に至
る電波伝搬路の電気的距離が等しいようにレンズを形成
すると、送信点からフレネルレンズを通り受信点に到達
する電波をすべて同位相で受信点に供給することができ
る。

本発明は、このようなフレネルレンズを用いて上述の目
的を達成しようとするものであり、本発明の請求項（１
）および（２）に記載のフレネルレンズ式アンテナは、
一方の面が建物の窓ガラスに対する接着面としての平面
状に形成された誘電体の成形品からなるフレネルレンズ
と受信用ビツクア・ノブをそなえ、上記フレネルレンズ
が建物の窓ガラス等に上記平面状の面で接着可能に構成
された点を特徴とし、また同（３）に記載のフレネルレ
ンズ式アンテナは、受信用ピックアップアンテナがフレ
ネルレンズの焦点位置に配設されていることを特徴とし
ている。

〔作　　用〕

上述の本発明のフレネルレンズ式アンテナでは、フレネ
ルレンズが電波を集中させ、電界強度を上昇させる作用
を行なうとともに、フレネルレンズの一方の面が平面状
に形成されてこの面が建物の窓ガラス等に接着可能に構
成されているので、アンテナの取付Ｇ−Ｊが容易に行な
える。

〔実　施　例〕

以下、図面により本発明の実施例としてのフレネルレン
ズ式アンテナにいて説明すると、第１〜４図は本発明の
第１実施例としてのフレネルレンズ式アンテナを示すも
ので、第１図はその概観図であり、第２（２１はそのフ
レネルレンズの設計に用いる座標系説明図であり、第３
図はその一般計例のフレネルレンズ式アンテナの中央縦
断面図であり、第４図は同横断面図である。第５，６図
は本発明の第２実施例としてのフレネルレンズを示すも
ので、第５図はその一般計例のフレネルレンズの中央縦
断面図であり、第６図は同横断面図であり、第７図は本
発明の第３実施例を示すフレネルレンズ式アンテナの説
明図であり、第８図は本発明の第４実施例を示すフレネ
ルレンズ式アンテナの説明図である。

第１，２図に示すように、フレネルレンズ１は、これを
通り受信用ピックアップアンテナ４と衛星８とを結ぶ全
ての光路の電気的路程が等しいように、そのレンズ形状
が設計され〈詳しくは後述）、衛星８から送信された電
波がフレネルレンズ１によって集中され電界強度を上昇
されて同位相で受信用ビックツブアンテナ４に受信され
る。

その具体例をフレネルレンズ１の縦方向の平凸レンズ型
レンズ表面の式で示めせば、第２図において、フレネル
レンズ１はＸＹ平面上にあり、衛星８はＺ軸上にあるも
のとする。そして、第９図において、フレネルレンズの
原理より光路ＦＰの電気的距離と光路ＦＱの電気的距離
は同一でなければならない、したがって、レンズＡの周
囲の媒体が空気（または真空）とすると、レンズの縦方
向の表面は、 となる。

ここで、 θ０−衛星の仰角 α−誘電体で屈折されたθ。の角度 λ。−自由空間（空気中または真空中）における波長 λｄ−レンズ中にむける波長 一ユニー屈折率 λｄ Ｆ＝フレネルレンズの焦点 り一仰角αの場合の焦点ＦからレンズＡの凸面側表面ま
での距離 次に、レンズＡの横方向について検討するに、第１０図
（フレネルレンズの横断面図〉において、レンズの横方
向の表面は、上述の場合と同様に、生−ＲＬ、−）−、
−ＲすＰＬ辷胆二 λ０　　λ。　　　　　λｄ となる。

そして、式（１）と式（２）とから、フレネルレンズの
凸状部の形状は、 で与えられる。

ここで、 − 焦点下からフレネルレンズＡの凸面副 表面までの距離 − 仰角αの場合の焦点下からフレネルレ ンズＡの凸面側表面までの距離 φ一方位角 第３．４図は、１例としてＬ＝１．Ｏｎ、θ＝３８゜ｎ
＝１．５とした場合のフレネルレンズ１の設計例を３７
２０の縮尺で示すもので、実際にはフレネルレンズ１の
縦方向の最大径は１．０−となる。

一般家庭において窓枠に用いるときは、横幅は０．５〜
０．９−が適当である。なお、第３図はそれの中央縦断
面１２Ｉ（φ−０°）であり、第１１図はそれの横断面
図である。

このようなフレネルレンズｌは不透明なポリエチレン等
の誘Ｔｈ体で構成され、削り成形あるいは型成形によっ
てフレネルレンズ１の平凸レンズ型形状を製作すること
ができる。

フレネルレンズを、透明な誘電体材料を用いて構成した
場合は、太陽光がフレネルレンズによって焦点を結び危
険であるので、誘電体材料に太陽光を遮断する塗料を混
ぜたり塗布したりして太陽光を通過しないフレネルレン
ズを構成することが必要である。

またフレネルレンズ１の平面側には接着剤が塗布されて
おり、この面でフレネルレンズ↓は窓ガラス９に容易に
装着することができる。

さらに、第１図に示すように、フレネルレンズ１の焦点
位置Ｆにはフレネルレンズ１によって集中および電界強
度が上昇された電波をビックアンプするべく受信用ピッ
クアップアンテナ４が設けられている。この受信用ピッ
クアップアンテナ４は放射器５およびコンバーター６で
構成されており、−ｉ的には放射器５はコンバーター６
と一体になっている。なお、受信用ピックアップア〉・
テナ４は、角度・高さの変化可能なスタンド７によって
支持・固定されるのが望ましい。第■図において放射器
５はホーンの椙造として示されているが、スパイラル、
グイボール、ス１〜リップ線路、スロット等のアレーで
構成してもよいことはいうまでもない。

本実施例のものでは、次のような利点を有する。

フレネルレンズの平面側表面に接着剤を塗布し、フレネ
ルレンズを窓ガラス等に装着可能に構成されているのて
、アンテナ取付けの基礎工事や衛星を望む方向に対して
の仰角　方位角の調整が不必要となって、アンテナの設
置が容易となるばかりか、受信用ピックアップアンテナ
を室内に設置するため、風圧」３よび雪害の影響がなく
、アンテナの特性の気象条件による影響がない、また、
フレネルレンズと受（２川ピックアップアンテナとが互
いに独立しているとともに、フレネルレンズＧｉ窓ガラ
ス等に装着されているため、設置空間には受信用ピック
アップアンテナのみを配設する空間を必要とするだけで
、従来の′ｆＨＪ星受信用アンテナが設置に要する空間
を大幅に減少することが可能となる。なお、フレネルレ
ンズ式アンテナの調整は受信用ピックアップアンテナの
高さおよび角度をスタンドで変化することで可能となる
。さらに、その構成部材が、従来の衛星受信用アンテナ
を構成する構成部材に比較して大幅に少なく、また、構
成部材であるフレネルレンズと受信用ピックアップアン
テナが互いに独立しているため製造が容易となり、これ
ら製品部材数の減少・製造の容易化は製造コストの低減
をはかり安価な衛星受信用アンテナの供給を可能とする
。なお、フレネルレンズによって集中され、電界強度が
上昇した電波は受信用とツクアップアンテナにピックア
ップされるべく自由空間を伝播するので銹重本損失の考
慮は不必要である。

次に、本発明の第２実施例を第５．６図により説明する
。

この実施例が上述の第１実施例と異なる点は、フレネル
レンズ２にゾーニングが形成されている点である。すな
わち本発明では、フレネルレンズ１が、これを通り受信
用ピックアンプアンブナ４と衛星８を結ぶ全ての光路の
電気的路程を等しくして位相をきわせるように平凸レン
ズ型形状に設計された点を基本としているが、フレネル
レ〉・ズ１の前面で位相が部分的に２πの整数倍ずれて
いても同様の効果が得られるという原理を利用して、レ
ンズ表面に段階（ゾーニング）をつけて、レンズ全体の
体積を減らしたものが第２実胞例である。

そのゾーニングの一般計例が、第５，６図であり、第５
図力吐述の第３（２Ｉに、また第６１２１が上述の第４
図にそれぞれ対応している。

このようなフレネルレンズ２では、フレネルレンズ１の
体積を減らずことができるので、誘電体材料が少なくて
よく製造コス１−を低減することが可能となる。その他
の作用・効果は上述の第１実施例の場３と同様である。

次に１本発明の第３実施例を第７図により説明する。

この実施例が上述の第１実施例と異なる点は、フレネル
レンズ３の平面状の面に金属製反射板１０を配設して反
射型フレネルレンズを形成し、その金属製反射板ＩＯを
利用して建物等に反射型フレネルレンズを装着できるよ
うにした点である。

このような構成の反射型フレネルレンズでは、電波を金
属製反射板ｌＯで反射しながらフレネルレンズ３で集中
し電界強度を上昇させている。

また、反射型フレネルレンズにゾーニングを施すことも
可能であり、さらに、衛星８から送信された電波を受信
する受信用ピンクアンプアンテナ４を反射型フレネルレ
ンズと一体に設けることも可能である。

この反射型フレネルレンズは、第１実施例におけるフレ
ネルレンズ１と同様に、フレネルレンズのすべての点上
で送信点からフレネルレンズを通り受信点に至る電波伝
搬路が等しいようにそのレンズ形状が決定されているが
、送信された電波は受信点に至るまで、金属製反射板１
０で反射してフレネルレンズ３中を２回通過しながら焦
点Ｆに集中されるので、レンズ厚は第１実施例のフレネ
ルレンズ１に上り重文して１／２の厚みとなり、フレネ
ルレンズ３を構成する誘電体材料が少なくてよいのて製
造コストの低減や軽量化がはかれる。その池の作用・効
果は前述の各実施例の場合と同様である。

次に、本発明の第４実施例を第８図により説明する。

この実施例が上述の第１および第２の各実施例と異なる
点は、フレネルレンズ１のほぼ中央部にこのフレネルレ
ンズ１の中央とフレネルレンズ１の焦点Ｆ位置とを結ぶ
長さを持つ糸１１が取付けられた点である。

このような構成のフレネルレンズ式アンテナでは、フレ
ネルレンズのほぼ中央から延びている糸Ｘ１によってフ
レネルレンズの焦点位置を知ることができるので、受信
用ピックアップアンテナ４の設置位置が容易に決定でき
る。その他の作用・効果は前述の各実施例と同様である
。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のフレネルレンズ式アンテ
ナによれば、次のような効果ないし利点が得られる。

（１）一方の面が平面状に形成された誘電体製のフレネ
ルレンズと受信用ピックアップアンテナとをそなえ、フ
レネルレンズが建物の窓ガラス等に接着剤等により接着
可能に形成されるとともに、受信用ピックアップアンテ
ナが上記フレネルレンズの焦点位置に配設されているの
で、アンテナの設置が容易てあり、設置空間を減少し、
アンテナの特性の気象条件による影響をなくすことがで
きる。

（２）構成部材の部品点数が少なく、しがちＭ造が容易
であるため、製造コストを大幅に低減できて安価な衛星
放送受信用アンテナの供給が可能となる。

（３）反射型フレネルレンズを構成する場合では、フレ
ネルレンズを構成する誘電体材そ（が少なくてよいので
、製造コストの低減や軽量化がさらに可能となる。

（４）受信用ピックアップアンテナの設置位置がフレネ
ルレンズのほぼ中央がら延びている糸によって決定てき
るので、アンテナ設置に要する手数や時間を減少させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の第１実施例としてのフレネルレン
ズ式アンテナを示すもので、第１図はその概観図、第２
図はそのフレネルレンズの設計に用いる座標系説明図、
第３図はその設ｉｆ例としての中央縦断面図、第４図は
同横断面図であり、第５．６図は本発明の第２実施例と
してのフレネルレンズを示すもので、第５図はその一般
計例の中央縦断面図、第６図は同横［ｒ面図であり、第
７１２は本発明の第３実施例としてのフレネルレンズ式
アンテナの説明図であり、第８図は本発明の第４実施例
としてのフレネルレンズ式アンテナの説明図であり、第
９．１０図はいずれもフレネルレンズの凸面側表面の形
状をあられす数式導出用の説明図であり、第１１図は従
来のパラボラアンテナの斜視図、第１２図は従来のマイ
クロストリップアンテナの斜視図である。 １２３・・・フレネルレンズ、４・・・受信用ピックア
ップアンテナ、５・・・放射器、６・・・コンバーター
７・・・スタンド、８・・・衛星、９・・・窓ガラス、
１０・・・金属製反射板、Ｘｌ・・・糸、Ｆ・・・フレ
ネルレンズの焦点、Ｒ・・・焦点Ｆからフレネルレンズ
の凸面側表面までの距離、し・・・仰角αの場合の焦点
Ｆからフレネルレンズ凸面側表面までの距離、ｎ・・・
フレネルレンズの屈折率、θ・・・仰角、θ０・・・衛
星の曲角、αフレネルレンズで屈折するθ。の角度、φ
・・・方位角。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）一方の面が平面状に形成された誘電体の成形品か
   らなるフレネルレンズと受信用ピックアップアンテナと
   をそなえ、上記フレネルレンズが建物の窓ガラス等に上
   記平面状の面で接着可能に構成されるとともに、上記受
   信用ピックアップアンテナが上記フレネルレンズの焦点
   位置に配設されていることを特徴とする、フレネルレン
   ズ式アンテナ。
2. （２）上記フレネルレンズの平面状の面に金属製反射面
   をそなえ、上記フレネルレンズが上記金属製反射面で建
   物等に装着可能に構成されていることを特徴とする、請
   求項（１）に記載のフレネルレンズ式アンテナ。
3. （３）上記フレネルレンズに上記フレネルレンズの中心
   部に基端部を取付けられた上記フレネルレンズの焦点距
   離に相当する長さを持つ糸が配設されていることを特徴
   とする、請求項（１）または（２）に記載のフレネルレ
   ンズ式アンテナ。