JP2000295029A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 要求利得が高い場合には、開口面積を大きく
しなければならず、この結果、放射素子２の数が増加
し、製造コストが高くなるなどの課題があった。 【解決手段】 誘電体レンズ１４の断面形状を端よりも
中心で厚い収束系レンズ形状とすることによって、給電
リニアアレー１３を構成している放射素子数を低減し、
かつ、上記誘電体レンズ１４および上記給電リニアアレ
ー１３を傾けて設置して天頂方向に沿う軸の周りで機械
的に回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低軌道衛星と通
信を行う地上端末および衛星に搭載されるアンテナ装置
において、広角でより高い利得を実現することができる
アンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３７は、例えば実開昭６４−４７１０
９号に開示された従来の誘電体レンズ付き平面アレーア
ンテナ装置の断面図および平面アレーの概観図であり、
図において、１は放射素子が配列されている平面、２は
平面１上に２次元で配置された放射素子、３は平面アレ
ー、４は誘電体レンズ、５は天頂方向に向けたＺ軸、６
は放射素子２から放射された電波であるビームの最大走
査角Θ_S 、７は極座標系（ｒ、θ、φ）で定義したビー
ムの走査方向θ、８は極座標系（ｒ、θ、φ）で定義し
たビームの走査方向φ、９は平面アレー３から誘電体レ
ンズ４に向けて吹き付けられる１次パターンの波面（等
位相面）、１０は誘電体レンズ４から自由空間に向けて
放射される２次パターンの波面（等位相面）を示してい
る。複数の放射素子２には移相器や増幅器が接続されて
おり、放射素子２の励振位相や励振振幅を変化させるこ
とができる。また、誘電体レンズ４はＺ軸５に関して回
転対称の構造であり、平面アレー３の上方半球で覆って
いる。

【０００３】次に動作について説明する。放射素子２か
ら放射された電波は、誘電体レンズ４に入射し、屈折し
て透過し、自由空間へ向けて放射される。このとき、光
線の方向は、誘電体レンズ４の媒質の誘電率に応じて屈
折し、同時に行路長が空気中を伝播している場合よりも
長くなる。そのため、１次パターンにおける開口径Ｄ1
よりも２次パターンにおける開口径Ｄ2 を大きくするこ
とができ、また、１次パターンにおける波面９よりも２
次パターンにおける波面１０を傾けることができる。

【０００４】電波を走査する場合は、誘電体レンズ４に
よって振幅、位相が変化することを考慮して、放射素子
２の励振振幅、位相を変化させる。誘電体レンズ４のな
い平面アレーアンテナに比べると、Ｄ1 ＜Ｄ2 となるこ
とからわかるように、広角方向に電波を向けたときの利
得の向上を図ることができる。

【０００５】このようなアンテナ装置において、平面ア
レー３は、２次元に電気的に電波を走査するために、放
射素子２は２次元に配列され、その上、励振振幅、位相
を制御するための移相器や増幅器が各放射素子に必要と
なる。このため、要求利得が高い場合には、開口面積を
大きくしなければならないので、多くの放射素子２が必
要であった。また、広角度範囲にわたり電波を走査する
場合には、グレーティングローブを発生させないよう
に、放射素子２の間隔を狭くしなければならなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置は
以上のように構成されているので、要求利得が高い場合
には、開口面積を大きくしなければならず、この結果、
多くの放射素子２を必要とし、製造コストが高くなるな
どの課題があった。

【０００７】また、広角度範囲にわたりビームを走査す
る場合には、グレーティングローブを発生させないよう
に、放射素子２の間隔を狭くしなければならず、この結
果、放射素子２の数が増加し、製造コストが高くなるな
どの課題があった。

【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、誘電体レンズの断面を収束系レン
ズ形状とし、誘電体レンズおよび給電リニアアレーを傾
けて設置して天頂方向に沿う軸で回軸させることによ
り、放射素子数を低減して低コストとし、広角度範囲に
わたってビーム走査することができるアンテナ装置を得
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るアンテナ
装置は、一方の断面が中心部を端部よりも厚くして、焦
点を有する収束系レンズ形状であるとともに、上記断面
と直交する断面が一様の厚みを有し、かつ比誘電率が一
定な誘電体レンズと、この誘電体レンズの焦点の位置に
複数の放射素子を一次元に配列し、上記誘電体レンズに
給電する給電リニアアレーと、上記誘電体レンズおよび
上記給電リニアアレーを接地面に対して傾けて支持し、
天頂方向に沿う軸の周りで機械的に回転させる回転機構
と、上記給電リニアアレーを上記軸を含む面内でビーム
走査する励振振幅位相制御回路とを備えたものである。

【００１０】この発明に係るアンテナ装置は、一方の断
面が中心部を端部よりも厚くした収束系レンズ形状であ
り、かつ上記断面と直交する断面が中心部を端部より厚
くした焦点距離の長い収束系レンズ形状である誘電体レ
ンズと、この誘電体レンズの焦点の位置に複数の放射素
子を一次元に配列し、上記誘電体レンズに給電する給電
リニアアレーと、上記誘電体レンズおよび上記給電リニ
アアレーを接地面に対して傾けて支持し、天頂方向に沿
う軸の周りで機械的に回転させる回転機構と、上記給電
リニアアレーを上記軸を含む面内でビーム走査する励振
振幅位相制御回路とを備えたものである。

【００１１】この発明に係るアンテナ装置は、誘電体レ
ンズは、片側表面を平面にしたものである。

【００１２】この発明に係るアンテナ装置は、誘電体レ
ンズは、トーラス形状を有するものである。

【００１３】この発明に係るアンテナ装置は、給電リニ
アアレーの両サイドに放射素子を面上に配置した給電ア
レーを備えたものである。

【００１４】この発明に係るアンテナ装置は、給電アレ
ーと誘電体レンズとの間に設けられ、一方の断面が端部
を中心部よりも厚くした補助誘電体レンズを備えたもの
である。

【００１５】この発明に係るアンテナ装置は、誘電体レ
ンズの誘電率よりも低い誘電率からなる誘電体展開シー
トを、誘電体レンズ表面に沿って全体的に巻き、かつ貼
り付けたものである。

【００１６】この発明に係るアンテナ装置は、使用波長
に比べて充分細い複数の金属線、あるいは使用波長に比
べて充分小さな複数の金属パッチを、誘電体レンズ表面
に沿って貼り付けたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるア
ンテナ装置を示す構成図、図２はこの発明の実施の形態
１によるアンテナ装置の誘電体レンズと給電リニアアレ
ーとの位置関係を示す斜視図、図３はこの発明の実施の
形態１によるアンテナ装置において誘電体レンズの平
面、正面、および側面を示す構成図である。図におい
て、５は天頂方向に向けたＺ軸、６は放射素子２から放
射された電波であるビームの最大走査角Θ_S 、７は極座
標系（ｒ、θ、φ）で定義したビームの走査方向θ、８
は極座標系（ｒ、θ、φ）で定義したビームの走査方向
φを示し、図３７に示した従来装置と同様に動作する。

【００１８】１１は素子アンテナ（放射素子）、１１’
は複数の素子アンテナ１１に供給する電力の励振位相や
励振振幅を変化させる励振振幅位相制御回路、１２は素
子アンテナ１１を配置している平面、１３は誘電体レン
ズの焦点の位置に複数の素子アンテナ１１を一次元に配
列し、上記誘電体レンズにビームを走査する給電リニア
アレーであり、送信用または受信用の何れか一方に用い
られる。１４は一方の断面が中心部を端部よりも厚く
し、焦点を有する収束系レンズ形状であるとともに、こ
の断面と直交する断面の比誘電率が一定で、かつ一様の
厚みを有する誘電体レンズ、１５は誘電体レンズ１４を
保持するレンズ支持体である。

【００１９】１６はＺ軸５の周りで駆動する回転機構、
１７は誘電体レンズ１４の端部のＢｅ−Ｂｅ’断面、１
８は誘電体レンズ１４の中心部のＢ−Ｂ’断面、１９は
レンズの端を通過する幾何光学的な光線、２０はＢｅ−
Ｂｅ’断面１７およびＢ−Ｂ’断面１８と平行な面内に
おける誘電体レンズ１４の焦点ＦB 、２１は誘電体レン
ズ１４の端部のＡｅ−Ａｅ’断面、２２は誘電体レンズ
１４の中心部のＡ−Ａ’断面、２３はθ＝Θ_S ／２方向
にビームを向けたときの幾何光学的な光線、２４はθ＝
Θ_S 方向にビームを向けたときの幾何光学的な光線、２
５はθ＝０方向にビームを向けたときの幾何光学的な光
線を示す。

【００２０】次に動作について説明する。図１を参照し
ながら動作原理について詳細に説明すると、電波などの
ビーム走査範囲は、天頂方向に向けたＺ軸５を極軸とす
る極座標系（ｒ、θ、φ）の角度成分によって、０＜θ
＜Θ_S 、−π＜θ＜πである。θ方向には電気的にビー
ム走査し、φ方向には機械的にビーム走査する。前者の
電気的なビーム走査については、給電リニアアレー１３
を固定した状態で、各素子アンテナ１１の励振振幅、位
相を制御することによって実現する。誘電体レンズ１４
のＡｅ−Ａｅ’断面２１、およびＡ−Ａ’断面２２は、
比誘電率を一定、かつ厚みを一定としているので、この
断面内においては誘電体レンズ１４への入射波の波面と
このレンズ透過波の波面の曲率半径は変化しない。

【００２１】また、ビーム方向を電気的に変化させた場
合には、誘電体レンズ１４に対して平行的に向かう光線
２３、誘電体レンズ１４に対して左斜めに向かう光線２
４、および誘電体レンズ１４に対して右斜めに向かう光
線２５のように変化する。そのため、この断面での誘電
体レンズ１４の直径は、ビームの最大走査角Θ_S に対応
して大きくとる必要があるが、誘電体レンズ１４および
給電リニアアレー１３をΘ_S ／２だけ傾けて配置してい
るので、要求されるビームの最大走査角Θ_S に対して電
気的なビーム走査の最大値はΘ_S ／２と半分でよい。

【００２２】このため、誘電体レンズ１４の直径レンズ
を小さくすることができると同時に、素子アンテナ１１
の配列間隔を広くすることができるので、素子アンテナ
１１の数を低減でき、さらにビーム走査によって開口面
積が小さくみえることによる利得低下についてもその影
響は小さく、利得低下を抑えることができる。

【００２３】一方、誘電体レンズ１４の直交する各断面
１７、１８は、端よりも中心部で厚くして焦点ＦB をも
たせ、この焦点ＦB の位置に給電リニアアレー１３を設
けている。給電リニアアレー１３から放射される電波は
円筒波であり、各断面１７、１８の面内においては円弧
状の波面となる。この面内では電気的な上記電波である
ビームの走査は行わないので、誘電体レンズ１４の透過
波の波面は常にリニアとなり、所定の方向で高い利得が
得られる。したがって、θ方向におけるビーム走査は、
少ない素子数で０＜θ＜Θ_S の範囲を高い利得でもって
電気的に行われる。また、φ方向におけるビーム走査
は、回転機構１６によって誘電体レンズ１４と給電リニ
アアレー１３を一体として機械的に駆動して行われる。

【００２４】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査とを組み合わせ、誘電体レ
ンズ１４と給電リニアアレー１３とを傾けて設置すると
ともに、一方の断面が端部よりも中心部で厚い収束系レ
ンズ形状からなる誘電体レンズ１４を用いることによっ
て、素子アンテナ１１の数を低減し製品コストを下げる
ことができるとともに、１次元配列にした場合にでも電
気的なビーム走査範囲を広範囲にすることができ、高利
得なビーム走査を可能とすることができるなどの効果が
得られる。

【００２５】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２によるアンテナ装置を示す構成図、図５はこの発明
の実施の形態２によるアンテナ装置の誘電体レンズと給
電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図６はこの
発明の実施の形態２によるアンテナ装置において誘電体
レンズの平面、正面、および側面を示す構成図である。
図において、５、６、７、８は図３７に示した従来装置
と同様のものであり、同様の動作をする。また、１１、
１２、１３、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２
３、２４、２５は図１および図３に示した実施の形態１
と同様のものであり、同様の動作をする。

【００２６】３０は一方の断面が中心部を端部よりも厚
くし、かつ上記断面と直交する断面が焦点距離の長い収
束系レンズ形状の誘電体レンズ、３１は誘電体レンズ３
０の端部のＡｅ−Ａｅ’断面、３２は誘電体レンズ３０
の中心部のＡ−Ａ’断面である。

【００２７】次に動作について説明する。ビーム走査
は、図１に示した実施の形態１と同様に電気的なビーム
走査と機械的なビーム走査の組み合わせによって行う。
誘電体レンズ３０の各断面１７、１８は、図１に示した
実施の形態１と同様であり、焦点を有し、この焦点位置
に給電リニアアレー１３を設ける。一方、誘電体レンズ
３０のＡｅ−Ａｅ’断面３１、Ａ−Ａ’断面３２は断面
が焦点距離の長い収束系レンズ形状であり、この断面内
における焦点３３は給電リニアアレー１３の物理的な位
置とは一致しないが、給電リニアアレー１３の放射波の
波面の曲率中心位置と対応するものである。

【００２８】Ａｅ−Ａｅ’断面３１とＡ−Ａ’断面３２
との、厚みは異なるが、焦点Ｆ_A からの行路長差の断面
内での分布は、相対的に等しくなるようにしている。こ
の断面内では、素子アンテナ１１の励振振幅、位相を制
御してビーム走査し、このときの光線を示したのが２
３、２４、２５である。幾何光学近似のもとで考える
と、波面の曲率中心はビームの走査に伴い誘電体レンズ
の焦点Ｆ_A 近傍で変位して、誘電体レンズ３０に吹き付
けられる。そして、この断面内でほぼ直線状の波面が得
られ、給電リニアアレー１３の開口径よりも大きなレン
ズ開口径に電界が分布し、その後、放射してビーム走査
しても高い利得が得られる。

【００２９】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査とを組み合わせ、誘電体レ
ンズ３０と給電リニアアレー１３とを傾けて設置すると
ともに、一方の断面が端部よりも中心部で厚く、かつ上
記断面と直交する断面が焦点距離の長い収束系レンズ形
状からなる誘電体レンズ３０を用いることによって、素
子アンテナ１１の数を低減し製品コストを下げることが
できるとともに、１次元配列にした場合にでも電気的な
ビーム走査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビ
ーム走査を可能とすることができるなどの効果が得られ
る。

【００３０】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３によるアンテナ装置を示す構成図、図８はこの発明
の実施の形態３によるアンテナ装置の誘電体レンズと給
電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図９はこの
発明の実施の形態３によるアンテナ装置において誘電体
レンズの平面、正面、および側面を示す構成図である。
図において、５、６、７、８は図３７に示した従来装置
と同様のものであり、同様の動作をする。また、１１、
１２、１３、１５、１６、１９、２０、２３、２４、２
５は図１および図３に示した実施の形態１と同様のもの
であり、同様の動作をする。

【００３１】３４は一方の断面が中心部を端部よりも厚
くし、かつこの断面と直交する断面の厚みが一様な収束
系レンズ形状で、外側表面を平面にした誘電体レンズ、
３５は誘電体レンズ３４の端部のＢｅ−Ｂｅ’断面、３
６は誘電体レンズ３４の中心部のＢ−Ｂ’断面、３７は
誘電体レンズ３４の端部のＡｅ−Ａｅ’断面、３８は誘
電体レンズ３４の中心部のＡ−Ａ’断面を示す。

【００３２】次に動作について説明する。誘電体レンズ
３４のＢｅ−Ｂｅ’断面３５、Ｂ−Ｂ’断面３６は、図
１に示した実施の形態１と形状は異なるが焦点をもち、
この焦点位置に給電リニアアレー１３を設ける。一方、
誘電体レンズ３４のＡｅ−Ａｅ’断面３７、Ａ−Ａ’断
面３８は断面が厚みの一定な形状であり、この断面内に
おける給電リニアアレー１３の放射波の波面は、図１に
示した実施の形態１と同様に入射波と透過波でほとんど
変化しない。誘電体レンズ３４の外側表面を平面にして
いるので、加工が容易である。電波走査に関わる電気的
な動作原理は、図１に示した実施の形態１と同様であ
る。

【００３３】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査とを組み合わせ、誘電体レ
ンズ３４と給電リニアアレー１３とを傾けて設置すると
ともに、一方の断面が端部よりも中心部で厚く、かつこ
の断面と直交する断面の厚みが一様で、外側表面を平面
にした誘電体レンズ３４を用いることによって、素子ア
ンテナ１１の数を低減し製品コストを下げることができ
るとともに、１次元配列にした場合にでも電気的なビー
ム走査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビーム
走査を可能とすることができるなどの効果が得られる。

【００３４】実施の形態４．図１０はこの発明の実施の
形態４によるアンテナ装置を示す構成図、図１１はこの
発明の実施の形態４によるアンテナ装置の誘電体レンズ
と給電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図１２
はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置において
誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す構成図で
ある。図において、５、６、７、８は図３７に示した従
来装置と同様のものであり、同様の動作をする。また、
１１、１２、１３、１５、１６、１９、２０、２３、２
４、２５は図１および図３に示した実施の形態１と同様
の動作をする。

【００３５】３１、３２、３３は図６に示した実施の形
態２と同様な動作をし、３５、３６は図９に示した実施
の形態３と同様のものであり、同様の動作をする。３９
は一方の断面が中心部を端部よりも厚くし、かつこの断
面と直交する断面が焦点距離の長い収束系レンズ形状で
あり、外側表面が平面な誘電体レンズである。

【００３６】次に動作について説明する。誘電体レンズ
３９のＢｅ−Ｂｅ’断面３５およびＢ−Ｂ’断面３６
は、図９と同様に焦点をもち、この面内では実施の形態
３と同様の効果がある。また、誘電体レンズ３９のＡｅ
−Ａｅ’断面３１、Ａ−Ａ’断面３２は図６と同様であ
り、実施の形態２と同様に焦点３３は給電リニアアレー
１３の放射波の波面の曲率中心位置と対応するもので同
様の動作原理である。また、誘電体レンズ３９の外側表
面を平面にしているので、加工が容易である。

【００３７】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査を組み合わせ、誘電体レン
ズ３９と給電リニアアレー１３とを傾けて設置するとと
もに、一方の断面が端部よりも中心部で厚く、かつ上記
断面と直交する断面が焦点距離の長い収束系レンズ形状
であり、外側表面が平面な誘電体レンズ３９を用いるこ
とによって、素子アンテナ１１の数を低減し製品コスト
を下げることができるとともに、１次元配列にした場合
にでも電気的なビーム走査範囲を広範囲にすることがで
き、高利得なビーム走査を可能とすることができるなど
の効果が得られる。

【００３８】実施の形態５．図１３はこの発明の実施の
形態５によるアンテナ装置を示す構成図、図１４はこの
発明の実施の形態５によるアンテナ装置の誘電体レンズ
と給電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図１５
はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置において
誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す構成図で
ある。図において、５、６、７、８は図３７に示した従
来装置と同様のものであり、同様の動作をする。

【００３９】１１、１２、１３、１５、１６、１８、２
０は図１および図３に示した実施の形態１と同様のもの
であり、同様の動作をする。４０は一方の断面が中心部
を端部よりも厚くし、かつこの断面と直交する断面の厚
みが一定でトーラス形状を有する誘電体レンズであり、
図１に示した実施の形態１と同様に入射波と透過波でほ
とんど変化しない。４１は誘電体レンズ４０の中心部に
おいて走査方向と水平なＡ−Ａ’断面である。

【００４０】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査を組み合わせ、誘電体レン
ズ４０と給電リニアアレー１３とを傾けて設置するとと
もに、一方の断面が端部よりも中心部で厚く、かつこの
断面と直交する断面の厚みが一定でトーラス形状を有す
る誘電体レンズ４０を用いることによって、素子アンテ
ナ１１の数を低減し製品コストを下げることができると
ともに、１次元配列にした場合にでも電気的なビーム走
査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビーム走査
を可能とすることができるなどの効果が得られる。

【００４１】実施の形態６．図１６はこの発明の実施の
形態６によるアンテナ装置を示す構成図、図１７はこの
発明の実施の形態６によるアンテナ装置の誘電体レンズ
と給電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図１８
はこの発明の実施の形態６によるアンテナ装置において
誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す構成図で
ある。図において、４２は給電リニアアレー１３の両サ
イドに放射素子を面上に配置した平面アレー給電系（給
電アレー）であり、誘電体レンズ３４がない場合、励振
振幅位相を制御して所定の方向に高い利得で放射パター
ンを得ることができる。ここで、給電リニアアレー１３
を送信用の放射素子とすると、平面アレー給電系４２は
受信用の放射素子とする。

【００４２】５、６、７、８は図３７に示した従来装置
と同様のものであり、同様の動作をする。また、１１、
１２、１３、１５、１６、１９、２０、２３、２４、２
５は図１および図３に示した実施の形態１と同様、３
４、３５、３６、３７、３８は図７および図９に示した
実施の形態３と同様のものであり、同様の動作をする。

【００４３】次に動作について説明する。給電リニアア
レー１３から放射される電波は、図７に示した実施の形
態３と同様の動作で、誘電体レンズ３４を透過して放射
される。一方、平面アレー給電系４２は、誘電体レンズ
３４がない場合、励振振幅位相を制御して所定の方向に
高い利得で放射パターンを得ることができ、誘電体レン
ズ３４がある場合、誘電体レンズ３４の厚みの分布に応
じて行路長差が変化して誘電体レンズ３４の開口面分布
が変化する。

【００４４】そのため、Ｂｅ−Ｂｅ’断面３５およびＢ
−Ｂ’断面３６に示す断面方向においては、厚みの変化
によって開口面分布が変化するので、それを補償するよ
うに励振振幅位相を制御する。一方、Ａｅ−Ａｅ’断面
３７およびＡ−Ａ’断面３８に示す断面方向において
は、厚みは一定であるので、励振振幅位相の制御は必要
としない。これによって、誘電体レンズ３４を給電リニ
アアレー１３と平面アレー給電系４２とで共有して広角
度範囲にわたりビームを走査することが可能となる。

【００４５】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、誘電体レンズ３４を給電リニアアレー１３と平面ア
レー給電系４２とで送受信共有して広角度範囲にわたり
電波などのビームを走査することにより、送信用アンテ
ナおよび受信用アンテナを別々に設けるより、素子アン
テナ１１の数を低減し製品コストを下げることができる
とともに、１次元配列にした場合にでも電気的なビーム
走査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビーム走
査を可能とすることができるなどの効果が得られる。

【００４６】実施の形態７．図１９はこの発明の実施の
形態７によるアンテナ装置のアレー給電系を示す平面
図、図２０はこの発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。図２１
はこの発明の実施の形態７によるアンテナ装置のその他
のアレー給電系を示す平面図である。図２２はこの発明
の実施の形態７によるアンテナ装置のその他のアレー給
電系を示す平面図である。図２３はこの発明の実施の形
態７によるアンテナ装置のその他のアレー給電系を示す
平面図である。図２４はこの発明の実施の形態７による
アンテナ装置のその他のアレー給電系を示す平面図であ
る。

【００４７】図において、４３は送信用リニアアレー給
電系（給電リニアアレー）、４４は受信用アレー給電系
（給電アレー）であり、これによって、送受共用のレン
ズアンテナ装置を得ることができる。なお、送受信逆の
構成ももちろん可能である。また、４５は高周波数帯用
リニアアレー給電系（給電リニアアレー）、４６は低周
波数帯用平面アレー給電系（給電アレー）であり、これ
によって、広帯域なレンズアンテナ装置を得ることがで
きる。さらに、４７は方形パッチからなるリニアアレー
給電系（給電リニアアレー）、４８は方形パッチからな
る３角配列平面アレー給電系（給電アレー）であり、４
９は方形パッチを３角配列した一部のサブアレー給電系
（給電リニアアレー）、５０は方形パッチを３角配列し
た一部のサブ平面アレー給電系（給電アレー）であり、
３角配列のアレー給電系を用いても同様に動作する。

【００４８】さらに、５１は円形パッチからなるリニア
アレー給電系（給電リニアアレー）、５２は円形パッチ
からなる３角配列平面アレー給電系（給電アレー）であ
り、５３は円形パッチを３角配列した一部のサブアレー
給電系（給電リニアアレー）、５４は円形パッチを３角
配列した一部のサブ平面アレー給電系（給電アレー）で
あり、円形パッチを用いても同様に動作する。

【００４９】以上のように、この実施の形態７によれ
ば、誘電体レンズ３４をリニアアレー給電系（送信用リ
ニアアレー給電系４３，高周波数帯用リニアアレー給電
系４５，方形パッチからなるリニアアレー給電系４７，
方形パッチを３角配列した一部のサブアレー給電系４
９，円形パッチからなるリニアアレー給電系５１，円形
パッチを３角配列した一部のサブアレー給電系５３）
と、平面アレー給電系（受信用平面アレー給電系４４，
低周波数帯用平面アレー給電系４６，方形パッチからな
る３角配列平面アレー給電系４８，方形パッチを３角配
列した一部のサブ平面アレー給電系５０，円形パッチか
らなる３角配列平面アレー給電系５２，円形パッチを３
角配列した一部のサブ平面アレー給電系５４）とで送受
信共有して広角度範囲にわたりビームを走査することに
より、素子アンテナ１１の数を低減し製品コストを下げ
ることができるとともに、１次元配列にした場合にでも
電気的なビーム走査範囲を広範囲にすることができ、高
利得なビーム走査を可能とすることができるなどの効果
が得られる。

【００５０】実施の形態８．図２５はこの発明の実施の
形態８によるアンテナ装置を示す構成図、図２６はこの
発明の実施の形態８によるアンテナ装置の誘電体レンズ
と給電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図２７
はこの発明の実施の形態８によるアンテナ装置において
誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す構成図で
ある。図２８はこの発明の実施の形態８によるアンテナ
装置のアレー給電系を示す平面図、図２９はこの発明の
実施の形態８によるアンテナ装置のその他のアレー給電
系を示す平面図である。

【００５１】図において、５、６、７、８は図３７に示
した従来装置と同様のものであり、同様の動作をする。
また、１１、１２、１３、１５、１６、１９、２０、２
３、２４、２５は図１および図３に示した実施の形態１
と同様、３４、３５、３６、３７、３８は図７および図
９に示した実施の形態３と同様のものであり、同様の動
作をする。５５は給電リニアアレー１３の両サイドに放
射素子を面上に配置した平面１次元アレー給電系（給電
アレー）である。４３は送信用リニアアレー給電系、５
６は受信用平面１次元アレー給電系を示し、送受共用レ
ンズアンテナ装置を得ることができる。４５は高周波数
帯用リニアアレー給電系、５７は低周波数帯用平面１次
元アレー給電系を示し、広帯域レンズアンテナ装置を得
ることができる。

【００５２】次に動作について説明する。Ｂｅ−Ｂｅ’
断面３５およびＢ−Ｂ’断面３６に示す断面方向におい
ては、電気的にはビーム走査しないので、平面１次元ア
レー給電系５５のように１列に並べたアレー給電系によ
って、図１８に示した実施の形態６と同様に動作し、同
様の効果を得ることができる。

【００５３】以上のように、この実施の形態８によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査を組み合わせ、誘電体レン
ズ３４と平面１次元アレー給電系５５とを傾けて設置す
るとともに、一方の断面が端部よりも中心部で厚い収束
系レンズ形状を有する誘電体レンズ３４を用いるととも
に、誘電体レンズ３４をリニアアレー給電系と平面１次
元アレー給電系５５とで送受信共有して広角度範囲にわ
たりビームを走査することにより、素子アンテナ１１の
数を低減し製品コストを下げることができるとともに、
１次元配列にした場合にでも電気的なビーム走査範囲を
広範囲にすることができ、高利得なビーム走査を可能と
することができるなどの効果が得られる。

【００５４】実施の形態９．図３０はこの発明の実施の
形態９によるアンテナ装置を示す構成図、図３１はこの
発明の実施の形態９によるアンテナ装置の誘電体レンズ
と給電リニアアレーとの位置関係を示す斜視図、図３２
はこの発明の実施の形態９によるアンテナ装置において
誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す構成図で
ある。図において、５、６、７、８は図３７に示した従
来装置と同様のものであり、同様の動作をする。また、
１１、１２、１３、１５、１６、１９、２０、２３、２
４、２５は図１および図３に示した実施の形態１と同様
の動作をする。３４、３５、３６、３７、３８は図７お
よび図９に示した実施の形態３と同様の動作をする。４
２は図１８に示した実施の形態６と同様ののものであ
り、同様の動作をする。５８は一方の断面が中心部より
も端部で厚い補助誘電体レンズであり、平面アレー給電
系４２と誘電体レンズ３４との間に設けたものである。

【００５５】次に動作について説明する。給電リニアア
レー１３から放射される電波は、補助誘電体レンズ５８
の中心部のほぼ厚みの一定な誘電体部に吹きつけられて
透過し、誘電体レンズ３４を透過して放射される。補助
誘電体レンズ５８による影響は、厚みがほぼ一定である
ことから無視できるほど小さい。一方、平面アレー給電
系４２から放射される電波については、平面波に近い波
が補助誘電体レンズ５８に入射し、屈折して球面波に変
換され、さらに誘電体レンズ３４に入射して屈折し、平
面波に変換される。補助誘電体レンズ５８は、給電リニ
アアレー１３に対しては電気的な影響は無視できるほど
小さいが、平面アレー給電系４２に対しては、利得を向
上させる効果がある。

【００５６】以上のように、この実施の形態９によれ
ば、２次元のビーム走査は、電気的な１次元ビーム走査
と機械的な１次元ビーム走査を組み合わせ、誘電体レン
ズ３４と平面１次元アレー給電系５５とを傾けて設置す
るとともに、一方の断面が端部よりも中心部で厚い収束
系レンズ形状を有する誘電体レンズ３４を用いるととも
に、一方の断面が中心部よりも端部で厚い補助誘電体レ
ンズ５８を平面アレー給電系４２と誘電体レンズ３４と
の間に設けたので、素子アンテナ１１の数を低減し製品
コストを下げることができるとともに、１次元配列にし
た場合にでも電気的なビーム走査範囲を広範囲にするこ
とができ、高利得なビーム走査を可能とすることができ
るなどの効果が得られる。

【００５７】実施の形態１０．図３３はこの発明の実施
の形態１０によるアンテナ装置を示す構成図、図３４は
この発明の実施の形態１０によるアンテナ装置の誘電体
単層レンズを示す断面図、図３５はこの発明の実施の形
態１０によるアンテナ装置の誘電体単層レンズを示す断
面図であり、図において、１３は給電リニアアレー、６
０は誘電体単層レンズ（誘電体レンズ）、６１は誘電体
単層レンズ６０の誘電率よりも低い誘電率からなる誘電
体展開シートであり、この誘電体展開シート６１を誘電
体単層レンズ６０の表面に沿って全体的に巻き、かつ貼
り付け、自由空間と誘電体単層レンズ６０の比誘電率の
違いに対して整合をとるための整合層として動作させる
ものである。この誘電体展開シート６１は平面で厚みの
一様なものを製造し、誘電体単層レンズ６０が柱体であ
ることから容易に完全に貼り付けることが可能である。
６２は別の形状の誘電体単層レンズ（誘電体レンズ）で
あり、柱体であることから同様に貼り付けることができ
る。

【００５８】以上のように、この実施の形態１０によれ
ば、誘電体単層レンズ６０の誘電率よりも低い誘電率か
らなる誘電体展開シート６１を誘電体単層レンズ６０の
表面に沿って全体的に巻き、かつ貼り付けることによ
り、素子アンテナ１１の数を低減し製品コストを下げる
ことができ、１次元配列にした場合にでも電気的なビー
ム走査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビーム
走査を可能とすることができるとともに、自由空間と誘
電体単層レンズ６０の比誘電率の違いに対して整合をと
るための整合層として動作させることができるなどの効
果が得られる。

【００５９】実施の形態１１．図３６はこの発明の実施
の形態１１によるアンテナ装置を示す構成図であり、図
において、１３は給電リニアアレー、３４は誘電体レン
ズ、６３は使用波長に比べて細い複数の金属線、あるい
は使用波長に比べて小さな複数の金属パッチであり、こ
の複数の金属パッチ６３を誘電体レンズ３４の表面に沿
って貼り付けたものである。なお、波長に比べて充分小
さな微小金属線を付けた場合でも同様に整合層として動
作し、同様の効果を得ることができる。

【００６０】以上のように、この実施の形態１１によれ
ば、使用波長に比べて細い複数の金属線、あるいは使用
波長に比べて小さな複数の金属パッチ６３を誘電体レン
ズ３４の表面に沿って貼り付けたことにより、素子アン
テナ１１の数を低減し製品コストを下げることができ、
１次元配列にした場合にでも電気的なビーム走査範囲を
広範囲にすることができ、高利得なビーム走査を可能と
することができるとともに、微小金属パッチ６３は自由
空間と誘電体単層レンズ６０の比誘電率の違いに対して
整合をとるための整合層として動作させることができる
などの効果が得られる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、一方
の断面が中心部を端部よりも厚くし、焦点を有する収束
系レンズ形状であるとともに、上記断面と直交する断面
の比誘電率が一定で、かつ一様の厚みを有した誘電体レ
ンズと、この誘電体レンズの焦点の位置に複数の放射素
子を一次元に配列し、誘電体レンズに給電する給電リニ
アアレーと、誘電体レンズおよび給電リニアアレーを接
地面に対して傾けて支持し、天頂方向に沿う軸の周りで
機械的に回転させる回転機構と、給電リニアアレーを上
記軸を含む面内でビーム走査する励振振幅位相制御回路
とを備えるように構成したので、放射素子の数を低減し
製品コストを下げることができるとともに、１次元配列
にした場合にでも電気的なビーム走査範囲を広範囲にす
ることができ、高利得なビーム走査を可能とすることが
できる効果がある。

【００６２】この発明によれば、一方の断面が中心部を
端部の断面よりも厚くし、かつ上記断面と直交する断面
が中心部を端部よりも厚くした焦点距離の長い収束系レ
ンズ形状である誘電体レンズと、この誘電体レンズの焦
点の位置に複数の放射素子を一次元に配列し、誘電体レ
ンズに給電する給電リニアアレーと、誘電体レンズおよ
び給電リニアアレーを接地面に対して傾けて支持し、天
頂方向に沿う軸の周りで機械的に回転させる回転機構
と、給電リニアアレーを上記軸を含む面内でビーム走査
する励振振幅位相制御回路とを備えるように構成したの
で、放射素子の数を低減し製品コストを下げることがで
きるとともに、１次元配列にした場合にでも電気的なビ
ーム走査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビー
ム走査を可能とすることができる効果がある。

【００６３】この発明によれば、誘電体レンズは、片側
表面を平面にするように構成したので、放射素子の数を
低減し製品コストを下げることができるとともに、１次
元配列にした場合にでも電気的なビーム走査範囲を広範
囲にすることができ、高利得なビーム走査を可能とする
ことができる効果がある。

【００６４】この発明によれば、誘電体レンズは、トー
ラス形状を有するように構成したので、放射素子の数を
低減し製品コストを下げることができるとともに、１次
元配列にした場合にでも電気的なビーム走査範囲を広範
囲にすることができ、高利得なビーム走査を可能とする
ことができる効果がある。

【００６５】この発明によれば、給電リニアアレーの両
サイドに放射素子を面上に配置した給電アレーを備える
ように構成したので、放射素子の数を低減し製品コスト
を下げることができるとともに、１次元配列にした場合
にでも電気的なビーム走査範囲を広範囲にすることがで
き、高利得なビーム走査を可能とすることができる効果
がある。

【００６６】この発明によれば、給電アレーと誘電体レ
ンズとの間に設けられ、一方の断面が端部を中心部より
も厚くした補助誘電体レンズを備えたので、放射素子の
数を低減し製品コストを下げることができるとともに、
１次元配列にした場合にでも電気的なビーム走査範囲を
広範囲にすることができ、高利得なビーム走査を可能と
することができる効果がある。

【００６７】この発明によれば、誘電体レンズの誘電率
よりも低い誘電率からなる誘電体展開シートを、誘電体
レンズ表面に沿って全体的に巻き、かつ貼り付けるよう
に構成したので、放射素子の数を低減し製品コストを下
げることができ、１次元配列にした場合にでも電気的な
ビーム走査範囲を広範囲にすることができ、高利得なビ
ーム走査を可能とすることができるとともに、自由空間
と誘電体単層レンズとの比誘電率の違いに対して整合を
とるための整合層として動作させることができる効果が
ある。

【００６８】この発明によれば、使用波長に比べて充分
細い複数の金属線、あるいは使用波長に比べて充分小さ
な複数の金属パッチを、誘電体レンズ表面に沿って貼り
付けるように構成したので、放射素子の数を低減し製品
コストを下げることができ、１次元配列にした場合にで
も電気的なビーム走査範囲を広範囲にすることができ、
高利得なビーム走査を可能とすることができるととも
に、微小金属パッチは自由空間と誘電体単層レンズの比
誘電率の違いに対して整合をとるための整合層として動
作させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置
を示す構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置
の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示す
斜視図である。

【図３】 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置
において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す
構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置
を示す構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置
の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示す
斜視図である。

【図６】 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置
において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す
構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置
を示す構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置
の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示す
斜視図である。

【図９】 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置
において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示す
構成図である。

【図１０】 この発明の実施の形態４によるアンテナ装
置を示す構成図である。

【図１１】 この発明の実施の形態４によるアンテナ装
置の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示
す斜視図である。

【図１２】 この発明の実施の形態４によるアンテナ装
置において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示
す構成図である。

【図１３】 この発明の実施の形態５によるアンテナ装
置を示す構成図である。

【図１４】 この発明の実施の形態５によるアンテナ装
置の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示
す斜視図である。

【図１５】 この発明の実施の形態５によるアンテナ装
置において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示
す構成図である。

【図１６】 この発明の実施の形態６によるアンテナ装
置を示す構成図である。

【図１７】 この発明の実施の形態６によるアンテナ装
置の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示
す斜視図である。

【図１８】 この発明の実施の形態６によるアンテナ装
置において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示
す構成図である。

【図１９】 この発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のアレー給電系を示す平面図である。

【図２０】 この発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。

【図２１】 この発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。

【図２２】 この発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。

【図２３】 この発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。

【図２４】 この発明の実施の形態７によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。

【図２５】 この発明の実施の形態８によるアンテナ装
置を示す構成図である。

【図２６】 この発明の実施の形態８によるアンテナ装
置の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示
す斜視図である。

【図２７】 この発明の実施の形態８によるアンテナ装
置において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示
す構成図である。

【図２８】 この発明の実施の形態８によるアンテナ装
置のアレー給電系を示す平面図である。

【図２９】 この発明の実施の形態８によるアンテナ装
置のその他のアレー給電系を示す平面図である。

【図３０】 この発明の実施の形態９によるアンテナ装
置を示す構成図である。

【図３１】 この発明の実施の形態９によるアンテナ装
置の誘電体レンズと給電リニアアレーとの位置関係を示
す斜視図である。

【図３２】 この発明の実施の形態９によるアンテナ装
置において誘電体レンズの平面、正面、および側面を示
す構成図である。

【図３３】 この発明の実施の形態１０によるアンテナ
装置を示す構成図である。

【図３４】 この発明の実施の形態１０によるアンテナ
装置の誘電体単層レンズを示す断面図である。

【図３５】 この発明の実施の形態１０によるアンテナ
装置の誘電体単層レンズを示す断面図である。

【図３６】 この発明の実施の形態１１によるアンテナ
装置を示す構成図である。

【図３７】 例えば、実開昭６４−４７１０９号に開示
された従来の誘電体レンズ付き平面アレーアンテナ装置
の断面図および平面アレーの概観図である。

【符号の説明】

１１ 素子アンテナ（放射素子）、１１’ 励振振幅位
相制御回路、１３ 給電リニアアレー、１４，３０，３
４，３９，４０ 誘電体レンズ、１６ 回転機構、４２
平面アレー給電系（給電アレー）、４３ 送信用リニ
アアレー給電系（給電リニアアレー）、４４ 受信用平
面アレー給電系（給電アレー）、４５高周波数帯用リニ
アアレー給電系（給電リニアアレー）、４６ 低周波数
帯用平面アレー給電系（給電アレー）、４７ 方形パッ
チからなるリニアアレー給電系（給電リニアアレー）、
４８ 方形パッチからなる３角配列平面アレー給電系
（給電アレー）、４９ 方形パッチを３角配列した一部
のサブアレー給電系（給電リニアアレー）、５０ 方形
パッチを３角配列した一部のサブ平面アレー給電系（給
電アレー）、５１ 円形パッチからなるリニアアレー給
電系（給電リニアアレー）、５２ 円形パッチからなる
３角配列平面アレー給電系（給電アレー）、５３ 円形
パッチを３角配列した一部のサブアレー給電系（給電リ
ニアアレー）、５４ 円形パッチを３角配列した一部の
サブ平面アレー給電系（給電アレー）、５５ 平面１次
元アレー給電系（給電アレー）、５８ 補助誘電体レン
ズ、６０，６２ 誘電体単層レンズ（誘電体レンズ）、
６１ 誘電体展開シート、６３金属パッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦崎 修治 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小西 善彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J020 AA02 BB01 BB08 BC13 BD03 CA02 CA04 DA03 DA04 DA10 5J021 AA05 AA09 AB06 CA03 DA02 DA04 DA05 DA07 DB02 DB03 FA06 FA20 FA32 HA05 HA07 JA07

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一方の断面が中心部を端部よりも厚くし
   て、焦点を有する収束系レンズ形状であるとともに、上
   記断面と直交する断面が一様の厚みを有し、かつ比誘電
   率が一定な誘電体レンズと、 この誘電体レンズの焦点の位置に複数の放射素子を一次
   元に配列し、上記誘電体レンズに給電する給電リニアア
   レーと、 上記誘電体レンズおよび上記給電リニアアレーを接地面
   に対して傾けて支持し、天頂方向に沿う軸の周りで機械
   的に回転させる回転機構と、上記給電リニアアレーを上
   記軸を含む面内でビーム走査する励振振幅位相制御回路
   とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 一方の断面が中心部を端部よりも厚くし
   た収束系レンズ形状であり、かつ上記断面と直交する断
   面が中心部を端部より厚くした焦点距離の長い収束系レ
   ンズ形状である誘電体レンズと、 この誘電体レンズの焦点の位置に複数の放射素子を一次
   元に配列し、上記誘電体レンズに給電する給電リニアア
   レーと、 上記誘電体レンズおよび上記給電リニアアレーを接地面
   に対して傾けて支持し、天頂方向に沿う軸の周りで機械
   的に回転させる回転機構と、上記給電リニアアレーを上
   記軸を含む面内でビーム走査する励振振幅位相制御回路
   とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
3. 【請求項３】 誘電体レンズは、片側表面を平面にした
   ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテ
   ナ装置。
4. 【請求項４】 誘電体レンズは、トーラス形状であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ
   装置。
5. 【請求項５】 給電リニアアレーの両サイドに放射素子
   を面上に配置した給電アレーを備えたことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
6. 【請求項６】 給電アレーと誘電体レンズとの間に設け
   られ、一方の断面が端部を中心部よりも厚くした補助誘
   電体レンズを備えたことを特徴とする請求項５記載のア
   ンテナ装置。
7. 【請求項７】 誘電体レンズの誘電率よりも低い誘電率
   からなる誘電体展開シートを、上記誘電体レンズ表面に
   沿って全体的に巻き、かつ貼り付けたことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
8. 【請求項８】 使用波長に比べて充分細い複数の金属
   線、あるいは使用波長に比べて充分小さな複数の金属パ
   ッチを、誘電体レンズ表面に沿って貼り付けたことを特
   徴とする請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。