JP2004274656A - レンズアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】レンズアンテナにおいて特定方向への不要放射を抑制する。
【解決手段】本発明にかかるレンズアンテナ１０は、誘電体レンズ１４と、誘電体レンズ１４の下側端面を被覆するホーン１２と、を備え、ホーン１２には、放射元側から放射先側に向かうにつれて上方に向かう傾斜面２８が形成される。誘電体レンズ１４で生じた多重反射波は、傾斜面２８が無く導波路１６の下側壁面が直線状である場合には、下側に向けて放射されるが（Ｒ１）、傾斜面２８を設けることで上側に向けて放射させることができる（Ｒ２）。これにより、水平方向より下側に向かう不要放射を抑制することができる。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体レンズを用いたレンズアンテナに関し、特に特定方向に対する不要放射を減衰させうる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体レンズは電波レンズの一種であり、ミリ波帯での無線通信やレーダ等で利用されている。誘電体レンズを用いたレンズアンテナは、例えば特許文献１に開示されるように、車載レーダ装置等で利用される場合がある。特許文献１の車載レーダ装置用アンテナは、適切に配置した給電線路からの放射電磁波を利用して電磁波の干渉を生じさせることにより非対称なビームパターンを形成するものである。かかる車載レーダ装置によれば、水平より下側の方向への放射が低減され、それに起因する誤検出等を抑制することができる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２２８６０８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示される車載レーダ装置によれば、特定方向に対する不要放射を抑制するという点で、一定の効果を得ることができる。しかしながら、特許文献１のレンズアンテナは、一次放射器でビームを整形するものであるため、例えば誘電体レンズにおける多重反射等、その後段で生じる現象に起因する不要放射に対しては、その対策が難しいという問題がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるレンズアンテナは誘電体レンズと、上記誘電体レンズの側端面を被覆する被覆部と、を備え、上記被覆部には、放射元側から放射先側に向かうにつれて所期のビーム中心側に向かう傾斜面が形成される。
【０００６】
また上記本発明にかかるレンズアンテナでは、さらに、上記傾斜面に放射電波が直接到来するのを抑制する遮蔽部を有するのが好適である。
【０００７】
また上記本発明にかかるレンズアンテナでは、さらに、放射元側から上記誘電体レンズに至る拡開導波管を構成するホーンを備え、上記被覆部および／または遮蔽部は上記ホーンの一部として構成されるのが好適である。
【０００８】
また上記本発明にかかるレンズアンテナではさらに、上記誘電体レンズの側端面のうち、上記傾斜面に接する部分に対して周方向に隣接する領域が、上記被覆部によって被覆されるのが好適である。
【０００９】
また上記本発明にかかるレンズアンテナでは、上記傾斜面は、上記誘電体レンズアンテナの下側端面に形成され、放射元側から放射先側に向かうにつれて上方に向けて傾斜するのが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるレンズアンテナ１０の外観を示す斜視図、図２は、レンズアンテナ１０を斜め上方から見た断面図（図３のＢ−Ｂ断面図）また図３は、レンズアンテナ１０を側方から見た断面図（図２のＡ−Ａ断面図）である。
【００１１】
レンズアンテナ１０は、ホーン１２の略矩形の開口部に誘電体レンズ１４を装着したホーンアンテナとして構成されている。
【００１２】
ホーン１２は、導波路（導波管）１６としての内部空洞の設けられた金属導体（例えばアルミニウム合金）によって構成されている。この例では、導波路１６は、略矩形の断面（電波の伝搬方向に垂直な断面）を有している。そして、図２に示すように、その矩形断面の水平方向の幅は基部側から開口部側まで一定であり、また図３に示すように、上下方向の幅は基部側から開口部側に向けて例えば線形（一次）的に漸増して側方からの視点ではラッパ状に拡開するような形状となっている。なお、図には示さないが、ホーン１２の例えば基端側（すなわち誘電体レンズ１４の他端側）にはレンズアンテナ１０をその装置（例えば通信装置等）に接続固定するためのフランジが設けられている。
【００１３】
誘電体レンズ１４は、ホーン１２の開口部に例えば接着されて固定されている。この誘電体レンズ１４は、放射面（露出面）側において段差を有する構成となっている。図１〜３の例では、誘電体レンズ１４には、放射面の水平方向中央となる位置で上下に（すなわちホーン１２の矩形の開口部の上側端辺の中央から下側端辺の中央にかけて）一定の幅で伸びる線状の（畝状あるいは直方体状の）隆起部２０が形成され、さらに隆起部２０を挟んだ両側に平坦な基面２２が形成されている。この隆起部２０の上面２４は基面２２と略平行な平坦面となっており、さらに平坦面として形成される隆起部２０の側面２６は、基面２２に対して略垂直となっている。かかる形状とすることで、アジマス面（段差の形成される断面を含む平面）でビーム幅を拡大できる。
【００１４】
また、図３に示すように、誘電体レンズ１４の放射面１８（の法線方向）は斜め上方を指向している。さらに誘電体レンズ１４の下側は裏面側にＳ字状に膨らみ、上方から下方に向けて厚みが漸増する形状となっている。図４は、このレンズアンテナ１０によって電波が上下方向にどのように放射されるかを示す模式図である。この図４において、矢印の密度が低いほど放射強度が弱く、逆に密度が高いほど放射強度が強くなることを意味する。すなわち、本実施形態にかかるレンズアンテナ１０は、上記姿勢および形状の誘電体レンズ１４を備えることで、水平方向から斜め上方にかけて所期のビームを形成し、特に水平方向での放射強度（利得）が大きくなるようにしている。
【００１５】
そして、本実施形態にかかるレンズアンテナ１０は、水平方向より下側方向への不要放射（サイドローブ）を抑制するために、いくつかの特徴的な構成を備えている。まず、レンズアンテナ１０では、図３に示すように、誘電体レンズ１４の下側端面をホーン１２の底壁１２ｕで被覆し、その被覆部分（すなわち底壁１２ｕ）に、放射元側から放射先側に向かうにつれて上方に向かう傾斜面２８を形成している。ここで、誘電体レンズ１４の下側端面付近を拡大した側面図（図５；一部断面図）を参照して、この傾斜面２８によって下向きの不要放射が抑制される原理について説明する。図５に示すように、傾斜面２８が形成されていない場合（すなわち導波路１６の下端と誘電体レンズ１４の下端面との境界が破線３０であった場合）には、誘電体レンズ１４において生じた多重反射波Ｒ１は、破線矢印で示すように、境界３０で反射された後、誘電体レンズ１４の放射面（露出面）１８で屈折されて下方に放射される。かかる放射は下向きの不要なサイドローブとなる。これに対し、傾斜面２８を設けた場合には、この傾斜面２８に入射する多重反射波Ｒ２は、実線矢印で示すように、上方に向けて反射され、放射面１８から上方に放射される。すなわち、本実施形態では、誘電体レンズ１４の下側側面を被覆するホーン１２の下側壁面に傾斜面２８を形成することによって、誘電体レンズ１４の下側端面に到来する多重反射波Ｒ２を上方に反射させ、それが下向きに放出されるのを抑制しているのである。なお、レンズアンテナ１０では、傾斜面２８に接する誘電体レンズ１４の下側端面を、その他端側の上側端面より放射先側（すなわち図３において右側）に配置しているので、傾斜面２８で反射された電波が再び上側端面に戻ることはない。
【００１６】
また、レンズアンテナ１０では、傾斜面２８に放射電波が直接到来するのを抑制する遮蔽部３２を設けている。ここで、誘電体レンズ１４の下側端面付近を拡大した側面図（図６；一部断面図）を参照して、この遮蔽部（図６に網掛けで示す領域）３２の効果について説明する。この図６に示すように、遮蔽部３２は、ホーン１２の底壁１２ｕの一部として構成されている。そして、この遮蔽部３２が存在することで、導波路１６の下側壁面に沿った放射電波Ｒ３は、傾斜面２８には入射せず、傾斜面２８の上側の誘電体レンズ１４の放射面（前方側の露出面）１８から水平方向に放射されるように構成されている。換言すれば、この遮蔽部３２は、傾斜面２８を、放射元側から導波路１６を通って直接到来する電波（直接波）から遮蔽している。仮に、遮蔽部３２が無く、比較的強度の強い直接波が傾斜面２８で反射されると、更なる多重反射が生じたりして、却って所望のビーム特性が得られなくなる。つまり、本実施形態では、かかる構成により、傾斜面２８による主たる反射対象を、不要放射の原因となる多重反射波とすることで、より容易に所望のビームを形成することができる。なお、上記構成に関しては、ホーン１２の底壁１２ｕに、略Ｖ字型の谷状の窪みを形成することで、上記傾斜面２８と第二の傾斜面３４とを形成したと言うこともできる。
【００１７】
ここで上述した傾斜面２８および遮蔽部３２の効果について図７を参照して説明する。図７の（ａ）は、傾斜面２８および遮蔽部３２を設けない場合（１）と、それらを設けた場合（すなわち図１〜３の形状とした場合：２）のエレベーション面における指向特性の一例を示す図である。また図７の（ｂ）は、図３と同じ断面図であり、図７（ａ）の横軸の角度（すなわちエレベーション面内での角度：仰角）θの定義を示すための説明図である。なお、図７（ａ）の縦軸に示す利得は、最大値を０デシベル［ｄＢ］として表し、また横軸の角度θの単位は度［ｄｅｇ］である。そして、この図７から、傾斜面２８および遮蔽部３２を設けた場合（２）は、それらを設けない場合（１）に比べて多重反射に基づく下向きの不要放射が抑制され、水平より下側の方向（すなわち０°以下）における利得が小さくなっていることがわかる。
【００１８】
さらに、レンズアンテナ１０では、図１および図２に示すように、誘電体レンズ１４の側方端面１４ｓがホーン１２の側壁３６によって被覆されており、この側方端面１４ｓから電波が放射されないようになっている。側方端面１４ｓが露出した状態では、この部分から下方に向けて不要放射が生じる。
【００１９】
ここで上述した側壁３６の効果について図８を参照して説明する。図８は、側方端面１４ｓを側壁３６で被覆しない場合（３）と、側方端面１４ｓを側壁３６で被覆する場合（すなわち図１〜３の形状とした場合：４）のエレベーション面における指向特性の一例を示す図である。図８の表記様式および角度の定義は図７と同様である。この図８から、側方端面１４ｓを側壁３６で被覆した場合（４）は、被覆しない場合（３）に比べて、側方端面１４ｓからの不要放射が無い分、水平より下側の方向（すなわち０°以下）における利得が小さくなっていることがわかる。
【００２０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、レンズアンテナの下方側に不要放射が生じないように構成した例について説明したが、本発明は、下方側のみならず、上方や側方など、所望の方向に対する不要放射を抑制したい場合に適用することが可能であるのは容易に理解できよう。その場合において、誘電体レンズの当該不要放射を抑制した側の端面を少なくとも被覆するようにし、その被覆部において、放射元側から放射先側に向かうにつれて所期のビーム中心側（すなわち不要放射を抑制したい方向と反対の方向；導波路の幅方向外側から内側）に向かう傾斜面を形成すればよい。さらに、この場合において、誘電体レンズの側端面のうち、傾斜面に接する部分に対して周方向に隣接する領域も、その被覆部によって被覆するようにすれば、当該不要な方向への放射を抑制することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上記傾斜面や、上記遮蔽部、さらには上記被覆部を設けたことにより、不要な方向への電波の放射を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるレンズアンテナの一例を示す外観図（斜視図）である。
【図２】図１のレンズアンテナを斜め上方からみた断面図である（図３のＢ−Ｂ断面図）。
【図３】図１のレンズアンテナを側方からみた断面図である（図２のＡ−Ａ断面図）。
【図４】図１のレンズアンテナによって電波が放射される方向を模式的に示す説明図である。
【図５】図１のレンズアンテナに設けられる傾斜面よって多重反射波に基づく特定方向の不要放射が抑制される様子を模式的に示す説明図である。
【図６】図１のレンズアンテナに設けられる遮蔽部によって傾斜面が直接波から遮蔽される様子を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態にかかるレンズアンテナによる特定方向への不要放射を抑制した効果の一例を示す図である（主として傾斜面と遮蔽部の効果）。
【図８】本発明の実施形態にかかるレンズアンテナによる特定方向への不要放射を抑制した効果の一例を示す図である（主として被覆部の効果）。
【符号の説明】
１０ レンズアンテナ、１２ ホーン、１２ｕ 底壁、１４ 誘電体レンズ、１４ｓ 側方端面、１６ 導波路、１８ 放射面（露出面）、２０ 隆起部、２２ 基面、２４ 上面、２６ 側面、２８ 傾斜面、３２ 遮蔽部、３４ 第二の傾斜面、３６ 側壁。

Claims (5)

1. 誘電体レンズと、
   前記誘電体レンズの側端面を被覆する被覆部と、
   を備え、
   前記被覆部には、放射元側から放射先側に向かうにつれて所期のビーム中心側に向かう傾斜面が形成されることを特徴とするレンズアンテナ。
2. さらに、前記傾斜面に放射電波が直接到来するのを抑制する遮蔽部を有することを特徴とする請求項１に記載のレンズアンテナ。
3. さらに、放射元側から前記誘電体レンズに至る拡開導波管を構成するホーンを備え、
   前記被覆部および／または遮蔽部は前記ホーンの一部として構成されることを特徴とする請求項２に記載のレンズアンテナ。
4. さらに、前記誘電体レンズの側端面のうち、前記傾斜面に接する部分に対して周方向に隣接する領域が、前記被覆部によって被覆されることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つに記載のレンズアンテナ。
5. 前記傾斜面は、前記誘電体レンズアンテナの下側端面に形成され、放射元側から放射先側に向かうにつれて上方に向けて傾斜することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つに記載のレンズアンテナ。

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