JPS58194408A - レンズアンテナ - 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】 この発明はアンテナ、特に走査型レンズアンテナに関す
る。

放射源や反射物を走査することは困難な、かつ、時間の
費する処理である。信号が非常に短かい期間しか放射さ
れず、また、受信装置かそのような信号を検出するのに
光分な応答性を持っていないために、信号が受信されな
い事態がしはしは起る。受信装置が広範囲にわたって周
波数の変化する信号を検出するのに充分な帯域幅を持っ
ていない場合は、さらに他の問題が生じる。放射Ｗや反
射物を検出するために使われるアンテナシステムを構成
するときに必賛な要件は次のとおりである。それらは、
可Ｗ＋’ｅな限り広い範囲を走査するための広走食角と
、短期間の放射を検出するだめの重速の走査速度と、町
Ｍｅな限り広い周波数幅の放射信号を検出するだめの広
周波数帝域暢と、低レベルの信号を検出するための低い
内部損失と、全走査角にわたって高検出確率を保つだめ
の高性能動作と一定のビーム形状である。この発明に関
連してこれらの要件を以下に説明する。

レーダの分野やアンテナが受信モードにのみある場合に
は、全走査角にわたる一定のビーム形状と一定の性能は
、未知の物体を検出しその位置を正確に表わすために要
求されている。未知の物体はどこにでも存在し得るので
、最良の性ｈＬが得られる特定の方位角（アノマス角）
はない。このため、一定形状のビームを可能な限り広い
方位角範囲にわたってすばやく走査する要件が最も重要
である。

広帯域にわたる信号を受信し処理する要件も１賛である
。一連の受信信号処理システムの中でアンテナは第１番
目の装置であるので、アンテナの帯域幅はシステムの帯
域幅を決定する。

このため、可能な限り広帯域の信号を受信するアンテナ
は未知の周波数の物体を検出する性能を向上するために
必要である。帯域幅の問題は、電力分配器、結合器、ハ
イブリッド回路寺を含むマイクロ波回路技術と、拘束〆
伝送線路を応１も用する従来のアンテナシステムにおい
て軸に顕著である。広帯域のアンテナシステムを実現す
るためには各素子、各接続点と各インターフェースが電
気的に整合されていて、かつ、広帯域特性を持たなけれ
ばならない。各素子の電気的特性の差や相互作用によっ
て、広帯域のアンプナシステムを実現することは困難で
あることが知られている。

上述したように、目的物を走査して検出する際に考慮し
なければならないことはアンテナシステムの固有の損失
である。低レベルの信号を検出するためには、比較的効
率の高い、かつ低惟失アンテナが必要である。これによ
り、信号がアンテナ以外の残りの機器に供給される以前
にアンテナで消散されることが防止される。拘宋枝術、
マイクロ波素子、結合器、高慣失鋳電体を使った従来の
アンテナシステムは固有損失によりしばしば許容されな
い電の信号を消散する。固有損失としては、挿入損、素
子の相互作用による損失、柚々の干渉により生じる定住
波　　　　ｊｌによる損失等がある。このため、低損失
アンテナをｅＩｒ＋するには、広帯域特性のアンテナを
設置する際と四様な問題に対処しなければならない。

走査速度に関して舊えば、Ｋバンド絢波数帯域で動作す
る従来システムとしては、機械的に走査可能なアンテナ
や、コンピュータ制御可能な狭ビームアンテナがある。

アンテナビームはアンテナの機械的な−動きによって走
査されるので、走査速度は遅く、その結果、短期間の信
号を検出する可能性は比較的低い。

他の従来システムとして、フェイズドアレーアンテナが
ある。このアンテナにおいては、コンピュータ制御と電
気的走査のために、走査速度は機械的アンテナシステム
に比べて速い。しかしながら、フェイズドアレーアンテ
ナの帯域幅は比較的低いとともに走査速度によって賀わ
るという欠点かめる。加えて、この種のアンテナはビー
ム位置が周波数によって偏移するという周波数応答型ア
ンテナである。フェイズドアレーアンテナは走査するこ
となく、広い角度の屑状領域を送受信領域に持つが、こ
の場合の帯域Ｓは走査モード時に比べてさらに狭い。し
たかって、従来のアンテナシステムは広範囲を送受信領
域にし、かつ、走査することについては性能が不充分で
ある。

光学の原理を用いて設計されたアンテナは高速走査に関
する要求は満足する。光学的アンテナシステムにおいて
は、電磁波の伝播は幾何光学の原理に基づいて決定され
る。そのため、ミリ波において広帯域動作が容易である
。電波伝ｍ　ｉ、ｉ伝飯角と光路長によって決まり、動
作周波数には無関係である。空気が充満された非拘束の
伝搬路が存在するために、信号の消散は比較的少ない。

従来の光学的アンテナの一例としてクイ／ハート（Ｒｌ
ｎａｂａｒｔ　）アンテナがある。

このアンアナＶｉ理論的にｔｉ児全に走査を行なうアン
テナとして知られている。

このラインハートアンテナは配置型のアンテナでありＲ
，Ｆ、Ｒｉｎｅｈａｒｔの文献［レーダアンテナについ
ての昼速走青についての問題に対する解法（Ａ　５ｏｌ
ｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　Ｒ
ａｐｉｄＳｃａｎｎｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｒａｄａｒ　Ａｎ
ｔｓｎｎａ　）　Ｊ　＋　”　Ｊｏｕｒｎａｔｏｆ　Ａ
ｐｐｔｌｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　”　、　ｖｏｌ　１９
　ｒ　１９４８年９月、に記載されている。このアンテ
ナは可変誘電体ルーネベルグレンズに類似した開放型導
波管である。ドーム形状の２枚の平行な導電板が設けら
れる。２枚の導電板の間を伝搬する電磁波はそれらの間
の等差平均面を伝搬する。２枚の導電板をドーム状にす
る目的はこの等差平均面をつくることである。これによ
り、導電板の周辺上の一点から２板の間に舖導される′
［ａｔ波は、上記点と直径方向に対向する点において平
面波となる。同様に外から平面波としてラインハートア
ンテナに入射される電磁波は、アンテナに接し、かつ、
入射平面波に直交するラインと直径方向の反対側の周辺
上の一点に収束される。

ラインハートアンテナや他の測地線（ノオデジイック）
アンテナの動作の原理はフェル７（Ｆｅｒｍａｔ）の最
小原理である。すなわち、を磁波は２枚の平行導電体の
間の等差平均向上の測地線に沿って伝搬される。ライン
ハートアンテナは等差平面−をドーム形状にすることに
より、光路長を変える。この結果、アンテナの周辺上の
一点からこの点とアンテナをはさんで反対側にありアン
テナの接線上の全ての点までの光路長の等しい伝搬路が
多数存在する。ラインハートアンテナは理論的には充分
な走査性能を持つているが、周辺でのビーム方向はドー
ム形状の回転中心軸と平行である。中心軸と直交する平
面内でのビーム方向は広範囲の走査範囲を有するように
設定されるのが好ましい。周辺には、電磁波を指向する
が、電磁波の反射や収束を行なわせない反射器やへりが
必要である。これを実現した従来例に、米国特許第２，
８１４，０３７号［走査型アンテナＪ　（Ｗａｒｒｅｎ
　＠ｔ　ａｔ　）がある。

この米国特許はラインハートアンテナの変形例に関する
。この変形例は中心軸の角度で外へ向かった方向へ電磁
波を意図的に指向させる。

ラインハートの珈論によって走査面内で理論的　　　８
（に充分な収束特性を保つために、この米国特許におい
ては測地線ドームにへりが付は加えられた。この結果、
このアンテナは広い方位角にわたって走査可能であり、
方位角において狭いビーム幅を有する。しかしながら、
仰角におい〜てはビーム幅はかなり広い。方位角とは水
平面内の角であり、仰角とは垂直面内の角である。

仰角方向においてビーム幅が広いことが好ましくない場
合がある。たとえば、目標物検出や追尾の分野において
は、方位角、仰角方向において狭いビーム幅が好ましい
。この理由の一つは電磁波の集中により、遠距離まで走
査することができるからである。従来の測地線アンテナ
はｉ４う〆う反射鏡、給電系、・母うｌう円筒反射鏡を
用いて仰角方向においてビームを収束あるいは圧縮する
手段を有する。この−例としては、米国特許第３，３４
３，１７１号Ｕ走査型測地縁しンズアンテナＪ　（Ｇｏ
ｏｄｍａｎ　）がある。

この米国特許では、反射鏡によって垂ｉＩ面内のビーム
幅が圧縮される。しかしながら、垂直面内の指向性を制
御する際に、種々の問題が生じる。一つには、反射鏡は
一般にドームアンテナより大きいので、システムが大き
くなり、風等の種々の物理的干渉の影◆が大きいことで
ある。二つには、反射鏡が大きく、かつ、反射鏡の全て
の鏡面にビームがあたるわけではないということにより
、開口能率が悪いことである。

三つには、反射鏡を使うためにシステム全体が対称では
ないので、ビーム幅が走査角度によって変わってしまう
ことと、広力位角を走査するには数枚の反射鏡が必景と
なることである。

このように従来の光学的原理に基づいたアンテナンス７
ムは広範囲にわたる走査あるいは受傷性能が低いことが
欠点である。

したがって、この発明の目的は上述した従来アンテナの
芋部ではないにしても大部分の欠点を克服した新規で改
良された走査型アンテナを提供することである。

この発明の第２の目的は、一平面内の走査を簡速かつ広
範囲に竹ない、それとＶＩＬ交する平面内のビーム形状
は一定に保つアンテナを提供することである。

この発明の第３の目的は、走査面と直交する平面内のビ
ーム幅が狭い測地線レンズアンテナを提供することであ
る。

この発明の第４の目的は、ミリ波帯を含む全てのマイク
ロ波帯域で動作する広帯域、高開口能率のアンテナを提
供することである。

この発明の第５の目的は、機械的強度が高く、簡単な構
成で、小型、かつ、製造の容易な測地線ドームアンテナ
を提供することである。

この発明によればこれらの目的は、２枚の同心のドーム
形状の導電板と、導電板の周辺の間に接続される誘電体
の充満されたフレア型導波管を具備する走査型測地線レ
ンズアンテナにより実現される。２枚の導電板はＴＦＭ
モードの導波管として働き、位相速度は動作周波数に無
関係である。導電板は中心を通る軸についての回転体で
あり、正確な形状は８１％である。

この明細書で１ドーム」とはこの導電板の形状を示すた
めに使われるが、この飴は便宜的に使われるものであり
、限定的ではない。導電板の正確な形状は後述するよう
に、多くの・母うメータにより決定される。この形状は
一般にいうドームに似ているので「ドーム」という語が
使われる。

フレアホーンは環状であり、導電板の周囲に固定されて
いる。垂直面内のビームを制限するために、フレアホー
ンは中心軸に対して適当な関係を持って設けられる。こ
れらのに６導電板の環状の周辺部はそれらの間に電磁波
が入射され、それらの間から電磁波が取出されるので、
一般に「給電環」と呼ばれる。給電環中のフレアホーン
が接続される個所の面積はアンテナの走査角に比例する
。フレアホーンの一側面は直接に外側の導電板の周辺部
に接続される。フレアホーンの残りの一部」面は内９Ｌ
Ｉｊの４電板の周辺部の一部である「整合９０°ベンド
」に接続される。この整合ペンドはフレアホーンの指向
する方向を導電板の周辺部の伝搬路の軸方向に移す　　
　＋まために電磁波の向きを変える。フレアホーンの内
に充満される誘電体は特定の＃面形状を有し、通過する
電磁波が垂直面内で収束される。この実施例では、フレ
アホーンと接続していない給電環の部分は、導電体の間
に電磁波を入射し、または、それらの間から電磁波を取
出すための給電手段に接続される。給電手段としては通
常の矩形導波管が一般的である。

前述したように、従来の測地線レンズアンテナは理論的
には走査面内においては狭ビームを走査するが、走査面
と直交する面内ではビーム幅は広い。直交面内のビーム
幅を狭くするために、この発明では誘電体充満フレア型
導波管を給電ホーンとして用いる。このホーンは環形の
８面ホーンである。ホーンの寸法は波長と所望のビーム
幅に応じて決定される。ホーンの内に充満される誘電体
の種類もホーンの寸法を決定する。この７レアホーンは
走査面とｉｌｋ交する面内で電磁波を収束させるがこれ
により光路長が変わるので、従来の測地線レンズアンテ
ナがビームを走査（８）内で収束させることができなく
なる。

７１／アホー／の効果を取入れた新しいドーム形状が生
まれ、同心導電板をつくるのにこの形状が用いられる。

この独特なドーム形状と、これに取付けられた誘電体充
満フレアボーンにより、この発明によれば、走査面内の
ビーム幅を狭くするとともに、直交面内のビーム幅を狭
くすることができる。このアンテナシステムは回転対称
であるので、一定形状のビームの広範吐走査が可能であ
る。この発明によれば、同心導電体の形状を決定するの
にフェルマの原理を用いているので、走査面内のビーム
は収束され、ビーム幅は挾い。７レアホーンおよびフォ
ーカシングレンズとして動く誘電体の使用により、直交
面内のビーム幅は狭い。このレンズは導電体の中心軸に
関してほとんど回転対称であるので、全走査角度にわた
ってビーム形状は一定である。

このように、この発明は大規模な従来の７やう〆う反射
−や同様のものを用いずに、走査面かつ直交面における
所望の指向性−を実現できる。

このシステムは回転対称であり、電気的スイッチングに
より高速走査が可能であるので、機械的な動作は全く必
要とされない。さらに、受信機を給電橡の種々の個所へ
接続することにより、走査することなく扇形領域の監視
や受信が行なえる。これらの個所へ収束された電磁波を
比較することにより、扇形領域内の目標物の位置が決定
される。

この発明は構成要素が少ないので従来システムより簡単
である。使われる部品は、汎用品でよく、かつ、許容誤
差が大きくてもよい。したがって、この発明は製作が容
易で安価である。

以下、図面を参照してこの発明によるレンズアンテナの
一実施例を説明する。第１図ないし９６図に測地線ドー
ム型レンズアンテナの一実施例が示される。この実施例
は、２枚のドーム形状の同心の導電板Ｊ（Ｊ、ＪＪと、
内側のドーム形状導電板１１に斜め継ぎされたベンドＪ
２と、誘電体２１が充満された金属の７レアホーン２０
とを有する。

導電板１０．１１の正確な形状は、水平面内でファーフ
ィールドからこのアンテナに入射される平面波が給電環
１５上の一点に収束され、同様に給Ｉ［環１５の一点か
らこのアンテナに供給される電磁波がファーフィールド
で収束されるように設定される。第２囚１第６図に示す
ように、ベンド（へり）１２は内側１導電板１１から形
成される。標準の導波管技術を用いて設計されるベンド
１２は導電板１０．１１の間の方向から７レアホーン２
０の方向へ、あるいＶユその逆へ、最小の整合損失で電
磁波の向きを変える。走査向に直交する面内でビームは
フレアホー７２０と誘電体２ノからなる電波レンズによ
って収束される。しかしながら、このレンズを付加する
ことにより、光路長が変化するので、走査面内で完全な
収束性を持たせるには新規なドーム形状が要求される。

１ 滲■規なドーム形状はレンズ２０．２１の効果を考慮し
た走査面内の収束条件から侍られた積分方程式を解くこ
とにより求められ、それは２軸を中心とした回転体であ
る。導電板１０゜１１の間の領域を伝搬する電磁波はそ
れらの間の等差平均面１４上を伝搬することが知られて
いる。この等差平均面１４の形状が積分方程式を解くこ
とにより求められる。ここでは、導電板１０．１１の間
の距離は最高動作周波数における半波長よりも短かく設
定されているが、これに限定されない。等差平均面１４
の形状がこの測地線ドームレンズアンテナが走査面で収
束性を持つかどうか決定する。

等差平均面１４を伝搬する全てのビームはこの平均面ノ
４の接線方向に伝搬するとする。この等差平均面１４は
以下の説明において基準の平面となる。第４図に示すよ
うに、φ＝πの点で給電されると、角度Ｖをもって平ｌ
１１１４の接線上をビームが伝搬する。ビームはφが減
少しながら進み、角度φ、で給電環Ｊ５に入射する０こ
の２点の間の光路長は次式で与えられる。

１阿り−Ｊ冒記 −Ｊ　＠ π る。

−（ｌ′ρφ）　　（ｄφ）　　　　　　　　・・　（
２）ここでρはＺ軸と等差平均向との距離である。

フェルマの原理によれば、２つの固定角π、φ。

との間の積分は最小（測地線）となる。

被積分関数Ｉはオイラの公式を満たす。

ここで、■は（１）式の被積分関数の２＊平均値である
。これはｌ（ρ）を既知とすると、変数ρφとρによる
１次の微分方程式である。これを鱗〈ために、誘電体ル
ーネベルグレンズの解法と同様に変数変換を行なう。

Ｋ＝ρ／■　　　　・・・　（５） ρφをρとＫで表わすと ρφ＝±−５覇７　　・・・（６） Ｋｌ’ （６）式を（４）式に代入すると、微分方程式は次のよ
うに簡単になる。

Ｋ −；０　　　　　　・・・　（７） ｄρ これを解くと次のようになる。

Ｋ＝定数　　　　　・・・（８） （６）式から明らかなように、定数にはρφ−０のとき
のρの値であｐｌあるいは、２細から１１＆ｌｌ　ｖた
軌跡の最も近い距離である。このように、（６ｉ式はρ
とφについて簡単に解けた。ρφの第１項は正でおると
、φとρは次の積分を満足する。

ρがＫと等しいときは、φ＝φ区とすると（Ｋ、φＫ）
点を過ぎると、φはφにより小さくなり、（６〉式の解
は次のようになる。

軌跡は（Ｋ、φＫ）点を中心に対称である。

さらに、次の関係が成立する。

１１ ここで、θは軌跡とφ＝一定の平面とのなす角である。

したがって、パラメータＫが最短距離に等しいのみなら
ず、次のように、給電点から角Ｖで放射されたビームの
軌跡と関係がある。

Ｋ＝ｐ　ｍｅ＝　ａ　ｓいＶ　　　１３．（６）　　　
　　　　　　１このビームはト０−ムからも１町じ角度
Ｖで放射される。軌跡の対称性から、方位方向の出力角
φ、とφＫは次のような関係にある。

φ。＝２φ五−π　　　　・・・　（至）上述の説明は
ドーム面ｌ（ρ）が特定されたときの軌跡とビーム特性
に関する。このドーム面！（ρ）は誘電体レンズが出力
端に接続されたとき、全ての出力ビームがｚ−０の平面
に収束するように決定されるべきである。

出力角φ。は第４図に示すように２〜ａ０平面の放射ビ
ームがＸ軸に平行となるように決定されるべきである。

第４図中の角φ１．φ２．φ３゜φ。は次の関係を満す
。

Ｋ＝ａｄｎＦ＝ａηｏｇｔｏφ５　（スネルの法則）−
・ａ＋η（１ｍφ２＝−φ１　（スネルの法則）　　・
・・　ＱＱφＳ−φ２＋φ１＝φ。　（収束条件）　　
　・・・　ａ′？）ここで、η０は誘電体の反射係数で
おりεに関係がある。

２ｇ η０　＝□ Ｃ０ （６）〜（１７１の条件は周知である。Ｋを）々ラメー
タとしてこれらの式を漸くと、次のようになる。

Ｃ１ｉ　、　Ｃ１７）式により次式が得られ心。

ドーム形状のだめの積分方程式は四式の左辺にｈ　、　
０請、（４）式の右辺を代入すれは得られる。

＝ｇ（６）　　　・・・Ｑυ ９１．１式はＫの全ての値（０〜ａ）に対して満足され
る未知変数１’（ｐ）についてのアーペル（Ａｂ・ｌ）
の積分方程式である。アーペルの７１根式は周知である
。表面座標Ｚ　Ｃｐ）は（２）式を変形した式に関連が
あるの、で、関数Ｊ’（ρ）は一義的に表面を定義する
。

（２）式はドーム形状を与えるが、まず、ｌ’が求をか
けて、Ｋについてρから１まで積分する。

Ｃ２１）式の左辺（ＬＭ　）は次のようになる。

最後のＫについての積分は１であるので、同様にＱル式
の右辺（ＲＭ　）を求めると、関数Ａ！’Ｃｐ）は一式
と（ハ）式を等しいとして両辺をρについて微分すれば
得られる。

９９式にあるようＩＩＣｇ（６）を表わすと−ｑ（ｂη
０．ρ）　　　・・・（２５ｍ）マ＝ｂまたはａη０ま
たはｂηＯ Ｚ　（１））の解は（ホ）式をに）式に代入すれば得ら
れる。　　　ｊ′□しかし、に）式は閉微分方程式では
なく、数値積分が必要である。ここで、ａ　＝　ｂまた
はη０＝１であれば次のようになる。

これにより、ラインハードの結果が利用される。

上述の説明は走査面内で電磁波を収束することができる
等差平均面の正確な形状を導出するだめの説明である。

次に、フレアホー７２０のサイズを考瀘する。フレアホ
ーン２０ｔｄ環状の８面ホーンである。走査面と直交す
る平面内のビーム幅Δθは開口サイズλ／Δθを必要と
する。

光路長の長さ誤差がλ／４より小さいとすると、ホーン
の長さしは次のようになる。

λ Ｌ〉−ｍ−７ Ｌ（Δθ） 一般に、ホーンの長さはドームの径よシ長いので、アン
テナの形状が大きくなる。この開口能率の量販は、ビー
ムを走査面とほぼ平行に収束させる誘電体レンズ２１を
ホーンの中に入れることにより解決される。空気との接
触面の誘電体の形状は、ビームが直交面内で収束するよ
うに決定される。誘電体２１をフレアホーンに充満させ
ることにより、小さなサイズのホーン２０が実現される
。第６図に示すように、誘電体は・９イの周辺のような
形をしている。

レンズ２ノの形状は、（−ｍ、０．０）（第４図）で給
電され、ｙ−０のレンズ而に現われるビームが全て無限
遠で収束するように設計される。

これには、第５図に示すように、ドームの出力端（ρ＝
、）とホーンとの接続点（ρ＝ｂ）との間の光路長が全
てのビームに対して一定となることが必要である。

ηＯＦ乙：；戸爾−−十（ｂ−ρ）ジｏ（ト１）＝（定
数）　　　・・・■ このレンズ表面についての条件は楕円についての条件と
同様に変形すると、 一式からρは次のように求められる。

ここで、ρはＺ軸から誘電体２１の外側表面までの距離
である。

すでに得られた等差平均面の形状に関する条件（（２５
ｍ）　、　（２５ｂ）　、１１１式）に、このレンズ形
状の条件を組合わせると、ビームは走査面内および直交
面内ともに収束される。ドーム形等差平均面１４はレン
ズ２０．２１とともに高指向性、狭ビーム幅、低サイド
ロープをもたらす。

第２図、第６図かられかるように、ベンド１２はその表
面に入射されるビームの方向を変える。この発明の実施
例によれば、標準的な導波管の斜め継ぎが行なわれてい
る。この斜め継ぎは周知であり、２枚のドーム板１０．
１１の間がλ／２より小さい場合、特に効果的である。

実施例では斜め継き゛が行なわれたが、同様の効果のあ
る他の手段が用いられてもよい。この発明は斜め継ぎに
限定されない。この斜め継ぎの一つの目的は、入射エネ
ルギとの効率的な整合をとるためである。標準的な導波
管技術においては、整合のとれたインターフェイスは最
大の電力を通過する。

この発明のアンテナは対称であるので、放射ビーム形状
は走査角に関係なく一定であり、広角走査が実現される
。第３図に示した実験結果によれば走査角は約２００（
士ｉｏ’）である。フレアホーンは２００°にわたって
給電環に接続される。給電環の残りの部分は、アンテナ
のインターフェイス部に接続される。この例では走査角
は２０°であるが、これに限定されない。フレアホーン
の接続角度本自由に変更できるが、２７０°以上になる
と、給電円のどの部分を入射開口とするかによって、放
射開口と入射開口との関で干渉が生じる。しかし、これ
は、他の手段・たとえは、３ポートサーキーレータをド
ー　　　ｊ１ムとレンズの間に入れることにより解決さ
れる。

この発明によれば、走査面内のビーム幅はげ−ムの径と
等しいので開口能率がよい。この高開口能率はアンテナ
が対称であるので全走査角において保たれる。

第１図、第２図かられかるように、給電ホーン１３が給
電環の間に接続される。給電環は受信機や信号信理回路
に接続される導波管に接続されてもよい。こうすればア
ンテナの全視野が走査することなく監視される。アンテ
ナの視野内に入ってきた物体を検出するには、給電環に
接続された異なる導波管（給電ホーン）の出力を比較す
ることにより相対位置を検出すればよい。レーダの場合
には、各導波管は所定の７−ケンスにしたがって送信モ
ードから受信モードに切換えられる。この丸め、高分解
能、高感度で多くの目標を追跡するのに必要な正確なビ
ームが得られる。

この実施例では給電ホーン１３として導波管を用いたが
、他の給電手段、たとえば、同軸線でもよい０さらに、
このアンテナは送信、受信のいずれに使ってもよい。上
述の説明では一つのモードでしか使われないが、このモ
ードに限定さｔない。上述の説明はあくまでもこの発明
を説明するための特定の説明である。

コノアンテナを電磁波をファーフィールドへ送信するた
めに使うには、導波管１３のような給電手段を介して測
地線ドーム型の等差平均面１４の給電環１５の所に電磁
波が供給される。

電磁波はフェルツの原理にしたがって、２枚の４を板１
０．１１の間の等差平均面１４に沿って伝搬される。等
差平均面の独特の形状によって、電磁波は給電点と反対
側の導電板１０゜Ｉノの所から放出され、フレアホーン
２ｏ内の誘電体２１内に入射される。誘電体２ノから放
出されると、ｔａ波は方位角、仰角方向とも収束される
。

この実施例においては、導電板１０．１１の間には空気
が入っているが、空気以外の他の誘電体が入っていても
よい。ポーンの内の誘電体２１としては低損失の同一種
の泡、たとえば石英泡が用いられるが、泡板外のもので
もよい。

しかしながら、フレアホーンの内に低損失の泡を入れ、
導電板ＪＯ，１３の間に空気を入れることにより、高効
率、低損失が実現される。この低損失の泡を用い、光学
１１１を応用したことにより、ミリ波領域の動作が可能
となる。

２枚の導電板１０．１１をつくる際に、回転、打ち抜き
、電気形成尋の手段を用いてアルミ板のかたまりからつ
くられる。システムは拘束されないので、耐性は不必要
である。部品数が少なく耐性が不要なので、構造が簡単
であり娯差が影畳を及はさない。一般的な製造方法と低
価格の材料が用いられ、ドームは完全に回転体であるの
で、従来システムよりもこの発明によるアンテナシステ
ムの価格は安く、かつ、機械的な強度は高い。

上述した原理、式、他の緒要素を用いてアンテナを構成
すればにムパンド帯でも動作する。

２枚の導電板１０．１１の間隔は０．０７０インチに設
定される。レンズは菖２図、第３図に示すように給電円
１５の２００°の範囲に接続される。

測地線ドーム導電板Ｊ　Ｏ、Ｊ　’Ｊはアルミニウムの
ブロックからつくられる。トレーサ旋盤がドーム部分や
レンズの放射面となるフレア部をつくるのに用いられる
。トレーサ型板が、ドームの等Ａｍとベンドとフレアホ
ーンを正確に表わすためｔこ用いられる。ｔｆシルクロ
ックからげ−ムとフレアホーンをつくることは、多数の
独立した製造部品を組立てて機械的に固定するときに非
接触面の不精密さと不確定さを生じさせないのでこの実
施例のプロセス中の特徴である。

フレアホーン２０と接続される誘電体レンズ２１の開口
をつくることもバルク訪電体材料からの製造に基づいて
いる。低損失石英泡、特に、誘電率が１４で消散係数が
０００１以下の泡がレンズのために使われる。この材質
は、密接につくる際に理想的なすぐれた機械的特性を有
する。

ドームの周辺の２００°をおおう環状部分はほぼ同じア
ーク長の３つの環状の扇形からなる。

ドーム１０．１１と誘電体が充満されたホー　　　７１
ン２０の一体的な構造が第２図、第３図に示される。減
少された高さのＷＲ２８導波管からなる７素子の給電ホ
ーンが給電環において用いられる。導電板１０．１１の
間に０．０７０インチの一定の間隔があるドームの周辺
部に指向性を向けるために、給電ポーンは高さが００７
０インチ減少されている。

ＷＲ２８導波管の動作帯域と適合する２６．５〜４　Ｑ
　ＧＨｚ帯で、このアンテナと誘電体レンズのにムバン
ド帝での評価が行なわれた。まず、減少高さのＷＲ２８
給電ホーンの収束性について試験が行なわれる。給電ホ
ーンとドームの７ランジとの間にスペーサを介して種々
の給電点が測定される。２次ノ’？ターンの利得、サイ
ドローブ、ヌル特性が異なる給電点の関数として評価さ
れる。この実施例においては最適給電点は導波管をスペ
ーサを介して給電円のなす平面より０００４インチ下に
接続したときに見出された。

単一の給電素子の単一のビーム・９ターンは、２６．５
〜４０　ＧＨｚにおいてアンテナのＥｉｌ、Ｈ面に収束
された状態で調べられた。Ｈ面の／４’ターンは主サイ
ドローブにおいて不均衡がみられた。

これは、アンテナのドーム部、レンズ部の製造艶差に関
する不規則性によるものである。走査の関数としてのパ
ターン形成の均一性は５個の隣接するビームのｌ（面・
臂ターンを測定することにより得られる。主サイドロー
プの変化があったが、利得とビーム幅についての他のパ
ターン特性は変わらない。走査角の関数としてのサイド
ロープレベルの変化は上述したアンテナの不規則性に関
係する。４０　ＧＨｚでの測定ビーム幅はＥ１ｉ！ｉ］
、Ｈ面においてそれぞれ１０．７°と１．７゜であり、
予想値はそれぞれ１０８°と１４°である。

このアンテナの利得の測定値は約３０．５　ｄＢであっ
た。利得は２６．５　ＧＨｚで２９．３　ｄＢで４　Ｑ
　ＧＨｚでは３１．４　ｄＢに変化する。測定ビーム幅
から得られたアンテナの指向に対して測定利得を比較す
ると、アンテナの開口能率は６０〜７２％であることが
わかる。この高能率はオープンエンド導波管により給電
された実施例で実現された擬均−開口イルミネーシ、ン
によるものである。

低Ｈ１ｆｉサイドロープのための開ロイルミネーシ、ン
についての給電方法の変形例が考えられる。ＷＲ２８導
波管の開口を０．２８０インチ長くしたＨ面フレアホー
ンを使うことにより、サイドロープ特性が改善される。

２６．５〜４０　ＧＨｚにおいて２０　ｄＢ以上のサイ
ドローブが得られた。

しかしながら、これに対応して、ビーム幅が広くなり利
得が１．５ｄＢ低くなる。

上述したように、この発明によれば上述の目的を実現す
るアンテナが提供される。上述した実施例はあくまでも
一実施例であり、この発明はこれに限定されずに楕々変
形可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるレンズアンテナの一実施例の斜
視図、第２図はその断面図、第３図は電磁波の伝搬を示
すだめのその平面図であり第４図はドームとレンズを伝
搬する軌跡を示すためのその平面図、第５図は−じく伝
搬軌跡を示すだめのその断面図、第６図はフレアホーン
とレンズの部分の断面図である。 Ｊｏ、１１・・・導電板、１３・・・導波管、１５・・
・給電環、２０・・・フレアホーン、２ノ・・・誘電体
。 出１人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦ｊ（ １、事件の表示 ％ｌｆｉＭ５８−１９９１６号 ２、発明の名称 レンズアンテナ ３、補正をする者 事件との関係　特許出廟人 ヒユーズ・エアクラフトｅカンノ譬ニー４、代理人 ７　Ｍ正の８谷　　　別紙の通り １曲の苧４（８谷にに更なし）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外側導電体と、前記外側導電体と同心の内側導電体を有
   し、両溝電体がドーム形状を有し互いに分離されていて
   、両溝電体の間に電磁波を入力あるいは出力する給電素
   子を有するレンズアンテナにおいて、前記両溝電体の間
   はＴＥＭモードとなるように蝦高動作周波数における半
   波長よりも狭く、この間には環状のレンズが接続され、
   レンズを伝搬する電磁波が第１の面内で収束するように
   誘電体が満たされたフレアホーンが設けられ、前記両溝
   電体の形状は前記レンズに適応し、電磁波を第１の面と
   直交する面内で収束するように決定されていることを％
   徴とするレンズアンテナ。