JPS5914922B2 - レンズアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ルーネベルグレンズの原理を用いたレンズア
ンテナに関し、詳しくは互いに対向するレンズ面を平面
に構成したレンズアンテナに関する。

本発明のアンテナは、ルーネベルグレンズの原理を用い
たもので、一般的に、ルーネベルグレンズとは、下記の
式を満足する屈折率分布をもつ誘電体より構成されたレ
ンズをいう。

ｎ：誘導体の屈折率 ε：誘導体の比誘電率 γ。

：球状または円筒状の誘電体の半径γ：誘電体中心また
は中心軸からの距離 上記屈折率分布を有する３次元（球）または、２次元（
薄い円筒）のルーネベルグレンズは、誘電体の任意の直
径方向に入射する平行光線を到来方向と反対側の直径端
に集中させる性質を備えている。

第１図はルーネベルグレンズの断面図である。

Ｌは球状または紙面に直角な方向を回転軸とする円筒ル
ーネベルグレンズで、これに平行光線あるいは電波Ｗが
当たれば、到来方向と反対側の点０１ に光線あるいは
電波が同位相で集中する。

このような性質を利用し、任意の方位に対して鋭い指向
性を有する送受信用アンテナもしくは方向探知用アンテ
ナを構成できる。

第２図および第３図に示す周知のワイヤーグリッドレン
ズアンテナはその一例である。

このワイヤーグリッドレンズアンテナの原理は、ルーネ
ベルグレンズを２枚の金網で構成し、かつ、使用電波の
波長に対して十分小さな所定の間隔で該金網を平行に配
装上た場合、２枚の金網間を伝播する電波に対してこの
レンズの等価誘電率ε＝ｎ２は２となり、また、使用電
波の波長に対して大きな間隔で上記金網を平行に配装し
た場合の等価誘電率ε−ｎ２は１となる事実に基いてい
る。

かかる原理は、金網の目の形状を正三角形、正方形もし
くは正六角形で形成した、いずれの場合にも成立するこ
とが知られている。

第２図および第３図に例示したワイヤーグリッドレンズ
アンテナにおいて、それぞれ金網で構成された直径ＡＢ
からなる主要部のレンズ２の一方は適宜ポール４で支持
され、また、他方のものは、任意の大地表面６で置き換
えることも可能に形成されている。

レンズ２の中心部における２枚の金網の間隔は狭く、か
つ、周辺部に移行するに応じてそれらの間隔を大きくし
、かくしてルーネベルグレンズに必要な誘電体を得るよ
うに構成している。

さらに、レンズ２のダブルコーンの母線に沿って展張し
た導線群１は、到来電波５を受は入れて該電波５をレン
ズ部に有効に送り込む機能をもつ電磁ホーンを構成して
いる。

か〜るワイヤーグリッドレンズアンテナは、平行ビーム
からなる到来電波５を全てレンズ２０反対側直径端３に
同位相で集中せしめるように動作する。

したがって、この直径端３における受信界強度は極めて
大きいので、そこにピックアンプアンテナを適宜配置す
ることにより、上記電波５を良好に受信できることとな
る。

上記現象は、到来電波５の方位に無関係に成立するので
、レンズ２の焦点に相当する周辺部に複Ｍｌのピックア
ップアンテナを任意配置することにより、任意方向から
到来する電波を効果的に受信できる。

換言すれば、これは電波の方向探知器としての機能を備
えることになる。

ところで、上記ワイヤーグリッドレンズアンテナにおい
て、短波用として広帯域であって、かつ、利得の大きな
もの、ならびに指向性の鋭い特性を有するアンテナを構
築するためには、レンズ２および電磁ホーン１の双方を
相当大きい直径で構成する必要に迫られる。

したがって、このようなアンテナを地上に建設すると、
極めて大規模な装置となる。

また、レンズ部２０間隔を建設場所に応じて適切に調整
してルーネベルグレンズとしての性能を十分に発揮させ
るために必要な作業は、アンテナ規模の増大に応じて相
当困難となるので、か〜るアンテナの建設は、莫大な経
費を必要とする。

本発明の目的は、上記の欠点を解決したレンズアンテナ
を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、レンズ機能の優れた送受信
用アンテナを容易に構築でき、しかもそのアンテナ機能
の良好なレンズアンテナを提供することにある。

以下、図面に示す実施例を参照しながら本発明の詳細な
説明する。

第４図において、６ａは地表面６から所要の深さであっ
て、たとえば円形状に水平に堀下げた半地下面である。

この半地下面６ａの周辺部は、適当な傾斜をもたせた傾
斜面部６ｂを通して地表面６に移行するように形成され
ており、該傾斜面部６ｂにおいて装置の保守その他の作
業に便宜ならしめている。

７は、地表面６とすれすれの高さになるように半地下面
６ａに設置したレンズ部で、これは使用電波の波長に比
して大きな径を有している。

このレンズ部７は、第５図および第６図に示すように、
上記半地下面６ａ自体、または該面６ａ上を金網もしく
は薄板などで蔽うことにより適宜金属化してなる円形状
のレンズ下面体７ｂを備える。

このレンズ下面体７ｂには該レンズ下面体７ｂと平行間
隔で対向するレンズ上面体７ａが上記地表面６とすれす
れの高さか、あるいはそれとはｙ同等の高さに配装しで
ある。

このレンズ上面体７ａは金網または薄板で構成され、上
記レンズ下面体７ｂと同等の径を有し、かつレンズ下面
体７ｂとの間隔は使用電波の波長より小さくなるように
設定しである。

そして、これらレンズ上下両面体７ａ 、７ｂ間には、
後述する態様で配置した誘電率５以上の値を有する誘電
体部材たる誘電体棒８を複数本垂直に適宜介装し、もっ
てレンズ上下両面体７ａと７ｂとのセパレーター機能を
兼用せしめる。

この誘電体棒８の介装態様は、その一例を第７図および
第８図に示すように、直径の同一または異なる円柱状の
誘電体棒８を多数用意し、これらを用いて前記（１）式
の誘電体関係を満足せしめるべく、レンズ部７を多数の
同心環状の領域に分け、中心部付近の等価比誘電率が２
となるように棒の配置密度を一様に密とし、それから外
部に行くに従って棒の配置密度を減じ、半径γの環状領
域では等価比誘電率が となるようにする。

レンズ部の外周の半径γ。

は大きくとるので、所要誘電体の量が著しく多くなるよ
うに思えるが、レンズ部内の垂直偏波は上下両面に平行
な方向にはＴＥＭ波として伝播可能であるので、レンズ
部の外周は大きくとも高さは波長に比し小さく出来るの
で、使用する誘電体棒８の数は多（なるが、所要経費は
大したことはない。

誘電体としては例えば 硬質ポリ塩化ビニル 比誘電率 ２．３〜３．１ポリエ
チレン 〃２．２〜２．４などがあるので、
適当なものを選んで使用することが出来る。

誘電体棒８の具体的な配置態様としては、たとえばＦＲ
Ｐ製棒あるいはパイプＣ直径約１００ｍｍφ）を誘電体
棒８として用いて短波に適用する場合、レンズ上面体７
ａおよびレンズ下面体７ｂの直径を６０ｍ、レンズ部の
高さを４ｍとすれば、中心から半径１ｍ以内は誘電体棒
８を密着して配置する。

そして、半径１０ｍの部分は方位角１０度毎に１本の割
合で配置する。

半径２０ｍの部分は、方位角１０度毎に１本の割合で、
また半径６０ｍの周辺部分は方位角３０度毎に１本の割
合で配置する。

これらの中間位置についてもｎ２ ＝＝これにより、レ
ンズ部７の中心からの距離に応じてその誘電率を変化せ
しめ、もって、到来電波をレンズ部７の焦点に同位相で
収束させる。

到来電波をレンズ部７内に導入するだめの手段として、
本発明によれば、レンズ部７の外周近傍であって、上記
傾斜面部６ｂに近接する地表面６に等間隔などで複数本
配置した単一垂直アンテナなどからなる電波誘導用アン
テナ１１を設置しである。

９は、コイルまたはループなどからなる電磁結合装置で
あり、これらは、上記各アンテナ１１に各別に接続した
給電線１０を通じて該アンテナ１１の設置位置に対応せ
しめてレンズ部７内の周辺部にそれぞれ配装されている
。

この電磁結合装置９は、アンテナ１１の出力をレンズ部
γ内の電波に有効に変換する機能を果している。

さらに、レンズ部７内の焦点位置に、上記電磁結合装置
９との関連において、通常の手段でピックアップアンテ
ナ（図示せず）を複数個設置しておく。

これらのピックアップアンテナは、適宜選択的に切換可
能に設置することも勿論可能である。

上記において、電波誘導用アンテナ１１は、小形のもの
を使用できるから、第６図に例示する通り、これらをレ
ンズ部７の中心から放射状に張設したウェーブアンテナ
１３に替えることも可能である。

かかる場合は、これらのウェーブアンテナ１３をゆるや
かな傾斜面部６ ｂ’に沿う給電線１２を通してそれぞ
れの電磁結合装置９に接続すればよい。

上記電波誘導用アンテナ１１、電磁結合装置９およびピ
ックアンプに関する具体例を第９図により説明する。

１４は長さ約４ｍの基部を絶縁した垂直受信アンテナで
あり、これは第５図の電波誘導用アンテナ１１に相当す
るものである。

１５は絶縁体１６で支持された電磁結合装置であり、こ
れは同軸給電線１７を介して受信電力が導入される。

垂直受信アンテナ１４および電磁結合装置１５には給電
線１７に整合をとるための整合器（図示せず）が含まれ
ている。

１８は金属板または金属網からなるレンズ上面体７ａお
よびレンズ下面体７ｂ間に配設された誘電体棒であり、
絶縁物の支線１９で支持されている。

２０はレンズ部Ｉを挾んで電磁結合装置１５と対向して
設けられたピンクアップアンテナであり、これは長さ約
２ｍのものである。

２１はピックアップアンテナ２０で受波した電力を切換
器等を通して受信機（図示せず）に導くための同軸ケー
ブルである。

レンズ部７の周囲に複数個設ゆられたピックアップアン
テナ２０の受信電力は同軸ケーブル２１によって１カ所
に集められる。

こうしてレンズによる電波の集束作用により、レンズを
中心として電波の到来方向と丁度反対側に設けられたピ
ックアップアンテナ２０に最も強く受信される。

したがって、レンズ部７の周囲に配置された複数個のピ
ックアップアンテナ２０の受信出力を切換えることによ
って受信電力の大小が識別される。

すなわち、電波の到来方向を知ることができる。

これが方向探知器としての効果となる。

第１０図および第１１図は本発明の他の実施例で第７図
と同＝部分には同符号を付してその説明を省略して示す
。

この場合、レンズ部７′は円筒状に構成し、レンズ上面
部７’ａ、レンズ下面部７’ｂ、および側面７’ｃを電
気良導体で形成しである。

円筒状の外壁の周囲には一定間隔に垂直受信アンテナ１
４が配置され、この垂直受信アンテナ１４の同調回路の
コンデンサ２２が円筒内に配置されている。

そして、このコンデンサ２２０対となるコイル（図示せ
ず）を受信機２３内に収納する。

これらコンデンサ２２は第１２図のように、ＴＥＭ波の
点源として働き円筒内にＦの如き波面のＴＥＭ波を発生
し、受信勢力を０１ に集中する。

このように各アンテナおよび受信機を所定の電波を受信
する様に一斉に調整すれば、電波到来方向と反対側にあ
る受信機に各アンテナによって受信した勢力を集中出来
る。

そして他方向の電波に対してはこの集中作用がないので
鋭い指向受信が可能である。

本発明によるレンズアンテナは、レンズ上面体をレンズ
下面体に対して一様な間隔で、しかも地表面すれすれに
張設するから、誘電体部材の使用と相俟ってレンズ部を
容易に構築できると共に、任意の方位に対して鋭い指向
性を備えた送受信用アンテナもしくは電波方向探知用ア
ンテナなどとして使用できる。

また、本発明のレンズアンテナは、地面を催か堀下げ設
置することが容易で、方向探知などに用いるとき外部か
ら察知される恐れもないので好都合である。

【図面の簡単な説明】

第１図はルーネベルグレンズの断面図、第２図は、周知
の円形ワイヤーグリッドレンズアンテナの概念的平面図
、第３図はその正面図、第４図は、本発明によるレンズ
アンテナの概念的設置態様図、第５図は同じくその細部
を示す概念的部分正面図、第６図は電波誘導用アンテナ
の他の例を示す同様な部分正面断面図、第７図および第
８図は、誘電体部材の配装態様を示す概念的正面図およ
び平面図、第９図は電波誘導用アンテナ、電磁結合装置
およびピックアップアンテナの具体例を示す概念図、第
１０図および第１１図は本発明の他の実施例を示す概念
的正面図および平面図、第１２図は２次元ルーネベルグ
レンズ内を進行する波の波面を示す概念図である。 ６・・・・・・地表面、６ａ・・・・・・半地下面、７
・・・・・・レンズ部、７ａ・・・・・・レンズ上面体
、７ｂ・・・・・・レンズ下面体、８，１８・・・・・
・誘電体棒、９，１５・・・・・・電磁結合装置、１０
，１２，１７・・・・・・給電線、１１・・・・・・電
波誘導用アンテナ、１４・・・・・・垂直受信アンテナ
、２０・・・・・・ピックアップアンテナ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 薄い金属板あるいは目の細い金属網で形成され、か
   つ使用電波の波長に比して大きい径を有スる円板状の上
   面体７ａおよび下面体７ｂでレンズ部７を構成し、これ
   ら上面体７ａおよび下面体７ｂを使用電波の波長に比し
   て小さい間隔で対向させるとともに、該上下面体７ ａ
   ｔ ７ ｂ相互間に比誘電率が２より大きい誘電体の
   細い棒８，１８を多数配装し、これら誘電体棒８，１８
   を、上下面体７ａ、７ｂの中心部領域は密に、かつ周近
   部領域に近ずくに従って粗になるようにして２次元ルー
   ネベルグレンズを構成し、このルーネベルグレンズの周
   縁部に円周方向に沿って一定間隔で垂直受信アンテナ１
   １，１４を配装し、該垂直受信アンテナ１１，１４の同
   調回路の素子を上記上下面体７ａ、７ｂ相互間に配置し
   、上記垂直受信アンテナ１１，１４による受信勢力を上
   記ルーネベルグレンズによって所定個所に集中させるこ
   とを特徴とするレンズアンテナ。