JPS62258505A

JPS62258505A - 電波レンズ

Info

Publication number: JPS62258505A
Application number: JP25616985A
Authority: JP
Inventors: Nozomi Hasebe; 長谷部　望; Morio Onoe; 守夫尾上
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1987-11-11
Also published as: JPH0547001B2

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、電波レンズに係り、とくに誘電体を利用した
電波レンズ（誘電体レンズ）に関する。

〔従来の技術〕

到来した電波に反射や収束等のレンズ作用を施す電波レ
ンズの内、プラスチック誘電体（例えば発泡ポリエチレ
ン）を用いたルネベルグレンズ。

イートンリップマンレンズ等の電波レンズは、海難教助
用、航路標識用のレーダ反射器を初めとして各種の分野
において広く使用されている。

このような電波レンズ（誘電体レンズともいう）にあっ
ては、レンズ中心部から外周部に向かうに従って、その
誘電率を所定の関係式に基づいて徐々に変化させ屈折率
を変化せしめる必要がある。

このため、従来からの電波レンズでは、球状の電波レン
ズ全体を相互に重合可能な略おわん型の半球殻に分割す
るという多層構造とし、これらの半球殻の誘電率を各々
所定値になるよう設定するという手法が一般に用いられ
ている。また、この場合において、誘電率を各々変化さ
せ所定値に設定する技術としては、半球殻中に混入させ
る金属粒（例えばアルミニウム粒）の割合を人為的に調
整するという手法が多用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した従来技術にあっては、電波レン
ズの誘電率に対してその中心部から外周部へ向かう変化
を極力連続的にして精密な電波レンズを形成しようとす
るほど、前述した半球殻の数を多くしなければならない
ことから、型の数及び製作工程等が必然的に増加し、結
局価格の著しい上昇を招来するという不都合があった。

一方、混入する金属粒の割合を変えながらプラスチック
を発泡させる際には、その成型に多くの熟練を必要とす
るほか、誘電率の値によっては必ずしも金属粒が一様に
混入され難いことも多く、歩留まりが低下したり、レン
ズとしての性能が低下するという不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来技術の有する不都合を改善し、と
くに製作が著しく容易化され、これによって生産コスト
の大幅な低減を図ることのできる電波レンズを提供する
ことを、その目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明では、小片状の導体箔をシート状の絶縁
性面状基板に配設するとともに当該導体箔の配設密度を
中心部から外周部へ向けて同心円状に徐々に粗くなるよ
うに変化せしめた複数枚の誘電体部材を設け、この各誘
電体部材を所定間隔をおいて積層する等の構成を採り、
これによって前記目的を達成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

、以下、本発明の一実施例を第１図ないし第５図に基づ
いて説明する。

まず、第１図において、２はルネベルグレンズを示す。

このルネベルグレンズ２は、薄いシート状の誘電体部材
としての人工誘電体板４Ａ、・・・。

４Ｍ　　（但し、４Ａのみ１枚、他は各々２枚）と、こ
れらの各人工誘電体板４（以下、同様に必要に応じて添
字「Ａ」ないし「８」を外して示す）を相互に所定距離
だけ隔てて積層するための積層部材としての発泡スチロ
ール板６．・・・、６−とを要部として構成されている
。そして、前記各人工誘電体板４と各発泡スチロール板
６とは図示の如く交互に積層され、しかも全体として球
状を成すよう予め各寸法が設定されている。

ここで、８は各人工誘電体板４及び発泡スチロール仮６
の外周部に凹状に形成された位置決め用のガイド手段と
しての溝部（実際には、積層状態において溝部となる）
を示し、この溝部８は後述するようにルネベルグレンズ
２全体をも固定するために兼用されるものである。

前記ルネベルグレンズ２を更に詳述すると、本実施例に
おける前記各人工誘電体板４は、合計２５枚から成って
おり、中心部の人工誘電体板４Ａを介して上下に各々１
２枚の人工誘電体板４、ないし４Ｎが第２図に示す如く
対称に配設されるように成っている。そして、前記各人
工誘電体板４は所定距離間隔を隔てて積層され、この状
態において、側面方向の輪郭が第１図ないし第２図に示
す如く円形となるよう各寸法が設定されている。

そして、上記各人工誘電体板４は、非吸水性の絶縁性面
状基板としてのユポ祇１０（厚さ略２０μ）と、このユ
ポ祇１０上に形成された円板状の導体箔１２．・・・、
１２（直径は略２１１■）により構成されている（第１
図中の４Ａ参照）、この導体箔１２．・・・、１２は、
本実施例では、銅を主成分とする導電性ペーストでユポ
紙１０にシルク印刷されており、これによって容易に且
つ大量に形成することができるようになっている。そし
て、この各導体箔１２の印刷密度は、後述するように、
中心部を起点として同心円状で且つ階段状に粗くなると
ともに、各人工誘電体板４においてその分布半径が各々
異なるよう設定されている。これは、後述するように、
ルネベルグレンズ２内に、その中心部を起点として導体
箔１２．・・・、１２の密度差による層状且つ同心状の
球殻Ａ、ないしＡｓを形成するためである（第２図参照
）。

ここで、前記各人工誘電体板４の内、代表的な導体箔密
度のパターンを第３図（１）ないしく５）に示す。

同図（１）は、前述した中心部の人工誘電体板４Ａを示
す。この誘電体板４Ａにあっては、中心部の最も導体箔
密度の濃い第１の円状区域Ｂｔ（半径ｒ＋）を中心とし
て、その周囲部に円心円状に第２、第３．および第４の
円状区域Ｂｚ　、　Ｂ３　、　　Ｂ４（半径はｒ！ない
しｒ４）が印刷され、更にその外周部に導体箔の印刷さ
れない円状区域ＢＳ　　（半径ｒｓ）が設定されている
。そして、その導体箔密度は外周へ向かうにつれて所定
の密度勾配をもって前述の如く階段状に粗くなるように
形成されている。

また、同図（２）は、前述した人工誘電体板４Ａを中心
に上下５番目の人工誘電体板４ｖ、４ｖを示す。この誘
電体板４ｒ、４ｙにあっては、その外周半径ｒ６が同図
（１）のｒ、より所定値だけ小さくなっており、従って
第１ないし第５の各々の円状区域Ｂ、ないしＢ、も所定
値だけ各々の半径が小さくなるよう形成されている。

更に、同図（３）には、人工誘電体板４１を中心に上下
８番目の人工誘電体板４＋、４＋を示す。この各誘電体
板４ｔ、４＋では、その外周半径ｒ７が更に小さく形成
されると同時に、前述した最も導体板密度の濃い第１の
円状区域Ｂ１が形成されず、第２ないし第５の円状区域
Ｂ、ないしＢ５のみが上述と同様にして形成されている
。

更に、同図（４）ないしく５）には、上述と同様にして
形成された１０番目又は１２番目の人工誘電体板４に、
４１１又は４Ｍ、４Ｎが各々示されている。

ここで、上述した以外の人工誘電体板４．・・・。

４も第４図（１）ないしく５）と同様にして形成される
ものである。

一方、前記各発泡スチロール＋Ｊｉ　６は、前記各人工
誘電体板４を所定路離隔てて立体的に配設支持するとと
もに全体の強度増を図るためのものであり、本実施例で
は、発泡スチロール仮６の誘電率との兼合いを考慮しつ
つ、中心部では比較的薄く形成されるとともに上下端に
近づくにつれて比較的厚く形成されるように成っている
。これは、中心部において、より精密な屈折率を持たせ
るため、である。そして、これらの発泡スチロール板６
はその積層状態において全体として球状を成すという多
層分割構造となっている。

そして、上述の如く形成された各人工誘電体板４及び各
発泡スチロール板６は、第４図に示すように各溝部８に
よって位置決めしつつ交互に積層した後、当該溝部８に
沿って図示しないひも状部材によってバインドし固定す
ることにより、第１図ないし第２図に示す如く球状のル
ネベルグレンズ２が形成されるようになっている。

これによってルネベルグレンズ２全体としては、その内
部に比誘電率（即ち、屈折率）の異なる同心状の球殻Ａ
１ないしＡ５　　（その外周は半径ｒ。

ないしｒ、）が第２図中の二点鎖線の如く層状に形成さ
れることになる。そして、ここでは、中心部の球殻Ａ、
の比誘電率ε、が「２」であり、外周に近づくにつれて
ε、＝２−Ｒ”（但しＲは正規化半径であり、外周でＲ
＝ｒｌＪ）の関係式に基づいて徐々に階段状に変えられ
ており、最外周の球殻Ａ、の比誘電率ε、が「１」とな
るように、発泡スチロール板６の誘電率を考慮しつつ各
人工誘電体板４上の導体箔１２．・・・、１２の分布密
度が設定されている。

この場合、本実施例では、前記ユポ祇１０の厚さは、到
来電波（例えば９３７５（ＭＨｚ））の波長に対して充
分薄いものが選択使用されていることから、ユポ祇１０
の誘電率を無視することができ、設計の簡単化が図られ
ている。

次に、本発明の機能について説明する。

前述の如く構成された球状のルネベルグレンズ２の比誘
電率は、外周部から中心部に進むに従って「１」から「
２」へ５段階に分かれて徐々に変化する。このため、上
記レンズ２に平行に入射する電磁波は、第５図＋１１の
如く入射方向と反対側のレンズ表面の点Ｐが焦点となり
、この点Ｐに当該電磁波が収束する。また、反対に、前
記レンズ表面上の１点Ｐから内部方向に向けて放射され
た電磁波は、層状の誘電率の相違、即ちレンズ効果から
平面波となって、第５図（２）の如く、反対側のレンズ
表面より放出されることとなる。従って、前記レンズ表
面の１点Ｐを中心にして当該表面に反射器を装備するこ
とにより、容易にレーダ反射器としても機能することと
なる。

ここで、前述のルネベルグレンズ２と同様にして構成し
く即ち、発泡スチロール板によって人工誘電体板を交互
に積層）、円板状の導体箔１２を三次元に配列した原理
モデル（第６図（１）参照）について説明する。この原
理モデルでは、各導体箔１２の直径ｄは２〔ｎ〕とし、
同−人工誘電体板内の導体箔１２の中心線相互の距離ａ
、ｂは共に３　〔龍〕に設定した。そして、これに９３
７５ＣＭＨｚ）の電磁波（水平偏波）を人工誘電体板に
平行に入射させたときのカップリング係数（人工誘電体
板相互の垂直方向の距離）Ｃと屈折率ｎとの関係は第６
図（２）中のＸ印のようになることが実験により示され
た。

また、理論的には、上記原理モデルの屈折率ｎはｎ　＝　ｒ７丁で与えられることが知られており、ε１は比誘電率、μ
、は比誘磁率であり、各々、 ε１＝１＋α、／〔ε。（ｌ−α、Ｃ）〕μ、＝１＋α
１／〔μ、（１−α１Ｃ）〕で与えられる。ここで、α
。は分極率、α１は磁化率、Ｃは前述したカップリング
係数、ε。、μ。

は各々真空中の誘電率、透磁率である。

上記各関係式による計算結果（第６図（２）中の実線参
照）は、実験結果とも良く一致している。

また、誘電体中の導体箔の密度対比誘電率の定性的関係
は一般に第７図のようになることが知られており、分布
密度が高くなるほど比誘電率が上がることになる。

従って、導体箔の分布密度を変えると比誘電率が変わり
、且つ屈折率ｎが５以上になるカンプリング係数が存在
する（第６図（２）参照）ことから、前述の第１図ない
し第４図に示した如く構成し、各数値を適宜設定するこ
とによってルネベルグレンズ２を製作することができる
ということが確認された。

このように、本実施例によると、薄いシート状の絶縁性
面状基板に小片状の導体箔を印刷によって所定の分布密
度をもって形成し、これを発泡スチロール板を介して積
層することによって、従来技術の如く誘電体中に金属粒
を所定分布をもって混入するという手法に係るものと同
等の構成を有する電波レンズが得られるようになった。

そして、導体箔を印刷により形成することから、大量に
しかも簡単に行えるため、従来例にみられた発泡技術等
の煩わしさから解放され、レンズ全体の製作が極めて容
易になり、その分著しく生産コスト低減を図ることがで
きるという利点を存している。

また、導体箔の配設はユポ紙上に印刷によって極めて精
密に所望のものを得ることができるため、積層状態にお
ける導体箔の三次元配列もより精密に行うことができ、
これによって従来例に比べて焦点距離等を容易に且つ精
密に調整可能になるという利点をも備えている。更に、
本実施例の手法を採用することによって、従来例と同等
以上の性能を有しながら、軽量、小形化を図ることがで
きるという利点も有している。更に、積層部材の使用に
よって、レンズ全体の強度増を容易に図るとともに、絶
縁性面状基板として導体箔を印刷し易い紙材の使用を可
能にするという利点を有している。

なお、上記実施例では、電波レンズとして球状のルネベ
ルグレンズについて説明したが、本発明は必ずしもこれ
に限定されるものではなく、イートンリップマンレンズ
等にも同様に適用可能なものである。また、この球状の
電波レンズの場合であっても、各人工誘電体板４の外形
を角形とし導体箔を前述のように円状に各々形成するこ
とによって、レンズ全体の外形としては角形であるが電
磁波的にはその内部に球状の電波レンズを形成すること
も可能である。また、前記実施例では、球状の電波レン
ズの場合について示したが、本発明は必ずしもこれに限
定されることなく、例えば、前述の第３図（１）に示し
た人工誘電体板４Ａを多数枚製作し積層することによっ
て、円筒状のルネベルグレンズを形成することもでき、
これによって本発明の実施の多様化が図られることにな
る。更に、人工誘電体板内の導体箔の印刷密度を一定に
することによってモノスタチックレンズをも容易に形成
することができる。

一方、前記実施例では、積層部材として発泡スチロール
板を層状に切断して使用するとしたが、本発明は必ずし
もこれに限定されず、他の誘電体であってもよい。また
、この場合、絶縁性面状基板が比較的堅牢なものであれ
ば、適宜に配設された支柱に当該各基板を支持せしめ、
積層部材としては何も使用しない（即ち空気）構成とし
、構成の簡単化、軽量化を図るとしてもよい。

更に、前記実施例では、絶縁性面状基板として耐水性の
あるユポ祇とするとしたが、これも上述の如く、他の絶
縁部材であってもよい。また、導体箔の形状は必ずしも
円板状でなくてもよいし、その材質もアルミニューム等
地のものでもよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように構成され機能するので、小片状の
導体箔を誘電体中に混入せしめる手法が従来例に比較し
て著しく簡単化され且つその混入分布を精密に調整し得
ることから、全体としてより安価に製作可能となるとと
もに、極めて精密かつ安定したレンズ性能を得ることが
でき、一方、従来例に比較し小形、軽量に構成できるこ
とから、一層扱い易くなるとともに装備対象物への装着
の際にも省スペース化及び支持機構の小形化等をも合わ
せて図り得るという従来にない優れた電波レンズを提供
することができる。

また、本発明にあっては、誘電体中の導体箔の密度を中
心部からの距離によって変えたり、その密度範囲を誘電
体部材毎に適宜変えることにより、円筒状或いは球状の
電波レンズをも極めて容易に製作可能となるという効果
も得られる。

更に、本発明にあっては、積層部材を用いて誘電体部材
を積層することにより、積層工程が容易になり且つレン
ズ全体の強度増を容易に図ることができるとともに、誘
電体部材の絶縁性面状基板は導体箔を形成し易い薄いシ
ート状のもので充分間に合い、この面からも製作の容易
化が図られるという効果も得られる。

更に、本発明にあっては、ガイド手段の採用によって、
各構成部材に対する位置決め及−びレンズ全体のバイン
ドをも兼用して容易に行うことができるという効果が得
、られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るルネベルグレンズの一
部断面した斜視図、第２図は第１図のルネベルグレンズ
の誘電率の異なる層状且つ同心状の球殻を説明する説明
図、第３図（１）ないしく５）は各々人工誘電体板の導
体箔の代表的な印刷密度パターンを示す説明図、第４図
は人工誘電体板と発泡スチロール仮との積層状態を説明
する説明図、第５図（１１（２）は各々第１図のルネベ
ルグレンズのレンズ作用を説明する説明図、第６図（１
）は第１図のルネベルグレンズの原理モデルの説明図、
第６図（２）は同図（１）のカンプリング係数と屈折率
との関係を示すグラフ図、第７図は導体箔の密度対比誘
電率の定性的関係を説明するグラフ図である。２・・・・・・電波レンズとしてのルネベルグレンズ、
４　（４Ａ、−，４，）・・・・・・誘電体部材として
の人工誘電体板、６、−、　６・・・・・・積層部材と
しての発泡スチロール板、８・・・・・・ガイド手段と
しての溝部、ｌＯ・・・・・・絶縁性面状基板としての
ユボ祇、１２゜−、１２・・・・・・導体箔、Ａ１．−
・−、Ａｓ・・・・・・球殻。特許出願人　　長谷部　　　望（ほか１名）第２図第６　図屈［カツブリシク”イ系委先　ＣＣｍＷＩ３第７図 −〉填イ本箱のシ区

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、小片状の導体箔をシート状の絶縁性面状基板に
配設するとともに当該導体箔の配設密度を中心部から外
周部へ向けて同心円状に徐々に粗くなるように変化せし
めた複数枚の誘電体部材を設け、この各誘電体部材を所定間隔をおいて積層して成ること
を特徴とした電波レンズ。
（２）、小片状の導体箔をシート状の絶縁性面状基板に
配設するとともに当該導体箔の配設密度を中心部から外
周部へ向けて同心円状に変化せしめた複数枚の誘電体部
材を設け、この誘電体部材を所定間隔をおいて積層するとともに、当該各誘電体部材の相互間に適宜な誘電率を備えた絶縁
材からなる固形の積層部材を装着し一体化せしめたこと
を特徴とした電波レンズ。
（３）、前記導体箔の配設密度及び配設範囲は、各々の
誘電体部材毎に変えて形成され、電波レンズとして積層
された状態において当該導体箔の分布密度差による層状
且つ同心状の球殻が当該電波レンズ内に形成されるよう
に成っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項又
は第２項記載の電波レンズ。
（４）、前記導体箔の配設密度及び配設範囲は、複数枚
の誘電体部材全てについて同じく形成され、電波レンズ
として積層された状態において当該導体箔の分布密度差
による層状且つ同心状の円柱殻が当該電波レンズ内に形
成されるように成っていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項又は第２項記載の電波レンズ。
（５）、前記誘電体部材の積層間隔は、その中心部では
密であり、上下端部では粗くなるよう設定されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
電波レンズ。
（６）、小片状の導体箔をシート状の絶縁性面状基板に
配設するとともに当該導体箔の配設密度を中心部から外
周部へ向けて同心円状に変化せしめた複数枚の誘電体部
材を設け、この誘電体部材を所定間隔をおいて積層し、当該各誘電
体部材の相互間に適宜な誘電率を備えた絶縁材からなる
固形の積層部材を装着するとともに、前記各誘電体部材と各積層部材との外周部の一部に位置
決め用のガイド手段を設け、当該ガイド手段を介して前
記各誘電体部材と各積層部材とを一体的に固定・係止し
て成ることを特徴とした電波レンズ。