JP3257383B2 - 誘電体レンズ装置 - Google Patents
誘電体レンズ装置Info
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- JP3257383B2 JP3257383B2 JP00620896A JP620896A JP3257383B2 JP 3257383 B2 JP3257383 B2 JP 3257383B2 JP 00620896 A JP00620896 A JP 00620896A JP 620896 A JP620896 A JP 620896A JP 3257383 B2 JP3257383 B2 JP 3257383B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
- H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
-
- H—ELECTRICITY
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
- H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、固体誘電体を用
いた誘電体レンズ装置に関するもので、特に、高周波帯
で用いられる誘電体レンズ装置に関するものである。
いた誘電体レンズ装置に関するもので、特に、高周波帯
で用いられる誘電体レンズ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3には、従来の典型的な誘電体レンズ
1が示されている。誘電体レンズ1は、たとえば凸面を
なす曲面2を有している。このような誘電体レンズ1
は、その曲面2側から入射した電波3を屈折させ、焦点
4において収束させるように機能する。
1が示されている。誘電体レンズ1は、たとえば凸面を
なす曲面2を有している。このような誘電体レンズ1
は、その曲面2側から入射した電波3を屈折させ、焦点
4において収束させるように機能する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示したような誘電体レンズ1は、以下のような問題を有
している。まず、電波3の放射指向性は、誘電体レンズ
1の形状と誘電体レンズ1を構成する誘電体の誘電率に
より実質的に決まる。そのため、図3に示したような構
成の誘電体レンズ1は、放射指向性についての自由度が
小さく、これをコントロールすることが比較的困難であ
る。
示したような誘電体レンズ1は、以下のような問題を有
している。まず、電波3の放射指向性は、誘電体レンズ
1の形状と誘電体レンズ1を構成する誘電体の誘電率に
より実質的に決まる。そのため、図3に示したような構
成の誘電体レンズ1は、放射指向性についての自由度が
小さく、これをコントロールすることが比較的困難であ
る。
【0004】また、誘電体レンズ1の外側に焦点4が位
置するため、誘電体レンズ1と焦点4との間の空間に障
害物が存在すると、当然のことながら、電波3が遮ら
れ、誘電体レンズ1はレンズとして機能し得なくなる。
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し
得る、誘電体レンズ装置を提供しようとすることであ
る。
置するため、誘電体レンズ1と焦点4との間の空間に障
害物が存在すると、当然のことながら、電波3が遮ら
れ、誘電体レンズ1はレンズとして機能し得なくなる。
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し
得る、誘電体レンズ装置を提供しようとすることであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明に係る誘電体レ
ンズ装置は、上述した技術的課題を解決するため、隣接
する層間で比誘電率が互いに異ならされた複数の誘電体
層が積層されてなる積層体エレメントと、曲面を有しか
つ当該曲面を外側に向けた状態で前記積層体エレメント
の一方面側に接合された誘電体レンズエレメントとを備
え、前記積層体エレメントが平板状に形成され、前記積
層体エレメントは、前記誘電体レンズエレメントおよび
前記積層体エレメントを通る電波の放射指向性をコント
ロールし、前記積層体エレメントの内部または表面上に
当該誘電体レンズ装置の焦点が位置するためのものであ
ることを特徴としている。
ンズ装置は、上述した技術的課題を解決するため、隣接
する層間で比誘電率が互いに異ならされた複数の誘電体
層が積層されてなる積層体エレメントと、曲面を有しか
つ当該曲面を外側に向けた状態で前記積層体エレメント
の一方面側に接合された誘電体レンズエレメントとを備
え、前記積層体エレメントが平板状に形成され、前記積
層体エレメントは、前記誘電体レンズエレメントおよび
前記積層体エレメントを通る電波の放射指向性をコント
ロールし、前記積層体エレメントの内部または表面上に
当該誘電体レンズ装置の焦点が位置するためのものであ
ることを特徴としている。
【0006】この発明において、好ましくは、積層体エ
レメントの内部または表面上に当該誘電体レンズ装置の
焦点が位置するようにされる。また、この発明におい
て、積層体エレメントの内部および表面上の少なくとも
一方に信号処理回路の少なくとも一部が構成されてもよ
い。
レメントの内部または表面上に当該誘電体レンズ装置の
焦点が位置するようにされる。また、この発明におい
て、積層体エレメントの内部および表面上の少なくとも
一方に信号処理回路の少なくとも一部が構成されてもよ
い。
【0007】
【発明の効果】この発明によれば、曲面を有する誘電体
レンズエレメントに加えて、隣接する層間で比誘電率が
互いに異ならされた複数の誘電体層が積層されてなる積
層体エレメントを備えるので、誘電体レンズエレメント
の形状や誘電体レンズエレメントを構成する誘電体の誘
電率をコントロールすることによるだけでなく、積層体
エレメントにおける各誘電体層の比誘電率の分布をコン
トロールすることによっても、放射指向性をコントロー
ルすることができるようになる。したがって、放射指向
性のコントロールの幅を広げることができ、その結果、
誘電体レンズ装置の適用範囲を広げることができるとと
もに、誘電体レンズ装置の設計に対して便宜を与えるこ
とができる。
レンズエレメントに加えて、隣接する層間で比誘電率が
互いに異ならされた複数の誘電体層が積層されてなる積
層体エレメントを備えるので、誘電体レンズエレメント
の形状や誘電体レンズエレメントを構成する誘電体の誘
電率をコントロールすることによるだけでなく、積層体
エレメントにおける各誘電体層の比誘電率の分布をコン
トロールすることによっても、放射指向性をコントロー
ルすることができるようになる。したがって、放射指向
性のコントロールの幅を広げることができ、その結果、
誘電体レンズ装置の適用範囲を広げることができるとと
もに、誘電体レンズ装置の設計に対して便宜を与えるこ
とができる。
【0008】また、積層体エレメントを備えていると、
誘電体レンズ装置の焦点を積層体エレメントの内部また
は表面上に無理なく位置させることができる。このよう
に、焦点が積層体エレメントの内部または表面上に位置
されると、焦点と誘電体レンズエレメントとの間の空間
に障害物が入り込む余地が全くなく、そのため、このよ
うな障害物によって電波が遮られることを確実に防止す
ることができる。
誘電体レンズ装置の焦点を積層体エレメントの内部また
は表面上に無理なく位置させることができる。このよう
に、焦点が積層体エレメントの内部または表面上に位置
されると、焦点と誘電体レンズエレメントとの間の空間
に障害物が入り込む余地が全くなく、そのため、このよ
うな障害物によって電波が遮られることを確実に防止す
ることができる。
【0009】また、この発明において、積層体エレメン
トを利用して、前述したように、その内部および表面上
の少なくとも一方に信号処理回路の少なくとも一部を構
成することができる。このように、積層体エレメントに
信号処理回路の少なくとも一部を構成すれば、回路系が
一体化された誘電体レンズ装置を得ることができ、誘電
体レンズ装置の多機能化を図ることができる。そのた
め、このような誘電体レンズ装置を用いた電子機器の小
型化、高性能化等に寄与し得る。
トを利用して、前述したように、その内部および表面上
の少なくとも一方に信号処理回路の少なくとも一部を構
成することができる。このように、積層体エレメントに
信号処理回路の少なくとも一部を構成すれば、回路系が
一体化された誘電体レンズ装置を得ることができ、誘電
体レンズ装置の多機能化を図ることができる。そのた
め、このような誘電体レンズ装置を用いた電子機器の小
型化、高性能化等に寄与し得る。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の一実施形態に
よる誘電体レンズ装置11を示す断面図である。誘電体
レンズ装置11は、積層体エレメント12と誘電体レン
ズエレメント13とを備える。積層体エレメント12
は、複数の誘電体層14a,…,14nが積層されてな
る平板状のもので、これら誘電体層14a,…,14n
は、隣接するものの間で比誘電率が互いに異ならされて
いる。この実施形態では、最も上の誘電体層14aから
最も下の誘電体層14nへと比誘電率が段階的に小さく
なるように比誘電率の勾配が与えられている。
よる誘電体レンズ装置11を示す断面図である。誘電体
レンズ装置11は、積層体エレメント12と誘電体レン
ズエレメント13とを備える。積層体エレメント12
は、複数の誘電体層14a,…,14nが積層されてな
る平板状のもので、これら誘電体層14a,…,14n
は、隣接するものの間で比誘電率が互いに異ならされて
いる。この実施形態では、最も上の誘電体層14aから
最も下の誘電体層14nへと比誘電率が段階的に小さく
なるように比誘電率の勾配が与えられている。
【0011】なお、誘電体層14a,…,14nの各
々、たとえば1つの誘電体層14aについて言えば、そ
の製造過程において同じ比誘電率を有する複数の層から
構成されることもある。また、誘電体層14a,…,1
4nの各々は、互いに同じ厚みを有していなくてもよ
い。また、図示の実施形態では、積層体エレメント12
が平板状であるばかりでなく、積層体エレメント12を
構成する誘電体層14a,…,14nの各々も平板状で
あったが、これら誘電体層の各々は、所望する電波の屈
折状態に応じて、たとえば、円錐状あるいは円錐台状の
界面を介して互いに接するような形状等、任意の形状と
することができる。
々、たとえば1つの誘電体層14aについて言えば、そ
の製造過程において同じ比誘電率を有する複数の層から
構成されることもある。また、誘電体層14a,…,1
4nの各々は、互いに同じ厚みを有していなくてもよ
い。また、図示の実施形態では、積層体エレメント12
が平板状であるばかりでなく、積層体エレメント12を
構成する誘電体層14a,…,14nの各々も平板状で
あったが、これら誘電体層の各々は、所望する電波の屈
折状態に応じて、たとえば、円錐状あるいは円錐台状の
界面を介して互いに接するような形状等、任意の形状と
することができる。
【0012】他方、誘電体レンズエレメント13は、凸
面を与える曲面15を有している。この誘電体レンズエ
レメント13は、曲面15を外側に向けた状態で積層体
エレメント12の一方面側に接合される。なお、この実
施形態では、誘電体レンズエレメント13は、凸面を与
える曲面15を有しているが、この曲面の形状について
は、所望する電波の屈折状態に応じて、たとえば凹面を
与えるもの、あるいは中心部が凸面で周囲が凹面を与え
るもの等、任意のものに置き換えることができる。
面を与える曲面15を有している。この誘電体レンズエ
レメント13は、曲面15を外側に向けた状態で積層体
エレメント12の一方面側に接合される。なお、この実
施形態では、誘電体レンズエレメント13は、凸面を与
える曲面15を有しているが、この曲面の形状について
は、所望する電波の屈折状態に応じて、たとえば凹面を
与えるもの、あるいは中心部が凸面で周囲が凹面を与え
るもの等、任意のものに置き換えることができる。
【0013】この誘電体レンズ装置11は、誘電体レン
ズエレメント13の曲面15側から入射した電波16を
屈折させ、焦点17において収束させるように機能す
る。この実施形態では、焦点17は、積層体エレメント
12の表面上に位置するように設計されている。このよ
うな誘電体レンズ装置11において、積層体エレメント
12での比誘電率の分布態様を変えることにより、電波
16の放射指向性をコントロールすることができ、所望
の放射指向性を得ることが比較的容易である。この比誘
電率の分布態様は、得ようとする放射指向性に応じて、
任意に選ぶことができる。すなわち、前述したように、
この実施形態では、最も上の誘電体層14aから最も下
の誘電体層14nへと比誘電率が段階的に小さくなるよ
うに比誘電率の勾配が与えられているが、たとえば、逆
の勾配が与えられても、あるいは、比誘電率が単に一方
向に変化するのではなく、積層体エレメント12の厚み
方向に関して、一旦大きくなり、次いで小さくなるとい
うような比誘電率の分布態様が与えられてもよい。
ズエレメント13の曲面15側から入射した電波16を
屈折させ、焦点17において収束させるように機能す
る。この実施形態では、焦点17は、積層体エレメント
12の表面上に位置するように設計されている。このよ
うな誘電体レンズ装置11において、積層体エレメント
12での比誘電率の分布態様を変えることにより、電波
16の放射指向性をコントロールすることができ、所望
の放射指向性を得ることが比較的容易である。この比誘
電率の分布態様は、得ようとする放射指向性に応じて、
任意に選ぶことができる。すなわち、前述したように、
この実施形態では、最も上の誘電体層14aから最も下
の誘電体層14nへと比誘電率が段階的に小さくなるよ
うに比誘電率の勾配が与えられているが、たとえば、逆
の勾配が与えられても、あるいは、比誘電率が単に一方
向に変化するのではなく、積層体エレメント12の厚み
方向に関して、一旦大きくなり、次いで小さくなるとい
うような比誘電率の分布態様が与えられてもよい。
【0014】また、この実施形態では、焦点17が積層
体エレメント12の表面上に位置しているので、焦点1
7と誘電体レンズエレメント13との間の空間に障害物
が入り込む余地が全くなく、そのため、このような障害
物によって電波が遮られることを確実に防止することが
できる。なお、このような焦点が積層体エレメント12
の内部に位置されるときも、同様の効果を奏し得る。
体エレメント12の表面上に位置しているので、焦点1
7と誘電体レンズエレメント13との間の空間に障害物
が入り込む余地が全くなく、そのため、このような障害
物によって電波が遮られることを確実に防止することが
できる。なお、このような焦点が積層体エレメント12
の内部に位置されるときも、同様の効果を奏し得る。
【0015】誘電体レンズ装置11は、たとえば積層セ
ラミック電子部品と同様の製造方法を基本的に適用して
製造することができる。すなわち、積層体エレメント1
2を構成する複数の誘電体層14a,…,14nの各々
のための所望の比誘電率を与え得る誘電体セラミックグ
リーンシートおよび誘電体レンズエレメント13のため
の誘電体セラミックグリーンシートを用意し、これらセ
ラミックグリーンシートを積層し、これをプレスする。
このプレスによって、複数のセラミックグリーンシート
間の密着性が高められるとともに、誘電体レンズエレメ
ント13の曲面15が成形される。その後、焼成するこ
とによって、誘電体レンズ装置11を得ることができ
る。
ラミック電子部品と同様の製造方法を基本的に適用して
製造することができる。すなわち、積層体エレメント1
2を構成する複数の誘電体層14a,…,14nの各々
のための所望の比誘電率を与え得る誘電体セラミックグ
リーンシートおよび誘電体レンズエレメント13のため
の誘電体セラミックグリーンシートを用意し、これらセ
ラミックグリーンシートを積層し、これをプレスする。
このプレスによって、複数のセラミックグリーンシート
間の密着性が高められるとともに、誘電体レンズエレメ
ント13の曲面15が成形される。その後、焼成するこ
とによって、誘電体レンズ装置11を得ることができ
る。
【0016】上述のプレス工程において、誘電体レンズ
エレメント13の曲面15が適正に成形されないとき
は、焼成後において、研磨または切削を実施して、曲面
15を形成するようにすればよい。なお、積層体エレメ
ント12を構成する複数の誘電体層14a,…,14n
の各々および誘電体レンズエレメント13に所望の比誘
電率をそれぞれ与えるため、誘電体セラミック粉末に樹
脂を混ぜる方法が採用されることがある。この場合に
は、たとえばポリプロピレン、ポリエチレン、またはポ
リスチレンのような熱可塑性樹脂が所定の各割合で誘電
体セラミック粉末に混入されたシートが、誘電体層14
a,…,14nおよび誘電体レンズエレメント13のそ
れぞれのために用意され、これらシートが加熱融着され
ることにより、一体化された誘電体レンズ装置11を得
ることができる。
エレメント13の曲面15が適正に成形されないとき
は、焼成後において、研磨または切削を実施して、曲面
15を形成するようにすればよい。なお、積層体エレメ
ント12を構成する複数の誘電体層14a,…,14n
の各々および誘電体レンズエレメント13に所望の比誘
電率をそれぞれ与えるため、誘電体セラミック粉末に樹
脂を混ぜる方法が採用されることがある。この場合に
は、たとえばポリプロピレン、ポリエチレン、またはポ
リスチレンのような熱可塑性樹脂が所定の各割合で誘電
体セラミック粉末に混入されたシートが、誘電体層14
a,…,14nおよび誘電体レンズエレメント13のそ
れぞれのために用意され、これらシートが加熱融着され
ることにより、一体化された誘電体レンズ装置11を得
ることができる。
【0017】図2は、この発明の他の実施形態による誘
電体レンズ装置11aを示す断面図である。図2に示し
た誘電体レンズ装置11aは、図1に示した誘電体レン
ズ装置11と共通する要素を備えているので、これら共
通する要素には、同様の参照符号を付し、重複する説明
を省略する。図2に示した誘電体レンズ装置11aで
は、焦点17が、積層体エレメント12を構成する誘電
体層14mと誘電体層14nとの界面上に位置するよう
に設計されている。この焦点17が位置する部分には、
一次放射器として動作するパッチアンテナのようなアン
テナ18がパターニングされて形成されている。また、
アンテナ18と対向するように、積層体エレメント12
の外表面上には、アース電極19が形成される。
電体レンズ装置11aを示す断面図である。図2に示し
た誘電体レンズ装置11aは、図1に示した誘電体レン
ズ装置11と共通する要素を備えているので、これら共
通する要素には、同様の参照符号を付し、重複する説明
を省略する。図2に示した誘電体レンズ装置11aで
は、焦点17が、積層体エレメント12を構成する誘電
体層14mと誘電体層14nとの界面上に位置するよう
に設計されている。この焦点17が位置する部分には、
一次放射器として動作するパッチアンテナのようなアン
テナ18がパターニングされて形成されている。また、
アンテナ18と対向するように、積層体エレメント12
の外表面上には、アース電極19が形成される。
【0018】このように、積層体エレメント12の内部
にアンテナ18を形成することにより、当該誘電体レン
ズ装置11aを誘電体レンズアンテナとして機能させる
ことができる。上述したアンテナ18のような信号処理
回路の少なくとも一部を積層体エレメント12の内部お
よび/または表面上に構成することによって、誘電体レ
ンズ装置に回路系を一体化すれば、誘電体レンズ装置の
多機能化を図ることができる。このように一体化され得
る信号処理回路としては、その他、たとえば増幅回路、
周波数変換回路等がある。また、このような回路系は、
アンテナ18のように回路パターンをもって構成されて
も、この回路パターン上にディスクリートな電子部品を
付加して構成されてもよい。なお、これらの回路系が配
置される位置は、積層体エレメントの内部あるいは表面
上で任意に選ぶことができるが、配置の位置を選ぶにあ
たっては、電波の伝搬を妨げないように配慮される。
にアンテナ18を形成することにより、当該誘電体レン
ズ装置11aを誘電体レンズアンテナとして機能させる
ことができる。上述したアンテナ18のような信号処理
回路の少なくとも一部を積層体エレメント12の内部お
よび/または表面上に構成することによって、誘電体レ
ンズ装置に回路系を一体化すれば、誘電体レンズ装置の
多機能化を図ることができる。このように一体化され得
る信号処理回路としては、その他、たとえば増幅回路、
周波数変換回路等がある。また、このような回路系は、
アンテナ18のように回路パターンをもって構成されて
も、この回路パターン上にディスクリートな電子部品を
付加して構成されてもよい。なお、これらの回路系が配
置される位置は、積層体エレメントの内部あるいは表面
上で任意に選ぶことができるが、配置の位置を選ぶにあ
たっては、電波の伝搬を妨げないように配慮される。
【図1】この発明の一実施形態による誘電体レンズ装置
11を示す断面図である。
11を示す断面図である。
【図2】この発明の他の実施形態による誘電体レンズ装
置11aを示す断面図である。
置11aを示す断面図である。
【図3】従来の誘電体レンズ装置1を示す断面図であ
る。
る。
11,11a 誘電体レンズ装置 12 積層体エレメント 13 誘電体レンズエレメント 14a,…,14n 誘電体層 15 曲面 16 電波 17 焦点 18 アンテナ 19 アース電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−119807(JP,A) 特開 昭62−258505(JP,A) 特開 平6−6128(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 15/08
Claims (2)
- 【請求項1】 隣接する層間で比誘電率が互いに異なら
された複数の誘電体層が積層されてなる積層体エレメン
トと、 曲面を有しかつ当該曲面を外側に向けた状態で前記積層
体エレメントの一方面側に接合された誘電体レンズエレ
メントとを備え、前記積層体エレメントが平板状に形成され、 前記積層体エレメントは、前記誘電体レンズエレメント
および前記積層体エレメントを通る電波の放射指向性を
コントロールし、前記積層体エレメントの内部または表
面上に当該誘電体レンズ装置の焦点が位置するためのも
のであることを特徴とする、誘電体レンズ装置。 - 【請求項2】 前記積層体エレメントの内部および表面
上の少なくとも一方に信号処理回路の少なくとも一部が
構成される、請求項1に記載の誘電体レンズ装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00620896A JP3257383B2 (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 誘電体レンズ装置 |
US08/784,946 US5900847A (en) | 1996-01-18 | 1997-01-16 | Dielectric lens apparatus |
DE69717511T DE69717511T2 (de) | 1996-01-18 | 1997-01-17 | Vorrichtung mit einer dielektrischen Linse |
EP97100694A EP0786825B1 (en) | 1996-01-18 | 1997-01-17 | Dielectric lens apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00620896A JP3257383B2 (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 誘電体レンズ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09199936A JPH09199936A (ja) | 1997-07-31 |
JP3257383B2 true JP3257383B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=11632123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00620896A Expired - Fee Related JP3257383B2 (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 誘電体レンズ装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5900847A (ja) |
EP (1) | EP0786825B1 (ja) |
JP (1) | JP3257383B2 (ja) |
DE (1) | DE69717511T2 (ja) |
Families Citing this family (181)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2777117B1 (fr) * | 1998-04-06 | 2000-04-28 | Alsthom Cge Alcatel | Lentille spherique focalisante multicouches |
AU4817899A (en) * | 1998-05-26 | 1999-12-13 | Regents Of The University Of Michigan, The | Multifunction compact planar antenna with planar graded index superstrate lens |
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