JP3741827B2 - 直線偏波及び円偏波受信可能な受信用コンバータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受信用コンバータ、特に放送衛星や通信衛星を利用したテレビ放送用のアンテナ等に用いられ、直線偏波又は円偏波を利用した放送波を受信するための受信用コンバータの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
衛星放送には、放送衛星（ＢＳ）を利用したもの、通信衛星（ＣＳ）を利用したものがあり、このＣＳ放送波の伝送手段として直線偏波が用いられ、ＢＳ放送波の伝送手段として円偏波が用いられる。このような放送波は、パラボラアンテナ、オフセットアンテナ等で受信され、このアンテナに、それぞれの受信用コンバータが取り付けられる。そして、近年では、上記ＢＳ放送波とＣＳ放送波の両者を一つのアンテナで受信することが要請されている。
【０００３】
図４には、マルチビーム型アンテナであるオフセットアンテナの一例が示されており、アンテナ１には、上記ＣＳ放送の受信用コンバータ２とＢＳ放送の受信用コンバータ３が取り付けられる。そして、このＣＳ受信用コンバータ２として、例えば図５に示される構造が採用され、上記ＢＳ受信用コンバータ３として、例えば図６及び図７に示される構造が採用される。
【０００４】
図５において、円形導波管５には、互いに直交する位置にプローブ６Ａとプローブ６Ｂが設けられ、このプローブ６Ａに一段目の増幅器７Ａ、他方のプローブ６Ｂに同様の増幅器７Ｂが接続され、これら一段目の増幅器７Ａ，７Ｂは制御回路８で選択的に切り換えられる。この増幅器７Ａ，７Ｂの後段には、２段目の増幅器９を介して周波数混合器１０が接続され、この周波数混合器１０に局部発振器１１が接続されており、この局部発振器１１のローカル（Ｌｏ）信号と上記増幅器９から出力されるＣＳ放送波の高周波（ＲＦ）信号が混合されて中間周波（ＩＦ）信号が形成される。また、この中間周波信号を増幅するＩＦ増幅器１２が設けられる。
【０００５】
このような受信用コンバータ２によれば、上記一段目の増幅器７Ａ，７Ｂへ供給するバイアス電圧（電流）を切り換えることにより、垂直方向の直線偏波と水平の直線偏波を選択的に受信することができる。即ち、一方の増幅器７Ａをオンさせると、プローブ６Ａから得られた垂直方向の直線偏波が選択され、この直線偏波の信号が受信処理される。他方の増幅器７Ｂをオンさせると、プローブ６Ｂから得られた水平方向の直線偏波の信号が受信処理される。
【０００６】
図６は、右旋又は左旋のいずれかの円偏波を受信するコンバータ３−１であり、このコンバータ３−１の円形導波管５には、円偏波を直線偏波へ変換する誘電体板１４が配置されると共に、一つのプローブ６が設けられる。そして、このプローブ６に接続して、１段目増幅器１５、２段目増幅器１６、周波数混合器１７、局部発振器１８及びＩＦ増幅器１９が設けられる。この受信用コンバータ３−１によれば、右旋（或いは左旋）の円偏波を直線偏波に変換して、ＢＳ放送波の受信処理が行われる。
【０００７】
図７は、右旋と左旋の円偏波を切り換えて受信するコンバータ３−２であり、このコンバータ３−２の円形導波管５では、上述した変換用誘電体板１４と、２個のプローブ６Ａ，６Ｂが配置される。そして、このプローブ６Ａ，６Ｂにそれぞれの一段目の増幅器１５Ａ，１５Ｂが接続されると共に、これらの増幅器１５Ａ，１５Ｂを切替え制御する制御回路２０が設けられており、その他は図６の構成と同様になっている。
【０００８】
この図７の受信用コンバータ３−２によれば、上記の制御回路２０で一方の増幅器１５Ａをオンさせることにより、プローブ６Ａから得られた直線偏波（例えば右旋）の信号が受信処理され、他方の増幅器１５Ｂをオンさせることにより、プローブ６Ｂから得られた直線偏波（例えば左旋）の信号が受信処理される。即ち、この局部発振器１８のローカル（Ｌｏ）信号と上記増幅器１６から出力されるＢＳ放送波の高周波（ＲＦ）信号が混合されて中間周波（ＩＦ）信号が形成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＢＳ放送波又はＣＳ放送波の受信用コンバータでは、伝送波である直線偏波と円偏波に対応して異なる構成とされるために、上記図４で示したように、一つのアンテナに対し、２個のコンバータ２，３を配置しなければならない。従って、この２個のコンバータ２，３のアンテナ部分１に対する取付け位置等において、高度なアンテナ技術が必要になると共に、異なる構成のコンバータ２，３を用いることから、価格的にも高価なものになるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、一つのコンバータで、ＢＳ放送波とＣＳ放送波の両方が受信可能となり、取付けの容易化及び低コスト化を図ることができる直線偏波及び円偏波受信可能な受信用コンバータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る直線偏波及び円偏波受信可能な受信用コンバータは、互いに直交する二つのプローブを配置した円形導波管と、上記二つのプローブから入力されたそれぞれの信号を増幅し、かつ直線偏波から得られた受信信号と円偏波から得られた受信信号の出力を選択的に切り換えるための低雑音増幅器と、上記直線偏波の受信信号に混合するための局部発振信号を出力する第１局部発振器と、上記円偏波の受信信号に混合するための局部発振信号を出力する第２局部発振器と、これら局部発振器から出力された局部発振信号と上記円偏の受信信号とを混合し、中間周波数の信号を形成する周波数変換部と、この周波数変換部と上記プローブのいずれか一方との間に介挿され、上記円偏波の直線偏波成分の波長を実効波長λｇとしたときの約（２ｎ−１）λｇ／４［但し、ｎ＝１，２，３…］の電気長を持つ伝送線路と、選択される直線偏波と円偏波に応じて上記低雑音増幅器における出力切換え及び上記第１局部発振器と第２局部発振器の切換えを制御する制御回路と、を含んでなることを特徴とする。
請求項２記載の受信用コンバータは、上記の基本的な構成に加え、ローカル信号の約（２ｎ−１）λｇ／４［但し、ｎ＝１，２，３…］の電気長を持つ伝送線路を、上記周波数変換部と上記第１局部発振器とを結ぶ信号ライン又は上記周波数変換部と上記第２局部発振器とを結ぶ信号ラインのいずれか一方に介挿したことを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、直線偏波を利用した例えばＣＳ放送波の場合は、上記円形導波管の各プローブで垂直方向と水平方向の直線偏波がピックアップされる。そして、制御回路が切換え手段によりプローブ出力を切換え選択し、また第１局部発振器を選択することにより、従来と同様に、垂直方向の偏波の信号と水平方向の偏波の信号のいずれかが受信処理される。即ち、ＣＳ放送波の信号に対応したローカル信号が混合されて中間周波信号が出力される。
【００１３】
一方、円偏波を利用した例えばＢＳ放送波の場合は、円形導波管の各プローブで、円偏波において９０度位相の異なる二つの直線偏波成分の信号がピックアップされており、制御回路は、両方のプローブ出力と第２局部発振器を選択する。そして、請求項１の構成では、この９０度位相の異なる一方の直線偏波成分の信号が約λｇ／４の伝送線路を通過することにより、他方の直線偏波成分の信号と同相となり、これらの同相の信号は合成された後に、ＢＳ放送波に対応したローカル信号によって中間周波信号へ変換される。
【００１４】
また、請求項２の構成では、ローカル信号の約λｇ／４の伝送線路の通過により、位相を（π／２）ずらした局部発振信号が得られ、この局部発振信号を、例えば右旋の円偏波の場合は水平方向配置のプローブで得られた直線偏波成分の信号に混合すると、この中間周波信号は垂直方向配置のプローブで得られた直線偏波成分の中間周波信号と同相となる。そして、この二つの直線偏波成分の信号は合成されて出力される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には、実施形態の第１例に係る直線偏波及び円偏波受信可能な受信用コンバータの構成が示されており、図１（Ａ）のコンバータ２１は、円形導波管２２の上側にプローブ２３Ａが垂直に配置され、このプローブ２３Ａから９０度ずれた位置にもう一つのプローブ２３Ｂが水平に取り付けられる。このプローブ２３Ａに、１段目の第１低雑音増幅器（ＬＮＡ）２４Ａが接続され、この第１低雑音増幅器２４Ａは接続点Ｐを介して２段目の低雑音増幅器２５が接続される。
【００１６】
また、他方のプローブ２３Ｂには、１段目の第２低雑音増幅器（ＬＮＡ）２４Ｂが接続され、この第２ＬＮＡ２４Ｂと上記接続（合成）点Ｐとの間に、λｇ／４（λｇ：実効波長）の電気長を持つ伝送線路２６が介挿される。即ち、プローブ２３Ａから接続点Ｐまでの透過電気長より、プローブ２３Ｂから接続点Ｐまでの透過電気長がλｇ／４だけ長くなるように設定する。なお、この伝送線路２６は上記プローブ２３Ｂと第２ＬＮＡ２４Ｂとの間に介挿してもよい。
【００１７】
更に、上記２段目のＬＮＡ２５に、周波数変換部としての周波数混合器２７が接続され、この混合器２７の他方の入力端子には、ＣＳ放送波の信号のためのローカル信号を出力する第１局部発振器［Ｌｏ(A)］２８Ａと、ＢＳ放送波の信号のためのローカル信号を出力する第２局部発振器［Ｌｏ(B)］２８Ｂが接続される。上記周波数混合器２７の後段には、ＩＦ増幅器２９が設けられる。そして、上記の第１ＬＮＡ２４Ａと第２ＬＮＡ２４Ｂ、上記第１局部発振器２８Ａと第２局部発振器２８Ｂを、ＣＳ放送波の信号を受信するため或いはＢＳ放送波の信号を受信するために切り換える制御回路３０［図１（Ｂ）］が設けられる。
【００１８】
第１例は以上の構成からなり、以下にその作用を説明する。まず、図１（Ｂ）には、上記制御回路３０による上記の第１ＬＮＡ２４Ａ、第２ＬＮＡ２４Ｂ、第１局部発振器２８Ａ及び第２局部発振器２８Ｂの切換え動作が示されており、ＣＳ放送波を伝送する直線偏波で、垂直方向（Ｖ）の直線偏波の場合は、第１ＬＮＡ２４Ａが制御回路３０から加えられたバイアス電圧でオンされると共に、第１局部発振器２８Ａがオンされ、その他はオフ状態とされる。従って、垂直配置のプローブ２３Ａで捉えられた垂直方向の直線偏波、即ちＣＳ放送波の高周波信号は、第１ＬＮＡ２４Ａと２段目のＬＮＡ２５で増幅される。そして、次段の周波数混合器２７では、このＣＳ放送波の信号が上記局部発振器２８Ａからのローカル信号と混合され、これにより得られた中間周波信号はＩＦ増幅器２９で増幅処理される。
【００１９】
また、水平方向（Ｈ）の直線偏波の場合は、制御回路３０により上記とは逆に、所定のバイアス電圧で第２ＬＮＡ２４Ｂがオンされると共に、第１局部発振器２８Ａがオンされる。従って、水平配置のプローブ２３Ｂで捉えられた水平方向の直線偏波が受信処理され、ＣＳ放送波の信号は、ＬＮＡ２４Ａ，２５で増幅され、上記と同一のローカル信号によって中間周波信号が形成され、この中間周波信号はＩＦ増幅器２９で増幅される。このようにして、直線偏波を利用したＣＳ放送波が受信される。なお、この直線偏波を受信する場合、垂直方向のものと水平方向のものとを合成することがないので、上記の伝送線路２６による影響はないことになる。
【００２０】
一方、ＢＳ放送波の円偏波（右旋）の場合は、図１（Ｂ）に示されるように、所定のバイアス電圧の切換えで第１ＬＮＡ２４Ａと第２ＬＮＡ２４Ｂの両者がオンされ、また第２局部発振器２８Ｂがオンされる。そうすると、プローブ２３Ａで捉えられた円偏波の直線偏波成分のＢＳ放送波信号は第１ＬＮＡ２４Ａで増幅され、プローブ２３Ｂで得られた直線偏波成分の信号は第２ＬＮＡ２４Ｂで増幅された後、λｇ／４の電気長の伝送線路２６を通過する。従って、プローブ２３Ａと２３Ｂでピックアップした時点で、各直線偏波成分の信号間に存在していた９０度位相差が、接続点Ｐの通過時点ではなくなり、同相のＢＳ放送波信号が合成される。
【００２１】
そして、このＢＳ放送波信号は、２段目のＬＮＡ２５を介して周波数混合器２７へ供給され、この周波数混合器２７で、上記局部発振器２８Ｂからのローカル信号と混合され、これにより得られた中間周波信号はＩＦ増幅器２９で増幅処理される。このようにして、円偏波を利用したＢＳ放送波が受信される。
【００２２】
図２には、実施形態例のアンテナが示されており、このアンテナ部分１の所定の位置には、上記受信用コンバータ２１が一つだけ取り付けられる。そして、このコンバータ２１から出力された信号が、ＣＳ用チューナー３１、ＢＳ用チューナー３２に供給され、これによってテレビ３３の画面にＣＳ放送とＢＳ放送の映像が映し出される。
【００２３】
図３には、実施形態の第２例の構成が示されており、この第２例はλｇ／４の伝送線路をローカル信号の伝送ライン中に配置したものである。即ち、この第２例では、右旋の円偏波を利用するもので、図示されるように、１段目の低雑音増幅器（ＬＮＡ）２４Ａの後段には、２段目の低雑音増幅器（ＬＮＡ）２５Ａと周波数混合器２７Ａが接続され、他方のＬＮＡ２４Ｂの後段には、２段目のＬＮＡ２５Ｂと周波数混合器２７Ｂが接続される。そして、この混合器２７ＢとＢＳ放送波信号用の局部発振器２８Ｂとを結ぶ信号ラインに、λｇ／４の電気長を持つ伝送線路３４が介挿される。そして、上記のＬＮＡ２４Ａ，２５ＡとＬＮＡ２４Ｂ，２５Ｂの切換え及び上記局部発振器２８Ａと２８Ｂの切換えを行う制御回路３５が設けられる。
【００２４】
この第２例は以上の構成からなり、この場合の上記制御回路３５の切換え制御は、上記第１例と基本的に同じであり、下記の表１のようになる。また、図３のように制御回路３５は外部からコントロールされている。この場合は、ＩＦ信号及び電源電圧に重畳された数ｋＨｚのパルス信号を利用している。
【００２５】
【表１】

【００２６】
これによれば、直線偏波を利用するＣＳ放送波については、上記の第１例と同様であり、円偏波を利用するＢＳ放送波の場合は、約λｇ／４の伝送線路３４の通過により、９０度位相のずれたローカル信号が得られ、このローカル信号を、第２周波数混合器２７Ｂに供給することにより、第１周波数混合器２７Ａからの出力信号と同位相の信号に変換することができる。
【００２７】
このことを式で表すと、次のようになる。
即ち、上記ＬＮＡ２５Ａの出力を、Ｖv ＝−Ｖ_RFｓｉｎω_RFｔ、上記ＬＮＡ２５Ｂの出力を、Ｖh ＝Ｖ_RFｃｏｓω_RFｔとし、局部発振器２８Ｂの出力を、Ｖ_LO＝２Ｖ_L ｃｏｓω_LOｔとし、２乗特性により中間周波成分を取り出す。
まず、上記周波数混合器２７Ａでは、Ｖ_LO1 ＝Ｖ_L ｃｏｓω_LOｔが上記Ｖv に混合されるので、

と表すことができ、この式の最後の−Ｖ_RF・Ｖ_L ｓｉｎ（ω_RF−ω_LO）ｔが中間周波信号となる。ここで、この中間周波信号の高次成分はフィルタで除去されるので、垂直配置のプローブ２３Ａで最終的に得られる中間周波信号ＶIFv は、

となる。
【００２８】
一方、上記周波数混合器２７Ｂでは、Ｖ_LO2 ＝Ｖ_L ｃｏｓ｛ω_LOｔ−(π／２)｝が上記Ｖh に混合されるので、

と表すことができ、この式の＋Ｖ_RF・Ｖ_L ｃｏｓ｛（ω_LO−ω_RF）ｔ＋(π／２)｝が中間周波信号となる。そして、この場合も高次成分はフィルタで除去されるので、水平配置のプローブ２３Ｂで最終的に得られる中間周波信号ＶIFh は、

となる。
このように、上記中間周波信号ＶIFh とＶIFv は同相となり、これらの合成出力信号ＶIFO は、ＶIFO ＝−２Ｖ_IFｓｉｎω_IFｔとなる。
【００２９】
上記の第１例及び第２例では、右旋の円偏波を受信する場合を説明したが、左旋の円偏波を受信する場合には、上記のλｇ／４の電気長の伝送線路２６，３４等の配置を変えることにより、同様に実現することができる。また、上記の直線偏波の信号と円偏波の信号の切換えは、上記ＬＮＡ２４，２５のバイアス電圧の制御ではなく、別個の切換え回路により行うこともできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、円形導波管の互いに直交するプローブから信号を受信する構成で、直線偏波のＣＳ放送波信号と円偏波のＢＳ放送波信号の出力を低雑音増幅器により選択的に切り換えると共に、これら各信号に対応して第１局部発振器と第２局部発振器を設け、周波数変換部と上記プローブのいずれか一方との間に、約λｇ／４の電気長の伝送線路を介挿するようにしたので、一つのコンバータで、ＢＳ放送波とＣＳ放送波の両方を受信することができ、しかもコンバータの取付けが容易となり、アンテナの低コスト化を図ることも可能となる。
【００３１】
また、請求項２記載の発明によれば、上記の約λｇ／４の電気長の伝送線路を、局部発振周波数の伝送ラインに介挿することによって、上記の効果を得ることができる。更に、広帯域での円偏波と直線偏波の変換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の第１例に係る受信用コンバータの構成［図（Ａ）］及び各部の切換え動作［図（Ｂ）］を示す図である。
【図２】実施形態例のアンテナの構成を示す正面図である。
【図３】実施形態の第２例の受信用コンバータの構成を示す回路図である。
【図４】従来のオフセットアンテナの構成を示す正面図である。
【図５】従来の受信用コンバータで直線偏波の信号を受信する場合の構成を示す図である。
【図６】従来の受信用コンバータで円偏波の信号を受信する場合の構成を示す図である。
【図７】従来の受信用コンバータで円偏波の信号を受信する場合の他の構成を示す図である。
【符号の説明】
６，６Ａ，６Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ … プローブ、
７Ａ，７Ｂ，９，１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６ … 増幅器、
２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ … 低雑音増幅器、
１０，１７，２７ … 周波数混合器、
１１，１８，２８Ａ，２８Ｂ … 局部発振器、
２６，３４ … 伝送線路。

Claims (2)

1. 互いに直交する二つのプローブを配置した円形導波管と、
   上記二つのプローブから入力されたそれぞれの信号を増幅し、かつ直線偏波から得られた受信信号と円偏波から得られた受信信号の出力を選択的に切り換えるための低雑音増幅器と、
   上記直線偏波の受信信号に混合するための局部発振信号を出力する第１局部発振器と、
   上記円偏波の受信信号に混合するための局部発振信号を出力する第２局部発振器と、
   これら局部発振器から出力された局部発振信号と上記円偏波の受信信号とを混合し、中間周波数の信号を形成する周波数変換部と、
   この周波数変換部と上記プローブのいずれか一方との間に介挿され、上記円偏波の直線偏波成分の波長を実効波長λｇとしたときの約（２ｎ−１）λｇ／４の電気長を持つ伝送線路と、
   選択される直線偏波と円偏波に応じて上記低雑音増幅器における出力切換え及び上記第１局部発振器と第２局部発振器の切換えを制御する制御回路と、を含んでなる直線偏波及び円偏波受信可能な受信用コンバータ。
2. 互いに直交する二つのプローブを配置した円形導波管と、
   直線偏波から得られた受信信号と円偏波から得られた受信信号の出力を選択的に切り換える切換え手段と、
   上記直線偏波の受信信号に混合するための局部発振信号を出力する第１局部発振器と、
   上記円偏波の受信信号に混合するための局部発振信号を出力する第２局部発振器と、
   これら局部発振器から出力された局部発振信号と上記円偏波の受信信号とを混合し、中間周波数の信号を形成する周波数変換部と、
   この周波数変換部と上記第１局部発振器とを結ぶ信号ライン又はこの周波数変換部と上記第２局部発振器とを結ぶ信号ラインのいずれか一方に介挿され、上記円偏波の直線偏波成分の波長を実効波長λｇとしたときの約（２ｎ−１）λｇ／４の電気長を持つ伝送線路と、
   選択される直線偏波と円偏波に応じて上記切換え手段の切換え及び上記第１局部発振器と第２局部発振器の切換えを制御する制御回路と、を含んでなる直線偏波及び円偏波受信可能な受信用コンバータ。

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