JP3781074B2

JP3781074B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP3781074B2
Application number: JP17063497A
Authority: JP
Inventors: 善一吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1117440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星放送を受信するためのアンテナ装置に係わり、特に、複数の衛星からの電波を受信するためのアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、放送衛星(BS ;Broadcast Satellite) を用いた放送（以下、ＢＳ放送という。）や、通信衛星（CS ;Communications Satellite) を用いた放送（以下、ＣＳ放送という。）等の衛星放送が普及しつつある。このような衛星放送を受信するには、例えば放物面形状の反射鏡と、この反射鏡の焦点位置付近に配置された受信ユニットとからなるアンテナ装置が使用されるのが一般的である。ここで受信ユニットは、通常、反射鏡で集波された電波を後述の受信回路部に導く導波管としてのフィードホーンと、このフィードホーンによって導かれた電波を電気信号（受信信号）に変換すると共に、この受信信号に所定の処理（周波数変換や増幅等）を施して出力してＢＳチューナ等に供給する受信回路部とを含んで構成される。
【０００３】
図１８は、このようなフィードホーンの構造を簡略化して表すものである。この図で（ａ）はフィードホーンの側断面を表し、（ｂ）は正面からみた状態を表す。これらの図に示したように、このフィードホーンは、図示しない反射鏡側に向かって拡がる漏斗状の開口部１０１と、開口部１０１と一体に形成された円筒状の導波管１０２とから構成されている。このフィードホーンは、反射鏡の焦点Ｆが開口部１０１の中央部に一致するように配置されるようになっており、反射鏡で反射されて焦点Ｆに集波された電波が導波管１０２の内部を伝搬し、図の上側に配置される受信回路部（図示せず）の電波・電気信号変換部に向かうようになっている。
【０００４】
図１８に示したフィードホーンは、受信対象の衛星が１つであるシングルビームアンテナに用いられるものであるが、最近では、異なる位置に打ち上げられた複数の衛星からの放送電波を１台のアンテナ装置によって受信することを可能としたマルチビームアンテナも実用化されている。この種のマルチビームアンテナでは、反射鏡による各衛星からの電波の各集波位置に対応してそれぞれフィードホーンを配置すると共に、各フィードホーンごとに個別に受信回路部を設け、各衛星からの電波をそれぞれ独立に処理して屋内のチューナ部に送出するようになっている。ここで、１組のフィードホーンおよび受信回路部は一体化された受信ユニットとして構成されており、このような受信ユニットが受信ビーム数（受信対象の衛星の数）と同じ数だけ配置されるようになっている。
【０００５】
図１９は、２つの衛星からの放送電波を受信可能なデュアルビームアンテナに用いられるフィードホーン部の構造を簡略化して表すものである。この図で（ａ）はフィードホーン部の側断面を表し、（ｂ）は正面からみた状態を表す。このフィードホーン部は、図１８に示したものとほぼ同一構造の開口部１０１ａおよび導波管１０２ａからなるフィードホーン１０３ａと、これと同一構造のフィードホーン１０３ｂとから構成されている。フィードホーン１０３ａとフィードホーン１０３ｂとの間隔ｄ（各開口部の中心間距離）は、２つの衛星の軌道位置と、反射鏡の開口径および焦点距離に依存する。具体的には、２つの衛星が接近し、反射鏡の開口径が小さく、焦点距離が小さいほど、間隔ｄは小さくなる。
【０００６】
ところで、アンテナのＦ／Ｄ値（反射鏡の焦点距離と反射鏡の開口径との比）は、良好な受信感度を得るのに適したフィードホーンの開口径を定める要素となるが、設計・製作上の共通化や容易化を図る等の理由から、アンテナのサイズにかかわらず、ほぼ一定に設定されることが多い。具体的には、Ｆ／Ｄ値は、例えば０．５程度に設定されることが多いが、この場合には、フィードホーンの適切な開口径は３０ｍｍ程度となり、これより小さくても大きくても受信感度は良くならない。すなわち、通常一定とされるＦ／Ｄ値によって定まる最適な所定サイズの開口部をもつフィードホーンが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のマルチビームアンテナは、１つのフィードホーンと１つの受信回路部とを一組として一体に構成した受信ユニットを受信ビーム数と同じ数だけ配置することで構成されていた。このため、各アンテナ装置ごとに、受信ビーム数に応じた数の受信ユニットを作製しなければならず、フィードホーンや受信回路基板等の部品点数が多くなって装置構成が複雑化すると共に、コストの低減も困難であった。また、複数の受信ユニットを１つの反射鏡の各集波位置に対応させてできるだけ正確に配置し確実に固定する必要があることから、そのための位置決め機構や固定機構が個別に必要となり、装置が複雑化すると共に、設置作業も煩雑化せざるを得なかった。また、各フィードホーンごとに受信回路部が設けられていたので、受信回路部と屋内のＢＳチューナ部とを結ぶための同軸ケーブルが複数必要となり、配線が煩雑になるという問題もあった。
【０００８】
ところで、わが国における現状の住宅事情を考慮すると、あまりに大きい反射鏡を用いたアンテナ装置では設置スペースの確保が困難な場合も多いことから、より一層のコストダウンおよび普及を図るためにも、アンテナ装置を小型化する必要がある。
【０００９】
しかしながら、反射鏡を小さくすると、上記したようにフィードホーン間の距離ｄを小さくする必要が生じ、特に、２つの衛星が非常に接近している場合には、フィードホーン間の距離ｄをますます小さくしなければならなくなる。一方、必要な受信感度を確保するには、フィードホーンが上記したような所定サイズ（例えば開口径が３０ｍｍ程度）の開口部をもつことが要求される。このため、場合によっては、図２０に示したように、フィードホーンの開口部同士が干渉し合う（ぶつかり合う）可能性もある。この場合、２つのフィードホーンが相互に干渉し合わないようにするには、各フィードホーンの開口径を小さくすればよいが、これでは上記したように反射鏡により反射された電波を効率的に導波管内に導くことができず、受信感度を一定以上に保つことが困難となる。例えば、既に実用に供されているＪＣＳＡＴ−３（日本通信衛星３号）と、近々打ち上げが予定されているＪＣＳＡＴ−４（日本通信衛星４号）とを例にとると、両衛星の静止軌道位置の経度差が僅か４度という極めて接近したものであるため、これらの衛星からの電波を１台のアンテナ装置で受信するにはフィードホーンの開口径を相当小さくしなければならず、必要な受信感度を得ることが極めて困難となる。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、装置構成がシンプルでコスト低減が容易であり、しかも、設置時の作業性がよいアンテナ装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、小型化を実現しつつ、複数の衛星からの電波を感度よく受信することができるアンテナ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は、複数の衛星からの電波を反射してそれぞれ異なる位置に集波する反射鏡と、反射鏡によって集波された電波の各集波位置に対応して互いに隣接するように配置されると共に各衛星からの電波の到来方向に向かって開いた傾斜面を有し、各衛星からの電波をそれぞれ集波する複数の開口部と、各開口部の、電波の到来方向とは反対側の端部にそれぞれ連結され、各開口部により集波された電波をそれぞれ伝搬させる筒状の複数の導波路と、各導波路の電波の到来方向とは反対側の端部に複数の導波路の伸延方向と直交するように設けられた共通の基板と、この基板の面の複数の導波路と対応する位置に形成され複数の導波路から供給される各電波をそれぞれ電気信号に変換する複数の電極パターンを有する変換部と、基板上に形成され、変換部の前記複数の電極パターンからの電気信号のいずれかを選択し、選択された電気信号に対して所定の信号処理を行う共通の受信回路部とを備えている。複数の導波路の相互間隔は複数の開口部の最大径よりも小さく、複数の開口部は相互に干渉する部分において隔壁を残して切り欠かれた状態に形成されている。
【００１２】
本発明のアンテナ装置では、反射鏡で反射されてそれぞれ異なる位置に集波した各衛星からの電波は、複数の導波路によってそれぞれ変換部に導かれ、ここで電気信号にそれぞれ変換される。変換された複数の電気信号は、受信回路部において選択されたのち、所定の信号処理が施される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を表すものである。このアンテナ装置１は、例えば図１１に示したように、互いに接近した距離を保って赤道上に静止軌道を描く２つの衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波を受信するためのデュアルビームアンテナとして構成されたもので、例えば図１２に示したように、利用者の家屋の屋根上やベランダ等に設置されて使用されるものである。本実施の形態では、衛星Ｓ１，Ｓ２がＣＳ放送の電波を送出する通信衛星であるとして説明するが、これに限らず、ＢＳ放送の電波を送出する放送衛星であってもよい。ここで、ＣＳ放送では直線偏波が用いられ、ＢＳ放送では円偏波が用いられる。
【００１４】
図１に示したように、このアンテナ装置１は、受信ユニット１６によって電波が妨げられることのないオフセット型のアンテナ装置として構成されたもので、回転放物面の一部からなるパラボラ反射鏡１１と、アーム１２によってパラボラ反射鏡１１の焦点近傍に固定されたクランプ部１３と、クランプ部１３によって回転可能に保持された受信ユニット１６とを備えている。受信ユニット１６は、フィードホーン部１４と、このフィードホーン部１４と一体に形成された通常コンバータと呼ばれる受信回路部１５とを含んで構成されている。受信回路部１５の下部には、図示しないコネクタが配設され、ここに同軸ケーブル１７の一端側が接続されている。同軸ケーブル１７の他端側は屋内のチューナ（図示せず）に接続されている。ここで、パラボラ反射鏡１１が本発明における「反射鏡」に対応する。
【００１５】
パラボラ反射鏡１１の背面側には、パラボラ反射鏡１１の仰角を調整するための仰角調整機構２１が取り付けられている。この仰角調整機構２１は、円弧状の長孔２１ａに挿通された固定用ボルト２１ｂによって案内されながら固定用ボルト２１ｃを中心として仰角方向に回動可能であり、適当な仰角位置で固定用ボルト２１ｂ，２１ｃを締め付けることでパラボラ反射鏡１１をその位置に固定できるようになっている。仰角調整機構２１は、パラボラ反射鏡１１の方位角を調整するための方位角調整機構２２に取り付けられている。この方位角調整機構２２は、円弧状の長孔２２ａに挿通された固定用ボルト２２ｂによって案内されながら固定用ボルト２２ｃを中心として方位角方向に回動可能であり、適当な方位角位置で固定用ボルト２２ｂ，２２ｃを締め付けることでパラボラ反射鏡１１をその位置に固定できるようになっている。方位角調整機構２２は、本体部２３ａとこの本体部２３ａに対向して設けられた固定板２３ｂとを含んで構成された固定部２３に連結されている。そして、本体部２３ａと固定板２３ｂとの間にベランダの支柱等を挟み込んでボルト２３ｃ等で締めつけることにより、このアンテナ装置全体を上記のベランダの支柱等に取り付けることができるようになっている。
【００１６】
図２は図１におけるクランプ部１３および受信ユニット１６を拡大して表すものであり、図３は図２における矢印Ａの方向からみた状態を表すものであり、図４は図２における矢印Ｂの方向から見た状態を表すものである。なお、図３および図４ではキャップ１４４を装着した状態を示している。上記したように、受信ユニット１６は、フィードホーン部１４と受信回路部１５とを含んで構成されているが、このうち、フィードホーン部１４は、互いに平行に並んで隣接する２つの導波路１４０ａ，１４０ｂが形成されたフィードホーン本体部１４２と、フィードホーン本体部１４２の前側（パラボラ反射鏡１１に面する側）部分の周囲に形成されたリング部１４３と、フィードホーン本体部１４２およびリング部１４３の前面部を覆うためのキャップ１４４とを備えている。ここで、導波路１４０ａ，１４０ｂが本発明における「複数の導波路」に対応する。
【００１７】
導波路１４０ａ，１４０ｂの各前端部（パラボラ反射鏡１１に面する側）には、それぞれ、所定の開口面積を有する開口部１４１ａ，１４１ｂが形成されている。フィードホーン本体部１４２とリング部１４３とは、例えばアルミニウム等の金属ダイカストのように一体の導電体として形成される。但し、両者を別体で形成し、これを連結するようにしてもよい。フィードホーン本体部１４２は、クランプ部１３によって回転可能に保持されると共に、図示しない固定ねじによって任意の回転位置でクランプ部１３に対して固定されるようになっている。フィードホーン本体部１４２の回転中心軸は、開口部１４１ａ，１４１ｂの中点を通り、かつ導波路１４０ａ，１４０ｂの軸に平行な軸（以下、中点軸という。）である。
【００１８】
図３および図４に示したように、フィードホーン本体部１４２は、開口部１４１ａ，１４１ｂの中点位置とパラボラ反射鏡１１の焦点Ｆとが一致するように配置される。この状態で、図１３に示したように、衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波がそれぞれパラボラ反射鏡１１で反射され、フィードホーン部１４の開口部１４１ａ，１４１ｂの各中央部近傍にそれぞれ集波されるようになっている。なお、図１３は、このアンテナ装置の仰角および方位角を衛星Ｓ１，Ｓ２の方向に合わせた場合に、パラボラ反射鏡１１およびフィードホーン部１４を図１における矢印Ｄの方向から見た状態を簡略化して表すものである。
【００１９】
図５は図３においてキャップ１４４を取り外した状態でフィードホーン部１４を正面から見た状態を表し、図６は図５におけるＹＹ′断面を表し、図７は図５におけるＺＺ′断面を表すものである。これらの図に示したように、導波路１４０ａ，１４０ｂのうち、円筒状部分は互いに干渉することなく相互間隔（中心間距離）Ｌをもってそれぞれ円筒状に形成されている。一方、開口部１４１ａ，１４１ｂは、それぞれ、所定の傾斜度の傾斜面をもつ漏斗形状（円錐形状）の一部をなすように形成されているが、導波路１４０ａ，１４０ｂの相互間隔Ｌは開口部１４１ａ，１４１ｂの最大径φ（以下、単に開口径φという。）よりも小さく形成されているため、開口部１４１ａ，１４１ｂは相互に干渉する。このため、開口部１４１ａ，１４１ｂのうちの相互に干渉する部分は、隔壁１４６を残して、切り欠かれた状態に形成されている。
【００２０】
導波路１４０ａ，１４０ｂの相互間隔Ｌは、図１１〜図１３に示した衛星Ｓ１，Ｓ２の相対距離（正確には各衛星の静止位置の経度差）とパラボラ反射鏡１１の開口径および焦点距離等に依存し、衛星Ｓ１，Ｓ２の経度差が小さくなるほど、Ｌも小さくなる。例えば、衛星Ｓ２が東経１２８度に位置するＪＣＳＡＴ−３であり、衛星Ｓ１が近々打ち上げられて東経１２４度に位置する予定のＪＣＳＡＴ−４であるとすると、両者の経度差は僅か４度となる。ここで、パラボラ反射鏡１１の開口径を例えば４０ｃｍ程度と小型化し、その焦点距離を例えば２０ｃｍ程度にしたとすると、一般にＦ／Ｄと表記される焦点距離とアンテナ開口径との比は０．５程度となり、このときの導波路１４０ａ，１４０ｂの相互間隔Ｌは２２ｍｍ程度となる。一方、このような小型のパラボラ反射鏡１１によって必要な受信感度を得ようとすると、各開口部１４１ａ，１４１ｂの開口径φは２５ｍｍを越える必要があると考えられる。したがって、この場合には開口部１４１ａ，１４１ｂが互いに干渉し合うことになるが、両者の干渉部分をそれぞれ切り欠いて図５〜図７に示したような形状とすることで、間隔Ｌおよび開口径φに対する要求を同時に満たすことができ、接近した２つの衛星からの電波を小型のパラボラ反射鏡１１を用いて必要な感度で受信することが可能となる。
【００２１】
ここで、開口部１４１ａ，１４１ｂの開口径φの好適な選択例を挙げる。受信電波の周波数を例えば１２．２０ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚとし、間隔Ｌを例えば２１．７ｍｍとし、パラボラ反射鏡１１の開口径を例えば４０ｃｍとした場合において、開口部１４１ａ，１４１ｂの開口径φを２１ｍｍ，２５ｍｍ，２８ｍｍの３通りに設定して実験を行った。この結果、開口径φを２１ｍｍにした場合に比べて開口径φを２５ｍｍまたは２８ｍｍにした場合には、０．２ｄＢ〜０．３ｄＢ程度のゲイン（利得）の向上と、０．２ｄＢ〜０．４ｄＢ程度のノイズ低減効果とを得ることができ、両者を併せたＣ／Ｎ（キャリア／ノイズ）差は、０．４ｄＢ〜０．６ｄＢ程度向上した。ここで、開口径φが２５ｍｍの場合と２８ｍｍの場合とではＣ／Ｎ差はほぼ同じであったので、２つの開口部１４１ａ，１４１ｂの干渉量（切欠量）が少なく円形からの変形量が少なくて済む２５ｍｍの方を採用するのがより好適である。
【００２２】
リング部１４３は、衛星からの電波以外の他の方向から飛び込んでくるノイズ成分をキャンセルして開口部１４１ａ，１４１ｂから導波路１４０ａ，１４０ｂ内へノイズが侵入するのを防止するためのものである。図６に示したように、リング部１４３の内側の溝の深さＭは電波の波長の４分の１となるように形成される。このため、リング部１４３の外側に入射した電波Ｒ１によって生じた表面電流Ｉはリング部１４３の内側の溝を越える際に波長の２分の１の位相差を生じ、この電流が、溝の内側のフィードホーン本体部に入射する電波Ｒ２によって生ずる電流とキャンセルし合うのである。すなわち、このリング部１４３の存在によりノイズ成分が低減されて受信感度が向上する。
【００２３】
図２および図３に示したキャップ１４４は、非導電体（例えば、ＰＥ（ポリエチレン）やＡＥＳ（アクリル樹脂の一種）等の合成樹脂）で形成され、主として防水のために設けられるが、このほかに、電波の収束効果を上げるという目的のためにも使用される。例えば、キャップ１４４の全体を誘電正接（誘電率の損失正接；ｔａｎ（ε′／ε″）；但し、ε′，ε″はそれぞれ複素誘電率εの実部と虚部）の低い材質で形成すると共に、その内側部を開口部１４１ａ，１４１ｂの形状に合わせて突出させた形状に加工し、キャップ１４４をフィードホーン部１４に装着したときに上記の突出部が最適位置に配置されるように構成するのが好適である。この場合には、上記の突出部がいわばレンズとして作用し得るので、結果として開口部１４１ａ，１４１ｂの径が大きくなったのと等価となり、集波効果の向上により受信感度を上げることができる。
【００２４】
図８は図３の受信ユニット１６およびクランプ部１３におけるＸＸ′断面を拡大して表すものであり、図９は図４における矢印Ｃの方向から受信回路部１５を見た状態を表すものである。ここで、図８は図９におけるＸＸ′断面にも対応する。なお、図８では図３で示したキャップ１４４の図示を省略し、図９では図８に示した蓋板１５４の一部および遮蔽部材１５３の図示を省略し、図８および図９では図４に示した同軸ケーブル１７の図示を省略している。
【００２５】
図８および図９に示したように、受信回路部１５は、導電体からなる筐体１５１と、この筐体１５１内に収容された基板モジュール１５２と、この基板モジュール１５２の主要部を覆うようにして配設された導電体からなる遮蔽部材１５３と、筐体１５１を密封するための導電体からなる蓋板１５４とを有している。ここで、筐体１５１は、例えばアルミニウム等の金属ダイカストのようにフィードホーン本体部１４２と一体に形成されるが、これに限らず、両者を別体として形成し連結するようにしてもよい。
【００２６】
基板モジュール１５２の裏面側（電波が到来する側）には、接地用パターン１５２ａ（図９では図示せず）が形成され、フィードホーン本体部１４２の導波路１４０ａ，１４０ｂと一面に接している。基板モジュール１５２の表面側（電波の到来する面と反対側）には、導波路１４０ａ，１４０ｂの形状に対応してパターニングされた接地用パターン１５２ｂと、水平方向の直線偏波の受信電極としての水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２と、垂直方向の直線偏波の受信電極としての垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２とが形成されている。これらのパターンはいずれも、例えば銅箔等の薄膜導体で形成されている。但し、図８では、各パターンの厚さを実際よりも厚く描いている。
【００２７】
ここで、水平電極パターン１５２ｃ−１および垂直電極パターン１５２ｄ−１は、導波路１４０ａに対応して設けられた受信電極であり、このうち、水平電極パターン１５２ｃ−１は導波路１４０ａを伝播してきた水平方向の直線偏波を電気信号に変換し、垂直電極パターン１５２ｄ−１は導波路１４０ａを伝播してきた垂直方向の直線偏波を電気信号に変換するためのものである。一方、水平電極パターン１５２ｃ−２および垂直電極パターン１５２ｄ−２は導波路１４０ｂに対応して設けられた受信電極であり、このうち、水平電極パターン１５２ｃ−２は導波路１４０ｂを伝播してきた水平方向の直線偏波を電気信号に変換し、垂直電極パターン１５２ｄ−２は導波路１４０ｂを伝播してきた垂直方向の直線偏波を電気信号に変換するようになっている。ここで、水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２および垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２が本発明における「変換部」に対応する。
【００２８】
遮蔽部材１５３は、導波路１４０ａ，１４０ｂを伝播してきて基板モジュール１５２を透過した電波を遮断するためのもので、筐体１５１と同様に、例えばアルミニウム等の金属ダイカストにより形成され、基板モジュール１５２の表面側から接地用パターン１５２ｂのみと面接触するようにして、図示しないねじによって筐体１５１に固定されている。蓋板１５４は、筐体１５１内部を密閉して雨水の侵入を防止すると共に電磁遮蔽するためのもので、導電体により形成されている。
【００２９】
図１０は基板モジュール１５２の回路構成の概略を表すものである。この基板モジュール１５２は、主として受信信号の周波数変換と増幅とを行うコンバータと呼ばれる回路を搭載している。具体的には、電波を電気信号に変換するための４つの受信電極（水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２、および垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２）と、水平電極パターン１５２ｃ−１または垂直電極パターン１５２ｄ−１の一方を選択するように切り替えを行うスイッチ部１５６ａと、水平電極パターン１５２ｃ−２または垂直電極パターン１５２ｄ−２の一方を選択するように切り替えを行うスイッチ部１５６ｂと、スイッチ部１５６ａ，１５６ｂのいずれか一方の出力を選択するように切り替えを行うスイッチ部１５７と、スイッチ部１５７の出力端に接続された高周波増幅回路１５８と、高周波増幅回路１５８の出力端に接続された混合回路１５９と、混合回路１５９に所定の周波数の局部発振信号を供給する局部発振回路１６０と、混合回路１５９の出力端に接続された中間周波増幅回路１６１とを備えている。
【００３０】
中間周波増幅回路１６１の出力端は、同軸ケーブル１７（図４等）が接続されるコネクタ１５５に接続されている。また、この基板モジュール１５２は、同軸ケーブル１７からコネクタ１５５を介して供給される直流電圧（例えば１５Ｖ程度）を基に、上記の各回路に安定した電力を供給する安定化電源１６２が設けられている。ここで、基板モジュール１５２のうち、水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２および垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２を除く部分が、主として、本発明における「受信回路部」に対応する。
【００３１】
スイッチ部１５６ａ，１５６ｂ，１５７は、それぞれ、図示しない制御部からの切替信号に応じて切替動作を行うことにより、上記した４つの受信電極のいずれか１つを選択して高周波増幅回路１５８と接続するようになっている。なお、上記の制御部は、例えば、屋内に配設されたチューナ（図示せず）から同軸ケーブル１７を介して送られてきた受信偏波選択命令に応じて上記の切替信号を出力するようになっている。高周波増幅回路１５８は、水平電極パターン１５２ｃ−１等において受信した例えば１２ＧＨｚ帯の高周波信号をそのまま増幅するための回路で、例えばＧａＡｓ−ＦＥＴ（ガリウム砒素電界効果トランジスタ）等のような非常に低雑音の増幅素子を用いて構成されている。混合回路１５９は、高周波増幅回路１５８で増幅された例えば１２ＧＨｚ帯の高周波信号と局部発振回路１６０から供給された例えば１１ＧＨｚ帯の局部発振信号とをヘテロダイン検波して、同軸ケーブル１７によって伝送可能な周波数帯である例えば１ＧＨｚ帯の中間周波数信号（ＩＦ信号）を出力するようになっている。受信した高周波信号の周波数を例えば１２．２５ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚとし、局部発振信号の周波数を例えば１１．２ＧＨｚとすると、ＩＦ信号の周波数は１．０５ＧＨｚ〜１．５５ＧＨｚとなる。中間周波増幅回路１６１は、混合回路１５９から出力されたＩＦ信号に対し、同軸ケーブル１７を伝送する際の信号減衰を補償し図示しないチューナのノイズ指数に起因する画質劣化を低減するために必要なレベルまで、増幅を行う。
【００３２】
次に、以上のような構成のアンテナ装置の作用および動作を説明する。
【００３３】
まず、図１１〜図１５を参照して、このアンテナ装置の調整方法を説明する。この調整には、フィードホーン部１４と受信回路部１５とを一体化して構成した受信ユニット１６の回転角の調整と、パラボラ反射鏡１１および受信ユニット１６を含むアンテナ装置全体の仰角の調整と、このアンテナ装置全体の方位角の調整とがある。ここではまず、受信ユニット１６の回転角の調整が必要な理由、およびその調整方法を説明する。
【００３４】
今、受信対象の衛星が図１１および図１２に示した２つの衛星Ｓ１，Ｓ２であるとする。ここで、上記したように、例えば衛星Ｓ２が赤道上空３６０００ｋｍの高さで東経１２８度に静止軌道をもつＪＣＳＡＴ−３であり、衛星Ｓ１が赤道上空３６０００ｋｍの高さで東経１２４度に静止軌道をもつＪＣＳＡＴ−４であるとすると、例えば東経約１４０度の東京においては、これらの衛星Ｓ１，Ｓ２は、図１２に示したように南西の空に静止しているように見える。これらの衛星は共に赤道上に位置するので、２つの衛星の中点（ここでは東経１２６度）を通る経線上の地点から２つの衛星を見た場合には、各衛星の仰角（水平線を基準とした見かけ上の高度角）は等しくなるが、上記した中点を通る経線上にない地点から見ると、図１２および図１４に示したように、２つの衛星Ｓ１，Ｓ２の仰角β１，β２は等しくはなく、しかも観測地点の緯度や経度によって両者の仰角差（β２−β１）は変化する。具体的にいうと、２つの衛星Ｓ１，Ｓ２の中点を通る経線から離れれば離れるほど仰角差は拡大する方向に変化する。より具体的には、図１２に示したように、アンテナ装置の設置地点の経度（ここでは１４０度）により近い経度に位置する衛星Ｓ２の仰角は、より遠い経度に位置する衛星Ｓ１の仰角よりも大きい。言い換えると、衛星Ｓ１よりも衛星Ｓ２のほうが高い位置に見えるのである。したがって、例えば日本国内の各地でアンテナ装置を設置する場合には、設置地点における２つの衛星Ｓ１，Ｓ２の仰角差に応じてパラボラ反射鏡１１による各衛星からの電波の集波位置も変化することとなるので、最良の受信感度を得るには、実際の各集波位置に受信ユニット１６の２つの開口部１４１ａ，１４１ｂをそれぞれ合わせ込む必要があるのである。
【００３５】
そこで、このような実際の各集波位置と開口部１４１ａ，１４１ｂとの合わせ込みを行うべく、本実施の形態に係るアンテナ装置では、クランプ部１３によってフィードホーン部１４を含む受信ユニット１６全体を中点軸を中心として回転可能に保持すると共に、フィードホーン部１４を回転させることによって各集波位置に開口部１４１ａ，１４１ｂの各中央部をそれぞれ合わせ込んだ状態で、図示しない固定ねじ等によりフィードホーン部１４をクランプ部１３に固定できるようにしている。この場合のフィードホーン部１４の回転角は、アンテナ装置の設置地点の主として経度により定まるので、予めフィードホーン部１４の周囲に設置地点ごとの回転角を目盛っておき、利用者はこの目盛りに従って受信ユニット１６の回転調整を行うようにすればよい。
【００３６】
図１５は、図１２に示した衛星Ｓ１，Ｓ２に対して受信ユニット１６の回転調整を行った後の状態を表すものである。なお、この図はパラボラ反射鏡１１の側から受信ユニット１６を見た状態を示している。この例では、パラボラ反射鏡１１の焦点Ｆを通る中点軸を中心として、受信ユニット１６全体（すなわちフィードホーン部１４）を水平方向から角度α（以下、回転調整角αという。）だけ時計方向に回転させた位置に調整されている。
【００３７】
例えば、アンテナ装置の設置地点が東経約１４０度の東京の場合には、衛星Ｓ１，Ｓ２（ここではＪＣＳＡＴ−４，ＪＣＳＡＴ−３）に対する仰角β１，β２（図１４）はそれぞれ約４５．３度，４６．７度となり、この場合の仰角差（β２−β１）は約１．４度となる。この仰角差の存在により、衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波のパラボラ反射鏡１１による集波位置Ｐ１，Ｐ２が上下にずれることとなるが、この場合、中点軸を中心として受信ユニット１６を約１８度だけ時計方向に回転すると、各集波位置Ｐ１，Ｐ２が各開口部１４１ａ，１４１ｂのそれぞれほぼ中央にくるようになる。すなわち、東京においては受信ユニット１６の回転調整角αは約１８度となる。
【００３８】
このようにして受信ユニット１６の回転角の調整を行ったのち、今度はアンテナ装置の仰角および方位角の調整を行う。このアンテナ装置の仰角の調整は、図１における仰角調整機構２１によって行う。すなわち、仰角調整機構２１の円弧状の長孔２１ａに挿通された固定用ボルト２１ｂと回転中心となる固定用ポルト２１ｃとを緩めて、パラボラ反射鏡１１を設置地点の緯度や経度に応じて予め定められた仰角位置にまで動かし、そこで固定用ボルト２１ｂ，２１ｃを締めることでパラボラ反射鏡１１を固定する。また、このアンテナ装置の方位角の調整は、図１における方位角調整機構２２によって行う。すなわち、方位角調整機構２２の円弧状の長孔２２ａに挿通された固定用ボルト２２ｂと回転中心となる固定用２２ｃとを緩めて、パラボラ反射鏡１１を設置地点の経度に応じて予め定められた方位角位置にまで動かし、そこで固定用ボルト２２ｂ，２２ｃを締めることでパラボラ反射鏡１１を固定する。そして、さらに、この状態で実際に電波を受信し、その受信状態が最良となるように仰角および方位角の微調整を行う。
【００３９】
次に、このアンテナ装置の動作を簡単に説明する。
【００４０】
衛星Ｓ１，Ｓ２からそれぞれ送出された高周波のＣＳ放送波は、図１３に示したようにパラボラ反射鏡１１で反射されてフィードホーン部１４の開口部１４１ａ，１４１ｂの各中央部付近にそれぞれ集波され、さらに、導波路１４０ａ，１４０ｂによって図８の基板モジュール１５２へと導かれる。この場合、衛星Ｓ１，Ｓ２から送出されるＣＳ放送波は、水平方向および垂直方向の２種類の偏波である。
【００４１】
さて、基板モジュール１５２に到達した高周波の電波は、この基板モジュール１５２の表面側に設けられた水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２，垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２によって高周波の電気信号に変換され、図１０に示した高周波増幅回路１５８に選択的に入力される。このとき、上記の４つ電極パターンからの信号のうちのいずれを高周波増幅回路１５８に入力するかについては、図示しない制御部によってスイッチ部１５６ａ，１５６ｂ，１５７を切り替えることで選択する。
【００４２】
ところで、直線偏波の場合、その偏波方向は必ずしも水平または垂直方向と一致するものではなく、この偏波方向が水平または垂直方向となす角（以下、偏波角γという。）は受信地点の緯度および経度によってかなり変化する。例えば、衛星Ｓ１が東経１２４度に位置するＪＣＳＡＴ−４の場合、沖縄の那覇における偏波角γが約７．４度であるのに対し、東京における偏波角γは約２０．７度と大きい。また、衛星Ｓ２が東経１２８度に位置するＪＣＳＡＴ−３の場合、沖縄の那覇での偏波角γが約０．６度であるのに対し、東京での偏波角γは約１５．９度と大きい。一方、図９に示した各受信電極パターン（水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２，垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２）は、通常、アンテナの使用可能エリア（例えば日本国内）の中心付近の基準地点（例えば大阪）における受信電波の偏波角γに正確に合わせて作成される。したがって、仮に、この基準地点以外の地点で、受信ユニット１６の回転方向の傾きを一定（ここでは、大阪での方向と同じ）にして設置したとすると、図９に示したように、受信地点に応じて、受信電極パターンと偏波方向との間（例えば、垂直電極パターン１５２ｄ−１の方向と受信電波の垂直偏波方向Ｈとの間）に、その受信地点に固有の偏波角の差（以下、偏波角変化量Δγという。）が生じることとなり、効率的な電波・電気信号変換ができなくなってゲインが低下する。特に、使用可能エリアの境界近くの領域（例えば、北海道や九州等）においては偏波角変化量Δγが大きくなり、受信感度が極端に悪化する。
【００４３】
ここで、注目すべきことは、上記の基準地点（例えば大阪）での受信電波の偏波方向と、受信可能エリア内における他の地点（例えば東京）での受信電波の偏波方向との差（すなわち、上記した偏波角変化量Δγ）は、上記の基準地点におけるフィードホーン部１４の回転調整角α（図１５）と、受信地点におけるフィードホーン部１４の回転調整角αとの差（以下、回転角変化量Δαという。）にほぼ等しいことである。例えば、２つの衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波の偏波角γは、大阪ではそれぞれ約１６．１度，１０．７度であり、東京ではそれぞれ約２０．７度，１５．９度であるから、各衛星についての偏波角変化量Δγは、それぞれ約４．６度，５．２度となる。一方、フィードホーン部１４の回転調整角αは、大阪では約１３．４度であり、東京では約１８．３度であるから、回転角変化量Δαは約４．９度となる。すなわち、偏波角変化量Δγと回転角変化量Δαとはほぼ等しくなる。したがって、図１５に示したように、フィードホーン部１４を受信地点の緯度や経度によって定まる適正な回転調整角αだけ回転させる調整を行った場合には、それと同時に、偏波角変化量Δγの補正も自動的に行われるのである。このため、上記したような偏波誤差に起因するゲインの劣化は殆ど発生せず、また、目的の偏波方向と交差する方向の偏波の混入による不要な受信信号レベルを低減でき、目的のチャネルに関して良好な受信感度を確保することができる。なお、フィードホーン部１４の適正な回転角αと偏波角γとは厳密には一致せず、両者の差は受信地点によって多少変化するものの、その差の範囲は、日本国内の主要地域では１度以下であるので、実際上、問題にはならない。
【００４４】
さて、このようにして高周波増幅回路１５８に入力された高周波受信信号は、ここでその周波数のまま増幅されて混合回路１５９に入力される。混合回路１５９は、高周波増幅回路１５８で増幅された高周波信号と局部発振回路１６０から供給された局部発振信号とをヘテロダイン検波して、その差分周波数をもつＩＦ信号を出力し、中間周波増幅回路１６１に入力する。中間周波増幅回路１６１は、混合回路１５９から出力されたＩＦ信号を必要なレベルまで増幅する。こうして増幅されたＩＦ信号は、同軸ケーブル１７を経由して屋内のチューナ（図示せず）に送られ、図示しないテレビジョン受像機における画面表示に供される。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置では、２つの導波路１４０ａ，１４０ｂを有するフィードホーン部１４と受信回路部１５とを一体として１つの受信ユニット１６を構成したので、従来のようにアンテナ装置ごとに受信ビーム数に応じた数の受信ユニットを用意する必要がなく、単一の受信ユニット１６のみを用意すればよい。このため、部品点数が少なくなり、装置構成が簡略化する。また、複数の受信ユニットの各々を１つの反射鏡の各集波位置に対応させて配置し固定する従来装置に対し、本アンテナ装置では単一の受信ユニット１６のみを用いるので、その位置決め機構や固定機構が簡単となり、設置作業も容易となる。さらに、２つの導波路１４０ａ，１４０ｂに対応して共通の受信回路部１５を設け、これらの導波路１４０ａ，１４０ｂからの受信信号を適宜切り替えて受信回路部１５で処理するようにしたので、受信ユニット１６と屋内のチューナ部とを結ぶための同軸ケーブルが１本で足り、配線も簡単となる。また、リング部１４３を設けたことにより、ノイズの低減が可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態に係るアンテナ装置では、導波路１４０ａ，１４０ｂの各開口部１４１ａ，１４１ｂが互いに干渉し合う場合には、両者の干渉部分を切り欠くようにして開口部１４１ａ，１４１ｂを形成したので、両者の間隔Ｌを小さくすると同時にそれぞれの開口径φを大きくするという相反する要求を同時に満たすことができる。このため、小型のパラボラ反射鏡１１を用いた場合であっても、接近した２つの衛星からの各電波を効率よく分離してそれぞれ十分な感度で受信することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施の形態に係るアンテナ装置では、クランプ部１３により、フィードホーン部１４を含む受信ユニット１６全体を中点軸を中心として回転できるように保持することとしたので、アンテナ装置の設置地点に依存して変化する各衛星からの電波の集波位置と開口部１４１ａ，１４１ｂとの合わせ込みを容易に行うことができる。しかも、パラボラ反射鏡１１全体を回転するのでなく、受信ユニット１６の部分のみを回転させるようにしたので、最も重量のあるパラボラ反射鏡１１を回転可能に保持する機構が必要なくなり、強風に対する耐性が向上する。さらに、パラボラ反射鏡１１自体は常に基準位置にあるので、そこに描かれた文字記号等のデザインが傾いた状態で設置されるという外観上の不具合を解消することもできる。
【００４８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、その均等の範囲内で種々変更可能である。例えば、上記の実施の形態では、衛星Ｓ１，Ｓ２をＣＳ放送用の衛星として説明したが、本発明はこれに限定されず、ＢＳ放送用の衛星にも適用可能である。但し、このＢＳ放送では円偏波が用いられるので、この場合には図９に示した基板モジュール１５２に代えて、図１６に示したような受信電極パターン１５２ｅ−１，１５２ｅ−２を有する基板モジュール１５２′を用いる。この図で図９と同一部分には同一の符号を付す。この例では、導波路１４０ａ，１４０ｂにそれぞれ対応する受信電極パターン１５２ｅ−１，１５２ｅ−２を、垂直方向からそれぞれ＋／−方向に所定の角度（例えば４５度）ずつ傾いた方向に延びるように形成し、また、接地用パターン１５２ｂ′を、上記の受信電極パターン１５２ｅ−１，１５２ｅ−２を避けるようにしてパターニングしている。その他の構成は図９の場合と同様である。
【００４９】
また、２つの衛星は同種の衛星（すなわち、ＣＳとＣＳ、またはＢＳとＢＳ）には限られず、異種衛星（すなわちＣＳとＢＳ）からの電波を受信可能なアンテナ装置を構成することも可能である。この場合には、基板モジュールのうち、ＣＳからの電波を受信する導波路に対応した部分には、例えば図９に示したような受信電極パターン（例えば水平電極パターン１５２ｃ−１および垂直電極パターン１５２ｄ−１の組）を形成し、ＢＳからの電波を受信する導波路に対応した部分には、例えば図１６に示したような受信電極パターン１５２ｅ−２等を形成すればよい。
【００５０】
また、上記の実施の形態では、２つの衛星からの電波を受信可能なデュアルビームアンテナ装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の衛星からの電波を受信可能なマルチビームアンテナ装置に適用することも可能である。例えば、赤道上空に互いに接近して等間隔に並ぶ３つの衛星からの電波を受信可能なトリプルビームアンテナ装置を構成する場合には、例えば図１７に示したように、それぞれの衛星からの電波を受信するための導波路１４０ａ′，１４０ｂ′，１４０ｃ′を直線上に並べて形成すると共に、それぞれの入り口に開口部１４１ａ′，１４１ｂ′，１４１ｃ′を形成し、それらの周囲にリング部１４３′を形成してフィードホーン部１４′を構成する。そして、３つの開口部１４１ａ′，１４１ｂ′，１４１ｃ′の配列方向の中点がパラボラ反射鏡１１の焦点Ｆに一致するようにしてフィードホーン部１４′を配置すると共に、上記した中点（焦点Ｆ）を通り導波路１４０ａ′，１４０ｂ′，１４０ｃ′に平行な軸を中心としてフィードホーン部１４′を回転できるように構成すればよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載のアンテナ装置によれば、反射鏡によって集波された複数の衛星からの各受信電波をそれぞれ変換部に導く複数の導波路と、変換部によって受信電波から変換された各電気信号のうちいずれか１つを選択し、選択した電気信号に対する所定の信号処理を行う受信回路部とを備えるようにしたので、従来のように導波路と受信回路部とを１対１で組み合わせたユニットを受信対象の衛星の数に応じた数だけ用意するという必要がなく、複数の導波路と受信回路部とを組み合わせたユニットを１つだけ用意すればよい。このため、部品点数が減少して装置構成を簡略化できると共に、反射鏡に対する各導波路の位置決め機構や固定機構が簡単となって設置作業が容易になるという効果がある。また、部品点数の減少等によりコスト低減を図ることができるという効果がある。また、実際の設置の際に必要なアンテナ装置と屋内のチューナとを結ぶためのケーブルが１本で足り、配線が簡単になるという効果もある。
【００５２】
また、各導波路が所定の受信感度を得るに足る開口面積をもつように形成すると共に、隣接する導波路と干渉する部分についてはこれを切り欠くようにして形成したので、導波路間隔の縮小と導波路の開口面積の確保という相反する要求を同時に満たすことができる。すなわち、小型の反射鏡を用いた場合であっても、接近した２つの衛星からの各電波を効率よく分離してそれぞれ十分な感度で受信することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の全体を表す斜視外観図である。
【図２】図１のクランプ部および受信ユニットを拡大して表す斜視外観図である。
【図３】クランプ部および受信ユニットの正面図である。
【図４】クランプ部および受信ユニットの側面図である。
【図５】受信ユニットにおけるフィードホーン部の正面図である。
【図６】受信ユニットにおけるフィードホーン部の一部断面図である。
【図７】受信ユニットにおけるフィードホーン部の他の一部断面図である。
【図８】クランプ部および受信ユニット全体の断面図である。
【図９】受信ユニットの背面図である。
【図１０】受信ユニット内の基板モジュールの回路構成を表すブロック図である。
【図１１】衛星の静止軌道を表す説明図である。
【図１２】地上からみた衛星の位置を表す説明図である。
【図１３】２つの衛星からの電波がパラボラ反射鏡によってフィードホーン部に集波される様子を説明するための説明図である。
【図１４】２つの衛星の仰角差を説明するための説明図である。
【図１５】受信ユニットを回転調整した状態を表す図である。
【図１６】受信ユニットにおける基板モジュールの他の構成例を表す背面図である。
【図１７】受信ユニットにおけるフィードホーン部の他の構成例を表す正面図である。
【図１８】シングルビームアンテナに用いられるフィードホーンの構造を簡略化して表す構造図である。
【図１９】デュアルビームアンテナに用いられるフィードホーンの構造を簡略化して表す構造図である。
【図２０】近接した２つの衛星からの電波を受信するために小型のデュアルビームアンテナを構成する場合の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１…パラボラ反射鏡、１２…アーム、１３…クランプ部、１４…フィードホーン部、１５…受信回路部、１６…受信ユニット、１７…同軸ケーブル、２１…仰角調整機構、２２…方位角調整機構、２３…固定部、１４０ａ，１４０ｂ、１４０ａ′，１４０ｂ′，１４０ｃ′…導波路、１４１ａ，１４１ｂ，１４１ａ′，１４１ｂ′，１４１ｃ′…開口部、１４２…フィードホーン本体部、１４３…リング部、１４４…キャップ、１５１…筐体、１５２…基板モジュール、１５２ｃ−１，１５２ｃ−２…水平電極パターン、１５２ｄ−１，１５２ｄ−２…垂直電極パターン、１５２ｅ−１，１５２ｅ−２…受信電極パターン、１５３…遮蔽部材、１５４…蓋板、Ｓ１，Ｓ２…衛星

Claims

複数の衛星からの電波を反射してそれぞれ異なる位置に集波する反射鏡と、
前記反射鏡によって集波された電波の各集波位置に対応して互いに隣接するように配置されると共に各衛星からの電波の到来方向に向かって開いた傾斜面を有し、前記各衛星からの電波をそれぞれ集波する複数の開口部と、
前記各開口部の、電波の到来方向とは反対側の端部にそれぞれ連結され、各開口部により集波された電波をそれぞれ伝搬させる筒状の複数の導波路と、
前記各導波路の電波の到来方向とは反対側の端部に前記複数の導波路の伸延方向と直交するように設けられた共通の基板と、
この基板の面の前記複数の導波路と対応する位置に形成され前記複数の導波路から供給される各電波をそれぞれ電気信号に変換する複数の電極パターンを有する変換部と、
前記基板上に形成され、前記変換部の前記複数の電極パターンからの電気信号のいずれかを選択し、選択された電気信号に対して所定の信号処理を行う共通の受信回路部と
を備え、
前記複数の導波路の相互間隔は、前記複数の開口部の最大経よりも小さく、
前記複数の開口部は、相互に干渉する部分において隔壁を残して切り欠かれた状態に形成されている
ことを特徴とするアンテナ装置。