JP2000031733A - 偏波切換アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の偏波形式で衛星から送信される電波の
受信可能なアンテナ装置を、低コストかつ安価に構成す
る。 【解決手段】 偏波切換アンテナ装置１０の保持台１３
上には、アンテナ１１，１２が一まとめに保持される。
アンテナ１１，１２は、それぞれ異なる偏波面で衛星か
ら送信される電波を受信することができる。アンテナ１
１，１２の受信信号は、切換スイッチ１４で切換えら
れ、チューナ１５に入力される。各アンテナ１１，１２
は、駆動機構１７，１８でそれぞれ個別にアンテナビー
ム１９，２０による指向性の向きを換えることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放送衛星（ＢＳ）
や通信衛星（ＣＳ）などから送信される電波を受信する
ための偏波切換アンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球の赤道上の静止衛星軌道に
は、複数の放送衛星や通信衛星が打上げられ、これらの
衛星からの電波は地上で受信することができる。放送衛
星や通信衛星から送信される電波の周波数は、１１〜１
２ＧＨｚ程度である。放送衛星からの放送電波は、周波
数帯域毎に特定のチャネルに割当てられている。隣接し
たチャネル間での電波同士の干渉を防ぐため、隣接する
チャネル間では、偏波面などの偏波形式が異なるように
されている。このため、放送衛星からの電波を受信する
受信アンテナ側では、チャネル切換え時に偏波形式の切
換えも行う必要がある。

【０００３】図８は、放送衛星からの電波を受信するた
めに一般的に使用されているパラボラアンテナ１の概略
的な構成を示す。凹面の反射鏡２には、一次放射器３が
対向している。一次放射器３は、支持アーム４で反射鏡
２との相対的な位置関係を保っている。反射鏡２および
支持アーム４は、支柱５によって支えられている。反射
鏡２は、衛星からの到来電波６を反射して、一次放射器
３に収束させて送込む。一次放射器３は、一種のアンテ
ナであり、収束された衛星からの電波を受信する。放送
からの電波が、複数の偏波形式を有しているときには、
一次放射器３内で切換え可能とすることができる。たと
えば実開平５−１８１１０には、１枚の誘電体基板上に
受信しようとする電波にそれぞれが対応する複数のマイ
クロストリップパッチ素子を形成し、ダイオードスイッ
チで切換え可能として、パラボラアンテナの一次放射器
として用いる先行技術が開示されている。

【０００４】また、特開平６−２４４６３３には、一体
的に形成される２つのラジアル導波管の表面に異なる種
類の偏波に対応するスロットアレーをそれぞれ形成し
て、２種類の偏波形式を共用して受信する先行技術が開
示されている。また特開平７−２３５８２８には、ラジ
アル導波管の表面上に複数の低ピッチ１セルジグザグア
ンテナを配置して、直線偏波用平面アンテナを構成する
先行技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すようなパラ
ボラアンテナ１は、特開平６−２４４６３３や特開平７
−２３５８２８などの先行技術に開示されている平面ア
ンテナに比較して形状が大きくなってしまう。平面アン
テナでは、利得を高めるために、複数のアンテナ素子を
所定のパターンで配置している。平面アンテナでは、各
アンテナ素子毎に受信可能な偏波形式や指向特性が定ま
っているので、複数のアンテナ素子を配列するときに
は、相互の向きや位置関係を合わせる必要がある。

【０００６】実開平５−１８１１０の先行技術では、パ
ラボラアンテナ１の一次放射器３で、偏波形式の異なる
アンテナを切換えて、パラボラアンテナ全体としての偏
波形式の切換えを行っている。この先行技術のような切
換え方法を、他の先行技術に示されているような平面ア
ンテナに関する先行技術に適応しようとすると、複数の
アンテナ素子の全部に対してそれぞれ切換えのための構
成を配置する必要があり、コストや大きさの点で実現は
困難である。

【０００７】本発明の目的は、低コストで複数種類の偏
波形式が切換え可能な偏波切換アンテナ装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の種類の
偏波形式を有する衛星からの電波を受信するための第１
のアンテナと、該第１の種類とは異なる第２の種類の偏
波形式を有する衛星からの電波を受信するための第２の
アンテナと、第１のアンテナおよび第２のアンテナを隣
接させて保持する保持部材と、第１のアンテナによる受
信信号または第２のアンテナによる受信信号を、受信す
べき電波に応じて切換えて出力する切換スイッチとを含
むことを特徴とする偏波切換アンテナ装置である。

【０００９】本発明に従えば、第１のアンテナは、第１
の種類の偏波形式を有する衛星からの電波を受信するこ
とができる。第２のアンテナは、第１の種類とは異なる
第２の種類の偏波形式を有する衛星からの電波を受信す
ることができる。第１のアンテナおよび第２のアンテナ
は、保持部材によって隣接して保持されるので、保持部
材によって一まとめに取扱うことができる。第１のアン
テナによる受信信号と第２のアンテナによる受信信号と
は、受信すべき電波に応じて切換スイッチで切換えて出
力することができる。

【００１０】また本発明で前記第１のアンテナおよび前
記第２のアンテナは、大略的に平板状で、板面に対して
傾斜した方向の指向性をそれぞれ有し、前記保持部材
に、各アンテナを該板面に垂直な軸線まわりに角変位さ
せる駆動機構が備えられることを特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、第１のアンテナおよび第
２のアンテナは、大略的に平板状で、板面に対して傾斜
した方向の指向性をそれぞれ有する。保持部材には、各
アンテナを板面に垂直な軸線まわりに角変位させる駆動
機構が備えられるので、各アンテナをそれぞれ別個に角
変位させ、異なる衛星の方向に指向性を調整することが
できる。

【００１２】また本発明で前記第１のアンテナまたは前
記第２のアンテナのうちの少なくとも一方は、ラジアル
導波管と、ラジアル導波管の一表面上に配置される複数
のマイクロストリップアンテナ素子とを含むことを特徴
とする。

【００１３】本発明に従えば、第１のアンテナまたは第
２のアンテナのうちの少なくとも一方は、ラジアル導波
管の一表面上に複数のマイクロストリップアンテナ素子
を配置して形成されるので、小型でかつ高利得に形成す
ることができる。

【００１４】また本発明で前記ラジアル導波管の一表面
上で、前記複数のマイクロストリップアンテナ素子は、
各マイクロストリップアンテナ素子が同一偏波面となる
ように同一の向きに揃えられ、該表面に対して傾斜した
方向からの到来電波に対して、該ラジアル導波管内を各
マイクロストリップアンテナ素子から共通の給電位置ま
で伝達する受信信号の位相が同相となる位置にそれぞれ
配置されることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、ラジアル導波管の表面上
に配置される複数のマイクロストリップアンテナ素子
は、同一の向きに揃えられているので、同一の偏波形式
の電波を受信することができる。各マイクロストリップ
アンテナ素子からラジアル導波管内を伝達して共通の給
電位置に至る受信信号の位相は、ラジアル導波管の表面
に対して傾斜した方向からの到来電波に対して位相が同
一なので、利得を高めて指向特性を向上させることがで
きる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
しての偏波切換アンテナ装置１０の概略的な構成を示
す。偏波切換アンテナ装置１０は、第１のアンテナ１１
および第２のアンテナ１２を備える。第１のアンテナ１
１は、たとえば水平偏波の形式で送信される衛星からの
電波の受信用であり、第２のアンテナ１２は、垂直偏波
形式の電波の受信用である。アンテナ１１，１２は、平
板上の保持台１３上に保持される。２つのアンテナ１
１，１２のそれぞれが衛星からの電波を受信して出力す
る受信信号は、切換スイッチ１４で切換えられて、チュ
ーナ１５に入力される。チューナ１５は、受信された信
号中から放送内容や通信情報を復調し、ディスプレイ１
６などによって出力する。

【００１７】偏波切換アンテナ装置１０は、たとえば自
動車などの移動体に搭載され、移動体が移動しても静止
衛星軌道上の衛星の方向に指向性が向いているように、
駆動機構１７，１８によって個別にアンテナビーム１
９，２０の向きを変えられるようになっている。なお、
各アンテナ１１，１２毎にコンバータ２１，２２が設け
られ、１２ＧＨｚ程度の受信周波数を１ＧＨｚ程度の周
波数に変換している。１２ＧＨｚ程度の高い周波数では
アンテナ１１，１２から切換スイッチ１４まで伝達する
ことが困難であるので、周波数を低くしてから伝達する
ようにしている。

【００１８】図２は、図１のアンテナ１１，１２の平面
構成を示す。図１のアンテナ１１，１２は、大略的に円
板状のラジアル導波管（以下「ＲＷＧ」と略称する）３
０の一表面上に、複数のマイクロストリップアンテナ
（以下「ＭＳＡ」と略称する）素子３１〜３ｎが配置さ
れて形成される平面アンテナの一種である。ＲＷＧ３０
の表面上でのＭＳＡ素子３１〜３ｎの配置に従って、ア
ンテナビーム１９，２０は特定方向を向くように形成さ
れる。

【００１９】図３は、図１のアンテナ１１，１２の構成
を側面断面視して示す。ＲＷＧ３０内の空間には、中央
付近にコンバータ給電ピン４０が突出する。ＲＷＧ３０
で、コンバータ給電ピン４０が突出する面と対向する面
には、各ＭＳＡ素子３１〜３ｎにそれぞれ対応して設け
られるアンテナ素子給電ピン４１〜４ｎがそれぞれ突出
する。ＲＷＧ３０の表面上でのＭＳＡ素子３１〜３ｎの
配置に対応して、アンテナビーム１９，２０は、鉛直面
内でもＲＷＧ３０の表面およびその法線方向とは異なる
傾斜したチルト角θ（０＜θ＜９０°）方向に指向性を
有する。このような指向性は、アンテナ１１，１２のＲ
ＷＧ３０の表面をほぼ水平にした状態で、地球上の赤道
から離れた位置で、静止軌道上の衛星からの電波を感度
よく受信するために必要となる。

【００２０】アンテナビーム１９，２０は、図２に示す
ように、水平面内でも指向性を有するので、移動体など
に搭載される偏波切換アンテナ装置１０で、各アンテナ
１１，１２のアンテナビーム１９，２０の向きを衛星の
方向に合わせるための駆動機構１７，１８として、回転
用ベアリング５１、モータ５２、駆動歯車５３および外
歯車５４が設けられている。回転用ベアリング５１は、
保持台１３の表面とＲＷＧ３０の下面との間に設けら
れ、ＲＷＧ３０が、保持台１３の表面上で円滑な角変位
を可能にしている。モータ５２は、出力軸に装着する駆
動歯車５３で、ＲＷＧ３０の外周に形成する外歯車５４
を回転駆動する。これによって、アンテナ１１，１２
は、中央の軸線まわりに角変位し、アンテナビーム１
９，２０の方向を変化させることができる。

【００２１】図４は、１つのＭＳＡ素子３１〜３ｎの断
面構成を示す。ＲＷＧ３０の表面は導体板で形成され、
その表面に電気絶縁性の誘電体５９の層が設けられる。
合成樹脂、ゴム、セラミックなどの誘電体５９の表面に
は、所定の形状を有する導体板６０が配置され、ＲＷＧ
３０の内部との間にアンテナ素子給電ピン４１〜４ｎで
受信信号が伝達される。

【００２２】図５は、図４の導体板６０の形状の例を斜
線を施して示す。図５（ａ）は、矩形のアンテナ素子６
１を示し、アンテナ素子給電ピン４１〜４ｎは、アンテ
ナ素子６１の中心部からやや外れた位置に挿通される。
図５（ｂ）は、円形のアンテナ素子６２を示し、中央に
接続されるアンテナ素子給電ピン４１〜４ｎに対して、
周辺部からスリット６３が形成されている。図５（ａ）
および（ｂ）のアンテナ素子６１，６２は、ともに図５
の上下方向の偏波を有する電波を受信することができ
る。図２に示すように、ＲＷＧ３０の表面上に複数のＭ
ＳＡ素子３１〜３ｎを配置するときには、各ＭＳＡ素子
３１〜３ｎでの偏波面の向きを揃えておく必要がある。
なお、偏波の形式は右旋円偏波や左旋円偏波に対応させ
ることもできる。

【００２３】図６は、アンテナ１１，１２で、ＲＷＧ３
０の中心に設けられるコンバータ給電ピン４０に対し、
複数のＭＳＡ素子３１〜３ｎのうちの２つのＭＳＡ素子
３ｉ，３ｊからの受信信号がアンテナ素子給電ピン４
ｉ，４ｊから伝達される状態を示す。各ＭＳＡ素子３
ｉ，３ｊは、共通のチルト角θでＲＷＧ３０の表面に対
して傾斜した方向から到来する放送波を受信する。この
際に、異なる位置のＭＳＡ素子３ｉ，３ｊ間では、空間
でＰｉｊの行程差が生じる。すなわち、１つのＭＳＡ素
子３ｉにちょうど到達した放送波等の位相面は、他のＭ
ＳＡ素子３ｊには、さらにＰｉｊの距離進んでから到達
する。一方、ＭＳＡ素子３ｉに対応するアンテナ素子給
電ピン４ｉから、コンバータ給電ピン４０までＲＷＧ３
０内を伝達する受信信号は、Ｐｉの距離を進む必要があ
る。これに対して、ＭＳＡ素子３ｊが受信した信号が、
アンテナ素子給電ピン４ｊからコンバータ給電ピン４０
まで、ＲＷＧ３０内を伝達する距離はＰｊとなる。

【００２４】図７は、図６に示す２つのＭＳＡ素子３
ｉ，３ｊの平面配置を示す。２つのＭＳＡ素子３ｉ，３
ｊで受信する信号の行程差はＰｉｊ−（Ｐｉ−Ｐｊ）で
あり、これによる位相差が０または２πの整数倍であれ
ば、両方のＭＳＡ素子３ｉ，３ｊで受信される信号はそ
のまま加算されるので利得が大きくなる。複数のＭＳＡ
素子３１〜３ｎに対し、このような位相差で配置するこ
とができれば、全体としての利得を向上させることがで
きる。

【００２５】以上の実施形態では、アンテナ１１，１２
としてＲＷＧ３０上にＭＳＡ素子３１〜３ｎを配置して
形成するアンテナを用いているけれども、前述の先行技
術で示されるような形式や、スロットアンテナなど、他
の形式のアンテナを用いることもできる。アンテナ１
１，１２は、水平偏波用と垂直偏波用とで２種類用いて
いるけれども、このような直線偏波用ばかりではなく、
円偏波用のアンテナを用いることもできる。また、２種
類の偏波形式ばかりではなく、３種以上の偏波形式に対
応して、３以上のアンテナを設けることもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の偏
波形式に対応するアンテナを一まとめにして取扱うこと
ができるので、安価で小型な偏波切換アンテナ装置を実
現することができる。

【００２７】また本発明によれば、複数のアンテナの指
向方向をそれぞれ駆動装置によって変化させて、異なる
衛星からの電波をそれぞれ最良の状態で受信することが
できる。

【００２８】また本発明によれば、アンテナをラジアル
導波管と、ラジアル導波管の一表面上に配置される複数
のマイクロストリップアンテナ素子とによって構成する
ので、小型でかつ高利得のアンテナを形成することがで
きる。

【００２９】また本発明によれば、マイクロストリップ
アンテナ素子の向きを揃えて、位相が合う位置に配置す
ることによって、同一の偏波形式の電波を高利得で受信
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示すブ
ロック図である。

【図２】図１のアンテナ１１，１２の概略的な平面図で
ある。

【図３】図１のアンテナ１１，１２の概略的な側面断面
図である。

【図４】図２のＭＳＡ素子３１〜３ｎの概略的な側面断
面図である。

【図５】図２のＭＳＡ素子３１〜３ｎのアンテナ素子の
形状の例を示す簡略化した平面図である。

【図６】図２のアンテナで、ＭＳＡ素子３ｉ，３ｊの配
置を示す側面断面図である。

【図７】図２のアンテナでＭＳＡ素子３ｉ，３ｊの平面
配置を示す図である。

【図８】従来からのパラボラアンテナ１の構成を示す簡
略化した側面図である。

【符号の説明】

１０ 偏波切換アンテナ装置 １１，１２ アンテナ １３ 保持台 １４ 切換スイッチ １５ チューナ １７，１８ 駆動機構 １９，２０ アンテナビーム ２１，２２ コンバータ ３０ ＲＷＧ ３１〜３ｎ，３ｉ，３ｊ ＭＳＡ素子 ４０ コンバータ給電ピン ４１〜４ｎ，４ｉ，４ｊ アンテナ素子給電ピン ５２ モータ ５９ 誘電体 ６０ 導体板 ６１，６２ アンテナ素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 義明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA02 AA07 AB06 CA03 DA02 DA04 DA05 DA07 DB03 DB04 EA04 FA31 HA05 HA07 JA05 5J045 AA11 AB05 AB06 CA01 CA04 DA05 DA10 EA07 FA02 HA01 JA03 LA01 MA04 NA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の種類の偏波形式を有する衛星から
   の電波を受信するための第１のアンテナと、 該第１の種類とは異なる第２の種類の偏波形式を有する
   衛星からの電波を受信するための第２のアンテナと、 第１のアンテナおよび第２のアンテナを隣接させて保持
   する保持部材と、 第１のアンテナによる受信信号または第２のアンテナに
   よる受信信号を、受信すべき電波に応じて切換えて出力
   する切換スイッチとを含むことを特徴とする偏波切換ア
   ンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記第１のアンテナおよび前記第２のア
   ンテナは、大略的に平板状で、板面に対して傾斜した方
   向の指向性をそれぞれ有し、 前記保持部材に、各アンテナを該板面に垂直な軸線まわ
   りに角変位させる駆動機構が備えられることを特徴とす
   る請求項１記載の偏波切換アンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記第１のアンテナまたは前記第２のア
   ンテナのうちの少なくとも一方は、 ラジアル導波管と、 ラジアル導波管の一表面上に配置される複数のマイクロ
   ストリップアンテナ素子とを含むことを特徴とする請求
   項１または２記載の偏波切換アンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記ラジアル導波管の一表面上で、前記
   複数のマイクロストリップアンテナ素子は、 各マイクロストリップアンテナ素子が同一偏波面となる
   ように同一の向きに揃えられ、 該表面に対して傾斜した方向からの到来電波に対して、
   該ラジアル導波管内を各マイクロストリップアンテナ素
   子から共通の給電位置まで伝達する受信信号の位相が同
   相となる位置にそれぞれ配置されることを特徴とする請
   求項３記載の偏波切換アンテナ装置。