JP2016046573A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信系の損失を低減することによって感度を向上させることができるアンテナ装置を提供することである。【解決手段】実施形態のアンテナ装置は、少なくとも１つのアンテナと、受信部と、断熱容器と、冷却部とを持つ。受信部は、少なくとも１つのアンテナと同数の移相器、および移相器から出力される信号を増幅する低雑音増幅器を有するとともに、少なくとも１つのアンテナの近傍に配置される。断熱容器は、受信部を収容する。冷却部は、受信部を冷却する。少なくとも移相器を含む受信部の一部は超伝導材により形成されている。受信部、断熱容器、および冷却部は一体に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置に関する。

従来、給電線によってアンテナに接続されるとともに超伝導材によって形成される受信部を備えるアンテナ装置がある。このアンテナ装置は、アンテナから受信部の低雑音増幅器までの損失と低雑音増幅器の内部雑音とを低減することによって、受信部の感度を増大させることができる。しかしながらアンテナから受信部の低雑音増幅器までの損失を低減することによって受信部の感度を増大させることが困難になる可能性があった。

特開２０００−２３６２０６号公報

本発明が解決しようとする課題は、受信系の損失を低減することによって感度を向上させることができるアンテナ装置を提供することである。

実施形態のアンテナ装置は、少なくとも１つのアンテナと、受信部と、断熱容器と、冷却部とを持つ。受信部は、少なくとも１つのアンテナと同数の移相器、および移相器から出力される信号を増幅する低雑音増幅器を有するとともに、少なくとも１つのアンテナの近傍に配置される。断熱容器は、受信部を収容する。冷却部は、受信部を冷却する。少なくとも移相器を含む受信部の一部は超伝導材により形成されている。受信部、断熱容器、および冷却部は一体に形成されている。

実施形態のアンテナ装置の構成を示す図。 実施形態の第１の変形例のアンテナ装置の構成を示す図。 実施形態の第２の変形例のアンテナ装置の構成を示す図。 実施形態の第３の変形例のアンテナ装置の構成を示す図。

以下、実施形態のアンテナ装置を、図面を参照して説明する。

実施形態のアンテナ装置１０は、少なくとも１つのアンテナ１１および受信部１２を備えている。実施形態のアンテナ装置１０は、図１に示すように、例えば１よりも大きい任意の自然数ｎにより、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎと、複数の受信部１２−１〜１２−ｎと、複数の断熱容器１３−１〜１３−ｎと、複数の冷却部１４−１〜１４−ｎと、合成器１５と、受信信号出力端１６と、を備えている。

複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎは、例えばアレイ状に配置される複数のアンテナ素子などである。複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々は、例えば給電線などの接続線を介在させずに、各受信部１２−１〜１２−ｎに接続されている。例えば、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々の信号出力端は、各受信部１２−１〜１２−ｎの信号入力端に接続されている。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、各アンテナ１１−１〜１１−ｎの近傍（例えば、各受信部１２−１〜１２−ｎの信号入力端を各アンテナ１１−１〜１１−ｎの信号出力端に隣接させる位置など）に配置されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、信号入力端が各アンテナ１１−１〜１１−ｎの信号出力端に接続されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、信号出力端が各給電線１７−１〜１７−ｎによって合成器１５に接続されている。
複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々を構成する電子部品のうち一部の電子部品は、超伝導材により形成されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、各断熱容器１３−１〜１３−ｎの内部に収容されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、各断熱容器１３−１〜１３−ｎと、各断熱容器１３−１〜１３−ｎに設けられる各冷却部１４−１〜１４−ｎとともに一体的に形成されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、各冷却部１４−１〜１４−ｎによって超伝導材が超伝導状態となる極低温に冷却される。

複数の断熱容器１３−１〜１３−ｎの各々は、例えば内部を真空状態に維持する真空容器などである。
複数の冷却部１４−１〜１４−ｎの各々は、例えば冷凍機などである。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、超伝導材から成る各移相器２１−１〜２１−ｎ、超伝導材から成る各帯域通過フィルタ２２−１〜２２−ｎ、および各低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎを備えている。
複数の移相器２１−１〜２１−ｎの各々は、各アンテナ１１−１〜１１−ｎに接続されている。複数の移相器２１−１〜２１−ｎの各々は、各アンテナ１１−１〜１１−ｎから入力される受信信号に所定の位相制御を行ない、位相制御後の受信信号を出力する。複数の移相器２１−１〜２１−ｎの各々は、例えば設定する位相状態に応じて長さが異なる超伝導材による複数の給電線路（図示略）と、複数の給電線路の何れかを選択する切換部（図示略）と、を備えている。これにより各移相器２１−１〜２１−ｎは、切換部によって複数の給電線路の何れか１つを選択することによって、受信信号を所望の位相状態に設定する。

複数の帯域通過フィルタ２２−１〜２２−ｎの各々は、各移相器２１−１〜２１−ｎに接続されている。複数の帯域通過フィルタ２２−１〜２２−ｎの各々は、各移相器２１−１〜２１−ｎから入力される受信信号のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過制御を行ない、帯域通過制御後の受信信号を出力する。
複数の低雑音増幅器（ＬＮＡ）２３−１〜２３−ｎの各々は、各帯域通過フィルタ２２−１〜２２−ｎに接続されている。複数の低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎの各々は、各帯域通過フィルタ２２−１〜２２−ｎから入力される受信信号を低雑音で増幅し、増幅後の受信信号を出力する。

合成器１５は、各受信部１２−１〜１２−ｎの信号出力端から入力される受信信号を合成し、合成後の受信信号を受信信号出力端１６に出力する。

以上説明した実施形態によれば、各アンテナ１１−１〜１１−ｎの近傍に配置される各受信部１２−１〜１２−ｎを持つことにより、各アンテナ１１−１〜１１−ｎと各受信部１２−１〜１２−ｎとの間における受信信号の損失を低減することができる。さらに、一部の電子部品が超伝導材から成る各受信部１２−１〜１２−ｎと一体的に形成される各断熱容器１３−１〜１３−ｎおよび各冷却部１４−１〜１４−ｎを持つことにより、各受信部１２−１〜１２−ｎにおける受信信号の損失を低減することができる。これらにより各アンテナ１１−１〜１１−ｎから各低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎまでの間における受信信号の損失を低減し、各受信部１２−１〜１２−ｎの受信信号に対する感度を向上させることができる。

以下、第１の変形例について説明する。
なお、上述した実施形態と同一部分については同一の符号を付して、説明を省略または簡略化する。
上述した実施形態では、複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々に接続される各低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎを備えるとしたが、これに限定されない。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、例えば、複数のサブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎの各々に接続される各低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎを備えてもよい。複数のサブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎの各々は、複数（例えば、１よりも大きい任意の自然数ｍ）のアンテナ１１を備えている。
第１の変形例のアンテナ装置１０は、図２に示すように、複数のサブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎと、複数の受信部１２−１〜１２−ｎと、複数の断熱容器１３−１〜１３−ｎと、複数の冷却部１４−１〜１４−ｎと、合成器１５と、受信信号出力端１６と、を備えている。

複数のサブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎの各々は、例えばアレイ状に配置される複数のアンテナ素子などからなる複数（例えば、１よりも大きい任意の自然数ｍ）のアンテナ１１を備えている。例えば、サブアレイアンテナ３１−１は、複数のアンテナ１１−１１〜１１−１ｍを備えている。サブアレイアンテナ３１−ｎは、複数のアンテナ１１−ｎ１〜１１−ｎｍを備えている。
複数のサブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎの各々は、例えば給電線などの接続線を介在させずに、各受信部１２−１〜１２−ｎに接続されている。例えば、サブアレイアンテナ３１−１を構成する複数のアンテナ１１−１１〜１１−１ｍにおいて各々の信号出力端は、受信部１２−１の各信号入力端に接続されている。サブアレイアンテナ３１−ｎを構成する複数のアンテナ１１−ｎ１〜１１−ｎｍにおいて各々の信号出力端は、受信部１２−ｎの各信号入力端に接続されている。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、各サブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎの近傍に配置されている。例えば、各受信部１２−１〜１２−ｎの複数の信号入力端は、各サブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎにおける複数のアンテナ１１の信号出力端に隣接して配置されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、複数の信号入力端が各サブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎにおける複数のアンテナ１１の信号出力端に接続されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、信号出力端が各給電線１７−１〜１７−ｎによって合成器１５に接続されている。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、複数のアンテナ１１に対応して、超伝導材から成る複数の移相器および帯域通過フィルタと、超伝導材から成るサブアレイ合成器と、低雑音増幅器と、を備えている。例えば、受信部１２−１は、複数の移相器２１−１１〜２１−１ｍ、複数の帯域通過フィルタ２２−１１〜２２−１ｍ、サブアレイ合成器２４−１、および低雑音増幅器２３−１を備えている。受信部１２−ｎは、複数の移相器２１−ｎ１〜２１−ｎｍ、複数の帯域通過フィルタ２２−ｎ１〜２２−ｎｍ、サブアレイ合成器２４−ｎ、および低雑音増幅器２３−ｎを備えている。
つまり、複数のサブアレイアンテナ３１−１〜３１−ｎの各々において、アンテナ１１とアンテナ１１に接続される移相器および帯域通過フィルタとを一組として、複数組のアンテナ１１、移相器、および帯域通過フィルタが、１つのサブアレイ合成器に接続されている。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々において、複数の移相器の各々は、各アンテナ１１に接続されている。例えば、受信部１２−１において、複数の移相器２１−１１〜２１−１ｍの各々は、サブアレイアンテナ３１−１を構成する各アンテナ１１−１１〜１１−１ｍに接続されている。受信部１２−ｎにおいて、複数の移相器２１−ｎ１〜２１−ｎｍの各々は、サブアレイアンテナ３１−ｎを構成する各アンテナ１１−ｎ１〜１１−ｎｍに接続されている。複数の移相器の各々は、各アンテナ１１から入力される受信信号に所定の位相制御を行ない、位相制御後の受信信号を出力する。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々において、複数の帯域通過フィルタの各々は、各移相器に接続されている。例えば、受信部１２−１において、複数の帯域通過フィルタ２２−１１〜２２−１ｍの各々は、各移相器２１−１１〜２１−１ｍに接続されている。受信部１２−ｎにおいて、複数の帯域通過フィルタ２２−ｎ１〜２２−ｎｍの各々は、各移相器２１−ｎ１〜２１−ｎｍに接続されている。複数の帯域通過フィルタの各々は、各移相器から入力される受信信号のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過制御を行ない、帯域通過制御後の受信信号を出力する。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々において、各サブアレイ合成器２４−１〜２４−ｎは、複数の帯域通過フィルタに接続されている。例えば、受信部１２−１において、サブアレイ合成器２４−１は、複数の帯域通過フィルタ２２−１１〜２２−１ｍに接続されている。受信部１２−ｎにおいて、サブアレイ合成器２４−ｎは、複数の帯域通過フィルタ２２−ｎ１〜２２−ｎｍに接続されている。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々において、各サブアレイ合成器２４−１〜２４−ｎは、複数の帯域通過フィルタから入力される受信信号を合成し、合成後の受信信号を出力する。

複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々において、各低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎは、各サブアレイ合成器２４−１〜２４−ｎに接続されている。複数の低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎの各々は、各サブアレイ合成器２４−１〜２４−ｎから入力される受信信号を低雑音で増幅し、増幅後の受信信号を出力する。

以上説明した実施形態の第１の変形例によれば、各サブアレイ合成器２４−１〜２４−ｎに接続される各低雑音増幅器２３−１〜２３−ｎを持つことにより、複数のアンテナ１１に対応して低雑音増幅器の数が増大することを防止し、装置構成を簡略化することができる。

以下、第２および第３の変形例について説明する。
なお、上述した実施形態と同一部分については同一の符号を付して、説明を省略または簡略化する。
上述した実施形態および第１の変形例では、各受信部１２は、各アンテナ１１に対して各移相器および各帯域通過フィルタを備えるとしたが、これに限定されない。各受信部１２は、例えば、各アンテナ１１に対して、各帯域通過フィルタを省略して、各帯域通過フィルタと同等の帯域通過特性を有する各移相器を備えてもよい。
第２の変形例のアンテナ装置１０において、複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、図３に示すように、上述した実施形態の各移相器２１−１〜２１−ｎおよび各帯域通過フィルタ２２−１〜２２−ｎの代わりに、超伝導材から成る各移相器２５−１〜２５−ｎを備えている。

第３の変形例のアンテナ装置１０において、複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、図４に示すように、複数のアンテナ１１に対応して、複数の所望の帯域通過特性を有する移相器と、サブアレイ合成器および低雑音増幅器を備えている。例えば、受信部１２−１は、上述した実施形態の複数の移相器２１−１１〜２１−１ｍおよび複数の帯域通過フィルタ２２−１１〜２２−１ｍの代わりに、超伝導材から成る複数の移相器２５−１１〜２５−１ｍを備えている。受信部１２−ｎは、上述した実施形態の複数の移相器２１−ｎ１〜２１−ｎｍおよび複数の帯域通過フィルタ２２−ｎ１〜２２−ｎｍの代わりに、超伝導材から成る複数の移相器２５−ｎ１〜２５−ｎｍを備えている。

第２の変形例および第３の変形例において、所望の帯域通過特性を有する移相器（２５−１〜２５−ｎ、２５−１１〜２５−ｎｍ）は、例えば、超伝導フィルタから成るチューナブルフィルタを採用する移相器などである。例えば複数の共振器を電磁的に結合して成るチェビシェフ型フィルタを採用する移相器は、受信信号のうち所定の周波数帯域成分を通過させる動作帯域内で振幅がほぼ一定となる平坦な群遅延特性を有している。さらに、動作帯域内で共振器の結合段数に応じた位相変化量の線形的な位相変化を示す位相特性を有している。例えば２段に結合された共振器を備える場合、動作帯域内での位相変化量は概ね９０°になる。
チューナブルフィルタを採用する移相器は、例えばチューナブルフィルタを構成する共振器上に配置される誘電体部材（図示略）と、共振器と誘電体部材との間の距離を変化させるように誘電体部材を駆動する駆動機構（図示略）と、制御部（図示略）と、を備えている。チューナブルフィルタを採用する移相器は、予め対象とする受信信号の周波数に対して広い周波数帯域を動作帯域として有するように構成されている。制御部は、駆動機構によって共振器と誘電体部材との間の距離を制御することによってチューナブルフィルタの中心周波数を変化させる。制御部は、対象とする受信信号の周波数に対して、チューナブルフィルタの動作帯域内において中心周波数を変化させることによって、受信信号の通過位相を変化させる。制御部は、予めチューナブルフィルタを採用する移相器の帯域通過特性および位相特性の情報、例えば共振器と誘電体部材との間の距離に応じた中心周波数の変化量、および設定する中心周波数に応じた位相変化量などの情報を記憶している。これによりチューナブルフィルタを採用する移相器は、受信信号のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過制御を行なうとともに、所定の位相制御を行なう。

以上説明した実施形態の第２および第３の変形例によれば、超伝導材から成るとともに、所望の帯域通過特性を有する複数の移相器（２５−１〜２５−ｎ、２５−１１〜２５−ｎｍ）を持つことにより、受信信号の損失を低減し、受信感度を向上させることができる。また、複数の移相器（２５−１〜２５−ｎ、２５−１１〜２５−ｎｍ）を一組として、複数の移相器（２５−１〜２５−ｎ、２５−１１〜２５−ｎｍ）の複数組を直列に接続することによって、位相変化量を増大させる場合であっても、損失量の増大を抑制することができる。

以下、他の変形例について説明する。
上述した実施形態のアンテナ装置１０は、各受信部１２−１〜１２−ｎの信号入力端を各アンテナ１１−１〜１１−ｎの信号出力端に隣接させることによって、給電線を介在させずに、各受信部１２−１〜１２−ｎを各アンテナ１１−１〜１１−ｎの近傍に配置するが、これに限定されない。アンテナ装置１０は、例えば、各アンテナ１１−１〜１１−ｎと各受信部１２−１〜１２−ｎとを非接触に電磁結合することによって、給電線を介在させずに、各受信部１２−１〜１２−ｎを各アンテナ１１−１〜１１−ｎの近傍に配置してもよい。また、アンテナ装置１０は、例えば、各アンテナ１１−１〜１１−ｎと各受信部１２−１〜１２−ｎとをピン接続することによって、給電線を介在させずに、各受信部１２−１〜１２−ｎを各アンテナ１１−１〜１１−ｎの近傍に配置してもよい。

上述した実施形態のアンテナ装置１０は、複数の断熱容器１３−１〜１３−ｎの各々に設けられる各冷却部１４−１〜１４−ｎを備えるとしたが、これに限定されない。アンテナ装置１０は、例えば、複数の断熱容器１３−１〜１３−ｎをまとめて冷却する冷却部を備えてもよい。
またアンテナ装置１０は、複数の断熱容器１３−１〜１３−ｎの代わりに、複数の受信部１２−１〜１２−ｎをまとめて収容する断熱容器と、この断熱容器に設けられる冷却部とを備えてもよい。

上述した実施形態では、複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々に接続される各移相器２１−１〜２１−ｎを備えるとしたが、これに限定されない。複数の受信部１２−１〜１２−ｎの各々は、例えば、複数のアンテナ１１−１〜１１−ｎの各々と各移相器２１−１〜２１−ｎとの間に接続される各リミッタを備えてもよい。各リミッタは、受信信号の信号レベルを所定レベルに制限し、レベル制限後の受信信号を出力する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、少なくとも１つのアンテナ１１の近傍に配置される受信部１２を持つことにより、少なくとも１つのアンテナ１１と受信部１２との間における受信信号の損失を低減することができる。さらに、一部の電子部品が超伝導材から成る受信部１２と一体的に形成される断熱容器および冷却部を持つことにより、受信部１２における受信信号の損失を低減することができる。これらにより少なくとも１つのアンテナ１１から低雑音増幅器までの間における受信信号の損失を低減し、受信部１２の受信信号に対する感度を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…アンテナ装置、１１、１１−１〜１１−ｎ、１１−１１〜１１−ｎｍ…アンテナ、１２、１２−１〜１２−ｎ…受信部、１３−１〜１３−ｎ…断熱容器、１４−１〜１４−ｎ…冷却部、１５…合成器、１６…受信信号出力端、２１−１〜２１−ｎ、２１−１１〜２１−ｎｍ…移相器、２２−１〜２２−ｎ、２２−１１〜２２−ｎｍ…帯域通過フィルタ、２３−１〜２３−ｎ…低雑音増幅器、３１−１〜３１−ｎ…サブアレイアンテナ、２４−１〜２４−ｎ…サブアレイ合成器、２５−１〜２５−ｎ、２５−１１〜２５−ｎｍ…移相器

Claims (6)

1. 少なくとも１つのアンテナと、
   前記少なくとも１つのアンテナと同数の移相器、および前記移相器から出力される信号を増幅する低雑音増幅器を有するとともに、前記少なくとも１つのアンテナの近傍に配置される受信部と、
   前記受信部を収容する断熱容器と、
   前記受信部を冷却する冷却部と、
   を備え、
   少なくとも前記移相器を含む前記受信部の一部は超伝導材により形成され、
   前記受信部、前記断熱容器、および前記冷却部は一体に形成されている、
   アンテナ装置。
2. 複数の前記受信部を備え、
   前記断熱容器は前記複数の前記受信部を収容し、
   前記冷却部は前記複数の前記受信部を冷却する、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記受信部は、
   複数の前記移相器と、
   前記複数の前記移相器から出力される信号を合成する合成器と、
   を備え、
   前記低雑音増幅器は、前記合成器から出力される信号を増幅する、
   請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記移相器は、前記アンテナの受信信号の位相を変化させるとともに、前記受信信号のうち通過する周波数帯域成分を変化させる、
   請求項１から請求項３の何れか１つに記載のアンテナ装置。
5. 前記受信部は、
   前記移相器と前記低雑音増幅器との間に設けられるとともに、前記移相器から出力される信号のうち所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタを備える、
   請求項１から請求項３の何れか１つに記載のアンテナ装置。
6. 前記帯域通過フィルタは、超伝導材により形成されている、
   請求項５に記載のアンテナ装置。

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