JP3056313B2

JP3056313B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3056313B2
Application number: JP3317058A
Authority: JP
Inventors: 亮鴫原
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 2000-06-26
Anticipated expiration: 2015-06-26
Also published as: JPH05152824A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用衛星通信アンテ
ナや車載用衛星放送受信アンテナを回転駆動して衛星通
信や衛星放送を受信するアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、車載用衛星放送受信アンテナを回
転駆動するアンテナ装置には、放送衛星からの電波を常
に受信するために、図１１に示すように、長方形のアレ
ーアンテナ１の面が放送衛星に対向する所定の仰角で傾
けられているとともに、自動車の屋根２に対して垂直に
設けられたポール３を軸中心として回転する機能を持つ
ものが知られている。

【０００３】ここで、図１２にアレーアンテナ１の平面
図を示す。アレーアンテナ１は、誘電体基板１ａ上に規
則的に配列された多数のパッチアンテナ１ｂからなり、
これらのパッチアンテナ１ｂは、誘電体基板１ａの上面
全面に形成された銅箔がエッチング等の方法で除去され
て形成されている。また、誘電体基板１ａの裏面全面に
は、銅箔が形成されている。各々のパッチアンテナ１ｂ
は、マイクロストリップライン１ｃによって給電点１ｄ
に接続され、各パッチアンテナ１ｂで受信された電力は
給電点１ｄにおいて同相合成される。パッチアンテナ１
ｂは、放送衛星から送信される電波の偏波に合せられて
おり、日本の場合、放送衛星から右旋円偏波が送信され
るので、このパッチアンテナ１ｂも右旋円偏波の電波を
受信できるように構成されている。なお、パッチアンテ
ナ１ｂによって右旋円偏波を受信する原理については、
本発明の実施例において詳細に説明する。

【０００４】また、図１１において、アレーアンテナ１
の裏面には、取付板４が取り付けられており、この取付
板４は、上述したポール３の先端部分にボルト５を回転
軸として回転するように、ボルト５とナット６により取
り付けられている。また、ポール３は、歯車７の回転軸
に垂直に取り付けられており、歯車７は、このアンテナ
装置を自動車の屋根２に固定させるための取付台８上に
おいて、水平面内で回転するように設置されている。

【０００５】また、取付台８上には、歯車９が歯車７と
噛み合うように設置されており、この歯車９は、モータ
１１の回転軸１２に固定されて取り付けられている。こ
のモータ１１は、図示せぬ制御装置によりケーブル１０
を介して駆動される。さらに、同軸ケーブル１３は、そ
の一端がアレーアンテナ１の給電点１ｄにアレーアンテ
ナ１の裏面から接続され、他端は、ポール３の内部を通
り、歯車７の中心を貫通して取付台８の内側に固定され
たロータリージョイント１４の一端に接続されている。
このロータリージョイント１４の他端は、１２ＧＨｚ帯
信号を１ＧＨｚ帯信号に変換するＢＳコンバータ１５に
接続され、ＢＳコンバータ１５から出力された１ＧＨｚ
帯信号は、同軸ケーブル１６を介して自動車内部に設け
られたテレビ受信機等に入力される。

【０００６】ここで、ロータリージョイント１４は、ポ
ール３および歯車７等で構成される回転系装置と取付台
８およびＢＳコンバータ１５等で構成される非回転系装
置との間で１２ＧＨｚ帯信号を伝達するものであり、同
軸線路型、導波管−同軸線路変換型、方形導波管−円形
導波管変換型等があるが、この従来例のような車載用衛
星放送受信アンテナ装置においては、一般に、取り扱う
電力が−８０ｄＢｍ（０．０１μＷ）と極めて小さい点
と、直流からマイクロ波までの広帯域にわたって使用可
能である点と、軽量小型（１５ｇ〜３５ｇ程度）である
点とから同軸線路型のロータリージョイント１４が用い
られている。

【０００７】このロータリージョイント１４は、その一
端が同軸ケーブル１３に接続された第１の同軸線路部
と、その一端がＢＳコンバータ１５の入力端子に接続さ
れた第２の同軸線路部とから構成されている。また、第
１および第２の同軸線路部のそれぞれの他端は、各々の
中心導体および外導体が、互いに固定されない状態で接
触している。そのため、一方の同軸線路部は他方の同軸
線路部に対し、それらの接触部の中心導体を軸として、
回転することができる。なお、接触部は、貴金属の組み
合わせにより構成され、その一例として、一方が銀合金
により構成され、他方が純銀を含浸させた多孔性カーボ
ンにより構成されたものがある。

【０００８】上述したアンテナ装置を使用する場合、ア
レーアンテナ１は、放送衛星からの電波が最も効率よく
受信できるように、アレーアンテナ１の面に対する法
線、つまり、主ビーム（アンテナの指向性において、あ
る特定の方向に現れる最大受信電力または最大放射電
力）を常に放送衛星方向に向ける必要がある。そのた
め、アレーアンテナ１は主ビームが放送衛星方向に向く
ような仰角に設定される。

【０００９】また、自動車の進路方向にかかわらず、ア
レーアンテナ１の主ビームが放送衛星方向を向くために
は、アレーアンテナ１が水平面内における回転機能を持
たなければならない。そこで、ポール３および歯車７等
で構成される回転系装置は、上述したモータ１１が図示
せぬ制御装置からの信号により駆動され、モータ１１の
回転軸１２に取り付けられている歯車９および歯車９と
噛み合っている歯車７が同期回転することにより回転す
る。そのとき、モータ１１を制御する信号は、アレーア
ンテナ１によって受信された電波の強度、自動車に取り
付けた図示せぬ方位センサ等の情報から放送衛星の方向
を計算することにより得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の装置においては、ロータリージョイント１４が用いら
れているが、その挿入損失は、１２ＧＨｚ帯において約
０．５ｄＢもあり、そのうえ、アレーアンテナ１の水平
面内の回転のために生じるロータリージョイント１４の
機械的な摩耗等による劣化に伴い、その通過損失は更に
大きくなるという問題がある。また、アレーアンテナ１
とロータリージョイント１４とを接続する同軸ケーブル
１３による通過損失も無視することはできない。そし
て、これらの損失が大きくなるということは、アンテナ
装置のＮＦ（ＮｏｉｓｅＦｉｇｕｒｅ）の劣化と等価
であるため、このことがＣ／Ｎ比の低下、つまり、受信
映像や音声の品質の劣化を引き起こす。

【００１１】また、上述したように、従来のアンテナ装
置は、自動車の進路方向にかかわらず放送衛星からの電
波が最も効率よく受信できるように、アレーアンテナ１
がその主ビームが放送衛星方向に向くような仰角に設定
されるとともに、回転機能を有しているため、自動車の
屋根２からの突出が非常に大きく、かつ、重量も大き
い。アンテナ装置の大きさおよび重量は、要求されるア
ンテナ利得により異なるが、上述したアンテナ装置の場
合、その概略寸法は直径６００ｍｍ〜９００ｍｍ、高さ
１５０ｍｍ〜３５０ｍｍであり、概略重量は２０ｋｇ〜
５０ｋｇである。

【００１２】したがって、自動車搭載用として軽量小型
であるとはいえず、バス等の大型車には搭載可能である
が、乗用車等の小型車には搭載できないという問題があ
る。また、たとえ乗用車に搭載できたとしても、アレー
アンテナ１が自動車の空力特性を大きく損なう上に、美
観上も好ましくない。本発明は上述した事情に鑑みてな
されたもので、美観上も好ましく自動車の空力特性を大
きく損なうことはなく、軽量小型であり、電力損失の極
めて小さいアンテナ装置の構成を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した問題を解決する
ために、請求項１に記載の発明は、その裏面に金属箔が
形成された円形の絶縁板と、前記絶縁板の表面に各々配
設された複数の素子アンテナと、前記複数の素子アンテ
ナに各々対応する前記絶縁板の各位置に、前記絶縁板を
貫通するように設けられており、各一端が前記複数の素
子アンテナに各々接続され、各他端部が前記絶縁板の裏
面から前記金属箔に接触することなく各々突出してなる
複数の給電ピンと、前記金属箔に対して対向配置された
金属製の取付台と、前記絶縁板の周縁および前記取付台
の周縁に沿って周設された導体部材と、前記取付台の中
央部に前記取付台を貫通するように設けられており、そ
の一端部が前記金属箔方向に突出してなる給電プローブ
と、前記給電プローブの延長軸を回転軸として、前記絶
縁板を水平面内に回転駆動する回転機構とを具備し、前
記金属箔、前記取付台および前記導体部材によってラジ
アル導波管が形成されていることを特徴とする。また、
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装
置において、前記複数の素子アンテナは、前記絶縁板に
対して特定方向から入射される入射電波が同相合成され
る、前記回転軸を中心とする複数同心円上に各々位置す
るように、前記絶縁板の表面に各々配設されていること
を特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、複数の素子ア
ンテナにより受信された電波は、給電ピンから、ラジア
ル導波管内へ放射される、さらに、上記電波は、ラジア
ル導波管内を介して給電プローブに受信される。また、
請求項１に記載の発明によれば、回転機構が駆動される
と、絶縁板が水平面内に回転駆動される。また、請求項
２に記載の発明によれば、複数の素子アンテナに入射し
た入射電波は、上記複数の素子アンテナが複数同心円上
に位置しているため、同相合成される。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１は本発明の一実施例によるアンテナ
装置の基本構成を示す図であり、図１（ａ）はその斜視
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。た
だし、図１（ａ）、（ｂ）は本実施例の基本構成を概略
的に示す図であり、右旋円偏波受信用円形パッチアンテ
ナ１７およびその給電ピン１７ｄの数、形状等は説明の
簡略化のために正確には示していない。

【００１６】図１において、円形アレーアンテナ１８
は、その表面に多数の右旋円偏波受信用の円形パッチア
ンテナ１７が配列されており、歯車１９ａが外周に形成
された円形ガイド１９にネジ止め等の方法により固定さ
れている。その円形ガイド１９は、金属またはエンジニ
アリングプラスチックスに金属メッキ等を施した材料で
形成されており、歯車２０および２１に噛み合ってい
る。歯車２０および２１は、各々モータ２２の回転軸２
３および軸受け２４の回転軸２５に固定されて取り付け
られている。ここで、三つの歯車２１は円形アレーアン
テナ１８の回転の中心がずれないようにする目的で設置
された歯車である。また、歯車２０を回転駆動するモー
タ２２は、図示せぬ制御装置からの信号がケーブル２６
を介してモータ２２に供給されることにより制御され
る。

【００１７】また、金属製で球形のボールベアリング２
７は、円形ガイド１９に設けられた突部１９ｂとアンテ
ナ装置を自動車の屋根に固定するための取付台２８に設
けられた溝２８ａとの間に挟まれるようにして、溝２８
ａと突部１９ｂとに接触している。そのため、円形ガイ
ド１９および円形アレーアンテナ１８は、水平面内にお
いて、取付台２８上を滑らかに回転する。なお、取付台
２８も、円形ガイド１９と同様に、金属またはエンジニ
アリングプラスチックスに金属メッキ等を施した材料で
形成されている。

【００１８】さらに、誘電体基板１７ａの裏面全面に形
成された銅箔からなる接地板１７ｃと円形ガイド１９の
内壁と取付台２８の表面とで囲まれる円柱形状の空間
は、ラジアル導波管２９を構成している。また、プロー
ブ３０は、取付台２８のほぼ中央下部において貫通して
おり、その一端は、取付台２８の裏面においてＢＳコン
バータ３１に接続され、他端は、取付台２８の表面から
ラジアル導波管２９に対し長さ四分の一波長突き出てい
る。

【００１９】図１（ａ）に示すように、円形アレーアン
テナ１８の表面には、多数の右旋円偏波受信用の円形パ
ッチアンテナ１７が配列されている。この配列は、円形
アレーアンテナ１８に複数の同心円を設定し、これらの
同心円の円周上に各円形パッチアンテナ１７が等間隔に
並ぶようにした配列である。この場合、円形アレーアン
テナ１８の大きさ、および円形パッチアンテナ１７の列
数は、アンテナ装置の用途により異なる。

【００２０】また、円形パッチアンテナ１７の設置方
向、および設置間隔は設計されるアンテナ装置の主ビー
ムの方向により決定される。ただし、各々の円形パッチ
アンテナ１７は、円形アレーアンテナ１８の法線方向に
対するある特定方向において電波が同相合成されるよう
な角度で設置される。このように、円形アレーアンテナ
１８の主ビーム方向をアンテナ面の法線方向に対して傾
けることを、以下、ビームチルトという。

【００２１】図２は、本実施例に用いられる円形パッチ
アンテナ１７´の詳細な配列パターンが描かれた円形ア
レーアンテナ１８´の平面図であり、同心円ライン上に
円形パッチアンテナ１７´が８列構成された場合の例で
ある。ただし、同図において、各円形パッチアンテナ１
７´の詳細な形状および構造については説明の簡略化の
ため省略する。図において、円形アレーアンテナ１８´
の中心に最も近い列を第１列とすると、第１列目の円形
パッチアンテナ１７´の数は６であり、第ｎ列目の円形
パッチアンテナ１７´の数は６ｎで与えられる構成にな
っている。ここで、ｎは８以下の正の整数である。

【００２２】アレーアンテナにおいては、各素子アンテ
ナ（本実施例の場合は、円形パッチアンテナ）の受信し
た電波が同相合成されることにより、主ビームが形成さ
れるが、素子アンテナの配列間隔によっては、所望方向
の主ビームと異なる方向にも主ビームと同等の大きさの
ビームが発生することがあり、これをグレーティングロ
ーブと呼ぶ。図２において、列間の間隔および同心円ラ
イン上の素子間隔は、主に設計される円形アレーアンテ
ナ１８´のビームチルト角度により決定されるが、その
場合に、グレーティングローブが発生しないように注意
しなければならない。例えば、約５０度のビームチルト
を行う場合、グレーティングローブの発生しないような
素子間隔は約０．５５λである。

【００２３】なお、ラジアル導波管を用いたアレーアン
テナにおけるビームチルトの方法は、次の論文と公開特
許公報に示されている。ａ：１９９１年電子情報通信学会春季全国大会、Ｂ−６
６羽石他、「ビームチルト形ラジアルマイクロストリ
ップアンテナ」ｂ：特開平２−１８９００８号円偏波アンテナ装置

【００２４】次に、図３は本実施例に用いられる右旋円
偏波受信用の円形パッチアンテナ１７の構成を示す図で
あり、同図（ａ）は右旋円偏波受信用の円形パッチアン
テナ１７の平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ断
面図である。本実施例における円形パッチ１７ｂは誘電
体基板１７ａの表面にエッチング等の方法で形成され
る。また、給電ピン１７ｄは、円形パッチ１７ｂにおけ
る給電点１７ｅに半田付け等の方法により取り付けら
れ、誘電体基板１７ａを貫通して、図１に示すラジアル
導波管２９内に挿入される。

【００２５】次に、図４を参照して、円形パッチアンテ
ナの切り欠き部の効果を説明する。まず、円形パッチに
切り欠き部を設けない場合における円形パッチアンテナ
の偏波の様子を図４（ａ）に示す円形パッチアンテナ３
３の平面図を参照して説明する。ここで、給電点３３ｅ
はｙ軸上に設けられている。円偏波を受信するための条
件は、直交する二つの直線偏波アンテナにおいて受信し
た同振幅の信号を、各々９０゜の位相差で合成すること
である。ＴＭ₁₁モードで動作する円形パッチアンテナ３
３においては、ｙ軸に対して各々時計回りおよび反時計
回りに４５゜回転した方向に偏波面を持つ二つの直交す
る共振モードＭ₁およびＭ₂が二重に縮退している。つま
り、この現象は、共振周波数が同一で、直交する二つの
直線偏波を受信できるアンテナが円形パッチアンテナ３
３に含まれていることと等価である。この場合、この共
振周波数においては、二つの直線偏波が合成され、ｙ軸
方向に偏波面を持つ直線偏波を受信することができる。

【００２６】ところが、図４（ｂ）に示すように、円形
パッチアンテナ１７に縮退分離素子と呼ばれる切り欠き
部１７ｆが形成された場合、直交する二つの共振モード
Ｍ₁およびＭ₂は分離される。これは、円偏波の受信条件
の一つである直交する二つの直線偏波アンテナＡ₁、Ａ₂
が等価的に構成されたことになる。また、これにより、
二つの共振モードＭ₁およびＭ₂に対する共振周波数がわ
ずかに異なるようになる。ここで、上述した直線偏波ア
ンテナＡ₁およびＡ₂に対する共振周波数を各々ｆ１およ
びｆ２とすると、図４（ｂ）に示す切り欠き部１７ｆ
は、点Ｏを中心としてｙ軸を時計回りに４５゜回転させ
たところの円形パッチ１７ｂの円周上に設けられている
ため、二つの共振周波数の関係はｆ１＜ｆ２となる。こ
こで、図４（ｃ）に示すように、共振周波数ｆ１とｆ２
とのほぼ中間の周波数において、各々の受信信号の位相
に９０゜の位相差が生じる。つまり、直線偏波アンテナ
Ａ₁の位相は、直線偏波アンテナＡ₂の位相に対して９０
゜遅れるようになる。したがって、給電点１７ｅにおい
ては、直交する二つの直線偏波アンテナＡ₁、Ａ₂で受信
した信号を９０゜の位相差において合成することができ
るため、右旋円偏波の受信が可能になる。

【００２７】また、素子アンテナの設置方向の調節によ
るビームチルトの原理を、図５を用いて説明する。図５
（ａ）は、設置方向の異なる二つの右旋円偏波受信用の
円形パッチアンテナ３４および３５の平面図、同図
（ｂ）は、同図（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。ここで、
円形パッチアンテナ３４および３５の中心は、ｘ軸上に
あり、それらの中心間の距離はｄである（ただし、円形
パッチアンテナの半径は距離ｄ／２よりも小さい）。右
旋円偏波の入射角がｚ軸に対して角度θの場合、これら
二つの円形パッチアンテナ３４、３５を素子アンテナと
するアレーアンテナ３６の主ビーム方向が角度θであれ
ば、入射電波を最も効率よく受信することができる。

【００２８】ここで、入射電波として放送衛星から放射
される電波を対象とする場合、この電波は平面波であ
る。したがって、円形パッチアンテナ３４、３５が受信
する電波の振幅は等しいが、位相が距離の差Ｓに相当す
る角度だけ異なる。円形パッチアンテナ３４を基準とす
ると、円形パッチアンテナ３５が受信する電波の位相は
距離の差Ｓに相当する位相差だけ進んでいることにな
る。したがって、円形パッチアンテナ３５が受信する電
波を距離の差Ｓに相当する位相差だけ遅らせ、円形パッ
チアンテナ３４の受信する電波と合成すれば、θ方向に
おいて最大の受信感度を持つようになる。つまり、主ビ
ームがθ方向を向くことになる。ここで、円形パッチア
ンテナ３４および３５の入射電波において、距離の差Ｓ
に相当する位相差をβとすると、位相差βは次式で与え
られる。 β＝−３６０・Ｓ／λ ＝−３６０・ｄ・ｓｉｎθ／λ ［度］ …（１）一例として、素子間隔ｄを０．５５λ、ビームチルト角
θを５０度とした場合、位相βは−１５１．７度と求め
られる。ここで、λは入射波の波長である。

【００２９】この距離の差Ｓに相当する位相差βは、移
相器を用いることによっても実現できるが、電波の偏波
が円偏波の場合、円形パッチアンテナ３４または３５を
回転させることにより容易にビームチルトが可能であ
る。図５（ａ）は、円形パッチアンテナ３５が円形パッ
チアンテナ３４に対して位相差βに相当する角度だけ回
転した状態を示している。この状態において、円形パッ
チアンテナ３５が受信する電波の位相は、円形パッチア
ンテナ３４が受信する電波の位相と等しい。したがっ
て、円形パッチアンテナ３４および３５が各々受信する
電波を合成すると、これら二つの円形パッチアンテナ３
４、３５を素子アンテナをするアレーアンテナ３６は、
θ方向において最大の受信感度を持つようになる。

【００３０】図６は、図２の円形アレーアンテナ１８´
において、半径方向の素子間隔を０．５５λ、ビームチ
ルト角度θを５０度に設定した場合の放射パターンの計
算値である。

【００３１】次に、本実施例の動作を説明する。図１
（ｂ）において、円形アレーアンテナ１８上の各々の円
形パッチアンテナ１７において受信された１２ＧＨｚ帯
の信号である電波は、ラジアル導波管２９内に放射され
る。ラジアル導波管２９は金属または金属メッキを施し
た材料により形成されているため、給電ピン１７ｄにお
いて放射された電波はラジアル導波管２９内を完全反射
しながら伝搬する。次に、ラジアル導波管２９を伝搬す
る電波はプローブ３０に吸収され、ＢＳコンバータ３１
に供給される。そして、その１２ＧＨｚ帯の信号は、Ｂ
Ｓコンバータ３１内で１ＧＨｚ帯の信号に変換され、同
軸ケーブル３２により自動車内の受信系装置に送信され
る。

【００３２】上述した本実施例の構成において、同一列
上の同心円状に配置された各円形パッチアンテナ１７の
給電ピン１７ｄからラジアル導波管２９内に放射された
電波は、プローブ３０の位置において同位相である。し
かし、異なる二列における円形パッチアンテナ１７の給
電ピン１７ｄから放射された電波は、各々の給電ピン１
７ｄからプローブ３０までの距離が異なるため、位相が
異なる。つまり、外側の列のパッチアンテナ１７の給電
ピン１７ｄから放射された電波の位相ほど遅れる。した
がって、ビームチルトされた円形アレーアンテナ１８を
構成するにあたり、各々の給電ピン１７ｄから放射され
る電波をプローブ３０において同位相にするためには、
円形パッチアンテナ１７を形成する際に、各々の給電ピ
ン１７ｄから放射される電波の位相差を考慮して、円形
パッチアンテナ１７の方向を設計すればよい。以上のよ
うにして、円形アレーアンテナ１８において、衛星方向
からの電波を受信することができる。

【００３３】図７は、実際に本実施例のアンテナ装置を
自動車に取り付けて、放送衛星を追尾するシステムの回
路ブロック図である。図において、３７は図１に示す本
実施例のアンテナ装置、３８はＢＳコンバータ３１の出
力信号をビデオ信号に変換するＢＳチューナ、３９はビ
デオモニタ、４０はＢＳチューナ３８の出力信号の電力
レベルにおけるピーク値を検出するピーク検出回路、４
１はピーク検出回路４０により検出された電力レベルの
ピーク値を保存するピークメモリ、４２は二つの入力信
号の電力レベルの大きさを比較するレベル比較回路、４
３および４４は各々アンテナ装置３７を制御および駆動
するための制御回路およびメカニズム駆動回路、４５は
磁気コンパス等の方位センサである。

【００３４】図７において、アンテナ装置３７が放送衛
星を追尾する場合、まず、図１に示す円形アレーアンテ
ナ１８の主ビームが、方位センサ４５により検知される
自動車の進路方向と既知の放送衛星方向とにより放送衛
星の概略方向に向けられる。次に、円形アレーアンテナ
１８が、左回りおよび右回りに微小回転させられる。こ
のとき、この衛星追尾システムにおいて、ＢＳチューナ
３８からは、受信信号のレベルに比例する直流電圧（Ａ
ＧＣモニタと呼ばれる）が出力されており、このＡＧＣ
モニタにより受信信号レベルのピーク値がピーク検出回
路４０により検出される。そして、その検出されたピー
ク値は、レベル比較回路４２において、ピークメモリ４
１に保存されている円形アレーアンテナ１８の回転前の
受信信号レベルと比較される。その結果、制御装置４３
は、アンテナ装置３７による受信信号レベルが増加する
向きに円形アレーアンテナ１８を回転させるようにメカ
ニズム駆動回路４４に信号を送り、その信号により円形
アレーアンテナ１８は微小回転させられる。これらの動
作が構成要素３７、３８、４０、４２、４３、４４の閉
回路により常に行われ、円形アレーアンテナ１８の主ビ
ームは放送衛星方向を向くように制御される。

【００３５】以上、衛星放送受信アンテナに適用できる
本発明の一実施例について説明した。また、衛星通信ア
ンテナとして本発明が適用される場合は、上述の実施例
における構造の他に、ラジアル導波管内のプローブに送
信電波を給電するための送信系装置が必要である。その
アンテナ装置の送信状態において、ラジアル導波管およ
び円形アレーアンテナにおける電波伝搬の様子は、受信
状態の場合の逆となる。

【００３６】なお、第二の実施例として、図８に示すよ
うな左旋円偏波を受信する円形パッチアンテナ４６を図
１に示す円形アレーアンテナ１８の素子アンテナとして
用いた場合、本アンテナ装置は左旋円偏波を受信するこ
とが可能である。ここで、図８（ａ）は左旋円偏波を受
信する円形パッチアンテナ４６の平面図、同図（ｂ）は
同図（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。ここで、４６ａは誘
電体基盤、４６ｂは円形パッチ、４６ｃは金属板、４６
ｄは給電ピン、４６ｅは給電点、４６ｆは切り欠き部で
ある。

【００３７】図８に示す左旋円偏波受信用円形パッチア
ンテナは、図４（ｂ）に示す右旋円偏波受信用円形パッ
チアンテナ１７と比較すると、構造的に異なる点があ
る。つまり、各々の円形パッチアンテナにおいて、給電
点に対する各々の切り欠き部１７ｆまたは４６ｆの位置
が異なる。円形パッチアンテナ４６の切り欠き部４６ｆ
は、円形パッチ４６ｂ上の点Ｏを中心に、ｙ軸が４５゜
半時計回りに回転したところの円形パッチ４６ｂの円周
上に形成される。そのため、切り欠き部４６ｆにより等
価的に構成される二つの直交する直線偏波アンテナＡ₁
およびＡ₂の各々の共振周波数ｆ１およびｆ２の関係
は、ｆ１＞ｆ２となる。つまり、直線偏波アンテナＡ₁
の位相は直線偏波アンテナＡ₂の位相に対して９０゜進
むことになる。したがって、給電点４６ｅにおいては、
直交する二つの直線偏波アンテナＡ₁およびＡ₂において
受信した信号を９０゜位相差で合成できるため、左旋円
偏波を受信することができる。

【００３８】また、図９は、第三の実施例であり、図３
に示す右旋円偏波受信用の円形パッチアンテナ１７と図
８に示す左旋偏波受信用の円形パッチアンテナ４６を用
いて形成された直線偏波を受信する円形アレーアンテナ
４７の構成を示す平面図である。円形アレーアンテナ４
７においては、図に示すｙ軸を対称軸として、円形アレ
ーアンテナ４７の右半分には円形パッチアンテナ１７が
配置され、左半分には円形パッチアンテナ４６が配置さ
れる。ここで、円形アレーアンテナ４７上における円形
パッチアンテナ１７または４６は、図１に示す実施例と
同様の規則により、複数の同心円の円周上に等間隔に並
ぶように配列される。ただし、図において破線で示され
た円形パッチアンテナ４８のようにｙ軸上に配列される
べき円形パッチアンテナは、配列されないか、または、
配列された場合はそれらの給電ピンが設置されないよう
に設計する。

【００３９】上述した円形アレーアンテナ４７を構成し
た場合、図１０に示すように、右旋円偏波４７ａと左旋
円偏波４７ｂが空間的に合成され、直線偏波４７ｃとな
る。この円形アレーアンテナ４７がビームチルトされて
いない場合、この直線偏波４７ｃは、ｘ軸方向から見る
と水平偏波であり、ｙ軸方向から見ると垂直偏波であ
る。また、円形パッチアンテナ１７および４６の設置方
向を調整し、ｘ軸側にビームチルトすれば、ビームチル
トされた水平偏波が得られ、ｙ軸側にビームチルトすれ
ば、ビームチルトされた垂直偏波が得られる。

【００４０】なお、以上の説明においては、図１に示し
たような歯車２０、外周に歯車を構成した円形ガイド１
９、および通常のモータ２２を利用して水平方向の回転
系を構成したアンテナ装置の例を示したが、中空回転に
適するたわみ振動を用いた超音波モータを利用する方法
もある。ここで、超音波モータとは、約２０ｋＨｚ以上
の周波数による機械振動である超音波振動を利用した摩
擦駆動モータである。この超音波振動は、圧電効果を利
用することにより得られる。一般に、モータはロータと
ステータから構成され、この超音波モータにおいては、
ステータに超音波振動を与え、ロータがステータに一部
接触することにより回転する。円環のたわみ振動を用い
る超音波モータの場合、そのステータは、円環状金属
（ニッケル−鉄系の合金等）の底面に円環状圧電セラミ
ックスを装着した構成であり、モータ駆動回転回路から
超音波が与えられる。一方、ロータは、円環状金属（ア
ルミニウム等）で構成されており、ステータに対し、加
圧接触するように構成される。

【００４１】図１の実施例において、モータ２２の代わ
りに円環のたわみ振動を用いる超音波モータを用いる場
合は、ステータを取付台２８に設置し、ロータを円形ガ
イド１９そのものにする。したがって、円形ガイド１９
の外周に形成される歯車１９ａ、歯車２０、２１、およ
びモータ２２は不要になる。この場合のアンテナ装置に
おいて、円環のたわみ振動を用いる超音波モータは、円
環状のステータおよびロータから構成されるため、円形
アレーアンテナ１８を中空状態で回転させることが可能
である。また、一般的なモータと比較して、低速および
高トルクの出力特性を有するため、減速機能が不要であ
り、かつ、自動車がカーブ等で進行方向を変えた場合で
も、十分に放送衛星を追従し、円形アレーアンテナ１８
を回転させることが可能である。さらに、円環状のたわ
み振動を用いる超音波モータにおいては、その起動およ
び停止の応答性がよいため、円形アレーアンテナ１８の
回転において、主ビームをより正確に放送衛星の方向に
向けることが可能である。

【００４２】

【発明の効果】上述したように、本発明のアンテナ装置
によれば、複数の素子アンテナにおいて受信された電波
を給電プローブに供給する際に、従来のアンテナ装置の
ようにロータリージョイント、アレーアンテナからロー
タリジョイントに受信電波を送るための同軸ケーブルを
用いる必要がないため、複数の素子アンテナと給電プロ
ーブ間における通過損失を極めて小さくすることがで
き、従って、Ｃ／Ｎ比を向上させることができるという
効果が得られる。また、Ｃ／Ｎ比の向上にともない、所
望のＣ／Ｎ比を得るために必要な装置の大きさを小さく
することが可能である。

【００４３】さらに、本発明のアンテナ装置によれば、
構造的に、垂直面内の回転系の構成要素を必用としない
ことから、自動車搭載用として十分に軽量かつ小型に構
成することが可能である。３〜５インチ程度の液晶テレ
ビにおける衛星放送受信を想定した場合、装置の直径は
約２５０ｍｍあれば十分である。また、本発明のアンテ
ナ装置によれば、ビームチルトされた複数の素子アンテ
ナを用いるため、絶縁板を常に水平状態で使用すること
ができ、放送衛星からの電波を受信するにあたり、絶縁
板（複数の素子アンテナ）を水平面内においてのみ回転
させればよく、従って自動車の空力特性を大きく損なう
ことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における一実施例の平面図およびそのＡ
−Ａ断面図である。

【図２】本実施例のより詳細な円形アレーアンテナの平
面図である。

【図３】右旋円偏波を受信する円形パッチアンテナの平
面図およびそのＢ−Ｂ断面図である。

【図４】切り欠き部を設けた円形パッチアンテナの動作
を示す円形パッチアンテナの平面図および周波数−位相
特性を示す図である。

【図５】ビームチルトされた二つの円形パッチアンテナ
の平面図およびそのＣ−Ｃ断面図である。

【図６】本実施例の一計算結果に対する放射パターンの
図である。

【図７】本実施例を用いた衛星追尾システムの回路ブロ
ック図である。

【図８】左旋円偏波を受信する円形パッチアンテナの平
面図およびそのＤ−Ｄ断面図である。

【図９】直線偏波を受信する円形アレーアンテナの構成
を示す平面図である。

【図１０】直線偏波を受信する円形アレーアンテナ上の
偏波方向を示す平面図である。

【図１１】従来装置の側面図である。

【図１２】従来装置におけるアレーアンテナの平面図で
ある。

【符号の説明】

１７円形パッチアンテナ１７ｃ金属板１７ｄ給電ピン１８円形アレーアンテナ１９円形ガイド２０、２１歯車２２モータ２３、２５回転軸２４軸受け２８取付台２９ラジアル導波管３０プローブ３１ＢＳコンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/04 H01Q 13/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その裏面に金属箔が形成された円形の絶
縁板と、前記絶縁板の表面に各々配設された複数の素子アンテナ
と、前記複数の素子アンテナに各々対応する前記絶縁板の各
位置に、前記絶縁板を貫通するように設けられており、
各一端が前記複数の素子アンテナに各々接続され、各他
端部が前記絶縁板の裏面から前記金属箔に接触すること
なく各々突出してなる複数の給電ピンと、前記金属箔に対して対向配置された金属製の取付台と、前記絶縁板の周縁および前記取付台の周縁に沿って周設
された導体部材と、前記取付台の中央部に前記取付台を貫通するように設け
られており、その一端部が前記金属箔方向に突出してな
る給電プローブと、前記給電プローブの延長軸を回転軸として、前記絶縁板
を水平面内に回転駆動する回転機構とを具備し、前記金属箔、前記取付台および前記導体部材によってラ
ジアル導波管が形成されていること、を特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】前記複数の素子アンテナは、前記絶縁板
に対して特定方向から入射される入射電波が同相合成さ
れる、前記回転軸を中心とする複数同心円上に各々位置
するように、前記絶縁板の表面に各々配設されているこ
と、を特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。