JP3380240B2 - 無線周波アンテナ装置 - Google Patents

無線周波アンテナ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、反射鏡やレンズ等の電波集束手段と、入射
電波ビームの集束される焦点に配置された１次放射器ア
ンテナとを有するアンテナ装置に関する。
電波信号を受信するために、パラボラ反射鏡とこのパ
ラボラ反射鏡の焦点に設けられた給電ホーンとを有する
アンテナ装置を使用することは、一般的に知られてい
る。
アメリカ合衆国特許第4742359号により、上記の給電
ホーンを、２つの端部を有するヘリカルアンテナで置き
換えられることが公知であり、この場合、第１の端部は
給電線と接続されている。以下の説明では、この給電線
は上記のヘリカルアンテナの軸線に合わせて配置されて
いるものとする。この種のヘリカルアンテナはいわゆる
エンドファイア（縦形指向）ヘリカルアンテナとして構
成することができ、この場合、最大受信電力条件のもと
で、上述の第１の端部における信号電力のエネルギ流の
方向は、受信される放射と同じ方向である。この種のヘ
リカルアンテナをいわゆるバックファイアヘリカルアン
テナとしても構成することでき、この場合、最大受信電
力条件のもとで、上述の第１の端部における信号電力の
エネルギ流の方向は、受信される放射とは逆方向であ
る。
上述のアメリカ合衆国特許には、反射鏡および１次ヘ
リカルアンテナを有するアンテナ装置が示されている。
この１次ヘリカルアンテナは一対の端部を備えたコイル
を有しており、このコイルは、ヘリカルアンテナの軸線
が上記の反射鏡の軸線と実質的に一致するように、反射
鏡の焦点に配置されている。給電線を介してアンテナ装
置と外部の回路とが接続されており、したがって１次ヘ
リカルアンテナは、反射鏡に近い方の端部において給電
線と接続されたバックファイアヘリカルアンテナを成し
ており、このヘリカルアンテナの他方の端部は自立して
いて、前記の給電線は同軸ケーブルである。
典型的な半剛性の同軸ケーブルは、衛星テレビジョン
信号の電流ダイレクト受信に用いられる12GHzの周波数
において、1.5dB/mの挿入損失を有する。従来技術の装
置の場合、直径40cmの反射鏡のためにほぼ0.1mの長さが
必要であり、したがってケーブル損失全体はほぼ0.15dB
となる。この値はそのままアンテナ装置の雑音指数（典
型的には1.4dBよりも小さい）に加わり、これは将来の
衛星テレビジョンシステムのために提案されている22GH
zの帯域のような著しく高い周波数では遥かに高くな
る。
本発明の課題は、電磁的な信号−有利にはマイクロ波
信号−を受信するためのコンパクトなアンテナ装置を提
供することであって、１次放射アンテナと外部の回路と
の間のマイクロ波のための給電線の使用を大幅に低減で
きるようにするか、もしくは使用することすら回避でき
るようにすることにある。
本発明によるアンテナ装置は、反射鏡たとえばパラボ
ラ反射鏡、またはマイクロ波レンズたとえばルネブルク
形レンズのような集束手段を有する。この集束手段は、
受信したマイクロ波を１つの焦点においてまたは複数個
の焦点においてそれぞれ集束する。これらの焦点の各々
には１次放射器が設けられており、この１次放射器は、
管状、環状、矩形等とすることのできる中空の構造体に
より支持されている。この構造体は電子手段を収容して
おり、たとえば、前記の１次放射器により受信された信
号を変換、ろ波、および／または増幅するローノイズオ
ンバータ（LNC）を収容している。
上記の電子手段を管状構造体内部に配置することによ
り、半剛性の同軸ケーブルのような高価な給電線の使用
を大幅に低減できるし、あるいはこのような給電線の使
用を省略することすらできる。さらに個々の結合手段ま
たはコネクタを省略する。本発明によるアンテナ装置に
より、従来技術よりも機械的な部分を僅かにし、軽量化
し、かつコストを低減できる。
しかもこの種のケーブルの挿入損失をそれぞれ低減ま
たは回避することができる。このことにより雑音指数が
改善され、アンテナ装置の性能が向上する。
管状構造体に調節機構を設ければ、たとえば種々異な
る直径の反射鏡を用いることにより生じる種々異なる焦
点を有する集束手段を整合させるために、放射器の位置
を変えることができる。
ヘリカルコイルを用いることの利点は、それらをきわ
めて容易に変形できることであって、このことにより右
旋円偏波の信号または左旋円偏波の信号の受信が可能に
なる。
バックファイアヘリカルアンテナを用いることの利点
は、このようなアンテナ装置は著しくコンパクトなこと
である。
電子手段の一部分を集積し集積回路の一部として実現
すれば、たとえばモノリシックマイクロ波集積回路の一
部として、あるいはハイブリッド回路の一部として実現
すれば、スペースを抑えられるし、コストをいっそう抑
えることができる。
殊にマイクロ波反射鏡を用いた公知の装置では必要と
される給電線の量が多いので、有利には本発明をこの種
の装置と置き換えることができる。
次に、実施例の記載および添付の図面を用いて本発明
のその他の特徴、利点ならびに詳細な点を説明する。
第１図は、パラボラ反射鏡を用いた本発明によるアン
テナ装置の第１の実施例を示す図である。
第２図は、用いられる支持構造体の詳細図である。
第３図は、球状のルネブルク形レンズおよびエンドフ
ァイアヘリカル１次放射器を用いた第２の実施例を示す
図である。
第４図は、半球状のルネブルク形レンズおよびバック
ファイアヘリカル１次放射器を用いた第３の実施例を示
す図である。
第１図には、パラボラ反射鏡10を用いた本発明の第１
の実施例が示されており、この反射鏡には管状構造体11
が配置されている。これについては第２図に詳細に示さ
れている。
第２図には、ローノイズコンバータのような電子手段
13を収容する管状構造体11が示されている。この管状構
造体は、下方のプリント配線板13aと上方のプリント配
線板13bの上に電子ポーネントを備えており、これらの
配線板は有利には背中合わせに配置されている。この実
施例ではバックファイアヘリカルアンテナとして実現さ
れている１次放射器14は、プラスチック製レードーム17
で囲まれており、線路15を介して電子手段13と接続され
ている。
管状構造体は金属製支持体16から成り、これは電子手
段13を収容しており、金属製プレート16aも含んでい
る。このプレート16aはプリント配線板13aと13bとの間
に配置されており、これらの配線板は複数個のねじ12a
およびナット12bにより固定されている。
たとえば外部の放射により影響を受けやすく、または
放射を伝達するクリティカルな電子コンポーネントは、
ケーシング18により保護されており、このケーシングは
上方のプリント配線板13bにはんだ付けされている。こ
の実施例の場合、クリティカルな電子コンポーネントは
発振器の一部であり、この発振器の周波数は、ケーシン
グ18の上部に設けられた調整素子19により可変である。
１次放射器14からの入力信号は電子手段13により増幅
され、ろ波され、および／または変換され、相応の出力
信号は出力コネクタ20を介して図示されていない別の機
器へ供給される。
使用される集束手段−この実施例では反射鏡10−に依
存して１次放射器14の位置を調節するために、可調整の
取付け手段21が設けられている。この取付け手段は、簡
単なねじ山式調整部として実現できるし、あるいは他の
いかなる周知の調整手段としても実現できる。
有利には１次放射器14は、管状支持体16と結合可能な
キャリヤ30に取り付けられており、このキャリヤは、１
次放射器14と電子手段13との間の電気的な接触接続を行
うための手段を有する。
キャリヤ30はきわめて容易に交換可能であるため、種
々の１次放射器を装着できる。
第３図および第４図には、ルネブルク形レンズを使用
した別の実施例が示されている。第１の実施例と同じ機
能を有し第１図および第２図を用いて説明した手段に
は、同じ参照番号が付されており、それらについては本
発明を理解するのに必要な範囲内でしか説明しない。
第３図には、本発明の第２の実施例が原理的に示され
ている。球形のルネブルクレンズ22は、入射ビーム23を
焦点24に向けて屈折させる。
管状構造体11は、エンドファイアヘリカルアンテナと
して実現されている１次放射器14が焦点24の近くに位置
するように、ルネブルクレンズの外側に配置されてい
る。この管状構造体11は、そこに示されている支持手段
25のところで固定されている。
この実施例の場合、ほとんどいかなる形式の放射器で
あっても可能であり、給電ホーン、ポリロッド放射器、
バッチアンテナ放射器、ヴィヴァルディアンテナ放射器
等が可能である。
第４図には、半球形ルネブルクレンズ26を用いた第３
の実施例が原理的に示されており、このレンズは金属製
プレート27に取り付けられている。このプレート27は入
射ビーム23を反射し、半球形ルネブルク26はこのビーム
を焦点24に向けて屈折させる。
管状構造体11は、バックファイアヘリカルアンテナと
して実現されている１次放射器14が焦点24の近くに位置
するように、半球形ルネブルクレンズの内部に配置され
ている。
管状構造体11は金属製プレート27に固定されている。
第２の実施例の場合も第３の実施例の場合も、相応の焦
点24がレンズ表面の内側または外側に位置するように、
使用されるレンズ22、26の屈折率を変化させることがで
きる。これにより受信信号強度を改善できる。
他方、１次放射器14の位置を変えることができ、これ
により信号強度が改善される。
ここで言及しておくと、第１図や第４図を用いて説明
した実施例によれば、放射器の形式のバリエーション
は、放射器を支持体端部に位置させる必要のあることで
制限されるが、それぞれ集束手段10、22によりフォーカ
シングされたビームを受信する。適切な放射器のための
他の実例は、１次ダイポールアンテナ、リングフォーカ
ス放射器や“ショートバックファイア”アンテナであ
る。
明瞭にするために、第３図および第４図には可調整の
取付け手段21は示されていない。ここで言及すべきこと
は、焦点24の位置に対して相対的に放射器14の位置を調
整するためにこの種の手段を設けることができることで
ある。
複数個のマイクロ波ビームの受信に用いることのでき
る、第３図および第４図によるアンテナ装置の実施例の
場合、複数個の１次放射器を設けることができる。これ
らの放射器は、受信すべきビームの焦点に、またはその
近傍に位置しており、これらの１次放射器のうちの１つ
または複数個の放射器は、相応の電子手段を収容する１
つの共通の中空構造体および／または別個の中空構造体
により支持される。
上述の実施例の場合、集束手段は、入射電波を回折さ
せる格子を含むことができるし、あるいはそのような格
子として構成することができる。１次放射器アンテナと
して、前述のアンテナのいずれを採用してもかまわな
い。
本発明は電波アンテナ装置を提供するものであり、殊
にマイクロ波アンテナ装置を提供するものであって、こ
のアンテナ装置は、パラボラ反射鏡またはルネブルク形
レンズのような集束手段を有する。
集束されたマイクロ波を受信する１次放射器は、管状
構造体により支持されている。この管状構造体は、ロー
ノイズコンバータ（LNC）のような電子手段を収容す
る。
第１図および第４図の実施例の場合、ヘリカル１次放
射器はバックファイアモードで動作させなければならな
い。この場合、本発明は著しく有利である。その理由
は、給電線を除去または著しく減らすことにより性能が
改善され、かつコストが低下するからである。支持体に
コンパクトな電子手段を設けたことによって、従来技術
よりも機械的な部分が少なくなり、軽量化され、かつコ
ストが低減される。
第３図による実施例は従来の設計構成よりもいっそう
コンパクトであり、機械的にいっそう簡単でありかつ軽
量である。
本発明による構成の場合、必要とされる給電線の長さ
を短くすることができ、もしくはこの種の給電線を省略
することすらできる。これにより組み立てに要する時間
およびコストを抑えることができ、かつ性能が改善され
る。さらに機械的な部分もいっそう安価になり、より簡
単かつ軽量になる。コンバータ手段が反射鏡の後方にな
いことから、取り付けに要するスペースも低減される。
前述の実施形態のその他の実施例として、以下の変形
実施例の少なくとも１つを含ませることができる。すな
わち、 −１次放射器14は簡単な同軸構造体により電子手段と接
続されており、この同軸構造体は適所に押圧される誘電
性支持体を用い、放射器の中央導体を受容するために突
出した中央導体を支持している。このようにして、種々
異なる適切な衛星のために放射器を簡単に交換でき、試
験導体を要求どおりに接続できる。典型的な放射器の形
式はヘリカル放射器やマイクロストリップ放射器であ
る。
−電子手段をローノイズ増幅器（LNA）、帯域通過フィ
ルタ（BPF）のようなものとして実現でき、モノリシッ
クマイクロ波集積回路（MMIC）を一方の回路基板上に配
置させ、電力供給コンポーネントを他方の回路基板に配
置させることができる。MMICを用いることにより、個別
部品の数（約50個）を低減でき、これにより電子手段の
サイズを小さくできる。
−著しく低い雑音指数を達成するために、LNAは高速な
電子移動度の２つのトランジスタ（HEMT）を用いること
ができる。
−BPFは、並列に結合されたマイクロストリップライン
フィルタとして実現でき、長さを最小化するために多少
の角度だけ、たとえば30゜、旋回させることができる。
−サイズを最小化するために、使用されるコンポーネン
トは表面取付け（リードレス）形のものとすることがで
きる。
さらに言及しておくと、衛星のような種々異なるソー
スからの信号を受信するために、本発明を同次形レン
ズ、ルネブルク形レンズ等のようなレンズとともに使用
することの利点は、上述のソースが互いに接近していて
もよいということである。レンズ半径の２倍の間隔で
（レンズのサイズ／重量、放射器の指向性／サイズおよ
びLNCの設計仕様を考慮すると上記の間隔は最適である
とみなされる）オフセット焦点を有するレンズを用いた
場合、３゜のように互いに接近している衛星からの信号
を受信することができる。
レンズ形のアンテナととも用いるために、本発明はレ
ンズに対して半径方向に取り付けるのに最適な形状のも
のである。多数のソース（たとえば静止軌道中の多数の
衛星）を利用するために、半径方向に取り付けられたコ
ンパクトな特性により、本発明による多数の変形実施例
を密に配置された複数個の焦点に配置することができ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フルマントー，パトリス フランス国 Ｆ−67100 ストラスブー ル リュ ド カルム 30 (72)発明者 ハリソン，デイヴィッド フランス国 Ｆ−67000 ストラスブー ル リュ デ ゾルフェーヴル 22 (56)参考文献 特開 昭62−32709（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276902（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−177003（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246401（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−75155（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−28415（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−59928（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−79106（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5202699（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 15/00 - 19/15

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】反射、屈折および／または回折により、電
    波ビームを少なくとも１つの焦点に集束する電波集束手
    段（26）を備え、 前記焦点に配置されたヘリカル１次放射器（14）を有
    し、該ヘリカル１次放射器（14）はバックファイアヘリ
    カルアンテナであり、 受信された前記の電波に応じて信号を変換、ろ波および
    ／または増幅し、前記１次放射器（14）を支持する中空
    構造ケーシング（11）内に収容された電子手段（13）を
    有する、無線周波受信用アンテナ装置において、 前記集束手段は半球形マイクロ波レンズの形態で構成さ
    れており、 前記電子手段（13）の中空構造ケーシング（11）は実質
    的に、前記マイクロ波レンズ（26）の反射面と前記焦点
    との間に設けられていることを特徴とする、無線周波受
    信用アンテナ装置。
  2. 【請求項２】中空構造ケーシング（11）内部にキャリヤ
    （30）が設けられており、該キャリヤ（30）に前記１次
    放射器（14）が取り付けられており、該キャリヤ（30）
    は、前記１次放射器（14）と前記電子手段（13）との間
    の電気的な接触接続のための手段を有し、種々の１次放
    射器（14）を交換可能にした、請求項１記載のアンテナ
    装置。
  3. 【請求項３】前記中空構造ケーシング（11）は、前記集
    束手段（26;27）の反射部分における開口部に取り付け
    られている、請求項１または２記載のアンテナ装置。
  4. 【請求項４】前記電子手段（13）の一部は集積されてお
    り、ハイブリッド回路または集積回路の一部として、た
    とえばモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）の一部
    として実現されている、請求項１〜３のいずれか１項記
    載のアンテナ装置。
  5. 【請求項５】前記集束手段（10,26）の特性に依存して
    該手段を整合させるために前記１次放射器（14）の位置
    を変えられる調節機構（21）が設けられている、請求項
    １〜４のいずれか１項記載のアンテナ装置。
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