JP3541989B2 - 2入力フィードホーン付きlnb - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は衛星放送受信機に用いるLNB(ロー・ノイズ・ブロックダウン・コンバータ)とフィードホーンを備えた2入力フィードホーン付きLNBに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図6はLNBを用いた代表的な衛星放送受信システムの構成図である。LNB102は、上記システムのアウトドア部のアンテナ101に取り付けられるもので、衛星からの微弱電波を低雑音増幅し、同軸ケーブル103を介して次に接続されるインドアレシーバ104に低雑音でかつ十分なレベルの信号を供給する。インドアレシーバ104は、DBS(ダイレクト・ブロードカースト・サテライト)チューナ105と、FMデモジュレータ106と、映像及び音声回路107と、RFモジュレータ108とを含み、同軸ケーブル103から与えられるLNB102からの受信信号は、これらの回路によって復調等の信号処理が施されて、テレビジョン受像機109に与えられる。
【0003】
図7は米国のKuバンド衛星の2つの異なった周波数帯の衛星からの信号を受信するための一般的な受信システムであり、入力周波数が11.7GHz〜12.2GHz(FSS : Fixed Satellite Service)の水平偏波信号と垂直偏波信号をそれぞれ受信するLNB113と入力周波数が12.2GHz〜12.7GHz(BSS : Broadcast Satellite Service)の右旋偏波信号と左旋偏波信号をそれぞれ受信するLNB114をおのおの別々に設けたものである。
【0004】
従ってそれぞれのLNB113、114の受信信号を選ぶときは、入力切り替え器112を用いるがシステムによっては、インドアレシーバ104にこの機能が含まれる場合もある。なお、図7において、104〜109は、上記図6の対応するブロックと同一構成であるので説明を省略する。
【0005】
ここで、一般に直線偏波信号を受信する場合、図8に示すように水平(H)、垂直(V)信号に対し、ある地域ではほぼLNB120を直立して受信できるが、地域が変われば図9に示すように水平(H1)、垂直(V1)信号がある角度だけ傾いて垂直信号がV2、水平信号がH2のように到来するため、LNB120をこの角度α分だけ直立状態から傾けて受信しなくてはならない。
【0006】
従って、異なった2つの直線偏波を出す衛星からの信号は2台のLNBで受信することになるが、この場合、図10に示すように一つのLNB121は直立して受信できるが、もう一つのLNB122は傾けて受信しなくてはならない場合がある。図10に示す場合は、2つのLNB121、122は独立しているため、アンテナ101に対して、それぞれ最適な角度でLNB本体を装着することは可能である。もちろん、すべての衛星に対して、このような装着が可能とは限らないが、衛星の静止位置が比較的接近した衛星同士の組み合わせでは可能となる。
【0007】
また図11は一つのLNB123が円偏波を受信し、もう一方のLNB124は直線偏波を受信する場合を示している。図11の1はフェイズシフターであり、円偏波信号を直線偏波に変換するもので、円偏波受信用LNB123ではフィードホーン125の中に内蔵される。126は直線偏波受信用LNB124のフィードホーンである。ここでLは左旋偏波、Rは右旋偏波を示している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術においては、受信しようとする放送衛星が2個の場合、各放送衛星に対応して設けたフィードホーン毎に独立のLNBを設け、各LNBの出力をケーブルで伝送するので、アウトドアシステムとインドアシステムを結ぶケーブルは2本必要になり、また2本のケーブルより送られて来る信号を切り換える入力切換器112が必要になる。
【0009】
しかも、2個のLNBの取り付け角度を自由に調整できるようにするため取付角度調整装置が必要であった。従って、アンテナユニットとして複雑、高価なものになり、また各地域で屋外に設置されたアンテナユニットのLNBの取付角度を調整せねばならないためアンテナ工事が面倒で複雑なものになるという問題があった。
【0010】
本発明は、上記の問題点に鑑み、現在米国、カナダにて主流になりつつある入力周波数が11.7GHzから12.7GHzのFSS,BSS両用のアンテナユニットをコンパクトな形状で実現すると共に部品点数を削減して量産性と信頼性の向上を図り、コストパフォーマンス性に富んだしかも取り付け工事の簡単なアンテナユニットを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、単一の本体に第1及び第2のフィードホーンを備えた2入力フィードホーン付きLNBにおいて第1のフィードホーンを直偏波受信用フィードホーンとし、該直線偏波受信用フィードホーン内には、供給される電流によって入射する直線偏波信号の偏波面を任意の角度だけ回転させ、かつその角度の微調整が可能な機能を持った電子ポーラライザーを設け、上記第2のフィードホーンを円偏波受信用フィードホーンとし、該円偏波受信用フィードホーン内には、円偏波信号を直線偏波信号に変換するフェイズシフターを設け、円偏波受信用フィードホーンから出力される左旋信号及び右旋信号増幅用の第1及び第2のLNAと、LNBへの供給電圧値を予め定めた基準電圧と比較して、上記第1及び第2のLNAを選択的に作動させる制御信号を導出するコンパレータを設け、第1及び第2のフィードホーンで受信した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換する第1及び第2の混合器と第1及び第2のローカル発振器と、直線偏波受信用フィードホーン内に設けた電子式ポーラライザーの電流量を制御する電流制御回路と、直線偏波信号の受信時に電源回路に重畳されるパルス信号の有無とデューティ比を検出し、検出したデューティ比に応じて上記電流制御回路の出力電流量の指令を行うと共に上記パルス信号を検出したとき、直線偏波信号の受信回路に設けられた上記ローカル発振器を選択的に作動させるパルス検出器を設けた構成にする。
【0016】
次に本発明の作用を説明する。直線偏波受信用フィードホーンと円偏波受信用フィードホーンを設けたものでは、直線偏波受信用フィードホーンに電子式ポーラライザーを設けているため、この受信信号の偏波面の角度を当該ポーラライザーへ供給する電流を微調整(スキューと呼ぶ)することで正確に調整することができる。従ってLNBを地域によって傾けて取り付けるなどの調整をアンテナ設置工事時に行わなくともさまざまな地域にて水平かつ垂直偏波信号を最適な状態で受信することが可能となる。
【0018】
また、電流回路に重畳されている所定のパルス幅、デューティ比、及び波高値を持ったパルス信号により、直線偏波か円偏波の受信を選択したり、円偏波の左旋信号か右旋信号を選択したり直線偏波の垂直、水平偏波信号を選択したり、更には受信地域におけるスキュー機能を持たせることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に付いて説明する。図1は、本発明の2入力フィードホーン付きLNBの一実施形態の構成図であり、現在米国やカナダの衛星放送市場で主流になりつつあるBSSと、従来からあるFSSの両方の送信電波を受信可能なアンテナユニットの概略図である。同図において、1は円偏波受信用フィードホーン3内に設けたフェイズシフターであり、2は直線偏波受信用フィードホーン4内に設けた電子式ポーラライザーであり、5はLNB、101はアンテナである。
【0021】
この電子式ポーラライザー2は、供給される電流値に対して、このポーラライザー2に入力する直線偏波信号の偏波面の角度の回転量が比例する特性を持つもので、電流値を制御させることによって、直線偏波を所望の角度に回転させ、かつその角度の微調整が可能となるものである。従って、LNB5本体を直立にしたままで様々な地域において、偏波面のさまざまな傾きを持った直線偏波の送信信号を受信することができる。
【0022】
図2は、本発明の2入力フィードホーン付きLNB回路ブロックの一実施形態を示すものである。図2において、6は円偏波受信用フィードホーン3からの左旋信号を適当なレベルに低雑音増幅するLNA(Low Noise Amplifier)、7は右旋信号を増幅するLNAであり、LNB5の電源8の電圧を基準電圧と比較するコンパレータ9の出力により上記LNA6,7には電源8より選択的にバイアスが印加される。
【0023】
10はLNA、11は選択された周波数帯域に対するイメージ周波数の信号を除去するBPF(Band Pass Filter)であり、2分の1波長インターディジタルフィルタと云われているマイクロストリップ線路の回路基板の銅箔パターンの幅や長さを決めることによって構成される。
【0024】
12は上記BPF11の出力信号をローカル発振器13の発振周波数11.25GHz(BSS)と混合して中間周波信号に変換する混合器、14はIFプリアンプである。また15はLNB、16は上記BPF11と同様構成のBPFであり、17は、上記BPF16の出力とローカル発振器18の発振周波数10.75GHz(FSS)を混合する混合器である。この混合器17の出力は、IFプリアンプ19を介して、IFコンバイナー20に供給される。そして、上記IFコンバイナー20の出力はIFAMP21を介して、出力端子22に導かれる。
【0025】
23は、上記電源8に重畳された図3に示すパルス信号の有無とデューティ比を検出するパルス検出器であり、24は上記パルス検出器23の検出出力に基づき上記フィードホーン4内に設けた電子式ポーラライザー2に所定量の回転を与える信号を供給する電流制御回路である。
【0026】
上記の構成による本発明の第1の実施形態について、以下にその動作を説明する。
【0027】
先ず、入力周波数が12.2GHzから12.7GHzの米国BSSの衛星から到来する信号を受信する場合について説明する。この場合の衛星から到達する信号は円偏波信号であり、この円偏波信号を直線偏波信号に変換するため、入力フィードホーン3内に、フェイズシフター1が設けられている。このフェイズシフター1は入射する電波の位相を、4分の1波長だけ遅延させる機能を持つもので、誘電体で構成された板状のものであったり、フィードホーン3の内壁に適切な長さと幅と高さを持つ金属の突起状のものにする。
【0028】
この場合の受信信号は、左旋信号と右旋信号の2通りがあり、このいずれかの信号の選択は、LNB5に供給される電源8の電源電圧によって行われる。上記電源電圧が或る基準電圧より大きいか否かをコンパレータ9で調べ、基準電圧より高い場合は、LNA6にバイアスが与えられて左旋信号を、また逆に基準電圧より低い場合は、LNA7にバイアスを与えて、右旋信号を選択する。
【0029】
即ち、電源電圧を基準電圧と比較するコンパレータ9を設け、該コンパレータ9の出力により選択しようとする信号が入力するLNA6或いは7に選択的にバイアス電圧を与え、他方のLNA7或いは6にはバイアス電圧を与えないようにして左旋信号及び右旋信号を選択的に導出する。
【0030】
上記のようにして選択された受信信号は、LNA10で更に増幅された後、BPF11に供給され、所望の周波数帯域のみを通過させ、イメージ周波数帯域の信号を除去する。BPF11を通過した信号は混合器12に供給され、この混合器12で、予め電源が供給されているローカル発振器13からのBSS受信用発振周波数11.25GHzの信号と混合され、950MHzから1450MHzの中間周波帯域の信号に周波数変換される。
【0031】
そして、適切な雑音特性と利得特性を持つようにIFプリアンプ(前置増幅器)で増幅され、次段のIFコンバイナー20に供給される。このIFコンバイナー20は別の衛星からの受信信号のIF信号も同じ最終段のIFアンプ21に供給できるようにするため、これらの両IF信号を結合させるためのものであり、このIFコンバイナー20の出力は、上記最終段のIFアンプ21を介して、出力端子22に出力される。
【0032】
次に、入力周波数が11.7GHzから12.2GHzの米国FSSの衛星から到来する信号を受信する場合について説明する。この場合の衛星から到来する信号は直線偏波信号であり、この直線偏波信号は、垂直偏波信号と水平偏波信号の2通りがある。この2信号の選択は、LNB5の電源8の電源電圧に図3に示すようなパルス信号を重畳し、このパルス信号の有無とデューティ比をパルス検出器23で検出し、この検出出力に基づいて、電流制御回路24の電流量を制御して、フィードホーン4に設けた電子式ポーラライザー2に供給すべき電流をコントロールすることによって行われる。
【0033】
即ち、上記電子式ポーラライザー2は、電流制御回路24より供給される電流量に応じて、選択する偏波面の回転角を任意に決定する機能を持つので、電流量制御回路24より電子式ポーラライザー2に供給する電流量を制御することによって、任意の偏波面の傾きを持った水平、垂直偏波信号を選択することが可能になる。
【0034】
尚、このとき、パルス検出器23から、パルスの有無の判定信号も出力され、この出力信号により、FSSの衛星からの信号を受信するためのローカル発振器18(FSS受信用発振周波数10.75GHz)の電源がオンされ、他方のローカル発振器13の電源はオフされる。また、上記パルス検出器23により、上記パルスがないと判断された場合には、上記とは逆にローカル発振器13がオンし、ローカル発振器18がオフ状態になる。
【0035】
このようにして、電子式ポーラライザー2により選択された信号は、LNA15に入力され、適切なレベルの信号に低雑音増幅された後、所望の周波数帯を通過させイメージ周波数帯の信号を除去するBPF16を介し、混合器17に供給される。
【0036】
混合器17では、上記パルス検出器23の出力により予め電源電圧が供給されたローカル発振器18からの発振信号が混合され、950MHzから1450MHzの中間周波数帯域の信号に周波数変換される。そして適切な雑音特性と利得特性を持つようにIFプリアンプ19で増幅された後、上記IFコンバイナー20に供給され、該IFコンバイナー20で、上記IFプリアンプ14からの別の衛星の信号と結合し、IFアンプ21で増幅して出力端22より出力信号として導出する。
【0037】
上記図2に示すLNBのブロック図において、BSS衛星からの信号を受信するフィードホーン3内には円偏波を直線偏波に変換するためのフェーズシフター1が装着されている。このフェーズシフター1は4分の1波長位相器と呼ばれるものであるが、本実施形態ではフィードホーン3内に適切な長さと幅と高さを持った金属からなる突起で構成しており、フィードホーン3がダイカスト成形で製作されていることを利用して、この突起もフィードホーン3のダイカスト成形と同時に製作して寸法精度の向上と余分な部品の廃止を実現している。
【0038】
上記フィードホーン3による左旋偏波信号と右旋偏波信号の選択は、フィードホーン3からの信号が最初に入力する1段あるいは2段のHEMT(High Electoron Mobility Transistor)素子で構成した低雑音増幅器であるLNA6のバイアス回路への電流供給をオン、オフすることによって実現している。
【0039】
すなわちLNB5に供給される電源電圧値が予め定めた基準の電圧値(例えば動作電圧範囲が12Vから20Vであれば15Vあたりを基準電圧とする)より高い電圧が供給される場合は、左旋偏波信号を選択し、逆に基準電圧値より低い電圧が供給される場合は、右旋偏波信号を選択する。この制御はコンパレータ(電圧比較器)9を用いて実現しており既存のリニアICで構成できる。
【0040】
上述のようにして選択された信号は、BPF11に供給される。このBPF11は選択された周波数帯域に対するイメージ周波数帯域の信号を除去するために設けられた2分の1波長インターディジタルフィルタと呼ばれるもので、マイクロストリップ線路の回路基板の銅箔パターンの幅や長さを理論的に設定することによって構成することができる。そして、このBPF11を通過した信号は、混合器12で、ローカル発振器13からの発振周波数が11.25MHzの信号と混合され、950MHzから1450MHzの中間周波帯の信号に変換される。
【0041】
混合器12で変換されたIF帯域の信号はIFプリアンプ14で適切なレベルの信号に増幅された後、IFコンバイナー20に供給される。このIFコンバイナー20は、いわゆるパワーコンバイナーと呼ばれ2つの入力からの信号を一つの出力に導くもので、2つの入力と1つの出力の各端子におけるインピーダンス整合と、各端子間のアイソレーション特性を良好にするために設けられている。
【0042】
すなわち一つの入力の信号が、もう一つの入力の信号の影響をできるだけ受けないようにする効果を狙ったものである。その後、最終段のIFアンプ21に供給されて、中間周波増幅が行われ、適切なレベルに増幅されると共に、出力端子とのインピーダンス整合がここでとられたのち出力端子22からIF信号として出力される。
【0043】
一方、フィードホーン4に設けた電子式ポーラライザー2は、図4に示した Revolution Angle 対 Polarizer Current 特性を満足するもので、この電子式ポーラライザー2の電流制御は、図3に示したパルスをLNB5の出力同軸ケーブルに重畳した電流により行う。また、この電子式ポーラライザー2はフェライトのファラディー効果を利用したもので小型で信頼性の高いものがすでに実現されている。
【0044】
上記図3に示したパルス波形は従来からある機械式のポーラライザーを使用する場合に規定されているものと同一規格であり、このパルス波形のデューティ比を変化させることで水平偏波と垂直偏波をそれぞれ選択すると共に、当該パルスのデューティ比を微調整することにより、各地域における直線偏波の偏波面の傾きに合わせた形で受信できるいわゆるスキュー効果の機能を持っている。
【0045】
図3に示したパルスを検出し、電子式ポーラライザー2に適切な電流を供給するためには、パルス検出器23と電流制御回路24が必要であるが、これらは、既存のリニア回路用トランジスタとオペアンプやリニアICで実現できる。また、パルス検出器23は、パルスの有無も判定して、パルスのないときは、BSS衛星の円偏波信号を受信することを選択するために、BSS用の発振周波数が11.25GHzの信号を発生させるローカル発振器13の電源をオンにし、FSS用の発振周波数が10.75GHzの信号を発信させるローカル発振器18の電源をオフにする。上記パルスがあるときは、FSS衛星の直線偏波を受信することを選択するため、ローカル発振器13の電源をオフにし、ローカル発振器18の電源をオンにする。
【0046】
図5は本発明の第2の実施形態であり、図2に示す第1の実施形態に対応する部分は同一符号を付し説明を省略する。図5において、4−1は、電子式ポーラライザー2−1を備えた直線偏波用のフィードホーン、15−1及び30はLNA、31はBPF、32は混合器、33はFSS用の発振周波数が10.75MHzの信号を発生させるローカル発振器、33はIFプリアンプである。
【0047】
この第2の実施形態は、衛星から到来する信号が共に直線偏波である場合のもので、その周波数帯域も11.7GHzから12.2GHzであるが、2つの異なった衛星(静止軌道が異なる)から直線偏波が到来するため、2つの電子式ポーラライザー2及び2−1のスキューの程度を変える必要がある、そのため2つの入力フィードホーン4及び4−1にはそれぞれ電子式ポーラライザーを別々に設ける必要がある。
【0048】
この電子式ポーラライザー2及び2−1の制御は、前述の第1の実施形態の場合と同じく、パルス検出回路23と電流制御回路24によって行われるが、どちらの衛星の信号を選択するかは前述のLNB5の供給電圧値が基準電圧より大きいか小さいかを判定するコンパレータ9を設けて、それぞれのフィードホーン4及び4−1からの信号が入力されるそれぞれの初段のLNA15及び15−1のバイアス回路への電源供給をオン、オフすることによって実施する。この場合初段のLNA以外の回路はすべて共通化でき2台のLNBを使用した場合に比べ大幅な部品点数の削減が可能である。
【0049】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、1本の同軸ケーブルで2個のフィードホーンの信号の選択と水平・垂直偏波信号の選択と右旋・左旋偏波信号の選択および水平・垂直偏波信号のスキュー動作を行わせることができ、工事の簡単なアンテナユニットを提供することができる。
【0050】
また、アンテナユニットとインドアシステムの間に2つの衛星からの信号の選択用入力切替器が不必要となると共にLNBをアンテナに取り付ける機構が簡単になり、コストパフォーマンス性に富んだアンテナユニットを提供することができ、2台のLNBを用いた従来のものに比べ部品点数の削減が図れ、量産性かつ信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す傾視図である。
【図2】本発明の第1の実施形態のブロック図である。
【図3】本発明に用いる電子式ポーラライザーを制御するためのパルス信号の波形図である。
【図4】本発明に用いる電子式ポーラライザーの特性図である。
【図5】本発明の第2の実施形態のブロック図である。
【図6】従来の衛星放送受信システムのブロック図である。
【図7】異なった衛星からの信号を受信する従来の衛星放送受信システムのブロック図である。
【図8】直線偏波を受信する場合のLNBとアンテナと受信信号の概念図である。
【図9】従来例(図8)により異なる衛星放送信号を受信する場合の概念図である。
【図10】2個の独立したNLBにより異なる放送の信号を受信する場合の概念図である。
【図11】図10の動作説明図である。
【符号の説明】
1 フェイズシフター
2 電子式ポーラライザー
3 円偏波受信用フィードホーン
4 直線偏波受信用フィードホーン
5 LNB
6 LNA
7 LNA
8 電源
9 コンパレータ
12 混合器
13 ローカル発振器
17 混合器
18 ローカル発振器
23 パルス検出器
24 電流制御回路
2−1 電子式ポーラライザー
4−1 直線偏波受信用フィードホーン
15−1 LNA
32 混合器
33 ローカル発振器
Claims (1)
- 単一の本体に第1及び第2のフィードホーンを備えた2入力フィードホーン付きLNBにおいて、
第1のフィードホーンを直線偏波受信用フィードホーンとし、該直線偏波受信用フィードホーン内には、供給される電流によって入射する直線偏波信号の偏波面を任意の角度だけ回転させ、かつその角度の微調整が可能な機能を持った電子式ポーラライザーを設け、
上記第2のフィードホーンを円偏波受信用フィードホーンとし、該円偏波受信用フィードホーン内には、円偏波信号を直線偏波信号に変換するフェイズシフターを設け、
円偏波受信用フィードホーンから出力される左旋信号及び右旋信号増幅用の第1及び第2のLNAと、LNBへの供給電圧値を予め定めた基準電圧と比較して、上記第1及び第2のLNAを選択的に作動させる制御信号を導出するコンパレータを設け、
第1及び第2のフィードホーンで受信した受信信号をそれぞれ中間周波数に変換する第1及び第2の混合器と第1及び第2のローカル発振器と、
直線偏波受信用フィードホーン内に設けた電子式ポーラライザーの電流量を制御する電流制御回路と、
直線偏波信号の受信時に電源回路に重畳されるパルス信号の有無とデューティ比を検出し、検出したデューティ比に応じて上記電流制御回路の出力電流量の指令を行うと共に上記パルス信号を検出したとき、直線偏波信号の受信回路に設けられた上記ローカル発振器を選択的に作動させるパルス検出器
を設けたことを特徴とする2入力フィードホーン付きLNB。
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