JP3781074B2

JP3781074B2 - Antenna device

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Publication number: JP3781074B2
Application number: JP17063497A
Authority: JP
Inventors: 善一吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1997-06-26
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2017-06-26
Also published as: JPH1117440A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星放送を受信するためのアンテナ装置に係わり、特に、複数の衛星からの電波を受信するためのアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、放送衛星(BS ;Broadcast Satellite) を用いた放送（以下、ＢＳ放送という。）や、通信衛星（CS ;Communications Satellite) を用いた放送（以下、ＣＳ放送という。）等の衛星放送が普及しつつある。このような衛星放送を受信するには、例えば放物面形状の反射鏡と、この反射鏡の焦点位置付近に配置された受信ユニットとからなるアンテナ装置が使用されるのが一般的である。ここで受信ユニットは、通常、反射鏡で集波された電波を後述の受信回路部に導く導波管としてのフィードホーンと、このフィードホーンによって導かれた電波を電気信号（受信信号）に変換すると共に、この受信信号に所定の処理（周波数変換や増幅等）を施して出力してＢＳチューナ等に供給する受信回路部とを含んで構成される。
【０００３】
図１８は、このようなフィードホーンの構造を簡略化して表すものである。この図で（ａ）はフィードホーンの側断面を表し、（ｂ）は正面からみた状態を表す。これらの図に示したように、このフィードホーンは、図示しない反射鏡側に向かって拡がる漏斗状の開口部１０１と、開口部１０１と一体に形成された円筒状の導波管１０２とから構成されている。このフィードホーンは、反射鏡の焦点Ｆが開口部１０１の中央部に一致するように配置されるようになっており、反射鏡で反射されて焦点Ｆに集波された電波が導波管１０２の内部を伝搬し、図の上側に配置される受信回路部（図示せず）の電波・電気信号変換部に向かうようになっている。
【０００４】
図１８に示したフィードホーンは、受信対象の衛星が１つであるシングルビームアンテナに用いられるものであるが、最近では、異なる位置に打ち上げられた複数の衛星からの放送電波を１台のアンテナ装置によって受信することを可能としたマルチビームアンテナも実用化されている。この種のマルチビームアンテナでは、反射鏡による各衛星からの電波の各集波位置に対応してそれぞれフィードホーンを配置すると共に、各フィードホーンごとに個別に受信回路部を設け、各衛星からの電波をそれぞれ独立に処理して屋内のチューナ部に送出するようになっている。ここで、１組のフィードホーンおよび受信回路部は一体化された受信ユニットとして構成されており、このような受信ユニットが受信ビーム数（受信対象の衛星の数）と同じ数だけ配置されるようになっている。
【０００５】
図１９は、２つの衛星からの放送電波を受信可能なデュアルビームアンテナに用いられるフィードホーン部の構造を簡略化して表すものである。この図で（ａ）はフィードホーン部の側断面を表し、（ｂ）は正面からみた状態を表す。このフィードホーン部は、図１８に示したものとほぼ同一構造の開口部１０１ａおよび導波管１０２ａからなるフィードホーン１０３ａと、これと同一構造のフィードホーン１０３ｂとから構成されている。フィードホーン１０３ａとフィードホーン１０３ｂとの間隔ｄ（各開口部の中心間距離）は、２つの衛星の軌道位置と、反射鏡の開口径および焦点距離に依存する。具体的には、２つの衛星が接近し、反射鏡の開口径が小さく、焦点距離が小さいほど、間隔ｄは小さくなる。
【０００６】
ところで、アンテナのＦ／Ｄ値（反射鏡の焦点距離と反射鏡の開口径との比）は、良好な受信感度を得るのに適したフィードホーンの開口径を定める要素となるが、設計・製作上の共通化や容易化を図る等の理由から、アンテナのサイズにかかわらず、ほぼ一定に設定されることが多い。具体的には、Ｆ／Ｄ値は、例えば０．５程度に設定されることが多いが、この場合には、フィードホーンの適切な開口径は３０ｍｍ程度となり、これより小さくても大きくても受信感度は良くならない。すなわち、通常一定とされるＦ／Ｄ値によって定まる最適な所定サイズの開口部をもつフィードホーンが必要である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来のマルチビームアンテナは、１つのフィードホーンと１つの受信回路部とを一組として一体に構成した受信ユニットを受信ビーム数と同じ数だけ配置することで構成されていた。このため、各アンテナ装置ごとに、受信ビーム数に応じた数の受信ユニットを作製しなければならず、フィードホーンや受信回路基板等の部品点数が多くなって装置構成が複雑化すると共に、コストの低減も困難であった。また、複数の受信ユニットを１つの反射鏡の各集波位置に対応させてできるだけ正確に配置し確実に固定する必要があることから、そのための位置決め機構や固定機構が個別に必要となり、装置が複雑化すると共に、設置作業も煩雑化せざるを得なかった。また、各フィードホーンごとに受信回路部が設けられていたので、受信回路部と屋内のＢＳチューナ部とを結ぶための同軸ケーブルが複数必要となり、配線が煩雑になるという問題もあった。
【０００８】
ところで、わが国における現状の住宅事情を考慮すると、あまりに大きい反射鏡を用いたアンテナ装置では設置スペースの確保が困難な場合も多いことから、より一層のコストダウンおよび普及を図るためにも、アンテナ装置を小型化する必要がある。
【０００９】
しかしながら、反射鏡を小さくすると、上記したようにフィードホーン間の距離ｄを小さくする必要が生じ、特に、２つの衛星が非常に接近している場合には、フィードホーン間の距離ｄをますます小さくしなければならなくなる。一方、必要な受信感度を確保するには、フィードホーンが上記したような所定サイズ（例えば開口径が３０ｍｍ程度）の開口部をもつことが要求される。このため、場合によっては、図２０に示したように、フィードホーンの開口部同士が干渉し合う（ぶつかり合う）可能性もある。この場合、２つのフィードホーンが相互に干渉し合わないようにするには、各フィードホーンの開口径を小さくすればよいが、これでは上記したように反射鏡により反射された電波を効率的に導波管内に導くことができず、受信感度を一定以上に保つことが困難となる。例えば、既に実用に供されているＪＣＳＡＴ−３（日本通信衛星３号）と、近々打ち上げが予定されているＪＣＳＡＴ−４（日本通信衛星４号）とを例にとると、両衛星の静止軌道位置の経度差が僅か４度という極めて接近したものであるため、これらの衛星からの電波を１台のアンテナ装置で受信するにはフィードホーンの開口径を相当小さくしなければならず、必要な受信感度を得ることが極めて困難となる。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、装置構成がシンプルでコスト低減が容易であり、しかも、設置時の作業性がよいアンテナ装置を提供することにある。また、本発明の第２の目的は、小型化を実現しつつ、複数の衛星からの電波を感度よく受信することができるアンテナ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は、複数の衛星からの電波を反射してそれぞれ異なる位置に集波する反射鏡と、反射鏡によって集波された電波の各集波位置に対応して互いに隣接するように配置されると共に各衛星からの電波の到来方向に向かって開いた傾斜面を有し、各衛星からの電波をそれぞれ集波する複数の開口部と、各開口部の、電波の到来方向とは反対側の端部にそれぞれ連結され、各開口部により集波された電波をそれぞれ伝搬させる筒状の複数の導波路と、各導波路の電波の到来方向とは反対側の端部に複数の導波路の伸延方向と直交するように設けられた共通の基板と、この基板の面の複数の導波路と対応する位置に形成され複数の導波路から供給される各電波をそれぞれ電気信号に変換する複数の電極パターンを有する変換部と、基板上に形成され、変換部の前記複数の電極パターンからの電気信号のいずれかを選択し、選択された電気信号に対して所定の信号処理を行う共通の受信回路部とを備えている。複数の導波路の相互間隔は複数の開口部の最大径よりも小さく、複数の開口部は相互に干渉する部分において隔壁を残して切り欠かれた状態に形成されている。
【００１２】
本発明のアンテナ装置では、反射鏡で反射されてそれぞれ異なる位置に集波した各衛星からの電波は、複数の導波路によってそれぞれ変換部に導かれ、ここで電気信号にそれぞれ変換される。変換された複数の電気信号は、受信回路部において選択されたのち、所定の信号処理が施される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の概略構成を表すものである。このアンテナ装置１は、例えば図１１に示したように、互いに接近した距離を保って赤道上に静止軌道を描く２つの衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波を受信するためのデュアルビームアンテナとして構成されたもので、例えば図１２に示したように、利用者の家屋の屋根上やベランダ等に設置されて使用されるものである。本実施の形態では、衛星Ｓ１，Ｓ２がＣＳ放送の電波を送出する通信衛星であるとして説明するが、これに限らず、ＢＳ放送の電波を送出する放送衛星であってもよい。ここで、ＣＳ放送では直線偏波が用いられ、ＢＳ放送では円偏波が用いられる。
【００１４】
図１に示したように、このアンテナ装置１は、受信ユニット１６によって電波が妨げられることのないオフセット型のアンテナ装置として構成されたもので、回転放物面の一部からなるパラボラ反射鏡１１と、アーム１２によってパラボラ反射鏡１１の焦点近傍に固定されたクランプ部１３と、クランプ部１３によって回転可能に保持された受信ユニット１６とを備えている。受信ユニット１６は、フィードホーン部１４と、このフィードホーン部１４と一体に形成された通常コンバータと呼ばれる受信回路部１５とを含んで構成されている。受信回路部１５の下部には、図示しないコネクタが配設され、ここに同軸ケーブル１７の一端側が接続されている。同軸ケーブル１７の他端側は屋内のチューナ（図示せず）に接続されている。ここで、パラボラ反射鏡１１が本発明における「反射鏡」に対応する。
【００１５】
パラボラ反射鏡１１の背面側には、パラボラ反射鏡１１の仰角を調整するための仰角調整機構２１が取り付けられている。この仰角調整機構２１は、円弧状の長孔２１ａに挿通された固定用ボルト２１ｂによって案内されながら固定用ボルト２１ｃを中心として仰角方向に回動可能であり、適当な仰角位置で固定用ボルト２１ｂ，２１ｃを締め付けることでパラボラ反射鏡１１をその位置に固定できるようになっている。仰角調整機構２１は、パラボラ反射鏡１１の方位角を調整するための方位角調整機構２２に取り付けられている。この方位角調整機構２２は、円弧状の長孔２２ａに挿通された固定用ボルト２２ｂによって案内されながら固定用ボルト２２ｃを中心として方位角方向に回動可能であり、適当な方位角位置で固定用ボルト２２ｂ，２２ｃを締め付けることでパラボラ反射鏡１１をその位置に固定できるようになっている。方位角調整機構２２は、本体部２３ａとこの本体部２３ａに対向して設けられた固定板２３ｂとを含んで構成された固定部２３に連結されている。そして、本体部２３ａと固定板２３ｂとの間にベランダの支柱等を挟み込んでボルト２３ｃ等で締めつけることにより、このアンテナ装置全体を上記のベランダの支柱等に取り付けることができるようになっている。
【００１６】
図２は図１におけるクランプ部１３および受信ユニット１６を拡大して表すものであり、図３は図２における矢印Ａの方向からみた状態を表すものであり、図４は図２における矢印Ｂの方向から見た状態を表すものである。なお、図３および図４ではキャップ１４４を装着した状態を示している。上記したように、受信ユニット１６は、フィードホーン部１４と受信回路部１５とを含んで構成されているが、このうち、フィードホーン部１４は、互いに平行に並んで隣接する２つの導波路１４０ａ，１４０ｂが形成されたフィードホーン本体部１４２と、フィードホーン本体部１４２の前側（パラボラ反射鏡１１に面する側）部分の周囲に形成されたリング部１４３と、フィードホーン本体部１４２およびリング部１４３の前面部を覆うためのキャップ１４４とを備えている。ここで、導波路１４０ａ，１４０ｂが本発明における「複数の導波路」に対応する。
【００１７】
導波路１４０ａ，１４０ｂの各前端部（パラボラ反射鏡１１に面する側）には、それぞれ、所定の開口面積を有する開口部１４１ａ，１４１ｂが形成されている。フィードホーン本体部１４２とリング部１４３とは、例えばアルミニウム等の金属ダイカストのように一体の導電体として形成される。但し、両者を別体で形成し、これを連結するようにしてもよい。フィードホーン本体部１４２は、クランプ部１３によって回転可能に保持されると共に、図示しない固定ねじによって任意の回転位置でクランプ部１３に対して固定されるようになっている。フィードホーン本体部１４２の回転中心軸は、開口部１４１ａ，１４１ｂの中点を通り、かつ導波路１４０ａ，１４０ｂの軸に平行な軸（以下、中点軸という。）である。
【００１８】
図３および図４に示したように、フィードホーン本体部１４２は、開口部１４１ａ，１４１ｂの中点位置とパラボラ反射鏡１１の焦点Ｆとが一致するように配置される。この状態で、図１３に示したように、衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波がそれぞれパラボラ反射鏡１１で反射され、フィードホーン部１４の開口部１４１ａ，１４１ｂの各中央部近傍にそれぞれ集波されるようになっている。なお、図１３は、このアンテナ装置の仰角および方位角を衛星Ｓ１，Ｓ２の方向に合わせた場合に、パラボラ反射鏡１１およびフィードホーン部１４を図１における矢印Ｄの方向から見た状態を簡略化して表すものである。
【００１９】
図５は図３においてキャップ１４４を取り外した状態でフィードホーン部１４を正面から見た状態を表し、図６は図５におけるＹＹ′断面を表し、図７は図５におけるＺＺ′断面を表すものである。これらの図に示したように、導波路１４０ａ，１４０ｂのうち、円筒状部分は互いに干渉することなく相互間隔（中心間距離）Ｌをもってそれぞれ円筒状に形成されている。一方、開口部１４１ａ，１４１ｂは、それぞれ、所定の傾斜度の傾斜面をもつ漏斗形状（円錐形状）の一部をなすように形成されているが、導波路１４０ａ，１４０ｂの相互間隔Ｌは開口部１４１ａ，１４１ｂの最大径φ（以下、単に開口径φという。）よりも小さく形成されているため、開口部１４１ａ，１４１ｂは相互に干渉する。このため、開口部１４１ａ，１４１ｂのうちの相互に干渉する部分は、隔壁１４６を残して、切り欠かれた状態に形成されている。
【００２０】
導波路１４０ａ，１４０ｂの相互間隔Ｌは、図１１〜図１３に示した衛星Ｓ１，Ｓ２の相対距離（正確には各衛星の静止位置の経度差）とパラボラ反射鏡１１の開口径および焦点距離等に依存し、衛星Ｓ１，Ｓ２の経度差が小さくなるほど、Ｌも小さくなる。例えば、衛星Ｓ２が東経１２８度に位置するＪＣＳＡＴ−３であり、衛星Ｓ１が近々打ち上げられて東経１２４度に位置する予定のＪＣＳＡＴ−４であるとすると、両者の経度差は僅か４度となる。ここで、パラボラ反射鏡１１の開口径を例えば４０ｃｍ程度と小型化し、その焦点距離を例えば２０ｃｍ程度にしたとすると、一般にＦ／Ｄと表記される焦点距離とアンテナ開口径との比は０．５程度となり、このときの導波路１４０ａ，１４０ｂの相互間隔Ｌは２２ｍｍ程度となる。一方、このような小型のパラボラ反射鏡１１によって必要な受信感度を得ようとすると、各開口部１４１ａ，１４１ｂの開口径φは２５ｍｍを越える必要があると考えられる。したがって、この場合には開口部１４１ａ，１４１ｂが互いに干渉し合うことになるが、両者の干渉部分をそれぞれ切り欠いて図５〜図７に示したような形状とすることで、間隔Ｌおよび開口径φに対する要求を同時に満たすことができ、接近した２つの衛星からの電波を小型のパラボラ反射鏡１１を用いて必要な感度で受信することが可能となる。
【００２１】
ここで、開口部１４１ａ，１４１ｂの開口径φの好適な選択例を挙げる。受信電波の周波数を例えば１２．２０ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚとし、間隔Ｌを例えば２１．７ｍｍとし、パラボラ反射鏡１１の開口径を例えば４０ｃｍとした場合において、開口部１４１ａ，１４１ｂの開口径φを２１ｍｍ，２５ｍｍ，２８ｍｍの３通りに設定して実験を行った。この結果、開口径φを２１ｍｍにした場合に比べて開口径φを２５ｍｍまたは２８ｍｍにした場合には、０．２ｄＢ〜０．３ｄＢ程度のゲイン（利得）の向上と、０．２ｄＢ〜０．４ｄＢ程度のノイズ低減効果とを得ることができ、両者を併せたＣ／Ｎ（キャリア／ノイズ）差は、０．４ｄＢ〜０．６ｄＢ程度向上した。ここで、開口径φが２５ｍｍの場合と２８ｍｍの場合とではＣ／Ｎ差はほぼ同じであったので、２つの開口部１４１ａ，１４１ｂの干渉量（切欠量）が少なく円形からの変形量が少なくて済む２５ｍｍの方を採用するのがより好適である。
【００２２】
リング部１４３は、衛星からの電波以外の他の方向から飛び込んでくるノイズ成分をキャンセルして開口部１４１ａ，１４１ｂから導波路１４０ａ，１４０ｂ内へノイズが侵入するのを防止するためのものである。図６に示したように、リング部１４３の内側の溝の深さＭは電波の波長の４分の１となるように形成される。このため、リング部１４３の外側に入射した電波Ｒ１によって生じた表面電流Ｉはリング部１４３の内側の溝を越える際に波長の２分の１の位相差を生じ、この電流が、溝の内側のフィードホーン本体部に入射する電波Ｒ２によって生ずる電流とキャンセルし合うのである。すなわち、このリング部１４３の存在によりノイズ成分が低減されて受信感度が向上する。
【００２３】
図２および図３に示したキャップ１４４は、非導電体（例えば、ＰＥ（ポリエチレン）やＡＥＳ（アクリル樹脂の一種）等の合成樹脂）で形成され、主として防水のために設けられるが、このほかに、電波の収束効果を上げるという目的のためにも使用される。例えば、キャップ１４４の全体を誘電正接（誘電率の損失正接；ｔａｎ（ε′／ε″）；但し、ε′，ε″はそれぞれ複素誘電率εの実部と虚部）の低い材質で形成すると共に、その内側部を開口部１４１ａ，１４１ｂの形状に合わせて突出させた形状に加工し、キャップ１４４をフィードホーン部１４に装着したときに上記の突出部が最適位置に配置されるように構成するのが好適である。この場合には、上記の突出部がいわばレンズとして作用し得るので、結果として開口部１４１ａ，１４１ｂの径が大きくなったのと等価となり、集波効果の向上により受信感度を上げることができる。
【００２４】
図８は図３の受信ユニット１６およびクランプ部１３におけるＸＸ′断面を拡大して表すものであり、図９は図４における矢印Ｃの方向から受信回路部１５を見た状態を表すものである。ここで、図８は図９におけるＸＸ′断面にも対応する。なお、図８では図３で示したキャップ１４４の図示を省略し、図９では図８に示した蓋板１５４の一部および遮蔽部材１５３の図示を省略し、図８および図９では図４に示した同軸ケーブル１７の図示を省略している。
【００２５】
図８および図９に示したように、受信回路部１５は、導電体からなる筐体１５１と、この筐体１５１内に収容された基板モジュール１５２と、この基板モジュール１５２の主要部を覆うようにして配設された導電体からなる遮蔽部材１５３と、筐体１５１を密封するための導電体からなる蓋板１５４とを有している。ここで、筐体１５１は、例えばアルミニウム等の金属ダイカストのようにフィードホーン本体部１４２と一体に形成されるが、これに限らず、両者を別体として形成し連結するようにしてもよい。
【００２６】
基板モジュール１５２の裏面側（電波が到来する側）には、接地用パターン１５２ａ（図９では図示せず）が形成され、フィードホーン本体部１４２の導波路１４０ａ，１４０ｂと一面に接している。基板モジュール１５２の表面側（電波の到来する面と反対側）には、導波路１４０ａ，１４０ｂの形状に対応してパターニングされた接地用パターン１５２ｂと、水平方向の直線偏波の受信電極としての水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２と、垂直方向の直線偏波の受信電極としての垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２とが形成されている。これらのパターンはいずれも、例えば銅箔等の薄膜導体で形成されている。但し、図８では、各パターンの厚さを実際よりも厚く描いている。
【００２７】
ここで、水平電極パターン１５２ｃ−１および垂直電極パターン１５２ｄ−１は、導波路１４０ａに対応して設けられた受信電極であり、このうち、水平電極パターン１５２ｃ−１は導波路１４０ａを伝播してきた水平方向の直線偏波を電気信号に変換し、垂直電極パターン１５２ｄ−１は導波路１４０ａを伝播してきた垂直方向の直線偏波を電気信号に変換するためのものである。一方、水平電極パターン１５２ｃ−２および垂直電極パターン１５２ｄ−２は導波路１４０ｂに対応して設けられた受信電極であり、このうち、水平電極パターン１５２ｃ−２は導波路１４０ｂを伝播してきた水平方向の直線偏波を電気信号に変換し、垂直電極パターン１５２ｄ−２は導波路１４０ｂを伝播してきた垂直方向の直線偏波を電気信号に変換するようになっている。ここで、水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２および垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２が本発明における「変換部」に対応する。
【００２８】
遮蔽部材１５３は、導波路１４０ａ，１４０ｂを伝播してきて基板モジュール１５２を透過した電波を遮断するためのもので、筐体１５１と同様に、例えばアルミニウム等の金属ダイカストにより形成され、基板モジュール１５２の表面側から接地用パターン１５２ｂのみと面接触するようにして、図示しないねじによって筐体１５１に固定されている。蓋板１５４は、筐体１５１内部を密閉して雨水の侵入を防止すると共に電磁遮蔽するためのもので、導電体により形成されている。
【００２９】
図１０は基板モジュール１５２の回路構成の概略を表すものである。この基板モジュール１５２は、主として受信信号の周波数変換と増幅とを行うコンバータと呼ばれる回路を搭載している。具体的には、電波を電気信号に変換するための４つの受信電極（水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２、および垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２）と、水平電極パターン１５２ｃ−１または垂直電極パターン１５２ｄ−１の一方を選択するように切り替えを行うスイッチ部１５６ａと、水平電極パターン１５２ｃ−２または垂直電極パターン１５２ｄ−２の一方を選択するように切り替えを行うスイッチ部１５６ｂと、スイッチ部１５６ａ，１５６ｂのいずれか一方の出力を選択するように切り替えを行うスイッチ部１５７と、スイッチ部１５７の出力端に接続された高周波増幅回路１５８と、高周波増幅回路１５８の出力端に接続された混合回路１５９と、混合回路１５９に所定の周波数の局部発振信号を供給する局部発振回路１６０と、混合回路１５９の出力端に接続された中間周波増幅回路１６１とを備えている。
【００３０】
中間周波増幅回路１６１の出力端は、同軸ケーブル１７（図４等）が接続されるコネクタ１５５に接続されている。また、この基板モジュール１５２は、同軸ケーブル１７からコネクタ１５５を介して供給される直流電圧（例えば１５Ｖ程度）を基に、上記の各回路に安定した電力を供給する安定化電源１６２が設けられている。ここで、基板モジュール１５２のうち、水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２および垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２を除く部分が、主として、本発明における「受信回路部」に対応する。
【００３１】
スイッチ部１５６ａ，１５６ｂ，１５７は、それぞれ、図示しない制御部からの切替信号に応じて切替動作を行うことにより、上記した４つの受信電極のいずれか１つを選択して高周波増幅回路１５８と接続するようになっている。なお、上記の制御部は、例えば、屋内に配設されたチューナ（図示せず）から同軸ケーブル１７を介して送られてきた受信偏波選択命令に応じて上記の切替信号を出力するようになっている。高周波増幅回路１５８は、水平電極パターン１５２ｃ−１等において受信した例えば１２ＧＨｚ帯の高周波信号をそのまま増幅するための回路で、例えばＧａＡｓ−ＦＥＴ（ガリウム砒素電界効果トランジスタ）等のような非常に低雑音の増幅素子を用いて構成されている。混合回路１５９は、高周波増幅回路１５８で増幅された例えば１２ＧＨｚ帯の高周波信号と局部発振回路１６０から供給された例えば１１ＧＨｚ帯の局部発振信号とをヘテロダイン検波して、同軸ケーブル１７によって伝送可能な周波数帯である例えば１ＧＨｚ帯の中間周波数信号（ＩＦ信号）を出力するようになっている。受信した高周波信号の周波数を例えば１２．２５ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚとし、局部発振信号の周波数を例えば１１．２ＧＨｚとすると、ＩＦ信号の周波数は１．０５ＧＨｚ〜１．５５ＧＨｚとなる。中間周波増幅回路１６１は、混合回路１５９から出力されたＩＦ信号に対し、同軸ケーブル１７を伝送する際の信号減衰を補償し図示しないチューナのノイズ指数に起因する画質劣化を低減するために必要なレベルまで、増幅を行う。
【００３２】
次に、以上のような構成のアンテナ装置の作用および動作を説明する。
【００３３】
まず、図１１〜図１５を参照して、このアンテナ装置の調整方法を説明する。この調整には、フィードホーン部１４と受信回路部１５とを一体化して構成した受信ユニット１６の回転角の調整と、パラボラ反射鏡１１および受信ユニット１６を含むアンテナ装置全体の仰角の調整と、このアンテナ装置全体の方位角の調整とがある。ここではまず、受信ユニット１６の回転角の調整が必要な理由、およびその調整方法を説明する。
【００３４】
今、受信対象の衛星が図１１および図１２に示した２つの衛星Ｓ１，Ｓ２であるとする。ここで、上記したように、例えば衛星Ｓ２が赤道上空３６０００ｋｍの高さで東経１２８度に静止軌道をもつＪＣＳＡＴ−３であり、衛星Ｓ１が赤道上空３６０００ｋｍの高さで東経１２４度に静止軌道をもつＪＣＳＡＴ−４であるとすると、例えば東経約１４０度の東京においては、これらの衛星Ｓ１，Ｓ２は、図１２に示したように南西の空に静止しているように見える。これらの衛星は共に赤道上に位置するので、２つの衛星の中点（ここでは東経１２６度）を通る経線上の地点から２つの衛星を見た場合には、各衛星の仰角（水平線を基準とした見かけ上の高度角）は等しくなるが、上記した中点を通る経線上にない地点から見ると、図１２および図１４に示したように、２つの衛星Ｓ１，Ｓ２の仰角β１，β２は等しくはなく、しかも観測地点の緯度や経度によって両者の仰角差（β２−β１）は変化する。具体的にいうと、２つの衛星Ｓ１，Ｓ２の中点を通る経線から離れれば離れるほど仰角差は拡大する方向に変化する。より具体的には、図１２に示したように、アンテナ装置の設置地点の経度（ここでは１４０度）により近い経度に位置する衛星Ｓ２の仰角は、より遠い経度に位置する衛星Ｓ１の仰角よりも大きい。言い換えると、衛星Ｓ１よりも衛星Ｓ２のほうが高い位置に見えるのである。したがって、例えば日本国内の各地でアンテナ装置を設置する場合には、設置地点における２つの衛星Ｓ１，Ｓ２の仰角差に応じてパラボラ反射鏡１１による各衛星からの電波の集波位置も変化することとなるので、最良の受信感度を得るには、実際の各集波位置に受信ユニット１６の２つの開口部１４１ａ，１４１ｂをそれぞれ合わせ込む必要があるのである。
【００３５】
そこで、このような実際の各集波位置と開口部１４１ａ，１４１ｂとの合わせ込みを行うべく、本実施の形態に係るアンテナ装置では、クランプ部１３によってフィードホーン部１４を含む受信ユニット１６全体を中点軸を中心として回転可能に保持すると共に、フィードホーン部１４を回転させることによって各集波位置に開口部１４１ａ，１４１ｂの各中央部をそれぞれ合わせ込んだ状態で、図示しない固定ねじ等によりフィードホーン部１４をクランプ部１３に固定できるようにしている。この場合のフィードホーン部１４の回転角は、アンテナ装置の設置地点の主として経度により定まるので、予めフィードホーン部１４の周囲に設置地点ごとの回転角を目盛っておき、利用者はこの目盛りに従って受信ユニット１６の回転調整を行うようにすればよい。
【００３６】
図１５は、図１２に示した衛星Ｓ１，Ｓ２に対して受信ユニット１６の回転調整を行った後の状態を表すものである。なお、この図はパラボラ反射鏡１１の側から受信ユニット１６を見た状態を示している。この例では、パラボラ反射鏡１１の焦点Ｆを通る中点軸を中心として、受信ユニット１６全体（すなわちフィードホーン部１４）を水平方向から角度α（以下、回転調整角αという。）だけ時計方向に回転させた位置に調整されている。
【００３７】
例えば、アンテナ装置の設置地点が東経約１４０度の東京の場合には、衛星Ｓ１，Ｓ２（ここではＪＣＳＡＴ−４，ＪＣＳＡＴ−３）に対する仰角β１，β２（図１４）はそれぞれ約４５．３度，４６．７度となり、この場合の仰角差（β２−β１）は約１．４度となる。この仰角差の存在により、衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波のパラボラ反射鏡１１による集波位置Ｐ１，Ｐ２が上下にずれることとなるが、この場合、中点軸を中心として受信ユニット１６を約１８度だけ時計方向に回転すると、各集波位置Ｐ１，Ｐ２が各開口部１４１ａ，１４１ｂのそれぞれほぼ中央にくるようになる。すなわち、東京においては受信ユニット１６の回転調整角αは約１８度となる。
【００３８】
このようにして受信ユニット１６の回転角の調整を行ったのち、今度はアンテナ装置の仰角および方位角の調整を行う。このアンテナ装置の仰角の調整は、図１における仰角調整機構２１によって行う。すなわち、仰角調整機構２１の円弧状の長孔２１ａに挿通された固定用ボルト２１ｂと回転中心となる固定用ポルト２１ｃとを緩めて、パラボラ反射鏡１１を設置地点の緯度や経度に応じて予め定められた仰角位置にまで動かし、そこで固定用ボルト２１ｂ，２１ｃを締めることでパラボラ反射鏡１１を固定する。また、このアンテナ装置の方位角の調整は、図１における方位角調整機構２２によって行う。すなわち、方位角調整機構２２の円弧状の長孔２２ａに挿通された固定用ボルト２２ｂと回転中心となる固定用２２ｃとを緩めて、パラボラ反射鏡１１を設置地点の経度に応じて予め定められた方位角位置にまで動かし、そこで固定用ボルト２２ｂ，２２ｃを締めることでパラボラ反射鏡１１を固定する。そして、さらに、この状態で実際に電波を受信し、その受信状態が最良となるように仰角および方位角の微調整を行う。
【００３９】
次に、このアンテナ装置の動作を簡単に説明する。
【００４０】
衛星Ｓ１，Ｓ２からそれぞれ送出された高周波のＣＳ放送波は、図１３に示したようにパラボラ反射鏡１１で反射されてフィードホーン部１４の開口部１４１ａ，１４１ｂの各中央部付近にそれぞれ集波され、さらに、導波路１４０ａ，１４０ｂによって図８の基板モジュール１５２へと導かれる。この場合、衛星Ｓ１，Ｓ２から送出されるＣＳ放送波は、水平方向および垂直方向の２種類の偏波である。
【００４１】
さて、基板モジュール１５２に到達した高周波の電波は、この基板モジュール１５２の表面側に設けられた水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２，垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２によって高周波の電気信号に変換され、図１０に示した高周波増幅回路１５８に選択的に入力される。このとき、上記の４つ電極パターンからの信号のうちのいずれを高周波増幅回路１５８に入力するかについては、図示しない制御部によってスイッチ部１５６ａ，１５６ｂ，１５７を切り替えることで選択する。
【００４２】
ところで、直線偏波の場合、その偏波方向は必ずしも水平または垂直方向と一致するものではなく、この偏波方向が水平または垂直方向となす角（以下、偏波角γという。）は受信地点の緯度および経度によってかなり変化する。例えば、衛星Ｓ１が東経１２４度に位置するＪＣＳＡＴ−４の場合、沖縄の那覇における偏波角γが約７．４度であるのに対し、東京における偏波角γは約２０．７度と大きい。また、衛星Ｓ２が東経１２８度に位置するＪＣＳＡＴ−３の場合、沖縄の那覇での偏波角γが約０．６度であるのに対し、東京での偏波角γは約１５．９度と大きい。一方、図９に示した各受信電極パターン（水平電極パターン１５２ｃ−１，１５２ｃ−２，垂直電極パターン１５２ｄ−１，１５２ｄ−２）は、通常、アンテナの使用可能エリア（例えば日本国内）の中心付近の基準地点（例えば大阪）における受信電波の偏波角γに正確に合わせて作成される。したがって、仮に、この基準地点以外の地点で、受信ユニット１６の回転方向の傾きを一定（ここでは、大阪での方向と同じ）にして設置したとすると、図９に示したように、受信地点に応じて、受信電極パターンと偏波方向との間（例えば、垂直電極パターン１５２ｄ−１の方向と受信電波の垂直偏波方向Ｈとの間）に、その受信地点に固有の偏波角の差（以下、偏波角変化量Δγという。）が生じることとなり、効率的な電波・電気信号変換ができなくなってゲインが低下する。特に、使用可能エリアの境界近くの領域（例えば、北海道や九州等）においては偏波角変化量Δγが大きくなり、受信感度が極端に悪化する。
【００４３】
ここで、注目すべきことは、上記の基準地点（例えば大阪）での受信電波の偏波方向と、受信可能エリア内における他の地点（例えば東京）での受信電波の偏波方向との差（すなわち、上記した偏波角変化量Δγ）は、上記の基準地点におけるフィードホーン部１４の回転調整角α（図１５）と、受信地点におけるフィードホーン部１４の回転調整角αとの差（以下、回転角変化量Δαという。）にほぼ等しいことである。例えば、２つの衛星Ｓ１，Ｓ２からの電波の偏波角γは、大阪ではそれぞれ約１６．１度，１０．７度であり、東京ではそれぞれ約２０．７度，１５．９度であるから、各衛星についての偏波角変化量Δγは、それぞれ約４．６度，５．２度となる。一方、フィードホーン部１４の回転調整角αは、大阪では約１３．４度であり、東京では約１８．３度であるから、回転角変化量Δαは約４．９度となる。すなわち、偏波角変化量Δγと回転角変化量Δαとはほぼ等しくなる。したがって、図１５に示したように、フィードホーン部１４を受信地点の緯度や経度によって定まる適正な回転調整角αだけ回転させる調整を行った場合には、それと同時に、偏波角変化量Δγの補正も自動的に行われるのである。このため、上記したような偏波誤差に起因するゲインの劣化は殆ど発生せず、また、目的の偏波方向と交差する方向の偏波の混入による不要な受信信号レベルを低減でき、目的のチャネルに関して良好な受信感度を確保することができる。なお、フィードホーン部１４の適正な回転角αと偏波角γとは厳密には一致せず、両者の差は受信地点によって多少変化するものの、その差の範囲は、日本国内の主要地域では１度以下であるので、実際上、問題にはならない。
【００４４】
さて、このようにして高周波増幅回路１５８に入力された高周波受信信号は、ここでその周波数のまま増幅されて混合回路１５９に入力される。混合回路１５９は、高周波増幅回路１５８で増幅された高周波信号と局部発振回路１６０から供給された局部発振信号とをヘテロダイン検波して、その差分周波数をもつＩＦ信号を出力し、中間周波増幅回路１６１に入力する。中間周波増幅回路１６１は、混合回路１５９から出力されたＩＦ信号を必要なレベルまで増幅する。こうして増幅されたＩＦ信号は、同軸ケーブル１７を経由して屋内のチューナ（図示せず）に送られ、図示しないテレビジョン受像機における画面表示に供される。
【００４５】
以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置では、２つの導波路１４０ａ，１４０ｂを有するフィードホーン部１４と受信回路部１５とを一体として１つの受信ユニット１６を構成したので、従来のようにアンテナ装置ごとに受信ビーム数に応じた数の受信ユニットを用意する必要がなく、単一の受信ユニット１６のみを用意すればよい。このため、部品点数が少なくなり、装置構成が簡略化する。また、複数の受信ユニットの各々を１つの反射鏡の各集波位置に対応させて配置し固定する従来装置に対し、本アンテナ装置では単一の受信ユニット１６のみを用いるので、その位置決め機構や固定機構が簡単となり、設置作業も容易となる。さらに、２つの導波路１４０ａ，１４０ｂに対応して共通の受信回路部１５を設け、これらの導波路１４０ａ，１４０ｂからの受信信号を適宜切り替えて受信回路部１５で処理するようにしたので、受信ユニット１６と屋内のチューナ部とを結ぶための同軸ケーブルが１本で足り、配線も簡単となる。また、リング部１４３を設けたことにより、ノイズの低減が可能となる。
【００４６】
また、本実施の形態に係るアンテナ装置では、導波路１４０ａ，１４０ｂの各開口部１４１ａ，１４１ｂが互いに干渉し合う場合には、両者の干渉部分を切り欠くようにして開口部１４１ａ，１４１ｂを形成したので、両者の間隔Ｌを小さくすると同時にそれぞれの開口径φを大きくするという相反する要求を同時に満たすことができる。このため、小型のパラボラ反射鏡１１を用いた場合であっても、接近した２つの衛星からの各電波を効率よく分離してそれぞれ十分な感度で受信することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施の形態に係るアンテナ装置では、クランプ部１３により、フィードホーン部１４を含む受信ユニット１６全体を中点軸を中心として回転できるように保持することとしたので、アンテナ装置の設置地点に依存して変化する各衛星からの電波の集波位置と開口部１４１ａ，１４１ｂとの合わせ込みを容易に行うことができる。しかも、パラボラ反射鏡１１全体を回転するのでなく、受信ユニット１６の部分のみを回転させるようにしたので、最も重量のあるパラボラ反射鏡１１を回転可能に保持する機構が必要なくなり、強風に対する耐性が向上する。さらに、パラボラ反射鏡１１自体は常に基準位置にあるので、そこに描かれた文字記号等のデザインが傾いた状態で設置されるという外観上の不具合を解消することもできる。
【００４８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されず、その均等の範囲内で種々変更可能である。例えば、上記の実施の形態では、衛星Ｓ１，Ｓ２をＣＳ放送用の衛星として説明したが、本発明はこれに限定されず、ＢＳ放送用の衛星にも適用可能である。但し、このＢＳ放送では円偏波が用いられるので、この場合には図９に示した基板モジュール１５２に代えて、図１６に示したような受信電極パターン１５２ｅ−１，１５２ｅ−２を有する基板モジュール１５２′を用いる。この図で図９と同一部分には同一の符号を付す。この例では、導波路１４０ａ，１４０ｂにそれぞれ対応する受信電極パターン１５２ｅ−１，１５２ｅ−２を、垂直方向からそれぞれ＋／−方向に所定の角度（例えば４５度）ずつ傾いた方向に延びるように形成し、また、接地用パターン１５２ｂ′を、上記の受信電極パターン１５２ｅ−１，１５２ｅ−２を避けるようにしてパターニングしている。その他の構成は図９の場合と同様である。
【００４９】
また、２つの衛星は同種の衛星（すなわち、ＣＳとＣＳ、またはＢＳとＢＳ）には限られず、異種衛星（すなわちＣＳとＢＳ）からの電波を受信可能なアンテナ装置を構成することも可能である。この場合には、基板モジュールのうち、ＣＳからの電波を受信する導波路に対応した部分には、例えば図９に示したような受信電極パターン（例えば水平電極パターン１５２ｃ−１および垂直電極パターン１５２ｄ−１の組）を形成し、ＢＳからの電波を受信する導波路に対応した部分には、例えば図１６に示したような受信電極パターン１５２ｅ−２等を形成すればよい。
【００５０】
また、上記の実施の形態では、２つの衛星からの電波を受信可能なデュアルビームアンテナ装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の衛星からの電波を受信可能なマルチビームアンテナ装置に適用することも可能である。例えば、赤道上空に互いに接近して等間隔に並ぶ３つの衛星からの電波を受信可能なトリプルビームアンテナ装置を構成する場合には、例えば図１７に示したように、それぞれの衛星からの電波を受信するための導波路１４０ａ′，１４０ｂ′，１４０ｃ′を直線上に並べて形成すると共に、それぞれの入り口に開口部１４１ａ′，１４１ｂ′，１４１ｃ′を形成し、それらの周囲にリング部１４３′を形成してフィードホーン部１４′を構成する。そして、３つの開口部１４１ａ′，１４１ｂ′，１４１ｃ′の配列方向の中点がパラボラ反射鏡１１の焦点Ｆに一致するようにしてフィードホーン部１４′を配置すると共に、上記した中点（焦点Ｆ）を通り導波路１４０ａ′，１４０ｂ′，１４０ｃ′に平行な軸を中心としてフィードホーン部１４′を回転できるように構成すればよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載のアンテナ装置によれば、反射鏡によって集波された複数の衛星からの各受信電波をそれぞれ変換部に導く複数の導波路と、変換部によって受信電波から変換された各電気信号のうちいずれか１つを選択し、選択した電気信号に対する所定の信号処理を行う受信回路部とを備えるようにしたので、従来のように導波路と受信回路部とを１対１で組み合わせたユニットを受信対象の衛星の数に応じた数だけ用意するという必要がなく、複数の導波路と受信回路部とを組み合わせたユニットを１つだけ用意すればよい。このため、部品点数が減少して装置構成を簡略化できると共に、反射鏡に対する各導波路の位置決め機構や固定機構が簡単となって設置作業が容易になるという効果がある。また、部品点数の減少等によりコスト低減を図ることができるという効果がある。また、実際の設置の際に必要なアンテナ装置と屋内のチューナとを結ぶためのケーブルが１本で足り、配線が簡単になるという効果もある。
【００５２】
また、各導波路が所定の受信感度を得るに足る開口面積をもつように形成すると共に、隣接する導波路と干渉する部分についてはこれを切り欠くようにして形成したので、導波路間隔の縮小と導波路の開口面積の確保という相反する要求を同時に満たすことができる。すなわち、小型の反射鏡を用いた場合であっても、接近した２つの衛星からの各電波を効率よく分離してそれぞれ十分な感度で受信することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置の全体を表す斜視外観図である。
【図２】図１のクランプ部および受信ユニットを拡大して表す斜視外観図である。
【図３】クランプ部および受信ユニットの正面図である。
【図４】クランプ部および受信ユニットの側面図である。
【図５】受信ユニットにおけるフィードホーン部の正面図である。
【図６】受信ユニットにおけるフィードホーン部の一部断面図である。
【図７】受信ユニットにおけるフィードホーン部の他の一部断面図である。
【図８】クランプ部および受信ユニット全体の断面図である。
【図９】受信ユニットの背面図である。
【図１０】受信ユニット内の基板モジュールの回路構成を表すブロック図である。
【図１１】衛星の静止軌道を表す説明図である。
【図１２】地上からみた衛星の位置を表す説明図である。
【図１３】２つの衛星からの電波がパラボラ反射鏡によってフィードホーン部に集波される様子を説明するための説明図である。
【図１４】２つの衛星の仰角差を説明するための説明図である。
【図１５】受信ユニットを回転調整した状態を表す図である。
【図１６】受信ユニットにおける基板モジュールの他の構成例を表す背面図である。
【図１７】受信ユニットにおけるフィードホーン部の他の構成例を表す正面図である。
【図１８】シングルビームアンテナに用いられるフィードホーンの構造を簡略化して表す構造図である。
【図１９】デュアルビームアンテナに用いられるフィードホーンの構造を簡略化して表す構造図である。
【図２０】近接した２つの衛星からの電波を受信するために小型のデュアルビームアンテナを構成する場合の問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１…パラボラ反射鏡、１２…アーム、１３…クランプ部、１４…フィードホーン部、１５…受信回路部、１６…受信ユニット、１７…同軸ケーブル、２１…仰角調整機構、２２…方位角調整機構、２３…固定部、１４０ａ，１４０ｂ、１４０ａ′，１４０ｂ′，１４０ｃ′…導波路、１４１ａ，１４１ｂ，１４１ａ′，１４１ｂ′，１４１ｃ′…開口部、１４２…フィードホーン本体部、１４３…リング部、１４４…キャップ、１５１…筐体、１５２…基板モジュール、１５２ｃ−１，１５２ｃ−２…水平電極パターン、１５２ｄ−１，１５２ｄ−２…垂直電極パターン、１５２ｅ−１，１５２ｅ−２…受信電極パターン、１５３…遮蔽部材、１５４…蓋板、Ｓ１，Ｓ２…衛星[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device for receiving satellite broadcasting, and more particularly to an antenna device for receiving radio waves from a plurality of satellites.
[0002]
[Prior art]
In recent years, satellite broadcasting such as broadcasting using a broadcasting satellite (BS) (hereinafter referred to as BS broadcasting) and broadcasting using a communication satellite (CS: Communications Satellite) (hereinafter referred to as CS broadcasting) has become widespread. I am doing. In order to receive such a satellite broadcast, for example, an antenna device including a parabolic reflecting mirror and a receiving unit arranged near the focal position of the reflecting mirror is generally used. Here, the receiving unit usually converts a feed horn as a waveguide that guides the radio waves collected by the reflecting mirror to the receiving circuit section described later, and converts the radio waves guided by the feed horn into electrical signals (reception signals). In addition, a reception circuit unit that performs predetermined processing (frequency conversion, amplification, etc.) on the received signal and outputs the received signal is supplied to a BS tuner or the like.
[0003]
FIG. 18 shows a simplified structure of such a feed horn. In this figure, (a) represents a side cross section of the feed horn, and (b) represents a state seen from the front. As shown in these drawings, the feed horn includes a funnel-shaped opening 101 that expands toward a reflecting mirror (not shown), and a cylindrical waveguide 102 that is formed integrally with the opening 101. Has been. The feed horn is arranged so that the focal point F of the reflecting mirror coincides with the central portion of the opening 101, and the radio wave reflected by the reflecting mirror and collected at the focal point F is the waveguide 102. Is directed to a radio wave / electrical signal conversion unit of a receiving circuit unit (not shown) arranged on the upper side of the figure.
[0004]
The feed horn shown in FIG. 18 is used for a single beam antenna having a single satellite to be received, but recently, broadcast waves from a plurality of satellites launched at different positions are used as a single antenna. A multi-beam antenna that can be received by a device has also been put into practical use. In this type of multi-beam antenna, a feed horn is arranged corresponding to each collecting position of radio waves from each satellite by a reflector, and a receiving circuit unit is provided for each feed horn, Each radio wave is processed independently and sent to an indoor tuner. Here, the pair of feed horns and the receiving circuit unit are configured as an integrated receiving unit, and such receiving units are arranged in the same number as the number of received beams (the number of satellites to be received). It has become.
[0005]
FIG. 19 shows a simplified structure of a feed horn unit used in a dual beam antenna capable of receiving broadcast radio waves from two satellites. In this figure, (a) represents the side cross section of the feed horn part, and (b) represents the state seen from the front. This feed horn section is composed of a feed horn 103a having an opening 101a and a waveguide 102a having substantially the same structure as that shown in FIG. 18, and a feed horn 103b having the same structure. The distance d (distance between the centers of the openings) between the feed horn 103a and the feed horn 103b depends on the orbital positions of the two satellites, the aperture diameter and the focal length of the reflecting mirror. Specifically, the distance d decreases as the two satellites approach each other, the aperture diameter of the reflecting mirror is smaller, and the focal length is smaller.
[0006]
Incidentally, the F / D value of the antenna (ratio between the focal length of the reflecting mirror and the opening diameter of the reflecting mirror) is an element that determines the opening diameter of the feed horn suitable for obtaining good reception sensitivity. In many cases, it is set to be almost constant regardless of the size of the antenna for reasons of commonality and simplification in production. Specifically, the F / D value is often set to about 0.5, for example, but in this case, the appropriate opening diameter of the feed horn is about 30 mm, which may be smaller or larger. Reception sensitivity does not improve. That is, there is a need for a feed horn having an opening of an optimal predetermined size determined by an F / D value that is normally constant.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional multi-beam antenna is configured by arranging the same number of reception units as the number of reception beams, in which one feed horn and one reception circuit unit are integrally formed as one set. For this reason, the number of receiving units corresponding to the number of received beams must be produced for each antenna device, which increases the number of components such as the feed horn and the receiving circuit board, complicates the device configuration, and reduces the cost. It was also difficult to reduce this. In addition, since it is necessary to arrange and securely fix a plurality of receiving units as accurately as possible in correspondence with the respective collecting positions of one reflecting mirror, a positioning mechanism and a fixing mechanism for that purpose are required individually, and the device is In addition to complexity, installation work has to be complicated. In addition, since a receiving circuit unit is provided for each feed horn, a plurality of coaxial cables for connecting the receiving circuit unit and the indoor BS tuner unit are required, and there is a problem that wiring becomes complicated.
[0008]
By the way, in consideration of the current housing situation in Japan, it is often difficult to secure an installation space with an antenna device using an excessively large reflector. Therefore, in order to further reduce the cost and spread the antenna device It is necessary to reduce the size.
[0009]
However, if the reflector is made smaller, it will be necessary to reduce the distance d between the feed horns as described above, especially if the two satellites are very close together. You have to make it smaller. On the other hand, in order to ensure the required reception sensitivity, the feed horn is required to have an opening of a predetermined size (for example, an opening diameter of about 30 mm) as described above. For this reason, as shown in FIG. 20, there is a possibility that the openings of the feed horns interfere with each other (collision). In this case, in order to prevent the two feed horns from interfering with each other, it is only necessary to reduce the opening diameter of each feed horn. However, as described above, the radio waves reflected by the reflecting mirror can be efficiently transmitted as described above. It cannot be guided into the waveguide, and it becomes difficult to keep the reception sensitivity above a certain level. For example, taking JCSAT-3 (Nippon Communication Satellite No. 3) already in practical use and JCSAT-4 (Nippon Communication Satellite No. 4), which will be launched soon, as an example, the geostationary orbits of both satellites Since the longitude difference of the position is very close to only 4 degrees, in order to receive radio waves from these satellites with a single antenna device, the aperture diameter of the feed horn must be considerably small, which is necessary. It becomes extremely difficult to obtain reception sensitivity.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems, and a first object of the invention is to provide an antenna device that has a simple device configuration, is easy to reduce costs, and has good workability during installation. . A second object of the present invention is to provide an antenna device capable of receiving radio waves from a plurality of satellites with high sensitivity while realizing miniaturization.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The antenna device of the present invention reflects a radio wave from a plurality of satellites and collects them at different positions, and is adjacent to each other corresponding to each wave collection position of the radio waves collected by the reflector. A plurality of openings that are arranged and have an inclined surface that opens toward the direction of arrival of radio waves from each satellite, and that collects the radio waves from each satellite, and the direction of arrival of radio waves at each opening. A plurality of cylindrical waveguides that are respectively connected to the opposite ends and propagate the radio waves collected by the openings, and a plurality of waveguides at the ends opposite to the arrival directions of the radio waves in the waveguides. A common substrate provided to be orthogonal to the extending direction of the waveguide, and each radio wave supplied from the plurality of waveguides formed at positions corresponding to the plurality of waveguides on the surface of the substrate is converted into an electric signal, respectively. A conversion unit having a plurality of electrode patterns, Is formed on the plate, select one of the electrical signals from the plurality of electrode patterns of the conversion unit, and a common reception circuit unit for performing predetermined signal processing on selected electrical signals. DuplicateNumber of waveguides between each otherIsSmaller than the maximum diameter of multiple openingsTheMultiple openingsIs a phaseIt is formed in a state where it is notched with a partition wall in the part that interferes with each otherThe
[0012]
  In the antenna device of the present invention, the radio waves from the satellites reflected by the reflecting mirrors and collected at different positions are respectively guided to the converters by the plurality of waveguides, whereEach to electrical signalConverted.The converted electrical signals areIn the receiving circuitAfter being selectedPredetermined signal processing is performed.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an antenna apparatus according to an embodiment of the present invention. For example, as shown in FIG. 11, the antenna device 1 is configured as a dual beam antenna for receiving radio waves from two satellites S1 and S2 that draw a geostationary orbit on the equator while maintaining a distance close to each other. For example, as shown in FIG. 12, it is used by being installed on the roof of a user's house or on a veranda. In the present embodiment, the satellites S1 and S2 are described as communication satellites that transmit CS broadcast radio waves. However, the present invention is not limited thereto, and may be broadcast satellites that transmit BS broadcast radio waves. Here, linearly polarized waves are used in CS broadcasting, and circularly polarized waves are used in BS broadcasting.
[0014]
As shown in FIG. 1, the antenna device 1 is configured as an offset type antenna device in which radio waves are not disturbed by the receiving unit 16, and is a parabolic reflector 11 formed of a part of a rotating paraboloid. And a clamp part 13 fixed in the vicinity of the focal point of the parabolic reflector 11 by the arm 12 and a receiving unit 16 rotatably held by the clamp part 13. The receiving unit 16 includes a feed horn unit 14 and a receiving circuit unit 15 called a normal converter formed integrally with the feed horn unit 14. A connector (not shown) is disposed at the lower part of the receiving circuit unit 15, and one end side of the coaxial cable 17 is connected thereto. The other end of the coaxial cable 17 is connected to an indoor tuner (not shown). Here, the parabolic reflector 11 corresponds to the “reflector” in the present invention.
[0015]
An elevation angle adjusting mechanism 21 for adjusting the elevation angle of the parabolic reflector 11 is attached to the back side of the parabolic reflector 11. The elevation angle adjusting mechanism 21 can be rotated in the elevation direction around the fixing bolt 21c while being guided by the fixing bolt 21b inserted through the arc-shaped elongated hole 21a, and the fixing bolt 21b at an appropriate elevation angle position. , 21c can be used to fix the parabolic reflector 11 at that position. The elevation angle adjustment mechanism 21 is attached to an azimuth angle adjustment mechanism 22 for adjusting the azimuth angle of the parabolic reflector 11. The azimuth adjusting mechanism 22 is rotatable in the azimuth direction around the fixing bolt 22c while being guided by the fixing bolt 22b inserted through the arc-shaped elongated hole 22a, and is fixed at an appropriate azimuth position. The parabolic reflector 11 can be fixed at the position by tightening the bolts 22b and 22c. The azimuth angle adjusting mechanism 22 is connected to a fixing portion 23 that includes a main body portion 23a and a fixing plate 23b provided to face the main body portion 23a. The whole antenna device can be attached to the above-mentioned veranda support or the like by sandwiching a support post or the like between the main body 23a and the fixing plate 23b and tightening it with a bolt 23c or the like.
[0016]
2 shows an enlarged view of the clamp unit 13 and the receiving unit 16 in FIG. 1, FIG. 3 shows a state seen from the direction of arrow A in FIG. 2, and FIG. 4 shows the state of arrow B in FIG. It represents the state seen from the direction. 3 and 4 show a state in which the cap 144 is attached. As described above, the receiving unit 16 includes the feed horn unit 14 and the receiving circuit unit 15, and among these, the feed horn unit 14 includes two waveguides 140 a adjacent to each other in parallel. , 140b, a ring portion 143 formed around the front side (side facing the parabolic reflector 11) of the feed horn body portion 142, the feed horn body portion 142 and the ring portion. 143, and a cap 144 for covering the front surface portion of 143. Here, the waveguides 140a and 140b correspond to “a plurality of waveguides” in the present invention.
[0017]
Openings 141a and 141b having a predetermined opening area are formed at the front end portions (side facing the parabolic reflector 11) of the waveguides 140a and 140b, respectively. The feed horn body 142 and the ring 143 are formed as an integral conductor, such as a metal die cast such as aluminum. However, both may be formed separately and connected to each other. The feed horn main body 142 is rotatably held by the clamp 13 and is fixed to the clamp 13 at an arbitrary rotational position by a fixing screw (not shown). The rotation center axis of the feed horn main body 142 is an axis that passes through the midpoint of the openings 141a and 141b and is parallel to the axis of the waveguides 140a and 140b (hereinafter referred to as a midpoint axis).
[0018]
As shown in FIGS. 3 and 4, the feed horn main body 142 is disposed so that the midpoint position of the openings 141 a and 141 b and the focal point F of the parabolic reflector 11 coincide. In this state, as shown in FIG. 13, the radio waves from the satellites S1 and S2 are reflected by the parabolic reflector 11 and collected near the central portions of the openings 141a and 141b of the feed horn unit 14, respectively. It is like that. FIG. 13 is a simplified view of the parabolic reflector 11 and the feed horn unit 14 seen from the direction of arrow D in FIG. 1 when the elevation angle and azimuth angle of the antenna device are aligned with the directions of the satellites S1 and S2. It expresses.
[0019]
5 shows a state where the feed horn unit 14 is viewed from the front with the cap 144 removed in FIG. 3, FIG. 6 shows a YY 'section in FIG. 5, and FIG. 7 shows a ZZ' section in FIG. It is. As shown in these drawings, of the waveguides 140a and 140b, the cylindrical portions are formed in a cylindrical shape with a mutual interval (inter-center distance) L without interfering with each other. On the other hand, each of the openings 141a and 141b is formed so as to form a part of a funnel shape (conical shape) having an inclined surface with a predetermined inclination, but the mutual interval L between the waveguides 140a and 140b is an opening. Since the portions 141a and 141b are formed smaller than the maximum diameter φ (hereinafter simply referred to as the opening diameter φ), the openings 141a and 141b interfere with each other. For this reason, the portions of the openings 141a and 141b that interfere with each other are formed in a cut-out state leaving the partition wall 146.
[0020]
The mutual distance L between the waveguides 140a and 140b is the relative distance between the satellites S1 and S2 shown in FIGS. 11 to 13 (more precisely, the longitude difference between the stationary positions of the satellites), the aperture diameter and the focal length of the parabolic reflector 11. L becomes smaller as the longitude difference between the satellites S1 and S2 becomes smaller. For example, if satellite S2 is JCSAT-3 located at 128 degrees east longitude and satellite S1 is JCSAT-4 scheduled to be launched at 124 degrees east longitude, the longitude difference between them is only 4 degrees. . Here, if the aperture diameter of the parabolic reflector 11 is reduced to, for example, about 40 cm and the focal length thereof is, for example, about 20 cm, the ratio of the focal length generally expressed as F / D and the antenna aperture diameter is 0. The distance L between the waveguides 140a and 140b at this time is about 22 mm. On the other hand, in order to obtain the required reception sensitivity with such a small parabolic reflector 11, it is considered that the opening diameters φ of the openings 141a and 141b need to exceed 25 mm. Therefore, in this case, the openings 141a and 141b interfere with each other. However, the distance L and the opening can be reduced by notching the interference portions of the openings 141a and 141b. The requirement for the aperture φ can be satisfied at the same time, and radio waves from two approaching satellites can be received with the necessary sensitivity using the small parabolic reflector 11.
[0021]
Here, a preferred example of selecting the opening diameter φ of the openings 141a and 141b will be described. When the frequency of the received radio wave is, for example, 12.20 GHz to 12.75 GHz, the interval L is, for example, 21.7 mm, and the opening diameter of the parabolic reflector 11 is, for example, 40 cm, the opening diameter φ of the opening portions 141a, 141b is 21 mm. , 25 mm, and 28 mm, and the experiment was conducted. As a result, when the opening diameter φ is set to 25 mm or 28 mm compared to the case where the opening diameter φ is set to 21 mm, the gain (gain) is improved by about 0.2 dB to 0.3 dB, and 0.2 dB to 0. A noise reduction effect of about 4 dB can be obtained, and the C / N (carrier / noise) difference obtained by combining both is improved by about 0.4 dB to 0.6 dB. Here, since the C / N difference was almost the same when the opening diameter φ was 25 mm and 28 mm, the amount of interference (notch amount) between the two openings 141a and 141b was small, and the amount of deformation from the circle was small. It is more preferable to use the 25 mm which requires less.
[0022]
The ring portion 143 is for canceling noise components that enter from other directions than the radio waves from the satellite and preventing the noise from entering the waveguides 140a and 140b from the openings 141a and 141b. . As shown in FIG. 6, the depth M of the groove inside the ring portion 143 is formed to be a quarter of the wavelength of the radio wave. For this reason, when the surface current I generated by the radio wave R1 incident on the outside of the ring portion 143 exceeds the groove on the inner side of the ring portion 143, a phase difference of a half of the wavelength is generated. This cancels out the current generated by the radio wave R2 incident on the main body of the feed horn. That is, the presence of the ring unit 143 reduces noise components and improves reception sensitivity.
[0023]
The cap 144 shown in FIGS. 2 and 3 is formed of a non-conductive material (for example, a synthetic resin such as PE (polyethylene) or AES (a kind of acrylic resin)), and is provided mainly for waterproofing. It is also used for the purpose of increasing the convergence effect of radio waves. For example, the entire cap 144 is formed of a material having a low dielectric loss tangent (dielectric loss tangent; tan (ε ′ / ε ″); where ε ′ and ε ″ are the real part and the imaginary part of the complex dielectric constant ε, respectively). At the same time, the inner part is processed into a shape that protrudes in accordance with the shape of the openings 141a and 141b, and the protrusion is arranged at the optimum position when the cap 144 is attached to the feed horn part 14. It is preferable to configure. In this case, the protruding portion can act as a lens, which is equivalent to an increase in the diameters of the openings 141a and 141b. As a result, the receiving sensitivity can be increased by improving the collecting effect.
[0024]
FIG. 8 is an enlarged view of the XX ′ cross section of the receiving unit 16 and the clamp unit 13 of FIG. 3, and FIG. 9 is a view of the receiving circuit unit 15 viewed from the direction of arrow C in FIG. . Here, FIG. 8 also corresponds to the XX ′ section in FIG. 9. 8, the illustration of the cap 144 shown in FIG. 3 is omitted, the illustration of a part of the cover plate 154 and the shielding member 153 shown in FIG. 8 is omitted in FIG. 9, and FIG. The coaxial cable 17 shown in FIG.
[0025]
As shown in FIGS. 8 and 9, the receiving circuit unit 15 covers the casing 151 made of a conductor, the board module 152 accommodated in the casing 151, and the main part of the board module 152. The shielding member 153 made of a conductor and the lid plate 154 made of a conductor for sealing the casing 151 are provided. Here, the housing 151 is formed integrally with the feed horn main body 142, for example, like a metal die casting such as aluminum, but the present invention is not limited to this, and both may be formed separately and connected.
[0026]
A grounding pattern 152a (not shown in FIG. 9) is formed on the back side (the side from which radio waves arrive) of the substrate module 152, and is in contact with the waveguides 140a and 140b of the feed horn main body 142. On the surface side of the substrate module 152 (on the side opposite to the surface on which radio waves come), a grounding pattern 152b patterned corresponding to the shape of the waveguides 140a and 140b, and a horizontal linearly polarized wave receiving electrode Horizontal electrode patterns 152c-1 and 152c-2 and vertical electrode patterns 152d-1 and 152d-2 as receiving electrodes of linearly polarized waves in the vertical direction are formed. Each of these patterns is formed of a thin film conductor such as a copper foil. However, in FIG. 8, the thickness of each pattern is drawn thicker than actual.
[0027]
Here, the horizontal electrode pattern 152c-1 and the vertical electrode pattern 152d-1 are reception electrodes provided corresponding to the waveguide 140a, and among these, the horizontal electrode pattern 152c-1 has propagated through the waveguide 140a. The horizontal linearly polarized wave is converted into an electric signal, and the vertical electrode pattern 152d-1 is for converting the vertical linearly polarized wave propagated through the waveguide 140a into an electric signal. On the other hand, the horizontal electrode pattern 152c-2 and the vertical electrode pattern 152d-2 are reception electrodes provided corresponding to the waveguide 140b. Of these, the horizontal electrode pattern 152c-2 is the horizontal direction that has propagated through the waveguide 140b. Are converted into electric signals, and the vertical electrode pattern 152d-2 converts the vertical linearly polarized waves propagating through the waveguide 140b into electric signals. Here, the horizontal electrode patterns 152c-1 and 152c-2 and the vertical electrode patterns 152d-1 and 152d-2 correspond to the “conversion unit” in the present invention.
[0028]
The shielding member 153 is for blocking radio waves that have propagated through the waveguides 140a and 140b and transmitted through the substrate module 152. Like the housing 151, the shielding member 153 is formed by metal die casting such as aluminum, It is fixed to the casing 151 with screws (not shown) so as to be in surface contact with only the grounding pattern 152b from the front side. The cover plate 154 is for sealing the inside of the casing 151 to prevent intrusion of rainwater and for electromagnetic shielding, and is formed of a conductor.
[0029]
FIG. 10 shows an outline of the circuit configuration of the substrate module 152. The board module 152 is equipped with a circuit called a converter that mainly performs frequency conversion and amplification of the received signal. Specifically, four receiving electrodes (horizontal electrode patterns 152c-1, 152c-2 and vertical electrode patterns 152d-1, 152d-2) for converting radio waves into electrical signals, and a horizontal electrode pattern 152c-1 Alternatively, a switch unit 156a that switches so as to select one of the vertical electrode patterns 152d-1, and a switch unit 156b that switches so as to select either the horizontal electrode pattern 152c-2 or the vertical electrode pattern 152d-2, A switch unit 157 that performs switching so as to select one of the outputs of the switch units 156a and 156b, a high-frequency amplifier circuit 158 connected to the output terminal of the switch unit 157, and an output terminal of the high-frequency amplifier circuit 158 Mixing circuit 159 and a station for supplying local oscillation signal of a predetermined frequency to mixing circuit 159 An oscillation circuit 160, and an intermediate frequency amplifying circuit 161 connected to the output terminal of the mixing circuit 159.
[0030]
The output terminal of the intermediate frequency amplifier circuit 161 is connected to a connector 155 to which a coaxial cable 17 (FIG. 4 and the like) is connected. In addition, the board module 152 is provided with a stabilized power supply 162 that supplies stable power to the above circuits based on a DC voltage (for example, about 15 V) supplied from the coaxial cable 17 via the connector 155. Yes. Here, a portion of the substrate module 152 excluding the horizontal electrode patterns 152c-1 and 152c-2 and the vertical electrode patterns 152d-1 and 152d-2 mainly corresponds to the “receiving circuit unit” in the present invention.
[0031]
Each of the switch units 156a, 156b, and 157 selects one of the four reception electrodes and connects to the high-frequency amplifier circuit 158 by performing a switching operation according to a switching signal from a control unit (not shown). It is supposed to be. The control unit outputs the switching signal in accordance with a received polarization selection command sent from a tuner (not shown) disposed indoors via the coaxial cable 17, for example. It has become. The high frequency amplifier circuit 158 is a circuit for amplifying a 12 GHz band high frequency signal received in the horizontal electrode pattern 152c-1 or the like as it is, and has a very low noise such as a GaAs-FET (gallium arsenide field effect transistor). This amplifying element is used. The mixing circuit 159 performs heterodyne detection of, for example, a high frequency signal of 12 GHz band amplified by the high frequency amplifier circuit 158 and a local oscillation signal of, for example, 11 GHz band supplied from the local oscillation circuit 160, and a frequency that can be transmitted by the coaxial cable 17. For example, an intermediate frequency signal (IF signal) in a 1 GHz band, for example, is output. If the frequency of the received high frequency signal is, for example, 12.25 GHz to 12.75 GHz and the frequency of the local oscillation signal is, for example, 11.2 GHz, the frequency of the IF signal is 1.05 GHz to 1.55 GHz. The intermediate frequency amplifier circuit 161 is necessary to compensate for signal attenuation when the coaxial cable 17 is transmitted to the IF signal output from the mixing circuit 159 and to reduce image quality deterioration due to a noise figure of a tuner (not shown). Amplify to level.
[0032]
Next, the operation and operation of the antenna device configured as described above will be described.
[0033]
First, the adjustment method of this antenna apparatus will be described with reference to FIGS. For this adjustment, the adjustment of the rotation angle of the reception unit 16 configured by integrating the feed horn unit 14 and the reception circuit unit 15, the adjustment of the elevation angle of the entire antenna device including the parabolic reflector 11 and the reception unit 16, and There is adjustment of the azimuth angle of the whole antenna device. First, the reason why the rotation angle of the receiving unit 16 needs to be adjusted and the adjustment method will be described.
[0034]
Assume that the satellites to be received are the two satellites S1 and S2 shown in FIGS. Here, as described above, for example, the satellite S2 is JCSAT-3 having a geostationary orbit at 36000km above the equator and 128 degrees east longitude, and the satellite S1 has a geostationary orbit at 124 degrees east above 36000km above the equator. For example, in the case of Tokyo, which is about 140 degrees east longitude, these satellites S1 and S2 appear to be stationary in the southwestern sky as shown in FIG. Since these satellites are both located on the equator, when they are viewed from a point on the meridian passing through the midpoint of the two satellites (here, 126 degrees east longitude), the elevation angle of each satellite (referenced to the horizontal line) The elevation angles β1 and β2 of the two satellites S1 and S2 are as shown in FIGS. 12 and 14, when viewed from a point not on the meridian passing through the midpoint. Are not equal, and the elevation angle difference (β2−β1) varies depending on the latitude and longitude of the observation point. More specifically, as the distance from the meridian passing through the midpoint between the two satellites S1 and S2 increases, the elevation angle difference changes in the direction of expansion. More specifically, as shown in FIG. 12, the elevation angle of the satellite S2 located closer to the longitude (140 degrees in this case) of the antenna device installation point is higher than the elevation angle of the satellite S1 located farther longitude. Is also big. In other words, the satellite S2 looks higher than the satellite S1. Therefore, for example, when an antenna device is installed in various places in Japan, the collection position of radio waves from each satellite by the parabolic reflector 11 also changes according to the elevation angle difference between the two satellites S1 and S2 at the installation point. Therefore, in order to obtain the best reception sensitivity, it is necessary to align the two openings 141a and 141b of the reception unit 16 with each actual collection position.
[0035]
Therefore, in order to perform alignment between each actual collection position and the openings 141a and 141b, in the antenna device according to the present embodiment, the entire receiving unit 16 including the feed horn unit 14 is clamped by the clamp unit 13. While being held rotatably about the midpoint axis, by rotating the feed horn unit 14, the center portions of the openings 141a and 141b are respectively adjusted to the respective collecting positions by a fixing screw (not shown) or the like. The feed horn part 14 can be fixed to the clamp part 13. In this case, the rotation angle of the feed horn unit 14 is determined mainly by the longitude of the installation point of the antenna device. Therefore, the rotation angle for each installation point is prescaled around the feed horn unit 14, and the user follows the scale. The rotation of the receiving unit 16 may be adjusted.
[0036]
FIG. 15 shows a state after the rotation adjustment of the receiving unit 16 is performed on the satellites S1 and S2 shown in FIG. This figure shows a state in which the receiving unit 16 is viewed from the parabolic reflector 11 side. In this example, the entire receiving unit 16 (that is, the feed horn unit 14) is clockwise from the horizontal direction by an angle α (hereinafter referred to as a rotation adjustment angle α) around the midpoint axis passing through the focal point F of the parabolic reflector 11. It has been adjusted to the position rotated.
[0037]
For example, when the installation location of the antenna device is Tokyo, which is about 140 degrees east longitude, the elevation angles β1, β2 (FIG. 14) with respect to the satellites S1, S2 (here, JCSAT-4, JCSAT-3) are about 45.3 degrees. , 46.7 degrees, and the elevation angle difference (β2−β1) in this case is about 1.4 degrees. Due to the difference in elevation angle, the collection positions P1 and P2 of the radio waves from the satellites S1 and S2 by the parabolic reflector 11 are shifted up and down. In this case, the receiving unit 16 is moved to about 18 around the midpoint axis. When rotated clockwise by a certain degree, the respective collecting positions P1, P2 come to be approximately in the center of the respective openings 141a, 141b. That is, in Tokyo, the rotation adjustment angle α of the receiving unit 16 is about 18 degrees.
[0038]
After adjusting the rotation angle of the receiving unit 16 in this way, the elevation angle and azimuth angle of the antenna device are adjusted next time. The elevation angle of this antenna device is adjusted by the elevation angle adjustment mechanism 21 in FIG. That is, the fixing bolt 21b inserted through the arc-shaped elongated hole 21a of the elevation angle adjusting mechanism 21 and the fixing port 21c serving as the rotation center are loosened, and the parabolic reflector 11 is previously set according to the latitude and longitude of the installation point. The parabolic reflector 11 is fixed by moving to a predetermined elevation position and tightening the fixing bolts 21b and 21c there. Further, the adjustment of the azimuth angle of the antenna device is performed by the azimuth angle adjustment mechanism 22 in FIG. That is, the fixing bolt 22b inserted into the arc-shaped elongated hole 22a of the azimuth adjusting mechanism 22 and the fixing 22c serving as the rotation center are loosened, and the parabolic reflector 11 is determined in advance according to the longitude of the installation point. The parabolic reflector 11 is fixed by moving it to the azimuth position and tightening the fixing bolts 22b and 22c there. Further, radio waves are actually received in this state, and the elevation angle and azimuth are finely adjusted so that the reception state is the best.
[0039]
Next, the operation of this antenna device will be briefly described.
[0040]
The high-frequency CS broadcast waves transmitted from the satellites S1 and S2 are reflected by the parabolic reflector 11 as shown in FIG. 13 and collected near the central portions of the openings 141a and 141b of the feed horn unit 14, respectively. Further, the light is guided to the substrate module 152 of FIG. 8 through the waveguides 140a and 140b. In this case, the CS broadcast waves transmitted from the satellites S1 and S2 are two types of polarized waves in the horizontal direction and the vertical direction.
[0041]
The high-frequency radio waves that have reached the substrate module 152 are converted into high-frequency electrical signals by the horizontal electrode patterns 152c-1 and 152c-2 and the vertical electrode patterns 152d-1 and 152d-2 provided on the surface side of the substrate module 152. And is selectively input to the high frequency amplifier circuit 158 shown in FIG. At this time, which of the signals from the above four electrode patterns is input to the high frequency amplifier circuit 158 is selected by switching the switch units 156a, 156b, and 157 by a control unit (not shown).
[0042]
By the way, in the case of linearly polarized waves, the polarization direction does not necessarily coincide with the horizontal or vertical direction, and an angle formed by the polarization direction with the horizontal or vertical direction (hereinafter referred to as a polarization angle γ) is a reception point. It varies considerably depending on the latitude and longitude. For example, in the case of JCSAT-4 where the satellite S1 is located at 124 degrees east longitude, the polarization angle γ in Naha, Okinawa is about 7.4 degrees, whereas the polarization angle γ in Tokyo is about 20.7 degrees. large. In the case of JCSAT-3 where the satellite S2 is located at 128 degrees east longitude, the polarization angle γ in Naha, Okinawa is about 0.6 degrees, whereas the polarization angle γ in Tokyo is about 15.9. Degree and big. On the other hand, each receiving electrode pattern (horizontal electrode patterns 152c-1, 152c-2, vertical electrode patterns 152d-1, 152d-2) shown in FIG. 9 is usually the center of an antenna usable area (for example, in Japan). It is created in accordance with the polarization angle γ of the received radio wave at a nearby reference point (for example, Osaka). Therefore, if the rotation direction of the receiving unit 16 is set to be constant (here, the same as the direction in Osaka) at a point other than the reference point, as shown in FIG. Accordingly, the polarization angle peculiar to the reception point is between the reception electrode pattern and the polarization direction (for example, between the direction of the vertical electrode pattern 152d-1 and the vertical polarization direction H of the received radio wave). A difference (hereinafter referred to as a polarization angle change amount Δγ) is generated, and efficient radio wave / electric signal conversion cannot be performed, resulting in a decrease in gain. In particular, in a region near the boundary of the usable area (for example, Hokkaido, Kyushu, etc.), the polarization angle change amount Δγ becomes large, and the reception sensitivity is extremely deteriorated.
[0043]
It should be noted here that the difference between the polarization direction of the received radio wave at the reference point (for example, Osaka) and the polarization direction of the received radio wave at another point (for example, Tokyo) within the receivable area. (That is, the polarization angle change amount Δγ described above is the difference between the rotation adjustment angle α of the feed horn unit 14 at the reference point (FIG. 15) and the rotation adjustment angle α of the feed horn unit 14 at the reception point ( Hereinafter, it is substantially equal to the rotation angle change amount Δα. For example, the polarization angles γ of radio waves from the two satellites S1 and S2 are about 16.1 degrees and 10.7 degrees in Osaka, respectively, and about 20.7 degrees and 15.9 degrees in Tokyo, respectively. The polarization angle change amount Δγ for each satellite is about 4.6 degrees and 5.2 degrees, respectively. On the other hand, since the rotation adjustment angle α of the feed horn unit 14 is about 13.4 degrees in Osaka and about 18.3 degrees in Tokyo, the rotation angle change amount Δα is about 4.9 degrees. That is, the polarization angle change amount Δγ and the rotation angle change amount Δα are substantially equal. Therefore, as shown in FIG. 15, when the feed horn unit 14 is adjusted to rotate by an appropriate rotation adjustment angle α determined by the latitude and longitude of the reception point, at the same time, the polarization angle change amount Δγ is changed. Correction is also performed automatically. For this reason, there is almost no gain degradation due to the polarization error as described above, and an unnecessary received signal level due to mixing of polarization in a direction crossing the target polarization direction can be reduced. Good reception sensitivity can be ensured for the channel. Note that the proper rotation angle α and polarization angle γ of the feed horn unit 14 do not exactly match each other, and the difference between the two varies slightly depending on the reception point. Since it is 1 degree or less, it is not actually a problem.
[0044]
Now, the high frequency received signal input to the high frequency amplifier circuit 158 in this way is amplified at the frequency and input to the mixing circuit 159. The mixing circuit 159 performs heterodyne detection of the high frequency signal amplified by the high frequency amplification circuit 158 and the local oscillation signal supplied from the local oscillation circuit 160, outputs an IF signal having the difference frequency, and outputs the intermediate frequency amplification circuit 161. To enter. The intermediate frequency amplifier circuit 161 amplifies the IF signal output from the mixing circuit 159 to a necessary level. The IF signal thus amplified is sent to an indoor tuner (not shown) via the coaxial cable 17 and used for screen display in a television receiver (not shown).
[0045]
As described above, in the antenna device according to the present embodiment, the feed horn unit 14 having the two waveguides 140a and 140b and the receiving circuit unit 15 are integrated to form one receiving unit 16, so that it is conventional. In addition, it is not necessary to prepare the number of receiving units corresponding to the number of received beams for each antenna device, and only a single receiving unit 16 needs to be prepared. For this reason, the number of parts is reduced, and the apparatus configuration is simplified. Further, in contrast to the conventional device in which each of the plurality of receiving units is arranged and fixed corresponding to each collecting position of one reflecting mirror, this antenna device uses only a single receiving unit 16, so The fixing mechanism becomes simple and the installation work becomes easy. Further, a common reception circuit unit 15 is provided corresponding to the two waveguides 140a and 140b, and the reception signals from these waveguides 140a and 140b are appropriately switched and processed by the reception circuit unit 15. One coaxial cable for connecting the unit 16 and the indoor tuner is sufficient, and wiring is simplified. Further, by providing the ring portion 143, noise can be reduced.
[0046]
Further, in the antenna device according to the present embodiment, when the openings 141a and 141b of the waveguides 140a and 140b interfere with each other, the openings 141a and 141b are formed so as to cut out the interference portions of both. Therefore, it is possible to simultaneously satisfy the conflicting demands of reducing the distance L between the two and simultaneously increasing the respective opening diameters φ. For this reason, even when the small parabolic reflector 11 is used, it is possible to efficiently separate the radio waves from the two close satellites and receive them with sufficient sensitivity.
[0047]
Furthermore, in the antenna device according to the present embodiment, the entire receiving unit 16 including the feed horn unit 14 is held by the clamp unit 13 so as to be able to rotate around the midpoint axis. It is possible to easily align the collection position of radio waves from each satellite that change depending on the apertures 141a and 141b. In addition, since the entire parabolic reflector 11 is not rotated, but only the receiving unit 16 is rotated, a mechanism for rotatably holding the heaviest parabolic reflector 11 is not required, and resistance to strong winds is eliminated. improves. Further, since the parabolic reflector 11 itself is always at the reference position, it is possible to eliminate the appearance defect that the design of the character symbols and the like drawn there is inclined.
[0048]
The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made within the equivalent range. For example, in the above-described embodiment, the satellites S1 and S2 have been described as CS broadcast satellites, but the present invention is not limited to this, and can also be applied to BS broadcast satellites. However, since circularly polarized waves are used in this BS broadcast, in this case, instead of the substrate module 152 shown in FIG. 9, substrates having receiving electrode patterns 152e-1 and 152e-2 as shown in FIG. Module 152 'is used. In this figure, the same parts as those in FIG. In this example, the receiving electrode patterns 152e-1 and 152e-2 respectively corresponding to the waveguides 140a and 140b extend in directions inclined by a predetermined angle (for example, 45 degrees) in the +/− direction from the vertical direction. In addition, the ground pattern 152b 'is patterned so as to avoid the reception electrode patterns 152e-1 and 152e-2. Other configurations are the same as those in FIG.
[0049]
In addition, the two satellites are not limited to the same type of satellites (ie, CS and CS, or BS and BS), and it is also possible to configure an antenna device that can receive radio waves from different types of satellites (ie, CS and BS). is there. In this case, a portion of the substrate module corresponding to the waveguide that receives radio waves from the CS has a receiving electrode pattern (for example, a horizontal electrode pattern 152c-1 and a vertical electrode pattern 152d as shown in FIG. 9). -1) and a portion corresponding to the waveguide that receives the radio wave from the BS may be formed with, for example, a reception electrode pattern 152e-2 as shown in FIG.
[0050]
In the above embodiment, the dual beam antenna apparatus capable of receiving radio waves from two satellites has been described. However, the present invention is not limited to this, and radio waves from three or more satellites are received. It is also possible to apply to a possible multi-beam antenna device. For example, when configuring a triple beam antenna apparatus capable of receiving radio waves from three satellites arranged at equal intervals close to each other over the equator, as shown in FIG. 17, for example, Waveguides 140a ′, 140b ′, 140c ′ for receiving are formed side by side on a straight line, and openings 141a ′, 141b ′, 141c ′ are formed at the respective entrances, and a ring portion 143 ′ is formed around them. The feed horn part 14 'is formed by forming. The feed horn portion 14 'is arranged so that the midpoint of the arrangement direction of the three openings 141a', 141b ', 141c' coincides with the focal point F of the parabolic reflector 11, and the above-described midpoint (focal point) The feed horn portion 14 'may be configured to rotate about an axis passing through F) and parallel to the waveguides 140a', 140b ', 140c'.
[0051]
【The invention's effect】
  Claims as described above1According to the described antenna device, any of a plurality of waveguides for guiding each reception radio wave from a plurality of satellites collected by the reflecting mirror to the conversion unit, and each electric signal converted from the reception radio wave by the conversion unit And a receiving circuit unit that performs predetermined signal processing on the selected electrical signal, so that a unit in which a waveguide and a receiving circuit unit are combined in a one-to-one manner as in the past is received. There is no need to prepare the number corresponding to the number of target satellites, and only one unit combining a plurality of waveguides and receiving circuit units may be prepared. For this reason, the number of parts can be reduced and the apparatus configuration can be simplified, and the positioning mechanism and the fixing mechanism of each waveguide with respect to the reflecting mirror can be simplified and installation work can be facilitated. Further, there is an effect that the cost can be reduced by reducing the number of parts. Further, only one cable is sufficient for connecting the antenna device necessary for actual installation to the indoor tuner, and the wiring is simplified.
[0052]
  Also,Each waveguide is formed so as to have an opening area sufficient to obtain a predetermined receiving sensitivity, and a portion that interferes with an adjacent waveguide is formed so as to be cut away. The conflicting requirements of securing the opening area of the waveguide can be satisfied at the same time. That is, even when a small reflector is used, there is an effect that it is possible to efficiently separate radio waves from two satellites that are close to each other and receive them with sufficient sensitivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective external view showing an entire antenna apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged perspective view of the clamp part and the receiving unit of FIG.
FIG. 3 is a front view of a clamp unit and a receiving unit.
FIG. 4 is a side view of a clamp unit and a receiving unit.
FIG. 5 is a front view of a feed horn section in the receiving unit.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a feed horn portion in the receiving unit.
FIG. 7 is another partial cross-sectional view of a feed horn portion in the receiving unit.
FIG. 8 is a cross-sectional view of the entire clamp unit and receiving unit.
FIG. 9 is a rear view of the receiving unit.
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of a board module in the receiving unit.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a geostationary orbit of a satellite.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the position of a satellite as seen from the ground.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining how radio waves from two satellites are collected on a feed horn unit by a parabolic reflector.
FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining an elevation angle difference between two satellites.
FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which the receiving unit is rotated and adjusted.
FIG. 16 is a rear view illustrating another configuration example of the substrate module in the receiving unit.
FIG. 17 is a front view illustrating another configuration example of the feed horn unit in the receiving unit.
FIG. 18 is a structural diagram showing a simplified structure of a feed horn used in a single beam antenna.
FIG. 19 is a structural diagram showing a simplified structure of a feed horn used in a dual beam antenna.
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining a problem when a small dual beam antenna is configured to receive radio waves from two adjacent satellites.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Parabolic reflector, 12 ... Arm, 13 ... Clamp part, 14 ... Feed horn part, 15 ... Reception circuit part, 16 ... Reception unit, 17 ... Coaxial cable, 21 ... Elevation angle adjustment mechanism, 22 ... Azimuth angle adjustment mechanism, 23 ... Fixed portion, 140a, 140b, 140a ', 140b', 140c '... Waveguide, 141a, 141b, 141a', 141b ', 141c' ... Opening portion, 142 ... Feed horn body portion, 143 ... Ring portion, 144 ... Cap, 151 ... Housing, 152 ... Substrate module, 152c-1, 152c-2 ... Horizontal electrode pattern, 152d-1, 152d-2 ... Vertical electrode pattern, 152e-1, 152e-2 ... Receive electrode pattern, 153 ... Shielding member, 154 ... Cover plate, S1, S2 ... Satellite

Claims

A reflector that reflects radio waves from multiple satellites and collects them at different positions;
Corresponding to each collecting position of the radio waves collected by the reflecting mirrors, and arranged so as to be adjacent to each other and having an inclined surface opened toward the arrival direction of the radio waves from each satellite, A plurality of openings for collecting each of the radio waves,
A plurality of cylindrical waveguides that are respectively connected to the ends of the openings opposite to the direction of arrival of radio waves and that propagate the radio waves collected by the openings;
A common substrate provided to be orthogonal to the extending direction of the plurality of waveguides at the end opposite to the arrival direction of the radio waves of each waveguide;
A converter having a plurality of electrode patterns that are formed at positions corresponding to the plurality of waveguides on the surface of the substrate and that convert each radio wave supplied from the plurality of waveguides into an electric signal;
A common receiving circuit unit that is formed on the substrate, selects any one of the electrical signals from the plurality of electrode patterns of the conversion unit, and performs predetermined signal processing on the selected electrical signal ; and
The interval between the plurality of waveguides is smaller than the maximum length of the plurality of openings,
The antenna device is characterized in that the plurality of openings are formed in a state of being cut out with a partition wall in a portion interfering with each other .