JP4417512B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に複数のアンテナの受信信号を合成するのに適したアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、複数のアンテナによって同一の電波を受信し、それら受信信号を合成することが行われている。この場合、複数のアンテナは、同一の位置に配置することができないので、各受信信号には位相差がある。この位相差を解消するために、基準となるアンテナ以外のアンテナの受信信号を可変位相器に供給し、この可変位相器を調整することによって、基準となるアンテナの受信信号との位相差を最小としてから、可変位相器の出力信号と基準となるアンテナの受信信号とを合成することが行われている。可変位相器の調整は、大型のアンテナの場合には、位相検出器や位相比較器を用いた自動制御で行われるが、小型の、例えば家庭用のアンテナでは、コストの問題から手動の可変位相器を使用して行われることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、手動の可変位相器を使用した場合には、調整に非常に手間がかかる。また、複数のアンテナの設置位置において、電波の到来方向が予め分かっている場合には、各アンテナの方位角を電波の到来方向に向けて設置することができるが、一般には、電波の到来方向が分かっていない場合が多く、各アンテナの方位角の調整を行う必要がある。このように方位角の調整と可変位相器の調整とを行わねばならず、その調整作業が非常に面倒である。
【０００４】
本発明は、方位角の調整と位相の調整とを同時に行うことができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナ装置は、基準アンテナを含む複数の指向性アンテナを有している。各アンテナがそれぞれの回転中心に位置するように複数台の回転台が設けられている。これら回転台のうち、少なくとも、基準アンテナ以外のアンテナが取り付けられている回転台に駆動部が設けられている。無論、基準アンテナが取り付けられる回転台に駆動部を設けることもできる。駆動部は、回転台の回転に従って回転する。これら回転台が所定の間隔をおいて一方の面に配置され、前記回転台の前記回転中心の回りの回転時に前記駆動部が描く軌跡上に案内溝が位置し、この案内溝には前記駆動部が挿通されている。この基板の他方の面に合成回路板が配置されている。この合成回路板は、前記各アンテナのうち基準アンテナ以外のアンテナの出力信号が供給される位相器パターンを、前記基準アンテナ以外のアンテナが取り付けられている回転台に対応する位置に有し、位相器パターンからの信号と前記基準アンテナからの出力信号とを合成する。前記位相器パターンと対向して位相調整板が配置されている。位相調整板は、前記基準アンテナ以外のアンテナの前記回転台の回転に従って、この回転台に設けられている駆動部によって回転させられる。前記位相器パターンは、所定角度ごとに前記回転中心から放射状に蛇行パターンが形成され、これら蛇行パターンが直列に接続されている。前記位相調整板は、前記回転中心から前記所定角度ごとに放射状に形成された複数の窓を有している。これら窓は、前記各アンテナが同一直線上に位置する基準位置において前記各窓を介して前記各窓に対応する前記蛇行パターンが見え、かつ前記基準アンテナ以外のアンテナの前記回転台の回転に従って前記位相調整板が回転したとき、前記各蛇行パターンが対応する前記窓から外れるように設けられている。
【００１１】
このアンテナ装置では、回転台を回転させることによって駆動部も回転し、この駆動部が位相調整板を回転させて、位相器パターンでの移相量を調整する。
【００１２】
このアンテナ装置において、前記回転台を、ロータリジョイントに構成することができる。この場合、基準アンテナの取り付けられている回転台は、基準アンテナの受信信号を合成回路板の所定位置に供給するロータリジョイントであり、基準アンテナ以外のアンテナが取り付けられている回転台は、基準アンテナ以外のアンテナの受信信号を合成回路板の位相器パターンに供給する。回転台をロータリジョイントに構成しているので、各アンテナの受信信号の合成回路板への供給が容易に行える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態のアンテナ装置は、図１及び図２に示すように、２つのアンテナ、例えば平面アンテナ２ａ及び２ｂを有している。平面アンテナ２ａ及び２ｂは、例えば衛星放送受信用のものである。平面アンテナ２ａ及び２ｂは、矩形状の基板に多数のアンテナエレメントを形成したものである。この具体的な構成は公知であるので、詳細な説明は省略する。平面アンテナ２ａ及び２ｂは、図２に示すように、例えば縦長方向に配置した状態において、それらの基板の正面に向かう垂線に対して所定のビームチルト角をなす方向から到来する衛星放送の電波を主に受信するように構成されている。
【００１４】
これら平面アンテナ２ａ及び２ｂは、導電性、例えば金属製の円盤状回転台４ａ及び４ｂの上面に、縦長に取り付けられている。回転台４ａ及び４ｂは、同一形状に形成されている。これらの取付は、図１、図５及び図７に示す導電性、例えば金属製の取付部６ａ及び６ｂによって行われている。取付部６ａ及び６ｂは、平面アンテナ２ａ及び２ｂの裏面下方にネジ８によって取り付けられ、更に回転台４ａ及び４ｂに、図７及び図８に示すネジ１０によって取り付けられている。平面アンテナ２ａ及び２ｂは、それらの短辺の中心位置が回転台４ａ及び４ｂの中心にそれぞれ位置するように取り付けられている。
【００１５】
これら回転台４ａ及び４ｂは、偏平な直方体状の本体１２の上面に配置した導電性、例えば金属製の基板１４に回転可能にかつ予め定めた距離だけ隔てて取り付けられている。この基板１４は、本体１２の上面と一致する形状に形成されている。基板１４への回転台４ａ及び４ｂの取付のため、回転台４ａ及び４ｂの外周縁部に、所定角度、例えば１２０度ごとに、回転台４ａ及び４ｂの高さ方向に沿って３つずつ円筒状部１６ａ及び１６ｂが回転台４ａ及び４ｂと一体に形成されている。これら円筒状部１６ａ及び１６ｂには、駆動部、例えばそれぞれ３本のボルト１８ａ及び１８ｂが挿通されている。
【００１６】
これらボルト１８ａ及び１８ｂが挿通される案内溝２０ａ及び２０ｂが基板１４に３つずつ形成されている。案内溝２０ａは、回転台４ａの中心を回転中心として回転台４ａを回転させたとき、３つのボルト１８ａが基板１４上に描く軌跡上に位置している。これら案内溝２０ａも３つのボルト１８ａに対応して３つ設けられ、それぞれ所定角度、例えば基準位置から±３０度の範囲にわたって設けられている円弧状のものである。同様に、基板１４には、回転台４ｂ用の案内溝２０ｂが形成されている。上述した基準位置は、図７（ａ）に示すように、平面アンテナ２ａ及び２ｂが本体１２の長辺に平行な同一直線上に位置する状態である。
【００１７】
案内溝２０ａ及び２０ｂに、ボルト１８ａ及び１８ｂがそれぞれ挿通されている。従って、回転台４ａ及び４ｂに力を加えると、案内溝２０ａ及び２０ｂに沿ってボルト１８ａ及び１８ｂが回転し、回転台４ａ及び４ｂがそれの中心を回転中心として回転する。
【００１８】
基板１４における各回転台４ａ及び４ｂの回転中心には、それぞれプローブ２２ａ及び２２ｂが基板１４と絶縁されて設けられている。プローブ２２ａに平面アンテナ２ａの受信出力信号が供給され、プローブ２２ｂに平面アンテナ２ｂの受信出力信号が供給される。そのため、取付部６ａと回転台４ａ及び取付部６ｂ及び回転台４ｂとが、ロータリジョイントとして機能する。
【００１９】
即ち、平面アンテナ２ａ及び２ｂの出力端子２４ａ及び２４ｂには、プローブ２６ａ及び２６ｂが取り付けられている。これらプローブ２６ａ及び２６ｂは、図５に示すように、取付部６ａ及び６ｂ内に形成された導波管部２８ａ及び２８ｂの中心を通り、その先端部が回転台４ａ及び４ｂ内に形成された導波管内３０ａ及び３０ｂ内に突出している。これら導波管３０ａ及び３０ｂ内における回転台４ａ及び４ｂの回転中心に対応する位置に、基板１４側からプローブ２２ａ及び２２ｂが突出している。プローブ２６ａから送信された衛星放送信号は、プローブ２２ａによって受信され、プローブ２６ｂから送信された衛星放送信号は、プローブ２２ｂによって受信される。プローブ２６ａ及び２６ｂとプローブ２２ａ及び２２ｂとは、それぞれ予め定められた距離、例えば衛星放送受信信号の管内波長の１／４の長さを隔てて位置している。この距離は、回転台４ａ及び４ｂが回転しても一定である。従って、平面アンテナ２ａ及び２ｂが回転台４ａ及び４ｂの回転に従って回転しても、受信に影響はない。
【００２０】
基板１４の下方には、合成手段として機能する混合回路基板３２が基板１４と重ねて本体１２の上面に配置されている。この混合回路基板３２も基板１４と同じ大きさの矩形状にプリント基板によって形成されている。この混合回路基板３２の下面には、図３に示すような２つのパターン３３ａ及び３３ｂが形成されている。パターン３３ａ及び３３ｂは、混合回路基板３２の長手縁中央部付近の結合部で結合されている。
【００２１】
パターン３３ａは、上述したプローブ２２ａが接続されるプローブ接続部３４ａを、混合回路基板３２の短縁方向の中心を繋ぐ線分上の回転台４ａの中心に対応する位置に有し、この位置から結合部まで伸びるライン３５を有している。
【００２２】
パターン３３ｂも、上述したプローブ２２ｂが接続されるプローブ接続部３４ｂを、上述した線分上の回転台４ｂの回転中心に対応する位置に有している。このプローブ接続部３４ｂを中心として所定角度、例えば６０度間隔ごとに蛇行パターン３６１乃至３６５が放射状に配置され、これら各蛇行パターン３６１乃至３６５が、接続ライン３７１、３７２、３７３、３７４によって直列に接続され、更にライン３７５によって上記結合部においてライン３５と結合されている。このパターン３３ｂが、位相器パターンを構成している。
【００２３】
この混合回路基板３２には、案内溝２０ａに対応して３つの案内溝３８ａがプローブ接続部３４ａを中心として設けられ、案内溝２０ｂに対応して３つの案内溝３８ｂがプローブ接続部３４ｂを中心として設けられている。従って、案内溝２０ａと３８ａとは同一の回転中心を持ち、完全に重なって位置している。案内溝２０ｂと３８ｂも同様である。
【００２４】
この混合回路基板３２の下方には、回転円板４０ａと４０ｂとが配置されている。回転円板４０ａは、プローブ２２ａと同心に配置され、回転円板４０ｂはプローブ２２ｂと同心に配置されている。回転円板４０ａの周縁部には、案内溝２０ａ及び３８ａを挿通されたボルト１６ａが挿通される３つの貫通孔４２ａが、図４（ａ）に示すように穿設されている。同様に回転円板４０ｂの周縁部には、案内溝２０ｂ及び３８ｂを挿通されたボルト１６ｂが挿通される３つの貫通孔４２ｂが、図４（ｂ）に示すように穿設されている。従って、回転台４ａが回転したとき、この回転と一緒に回転円板４０ａが回転する。同様に、回転台４ｂが回転したとき、この回転と一緒に回転円板４０ｂが回転する。これら回転円板４０ａ及び４０ｂは、いずれも誘電体によって構成されている。
【００２５】
回転円板４０ｂには、図４（ｂ）に示すように５つの窓４４が形成されている。５つの窓４４は、回転円板４０ｂの中心から放射状に約６０度間隔で形成されており、概略扇形である。これら窓４４は、図８（ａ）に示すように、ボルト１６ｂが案内溝２０ｂのほぼ中央に位置する状態（基準位置に位置する状態）において、各蛇行パターン３６１乃至３６５が各窓４４から見えるように形成され、回転円板４０ｂが案内溝２０ｂの一方の端まで回転したとき、各窓４４の間の境界部分によって全ての蛇行パターン３６１乃至３６５が覆われるように形成されている。回転円板４０ｂが回転することによって、位相器パターン３３ｂを伝送される衛星放送信号の位相が調整される。即ち、回転円板４０ｂは位相調整手段、または位相調整板として機能する。
【００２６】
これら回転板４０ａ、４０ｂは、本体１２の上面側に設けられた円形の凹所４６ａ及び４６ｂ内に配置されている。これら凹所４６ａ及び４６ｂは、混合回路基板３２及び基板１４を本体１２の上面に配置した状態において、凹所４６ａ及び４６ｂの中心がプローブ２２ａ及び２２ｂに一致するように形成されている。凹所４６ａ及び４６ｂの周縁部に回転板４０ａ及び４０ｂを支持するための段部４７ａ及び４７ｂが、図１及び図５に示すように設けられている。凹所４６ａの段部４７ａには、案内溝２０ａ及び３８ａと一致するように３つの案内溝４８ａが形成され、凹所４６ｂの段部４７ｂにも、案内溝２０ｂ及び３８ｂと一致するように３つの案内溝４８ｂが形成されている。案内溝４８ａには、案内溝２０ａ、３８ａ及び貫通孔４２ａを通過したボルト１６ａが挿通されている。同様に、案内溝４８ｂには、案内溝２０ｂ、３８ｂ及び貫通孔４２ｂを通過したボルト１６ｂが挿通されている。
【００２７】
本体１２の下面には、プローブ２２ａ及び２２ｂに中心が一致する円形の突部５０ａ及び５０ｂが、図５に示すように形成されている。これら突部５０ａ及び５０ｂに、中央部がそれぞれ挿通されたドーナツ状の円板５２ａ及び５２ｂが、図１に示すように本体１２の下面に接触して配置されている。これら円板５２ａ及び５２ｂの半径は、回転台４ａ及び４ｂの半径よりも若干大きく形成されており、ボルト１６ａ及び１６ｂが、ドーナツ状の円板５２ａ及び５２ｂに３つずつ形成されたねじ孔５４ａ及び５４ｂに結合されている。
【００２８】
従って、ボルト１６ａのねじ孔５４ａへの結合を緩めて、回転台４ａに力を加えると、アンテナ２ａが回転すると共に、回転円板４０ａがアンテナ２ａと同一角度だけ回転する。同様に、ボルト１６ｂのねじ孔５４ｂへの結合を緩めて、回転台４ｂに力を加えると、アンテナ２ｂが回転すると共に、回転円板４０ｂがアンテナ２ｂと同一角度だけ回転する。上述したように、回転円板４０ｂの窓４４が回転され、回転に従って各窓４４が蛇行パターン３６１乃至３６５に重なっている状態から窓４４が蛇行パターン３６１乃至３６５に重なっていない状態に移動する。これによって、蛇行パターン３６１乃至３６５を含む位相器パターンでの移相量が、アンテナ２ａの回転に従って変化する。また、ボルト１６ａ及び１６ｂを強固に締めると、回転台４ａ及び４ｂが本体１２に固定され、平面アンテナ２ａ及び２ｂの位置も固定される。
【００２９】
アンテナ２ａ及び２ｂの短辺の長さが１００ｍｍとすると、±３０度の範囲でアンテナ２ａ及び２ｂの方位角を変更するために、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように平面アンテナ２ａ及び２ｂの間隔ｄは約１１５ｍｍとされている。±３０度だけ平面アンテナ２ａ及び２ｂを回転させたとき、平面アンテナ２ａ及び２ｂに到来する衛星放送信号の経路差をδとする。このとき、平面アンテナ２ａを基準アンテナとすると、平面アンテナ２ｂの受信出力は、平面アンテナ２ａの受信出力と（２πδ／λ）の位相差がある。λは、衛星放送信号の波長である。
【００３０】
図７（ａ）に示すように平面アンテナ２ａ及び２ｂが基準位置にあるとき（両アンテナ２ａ及び２ｂが同一直線上にあるとき）、図６（ａ）に示すように平面アンテナ２ａ及び２ｂは、各アンテナ正面から到来する衛星放送信号を同相で受信している。この状態では、回転円板４０ｂは、図８（ａ）に示すように各窓４４から蛇行パターン３６１乃至３６５が見える。このとき、回転円板４０ａがパターン３３ａ上に重なっている状態におけるパターン３３ａでの移相量と、回転円板４０ｂがパターン３３ｂ上に上述したような形態で重なっている状態における位相器パターン３３ｂでの移相量が同一となるように、回転円板４０ａ及び４０ｂの誘電率が選択されている。
【００３１】
図７（ｂ）に示すように、平面アンテナ２ａ及び２ｂが基準位置から±３０度回転したとき、図６（ａ）に示すように、平面アンテナ２ａ及び２ｂは、各アンテナ正面から到来する衛星放送信号を経路差δに相当する位相差をもって受信している。このとき、回転円板４０ａには窓は形成されていないので、回転円板４０ａが回転しても、パターン３３ａでの移相量は変化していない。しかし、図８（ｃ）に示すように、蛇行パターン３６１乃至３６５が、回転円板４０ｂの各窓４４間の境界部によって覆われている。この状態では、回転円板４０ｂの誘電率により蛇行パターン３６１乃至３６５を伝送される衛星放送信号の波長が短縮される。このときの短縮量が図６（ｂ）に示すδに相当する位相値（２πδ／λ）になるように、蛇行パターン３６１乃至３６５の長さが設定されている。このように構成しているので、平面アンテナ２ａを基準アンテナとした場合、平面アンテナ２ｂの受信出力に生じていた位相差（２πδ／λ）が解消され、平面アンテナ２ａ及び２ｂの受信出力は、同相で合成される。図８（ｂ）は、基準位置から３０度まで回転台４ａ及び４ｂが回転する途中における回転円板４０ｂと位相パターン３３ｂとの関係を示している。
【００３２】
この実施形態のアンテナでは、２台の平面アンテナを使用したが、さらに多くの平面アンテナを使用することもできる。但し、基準となる平面アンテナからの距離に応じて、位相パターンによる移相量を異ならせる必要がある。また、上記の実施形態では、本体１２に二つの平面アンテナを設けたが、本体１２を２つに分けて、それぞれに平面アンテナを設けてもよい。更に、回転円板４０ｂを回転させることによって移相量を変化させたが、平面アンテナの回転に従って位相を調整する機構であれば、他の機構を使用することもできる。また、上記の実施の形態では、各回転台４ａ及び４ｂを個別に回転させるように構成したが、例えば両回転台４ａ及び４ｂ間にリンク機構を設け、一方の回転台を回転させると、他方の回転台も同一方向に同一角度回転するように構成してもよい。また、平面アンテナに代えて、八木型等の指向性アンテナを使用することもできる。なお、上記の実施の形態では、回転台４ａにおいて回転円板４０ａを回転させたが、回転円板４０ａは固定としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によるアンテナ装置によれば、複数のアンテナの方位角を電波の到来方向に向けると、自動的に各アンテナ間の位相差が解消される。従って、手動で各アンテナの向きを変えるという操作だけ行えばよく、一々位相を調整する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態のアンテナ装置の組み立て図である。
【図２】図１のアンテナ装置の斜視図である。
【図３】図１のアンテナ装置で使用する混合回路基板の底面図である。
【図４】図１のアンテナ装置で使用する２つの回転板の平面図である。
【図５】図７で示すＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図１のアンテナ装置の動作説明図である。
【図７】図１のアンテナ装置における平面アンテナの方位角を変更した状態での平面図である。
【図８】図１のアンテナ装置の混合回路基板と回転板との関係を示す図である。
【符号の説明】
２ａ ２ｂ 平面アンテナ（指向性アンテナ）
４ａ ４ｂ 回転台
１４ 基板
１８ ボルト（駆動部）
３２ 混合回路基板（位相器）
４０ａ ４０ｂ 回転円板（位相調整手段）

Claims (2)

1. 基準アンテナを含む複数の指向性アンテナと、
   前記各アンテナがそれぞれの回転中心に位置するように設けられた複数の回転台と、
   これら回転台のうち少なくとも前記基準アンテナ以外の前記アンテナが取り付けられている前記回転台に設けられ、当該回転台の回転に従って回転する駆動部と、
   これら回転台が所定の間隔をおいて一方の面に配置され、案内溝を有し、前記案内溝は、前記回転台の前記回転中心の回りの回転時に前記駆動部が描く軌跡上に位置し、かつ前記駆動部が挿通されている基板と、
   この基板の他方の面に配置され、前記各アンテナのうち前記基準アンテナ以外のアンテナの出力信号が供給される位相器パターンを、前記基準アンテナ以外のアンテナが取り付けられている前記回転台に対応する位置に有し、位相器パターンからの信号と前記基準アンテナからの出力信号とが合成される合成回路板と、
   前記位相器パターンと対向して配置され、前記基準アンテナ以外のアンテナの前記回転台の回転に従って、この回転台に設けられている駆動部によって回転させられる位相調整板とを、
   具備し、前記位相器パターンは、所定角度ごとに前記回転中心から放射状に蛇行パターンが形成され、これら蛇行パターンが直列に接続され、前記位相調整板は、前記回転中心から前記所定角度ごとに放射状に形成された複数の窓を有し、これら窓は、前記各アンテナが同一直線上に位置する基準位置において前記各窓を介して前記各窓に対応する前記蛇行パターンが見え、かつ前記基準アンテナ以外のアンテナの前記回転台の回転に従って前記位相調整板が回転したとき、前記各蛇行パターンが対応する前記窓から外れるように設けられているアンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置において、前記回転台は、ロータリジョイントに構成されているアンテナ装置。

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