JPH0295002A

JPH0295002A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH0295002A
Application number: JP24722588A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Shibata; 和英柴田; Yuji Higuchi; 裕二樋口
Original assignee: NEC Corp; NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Corp; NEC Engineering Ltd
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はアンテナ装置に係り、特にいわゆる平面アンテ
ナの如き多素子アンテナに関する。

（従来の技術）例えば衛星放送の受信アンテナには、パラボラアンテナ
の他に平面アンテナと称される多素子アンテナが用いら
れる。この種の多素子アンテナは例えば第１２図に示す
如く、複数のアンテナ素子５０、・・・、同５０を平面
上に配置したもので、各アンテナ素子５０の受信出力を
合成器５１にて同相で合成し、その合成出力を増幅回路
５２にて増幅する構成となっている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上述した如き従来のアンテナ装置（多素子アン
テナ）にあっては、複数のアンテナ素子の出力を同相で
合成するので、アンテナの主ローブの方向を変化させる
ことができない。従って、アンテナの主ローブの方向を
電波到来方向、前記例で言えば衛星方向へ指向さぜるた
めにはアンテナ装置自身を回転等させる必要があり、そ
の調整が面倒であるという問題がある。

また、上述した如き多素子アンテナでは、アンテナ素子
と増幅回路間の結合線路における伝搬損失と合成器にお
ける合成損失とは当該アンテナ系の雑音指数を劣化させ
る要因である。ところが、上述したように、従来の多素
子アンテナでは、各アンテナ素子と増幅回路間に合成器
が介在するので、結合線路長は増大傾向にあり、伝搬損
失が大きく、これを低減させることは困難である。故に
、従来の多素子アンテナの構成では良好な雑音指数を有
するアンテナ系を実現することが困難であるという問題
点もある。

本発明は、このような問題に鑑みなされたもので、その
目的は、主ローブの方向を任意に制御でき、かつ、アン
テナ素子と増幅回路間の伝搬損失の低減を図り得る新規
構成の多素子アンテナたるアンテナ装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するなめに、本発明のアンテナ装置は次
の如き構成を有する。

即ち、本発明のアンテナ装置は、基準局部発振信号を発
生する基準局部発振回路と；　前記基準局部発振信号に
同期して電波の送信動作または受信動作もしくは双方を
行う複数のマイクロ波集積回路（以下、ｒＭＩＣＪ）と
；　前記複数のＭＩＣまたはこの複数のＭＩＣを適宜数
ごとに区分した多数の群のそれぞれについて設けられ、
複数のＭＩＣまたは多数の群のそれぞれに供給される前
記基準局部発振信号、または、複数のＭＩＣまたは多数
の群のそれぞれにおいて入力または出力もしくは入出力
される中間周波信号、もしくは、基準局部発振信号と中
間周波信号の双方について位相制御を行う位相調整器と
；　を備えるアンテナ装置であって；　前記ＭＩＣは、
少なくとも、１つのアンテナ素子と；　前記アンテナ素
子の出力を増幅するまたはこのアンテナ素子を励振する
増幅回路と；　前記基準局部発振信号に同期した内部局
部発振信号を発生する局部発振回路と；　前記内部局部
発振信号と無線周波信・号または中間周波信号とから中
間周波信号または無線周波信号を形成出力するミキサ回
路と；　を集積化してなり、かつ、端子として前記基準
局部発振信号が入力する第１の端子と前記入力または出
力もしくは入出力される中間周波信号のための第２の端
子、またはこの中間周波信号に基準局部発振信号を重畳
した信号のための第３の端子のいずれか一方を設けてあ
ること；　を特徴とするものである。

（作　用）次に、前記の如く構成される本発明のアンテナ装置の作
用を説明する。

アンテナ素子を含む複数のＭＩＣまたはこの複数のＭＩ
Ｃを適宜数ごとに区分した多数の群のそれぞれに供給さ
れる基準局部発振信号、または、複数のＭＩＣまたは多
数の群のそれぞれにおいて入力または出力もしくは入出
力される中間周波信号、もしくは、基準局部発振信号と
中間周波信号の双方について位相制御がなされる。

即ち、アンテナ素子を含むＭＩＣの複数個を配列してな
る多素子アンテナたるアンテナ装置の主ローブの方向が
任意に制御される。また、アンテナ素子と増幅回路は近
接配置されるので、両者間の結合線路長は従来よりも大
幅に短縮化でき、伝搬損失を大幅に低減し得ることとな
る。

（実　施　例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図および第５図は本発明のアンテナ装置の構成要素
であるマイクロ波集積回１ｉ’８（ＭＩＣ）の電気的構
成例を示し、送信アンテナまたは受信アンテナのいずれ
かで用いられる場合を示す。

第１図および第５図において、このＭＩＣは、アンテナ
素子２と、増幅回路３と、周波数変換回路（ミキサ回路
４、局部発振回路６〉と、増幅回路５とを集積化したも
ので、アンテナ素子を含む構成となっている。そして、
第１図に示すＭＩＣｌでは共通の端子（第３の端子）７
を備え、また第５図に示すＭＩＣＩＯでは専用の端子（
第２の端子）８、同（第１の端子）９を備える。即ち、
端子７は中間周波信号の入力端子または出力端子である
とともに、局部発振回路６に供給するための基準局部発
振信号の入力端子でもある。また、端子８は中間周波数
信号の入力端子または出力端子であり、端子９は基準局
部発振信号の入力端子である。

ここに、増幅回路３は送信アンテナの用途では電力増幅
回路となり、また受信アンテナの用途では低雑音増幅回
路となるものである。増幅回路５は集積化対象から外し
ても良いので、送受共用アンテナの用途では少なくとも
増幅回路３を２系統用意し、スイッチで切り替えれば良
いことになる。

また、第２図乃至第４図はＭＩＣＩを用いたアンテナ装
置（受信アンテナ）の構成例であり、第６図乃至第９図
はＭＩＣＩＯを用いたアンテナ装置（受信アンテナ）の
構成例であるが、このように本発明のアンテナ装置はＭ
ＩＣの複数個を配列してなる多素子アンテナであるから
、各ＭＩ’Ｃの周波数変換回路は相互に同期して無線周
波数と中間周波数相互間の周波数変換を行う必要がある
。

そこで、局部発振回路６は位相同期ループ発振方式また
は注入同期方式のもので構成し、前記基準局部発振信号
に同期して所定の内部局部発振信号を発生するようにな
っている。従って、この基準局部発振信号を各ＭＩＣに
どのように供給するかによって当該アンテナ装置は第２
図乃至第４図等に例示するように各種の形態となり得る
。

そして、本発明のアンテナ装置は主ローブの方向を任意
に制御しようとするものであるが、これは中間周波数ま
たは基準局部発振信号の位相調整で実現できるので、位
相調整の対象をどのように定めるかによって当該アンテ
ナ装置は第２図乃至第４図等に例示するように各種の形
態となり得る。

なお、以下に説明する各実施例では、位相調整はＭＩＣ
ごとに行うようにしているが、複数のＭＩＣを所定数ご
とにグループ化し、そのグループ単位に位相調整を行っ
ても良いことは勿論である。

第２図に示すものは、アンテナ素子を含むＭＩＣｌの複
数個を対応する可変位相調整器１２を介して分配／合成
器１３に接続し、分配／合成器１３と中間周波信号の出
力端子］、１間のラインにバンドストップフィルタ１４
の出力端を接続し、バンドストップフィルタ１４の入力
側に基準局部発振回路１５を設けたものである。

バンドストップフィルタ１４はいわゆる逆流防止用のダ
イオードと同様の働きをするものであって、基準局部発
振器１５が発生する基準局部発振信号を通過させそれを
分配／合成器１３の分配側へ送出するが、分配／合成器
１３の合成出力たる中間周波信号が出力端子１１へ送出
され基準局部発振器１５側に流れ込まないようにするも
のである。

分配／合成器１３の分配側から出力される基準局部発振
信号は可変位相調整器１２で適切な位相調整を受け、Ｍ
ＩＣＩの端子７へ印加され局部発振回路６に供給される
。これにより各ＭＩＣは同期化される。

各ＭＩＣＩのアンテナ素子２で受信された信号は増幅回
路３にて所定レベルまで増幅されてミキサ回路４へ入力
し、ここて同期かとれた局部発振口！２８６の出力たる
内部局部発振信号に基づき中間周波信号へ変換され、増
幅回路５を介して端子７から出力される。そして、各Ｍ
ＩＣＩの端子７から出力された中間周波信号は対応する
可変位相調整器１２にて適切な位相調整を受けてそれぞ
れ分配／合成器１３の合成側へ入力し、ここで合成され
て所定の中間周波信号となり出力端子１１へ送出される
。

第３図に示ずものは、ＭＩＣＩの端子７を可変位相調整
器１２を介して合成器１７に接続するとともに、バンド
ストップフィルタ１４を介して分配器１６に接続し、分
配器１６の入力側に基準局部発振器１５を設けたもので
ある。各ＭＩＯＩは基準局部発振信号が対応するバンド
ストップフィルタ１４を介して供給される。そして、各
ＭＩＣ１が出力する中間周波信号は対応する可変位相調
整器１２にて位相制御を受け、合成器１７にて合成され
出力される。

第４図に示すものは、第３図に示す構成において、位相
調整の対象を基準局部発振信号とするために可変位相調
整器１２を分配器１６とバンドストップフィルタ１４間
に移設したものである。

第６図に示すものは、ＭＩＣＩＯの端子８を可変位相調
整器１２を介して分配／合成器１３の合成側に接続し、
ＭＩＣＩＯの端子９を分配／合成器１３の分配側に接続
したもので、形態的には第２図に示すものに似ているが
、作用的には第３図に示すものと同様である。

第７図に示すものは、第６図に示すものにおいて、位相
調整の対象を基準局部発振信号とするために可変位相調
整器１２を端子９側に移設したものである。

第８図に示すものは、ＭＩＣＩＯの端子８を可変位相調
整器１２を介して合成器１７に接続し、端子９を分配器
１６に接続したもので、位相調整の対象が中間周波信号
である点第３図に示すものと同様である。

第９図に示すものは、第８図に示すものにおいて、位相
調整の対象を基準局部発振信号とするなめに可変位相調
整器１２を端子つと分配器１６間に移設したちのである
。

なお、以上説明した７つの実施例のうち第１実施例から
第５実施例において、中間周波数帯が広帯域の場合はバ
ントストップフィルタ１４に代えてバイパスフィルタま
たは基準局部発振信号のみを通過させるハン）〈パスフ
ィルタを使用しても良い。

次に、第１０図はＭＩＣの構造例を示す。

第１０図において、２４は密閉容器であり、この密閉容
器２４の側壁には多数の端子２３が配設されている。こ
の端子の一部が前記端子７や同８、同９に対応する。そ
して、密閉容器２４内の床面には基板２９と（モノリシ
ックマイクロ波）ＩＣチップ２２が配設される。

ＩＣチップ２２には前記増幅回路３、ミキサ回路４、局
部発振回路６等が集積化形成される。

また、基板２９は、例えばアルミナセラミックス等の絶
縁性基板からなり、この基板２つの上面にはアンテナ素
子２１が厚膜技術または薄膜技術によって形成される。

このアンテナ素子２１は、例えば第１１図（ａ）〜同（
ｄ）に示すように各種の形態を採ることができる。扱う
電波が円偏波か直線偏波か等によって最適な形態を選定
することになる。

そして、アンテナ素子２１とＩＣチップ２２における増
幅回路３間かボンディングワイヤ２７で接続され、ＩＣ
チップ２２における増幅回路５と端子２３間等がボンデ
ィングワイヤ２８で接続されている。なお、基板２９と
してシリコンやガリウムひ素等の半導体基板を採用し、
アンテナ素子２１と増幅回路３等を同一基板に形成すれ
ば、ボンディングワイヤ２７を省略できる。

このＭＩＣは、通常の半導体素子（半導体メモリや電荷
結合型（ＣＣＤ）撮像素子等）の製法と類似の製法で組
み立てることができるので、生産性が高く自動組立によ
って安価てかつ大量に供給できる。また、第１０図（ａ
）に示すように、増幅回路３はアンテナ素子２１の極く
近傍に配置されるから、結合線路（ボンディングワイヤ
２７）は極めて短いものとなり、伝搬損失は大幅に減少
する。加えて、前述したように、ボンディングワイヤ２
７を省略する構成とすれば、組立作業の一層の容易化が
図れるだけでなく、接続箇所の存在に依る特性劣化を削
除できるので、更に特性の良いＭＩＣを実現できること
になる。

なお、第１０図において、２５は輻射開口部であり、こ
の輻射開口部２５はアンテナ素子２１の直上位置たる密
閉容器２４の天井に形成されている。この輻射開口部２
５は例えばガラス、セラミックスまたはプラスチック等
、電波に対して透過性があり、かつ気密性を保持し得る
物で構成される。また、２６はメタライズ等によって形
成した金属膜（または金属薄板）であり、この金属膜２
６は密閉容器２４の内周面であって輻射開口部２５と端
子２３を避けた部位に紫外線保護と電磁シールドの目的
で配設される。

（発明の効果）以上説明したように、本発明のアンテナ装置によれば、
アンテナ素子や増幅回路、周波数変換回路等を集積化し
てなるＭＩＣを形成し、それを複数個配列するとともに
、位相調整器を設け、ＭＩＣに供給する基準局部発振信
号やＭＩＣが入力または出力もしくは入出力する中間周
波信号等を位相制御できるようにしたので、複数個のア
ンテナ素子による合成パターンの主ローブの方向を任意
に制御できる多素子アンテナたるアンテナ装置を提供で
きる。

また、アンテナ素子と増幅回路は近接配置されるので、
両者間の結合線路長は従来よりも大幅に短縮化でき、伝
搬損失を大幅に低減し得、アンテナ系の雑音指数の劣化
を大幅に抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第５図はマイクロ波集積回路の構成ブロッ
ク図、第２図乃至第４図は第１図に示すマイクロ波集積
回路を用いた第１実施例乃至第３実施例に係るアンテナ
装置の構成ブロック図、第６図乃至第９図は第５図に示
すマイクロ波集積回路を用いた第４実施例乃至第７実施
例に係るアンテナ装置の構成ブロック図、第１０図はマ
イクロ波集積回路の棺造例を示す断面図（同図（ａ））
および斜視図（同図（ｂ））、第１１図はアンテナ素子
の構成例を示す図、第１．２図は従来のアンテナ装置（
多素子アンテナ）の構成ブロック図である。１．１０・・・・・・マイクロ波集積回路（アンテナ素
子を含むＭＩＣ）、　２・・・・・・アンテナ素子、３
．５・・・・・・増幅回路、　４・・・・・・ミキサ回
路、６・・・・・・局部発振回路、　７，８．９・・・
・・・端子、１１・・・・・・出力端子、　１２・・・
・・・可変位相調整器、１３・・・・分配／合成器、　
１４・・・・・・バンドストップフィルタ、　１５・・
・・・・基準局部発振器、１６・・・・・・分配器、　
　１７・・・・・・合成器、　２１・・・・・・アンテ
ナ素子、　２２・・・・・・ＩＣチップ、　２３・・・
・・・端子、　２４・・・・・・密閉容器、　２５・・
・・・・輻射開口部、　２６・・・・・・金属膜、　２
７．２８・・・・・・ボンディングワイヤ、　２９・・
・・・・基板。

Claims

【特許請求の範囲】

基準局部発振信号を発生する基準局部発振回路と；前記
基準局部発振信号に同期して電波の送信動作または受信
動作もしくは双方を行う複数のマイクロ波集積回路（以
下、「ＭＩＣ」）と；前記複数のＭＩＣまたはこの複数
のＭＩＣを適宜数ごとに区分した多数の群のそれぞれに
ついて設けられ、複数のＭＩＣまたは多数の群のそれぞ
れに供給される前記基準局部発振信号、または、複数の
ＭＩＣまたは多数の群のそれぞれにおいて入力または出
力もしくは入出力される中間周波信号、もしくは、基準
局部発振信号と中間周波信号の双方について位相制御を
行う位相調整器と；を備えるアンテナ装置であって；前
記ＭＩＣは、少なくとも、１つのアンテナ素子と；前記
アンテナ素子の出力を増幅するまたはこのアンテナ素子
を励振する増幅回路と；前記基準局部発振信号に同期し
た内部局部発振信号を発生する局部発振回路と；前記内
部局部発振信号と無線周波信号または中間周波信号とか
ら中間周波信号または無線周波信号を形成出力するミキ
サ回路と；を集積化してなり、かつ、端子として前記基
準局部発振信号が入力する第１の端子と前記入力または
出力もしくは入出力される中間周波信号のための第２の
端子、またはこの中間周波信号に基準局部発振信号を重
畳した信号のための第３の端子のいずれか一方を設けて
あること；を特徴とするアンテナ装置。