JPH03196705A - マイクロ波集積回路とそれを用いたアクティブアンテナ及びコンバータ - Google Patents

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、放送衛星電波や通信衛星電波を受信するアン
テナ及びコンバータから成る入力回路として使用可能な
マイクロ波集積回路（以下、マイクロ波ＩＣということ
もある）に関するものである。

〔従来の技術〕

マイクロストリップ線路等を給電線として、複数の小さ
なアンテナパターンを結合し、その各出力を位相合成す
るようにして構成した平面アンテナは、衛星放送受信用
アンテナとして、パラボラアンテナとは異なり、家屋の
屋根や壁に取り付けるのが簡単である他に、薄くて軽い
構造であることから、屋外に携行して屋外で衛星放送を
楽しむのにも用い得るという特徴を有している。

従来のかかる平面アンテナとしては、例えばテレビジョ
ン学会技術報告、ＲＥ　’８７−１　（１９８７）、第
１頁から第６頁において論じられている如き、−点給電
のアンテナパターンを複数設けてその各出力の位相合成
をするものや、テレビジョン学会技術報告、ＲＥ　’８
７−８　（１９８７）で論じられている如き、２点給電
のアンテナパターンを複数設けて各パターン出力の位相
合成をするもの等を挙げることができる。

従来の平面アンテナにおいては、マイクロストリップ線
路などで構成した給電線により、複数の小さなアンテナ
パターンを結合して合成する際、その接続に用いた給電
線による損失が大きく、そのためアンテナの効率が低く
なり、パラボラアンテナと同じ利得を得ようとすると、
それだけ多くのアンテナパターンを結合しなければなら
ず、結果としてアンテナが大きくなってしまうという問
題があった。

近年、平面アンテナの小型、高性能化を図るものとして
、電子情報通信学会７０周年記念総合全国大会、第３分
冊、６２２．第３−６４頁（１９８７）で論じられてい
る如き、平面アンテナに低雑音増幅器などのアクティブ
素子を付加し給電線における損失をできるだけ小さくし
て効率を改善したアクティブ平面アンテナが報告されて
いる。

第１１図は、上記報告に見られたアクティブ平面アンテ
ナの構成図で、アクティブ平面アンテナの基本構成を示
している。同図において、１は素子アンテナ、２は素子
アンテナが集合したサブアレー　３は低雑音増幅器、４
は給電線（Ａ）、５は給電線（Ｂ）、１００はアクティ
ブ平面アンテナのアンテナ出力端子である。

なお、同図において、同一形状のブロックは同一の機能
をもつものを表わしており、符号は省略している。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１１図に示した上記アクティブアンテナのアンテナ出
力端子１００での受信信号ＣＮ比の劣化は、上記文献に
よれば、アンテナの実効面積が同じであれば、低雑音増
幅器３の雑音指数と、給電線（Ａ）４の損失が小さいほ
ど低い。低雑音増幅器３に用いるＣａＡｓＦＥＴの性能
は、飛躍的に向上し、雑音指数は１ｄＢ以下のものが報
告されている。このため給電線（Ａ）４の損失を小さく
することが、アンテナの小型、高性能化において有効で
あることが分かる。

また、静止衛星を用いたサービスは、放送衛星だけでな
く通信衛星へも広がっており、受信する電波も国内の放
送衛星では円偏波が２通信衛星では水平偏波と垂直偏波
が、用いられるというように異なっており、それに対応
して複数種類のアンテナやコンバータが必要であった。

本発明の目的は、給電線における損失を低減することに
より効率を高めて相対的に小型化することを可能にし、
しかも同一のもので円偏波、垂直偏波及び水平偏波のそ
れぞれに対応可能とした（アンテナ及びコンバータから
成る入力回路として使用可能な）マイクロ波集積回路を
提供することにある。

また本発明の他の目的は、該マイクロ波集積回路を用い
たアクティブアンテナ及びコンバータを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的達成のため、本発明では、半絶縁性半導体基板
上に、水平偏波信号と垂直偏波信号をそれぞれ取り出す
ことのできる２給電平面アンテナ・パターンか、或いは
水平偏波信号のみを取り出すことのできる１給電平面ア
ンテナ・パターンと垂直偏波信号のみを取り出すことの
できる１給電平面アンテナ・パターンから成る複数個の
１給電平面アンテナ・パターンの何れかと、前記平面ア
ンテナ・パターンから取り出される水平偏波信号と垂直
偏波信号の何れか一方を選択するか又は両者を合成して
出力する切換／合成器と、該切換／合成器の入力側か又
は出力側に配置された増幅回路と、を一体化してマイク
ロ波集積回路を構成した。

また前記平面アンテナ・パターンから取り出される水平
偏波信号と垂直偏波信号の何れか一方を移相させるため
の移相器を一体化して挿入接続し、該移相器の出力と、
移相されなかった他方の信号と、を前記切換／合成器で
合成して円偏波信号を受信可能にした。

更に本発明の他の目的を達成するために、上記マイクロ
波集積回路を複数個配置してその間を給電線で結合し各
集積回路の出力を合成して取り出すようにしてアクティ
ブアンテナを構成した。また、増幅器と発振器とミクサ
を主要構成要素として、入力されるマイクロ波帯の信号
を中間周波数の信号に変換して出力するコンバータにお
いて、その入力側に、１次放射器として、前記マイクロ
波集積回路を接続した。

〔作用〕

上記マイクロ波集積回路によれば、アンテナ・パターン
、増幅回路、切換／合成器、が最短距離で接続されてい
るため、それらの間を接続する給電線による損失を少な
くすることができる。また増幅回路を切換／合成器の入
力側（前段）に配置すれば切換／合成器による損失もす
ることができる。また切換／合成器により、同一のマイ
クロ波集積回路により、水平偏波、垂直偏波、円偏波を
切り換えて受信することができる。

上記マイクロ波集積回路の損失を少なくして高効率化し
たことにより、それを用いるアクティブアンテナ及びコ
ンバータ著しく小型化することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図により説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す平面図である。第
１図において、３は低雑音の増幅器、４（４ａ、４ｂ）
はマイクロストリップ線路（給電線）、６は半絶縁性半
導体基板、７は２点給電アンテナパターン、８は切換／
合成器、１０１は出力パッド、２００，２０１．２０２
はそれぞれバイアスパッドである。

本発明にかかるマイクロ波ｔＣ（入力回路）５０は、半
絶縁性半導体基板６（例えばＧａＡｓ基板）の上に、２
点給電アンテナパターン７と、低雑音の増幅器３（たと
えばＨＥＭＴ素子による増幅器）と、２点給電アンテナ
パターン７の出力を取り出すためのマイクロストリップ
線路４ａと４ｂの何れかを選択あるいは両者を合成して
出力する切換／合成器８と、が一体形成されたマイクロ
波ＩＣである。

ここで、２点給電アンテナパターン７は、方形マイクロ
ストリップアンテナと呼ばれ、その出力側に接続された
マイクロストリップ線路４ａと４ｂには、互いに直交す
る直線偏波成分が出力される。すなわち、水平偏波ある
いは垂直偏波のみを受けているときは、それが水平偏波
であるか垂直偏波であるかに応じて、マイクロストリッ
プ線路４ａ、４ｂの何れか片側にしか信号が出力されな
いが、円偏波を受けているときは、両方の線路４ａ、４
ｂに互いに直交する直線偏波成分が出力される。

したがって、水平か垂直の何れかの直線偏波を受けるに
は、切換／合成器８によりマイクロストリップ線路４ａ
か４ｂの一方を選択すればよく、円偏波を受けるには、
切換／合成器８により、マイクロストリップ線路４ａと
４ｂの何れが一方に出力される直線偏波成分をπ／２遅
らせ、他方に出力される直交した直線偏波成分と合成す
ればよい。

このような構成を取ることにより、アンテナパターン７
と切換／合成器８と増幅器３との間の距離が小さくてす
み、受信信号のＣＮ比劣化を防止でき、アクティブアン
テナ（能動素子としての増幅器を含むアンテナ）として
小形・高効率化が望まれる。また、受信する偏波が直線
偏波であろうと円偏波であろうと、これを選択受信でき
るため、例えば通信衛星からの水平あるいは垂直偏波に
対しても対応でき、また国内衛星放送である円偏波の電
波にも対応できて好都合である。

第２図は、本発明の第２の実施例を示す平面図である。

本実施例は、第１図に示した第１の実施例における２点
給電アンテナパターン７を２つの１点給電アンテナパタ
ーン９ａ、９ｂに置き換えたものである。１点給電アン
テナ９ａ、９ｂも方形マイクロストリップアンテナであ
り、９ａと９ｂでは、その出力を取り出す点の位相が９
０度ずれていることから、第１の実施例における２点給
電アンテナパターン７と同様な出力が得られ、第１の実
施例と同じ機能をもつ。

第３図は、直線偏波の受信、選択に着目した第３の実施
例を示す回路ブロック図である。同図において、前述の
実施例と同じ符号を付けたものは、同じ材料ブロックを
示す。スイッチｌＯはアンテナパターン９ａと９ｂの何
れか一方からの信号を選択し増幅器３へ入力する。端子
２０３はスイッチ１０の切換を制御する制御信号入力側
子である。

第４図は、円偏波の受信に対応した第４の実施例を示す
回路ブロック図である。同図において１１は特定の周波
数をもつ入力信号に対してπ／２の移相差を与えて出力
する移相器である。円偏波を受信する場合には、アンテ
ナパターン９ａと９ｂで互いに直交する直線偏波成分が
受信されるので、そのうちの一方を移相器１１でπ／２
遅らせた後、他方と合成することにより、円偏波が取り
出され、受信可能となる。

第５図は、第４図に示した第４の実施例における移相器
の具体例としてマイクロストリップ線路を示した平面図
である。第５図で移相器は、λｇ／４の長さのマイクロ
ストリップ線路１１’（λｇは線路の伝搬定数）により
実現している。

第６図は、増幅器として３ａと３ｂの２つを用いた第５
の実施例を示す回路ブロック図である。

本実施例は、第３図に示した第３の実施例と同様に直線
偏波の選択受信に際し、アンテナパターン９ａと９ｂの
各出力をそれぞれ増幅器３ａと３ｂで増幅した後、増幅
器３ａと３ｂの出力側に設けられたスイッチ１２により
偏波面の選択を行うものである。何れを選択するかは、
制御信号端子２０４からの信号により行なわれる。

スイッチ１２を増幅器（３ａ、　　３　ｂ）の出力側に
設けることにより、スイッチ１２で発生する損失による
受信信号ＣＮ比の劣化を見えないようにすることができ
る。つまりスイッチ１２の入力側（前段）に増幅器があ
ると、スイッチ１２による損失は、その増幅器の増幅利
得骨の１になるので、実質的に見えなくなるわけである
。

第７図は、第６の実施例を示す回路ブロック図である。

本実施例は、第４図に示した第４の実施例と同様の円偏
波受信の場合の実施例で、アンテナパターン９ａと９ｂ
の各出力はそれぞれ増幅器３ａと３ｂで増幅され、増幅
器３ｂの出力側に移相器１１を配置し、移相器１１の出
力を増幅器３ａの出力と合成して円偏波を得ている。こ
のように移相器１１を増幅器の出力側に設けることによ
り、移相器１１で発生する損失による受信信号ＣＮ比劣
化と、増幅器３ａと３ｂの入力信号レベルのアンバラン
スを防止することができる。

第８図は、第７図に示す第６の実施例で、移相器１１と
して、（λｇ／４）の長さのマイクロストリンプ線路１
１’を用いた例を示している。

第９図は、本発明にかかるマイクロ波■Ｃ１２を複数個
を基板１３上に配置して出力を増大させた第７の実施例
を示している。各マイクロ波ＩＣの出力は給電線５によ
って電力合成され、端子１０２より出力される。各マイ
クロ波ＩＣ１２は増幅器を内蔵しているため、給電線５
による損失は見えなくなる。

第１０図は、本発明にかかるマイクロ波［Ｃ１２をコン
バータの入力、すなわち−次放射器として用いた第８の
実施例を示す回路図である。放送衛星や通信衛星を受信
する際に用いるコンバータ１３は、マイクロ波帯の増幅
器１４　（１４ａ、１４ｂ）とミクサ１５と発振器１６
と中間周波帯の増幅器１７　（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ
）を主要な構成要素とし、素子１０３に入力されたマイ
クロ波帯の信号は、周波数変換され、中間周波数か端子
１０４へ出力される。

本発明にかかるマイクロ波ＩＣ１２の出力１０１をコン
バータ１３の入力１０３に接続しているわけで、従来導
波管で構成されていた一次放射器に対して著しい小型化
が図れる。また、コンバータ１３の主要部１８をマイク
ロ波ＩＣで構成し、かつ本発明にかかるマイクロ波ＩＣ
１２と同一の半絶縁性半導体上に一体構成すれば、さら
に小型化を図ることができる。

実施例３から６と実施例８の説明（第３図乃至第８図の
説明）は−点給電アンテナパターンを用いるものとして
行なってきたが、２点給電アンテナパターンを用いても
同様な効果が得られるのは明らかである。またアンテナ
パターンも方形に限られず円形でもよく、その他、種々
の変形が可能である。

〔発明の効果〕 本発明によるマイクロ波ＩＣは、以上説明したように構
成されているので以下に記載されるような効果を奏する
。

アクティブアンテナの基本ユニットであるアンテナパタ
ーンと増幅器と受信する偏波面の切換え手段を同一の半
絶縁性半導体基板上に構成してマイクロ波ＩＣとしたこ
とにより、アンテナパターンと増幅器と偏波面の切換え
手段とが最短距離にて接続されるため、各部を接続する
給電線の長さが短くてよく従って給電線による損失を小
さくでき、受信信号のＣＮ比劣化を抑えることができる
。

また、受信する偏波面の切換え手段を内蔵するため、本
マイクロ波ＩＣを複数並べ、電力合成することにより種
々の偏波面に対応した、小型で高効率のアクティブアン
テナが構成される。また、パラボラアンテナを用いるコ
ンバータにおいて、パラボラアンテナに代わる１次放射
器としても本発明にかかるマイクロ波ＩＣは使用できる
ので、マイクロ波受信機の著しい小型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第８図はそれぞれ本発明の一実施例を示す平
面図、第９図は本発明にかかるマイクロ波ＩＣを多数合
成して用いる実施例を示す平面図、第１０図は本発明に
かかるマイクロ波ＩＣを１次放射器として用いた実施例
を示す回路図、第１１図はアクティブアンテナの従来例
の構成を示す斜視図、である。 符号の説明 ３・・・増幅器、６・・・半絶縁性半導体基板、７・・
・２点給電アンテナパターン、８・・・切換／合成器、
９・・・１点給電アンテナパターン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性半導体基板上に、水平偏波信号と垂直偏波
   信号をそれぞれ取り出すことのできる２給電平面アンテ
   ナ・パターンか、或いは水平偏波信号のみを取り出すこ
   とのできる１給電平面アンテナ・パターンと垂直偏波信
   号のみを取り出すことのできる１給電平面アンテナ・パ
   ターンから成る複数個の１給電平面アンテナ・パターン
   の何れかと、前記平面アンテナ・パターンから取り出さ
   れる水平偏波信号と垂直偏波信号の何れか一方を選択す
   るか又は両者を合成して出力する切換／合成器と、該切
   換／合成器の入力側か又は出力側に配置された増幅回路
   と、を一体化して構成したことを特徴とするマイクロ波
   集積回路。２、請求項１に記載のマイクロ波集積回路に
   おいて、前記平面アンテナ・パターンは、空間インピー
   ダンスに整合した形状・寸法をもち、所望の偏波信号を
   受信するに足るものであることを特徴とするマイクロ波
   集積回路。 ３、請求項１又は２に記載のマイクロ波集積回路におい
   て、前記平面アンテナ・パターンから取り出される水平
   偏波信号と垂直偏波信号の何れか一方を移相させるため
   の移相器が一体化して挿入接続され、該移相器の出力と
   、移相されなかった他方の信号と、が前記切換／合成器
   で合成されて前記増幅回路に導かれるようにしたことを
   特徴とするマイクロ波集積回路。 ４、請求項３に記載のマイクロ波集積回路において、前
   記移相器が、特定周波数の信号を入力されるとπ／２だ
   け位相をずらして出力する線路から成ることを特徴とす
   るマイクロ波集積回路。 ５、請求項１又は２に記載のマイクロ波集積回路におい
   て、前記増幅回路が、前記平面アンテナ・パターンから
   取り出される水平偏波信号と垂直偏波信号のそれぞれに
   対応した二つの増幅回路から成ることを特徴とするマイ
   クロ波集積回路。 ６、請求項５に記載のマイクロ波集積回路において、前
   記二つの増幅回路の出力を前記切換／合成器に入力する
   ようにしたことを特徴とするマイクロ波集積回路。 ７、請求項６に記載のマイクロ波集積回路において、前
   記二つの増幅回路の中の何れか一方の入力側と出力側の
   双方、又は入力側と出力側の何れかに、移相器が挿入接
   続されて一体化されたことを特徴とするマイクロ波集積
   回路。 ８、請求項７に記載のマイクロ波集積回路において、前
   記移相器が線路で構成され、その総線路長が、特定周波
   数の信号を入力されるとπ／２だけ位相をずらして出力
   するに足る線路長であることを特徴とするマイクロ波集
   積回路。 ９、請求項１乃至８の中の任意の一つに記載のマイクロ
   波集積回路を複数個配置してその間を給電線で結合し各
   集積回路の出力を合成して取り出すようにしたことを特
   徴とするアクティブアンテナ。 １０、請求項９に記載のアクティブアンテナにおいて、
   前記複数個のマイクロ波集積回路と、それらの間を結合
   して各出力の合成を行う給電線と、が同一の半絶縁性半
   導体基板上に一体形成されたことを特徴とするアクティ
   ブアンテナ。 １１、増幅器と発振器とミクサを主要構成要素として、
   入力されるマイクロ波帯の信号を中間周波数の信号に変
   換して出力するコンバータにおいて、その入力側に、１
   次放射器として、請求項１乃至８の中の任意の一つに記
   載のマイクロ波集積回路を接続したことを特徴とするコ
   ンバータ。 １２、請求項１１に記載のコンバータにおいて、前記１
   次放射器としてのマイクロ波集積回路と、前記主要構成
   要素の一つである増幅器またはミクサが同一の半絶縁性
   半導体基板上に一体形成されたことを特徴とするコンバ
   ータ。