JPH06507284A - 無線周波アンテナ装置 - 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】 無線周波アンテナ装置 本発明は、反射端やレンズ等の電波集束手段と、入射電波ビームの集束される焦 点に配置された１次放射器アンテナとを有するアンテナ装置に関する。

電波信号を受信するために、パラボラ反射鏡とこのパラボラ反射鏡の焦点に設け られた給電ホーンとを有するアンテナ装置を使用することは、一般的に知られて いる。

アメリカ合衆国特許第４７４２３５９号により、上記の給電ホーンを、２つの端 部を有するへりカルアンテナで置き換えられることが公知であり、この場合、第 １の端部は給電線と接続されている。以下の説明では、この給電線は上記のヘリ カルアンテナの軸線に合わせて配置されているものとする。この種のへりカルア ンテナはいわゆるエンドファイア（縦形指向）ヘリカルアンテナとして構成する ことができ、この場合、最大受信電力条件のもとで、上述の第１の端部における 信号電力のエネルギ流の方向は、受信される放射と同じ方向である。この種のへ りカルアンテナをいわゆるバツクファイアヘリカルアンテナとしても構成するこ とでき、この場合、最大受信電力条件のもとで、上述の第１の端部における信号 電力のエネルギ流の方向は、受信される放射とは逆方向である。

上述のアメリカ合衆国特許には、反射鏡および１次ヘリカルアンテナを有するア ンテナ装置が示されている。この１次ヘリカルアンテナは一対の端部を備えたコ イルを有しており、このコイルは、ヘリカルアンテナの軸線が上記の反射鏡の軸 線と実質的に一致するように、反射鏡の焦点に配置されている。給電線を介して アンテナ装置と外部の回路とが接続されており、したがって１次ヘリカルアンテ ナは、反射鏡に近い方の端部において給電線と接続されたバツクファイアヘリカ ルアンテナを成しており、このヘリカルアンテナの他方の端部は自立していて、 前記の給電線は同軸ケーブルである。

典型的な半剛性の同軸ケーブルは、衛星テレビジ３ン信号の電流ダイレクト受信 に用いられる１２ＧＨｚの周波数において、１．５ｄＢ／ｍの挿入損失を有する 。従来技術の装置の場合、直径４０ｃｍの反射鏡のためにほぼＯ，１ｍの長さが 必要であり、したがってケーブル損失全体はほぼ０．１５ｄＢとなる。この値は そのままアンテナ装置の雑音指数（典型的には１゜４ｄＢよりも小さい）に加わ り、これは将来の衛星テレビジョンシステムのために提案されている２２ＧＨ２ の帯域のような著しく高い周波数では遥かに高くなる。

本発明の課題は、電磁的な信号−有利にはマイクロ波信号−を受信するためのコ ンパクトなアンテナ装置を提供することであって、１次放射アンテナと外部の回 路との間のマイクロ波のための給電線の使用を大幅に低減できるようにするか、 もしくは使用することすら回避できるようにすることにある。

本発明によるアンテナ装置は、反射鏡たとえばパラボラ反射鏡、またはマイクロ 波レンズたとえばルネプルク形レンズのような集束手段を有する。この集束手段 は、受信したマイクロ波を１つの焦点においてまたは複数個の焦点においてそれ ぞれ集束する。これらの焦点の各々には１次放射器が設けられており、この１次 放射器は、管状、環状、矩形等とすることのできる中空の構造体により支持され ている。この構造体は電子手段を収容しており、たとえば、前記の１次放射器に より受信された信号を変換、ろ波、および／または増幅するローノイズコンバー タ（ＬＮＧ）を収容している。

上記の電子手段を管状構造体内部に配置することにより、半剛性の同軸ケーブル のような高価な給電線の使用を大幅に低減できるし、あるいはこのような給電線 の使用を省略することすらできる。さらに個々の結合手段またはコネクタを省略 できる。本発明によるアンテナ装置により、従来技術よりも機械的な部分を僅か にし、軽量化し、かつコストを低減できる。

しかもこの種のケーブルの挿入損失をそれぞれ低減または回避することができる 。このことにより雑音指数が改善され、アンテナ装置の性能が向上する。

管状構造体に調節機構を設ければ、たとえば種々異なる直径の反射鏡を用いるこ とにより生じる種々異なる焦点を有する集束手段を整合させるために、放射器の 位置を変えることができる。

ヘリカルコイルを用いることの利点は、それらをきわめて容易に変形できること であって、このことにより右旋円偏波の信号または左旋円偏波の信号の受信が可 能になる。

パックファイアヘリカルアンテナを用いることの利点は、このようなアンテナ装 置は著しくコンパクトなことである。

電子手段の一部分を集積し集積回路の一部として実現すれば、たとえばモノリシ ックマイクロ波集積回路の一部として、あるいはハイブリッド回路の一部として 実現すれば、スペースを抑えられるし、コストをいっそう抑えることができる。

殊にマイクロ波反射鏡を用いた公知の装置では必要とされる給電線の量が多いの で、有利には本発明をこの種の装置と置き換えることができる。

次に、実施例の記載および添付の図面を用いて本発明のその他の特徴、利点なら びに詳細な点を説明する。

第１図は、パラボラ反射鏡を用いた本発明によるアンテナ装置の第１の実施例を 示す図である。

第２図は、用いられる支持構造体の詳細図である。

第３図は、球状のルネブルク形レンズおよびエンドファイアヘリカル１次放射器 を用いた第２の実施例を示す図である。

第４図は、半球状のルネブルク形レンズおよびパックファイアヘリカル１次放射 器を用いた第３の実施例を示す図である。

第１図には、パラボラ反射鏡１０を用いた本発明の第１の実施例が示されており 、この反射鏡には管状構造体１１が配置されている。これについては第２図に詳 細に示されている。

第２図には、ローノイズコンバータのような電子手段１３を収容する管状構造体 １１が示されている。この管状構造体は、下方のプリント配線板１３ａと上方の プリント配線板１３ｂの上に電子コンポーネントを備えており、これらの配線板 は有利には背中合わせに配置されている。この実施例ではバツクファイアヘリカ ルアンテナとして実現されている１次放射器１４は、プラスチック製レードーム １７で囲まれており、線路１５を介して電子手段１３と接続されている。

管状構造体は金属製支持体１６から成り、これは電子手段１３を収容しており、 金属製プレート１６ａも含んでいる。このプレート１６ａはプリント配線板１３ ａと１３ｂとの間に配置されており、これらの配線板は複数個のねじ１２ａおよ びナツト１２ｂにより固定されている。

たとえば外部の放射により影響を受けやすく、または放射を伝達するクリティカ ルな電子コンポーネントは、ケーシング１８により保護されており、このケーシ ングは上方のプリント配線板１３ｂにはんだ付けされている。この実施例の場合 、クリティカルな電子コンポーネントは発振器の一部であり、この発振器の周波 数は、ケーシング１８の上部に設けられた調整素子１９により可変である。

１次放射ｓ１４からの入力信号は電子手段１３により増幅され、ろ波され、およ び／または変換され、相応の出力信号は出力コネクタ２０を介して図示されてい ない別の機器へ供給される。

使用される集束手段−二の実施例では反射鏡１０−に依存して１次放射器１４の 位置を調節するために、可調整の取付は手段２１が設けられている。この取付は 手段は、簡単なねじ山式調整部として実現できるし、あるいは他のいかなる周知 の調整手段としても実現できる。

有利には１次放射器１４は、管状支持体１６と結合可能なキャリヤ３０に取り付 けられており、このキャリヤは、１次放射器１４と電子手段１３との間の電気的 な接触接続を行うための手段を有する。

キャリヤ３０はきわめて容易に交換可能であるため、種々の１次放射器を装着で きる。

第３図および第４図には、ルネブルク形レンズを使用した別の実施例が示されて いる。第１の実施例と同じ機能を有し第１図および第２図を用いて説明した手段 には、同じ参照番号が付されており、それらについては本発明を理解するのに必 要な範囲内でしか説明しない。

第３図には、本発明の第２の実施例が原理的に示されている０球形のルネプルク レンズ２２は、入射ビーム２３を焦点２４に向けて屈折させる。

管状構造体１１は、エンドファイアヘリカルアンテナとして実現されている１次 放射器１４が焦点２４の近くに位置するように、ルネブルグレンズの外側に配置 されている。この管状構造体１１は、そこに示されている支持手段２５のところ で固定されている。

この実施例の場合、はとんどいかなる形式の放射器であっても可能であり、給電 ホーン、ポリロッド放射器、パッチアンテナ放射器、ヴイヴアルディアンテナ放 射器等が可能である。

第４図には、半球形ルネブルクレンズ２６を用いた第３の実施例が原理的に示さ れており、このレンズは金属製プレート２７に取り付けられている。このプレー ト２７は入射ビーム２３を反射し、半球形ルネブルクレンズ２６はこのビームを 焦点２４に向けて屈折させる。

管状構造体１１は、バツクファイアヘリカルアンテナとして実現されている１次 放射器１４が焦点２４の近くに位置するように、半球形ルネプルクレンズの内部 に配置されている。

管状構造体１１は金属製プレート２７に固定されている。第２の実施例の場合も 第３の実施例の場合も、相応の焦点２４がレンズ表面の内側または外側に位置す るように、使用されるレンズ２２．２６の屈折率を変化させることができる。こ れにより受信信号強度を改善できる。

他方、１次放射器１４の位置を変えることができ、これにより信号強度が改善さ れる。

ここで言及しておくと、第１図やＩ［４図を用いて説明した実施例によれば、放 射器の形式のバリエーションは、放射器を支持体端部に位置させる必要のあるこ とで制限されるが、それぞれ集束手段１０，２２によりフォーカシングされたビ ームを受信する。適切な放射器のための他の実例は、１次ダイポールアンテナ、 リングフォーカス放射器や“ショートバツクファイア”アンテナである。

明瞭にするために、第３図および第４図には可調整の取付は手段２１は示されて いない、ここで言及すべきことは、焦点２４の位置に対して相対的に放射器１４ の位置を調整するためにこの種の手段を設けることができることである。

複数個のマイクロ波ビームの受信に用いることのできる、第３図および第４図に よるアンテナ装置の実施例の場合、複数個の１次放射器を設けることができる。

これらの放射器は、受信すべきビームの焦点に、またはその近傍に位置しており 、これらの１次放射器のうちの１つまたは複数個の放射器は、相応の電子手段を 収容する１つの共通の中空構造体および／または別個の中空構造体により支持さ れる。

上述の実施例の場合、集束手段は、入射電波を回折させる格子を含むことができ るし、あるいはそのような格子として構成することができる。１次放射器アンテ ナとして、前述のアンテナのいずれを採用してもかまわない。

本発明は電波アンテナ装置を提供するものであり、殊にマイクロ波アンテナ装置 を提供するものであって、このアンテナ装置は、パラボラ反射鏡またはルネブル ク形レンズのような集束手段を有する。

集束されたマイクロ波を受信する１次放射器は、管状構造体により支持されてい る。この管状構造体は、ローノイズコンバータ（ＬＮＧ）のような電子手段を収 容する。

第１図および第４図の実施例の場合、ヘリカル１次放射器はバツクファイアモー ドで動作させなければならない、この場合、本発明は著しく有利である。その理 由は、給電線を除去または著しく減らすことにより性能が改善され、かつコスト が低下するからである。

支持体にコンパクトな電子手段を設けたことによって、従来技術よりも機械的な 部分が少なくなり、軽量化され、かつコストが低減される。

第３図による実施例は従来の設計構成よりもいっそうコンパクトであり、機械的 にいっそう簡単でありかつ軽量である。

本発明による構成の場合、必要とされる給電線の長さを短くすることができ、も しくはこの種の給電線を省略することすらできる。これにより組み立てに要する 時間およびコストを抑えることができ、かつ性能が改善される。さらに機械的な 部分もいっそう安価になり、より簡単かつ軽量になる。コンバータ手段が反射鏡 の後方にないことから、取り付けに要するスペースも低減される。

前述の実施形態のその他の実施例として、以下の変形実施例の少なくとも１つを 含ませることができる。

すなわち、 一１次放射器１４は簡単な同軸構造体により電子手段と接続されており、この同 軸構造体は適所に押圧される誘電性支持体を用い、放射器の中央導体を受容する ために突出した中央導体を支持している。このようにして、種々異なる適切な衛 星のために放射器を簡単に交換でき、試験導体を要求どおりに接続できる。典型 的な放射器の形式はヘリカル放射器やマイクロストリップ放射器である。

一電子手段をローノイズ増幅器（ＬＮＡ）　、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）のよ うなものとして実現でき、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ’）を一 方の回路基板上に配置させ、電力供給コンポーネントを他方の回路基板に配置さ せることができる０ＭＭＩＣを用いることにより、個別部品の数（約５０個）を 低減でき、これにより電子手段のサイズを小さくできる。

−著しく低い雑音指数を達成するために、ＬＮＡは高速な電子移動度の２つのト ランジスタ（ＨＥＭＴ）を用いることができる。

−ＢＰＦは、並列に結合されたマイクロストリップラインフィルタとして実現で き、長さを最小化するために多少の角度だけ、たとえば３０″、旋回させること ができる。

一サイズを最小化するために、使用されるコンポーネントは表面取付け（リード レス）形のものとすることができる。

さらに言及しておくと、衛星のような種々異なるソースからの信号を受信するた めに５本発明を同次形レンズ、ルネブルク形レンズ等のようなレンズとともに使 用することの利点は、上述のソースが互いに接近していでもよいということであ る。レンズ半径の２倍の間隔で（レンズのサイズ／重量、放射器の指向性／サイ ズおよびＬＮＧの設計仕様を考慮すると上記の間隔は最適であるとみなされる） オフセット焦点を有するレンズを用いた場合、３°のように互いに接近している 衛星からの信号を受信することができる。

レンズ形のアンテナととも用いるために、本発明はレンズに対して半径方向に取 り付けるのに最適な形状のものである。多数のソース（たとえば静止軌道中の多 数の衛星）を利用するために、半径方向に取り付けられたコンパクトな特性によ り、本発明による多数の変形実施例を密に配置された複数個の焦点に配置するこ とができる。

Ｆ／Ｇ、１ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　５年１１月１２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反射、屈折および／または回折により、電波ビームを少なくとも１つの焦点 （１４）に集束する電波集束手段（１０；２２；２６）と、前記焦点（１４）に 配置された１次放射器（１４）と、受信された前記の電波に応じて信号を変換、 ろ波および／または増幅する電子手段（１３）とを有する、無線周波受信用アン テナ装置において、 前記１次放射器（１４）は、前記電子手段（１３）を収容する中空構造体（１１ ）により支持されていることを特徴とする、無線周波受信用アンテナ装置。 ２．前記集束手取は電波反射鏡（１０）として構成されており、支持構造体（１ １）は前記反射鏡（１０）の開口部に取り付けられている、請求項１記載のアン テナ装置。 ３．前記電子手段（１３）の一部は集積化されており、ハイブリッド回路または 集積回路の一部として、たとえばモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ） の一部として実現されている、請求項１または２記載のアンテナ装置。 ４．前記集束手段（１０，２２，２６）の特性に依存して該手段を整合させるた めに前記１次放射器の位置を変えられる調節機構（２１）が設けられている、請 求項１〜３のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ５．前記１次放射器はヘリカルコイルとして形成されている、請求項１〜４のい ずれか１項記載のアンテナ装置。