JPS62172803A - 平面アンテナ - 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】 ［技術分野］ 本発明は、衛星放送を受信する平面アンテナに関するも
のである。

［背景技術］ 最近、赤道上空３６０００Ｋａ＋の静止衛星によるＳＨ
Ｆ帯（１２ＧＨｚ帯）を用いた衛星放送が実用化されて
おり、我が国の放送衛星から送信される電波は右旋円偏
波となっている。この円偏波を各家庭で受信する７ンテ
ナとしでは、第１１図に示すようなパラボラアンテナ１
０が一般的であるが、アンテナ形状および取付部分の構
造が複雑であり、しかも大きな強度を必要とするので、
コストが高くなるという問題があった。すなわち、アン
テナ形状が立体的であり、直径も大きい（約７５ｃｎ＋
）ので、強風に耐えるように設置するにはボール１１な
どの支持装置が大型化し、アンテナ本体よりも設置費用
の方が高くなってしまうという問題があった。なお、ア
ンテナ出力に接続されているＢＳＳコンバータ１２７ン
テナ出力を増幅するとともに、より低い周波数に変換し
て出力するようになっており、ＢＳコンバータ１２出力
は信号ケーブル１３およびチューナー１４を介してテレ
ビ受像機１５に入力されるようになっている。

ｍた、ＢＳコンバータ１２には信号ケーブル１３を介し
てチューナー１４から電源（例えば、ＤＣ１２■）が供
給され、信号ケーブル１３は電源線をも兼用している。

ところで、パラボラアンテナ１０の上記問題点を解決す
るために、形状が簡単で壁面あるいは屋根に簡単に取り
付けることができ、保守も容易にできる平面アンテナが
注目されており、この平面アンテナとしては、誘電体基
板の表裏面にストリップライン導体およびアース導体を
配設して形成されるクランクタイプ、パッチタイプ、ス
ロットタイプなどのものがある。しかしながら、この種
の平面アンテナは受信利得が比較的小さいので、第１２
図に示すように、複数の平面７ンテナエレメント１を並
設し、各平面アンテナエレメント１の出力を導波管型の
合成器５によって合成して所望のゲインを有するアンテ
ナ出力を得るようになっていた。なお、合成器５の信号
入力端にはアンテナ出力がセミリジットケーブル３およ
１移相器４を介して接続されており、合成器５の出力増
にはＢＳコンバータ１２が接続されている。しかしなが
ら、このような従来例にあっては、平面７７テナエレメ
ント１のアンテナ出力を合成する給電系における電力損
失が大きいので、平面アンテナエレメントの個数増加に
よるゲインの増加が給電系の電力損失の増加によって相
殺されてしまい、平面７ンテナエレメント１の個数を増
やしてアンテナ面積を増大したにも拘わらず大きなアン
テナ出力が得られないという問題があった６例えば、給
電系の電力損失は、テフロンのような低損失な誘電体を
用いたセミリジットケーブル３の電力損失が２Ｏ−３０
ｃ１１で０．５ｄＢ、電気長を補正する移相器（例えば
、米国オムニスペクトル社製のＮ。

２０８２−５８１０−０２）４の電力損失が０゜８ｄＢ
、合成器５の電力損失が０．３ｄＢとなり、総合電力損
失は１．６ｄＢとなってしまう。ここに、同一の平面ア
ンテナエレメント１を増やしてアンテナ出力を合成した
場合には、ゲインの増加は３ｄＢとなるが、前記給電系
の電力損失を考慮すると、総合ゲインは１．４ｄＢＬか
向上しないことになる。また、平面アンテナエレメント
１の増加によってセミリジットケーブル３の長さがより
長くなるような場合には、その電力損失の増加に応じて
平面アンテナエレメント１の個数を増加したことによる
ゲインの増加が相殺され、アンテナ面積を増大させたに
も拘わらず、総合ゲインの増加はあまり期待できないこ
とになる。

［発明の目的１ 本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、平面アンテナエレメントの個数の増
加に応じて大きな合成アンテナ出力が得られ、且つ合成
アンテナ出力のＳ／Ｎ比が良好な平面アンテナを提供す
ることにある。

［発明の開示１ （実施例１） 第１図は本発明一実施例を示すもので、複数の平面アン
テナニレメン）ｌａ、Ｉｂを並設し、各平面アンテナニ
レメン）１ａ、１ｂの出力部に接続されアンテナ出力を
それぞれ増幅する増幅器２ａ、２ｂを設けるとともに、
増幅器２　ａｔ　２　ｂにて増幅されたアンテナ出力を
合成する信号合成手段を設けたものであり、実施例にあ
っては、増幅器２　ａ、　２　ｂはローノイズアンプに
て形成されており、信号合成手段は、セミリジットケー
ブル３　ａｔ　３　ｂと、移相器４　ａｔ　４　ｂと、
第２図に示すようにマイクロストリップフィンにて形成
された方向性結合器よりなる合成器５にて形成されてい
る。また、受信される電波の伝播路長の違いによる位相
ずれを補正する電気長補正手段は、セミリジットケーブ
ル３ａ、３ｂの長さ調整手段により形成され、この電気
長補正手段にて補正されなかった位相ずれは移相器４　
ａ、　４　ｂによって補正されるようになっている。

なお、セミリジットケーブル３　ａｔ　３　ｂに代えて
その電力損失が増幅器２　ａｔ　２　ｂにて十分補償で
きる程度の大きさの他の給電線を用いても良く、合成器
５としてアイソレータを具備したものを用いても良い。

以下、実施例の動作について説明する。いま、平面アン
テナニレメン）ｌａ、ｌｂのアンテナ出力を増幅し、七
ミリノットケーブル３　ａ、　３　ｂおよび移相器４　
ｍ、　４　ｂを介して合成器５に入力される信号のＳ／
Ｎ比をそれぞれＳａ／Ｎａ、Ｓｂ／Ｎｂとすれば、合成
器５から出力される合成アンテナ出力のＳ／Ｎ比は Ｓａ／Ｎａ＋Ｓｂ／Ｎｂ＝　２　Ｓ／Ｎとなり、３ｄＢ
だけ改善されることになる。なお、この場合、５ａ＝Ｓ
ｂ＝Ｓ％Ｎａ、Ｎｂ＝Ｎとしており、Ｓａ、Ｓｂは信号
源が同じであるために合成信号出力は単純に２８になる
が、Ｎａ、Ｎｂには相関関係がないので合成しても同じ
Ｎになる。また、各平面アンテナニレメン）１ａ、ｌｂ
から出力されるアンテナ出力は、出力部に接続されてい
るローノイズアンプよりなる増幅器２　ａｔ　２　ｂに
て増幅された後、七ミリノットケーブル３　ａ、　３　
ｂおよび移相器４　ａ、　４　ｂを介して合成器５に入
力されており、給電系による電力損失が増幅器２　ａ、
　２　ｂのゲインによって十分補償されているので、大
軽な合成アンテナ出力が得られるとともに、゛合成アン
テナ出力のＳ／Ｎ比の向上が図れるようになっている。

ところで、放送衛星ＢＳから送信された放送電波の各平
面アンテナニレメン）ｌａ、ｌｂに到達する間の伝播路
長は第３図に示すように若干違った値となり、両手面ア
ンテナエレメント１　ａｔ　ｉ　ｂの空間的離間距離Ａ
（ｌがアンテナ出力の位相ずれとなっている。この位相
ずれはセミリジットケーブル３　ａｔ　ａ　ｂの長さ調
整により電気長を補正する電気長補正手段と、移相器４
　ａｔ　Ａ　ｂとにより０となるように補正される。こ
こに、位相ずれが０になるように補正する理由は以下の
通りである。すなわち、アンテナ出力を増幅器２　ａ、
　２　ｂにて増幅し、合成器５に入力される信号Ｓａ、
Ｓｂを最も単純な５ａ＝Ｓｉｎ（ωｔ−φａ）　ｏｒ　
　５ｉｎ（ａｃｔ＋φａ）Ｓｂ＝Ｓｉｎ（ａ＋ｔ−φｂ
）　ｏｒ　　５ｉｎ（ωｔ＋φｂ）となる。

ここに、φａ＝φｂの場合、 Ｓ　ａ十Ｓ　ｂ＝　２３　ｉｎ（ωし＋φ）となり、 一方、φａ＝φｂ−π（位相が逆転する場合）Ｓａ＋５
ｂ＝０ となる。したがって、増幅したアンテナ出力を合成する
場合において、位相ずれを０にした同相の信号を合成す
るように電気長補正手段および移相器４ａｓ４ｂｅ調整
することにより、合成アンテナ出力の信号レベルを最大
にすることができ、Ｓ／Ｎ比の向上を図れることになる
。

また、本実施例において合成器５を構成する方向性結合
器は、第２図（ａ）に示すように裏面にアース導体Ｅが
設けられた誘電体基板Ｙの表面に、第２図（ｂ）に示す
ようなパターンのマイクロストリップラインＭＬを形成
した所謂３ｄＢカプラーシー１４ｐ？スＬ消ｐ九〇　マ
イクロ７ｋ　ｌ＋　、、、プラインＭＬのパターンは、
等価波長短縮率を含んだλｇの１／４の長さを基本とす
るもので、入力端子Ａ−ｊＢにそれぞれ増幅されたアン
テナ出力Ｓａ、Ｓｂが入力され、両信号の同相成分が出
力端子Ｏ５−出力され、逆相成分が出力端子０２に出力
され、通常は出力端子０１に終端抵抗Ｒを接続するよう
になっている。

（実施例２） 第４図は他の実施例を示すもので、信号合成手段の合成
り５から出力される合成アンテナ出力をチューナー１３
に伝送する信号ケーブル１３を介して外部回路（実施例
ではチェー、ナー１３）から増幅器２　ａ、　２　ｂに
給電するようにしたものであり、実施例では、信号ケー
ブル１３を介して送られる交流電源電圧を高周波信号除
去用フィルよりなる電源分離ユニットで取り出し、電源
ユニットにて整流平滑（必要に応じて安定化）し、増幅
器２ａ、２ｂに給電すべき正、負電圧を電源出力端子＋
Ｖｃ。

−Ｖｃ、ＧＮＤに出力するようになっている。

第５図（ａ）〜（ｃ）は電源処理を増幅器２側で行うよ
うにした例を示しており、同図（ａ）は、平面アンテナ
エレメント１にて受信された受信信号を増幅した信号が
出力されるセミリジットケーブル３に直流電圧を重畳す
る場合を示しており、ツェナーダイオードＺＤ、よりな
る定電圧素子にて安定化した正電圧をＧａＡｓ−ＦＥＴ
よりなる増幅素子Ｑのソース−ドレイン間に印加すると
ともに、負電圧発生用定電圧回路ＶＲにて発生された負
電圧を増幅素子Ｑのゲートに印加するようになっている
。また、同図（ｂ）は、増幅器２に分離ユニット１６で
分ＩＩＩ＆され、電源ユニット１７で形成された正、負
電圧が電源線１９を介して供給される場合を示しており
、さらにまた、同図（ｃ）は、分離ユニットにて分離さ
れた交流電源（商用電源周波数の正弦波あるいは方形波
）がセミリジットケーブル３に重畳されて供給される場
合で、逆極性のダイオードＤ　ａ、　Ｄ　ｂにより整流
して正、負電圧を得１ようになっている１図中、ＺＤ２
はツェナーダイオード％　ｃ＋〜Ｃ４はコンデンサ、Ｒ
３−Ｒ１は抵抗である。

（実施例３） 第６図（ａ）（ｂ）はさらに他の実施例を示すもので、
複数の平面アンテナニレノン）ｌａ〜１ｄを１枚の基板
上に一体形成し、各平面アンテナエレメント１ａ〜１ｄ
に対応して設けられる、増幅器２ａ〜２ｄを形成するＧ
ａＡｓ−ＦＥＴのような増幅素子ｑをマイクロストリッ
プラインＭＬに直接接続したものであり、増幅素子Ｑの
接続部分および給電系における電力損失を極力少なくし
て、出力端子５ａから出力される合成アンテナ出力の増
大およびＳ／Ｎ比の向上を図るとともに、増幅器２８〜
２ｄの実装コストを低減できるようになっている。なお
、給電線３°はマイクロストリップラインにて形成され
、合成器を兼ねている。

（実施例４） 第７図はさらに他の実施例を示すもので、３枚の平面ア
ンテナニレメン）ｌａ〜１ｃのアンテナ出力を増幅器２
ａ〜２ｃにて増幅した信号を合成器５゛、５を用いて合
成するようにしたものであり、合に合成器５゛出力は３
ｄＢの７ツテネータ２０を介して合成器５に入力されて
いる。

（実施例８） 第８図はさらに他の実施例を示すもので、左、右旋円偏
波両用の平面アンテナエレメント１の場合を示しており
、給電点となるマイクロストリップラインＭＬの両端に
それぞれ右旋円偏波用増幅器２、左旋円偏波用増幅器２
゛を設けるとともに、両増幅器２，２°出力をそれぞれ
合成する合成器５゜５゛を設け、給電系を２１列設ける
ことにより左、右旋円偏波に対応できるようになってい
る。

（実施例９） 第９図（ａ）〜（Ｑ）はさらに他の実施例を示すもので
、平面アンテナエレメント１を矢印方向に回動自在にす
る角度ｇ整手段２２を具備した平面アンテナエレメント
１と、増幅器２とをユニット化してアンテナユニット２
３を形成し、必要ゲインに応じてアンテナユニット２３
の個数を増加自在にしたものであり、アンテナユニット
２３は、設置Ｊ−ｑ　９　Ａ　ｌ−ＦｉｌｒｔＨ４ｈ　
Ｗｌｎ　Ｊ、　−ｆ　Ｉｆｔｒ　ｎ　ｌ＋Ｉ＊　Ｌ　Ｍ
　　Ｒｅ１ｇ１ｆ　４バー２５が覆着されるようになっ
ている。なお、平面アンテナエレメント１を所定角度を
もって配設する場合、傾斜角が大きくなるにしたがって
高さ寸法ｔ１が大きくなるが、この高さ寸法０，１を小
さくしたい場合には平面アンテナエレメント１の縦寸法
０，２を小さくして長方形にすれば良い。

（実施例１０） 第１０図はさらに他の実施例を示すもので、平面アンテ
ナエレメント１を送受信兼用とした場合の信号切換回路
を示しており、スイッチ要素Ｓ１をオンした場合には平
面アンテナエレメント１の受信信号がダイオードＤｒを
介して増幅器２に入力され、スイッチ要素Ｓ２をオンし
た場合には、送信回路２６から出力される送信信号がダ
イオードＤｓを介して平面アンテナエレメント１に入力
されるようになっている６図中、Ｃ６〜Ｃ・はコンデン
サ、Ｒ６−Ｒ６は抵抗である。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、複数の平面アンテナエレメント
を並設し、各平面７ンテナエレメントの出力部に接続さ
れアンテナ出力をそれぞれ増幅する増幅器を設けるとと
もに、増幅器にて増幅されたアンテナ出力を合成する信
号合成手段を設けたものであり、各平面アンテナエレメ
ントのアンテナ出力を増幅して合成しているので、平面
７ンテナエレメントの個数の増加に応じて大きな合成ア
ンテナ出力が得られ、且つ合成アンテナ出力のＳ／Ｎ比
が良好になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図（ａ）は
同上の要部上面図、第２図（ｂ）は同上の要部断面図、
第３図は同上の動作説明図、第４図は他の実施例の概略
構成図、第５図（ａ）〜（ｃ）は同上の要部具体例を示
す回路図、第６図（、）はさらに他の実施例の上面図、
第６図（ｂ）は同上の要部断面図、第７図はさらに他の
実施例の概略構成図、第８図はさらに他の実施例の概Ｗ
ＩＩｒＮＩＩ成図、第９図（、）はさらに他の実施例の
要部側面図、第９図（ｂ）は同上の要部上面図、第９図
（ｃ）は同上の側面図、第１０図はさらに他の実施例の
要部回路図、第１１図は従来例の概略構成図、第１２図
は他の従来例の概略構成図である。 １．１　ａｔ　１　ｂは平面７ンテナエレメント、２，
２ａ、２ｂは増幅器、３．３ａ、３ｂは七ミリジッドケ
ーブル、４，４ａ、４ｂは移相器、５，５°は合成器、
１３は信号ケーブル、２２は角度調整手段、２３はアン
テナユニットである。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 手続補正書（自発） 昭和６１年４月１１日 昭和６１年特許Ｍ第１５０１３号 ２、発明の名称 平面アンテナ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名称（５８
３）松下電工株式会社 代表者　　藤　井　貞　夫 ４、代理人 郵便番号　５３０ ５、補正命令の日付 自　　　発 ６、補正により増加する発明の数　なし１）本願明細書
筒６頁１行目の「オムニスペクトル」を「オムニスペク
トラ」と訂正致します。 ２）同上第１２頁１３行目乃至１５行目の全文を削除し
、以下の文を挿入致します。 ［を示しており、さらにまた、同図（ｃ）は、分離ユニ
ット１６にて分離された直流電圧を変換して得られた交
流電圧がセミリノッドケープ」３）同上第１２ｉ１９行
目の「コンデンサ」の４支に、ｒＬ＋−Ｌ２は空心コイ
ルよりなるインダクタンス、３０はマイクロ波コネクタ
、３１は貫通コンデンサ、」を挿入致します。 ４）本願添付図中第３図、第５図および第１１図を別紙
のように訂正致します。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 第３図 第１１図

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の平面アンテナエレメントを並設し、各平面
   アンテナエレメントの出力部に接続されアンテナ出力を
   それぞれ増幅する増幅器を設けるとともに、増幅器にて
   増幅されたアンテナ出力を合成する信号合成手段を設け
   たことを特徴とする平面アンテナ。
2. （２）各アンテナ出力を方向性結合器やアイソレータを
   具備した合成器にて合成するように信号合成手段を形成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の平面
   アンテナ。
3. （３）各アンテナ出力を受信される電波の伝播路長の違
   いによる位相ずれを補正する電気長補正手段を介して合
   成するように信号合成手段を形成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の平面アンテナ。
4. （４）各アンテナ出力の位相を補正する移相器を介して
   合成するように信号合成手段を形成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の平面アンテナ。
5. （５）信号合成手段から出力される合成アンテナ出力信
   号の信号ケーブルを介して外部回路から増幅器に給電す
   るようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の平面アンテナ。
6. （６）信号ケーブルを介して外部回路からアンテナ側に
   交流電源を給電し、該交流電源を整流回路にて整流平滑
   することにより増幅器に給電すべき正、負電源を得るよ
   うにしたことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   平面アンテナ。
7. （７）信号ケーブルを介して送られる電源電圧を高周波
   信号除去用コイルを介して取り出すようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載の平面アンテナ。
8. （８）増幅器の増幅素子を平面アンテナエレメントを構
   成する導体に直接接続したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の平面アンテナ。
9. （９）角度調整手段を具備した平面アンテナエレメント
   と増幅器とをユニット化してアンテナユニットを形成し
   、必要ゲインに応じてアンテナユニットの個数を増加自
   在にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   平面アンテナ。