JPH02174403A - 壁面設置用ビームチルト可変型アレイアンテナ - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は壁面に設置し指向方向を放送衛星の方へ向ける
ことができる壁面設置用衛星放送受信アレイアンテナに
関するものである。

（ロ）従来の技術 衛星放送の受信、又は送信に用いられるビームチルト型
のアレイアンテナは従来から研究されている。例えば、
特開昭６０−２００６０３号公報においては、第１及び
第２の方向に複数の放射素子をマトリクス状に配列して
構成され、放射ビームをその表面に対して一定の角度α
だけ第１の方向に傾斜させてなるビームチルト平面アン
テナに於いて、前記第１の方向の各段の放射素子間隔を
、前記第２の方向の各放射素子間隔のｌ　／ｃｏｓα倍
となるようにアレー配列を構成すると共に、前記笛音の
方向の各段の放射素子を位相差給電することを特徴とす
るビームチルト平面アンテナが開示されている。また、
特開昭６１−２４３０５号公報においては、ストリップ
導体を適当な周期で折り曲げて基体素子が形成される進
行波形１次元アレイアンテナよりなる複数のアンテナエ
レメントを裏面に地導体を有する絶縁基板上に列設し、
ツリー状に分岐したストリップラインにて各アンテナエ
レメントの一端に給電する給電回路を絶縁基板の一側に
設けたマイクロ波用平面アンテナにおいて、主給電端か
ら各アンテナエレメントの給電端に至るストリップライ
ンの長さが順次異なるように給電回路を形成して主ビー
ム方向をアンテナエレメントの長平方向と直交４°る面
内で傾けるようにしたことを特徴とするマイクロ波用平
面アンテナが開示されている。

上記のいずれのアンテナも放射ビームをその表面に対し
て一定の角度だけ傾斜（チルト）させた構造であるので
、仰角方向にビームチルトするように設計した場合には
略垂直に取り付けることが可能であり積雪対策として好
ましいものである。

（ハ）発明が解決しようとする課題 しかし、これらの従来のビームチルト型アンテナのビー
ムチルト角度は設計時に設定された固定のビームチルト
角度であるので仰角の異なる地方でこれらのアンテナを
使用する場合はアンテナ取り付は金具を調整してアンテ
ナのビーム方向を補正する必要があった。

アンテナの裏側にビーム方向を補正するための取り付は
金具をつけた場合にはアンテナが嵩高いものになり、こ
れを建築物の壁面に取り付けた場合にはアンテナが壁面
から突出して建築物の外観を損なう場合がある。従来の
衛星放送受信アンテナは壁面にぴったりと取り付けた状
態で、アンテナ自身を調整してアンテナの指向方向を調
整することができなかったので、アンテナ本体を建築物
に調和させることが困難であった。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
であって、建築物の外観を損なわないように建築物の壁
面にぴったりと取り付けたままで放送衛星の方向にビー
ムを向けることが可能な壁面設置用ビームデル可変型ア
レイアンテナを提供するものである。

（ニ）課題を解決するための手段及び作用納本発明は、 （１）略マトリクス状に配列１した多数の放射素子群を
導波管を用いて並列給電した壁面設置用ビームチルト可
変型アレイアンテナにおいて、同じビームチルト可変方
向に対応する各分配器が、対応する操作ノブの動きに連
動して同一方向に移動することによって、それぞれ隣り
合う二つの出力点変化するように構成したことを特徴と
する壁面設置用ビームチルト可変型アレイアンテナ、（
２）ビームチルト方向が略直交する２方向に対して可変
であることを特徴とする請求項！記載の壁面設置用ビー
ムチルト可変型アレイアンテナ、（３）一つのビームチ
ルト可変方向に対応する各分配器は接続板に繋がった状
態で一体成形されていることを特徴とする請求項ｌ記載
の壁面ビームチルト可変型アレイアンテナ、 （４）操作ノブはアンテナ本体の前面又は側面に取り付
けられていることを特徴とする請求項！記載の壁面設置
用ビームチルト可変型アレイアンテナ、 （５）伝送線路の中に分配器を設けたことを特徴とする
請求項！記載の壁面設置用ビームチルト可変型アレイア
ンテナ、及び （６）伝送線路の内壁、及び（又は）分配部の表面にコ
ルゲート構造を形成したことを特徴とする請求項１記載
の壁面設置用ビームチルト可変型ア従来の平面型アンテ
ナは放射素子をマイクロストリップ線路で給電するもの
が大部分であった。

しかし、マイクロストリップ線路は薄型であるという利
点を有するが、伝送損失が大きいため低損失を要求され
るような用途には以前から給電線路として導波管が使用
されてきた。本発明においてはビームチルトの角度に応
じて有効な面積が減少するので、給電線路として損失の
少ない導波管が適している。

ビームチルトという言葉はアンテナの垂直面内の指向性
を下方に傾ける場合に使われているが、本発明ではアン
テナの指向性を上方や、左、右の水平方向に傾ける場合
にもビームチルトと呼んでいる。

本発明におけるビームチルト可変とは従来の衛星放送受
信アンテナのようにアンテナの指向方向をアンテナの取
り付は金具で調節することではない。前述のように取り
付は金具でアンテナの指向方向を調節する場合は壁面か
らアンテナが突出するので建築物の外観を損なう場合が
ある。本発明におけるビームチルト可変とはレーダー用
のビーム走査アンテナのように、フェライト移相器や、
ＰＩＮダイオード移相器などの移相器を用いて高速度で
ステアリングするものでもない。高速度でステアリング
する形式のアンテナは多数のディスクリート部品を実装
する必要があるので非常に高価であり、この用途に適さ
ない。

本発明におけるビームチルト可変とは、アンテナ設計時
にアンテナ本体の前面、又は側面に設けられた操作ノブ
を操作して、アンテナ内部に設けられた分配群の位置を
調節することによってアンテナのビームチルト角度を調
整することが可能であることを意味する。このビームチ
ルト角度は調整時に変化させるものであって、通常の使
用状態では固定されている。

本発明においては、アンテナ本体を壁面にぴったり取り
付けて設置した状態で、指向方向を放送衛星の方向へ向
けるので、調節する必要のあるビームチルト角度として
は仰角と、方位角のように略直交する２方向に対する角
度を選んでおくと調整が容易である。

各建築物の壁面から放送衛星を見る角度は建築物の存在
する場所の緯度や経度、及び建設された壁面の角度が任
意であるので、２方向にビームチルト可変でない場合に
は、アンテナを壁にぴったりと取り付けた状態で実質的
に使用することができない。

一般にアレーアンテナと呼ばれているものは多数の放射
素子を配列して励振するアンテナ全体のことであり、配
列される放射素子は線状アンテナ、スロットアンテナ、
ループアンテナ、ヘノカルアンテナ、ホーンアンテナ、
および開口アンテナなどがある。

アレーアンテナの給電方式には、大きく分けて直列給電
型と、並列給電型とがある。給電方式に関して電子通信
学会誌１９８６年３月号の２１８〜２２５頁に記載があ
る。アレーアンテナの直列給電型は終端に整合負荷を接
続すると進行波アンテナとなり、終端を開放または短絡
することにより定在波アンテナを構成することができる
。直列給電型の給電回路はシンプルであるが、給電点か
ら遠く離れる放射素子になるほど伝送線路の損失が増大
することと、周波数によって指向方向が変化するという
欠点がある。

これに対して並列給電型は給電点から各放射素子までの
給電長が等しい場合には、給電回路の周波数特性に優れ
るという利点があるので本発明に用いる給電方式として
適している。

放射素子の配列はグレーティングローブの影響が大きく
ならないように放射素子の間隔を１波長以下の間隔で配
置するのが好ましいが、ビームチルト調整範囲を大きく
する場合には１波長以上の間隔にする場合もある。放射
素子の間隔が１波長以上の場合にはグレーティングロー
ブの影響を小さくするために、特に利得の高い放射素子
を用いることが好ましい。その他の方法として、グレー
ティングローブの影響を小さくするために放射素子を非
直線的な間隔で配置してもよいが、この場合にはアンテ
ナの設計が複雑になる。

各放射素子を励振する給電電力は伝送線路を経出して分
配器から送られる。この時、分配器からの伝送線路長に
差をつけると各放射素子の励振位相が異なるので、各放
射素子の励振位相の差に応じて合成されたビーム方向を
傾けることができる。

受信と送信とは可逆であるから、分配器は、受信の場合
には、放射素子（受信素子）、又は分配器（混合器）か
ら伝送線路を経由して送られる二つの電力を合成する混
合器のことである。

同様に出力点は、受信の場合には人力点であり、放射素
子（受信素子）又は分配器（混合器）の出力側と伝送線
路との接続点のことである。

凸放射素子は隣り合う二つの放射素子が一対となって一
つの分配器に接続される。分配器も同様に二つ分配器が
一体となって次段の一つの分配器に接続される。

分配器群は略直交する二つのビームチルト方向に対応し
て配置されており、各−つのビームチルト方向に対応す
る各分配器はそれぞ゛れ接続板で機械的に結合していて
一体となっており、そのビームチルト方向に対応する操
作ノブを操作することによって一体となった分配器を移
動させることができる。操作ノブはビームチルト方向に
対応して一つずつあり、アンテナ本体の前面、又は側面
に設けられている。一体となった分配器群及び接続板は
、例えばプラスチック樹脂を一体成形したものをメクラ
イズ加工するか、又は１枚の金属板をプレス加工、及び
打抜加工することにより製造できる。

二つの方向に対応する分配器群として、例えば仰角のビ
ームチルトを可能とする分配器群と、方位角のビームチ
ルトを可能とする分配器群とは、それぞれ独立して移動
可能であり、仰角と方位角とは独立して調整可能である
。

受信する信号の種類によっては、空洞共振器、伝送線路
、及び（又は）分配器の内壁にコルゲート構造（周期性
の溝）を設けることによって、広い周波数範囲で混成モ
ードを発生させて周波数特性を改善する。

（ホ）実施例 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は本発明によ番−実施例のを壁面に設置した状況
を示す外観斜視図、第２図は第１図に示すアンテナ組立
体の横断面図、第３図は第２図のＡ−Ａ矢視断面図であ
る。これらの図面において、アンテナ組立体Ｚは壁面Ｗ
にぴったりと沿わせて設置される。また、放射素子部箇
、仰角調整部２、及び方位角調整部３は孔や凹凸部を有
する略平面的な形状であり、放射素子部ｌの凹部、及び
１ｒｌｊ角！！１整部２の穴に仰角調整部２、及び方位
角調整部３の凸部が挿入された状態で重ね合わされてい
る。

第４図は放射素子部ｌの正面図、第５図は放射素子部１
の裏面図、第６図は仰角調整部２の正面図、第７図は方
位角調整部３の正面図である。第２図および第３図には
、放射素子部１の裏面に形成された伝送線路１０（溝状
の凹部）の中に、仰角調整部２に突出する整合部６（凸
部）及び分配部７（凸部）が挿入され、さらに、方位角
調整部３に突出する整合部８（凸部）及び分配部９（凸
部）が仰角調整部２に穿設された穴Ｉ２を介して挿入さ
れた状態が示されている。

放送衛星から送られてきた円偏波は、直交する各モード
に分離するための縮退分離部１１を備えた放射素子４Ｌ
、４Ｒに到達し、変換された直線偏波は結合穴５を経由
して伝送線路１０に送られる。第３図には８対の放射素
子４Ｌ、４Ｒが示されているが、放射素子４Ｌ、４ｒｌ
の各対は伝送線路■０によって並列に接続されている。

伝送線路で繋がった隣り合う放射素子４Ｌ、４）１から
送られ各直線偏波は、仰角調整部２に形成された整合部
６及び分配部７で混合された後、次の方位角調整部３に
形成された整合部８及び分配部９で、他の整合部から送
られてきた直ぬ偏波と混合される。

このようにして放射素子４Ｌ、４Ｒ，又は分配部７．９
から送られる直線偏波は次々と混合されて、最後の分配
部（図示しない）の出力はＢＳコンバータ（図示しない
）に送られる。整合部６と分配部７、及び整合部８と分
配部９はそれぞれ対になっており、伝、送線路１０の線
路長方向Ｉこ移動可能な構造になっている。例えば、第
３図において分配器（−組の整合部６と分配部７）は矢
印すの方向に移動させることができる。また他の方向に
対応する分配？５（−組の整合部８と分配部９）は矢印
Ｃの方向に移動させることができる。

隣り合う放射素子４Ｌ、４Ｒから送られる直線偏波は、
各放射素子４Ｌ、４Ｒから分配部７までの線路長が同じ
長さになるような位置に分配部７がある場合には同相で
混合される。第３図において分配部７の位置がこの位置
から左方向又は右方向に移動すると、隣り合う放射素子
４Ｌ、４１１から分配部７までの線路長の比が変化する
ので、それぞれ混合される直線偏波の位相関係が変化す
る。

第６図に示すように、仰角調整部２に形成された各整合
部６及び各分配部７は一体となっているので、全ての整
合部６及び分配部７が伝送線路の線路長方向に同時に移
動可能であり、従って、矢印すの方向に対応する各直線
偏波の位相関係は同時に変化させることができる。

同様に方位角調整部３に形成された各整合部８、及び分
配部９も第７図に示すよう、に一体となりているので、
矢印Ｃの方向に対応する各直線偏波の位相関係は全て同
時に変化させることができる。

放射素子部１と、仰角調整部２と、方位角調整部３とは
それぞれ重ね合わされているのであるが、それぞれ固着
された状態ではないので、それぞれ対応する伝送線路方
向（矢印す又はＣの方向）にそれぞれ独立に移動可能で
ある。矢印すの方向と矢印Ｃの方向は略直交している。

放射素子部１に対して仰角調整部２及び（又は）方位角
調整部３を移動さＵることにより、並列に接続された各
放射素子４Ｌ、４ＲからＩ３Ｓコンンバータ（図示しな
い）に送られる直線偏波の位相関係は矢印すの方向、又
は矢印Ｃの方向に対応してそれぞれ独立に進ませたり、
遅らせたりすることができるので、アンテナ組立体の指
向方向の直交成分をそれぞれ独立に変化させることがで
きる。この例の場合には指向方向の直交する成分（ビー
ムヂルド可変方向）としてｎ１角と方位角を選んでいる
。

放射素子部！、仰角調整部２、及び方位角調整部３の表
面は導電層が形成されているので、それぞれ互いに接触
する面は電気的に接続されている。

したがって放射素子部１と、仰角調整部２と方位角調整
部３とで形成される伝送線路の空間は導波管として働き
、放射素子群を並列に接続する。

第２図において、放射素子部ｌと、仰角調整部２と、方
位角調整部３とは接触して重ね合せられている（互いに
固着されていない）。方位角調整部３の凸部（分配部９
）は仰角調整部２にあけられた方位角分配部移動用の穴
１２を貫通して放射素子部ｌの四部（伝送線路１０）に
挿入されている。

分配部９は伝送線路１０、及び方位角分配部移動用の穴
１２に挿入された状態のままで、紙面に垂直方向に移動
可能である。放射素子部１と、仰角調整部２と、方位角
調整部３とで形成される空間は導波管として働く。

第４図において放射素子部ｌの表面にあけられた空洞共
振器からなる放射素子４Ｌ、４Ｒの人口にはポーン１５
がラッパ状に形成されている。ホーン１５がら空洞共振
器の中側にかけて縮退分離部１１が設けられている。

第５図において放射素子部ｌの裏面に形成された溝状凹
部は伝送線路！０であり、この空洞は第３図の放射素子
４と繋っている。この実施例ではプラスチック樹脂を一
体成形した成形体の全表面に銅の導？！層を形成するこ
とにより放射素子部ｌを形成しているのであるが、銅の
導電部は放射素子４、ホーン】５、縮退分離部１１、伝
送線路ＩＯの表面、及びその周辺部の表面に限定して形
成されていてもよい。

第６図において仰角調整部２は、接続板１３の片面に突
出した凸部（整合部６及び分配部７からなる分配器）と
、接続板Ｉ３に穿設した方位角分配部移動用の穴Ｉ２を
備えている。接続板１３は分配器を移動させる力を伝達
し、導波管の壁の一部分として機能する。この実施例で
は、プラスチック樹脂を一体成形した成形体の全表面に
銅の導電層を形成することにより仰角調整部２が形成さ
れている。

第７図において方位角調整部３は、接続板１４の片面に
凸部（整合部８及び分配部９からなる分配器）を突出さ
せることにより形成されている。

この実施例では、プラスチック樹脂を一体成形した成形
体の全表面に銅の導電層を形成することにより、方位角
調整部３が形成されている。

第８図（Ａ）〜第８図（Ｃ）は伝送線路中を分配器が移
動することによって伝送線路長の比が変化することを概
念的に説明する断面図である。第８図（Δ）において、
整合部６及び整合部７からなる分配器は放射素子４Ｌ及
び４Ｒを結ぶ伝送線路１０の中において、図の左側の方
向に移動した位置に存在しているので、放射素子４Ｒか
ら分配器までの線路長は、放射素子４Ｌから分配器まで
の線路長よりも長い。従って、放射素子４Ｒから分配器
に到達する直線偏波の位相は放射素子４Ｌから分配器に
到達する直線偏波よりも遅れるので、放射素子４Ｌと放
射素子４Ｒとで合成される指向方向は紙面に垂直上方向
から紙面の左上方向に傾く。

逆に第７図（Ｂ）において分配器は伝送線路中で′紙面
の右側の方向に移動した位置に存在しているので、合成
される指向方向は紙面に垂直上方向から紙面の右上方向
に傾く。第８図（Ｃ）において分配器は伝送線路中で分
配部７ａと分配部７ｂとから等距離の位置に存在してい
るので、合成される指向方向は紙面の垂直上方向である
。前記の場合と同じように伝送線路中で分配器を移動さ
せると指向方向は紙面の上下方向に傾く。

第９図は方位角調整部３を駆動させる機構を概念的に説
明する断面図である。第９図において放射素子部ｌの前
面は電磁波透過性の収納容器１６の内面に固着されてい
る。放射素子部！と、仰角調整部２と、方位角調整部３
とはそれぞれ摺動可能に重ね合わされている（固着され
ていない）。

方位角調整部３の接続板１４の一端には螺子１９が形成
されており、駆動部ｔ７のノブ１８を手で回すと、駆動
部Ｉ７の回転運動が接続板１４に直進運動として伝達さ
れ、方位角調整部３は矢印ｊの方向に移動する。この運
動により接続板１４上の分配部９は伝送線路量０内を第
３図における矢印Ｃ方向に移動しビームチルト角度を変
化させることかできる。仰角調整部２も同様に第２図に
示すノブ２３を回すことにより第３図の矢印す方向に移
動する。この実施例では駆動部を収容容器１６の側面に
設けたが、駆動部の位置を収容容器の前面２２に変更す
ることは容易である。

第１０図はコルゲート構造を説明する断面図である。第
１０図において放射素子部■こ形成された伝送線路ｌＯ
の壁面にコルゲート部（周期的な歯形構造）２０ａ、及
び２０ｃが形成されている。

分配部７の壁面にもコルゲート部２０ｂが形成されてい
る。内壁に周期性の溝を形成することによって伝送線路
内で広い周波数範囲で混成モードを発生させて周波数特
性を改善する。

一般にアンテナは受信と送信とが可逆であるので、以上
の説明についても受信と送信とは可逆である。また、本
発明の範囲内で設計変更可能であるのは当然である。

（へ）発明の効果 本発明によれば、アンテナ本体の外から手で操作するこ
とによってビームチルト方向を変化させることか可能な
壁面設置用ビームチルト可変型アレイアンテナを提供す
ることができる。また、略直交する２方向のビームチル
ト角度を可変にすることが可能になったことにより、ア
ンテナ本体を建築物の壁面に直接ぴったりと取り付ける
ことが可能である。また、本発明により、アンテナのビ
ームチルト角度を可能にする各分配器は接続板につなが
った状態で一体成形が可能度あり、製造が非常に容易で
ある。また、アンテナの操作ノブがアンテナの前面又は
側面に取り付けられていて、アンテナ設置時の指向方向
調整作業が非常に容易である。また、本発明により伝送
線路の中に分配器を設けて直交する２方向のビームチル
ト角度を完全に独立して調整することが可能となる。

さらに、伝送線路の内壁や分配部の表面にコルゲート構
造を形成して伝送線路内で広い周波数範囲で混成モード
を発生させて周波数特性が改善された壁面設置用ビーム
チルト可変型アレイアンテナを提供することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の外観を示す斜視図、第２
図は第１図に示す実施例の横断面図、第３図は第２図の
Ａ−Ａ矢視断面図、第４図〜第７図は第１図に示す実施
例の要部詳細説明図、第８図（Ａ）〜第８図（Ｃ）は第
１図に示す実施例の動作を示す説明図、第９図は第１図
に示す実施例の要部構成説明図、第１Ｏ図はこの発明の
他の実施例を示す要部構成説明図である。 ・・・・・螺子、 ２０ａ、　　２０ｂ ２０ｃ・・・・・・コルゲート部。 ・・・・・放射素子部、２・・・・・・仰角調整部、・
・・・・・方位角調整部、 Ｌ、　４１１・・・・・・放射素子、 ・・・・・・結合穴、　　６・・・・・・整合部１．７
ａ、７ｂ・・・・・・分配部、 ・・・・・・整合部、　　　９・・・・・・分配部、０
・・・・・・伝送線路、１１・・・・・・縮退分離部、
２・・・・・・方位角調整部移動用の穴、３、■４・・
・・・・接続板、 ５・・・・・・ホーン、　　！６・・・・・・収納容器
、７・・・・−・駆動部、　　１８．２３・・・・・・
ノブ、第４図 第５図 第７図 第６図 第８図 （Ａ） （Ｂ） 第８図 （Ｃ） 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、略マトリクス状に配列した多数の放射素子群を導波
   管を用いて並列給電した壁面設置用ビームチルト可変型
   アレイアンテナにおいて、同じビームチルト可変方向に
   対応する各分配器が、対応する操作ノブの動きに連動し
   て同一方向に移動することによって、それぞれ隣り合う
   二つの出力点と、これに接続する分配器との伝送線路長
   の比が変化するように構成したことを特徴とする壁面設
   置用ビームチルト可変型アレイアンテナ。 ２、ビームチルト方向が略直交する２方向に対して可変
   であることを特徴とする請求項１記載の壁面設置用ビー
   ムチルト可変型アレイアンテナ。 ３、一つのビームチルト可変方向に対応する各分配器は
   接続板に繋がった状態で一体成形されていることを特徴
   とする請求項１記載の壁面設置用ビームチルト可変型ア
   レイアンテナ。 ４、操作ノブは壁面設置用衛星放送受信アレイアンテナ
   の前面又は側面に取り付けられていることを特徴とする
   請求項１記載の壁面設置用ビームチルト可変型アレイア
   ンテナ。 ５、分配器が伝送線路の中に設けられたことを特徴とす
   る請求項１記載の壁面設置用ビームチルト可変型アレイ
   アンテナ。 ６、伝送線路は、その内壁、及び（又は）分配部の表面
   にコルゲート構造を形成したことを特徴とする請求項１
   記載の壁面設置用ビームチルト可変型アレイアンテナ。