JPH07202557A - ラジカル導波路型ビームチルトアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 トルクの小さいモータで駆動でき、かつロー
タリ・ジョイントを不要とした、コストの安価なラジア
ル導波路型ビームチルトアンテナ装置を提供する。 【構成】 上側面に放射素子３が配設される上部導体１
１と、上部導体１１と間隙を設けて対向して配設されて
ラジアル導波路を形成する下部導体１３と、下部導体１
３に対して上部導体１１を回動駆動するモータ１９、回
転軸７、ローラ５からなる駆動手段とを備えて構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビームチルト付きの平
面アンテナに関し、特にラジアル導波路を用いたラジア
ル導波路型ビームチルトアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般家庭で衛星放送を受信するためのア
ンテナとして、パラボラタイプや平面タイプなどの多種
多様なアンテナが発売されている。なかでも高効率なア
ンテナの１つとして、図９に示すラジアル導波路給電型
平面アンテナがある。この平面アンテナは給電回路に導
波管型のラジアル導波路７１を用いているため、給電損
失が非常に少なく、アンテナ全体として非常に高い効率
を実現している。

【０００３】上記のアンテナは衛星の方向にアンテナの
正面を向けていたが、家の壁にアンテナを取り付けて衛
星放送を受信するために、アンテナ素子の位相を制御す
ることによりビームを衛星の方向にチルトさせるビーム
チルト型のラジアル導波路給電型平面アンテナも開発さ
れている。

【０００４】また、新しい要求として、旅客機、船、列
車、自動車などの移動体での衛星放送受信が考えられて
おり、一例として、図１０に示すようなビームチルト型
のラジアル導波路給電型平面アンテナを用いた受信装置
が考えられている。ビームチルト型のラジアル導波路給
電型平面アンテナを天頂に向けた状態で、方位角方向に
アンテナ全体をモータ７５により回転させることによ
り、衛星方向にビームを向けることができる構成となっ
ている。

【０００５】ここで問題となるのが、モータ７５とロー
タリ・ジョイント７９である。衛星方向にビームを向け
るために、重たいアンテナ全体を方位角方向に回転させ
なければならないため、トルクの大きいモータが必要に
なる。それにともないモータが大きくなるためアンテナ
の薄型化にはそぐわなくなり、また消費電力も多くな
る。

【０００６】さらに、アンテナ全体が回転するため、受
信信号を伝送するのに受信機との間にロータリ・ジョイ
ント７９が必要となる。このロータリ・ジョイント７９
は高周波を伝送するために精密な構造になっており、機
械的磨耗に弱く信頼性に欠けるため周期的に交換しなけ
ればならない。その上、ロータリ・ジョイント７９は非
常に高価な部品であるため、装置全体として非常に高い
ものになるといった欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の衛星放送受信のための移動体用ラジアル導波路給電型
平面アンテナ装置においては、トルクの大きいモータが
必要となるため、モータが大型化し、アンテナ装置全体
として薄型化するのが困難であり、消費電力が増大する
といった欠点があった。また、ロータリ・ジョイントも
必要であるため、それ自体非常に高価な上、周期的に交
換が必要であるため、装置全体として非常に高い装置に
なるといった欠点があった。

【０００８】本発明は、上記従来例の欠点を改善するた
めに発明されたもので、従来例のモータよりトルクの小
さいモータで十分駆動でき、かつロータリ・ジョイント
を必要としないため、モータの小型化、アンテナ装置全
体としての薄型化、消費電力の低下、信頼性の向上、コ
ストの低減などが可能なラジアル導波路型ビームチルト
アンテナ装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のラジアル導波路型ビームチルトアンテナ装置
は、上側面に放射素子が配設される上部導体と、この上
部導体と間隙を設けて対向して配設されてラジアル導波
路を形成する下部導体と、この下部導体に対して上部導
体を回動駆動する駆動手段とを有することを要旨とす
る。

【００１０】好ましくは、上部を放射素子の励振用開口
を備えた閉塞面とし、下部を開口部とした円筒形の上部
導体と、同上部導体の閉塞面の外側に設けられた放射素
子を備えた誘電体板と、下部を前記放射素子の給電手段
を略中央部に設けた閉塞面とし、上部を開口部とした円
筒形の下部導体と、前記上部導体と前記下部導体間に設
けられた、回転自在にして接続する接続手段と、前記上
部導体の側面に係合して同上部導体を回転させる回転手
段とを備えると良い。

【００１１】すなわち、アンテナ全体ではなく、ラジア
ル導波路の放射素子を備えた誘電体板を取り付けた上部
導体だけをモータ等を用いた回転手段で回転させるた
め、従来より小さいモータで十分回転でき、かつロータ
リ・ジョイントを必要としないため、モータの小型化、
アンテナ装置全体としての薄型化、消費電力の低下、信
頼性の向上、コストの低減などが可能となる。

【００１２】好ましくは、前記接続手段が、前記上部導
体及び前記下部導体の両円筒形を異なる直径にし、一方
の円筒の中に他方の円筒を挿入し、一方の円筒形の周壁
部に凹部を設け、他方の円筒形の周壁部に凸部を設け、
前記凹部に前記凸部を係合させて回転自在に構成すると
良い。

【００１３】すなわち、一方の円筒形の周壁部に凹部状
の係合手段を設け、他方の円筒形の周壁部に凸部状の係
合手段を設けて、凹部に凸部を回転自在に係合させて上
部導体を支持するようにしており、従って上部導体を回
転自在にして下部導体に接続することが可能となる。

【００１４】好ましくは、前記上部導体及び前記下部導
体の両円筒形を異なる直径にし、一方の円筒の中に他方
の円筒を挿入し、一方の円筒の閉塞面と他方の開口の先
端との間の接続部の隙間に電波吸収体を設けれと良い。
すなわち、前記接続手段で回転自在に接続した接続部の
隙間に電波吸収体を設けており、従って電波の漏洩を防
ぐことが可能となる。

【００１５】好ましくは、前記上部導体及び前記下部導
体の両円筒形を異なる直径にし、一方の円筒の中に他方
の円筒を挿入し、両円筒の周壁間、及び一方の円筒の閉
塞面と他方の開口の先端との間を所定の間隔とし、同円
筒の閉塞面と他方の開口の先端との間に誘電体を設け
て、同誘電体で前記上部導体を回転可能にして支持する
と共に、同誘電体が短絡面となるチョーク構造を構成す
ると良い。

【００１６】すなわち、上部導体及び下部導体の両円筒
形を異なる直径にし、一方の円筒の中に他方の円筒を挿
入し、両円筒の周壁間、及び一方の円筒の閉塞面と他方
の開口の先端との間を所定の間隔とし、同円筒の閉塞面
と他方の開口の先端との間に誘電体を設けるようにして
あり、従って、誘電体で上部導体を回転可能にして支持
すると共に、同誘電体が短絡面となるチョーク構造を構
成して前記上部導体と前記下部導体とを接続することが
できるため、電波の漏洩を防ぐことが可能となる。

【００１７】好ましくは、前記接続手段が前記上部導体
と前記下部導体間に設けられたボール・ベアリングと、
接続部が外れないように保持する保持手段とを具備する
と良い。すなわち、上部導体と下部導体間にボール・ベ
アリングと接続部が外れないように保持する保持手段と
を設けるようにしており、従って、接続部が外れないよ
うにして上部導体を回転させることが可能となり、また
ボール・ベアリングの数を多くすることにより、接続部
からの電波の漏洩を防ぐことが可能となる。

【００１８】

【作用】本発明のラジアル導波路型ビームチルトアンテ
ナ装置は、上側面に放射素子が配設される上部導体だけ
を、この上部導体と間隙を設けて対向して配設されてラ
ジアル導波路を形成する下部導体に対して回動駆動する
ことから、従来より小さいモータで十分回転でき、かつ
ロータリ・ジョイントを必要としないため、モータの小
型化、アンテナ装置全体としての薄型化、消費電力の低
下、信頼性の向上、コストの低減などが可能となる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面を参
照して説明する。実施例は特に移動体搭載用のラジアル
導波路型ビームチルトアンテナとして構成した例を示
す。図１は、本発明の第１の実施例を示す、ラジアル導
波路型ビームチルトアンテナ装置の放射素子の取付面を
示す平面図である。

【００２０】図１（ａ）に示すように、円形形状の誘電
体板１に複数の一点給電型の円偏波パッチアンテナ素子
３が多数配置されており、図１（ｂ）の部分拡大図に示
すように各円偏波パッチアンテナ素子３には対向する円
周上に縮退分離用の凹部を給電点ａに対して４５度の角
度で対向して設けた形状とし、さらに、それぞれの円偏
波パッチアンテナ素子３の取り付けの向きを変え、同心
円上になるようにして複数段に配置し、円形形状の誘電
体板１の円周部に回転軸７と連動して回転するローラ５
を配置している。なお、図１に示す円偏波パッチアンテ
ナ素子３の形状及び数は一例であり、通常は非常に多く
の数の円偏波パッチアンテナ素子３が各々が異なる向き
に配設されて構成されており、これらは以下の説明にお
いても共通しているものである。

【００２１】図２は、図１のラジアル導波路型ビームチ
ルトアンテナ装置の側面からみた構成図である。ラジア
ル導波路の上部導体１１は、上部を円偏波パッチアンテ
ナ素子３の励振用開口を備えた閉塞面とし、下部を開口
部とした円筒形に形成し、上部導体１１の閉塞面の外側
に円偏波パッチアンテナ素子３を備えた誘電体板１を取
り付け、円偏波パッチアンテナ素子３の励振ピン１５を
励振用開口を通して上部導体１１の内側に挿入してい
る。

【００２２】ラジアル導波路の下部導体１３は、下部を
円偏波パッチアンテナ素子３の給電ピン２１を略中央部
に設けた閉塞面とし、上部を開口部とした円筒形に形成
している。ラジアル導波路を給電するコネクタ１７は下
部導体１３の略中央部の外側に取り付けられており、下
部導体１３に設けられた開口を介して給電ピン２１と接
続し受信信号を出力できるようにしている。

【００２３】上部導体１１及び下部導体１３の両円筒形
を異なる直径にし、上部導体１１の円筒部の中に下部導
体１３の円筒部を挿入し、上部導体１１の側面の周壁部
には凹部２３を設け、下部導体１３の側面の周壁部には
凸部２５を設けて、凹部２３に凸部２５を係合させて回
転自在にして上部導体１１と下部導体１３を接続し、内
部に共振空洞を形成している。固定板９を用いてモータ
１９と下部導体１３を固定し、モータ１９の回転軸７を
ローラ５に固定し、ローラ５を上部導体１１の側面に係
合させて上部導体１１を回転させるようにしている。

【００２４】以下、実施例の動作原理について説明す
る。まず、衛星からの電波を円偏波パッチアンテナ素子
３で受信し、励振ピン１５でラジアル導波路内に信号が
伝送され、給電ピン２１で各励振ピン１５からの信号を
集めて、給電コネクタ１７から出力される。円偏波パッ
チアンテナ素子３は取り付けの向きを変えて配置してい
るため、各円偏波パッチアンテナ素子３の給電位相を制
御できるため、アレーアンテナとしてのビームをチルト
させることが可能となる。これにより仰角方向にビーム
をチルトさせたとする。

【００２５】次にモータ１９を回転させることによりロ
ーラ５が回転し、さらに上部導体１１が回転する。上部
導体１１に取り付けられている誘電体板１には円偏波パ
ッチアンテナ素子３が配置されており、ラジアル導波路
の上部導体１１が回転しても、円偏波の受信は可能とな
る。

【００２６】これにより仰角方向にチルトしたビームを
さらに方位角方向にもチルトさせることが可能となり、
このアンテナを移動体に搭載すれば、移動体が移動中に
進行方向を変更したとしても、円偏波パッチアンテナ素
子３を設けている軽量な誘電体板１及び上部導体１１の
みを回転させるので、従来のモータよりトルクの小さい
モータ１９で常にビームを衛星方向に向けて受信するこ
とが可能となる。また、上部導体１１のみ回転し、下部
導体１３は回転しないのでロータリ・ジョイントは不要
となる。

【００２７】図３は、本発明の第２の実施例を示す、ラ
ジアル導波路型ビ−ムチルトアンテナ装置の側面からみ
た構成図である。図中、図２で示したものと同一のもの
は同一の符号を付して説明は省略する。図２ではラジア
ル導波路の上部導体１１に凹部２３を設け、下部導体１
３に凸部２５を設けて、凹部２３に凸部２５を係合させ
て回転自在に接続するようにしているが、図３に示すよ
うに、上部導体１１に凸部２７を設け、下部導体１３に
凹部２９を設けて接続するようにしても良い。

【００２８】また、上部導体１１と下部導体１３で構成
される共振空洞の内部に、下部導体１３の側面の内壁部
に沿って電波吸収体３１を設け、電波吸収体３１の上部
を上部導体１１の閉塞面に対して近接させて配置し、接
続部の隙間から電波の漏洩を防ぐと共に、上部導体１１
の回転性を確保している。

【００２９】図４は、本発明の第３の実施例を示す、ラ
ジアル導波路型ビームチルトアンテナ装置の側面からみ
た構成図である。図中、図２で示したものと同一のもの
は同一の符号を付して説明は省略する。上部導体１１及
び下部導体１３の両円筒形を異なる直径にし、上部導体
１１の円筒部の中に下部導体１３の円筒部を挿入し、両
円筒の周壁３３及び周壁３５間、及び上部導体１１の円
筒の閉塞面と下部導体１３の開口の先端との間を所定の
間隔とし、下部導体１３の周壁３５に開口側より断面が
略コ字状に形成した誘電体３７を勘合させ、誘電体３７
で上部導体１１を回転可能にして支持している。また、
周壁３３及び周壁３５の対向して配置された部分の長さ
Ｌを、共振空洞内で励振する電波の波長の約１／４に相
当する長さとし、終端が開放され誘電体３７の部分が短
絡面となるチョーク構造を構成し、共振空洞内からの電
波の漏洩を防ぐようにしている。

【００３０】図５は、本発明の第４の実施例を示す、ラ
ジアル導波路型ビームチルトアンテナ装置の側面からみ
た構成図である。図中、図２で示したものと同一のもの
は同一の符号を付して説明は省略する。上部導体１１及
び下部導体１３の両円筒形を異なる直径にし、上部導体
１１の円筒部の中に下部導体１３の円筒部を挿入し、上
部導体１１の周壁３９の先端を内側に折り曲げて固定片
を設け、同固定片にボール・ベアリング４５を設け、下
部導体１３の周壁４１の先端を外側に折り曲げて固定片
を設け、同固定片にボール・ベアリング４３を設けてい
る。

【００３１】同様に、周壁３９に設けた固定片及び周壁
４１に設けた固定片に複数のボール・ベアリング４７及
び４９等を設けて、ボール・ベアリング４３及び４７等
で上部導体１１の閉塞面を摺動可能にして支持し、ボー
ル・ベアリング４５及び４９等で下部導体１３の周壁４
１に形成した固定片を摺動可能にして支持しているた
め、従って上部導体１１の回転性を確保すると共に、共
振空洞内からの電波の漏洩を防ぐことができる。また、
上部導体１１と下部導体１３の固定片の長さを適当な寸
法にすることにより、接続部が外れないように保持する
ことができる。

【００３２】以上説明したように、本発明によれば、ア
ンテナ全体ではなく円偏波パッチアンテナ素子３を設け
た上部導体１１だけを回転させるため、従来より小さい
モータで十分回転でき、かつロータリ・ジョイントを必
要としないため、モータの小型化、アンテナ装置全体と
しての薄型化、消費電力の低下、信頼性の向上、コスト
の低減などが可能となる。また、モータとして超音波モ
ータを使用すれば、小型でかつ薄型にでき、消費電力も
少なくて済むといった利点がある。

【００３３】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、放射素子として円偏波パッチアンテナ
素子３を用いて説明したが、放射素子として以下に示す
ようなもの等を使用することができる。

【００３４】図６は、本発明の第５の実施例を示す、ラ
ジアル導波路型ビームチルトアンテナ装置の側面からみ
た構成図である。図中、図２で示したものと同一のもの
は同一の符号を付して説明は省略する。

【００３５】図２との相違点は、円偏波パッチアンテナ
素子３の代わりにヘリカルアンテナ素子５１を使用し
て、衛星からの円偏波を受信するようにしたものであ
り、その他は図２と同様に構成している。

【００３６】図７は、本発明の第６の実施例を示す、ラ
ジアル導波路型ビームチルトアンテナ装置の放射素子の
取付面を示す平面図である。図中、図１で示したものと
同一のものは同一の符号を付して説明は省略する。図１
との相違点は、円偏波パッチアンテナ素子３の代わり
に、図７（ｂ）の部分拡大図に示すように略Ｔの字状に
離間して配列された２つのスロット５３を使用するよう
にしたものであり、２つのスロット５３の相互のスロッ
トの相対位置関係を変えないようにして全体の向きを全
て異なるように各々変えて誘電体板１上に螺旋状に配置
するようにしており、従って円偏波パッチアンテナ素子
３を用いた図１の場合と同様に、衛星からの円偏波を受
信することができる。

【００３７】また、前記実施例では、励振ピン１５によ
り円偏波パッチアンテナ素子３を励振する方式を用いて
説明したが、図８に示す給電スロット５５などの結合素
子により円偏波パッチアンテナ素子３などの放射素子を
励振する電磁結合方式でも同様な効果を得ることができ
る。

【００３８】図８は、本発明の第７の実施例を示す、ラ
ジアル導波路型ビームチルトアンテナ装置の放射素子の
取付面を示す平面図である。図中、図１で示したものと
同一のものは同一の符号を付して説明は省略する。

【００３９】図１との相違点は、円偏波パッチアンテナ
素子３を励振ピン１５で励振する代わりに給電スロット
５５を用い、円偏波パッチアンテナ素子３の給電点に対
して裏面から給電スロット５５で給電して励振するよう
にしたものであり、円偏波パッチアンテナ素子３は誘電
体板１上に螺旋状に配置するようにしており、励振ピン
１５を用いた場合と同様に、衛星からの円偏波を受信す
ることができる。

【００４０】前記実施例では受信の場合について説明し
たが、送信の場合でも同様な効果を得ることができる。
このように本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々
変形して用いることができる。

【００４１】上述したように、本実施例によれば、放射
素子を設けている誘電体板を取り付けた上部導体のみを
回転させるようにしているため、低トルクモータで十分
駆動でき、またロータリ・ジョイントを必要としないた
め、信頼性の向上、アンテナ全体の小型・薄型化、低消
費電力、アンテナ全体の低価格化を図ることが可能とな
る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のラジアル
導波路型ビームチルトアンテナ装置は、上側面に放射素
子が配設される上部導体だけを回動駆動することから、
低トルクモータでのビームチルト型のアンテナを簡易な
構成で提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の放射素子の取付面を示す
平面図である。

【図２】図１のラジアル導波路型ビームチルトアンテナ
装置の側面からみた構成図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の側面からみた構成図であ
る。

【図４】本発明の第３の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の側面からみた構成図であ
る。

【図５】本発明の第４の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の側面からみた構成図であ
る。

【図６】本発明の第５の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の側面からみた構成図であ
る。

【図７】本発明の第６の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の放射素子の取付面を示す
平面図である。

【図８】本発明の第７の実施例を示す、ラジアル導波路
型ビームチルトアンテナ装置の放射素子の取付面を示す
平面図である。

【図９】従来例を示すラジアル導波路給電型平面アンテ
ナの構成図である。

【図１０】従来例を示すビームチルト型のラジアル導波
路給電型平面アンテナ装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ３ 円偏波パッチアンテナ素子 ５ ローラ ７ 回転軸 ９ 固定板 １１ 上部導体 １３ 下部導体 １５ 励振ピン １７ コネクタ １９ モータ ２１ 給電ピン ２３，２９ 凹部 ２５，２７ 凸部 ３１ 電波吸収体 ３３，３５，３９，４１ 周壁 ３７ 誘電体 ４３，４５，４７，４９ ボール・ベアリング ５１ ヘリカルアンテナ素子 ５３ スロット ５５ 給電スロット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上側面に放射素子が配設される上部導体
   と、 この上部導体と間隙を設けて対向して配設されてラジア
   ル導波路を形成する下部導体と、 この下部導体に対して上部導体を回動駆動する駆動手段
   とを有することを特徴とするラジアル導波路型ビームチ
   ルトアンテナ装置。