JPH0730414A - 位相同期ループ回路ならびにそれを用いた同相合成装置およびアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】位相同期ループ回路ＰＬＬ１では、掛算器ＦＣ
１において、入力される受信信号Ｂ１と電圧制御型発振
器ＶＣＯ１の出力信号とが混合される。掛算器ＦＣ１の
出力信号は、低域通過フィルタＬＰＦ１で高周波成分が
除去され、さらにくし歯型フィルタＫＦ１で信号対雑音
比が改善された後に、位相比較器ＰＣ１に入力される。
位相比較器ＰＣ１はくし歯型フィルタＫＦ１からの信号
とライン６０からの基準信号との位相を比較する。その
出力信号は、ループフィルタＬＦ１において、電圧制御
型発振器ＶＣＯ１に与えるべき制御電圧に変換される。 【効果】位相比較器ＰＣ１の入力信号の信号対雑音比が
改善されるので、ループ中のノイズを低減できる。その
ため、ループゲインを大きくとって、キャプチャレンジ
およびロックレンジを大きくすることができる。これに
より、電圧制御型発振器ＶＣＯ１の発振周波数の変動な
どの影響を良好に補償できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体に搭載するため
の電子追尾型のアンテナ装置などに用いられる位相同期
ループ回路ならびにそれを用いた同相合成装置およびア
ンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電車やバス等の移動体において衛星放送
を受信し、その車内に設置したテレビジョン受像機で放
送衛星からの映像を放映することができるようにするた
めに、車両のルーフ上に衛星放送受信用のアンテナを設
置することが提案されている。このようなアンテナ装置
では、車両の走行に支障がないように装置全体の高さを
低くする必要があり、かつ、車両の方向によらずにアン
テナを放送衛星の方向に向けるための追尾機能が備えら
れている必要がある。

【０００３】装置の高さはアンテナの高さによってほぼ
決定される。そこで、複数の横長な平面アンテナ素子を
平行に設置し、全体で放送衛星の電波を充分な画質で受
信できるだけのアンテナ面積を確保するようにしたアン
テナ装置が提案されている。複数の平面アンテナ素子の
出力は、あたかも１枚の平面アンテナで受信されたかの
ように重ね合わせられる。この重ね合わせを実現する回
路は、同相合成回路と呼ばれる。

【０００４】同相合成回路の一般的な構成は、図８に示
されている。複数の平面アンテナ素子ａ１，ａ２，・・・
・，ａｎの受信信号はそれぞれＢＳコンバータｃ１，ｃ
２，・・・・，ｃｎに入力され、衛星放送の電波の周波数の
信号が、信号処理が容易な低周波信号に変換される。こ
の周波数変換は、たとえば、ＢＳコンバータｃ１，ｃ
２，・・・・，ｃｎの内部に備えられた局部発振器（図示せ
ず。）の出力信号と、アンテナ素子ａ１，ａ２，・・・・，
ａｎからの入力信号とを混合することによって行われ
る。この周波数変換後の信号が、同相合成回路１に入力
される。

【０００５】同相合成回路１は、ＢＳコンバータｃ１，
ｃ２，・・・・，ｃ（ｎ−１）からの信号がそれぞれ入力さ
れる複数の位相同期ループ回路ｐ１，ｐ２，・・・・，ｐ
（ｎ−１）を備えている。ＢＳコンバータｃｎからの信
号は、複数の位相同期ループ回路ｐ１，ｐ２，・・・・，ｐ
（ｎ−１）を同期させるための基準系回路ｐｎに入力さ
れる。

【０００６】基準系回路ｐｎには、ＢＳコンバータｃｎ
からの信号が入力される掛算器ｍｎが備えられている。
この掛算器ｍｎには、一定の周波数の信号を発生する周
波数固定発振器３からの信号が供給されている。掛算器
ｍｎでは入力される２つの信号が混合され、この混合に
より周波数変換が達成される。この周波数変換後の信号
は、低域通過フィルタｆｎおよび自動利得制御型増幅器
ａｇｃｎを介して電力合成器７に入力されている。

【０００７】ＢＳコンバータｃｎからの信号は、掛算器
ｍｎとは別の掛算器９において、周波数固定発振器３か
らの信号を位相遅延部５で９０度だけ位相を遅延させた
信号と混合される。この混合された信号は、低域通過フ
ィルタ１１で高周波成分が除去された後に、ライン１３
を介して複数の位相同期ループ回路ｐ１，ｐ２，・・・・，
ｐ（ｎ−１）に基準信号として供給される。

【０００８】位相同期ループ回路ｐ１，ｐ２，・・・・，ｐ
（ｎ−１）はいずれも同様な構成を有している。そこ
で、位相同期ループ回路ｐ１を例にとって構成を説明す
る。位相同期ループ回路ｐ１には、ＢＳコンバータｃ１
からの信号と、電圧制御型発振器ｖｃｏ１からの信号を
混合するための掛算器ｍ１が備えられている。掛算器ｍ
１の出力は、低域通過フィルタｆ１において高周波成分
が除去された後、自動利得制御型増幅器ａｇｃ１を介し
て電力合成器７に入力される。

【０００９】掛算器ｍ１の出力は、さらに、位相比較器
ｐｃ１に入力される。位相比較器ｐｃ１では、基準系回
路ｐｎからライン１３を介して与えられる基準信号と、
低域通過フィルタｆ１からの信号との位相比較が行わ
れ、その比較結果に対応した出力信号が出力される。こ
の出力信号はループフィルタｆｆ１で制御電圧に変換さ
れ、この制御電圧が電圧制御型発振器ｖｃｏ１に入力さ
れる。

【００１０】位相比較器ｐｃ１には、たとえば、乗算回
路が用いられる。この場合には、位相同期ループ回路ｐ
１は、ライン１３からの基準信号と低域通過フィルタｆ
１からの信号との位相差が９０度に保持されるように動
作する。そのため、自動利得制御型増幅器ａｇｃ１を経
て電力合成器７に入力される信号は、基準系回路ｐｎ１
から自動利得制御型増幅器ａｇｃｎを経て電力合成器７
に入力される信号と同じ位相を有する。

【００１１】同様な動作が他の位相同期ループ回路ｐ
２，・・・・，ｐ（ｎ−１）においても行われる。これによ
り、これらの位相同期ループ回路ｐ２，・・・・，ｐ（ｎ−
１）からそれぞれ自動利得制御型増幅器ａｇｃ２，・・・
・，ａｇｃ（ｎ−１）で増幅されて電力合成器７に入力
される信号は、自動利得制御型増幅器ａｇｃｎが出力す
る信号と同じ位相となる。

【００１２】その結果、電力合成器７において複数の入
力信号が電力合成されることによって、複数のアンテナ
素子ａ１，ａ２，・・・・，ａｎの出力信号の同相合成が達
成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】位相同期ループ回路内
の電圧制御型発振器の発振周波数や、ＢＳコンバータ内
の局部発振器の発振周波数は、周囲の環境温度の変動に
伴って変動する。この場合、上記の発振周波数の変動に
対する補償は、位相同期ループ回路の同期機能に課せら
れる。

【００１４】この同期機能の尺度は、良く知られている
ように、キャプチャレンジ（周波数引込み範囲）および
ロックレンジ（同期保持範囲）である。これらを大きく
とれば、上記の発振周波数の変動に対する補償を良好に
行える。キャプチャレンジおよびロックレンジを大きく
とるには、ループゲインを大きくとればよい。しかし、
ループゲインを大きくとると、電圧制御型発振器の出力
信号には、ループ中のノイズに起因した周波数変調が大
きな度合いで生じることになる。この周波数変調の度合
いが大きくなると、たとえば、受信電波が周波数変調波
である場合には、復調時のノイズが大きくなるという問
題が生じる。

【００１５】したがって、ループゲインを無制限に大き
くとることはできない。そこで、本発明の目的は、ルー
プ中のノイズを低減することによりループゲインを大き
くとることができるようにし、その結果としてキャプチ
ャレンジおよびロックレンジを向上することができるよ
うにした位相同期ループ回路を提供することである。

【００１６】また、本発明の他の目的は、環境の変動に
よらずに複数の信号を良好に同相合成することができる
同相合成装置を提供することである。本発明のさらに他
の目的は、複数のアンテナ素子からの信号を環境の変動
によらずに良好に同相合成できるようにして、いずれの
環境下でも良好に電波を受信できるようにしたアンテナ
装置を提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段および作用】上記の目的を
達成するための本発明の位相同期ループ回路は、電圧制
御型発振器と、この電圧制御型発振器の出力信号の周波
数に対応した周波数の信号と所定の基準信号とが入力さ
れ、これら２つの信号の位相を比較して、その比較結果
に対応した信号を出力する位相比較器と、この位相比較
器の出力を電圧信号に変換して、この電圧信号を上記電
圧制御型発振器に制御電圧として供給するループフィル
タと、上記位相比較器に入力すべき信号をフィルタリン
グして所定の周波数帯域の信号のみを通過させることに
より、上記位相比較器に入力される信号の信号対雑音比
を改善するフィルタ手段とを含むことを特徴とする（請
求項１）。

【００１８】この構成によれば、位相比較器に入力すべ
き信号はフィルタ手段によるフィルタリングを受けて、
信号対雑音比が改善される。すなわち、ノイズを除去し
た所定の周波数帯域の信号のみが位相比較器に入力され
る。これにより、必要な周波数以外の信号を除去するこ
とができ、ループ中のノイズを低減できる。その結果、
ループゲインを大きくとることができるので、キャプチ
ャレンジおよびロックレンジを大きくすることができ
る。

【００１９】なお、必要な信号の周波数が離散的な周波
数帯域に存在する場合には、請求項２に記載されている
ように、上記フィルタ手段として、離散的に設定された
複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型の通過周
波数特性を有するものを適用すればよい。また、本発明
の同相合成装置は、複数の入力信号の位相を揃えて電力
合成するための同相合成装置であって、複数の信号を入
力することができ、入力された複数の信号を電力合成す
る電力合成手段と、上記複数の入力信号のうちの１つで
ある所定の基準入力信号と所定の基準周波数信号とを混
合し、この混合によって得られた信号を上記電力合成手
段に供給する手段と、上記基準入力信号と上記所定の基
準周波数信号とを混合して所定の基準信号を作成する基
準信号作成手段と、上記複数の入力信号のうちの上記基
準入力信号以外の入力信号が入力され、上記基準信号作
成手段で作成された基準信号に基づいて、上記基準入力
信号と上記基準周波数信号とを混合して得られる信号と
同じ位相の信号を作成して上記電力合成手段に与える１
つ以上の位相同期ループ回路とを含み、上記位相同期ル
ープ回路は、電圧制御型発振器と、この電圧制御型発振
器の出力信号と上記入力信号とを混合し、この混合によ
って得られた信号を上記電力合成手段に供給する周波数
混合手段と、この周波数混合手段の出力信号と、上記基
準信号作成手段からの基準信号とが入力され、これら２
つの信号の位相を比較して、その比較結果に対応した信
号を出力する位相比較器と、この位相比較器の出力を電
圧信号に変換して、この電圧信号を上記電圧制御型発振
器に制御電圧として供給するループフィルタと、上記周
波数混合手段と上記位相比較器との間に介装され、上記
周波数混合手段の出力信号をフィルタリングして所定の
周波数帯域の信号のみを通過させることにより、上記位
相比較器に入力される信号の信号対雑音比を改善する第
１のフィルタ手段とを有するものであることを特徴とす
る（請求項３）。

【００２０】この構成では、複数の入力信号を同相合成
するために位相同期ループ回路が用いられる。位相同期
ループ回路では、第１のフィルタ手段の働きによってル
ープ中のノイズが低減されるため、ループゲインを大き
くとって、キャプチャレンジおよびロックレンジを大き
くすることができる。その結果、たとえば、電圧制御型
発振器の発振周波数が周囲温度などのような環境変化の
ために変動した場合であっても、このような発振周波数
の変動を位相同期ループ回路において良好に補償するこ
とができる。したがって、環境の変化によらずに、複数
の信号を良好に同相合成することがとできる。

【００２１】なお、入力信号の周波数が離散的な周波数
帯域に存在する場合には、請求項４に記載されているよ
うに、上記第１のフィルタ手段として、離散的に設定さ
れた複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型の通
過周波数特性を有するものを適用することが好ましい。
また、請求項５に記載されているように、上記基準信号
作成手段と上記位相比較器との間に介装され、上記基準
信号作成手段が出力する基準信号をフィルタリングして
所定の周波数帯域の信号のみを通過させることにより、
上記位相比較器に入力される信号の信号対雑音比を改善
する第２のフィルタ手段をさらに設けることにより、ル
ープ中のノイズの一層の低減を図ることができる。

【００２２】この場合に、入力信号の周波数が離散的な
周波数帯域に存在する場合には、請求項６に記載されて
いるように、上記第２のフィルタ手段として、離散的に
設定された複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯
型の通過周波数特性を有するものを適用することが好ま
しい。さらに、本発明のアンテナ装置は、複数のアンテ
ナ素子と、複数の信号を入力することができ、入力され
た複数の信号を電力合成する電力合成手段と、上記複数
のアンテナ素子のうちの１つのアンテナ素子に対応した
受信信号である所定の基準受信信号と所定の基準周波数
信号とを混合し、この混合によって得られた信号を上記
電力合成手段に入力する手段と、上記所定の基準受信信
号と上記基準周波数信号とを混合して所定の基準信号を
作成する基準信号作成手段と、上記複数のアンテナ素子
に対応した受信信号のうちの上記基準受信信号以外の受
信信号が入力され、上記基準信号作成手段で作成された
基準信号に基づいて、上記基準受信信号と上記基準周波
数信号とを混合して得られる信号と同じ位相の信号を作
成して上記電力合成手段に与える１つ以上の位相同期ル
ープ回路とを含み、上記位相同期ループ回路は、電圧制
御型発振器と、この電圧制御型発振器の出力信号と上記
受信信号とを混合し、この混合によって得られた信号を
上記電力合成手段に供給する周波数混合手段と、この周
波数混合手段の出力信号と、上記基準信号作成手段から
の基準信号とが入力され、これら２つの信号の位相を比
較して、その比較結果に対応した信号を出力する位相比
較器と、この位相比較器の出力を電圧信号に変換して、
この電圧信号を上記電圧制御型発振器に制御電圧として
供給するループフィルタと、上記周波数混合手段と上記
位相比較器との間に介装され、上記周波数混合手段の出
力信号をフィルタリングして所定の周波数帯域の信号の
みを通過させることにより、上記位相比較器に入力され
る信号の信号対雑音比を改善する第１のフィルタ手段と
を有するものであることを特徴とする（請求項７）。

【００２３】この構成によれば、位相同期ループ回路の
ループゲインを大きくとってそのキャプチャレンジおよ
びロックレンジを大きくすることができるので、複数の
アンテナ素子に対応した受信信号を、環境の変化等によ
らずに良好に同相合成することができる。したがって、
複数のアンテナ素子を用いたアンテナ装置による電波の
受信が良好に行える。

【００２４】なお、請求項８に記載されているように、
上記第１のフィルタ手段が、上記アンテナ素子で受信す
べき信号の周波数帯域に対応した所定の周波数帯域の信
号のみを上記位相比較器に供給するものであることが好
ましい。このようにすれば、位相同期ループ回路中のノ
イズを効果的に除去できる。また、受信信号の周波数が
離散的な周波数帯域に存在する場合には、請求項９に記
載されているように、上記第１のフィルタ手段として、
離散的に設定された複数の周波数帯域の信号を通過させ
るくし歯型の通過周波数特性を有するものを適用するこ
とが好ましい。

【００２５】さらに、請求項１０に記載されているよう
に、上記基準信号作成手段と上記位相比較器との間に介
装され、上記基準信号作成手段が出力する基準信号をフ
ィルタリングして所定の周波数帯域の信号のみを通過さ
せることにより、上記位相比較器に入力される信号の信
号対雑音比を改善する第２のフィルタ手段をさらに備え
れば、位相同期ループ中のノイズを一層効果的に低減で
きる。

【００２６】この場合には、請求項１１に記載されてい
るように、上記第２フィルタ手段は、上記アンテナ素子
で受信すべき信号の周波数帯域に対応した所定の周波数
帯域の信号のみを上記位相比較器に供給するものである
ことが好ましい。また、受信信号の周波数が離散的な周
波数帯域に存在する場合には、請求項１２に記載されて
いるように、上記第２のフィルタ手段として、離散的に
設定された複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯
型の通過周波数特性を有するを適用することが好まし
い。

【００２７】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図６は本発明の一実施例が適用
されるアンテナ装置の構成を示す平面図であり、図７は
その正面図である。このアンテナ装置は、車両のルーフ
上などに設置されて用いられるものであり、車両のルー
フに固定されるベース２０を備えている。このベース２
０上には、回転軸２１により支持されたターンテーブル
２２が設けられている。このターンテーブル２２は鉛直
方向に沿う軸線２３まわりに回動することができる。

【００２８】ターンテーブル２２の周面には歯車が形成
されており、この歯車にギア２４が噛合している。この
ギア２４には、駆動手段であるモータ２５の回転力が傘
歯車２６，２４Ａにより伝達されている。ターンテーブ
ル２２の上面には、複数のアンテナ素子Ａ１，Ａ２，・・
・・，Ａ１０が支持部材２７などを介して相互に平行にな
るように固定されている。すなわち、アンテナ素子Ａ１
〜Ａ１０の主放射ローブの方向は相互に平行である。ア
ンテナ素子Ａ１とアンテナ素子Ａ２とは、水平面に沿う
方位角方向に関する電波源の追尾と、電波の受信とに兼
用されるアンテナ素子である。また、アンテナ素子Ａ３
〜Ａ１０は、専ら電波の受信のために用いられる。

【００２９】ベース２０上に配置された各構成部分は図
７において仮想線で示すレドーム３０で覆われている。
ただし、図６ではレドーム３０の図示は省略されてい
る。たとえば、アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０は、その仰角
θが約３８度になるように固定されている。これは、日
本の本州で衛星放送を受信する場合に、各地域における
放送衛星の方向の仰角が約３２度〜４４度の範囲である
ため、その中央値をとったものである。これにより、受
信地点毎の仰角の相違に伴う受信アンテナ素子Ａ１〜Ａ
１０の利得の低下が最小になる。これらのアンテナ素子
Ａ１〜Ａ１０は、水平面に略垂直な平面内での電力半値
幅が２０度〜９０度になるように設定されている。

【００３０】また、装置全体の高さが低くなるように、
アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０には平面アンテナが使用さ
れ、さらにこれらのアンテナ素子Ａ１〜Ａ１０がターン
テーブル上に平面的に配列されている。この場合、アン
テナ素子Ａ１〜Ａ１０の高さはたとえば４０mm以下程度
になり、アンテナ装置全体の高さはたとえば１３０mm程
度になる。

【００３１】図１は上記のアンテナ装置の電気的構成を
示すブロック図である。アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０の受
信信号は、ＢＳコンバータＢＣ１〜ＢＣ１０に入力さ
れ、衛星放送の電波の周波数（約１１．７〜１２ＧHz）
の信号が、信号処理が容易な低周波信号（約１．０３〜
１．３３ＧHz）に変換される。すなわち、アンテナ素子
Ａ１〜Ａ１０からの信号とＢＳコンバータＢＣ１〜ＢＣ
１０の内部に設けられた局部発振器の出力信号とが周波
数混合されることによって、周波数の変換が行われる。
アンテナ素子Ａ３〜Ａ１０に対応したＢＳコンバータＢ
Ｃ３〜ＢＣ１０の出力信号は、本発明の一実施例の同相
合成装置としての同相合成回路４０に与えられる。

【００３２】一方、アンテナ素子Ａ１，Ａ２に対応した
ＢＳコンバータＢＣ１，ＢＣ２の出力信号は、分配器４
１，４２で分配される。分配器４１，４２でそれぞれ分
配された各一方の信号は、上記の同相合成回路４０に与
えられ、ＢＳコンバータＢＣ３〜ＢＣ１０からの信号と
ともに同相合成される。同相合成されて得られた同相合
成信号ＶＴは、ＢＳチューナ（図示せず。）に与えられ
る。

【００３３】分配器４１，４２で分配された各他方の信
号は、減衰器４３，４４からハイブリッド回路４５に与
えられて合成される。ハイブリッド回路４５は、２つの
入力端子Ｐ１，Ｐ２に与えられた位相差δの入力信号
ａ，ｂを、位相差δ±９０°の２つの信号ｃ，ｄに変換
して出力端子Ｐ３，Ｐ４に導出するものである。すなわ
ち、入力信号ａ，ｂがそれぞれ下記第(1) 式および第
(2) 式で表されるとすると、この入力信号はａ，ｂは下
記第(3) 式および第(4) 式に示す出力信号ｃ，ｄに変換
される。なお、Ａ，Ｂは信号の振幅であり、ωは角振動
数であり、δ′，δ″は定数である。

【００３４】

【数１】 ａ＝Ａcosωｔ ・・・・ (1) ｂ＝Ｂcos(ωｔ＋δ） ・・・・ (2) ｃ＝Ａcos(ωｔ＋δ′）＋Ｂcos(ωｔ＋δ′＋δ＋９０°） ・・・・ (3) ｄ＝Ａcos(ωｔ＋δ″）＋Ｂcos(ωｔ＋δ″＋δ−９０°） ・・・・ (4) ハイブリッド回路４５の出力信号Ｓｃ，Ｓｄは、レベル
差検出部４６に与えられ、そのレベル差ＶＭが検出され
る。検出されたレベル差ＶＭは、制御部４７に入力され
る。この制御部４７にはまた、ターンテーブル２２（図
６および図７参照。）の所定位置に固定配置された地磁
気センサ（図６および図７では図示が省略されてい
る。）４８の出力に基づいてアンテナ素子Ａ１〜Ａ１０
の主放射ローブの方位角を検出し、それに対応する方位
検出信号ΦＧを出力する方位検出部４９の出力も与えら
れている。

【００３５】なお、本実施例では、着磁等の影響のない
環境でターンテーブル２２を水平においたときに、地磁
気センサ４８が検出する方位角が０度（真北に対応す
る。）になる状態でアンテナ素子Ａ１〜Ａ１０の主放射
ローブの方位角面への投影が磁北を指すように、地磁気
センサ４８とアンテナ素子Ａ１〜Ａ１０との相対的な関
係が設定されている。このように設定することにより、
アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０の主放射ローブの方位角面へ
の投影は、地磁気センサ４８の検出方位を向くことにな
る。換言すれば、地磁気センサ４８の出力ＶＧに基づい
て方位検出部４９から出力される方位検出信号ΦＧは、
アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０の主放射ローブの方位角を表
す信号である。

【００３６】制御部４７は方位検出部４８からの方位検
出信号ΦＧおよびレベル差ＶＭに対応する制御信号をモ
ータ駆動回路５０に与える。これにより、モータ２５が
モータ駆動回路５０からの電力により付勢され、ターン
テーブル２２が回動する。アンテナ素子Ａ１，Ａ２から
の信号をハイブリッド回路４５で処理すると、２つの放
射ローブが形成される。たとえば、アンテナ素子Ａ１，
Ａ２に同一放射ローブ、同一利得のものを使用し、その
中心を結ぶ軸が放射ローブと直角をなすとともにターン
テーブル２２と平行な面内にあるようにアンテナ素子Ａ
１，Ａ２を配置し、各アンテナ素子Ａ１，Ａ２からハイ
ブリッド回路４５までのＢＳコンバータやケーブル等
は、同じ特性、長さのものを使用するものとする。この
場合、たとえば、両アンテナ素子Ａ１，Ａ２の中心の間
隔を１．６波長とし、両アンテナ素子Ａ１，Ａ２のター
ンテーブル２２の回動に関する電力半値幅を約４４度に
選ぶと、上記２つの放射ローブの方向の方位角面への投
影は、受信アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０の主放射ローブの
方向の方位角面への投影に対して、約１２度の角度をな
して、互いに反対側に存在するようになる。

【００３７】したがって、上記のように各条件を選択す
ることにより、受信アンテナ素子Ａ１〜Ａ１０の主放射
ローブの方向の方位角面への投影は、ハイブリッド回路
４５の働きによって形成される上記２つの放射ローブの
方向の方位角面への各投影の間に収めることができる。
なお、受信アンテナ素子Ａ１およびＡ２のアンテナ利
得、ＢＳコンバータＢＣ１，ＢＣ２の変換利得、または
分配器４１，４２の分配比に幾分の特性のばらつきがあ
る場合は、減衰器４３，４４での減衰値を適当に設定す
ることにより、その分を補償することができる。

【００３８】上記の構成によって、制御部４７は、地磁
気センサ４８の検出方位に対応した方位検出信号ΦＧに
基づいてモータ２５を駆動制御することで、アンテナ素
子Ａ１〜Ａ１０の方向を大まかに制御する。具体的に
は、放送衛星からの電波をハイブリッド回路４５の働き
によって形成される２つの放射ローブの主ローブによっ
て受信できる状態になるまでの制御は、地磁気センサ４
８の出力に基づいて行われる。そのうえで、レベル差検
出部４６で検出されたレベル差ＶＭが零になるように、
モータ２５が駆動制御される。これにより、アンテナ素
子Ａ１〜Ａ１０の主放射方向を放送衛星の方向に正確に
向けることができる。このようにして、方位角に関する
アンテナの姿勢制御を正確に行って、電波源の追尾を達
成できる。

【００３９】図２は同相合成回路４０の詳しい構成を示
すブロック図である。この同相合成回路４０にはＢＳコ
ンバータＢＣ１〜ＢＣ１０からの信号Ｂ１〜Ｂ１０が入
力される。そして、ＢＳコンバータＢＣ１０からの信号
Ｂ１０を基準受信信号として、同相合成処理が行われ
る。さらに詳細に説明すると、信号Ｂ１〜Ｂ９に対応し
て位相同期ループ回路ＰＬＬ１〜ＰＬＬ９が設けられて
いる。また、信号Ｂ１０は、基準系回路ＲＥＦに与えら
れる。

【００４０】基準系回路ＲＥＦには、一定の基準周波数
の信号を発生する周波数固定発振器ＯＳＣが備えられて
いる。信号Ｂ１０は、掛算器ＦＣ１０に入力され、周波
数固定発振器ＯＳＣの出力信号と混合される。これによ
り、周波数変換が行われる。周波数変換された信号は、
低域通過フィルタＬＰＦ１０で高周波成分が除去された
後に、自動利得制御型増幅器ＡＧＣ１０でレベル調整さ
れ、信号Ｃ１０として電力合成器５２に入力される。

【００４１】信号Ｂ１０はまた、位相同期ループ回路Ｐ
ＬＬ１〜ＰＬＬ９に与えるべき基準信号を作成するため
の基準信号作成手段としての掛算器５３にも入力されて
いる。すなわち、信号Ｂ１０は、掛算器５３において、
周波数固定発振器ＯＳＣが発生する基準周波数信号の位
相を位相遅延器５１で９０度だけ遅延させた信号と混合
されて、周波数変換が行われる。この周波数変換後の信
号は、低域通過フィルタ５５で高周波成分が除去された
後に、さらに、第２のフィルタ手段としてのくし歯型フ
ィルタＫＦ１０に与えられる。くし歯型フィルタＫＦ１
０は、くし型の通過周波数特性を有するフィルタであ
る。このくし歯型フィルタＫＦ１０の周波数特性につい
ては後述する。

【００４２】くし歯型フィルタＫＦ１０の出力信号は、
基準信号として、ライン６０から複数の位相同期ループ
回路ＰＬＬ１〜ＰＬＬ９に分配される。位相同期ループ
回路ＰＬＬ１〜ＰＬＬ９は同様な構成および機能を有す
るものである。たとえば、位相同期ループ回路ＰＬＬ１
では、入力信号Ｂ１は周波数混合手段としての掛算器Ｆ
Ｃ１で電圧制御型発振器ＶＣＯ１からの信号と混合され
て周波数変換される。この信号は、低域通過フィルタＬ
ＰＦ１で高周波成分が除去された後に、さらに自動利得
制御型増幅器ＡＧＣ１でレベル調整され、信号Ｃ１とし
て電力合成器５２に入力される。

【００４３】ＬＰＦ１の出力信号は、また、上記のくし
歯型フィルタＫＦ１０と同様な通過周波数特性を有し、
第１のフィルタ手段として機能するくし歯型フィルタＫ
Ｆ１に与えられる。そして、このくし歯型フィルタＫＦ
１の出力が、位相比較器ＰＣ１に与えられる。この位相
比較器ＰＣ１では、くし歯型フィルタＫＦ１からの信号
とライン６０からの基準信号とが位相比較される。そし
て、その出力信号が、ループフィルタＬＦ１で制御電圧
に変換され、この制御電圧が電圧制御型発振器ＶＣＯ１
に与えられる。

【００４４】たとえば、位相比較器ＰＣ１として乗算回
路を用いるときには、位相同期ループ回路ＰＬＬ１は、
くし歯型フィルタＫＦ１から与えられる信号とライン６
０からの基準信号との位相差が９０度に保持されるよう
に動作する。信号Ｂ２〜Ｂ９に対応する他の位相同期ル
ープ回路ＰＬＬ２〜ＰＬＬ９は、位相同期ループ回路Ｐ
ＬＬ１と同様な構成を有している。したがって、各位相
同期ループ回路ＰＬＬ２〜ＰＬＬ９からは、ライン６０
に現れる基準信号と一定の位相差（たとえば９０度）を
有する信号Ｃ２〜Ｃ９が自動利得制御型増幅器ＡＧＣ２
〜ＡＧＣ９を経て電力合成器５２に与えられる。

【００４５】位相遅延器５１の働きにより、自動利得制
御型増幅器ＡＧＣ１０から電力合成器５２に与えられる
信号Ｃ１０はライン６０に導出される信号よりも９０度
だけ位相の遅れた信号となる。そのため、結局、信号Ｃ
１０は、信号Ｃ１〜Ｃ９と同相の信号となる。その結
果、電力合成器５２からは、複数の受信信号Ｂ１〜Ｂ１
０を同相合成した信号ＶＴが出力されることになる。

【００４６】図３は、位相同期ループ回路ＰＬＬ１〜Ｐ
ＬＬ９（以下、総称するときには「位相同期ループ回路
ＰＬＬ」という。）および基準系回路ＲＥＦにそれぞれ
備えられたくし歯型フィルタＫＦ１〜ＫＦ９およびＫＦ
１０（以下、総称するときには「くし歯型フィルタＫ
Ｆ」という。）の構成例を示すブロック図である。入力
信号は、まず、電力分配器７１において複数の信号に分
配される。図３の例では８分配されている。分配された
各信号は、それぞれ異なる通過周波数帯域を有する複数
（図３の例では８個）の帯域通過フィルタＢＰＦ１，Ｂ
ＰＦ２，・・・・，ＢＰＦ８に入力される。そして、各帯域
通過フィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２，・・・・，ＢＰＦ８でフ
ィルタリングされた後の信号は、電力合成器７３におい
て電力合成される。この電力合成器７３の出力信号が、
当該くし歯型フィルタＫＦの出力信号とされる。

【００４７】図４は上記のくし歯型フィルタの通過周波
数特性を示す特性図である。各帯域通過フィルタＢＰＦ
１，ＢＰＦ２，・・・・，ＢＰＦ８は、それぞれ中心周波数
ｆ₁，ｆ₂ ，・・・・ｆ₈ を中心としたΔｆの帯域幅に通過
周波数帯域を有する。その結果、くし歯型フィルタＫＦ
は全体として、くし歯型の通過周波数特性を有すること
になる。

【００４８】図５は衛星放送の各チャンネルの周波数配
置の相対的な関係を示す図であり、ＢＳコンバータ内お
よび掛算器ＦＣ１〜ＦＣ１０（図２参照）での周波数変
換が施された後の信号に対応した周波数配置が示されて
いる。現在使用されている衛星放送チャンネルはＢＳ
１，ＢＳ３，ＢＳ５，ＢＳ７，ＢＳ９，ＢＳ11，ＢＳ1
3，ＢＳ15の８チャンネルである。各衛星放送チャンネ
ルは、それぞれ、所定値ｆ _S （＝２７ＭHz）ずつ離れた
中心周波数ｆ₁ ，ｆ₂ ，ｆ₃ ，・・・・，ｆ₈ を中心とした
所定幅ｆ_B （＝３８．３６ＭHz）の帯域を占有してい
る。そして、ＢＳ１〜ＢＳ１５の８チャンネルで、２９
５．５２ＭHzの帯域幅の周波数帯域を占有している。

【００４９】つまり、くし歯型フィルタＫＦを構成して
いる各帯域通過フィルタＢＰＦ１，ＢＰＦ２，・・・・，Ｂ
ＰＦ８は、衛星放送の各チャンネルの中心周波数を中心
としたΔｆの帯域幅に通過周波数帯域を有している。帯
域幅Δｆは、たとえば５ＭHzに設定される。これは、衛
星放送の各チャンネルの信号の電力は、各チャンネルの
中心周波数を中心とした約５ＭHzの帯域幅内に約９割が
集中しているからである。

【００５０】上記のような構成により、位相同期ループ
回路ＰＬＬの位相比較器には、くし歯型フィルタＫＦに
おいて衛星放送の各チャンネルの中心周波数を中心とし
た５ＭHzの帯域幅内の信号のみが供給される。そのた
め、位相比較器に入力されるノイズが従来に比較して極
めて少なくなり、位相比較器に入力される信号の信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ比）を大きくとることができる。これに
より、ループゲインを大きくとることができるようにな
る。

【００５１】さらに具体的に説明する。衛星放送では、
図５から判るように、約３００ＭHzの周波数帯域幅が用
いられる。そのため、通常、ＢＳコンバータＢＣ１〜Ｂ
Ｃ１０には、衛星放送で使用される約３００ＭHzの帯域
幅の信号を通過させるフィルタが備えられている。この
場合に、同相合成回路４０を構成する位相同期ループ回
路ＰＬＬにくし歯型フィルタＫＦを用いない従来の構成
では、約３００ＭHzの帯域幅にわたるノイズが位相比較
器に入力される。これに対して、本実施例の構成では、
くし歯型フィルタＫＦの追加帯域幅の総合計は４０ＭHz
（＝５ＭHz×８）である。そのため、当然に、ノイズの
電力は約７．５分の１（＝４０／３００）に低減され
る。このため、位相同期ループ回路ＰＬＬのループゲイ
ンを約７．５倍まで上げることができる。

【００５２】一方、上記のように、衛星放送では、各チ
ャンネルの中心周波数を中心とした約５ＭHzの幅の周波
数帯に信号電力の約９割が集中している。そのため、結
局、信号に対するゲインは、６．７５（＝７．５×０．
９）倍程度に上げることができる。その結果、電圧制御
型発振器の発振可能周波数範囲内において、キャプチャ
レンジおよびロックレンジを約６．７５倍にすることが
できる。

【００５３】このようにキャプチャレンジおよびロック
レンジを大きくとれることにより、ＢＳコンバータＢＣ
１〜ＢＣ１０内の局部発振器や同相合成回路４０内の電
圧制御型発振器などの発振周波数が、周囲温度の変動な
どのような環境の変動の影響のために変化したとして
も、このような発振周波数の変動を同相合成回路４０内
の位相同期ループ回路ＰＬＬにおいて良好に補償するこ
とができる。

【００５４】これにより、同相合成回路４０における同
相合成処理が環境変化によらずに良好に行えるようにな
り、放送衛星からの電波を良好に受信することができる
ようになる。また、逆に、ＢＳコンバータＢＣ１〜ＢＣ
１０内の局部発振器や同相合成回路４０内の電圧制御型
発振器の発振周波数の変動に関する必要条件が緩和され
るから、比較的精度の低い安価な局部発振器や電圧制御
型発振器を用いることができる。そのため、アンテナ装
置の全体のコストを低減できる。

【００５５】本発明の実施例の説明は以上のとおりであ
るが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例では、くし歯型フィルタが
用いられているが、たとえば、受信電波の周波数が或る
一定の周波数を中心とした比較的狭い周波数帯域に集中
しているような場合には、くし歯型フィルタに代えて帯
域通過フィルタが用いられてもよい。

【００５６】また、上記の実施例では、衛星放送の受信
のために用いられるアンテナ装置を例にとったが、本発
明のアンテナ装置は衛星放送の受信以外の用途に使用さ
れてもよい。さらに、上記の実施例では、複数の位相同
期ループ回路が備えられているが、たとえば、アンテナ
素子が２つの場合には、位相同期ループ回路を１つだけ
備えればよい。

【００５７】また、上記の実施例では、くし歯型フィル
タＫＦ１０でフィタリングした信号を位相同期ループ回
路の位相比較器に基準信号として供給しているが、くし
歯型フィルタを用いなくてもノイズの少ない基準信号を
作成できる場合には、基準信号に対するフィルタリング
は必ずしも必要ではない。その他、本発明の要旨を変更
しない範囲で種々の設計変更を施すことができる。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、位相同期
ループ回路中の位相比較器に入力すべき信号にはフィル
タリングが施され、信号対雑音比が改善された信号が位
相比較器に入力される。このため、ループ中のノイズを
低減することができ、その結果、ループゲインを大きく
とってキャプチャレンジおよびロックレンジを大きくす
ることが可能になる。これにより、電圧制御型発振器な
どの発振周波数が周囲温度変化のような環境変化によっ
て変動しても、この発振周波数の変動は位相同期ループ
回路において良好に補償することができる。

【００５９】これにより、複数の信号を位相同期ループ
回路を用いて同相合成する場合には、環境の変化によら
ずに同相合成を行うことができる。また、複数のアンテ
ナ素子の受信信号を同相合成するようにしたアンテナ装
置においては、環境の変化によらずに良好な受信状態を
保持することができる。一方、電圧制御型発振器等の発
振周波数の変動の影響を位相同期ループ回路で良好に補
償できるのであるから、電圧制御型発振器等には発振周
波数の変動が少ないものを必ずしも用いる必要がない。
すなわち、精度の低い比較的安価な部品を用いることが
できるから、アンテナ装置などのコストを低減すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が適用されたアンテナ装置の
電気的構成を示すブロック図である。

【図２】同相合成回路の構成を示すブロック図である。

【図３】くし歯型フィルタの構成例を示すブロック図で
ある。

【図４】くし歯型フィルタの通過周波数特性を示す特性
図である。

【図５】衛星放送における使用周波数帯の配置を説明す
るための図である。

【図６】上記アンテナ装置の内部構成を示す平面図であ
る。

【図７】上記アンテナ装置の内部構成を示す正面図であ
る。

【図８】従来のアンテナ装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

Ａ１〜Ａ１０ アンテナ素子 ＢＣ１〜ＢＣ１０ ＢＳコンバータ ４０ 同相合成回路 ５２ 電力合成器 ５３ 掛算器 ＲＥＦ 基準系回路 ＰＬＬ１〜ＰＬＬ９ 位相同期ループ回路 ＯＳＣ 周波数固定発振器 ＦＣ１，ＦＣ１０ 掛算器 ＫＦ１，ＫＦ１０ くし歯型フィルタ ＬＦ１ ループフィルタ ＰＣ１ 位相比較器 ＶＣＯ１ 電圧制御型発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｌ 7/08

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電圧制御型発振器と、 この電圧制御型発振器の出力信号の周波数に対応した周
   波数の信号と所定の基準信号とが入力され、これら２つ
   の信号の位相を比較して、その比較結果に対応した信号
   を出力する位相比較器と、 この位相比較器の出力を電圧信号に変換して、この電圧
   信号を上記電圧制御型発振器に制御電圧として供給する
   ループフィルタと、 上記位相比較器に入力すべき信号をフィルタリングして
   所定の周波数帯域の信号のみを通過させることにより、
   上記位相比較器に入力される信号の信号対雑音比を改善
   するフィルタ手段とを含むことを特徴とする位相同期ル
   ープ回路。
2. 【請求項２】上記フィルタ手段は、離散的に設定された
   複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型の通過周
   波数特性を有するものであることを特徴とする請求項１
   記載の位相同期ループ回路。
3. 【請求項３】複数の入力信号の位相を揃えて電力合成す
   るための同相合成装置であって、 複数の信号を入力することができ、入力された複数の信
   号を電力合成する電力合成手段と、 上記複数の入力信号のうちの１つである所定の基準入力
   信号と所定の基準周波数信号とを混合し、この混合によ
   って得られた信号を上記電力合成手段に供給する手段
   と、 上記基準入力信号と上記所定の基準周波数信号とを混合
   して所定の基準信号を作成する基準信号作成手段と、 上記複数の入力信号のうちの上記基準入力信号以外の入
   力信号が入力され、上記基準信号作成手段で作成された
   基準信号に基づいて、上記基準入力信号と上記基準周波
   数信号とを混合して得られる信号と同じ位相の信号を作
   成して上記電力合成手段に与える１つ以上の位相同期ル
   ープ回路とを含み、 上記位相同期ループ回路は、 電圧制御型発振器と、 この電圧制御型発振器の出力信号と上記入力信号とを混
   合し、この混合によって得られた信号を上記電力合成手
   段に供給する周波数混合手段と、 この周波数混合手段の出力信号と、上記基準信号作成手
   段からの基準信号とが入力され、これら２つの信号の位
   相を比較して、その比較結果に対応した信号を出力する
   位相比較器と、 この位相比較器の出力を電圧信号に変換して、この電圧
   信号を上記電圧制御型発振器に制御電圧として供給する
   ループフィルタと、 上記周波数混合手段と上記位相比較器との間に介装さ
   れ、上記周波数混合手段の出力信号をフィルタリングし
   て所定の周波数帯域の信号のみを通過させることによ
   り、上記位相比較器に入力される信号の信号対雑音比を
   改善する第１のフィルタ手段とを有するものであること
   を特徴とする同相合成装置。
4. 【請求項４】上記第１のフィルタ手段は、離散的に設定
   された複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型の
   通過周波数特性を有するものであることを特徴とする請
   求項３記載の同相合成装置。
5. 【請求項５】上記基準信号作成手段と上記位相比較器と
   の間に介装され、上記基準信号作成手段が出力する基準
   信号をフィルタリングして所定の周波数帯域の信号のみ
   を通過させることにより、上記位相比較器に入力される
   信号の信号対雑音比を改善する第２のフィルタ手段をさ
   らに含むことを特徴とする請求項３または４記載の同相
   合成装置。
6. 【請求項６】上記第２のフィルタ手段は、離散的に設定
   された複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型の
   通過周波数特性を有するものであることを特徴とする請
   求項５記載の同相合成装置。
7. 【請求項７】複数のアンテナ素子と、 複数の信号を入力することができ、入力された複数の信
   号を電力合成する電力合成手段と、 上記複数のアンテナ素子のうちの１つのアンテナ素子に
   対応した受信信号である所定の基準受信信号と所定の基
   準周波数信号とを混合し、この混合によって得られた信
   号を上記電力合成手段に入力する手段と、 上記所定の基準受信信号と上記基準周波数信号とを混合
   して所定の基準信号を作成する基準信号作成手段と、 上記複数のアンテナ素子に対応した受信信号のうちの上
   記基準受信信号以外の受信信号が入力され、上記基準信
   号作成手段で作成された基準信号に基づいて、上記基準
   受信信号と上記基準周波数信号とを混合して得られる信
   号と同じ位相の信号を作成して上記電力合成手段に与え
   る１つ以上の位相同期ループ回路とを含み、 上記位相同期ループ回路は、 電圧制御型発振器と、 この電圧制御型発振器の出力信号と上記受信信号とを混
   合し、この混合によって得られた信号を上記電力合成手
   段に供給する周波数混合手段と、 この周波数混合手段の出力信号と、上記基準信号作成手
   段からの基準信号とが入力され、これら２つの信号の位
   相を比較して、その比較結果に対応した信号を出力する
   位相比較器と、 この位相比較器の出力を電圧信号に変換して、この電圧
   信号を上記電圧制御型発振器に制御電圧として供給する
   ループフィルタと、 上記周波数混合手段と上記位相比較器との間に介装さ
   れ、上記周波数混合手段の出力信号をフィルタリングし
   て所定の周波数帯域の信号のみを通過させることによ
   り、上記位相比較器に入力される信号の信号対雑音比を
   改善する第１のフィルタ手段とを有するものであること
   を特徴とするアンテナ装置。
8. 【請求項８】上記第１フィルタ手段は、上記アンテナ素
   子で受信すべき信号の周波数帯域に対応した所定の周波
   数帯域の信号のみを上記位相比較器に供給するものであ
   ることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
9. 【請求項９】上記第１のフィルタ手段は、離散的に設定
   された複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型の
   通過周波数特性を有するものであることを特徴とする請
   求項８記載のアンテナ装置。
10. 【請求項１０】上記基準信号作成手段と上記位相比較器
    との間に介装され、上記基準信号作成手段が出力する基
    準信号をフィルタリングして所定の周波数帯域の信号の
    みを通過させることにより、上記位相比較器に入力され
    る信号の信号対雑音比を改善する第２のフィルタ手段を
    さらに含むことを特徴とする請求項７乃至９のいずれか
    に記載のアンテナ装置。
11. 【請求項１１】上記第２フィルタ手段は、上記アンテナ
    素子で受信すべき信号の周波数帯域に対応した所定の周
    波数帯域の信号のみを上記位相比較器に供給するもので
    あることを特徴とする請求項１０記載のアンテナ装置。
12. 【請求項１２】上記第２のフィルタ手段は、離散的に設
    定された複数の周波数帯域の信号を通過させるくし歯型
    の通過周波数特性を有するものであることを特徴とする
    請求項１１記載のアンテナ装置。