(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子またはサブアレイ素子によって受信した信号を、これらアンテナ素子又はサブアレイ素子にそれぞれ対応する周波数変換手段によって、局部発振信号を使用して、それぞれ第１中間周波信号に変換し、これら第１中間周波信号の位相を調整した後に、合成するフェイズドアレイアンテナにおいて、
前記各周波数変換手段に共通の１台の局部発振手段を設け、
前記各周波数変換手段は、１台のシャーシの一方の面側に、前記各周波数変換手段に対応して設けられた複数の凹部内にそれぞれ収容され、
前記局部発振手段は、前記シャーシの他方の面に設けた第１凹部内に収容された発振手段と、前シャーシの他方の面に第１凹部を中心として描いた矩形の各頂点位置に設けた第２の凹部内に収容された分配増幅器とを、有し、これら各分配増幅器は、前記発振手段に同一長さのケーブルを介して接続された同一利得の増幅器と、この増幅器の出力を同数に分配する分配器とを、備えるフェイズドアレイアンテナ用周波数変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のアンテナ素子又はサブアレイ素子からの受信信号を中間周波信号に変換した後に合成するフェーズドアレイアンテナに関し、特に受信信号を中間周波信号に周波数変換する周波数変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフェーズドアレイアンテナには、複数のアンテナ素子またはサブアレイ素子と、これらにそれぞれ対応させてローノイズブロックコンバータを設けたものがある。このフェーズドアレイアンテナでは、複数のアンテナ素子またはサブアレイ素子の受信信号が、これらに対応するローノイズブロックコンバータに供給される。これらブロックコンバータでは、上記各受信信号をそれぞれ中間周波信号に周波数変換する。これら中間周波信号の位相が、これらにそれぞれ対応して設けた移相器によって調整される。位相調整された中間周波信号は、合成器によって合成される。ローノイズブロックコンバータの一例を図１０に示す。
【０００３】
ローノイズブロックコンバータでは、これに対応するアンテナ素子またはサブアレイ素子からの受信信号、例えば１１ＧＨｚ帯の衛星放送または衛星通信信号が、入力プローブ１００、高周波増幅器１０２及びバンドパスフィルタ１０４を介してミキサー１０６に供給される。ミキサー１０６には、各ローノイズブロックコンバータごとに設けた局部発振回路１０８からの局部発振信号も供給されている。ミキサー１０６は、局部発振信号を用いることによって、例えば１ＧＨｚ帯の中間周波信号に受信信号を周波数変換する。この中間周波信号は、ローパスフィルタ１１０を介して中間周波増幅器１１２に供給される。ここで増幅された中間周波信号は、出力端子１１４から移相器（図示せず）に供給される。
【０００４】
なお、高周波増幅器１０２、中間周波増幅器１１２、局部発振回路１０８を動作させるために、出力端子１１４に接続された同軸ケーブルに重畳された直流電源が直流電源分離回路１１６によって抽出され、電源回路１１８によって安定化等の処理が行われた後、高周波増幅器１０２、中間周波増幅器１１２、局部発振回路１０８に供給される。これらローノイズブロックコンバータは、１台ずつシャーシに収納されている。図１０から明らかなように高周波増幅器１０２、中間周波増幅器１１２は、それぞれ複数の増幅段によって構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなローノイズブロックコンバータでは、それぞれ局部発振回路１０８を備えている。これら局部発振回路１０８の局部発振信号の周波数を完全に一致させることは困難である。各局部発振信号の周波数には、例えば±５００ＫＨｚ程度のバラツキがある。各局部発振信号の周波数のバラツキに起因して、各ローノイズブロックコンバータからの中間周波信号の周波数もバラツイている。従って、これら中間周波信号の位相を調整し、その後に合成したとき、この周波数のバラツキによって損失が生じる。
【０００６】
各ローノイズブロックコンバータは、それぞれ個別にシャーシに収納されている。多数のアンテナ素子を用いて、フェイズドアレイアンテナを構成する場合、アンテナ素子の数に等しい数のローノイズブロックコンバータが必要である。従って、これらローノイズブロックコンバータがフェイズドアレイアンテナ中に占める容積が大きくなり、フェイズドアレイアンテナも大型になる。
【０００７】
本発明は、各中間周波信号の周波数のバラツキによる合成損失を軽減させたフェイズドアレイアンテナを提供することを目的とする。また、本発明は、小型化が可能なフェイズドアレイアンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、複数のアンテナ素子またはサブアレイ素子によって受信した信号を、これらアンテナ素子又はサブアレイ素子にそれぞれ対応する周波数変換手段によって、局部発振信号を使用して、それぞれ第１中間周波信号に変換し、これら第１中間周波信号の位相を調整した後に、合成するフェイズドアレイアンテナにおいて、前記各周波数変換手段に共通の１台の局部発振手段を設け、前記各周波数変換手段は、１台のシャーシの一方の面側に、前記各周波数変換手段に対応して設けられた複数の凹部内にそれぞれ収容され、前記局部発振手段は、前記シャーシの他方の面に設けた第１凹部内に収容された発振手段と、前シャーシの他方の面に第１凹部を中心として描いた矩形の各頂点位置に設けた第２の凹部内に収容された分配増幅器とを、有し、これら各分配増幅器は、前記発振手段に同一長さのケーブルを介して接続された同一利得の増幅器と、この増幅器の出力を同数に分配する分配器とを、備えている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明による周波数変換器を備えたフェイズドアレイアンテナの実施の形態は、図２に示すように複数、例えば１６個のアンテナ素子２を備えている。これらアンテナ素子２は、静止衛星例えば放送衛星または通信衛星から送信される衛星放送または衛星通信の信号を受信するためのものである。なお、各アンテナ素子２に代えて、サブアレイアンテナを使用することもできる。
【００２１】
これらアンテナ素子２による受信信号は、これらアンテナ素子２にそれぞれ対応するローノイズブロックコンバータ４に供給される。これらローノイズブロックコンバータ４は、局部発振信号を用いて、入力された受信信号をそれぞれ第１中間周波信号に周波数変換する。局部発振信号は、１台の局部発振回路６から、各ローノイズブロックコンバータ４に供給されている。
【００２２】
各ローノイズブロックコンバータ４からの第１中間周波信号は、これらに対応するように設けた移相器８に供給され、各アンテナ素子２のビームの方向が特定の方向となるように位相が調整される。位相調整された各第１中間周波信号は、合成器１０に供給されて、合成第１中間周波信号として出力される。この合成第１中間周波信号は、２分配器１２によって２分配される。一方の分配出力のレベルが検波器１４によって検出される。この検出レベルがＣＰＵ１６に供給され、ＣＰＵ１６は、この検出レベルに応じて各移相器８での位相調整を行い、受信レベルが最大となる方向に各アンテナ素子２のビームを調整する。
【００２３】
図１に示すように、各アンテナ素子２、ローノイズブロックコンバータ４及び局部発振回路６は、１つのシャーシ２０に設けられている。
【００２４】
各アンテナ素子２は、例えば正方形に形成されたアンテナ基板２２の一方の面に、４ｘ４のマトリクス状態に配置されている。この基板２２の他方の面の全域には、地導体としてのアース面２４が形成されている。このアース面２４が、シャーシ２０の一方の面、例えば上面に接するようにシャーシ２０に取り付けられている。シャーシ２０は、導電性材料、例えば金属によって形成されている。
【００２５】
シャーシ２０のこの一方の面に、局部発振回路６が設けられている。図３に示すように、局部発振回路６は、ユニット、例えば局部発振信号４分配増幅器６ａを有している。この局部発振信号４分配増幅器６ａは、局部発振信号を発振する発振器１８を備えている。発振器１８からの局部発振信号は、増幅器２０、２２によって増幅された後、４分配器２４によって４分配される。これら４分配出力は、ユニット、例えば４分配増幅器６ｂ乃至６ｅによってさらに４分配される。即ち、発振器１８の局部発振信号は、１６分配されている。これら４分配増幅器６ｂ乃至６ｅは、４分配されたうちの１つの分配出力を増幅器２６、２８によって増幅し、４分配増幅器３０によって、さらに４分配している。これら増幅器２６、２８の利得は、４分配増幅器６ｂ乃至６ｅのいずれにおいても同一である。従って、各ローノイズブロックコンバータ４に供給される局部発振信号は、同一周波数及び同一振幅のものである。
【００２６】
図１に示すように、局部発振信号４分配増幅器６ａが、シャーシ２０の一方の面の中央に形成された凹部３２内に収容されている。なお、図１から明らかなように４分配増幅器６ａは、プリント基板上に形成されている。また、シャーシ２０の一方の面には、凹部３２を中心として描いた矩形の各頂点の位置にも凹部３４が形成されている。これら凹部３４内に４分配増幅器６ｂ乃至６ｅがそれぞれ配置されている。これら４分配増幅器６ｂ乃至６ｅもプリント基板上に形成されている。
【００２７】
局部発振信号４分配増幅器６ａからの４分配出力は、同じ長さの４本のセミリジットケーブル３６を介して各４分配増幅器６ｂ乃至６ｅに供給される。これらセミリジットケーブル３６を通過させるために、凹部３２の両側の縁から凹部３４に向かって平面形状がＴ形の２条の溝３８が形成されている。凹部３２、３４は、いずれも平面形状が正方形状のもので、その内部に完全に局部発振信号４分配増幅器６ａ、各４分配増幅器６ｂ乃至６ｅが収容されている。導電性であるシャーシ２０に設けた凹部３２、３４内に、局部発振信号４分配増幅器６ａ、各４分配増幅器６ｂ乃至６ｅが収容されているので、これら局部発振信号４分配増幅器６ａ、４分配増幅器６ｂ乃至６ｅからの局部発振信号の漏洩は、遮蔽されている。さらに、シャーシ２０の一方の面に、アンテナ基板２２のアース面２４が接触し、これが各凹部３２、３４の上部開口を閉塞しているので、さらに遮蔽効果が大きい。
【００２８】
各ローノイズブロックコンバータ４は、シャーシ２０の他方の面側に設けられている。ローノイズブロックコンバータ４は、図１０に示した従来のローノイズブロックコンバータと同様に、入力プローブ４０、高周波増幅器４２、バンドパスフィルタ４４、ミキサー４６、ローパスフィルタ４８、第１中間周波増幅器５０、電源回路５２及び電源分離回路５４を備えている。
【００２９】
但し、各ローノイズブロックコンバータ４は、局部発振回路を内蔵していない。外部にある局部発振回路６から局部発振信号がミキサー４６に供給されている。そのため、局部発振信号入力部５６がローノイズブロックコンバータ４には設けられている。中間周波増幅器５０は、大きな利得を持つものではなく、後述する合成損失を補償する程度の利得を有するものである。このローノイズブロックコンバータ４は、図１に示すようにプリント基板上に構成されている。
【００３０】
これらローノイズブロックコンバータ４は、シャーシ２０の他方の面に設けられた凹部５８内に、収容されている。これら凹部５８は、各ローノイズブロックコンバータ４に対応させて、例えば１６個マトリクス状に設けられている。図５に示すように、これら凹部５８は、平面形状が矩形、例えば正方形状のものである。これら凹部５８は、４個を１組として合計４組形成されている。各組では、凹部３４を中心として、その周囲に４個の凹部５８が配置されている。そして、各凹部５４の一隅が、凹部３４の隅に重なりあっている。但し、各凹部５８の中央は、各凹部３４とは重なりあっていない。
【００３１】
これら凹部５８内に、これから突出することがないように、ローノイズブロックコンバータ４が、収容されている。従って、これら凹部５８がシールドケースとして機能し、ミキサー４６によって生成された第１中間周波信号が漏洩することを防止できる。また、シャーシ２０の他方の面は、図１に示すようにシールド板５９によって覆われて、シールドされている。従って、更に漏洩を防止することができる。
【００３２】
図１に示すように、各ローノイズブロックコンバータ４では、その中央部に入力プローブ４０が形成されている。これら入力プローブ４０は、各凹部５８の内奥部の中央からシャーシ２０の一方の面側に貫通した入力プローブ用孔６０にそれぞれ挿通され、図８に示すように、シャーシ２０の一方の面よりも上方に突出している。これら入力プローブ４０の突出端は、図示していないが、各アンテナ素子２の給電点に接続されている。即ち各入力プロープ用孔６０は、各アンテナ素子２の給電点に対応するように設けられている。
【００３３】
また、各ローノイズブロックコンバータ４の一隅には、局部発振信号入力部５６が設けられている。これら局部発振信号入力部５６は、４分配増幅器６ｂ乃至６ｅのいずれかに接続される。そのため、各凹部５８において凹部３４に重なりあっている部分から、図６に示すように、凹部３４に向かって局部発振信号入力用孔６２が形成されている。図７に示すように、これら局部発振信号入力用孔６２に局部発振信号入力部５６が挿通され、先端は、その凹部３４内に収容されている４分配増幅器６ｂ乃至６ｅのいずれかの分配出力端子に接続されている。
【００３４】
各ローノイズブロックコンバータ４の出力は、電源分離回路５４から同軸ケーブル６４を介して例えば移相器８に供給される。この際、同軸ケーブル６４は、シールド板５９に形成した同軸ケーブル通過孔６６を通過して、移相器８に供給される。即ち、周波数変換装置は図８に示すようにシャーシ２０の一方の面側よりアンテナ素子２の給電点に接続する入力プロープ４０が突出し、他方の面側から移相器８に接続する同軸ケーブル６４が出ており、各ローノイズブロックコンバータ４及び局部発振回路６は、シャーシ２０内に収納されている構成である。
【００３５】
このように構成された周波数変換装置では、各ローノイズブロックコンバータ４及び局部発振回路６が、１つのシャーシ２０に設けられているので、小さな設置スペースでフェイズドアレイアンテナを設置することができる。各ローノイズブロックコンバータ４には、局部発振回路６から同一周波数、同一振幅の局部発振信号が供給されているので、各ローノイズブロックコンバータ４が発生する第１中間周波信号は同一周波数、同一振幅となる。従って、合成器１０で合成しても大きな損失が生じない。また、ローノイズブロックコンバータ４や局部発振回路６が設けられたシャーシ２０は、レドーム（図示せず）によって覆われる。そして、多くのローノイズブロックコンバータ４を使用しているので、発熱量も多く、レドーム内の温度上昇が大きくなり、ブロックコンバータ４等に熱ストレスが発生し、性能劣化が生じる可能性がある。そこで、各ローノイズブロックコンバータ４では、第１中間周波増幅器５０を、移相器８での合成損失を補償する程度の利得を有するものとし、発熱を抑えると共に、省電力化を図っている。
【００３６】
上記の実施の形態は、本発明の一例にすぎず、種々の変形が可能である。例えば、局部発振回路６は、局部発振信号を４分配し、各４分配出力をさらに４分配している。例えば図９に示すように発振器１８からの発振信号を増幅器７０によって増幅した後に、ｎ（ｎは２以上の任意の整数）台のローノイズブロックコンバータ４０１乃至４０ｎに局部発振信号を供給するように、ｎ分配器７２によって局部発振信号をｎ分配してもよい。また、上記の実施の形態では、各ローノイズブロックコンバータ４では、その入力部を入力プローブ４０としたが、これに代えて、例えば導波管を使用することもできる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、シャーシの一方の面側に各周波数変換手段が設けられ、他方の面側に局部発振手段が設けられているので、更に設置スペースを縮小することができる。また、周波数変換手段と局部発振手段とが、１つのシャーシの反対側の面にそれぞれ設けられているので、互いの信号が干渉することがない。更に、各周波数変換手段及び局部発振手段は、これらにそれぞれ対応して設けた各凹部内に設けられているので、第１中間周波信号や局部発振信号が漏洩することを確実に防止でき、かつアースを共用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周波数変換装置を用いたフェイズドアレイアンテナの１実施の形態の一部の組立図である。
【図２】同実施の形態のブロック図である。
【図３】同実施の形態で使用されている局部発振回路のブロック図である。
【図４】同実施の形態で使用されているローノイズブロックコンバータのブロック図である。
【図５】同実施の形態のシャーシの底面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図８】この実施の形態の正面図である。
【図９】この実施の形態で使用する局部発振回路の変形例のブロック図である。
【図１０】従来のフェイズドアレイアンテナまたはパラボラアンテナに使用されていたローノイズブロックコンバータのブロック図である。
【符号の説明】
２  アンテナ素子
４  ローノイズブロックコンバータ
６  局部発振回路
８  移相器
１０  合成器
２０  シャーシ
３２  ３４  ５８  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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