(57)【要約】【課題】電波の送受信方向の微調整を電子的に行うことができ、製造コストを低減することができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】アレイアンテナ１１が、面上に複数の素子アンテナ１１ａを並べて形成されている。粗調整手段１２が、アレイアンテナ１１の方向を制御するよう、アレイアンテナ１１を仰角方向および方位角方向に回転可能に設けられている。微調整手段１３ａが、各素子アンテナ１１ａの間に位相差を発生させて電波の送受信方向を制御可能に設けられている。微調整手段１３ａは、各素子アンテナ１１ａごとに、送受信信号の位相を調整するための移相器２５を有している。【選択図】図１
2015179950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面上に複数の素子アンテナを並べて形成されたアレイアンテナと、
前記アレイアンテナの方向を制御するよう、前記アレイアンテナを仰角方向および方位角方向に回転可能に設けられた粗調整手段と、
各素子アンテナ間に位相差を発生させて電波の送受信方向を制御可能に設けられた微調整手段とを、
有することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記微調整手段は、各素子アンテナごとに、送受信信号の位相を調整するための移相器を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
各素子アンテナは、１または複数の素子アンテナを含む複数のサブグループに分割されており、
前記微調整手段は、同じサブグループ内の素子アンテナを等位相とし、各サブグループ間に位相差を発生させるよう構成されていることを
特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
各素子アンテナは、前記アレイアンテナの仰角方向および方位角方向に沿って格子状に配置され、仰角方向に沿って並んだ素子アンテナが同じサブグループになるよう、各サブグループに分割されていることを特徴とする請求項３記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記微調整手段は、各サブグループごとに、送受信信号の位相を調整するための移相器を有することを特徴とする請求項３または４記載のアンテナ装置。
【請求項６】
直線偏波を用いて通信を行うよう構成されており、
偏波調整手段を有し、
各素子アンテナは、互いに直交する偏波を送受信可能に設けられた１対の給電点を有し、
前記偏波調整手段は、それぞれの素子アンテナごとに、各給電点間の振幅を調整可能に構成されていることを
特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星などとの間で直線偏波を利用して通信を行うためのアンテナ装置として、平面上に複数の素子アンテナを縦横に並べたアレイアンテナを有し、機械駆動によりアレイアンテナの向きを調整可能になっているものがある（例えば、非特許文献１参照）。このようなアンテナ装置の一例を、図５に示す。図５（ａ）に示すように、このアンテナ装置１１０は、アレイアンテナ１１１の向きを電波の受信方向および送信方向に合わせるために、駆動装置１１２ａにより、支持軸１１２ｂを介してアレイアンテナを仰角（エレベーション）方向（図５（ａ）中の両矢印Ｖの方向）および方位角（アジマス）方向（図５（ａ）中の両矢印Ｈの方向）に回転させて、アレイアンテナ１１１の方向を調整するようになっている。また、駆動装置１１２ａにより、アレイアンテナ１１１を表面に沿った面内で回転させる（図５（ａ）中の両矢印Ｐの方向）ことにより、垂直（Ｖ）偏波および水平（Ｈ）偏波の偏波角も調整可能になっている。
【０００３】
また、図５（ｂ）に示すように、このアンテナ装置１１０は、素子アンテナ１１１ａごとに、サーキュレータ１２１を介して受信用の低雑音増幅器１２２や送信用の増幅器１２３などが接続され、さらにサーキュレータ１２４を介して合分配回路１２６に接続されている。合分配回路１２６は１つから成り、全ての素子アンテナ１１１ａと送受信回路１１３ｂとの間に接続されており、各素子アンテナ１１１ａからの受信信号を送受信回路１１３ｂに送り、送受信回路１１３ｂからの送信信号を各素子アンテナ１１１ａに送るようになっている。図５に示すアンテナ装置１１０は、送信時には、合分配回路１２６により、各素子アンテナ１１１ａに等位相、等振幅で、送信用の高周波信号が給電されるようになっている。
【０００４】
また、従来のアンテナ装置として、仰角方向の広い範囲にビーム走査する際に、アレイアンテナ全体を駆動するのを回避するため、各素子アンテナを仰角方向に駆動させたり、移相器により各素子アンテナの送受信信号の位相を変化させたりすることにより、仰角方向での微調整を行うものもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】笹沼満、内山浩、名古屋翼、古川操、本久貴志、「災害時に簡易な操作で設置が可能な小型地球局（VSAT）の研究開発  〜地球局設置作業の簡素化を実現するための課題とその解決〜」、信学技報、2013-2、SAT2012-47
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１７８３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高精度の通信を行う際には、アンテナの向きを電波の受信方向または送信方向に高精度で合わせる必要がある。非特許文献１や図５に示すような従来のアンテナ装置では、機械駆動でアレイアンテナの向きを調整するため、高精度で微調整を行うための機構が複雑になり、その製造コストが嵩むという課題があった。また、特許文献１に記載のアンテナ装置は、仰角方向の微調整を機械駆動ではなく、電子的に行うことができるが、方位角方向の微調整は機械駆動であり、高精度で通信を行うためには、やはり製造コストが嵩むという課題があった。
【０００８】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、電波の送受信方向の微調整を電子的に行うことができ、製造コストを低減することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るアンテナ装置は、面上に複数の素子アンテナを並べて形成されたアレイアンテナと、前記アレイアンテナの方向を制御するよう、前記アレイアンテナを仰角方向および方位角方向に回転可能に設けられた粗調整手段と、各素子アンテナ間に位相差を発生させて電波の送受信方向を制御可能に設けられた微調整手段とを、有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るアンテナ装置は、通信時に送受信方向にアレイアンテナを向ける際、粗調整手段により、アレイアンテナを仰角方向および方位角方向に回転させて、アレイアンテナの方向を大まかに調整する粗調整を行った後、微調整手段により、各素子アンテナ間に位相差を発生させて電波の送受信方向の微調整を行うことができる。これにより、電波の送受信方向を高精度で合わせることができ、高精度な通信を行うことができる。
【００１１】
本発明に係るアンテナ装置は、微調整手段で仰角方向だけでなく、方位角方向にも微調整を行うことができ、全ての方向に対して電波の送受信方向を高精度で合わせることができる。本発明に係るアンテナ装置は、微調整手段で電子的に電波の送受信方向の微調整を行うことができるため、機械駆動による複雑で高価な微調整用の装置が不要であり、製造コストを低減することができる。
【００１２】
さらにコストを低減するために、全ての調整を電子的に行うこともできるが、その場合には、アレイアンテナの向きが送受信方向から大きくずれることが多くなり、送受信信号の利得が低くなってしまう。また、送信時にアレイアンテナの向きがずれると、アレイアンテナの表面に対する送信信号のビーム角が大きくなるため、送信信号のサイドローブが大きくなり、他のシステムに干渉する恐れがある。これに対し、本発明に係るアンテナ装置は、粗調整手段でアレイアンテナの方向を大まかに調整することにより、送受信信号の利得を高く維持することができるとともに、サイドローブの形成を抑えて、他のシステムへの干渉を防ぐことができる。
【００１３】
本発明に係るアンテナ装置で、前記微調整手段は、各素子アンテナごとに、送受信信号の位相を調整するための移相器を有することが好ましい。この場合、各移相器により素子アンテナ毎に位相を微調整することができ、電波の送受信方向を高精度で合わせることができる。
【００１４】
本発明に係るアンテナ装置で、各素子アンテナは、１または複数の素子アンテナを含む複数のサブグループに分割されており、前記微調整手段は、同じサブグループ内の素子アンテナを等位相とし、各サブグループ間に位相差を発生させるよう構成されていてもよい。また、前記微調整手段は、各サブグループごとに、送受信信号の位相を調整するための移相器を有することが好ましい。この場合、全ての素子アンテナの位相を調整する場合に比べて通信精度は低下するが、位相差を発生させるための移相器等の部材を減らすことができ、材料費を低減することができる。各素子アンテナは、十分な通信精度が得られる範囲であれば、どのようにサブグループに分割されてもよい。
【００１５】
また、このサブグループに分割する場合、例えば、各素子アンテナは、前記アレイアンテナの仰角方向および方位角方向に沿って格子状に配置され、仰角方向もしくは方位角方向に沿って並んだ素子アンテナ、または、所定の大きさの矩形ブロック内の素子アンテナが同じサブグループになるよう、各サブグループに分割されていてもよい。赤道上空で地球を周回する衛星との間で通信を行う場合、他のシステムへの干渉を防ぐためには、仰角方向の位置調整よりも、方位角方向での位置調整を高精度に行う必要がある。このため、方位角方向での微調整を高精度で行えるよう、仰角方向に並んだ素子アンテナが同じサブグループになるよう分割されることが好ましい。これにより、コストを低減しつつ、衛星との通信を高精度で行うことができる。
【００１６】
本発明に係るアンテナ装置は、直線偏波を用いて通信を行うよう構成されており、偏波調整手段を有し、各素子アンテナは、互いに直交する偏波を送受信可能に設けられた１対の給電点を有し、前記偏波調整手段は、それぞれの素子アンテナごとに、各給電点間の振幅を調整可能に構成されていることが好ましい。この場合、偏波調整手段で各給電点間の振幅を調整することにより、電子的に垂直（Ｖ）偏波および水平（Ｈ）偏波の偏波角を調整することができる。これにより、機械駆動による複雑で高価な偏波角微調整用の装置が不要であり、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電波の送受信方向の微調整を電子的に行うことができ、製造コストを低減することができるアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の本発明の実施の形態のアンテナ装置を示す（ａ）斜視図、（ｂ）送受信機の回路図である。
【図２】第２の本発明の実施の形態のアンテナ装置を示す（ａ）斜視図、（ｂ）送受信機の回路図である。
【図３】図２に示すアンテナ装置のアレイアンテナの、各素子アンテナを（ａ）仰角方向、（ｂ）方位角方向に沿ってサブグループに分割した変形例の斜視図である。
【図４】第３の本発明の実施の形態のアンテナ装置を示す（ａ）アレイアンテナの正面図、（ｂ）偏波調整手段の回路図である。
【図５】従来のアンテナ装置を示す（ａ）斜視図、（ｂ）送受信機の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、第１の本発明の実施の形態のアンテナ装置を示している。
図１に示すように、アンテナ装置１０は、直線偏波を用いて衛星等と通信を行うよう構成されており、アレイアンテナ１１と粗調整手段１２と送受信機１３とを有している。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、アレイアンテナ１１は、矩形板状を成しており、一方の表面上に複数の素子アンテナ１１ａを有している。各素子アンテナ１１ａは、アレイアンテナ１１の縦方向および横方向に沿って格子状に並んで配置されている。
【００２１】
粗調整手段１２は、駆動装置１２ａと、駆動装置１２ａから上方に伸びる支持軸１２ｂとを有し、支持軸１２ｂの先端にアレイアンテナ１１が取り付けられている。粗調整手段１２は、駆動装置１２ａにより、支持軸１２ｂを介してアレイアンテナ１１を仰角（エレベーション）方向（図１（ａ）中の両矢印Ｖの方向）および方位角（アジマス）方向（図１（ａ）中の両矢印Ｈの方向）に回転させて、アレイアンテナ１１の方向を調整するようになっている。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、送受信機１３は、微調整手段１３ａと送受信回路１３ｂとを有している。微調整手段１３ａは、各素子アンテナ１１ａと送受信回路１３ｂとを電気的に接続するよう、各素子アンテナ１１ａと送受信回路１３ｂとの間に配置されている。微調整手段１３ａは、素子アンテナ１１ａごとに、第１サーキュレータ２１と、低雑音増幅器２２および送信増幅器２３と、第２サーキュレータ２４と、移相器２５とを有し、それぞれ直列に接続されている。第１サーキュレータ２１は、素子アンテナ１１ａの給電点に接続されている。低雑音増幅器２２および送信増幅器２３は、第１サーキュレータ２１と第２サーキュレータ２４との間に互いに並列に接続されている。移相器２５は、送受信信号の位相を調整可能に、第２サーキュレータ２４に接続されている。また、微調整手段１３ａは、各素子アンテナ１１ａに対応する複数の移相器２５と送受信回路１３ｂとの間に、各移相器２５と送受信回路１３ｂとを接続する１つの合分配回路２６を有している。
【００２３】
送受信機１３は、送信するとき、送受信回路１３ｂからの送信信号を合分配回路２６で各素子アンテナ１１ａ用の送信信号に分け、各移相器２５で送信信号の位相を調整した後、その送信信号を第２サーキュレータ２４で送信増幅器２３に送り、送信増幅器２３で増幅した後、第１サーキュレータ２１を介して素子アンテナ１１ａに送り、各素子アンテナ１１ａから送信するようになっている。このとき、各移相器２５で各送信信号に位相差を発生させることにより、送信信号の送信方向を制御するようになっている。また、送受信機１３は、受信するとき、各素子アンテナ１１ａで受信した受信信号を第１サーキュレータ２１で低雑音増幅器２２に送り、低雑音増幅器２２で増幅した後、第２サーキュレータ２４を介して移相器２５に送り、各移相器２５で各素子アンテナ１１ａからの受信信号の位相を揃えた後、各受信信号を合分配回路２６で合成し、送受信回路１３ｂに送るようになっている。このとき、受信信号を受信する方向に応じて、各移相器２５で各受信信号に位相差を発生させることにより、各受信信号の位相を揃え、受信方向を制御するようになっている。
【００２４】
送受信機１３は、送受信方向がアレイアンテナ１１の表面に対して垂直方向であるとき、各移相器２５により各素子アンテナ１１ａの間に位相差を発生させないようになっている。また、送受信機１３は、送受信方向がアレイアンテナ１１の表面に対して垂直方向からずれているとき、そのずれた方向側の素子アンテナ１１ａの位相が遅れるよう、各移相器２５により各素子アンテナ１１ａの間の位相差を調整するようになっている。
【００２５】
次に、作用について説明する。
アンテナ装置１０は、通信時に送受信方向にアレイアンテナ１１を向ける際、まず、粗調整手段１２により、アレイアンテナ１１を仰角方向および方位角方向に回転させて、アレイアンテナ１１の方向を大まかに調整する粗調整を行う。その後、微調整手段１３ａにより、各素子アンテナ１１ａの間に位相差を発生させて電波の送受信方向の微調整を行うことができる。これにより、電波の送受信方向を高精度で合わせることができ、高精度な通信を行うことができる。
【００２６】
アンテナ装置１０は、微調整手段１３ａで仰角方向だけでなく、方位角方向にも微調整を行うことができ、全ての方向に対して電波の送受信方向を高精度で合わせることができる。アンテナ装置１０は、微調整手段１３ａで電子的に電波の送受信方向の微調整を行うことができるため、機械駆動による複雑で高価な微調整用の装置が不要であり、製造コストを低減することができる。
【００２７】
アンテナ装置１０は、粗調整手段１２でアレイアンテナ１１の方向を大まかに調整することにより、送受信信号の利得を高く維持することができるとともに、サイドローブの形成を抑えて、他のシステムへの干渉を防ぐことができる。
【００２８】
図２および図３は、第２の本発明の実施の形態のアンテナ装置を示している。
図２に示すように、アンテナ装置３０は、アレイアンテナ１１と粗調整手段１２と送受信機１３とを有している。なお、以下の説明では、第１の本発明の実施の形態のアンテナ装置１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、各素子アンテナ１１ａは、１または複数の素子アンテナ１１ａを含む複数のサブグループ３１に分割されている。図２（ａ）に示す一例では、正方形で囲まれた、縦横に隣り合った４つの素子アンテナ１１ａで、各サブグループ３１が形成されている。なお、図２（ａ）では、各サブグループ３１の境界を、破線で示している。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、微調整手段１３ａは、サブグループ３１ごとに、第１サーキュレータ２１と、低雑音増幅器２２および送信増幅器２３と、第２サーキュレータ２４と、移相器２５とを有している。また、微調整手段１３ａは、サブグループ３１ごとに、第１サーキュレータ２１と各素子アンテナ１１ａとの間に、第１サーキュレータ２１と各素子アンテナ１１ａとを接続するサブ合分配回路３２を有している。これにより、微調整手段１３ａは、同じサブグループ３１内の素子アンテナ１１ａを等位相とし、各サブグループ３１の間に位相差を発生させるようになっている。
【００３１】
次に、作用について説明する。
アンテナ装置１０は、全ての素子アンテナ１１ａの位相を調整する場合に比べて通信精度は低下するが、位相差を発生させるための移相器２５や、第１サーキュレータ２１、低雑音増幅器２２、送信増幅器２３、第２サーキュレータ２４等の部材を減らすことができ、材料費を低減することができる。
【００３２】
なお、各素子アンテナ１１ａは、十分な通信精度が得られる範囲であれば、どのようにサブグループ３１に分割されてもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、仰角方向に沿って並んだ素子アンテナ１１ａが同じサブグループ３１になるよう分割されていてもよい。この場合、仰角方向の位置調整よりも、方位角方向での位置調整を高精度に行うことができるため、方位角方向での位置調整が通信精度に大きく影響するもの、例えば、赤道上空で地球を周回する衛星との間での通信等に効果的である。また、図３（ｂ）に示すように、方位角方向に沿って並んだ素子アンテナ１１ａが同じサブグループ３１になるよう分割されていてもよい。この場合、方位角方向の位置調整よりも、仰角方向での位置調整を高精度に行うことができる。なお、図３（ａ）および（ｂ）では、各サブグループ３１の境界を、破線で示している。
【００３３】
図４は、第３の本発明の実施の形態のアンテナ装置を示している。
なお、以下の説明では、第１の本発明の実施の形態のアンテナ装置１０または第２の本発明の実施の形態のアンテナ装置３０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００３４】
図４（ａ）に示すように、第３の本発明の実施の形態のアンテナ装置で、各素子アンテナ１１ａは、互いに直交する電界を発生可能に設けられ、直交する各電界を発生させる電力を供給するための１対の給電点４１，４２を有している。これにより、各素子アンテナ１１ａは、互いに直交する偏波を送受信可能になっている。
【００３５】
図４（ｂ）に示すように、第３の本発明の実施の形態のアンテナ装置は、偏波調整手段４３を有している。偏波調整手段４３は、素子アンテナ１１ａごとに、１対の入出力端子５１，５２と１対の電力分配器５３，５４と１対の合成器５５，５６と位相反転器５７とを有している。入出力端子５１は水平偏波用、入出力端子５２は垂直偏波用である。各電力分配器５３，５４は、それぞれ異なる入出力端子５１，５２に接続されており、第１分割端子５８と第２分割端子５９とを有している。各電力分配器５３，５４は、入出力端子５１，５２からの電力を、第１分割端子５８と第２分割端子５９とにそれぞれ  ａ：ａ−１（０≦ａ≦１）の割合で分割して出力するようになっている。また、各電力分配器５３，５４は、第１分割端子５８と第２分割端子５９とから入力された電力を、それぞれ  ａ：ａ−１（０≦ａ≦１）の割合で合成して、対応する入出力端子５１，５２に出力するようになっている。
【００３６】
各合成器５５，５６は、それぞれ異なる給電点４１，４２に接続されている。合成器５５は、電力分配器５３の第１分割端子５８と、電力分配器５４の第２分割端子５９とに接続され、各端子からの電力を合成して給電点４１に出力し、給電点４１からの電力を各端子に分割して出力するようになっている。また、合成器５６は、電力分配器５４の第１分割端子５８と、電力分配器５３の第２分割端子５９とに接続され、各端子からの電力を合成して給電点４２に出力し、給電点４２からの電力を各端子に分割して出力するようになっている。位相反転器５７は、電力分配器５４の第２分割端子５９と合成器５５との間に設けられ、一方からの電力の位相を反転させて他方に出力するようになっている。これにより、偏波調整手段４３は、それぞれの素子アンテナ１１ａごとに、各給電点４１，４２間の振幅を調整可能になっている。
【００３７】
なお、微調整手段１３ａは１対から成り、一方の微調整手段１３ａに、全ての素子アンテナ１１ａの水平偏波用の入出力端子５１が接続され、他方の微調整手段１３ａに、全ての素子アンテナ１１ａの垂直偏波用の入出力端子５２が接続されている。また、各微調整手段１３ａは送受信回路１３ｂに接続され、送受信回路１３ｂにより偏波角の調整を行うようになっている。
【００３８】
次に、作用について説明する。
第３の本発明の実施の形態のアンテナ装置は、偏波調整手段４３で各給電点４１，４２間の振幅を調整することにより、電子的に垂直（Ｖ）偏波および水平（Ｈ）偏波の偏波角を調整することができる。これにより、機械駆動による複雑で高価な偏波角微調整用の装置が不要であり、製造コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０  アンテナ装置
１１  アレイアンテナ
１１ａ  素子アンテナ
１２  粗調整手段
１２ａ  駆動装置
１２ｂ  支持軸
１３  送受信機
１３ａ  微調整手段
２１  第１サーキュレータ
２２  低雑音増幅器
２３  送信増幅器
２４  第２サーキュレータ
２５  移相器
２６  合分配回路
１３ｂ  送受信回路
３０  アンテナ装置
３１  サブグループ
３２  サブ合分配回路
４１，４２  給電点
４３  偏波調整手段
５１，５２  入出力端子
５３，５４  電力分配器
５５，５６  合成器
５７  位相反転器
５８  第１分割端子
５９  第２分割端子
【図１】
2015179950.tif 000003
【図２】
2015179950.tif 000004
【図３】
2015179950.tif 000005
【図４】
2015179950.tif 000006
【図５】
2015179950.tif 000007