(57)【要約】【課題】右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得の偏りを抑制し、より高い受信アンテナ利得で各偏波の衛星放送波を受信可能とする受信アンテナ装置を提供する。【解決手段】本発明の受信アンテナ装置１は、右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を反射する反射鏡２と、反射鏡２を介して右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を受信する給電部３とを備えている。給電部３は、右旋円偏波用のアンテナ素子３１による第１の複数素子アレーと、左旋円偏波用のアンテナ素子３２による第２の複数素子アレーとを有し、第１の複数素子アレーの重心位置ＯＲと、第２の複数素子アレーの重心位置ＯＬとを距離Δｄだけずらして基板３３に配置した基板アンテナにより構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を受信する受信アンテナ装置であって、
右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を反射する反射鏡と、
前記反射鏡を介して前記右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を受信する給電部とを備え、
前記給電部は、
右旋円偏波用のアンテナ素子による第１の複数素子アレーと、左旋円偏波用のアンテナ素子による第２の複数素子アレーとを有し、前記第１の複数素子アレーの重心位置と、前記第２の複数素子アレーの重心位置とを所定の距離だけずらして基板に配置した基板アンテナにより構成されていることを特徴とする受信アンテナ装置。
【請求項２】
前記所定の距離は、前記給電部へ集波する前記反射鏡によって生じる右旋及び左旋円偏波の衛星放送波の受信アンテナ利得のピーク方向のずれに対応した距離に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の受信アンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の複数素子アレーの重心位置と前記第２の複数素子アレーの重心位置とを結ぶ線分が、前記反射鏡の中心を通る水平線分に対し略平行に配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の受信アンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の複数素子アレー、及び前記第２の複数素子アレーは、それぞれ３素子アレーから構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の受信アンテナ装置。
【請求項５】
１２ＧＨｚ帯の衛星放送波の受信用に構成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の受信アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星放送の受信アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現行の衛星放送では円偏波が用いられ、現状、東経１１０度方向のＢＳデジタル放送（以下、「ＢＳ」と略す）、同じく同方向の広帯域ＣＳデジタル放送（以下、「ＣＳ」と略す）などがあり、いずれも右旋円偏波を用いている。
【０００３】
また、右旋円偏波と左旋円偏波は共用できるため、左旋円偏波を用いれば右旋円偏波と同一周波数でも別チャンネルの衛星放送波を伝送することができ、周波数の有効利用が可能となる。そこで、ＢＳ・ＣＳの左旋円偏波の衛星放送波の受信に関してＡＲＩＢ標準規格ＳＴＤ−Ｂ６３で新たに規定されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
尚、現行の１２ＧＨｚ帯の衛星放送の受信アンテナ装置は、人工衛星から送信される微弱な電波を受信するため、受信アンテナ装置としてオフセットパラボラアンテナを用いることが一般的である。
【０００５】
そして、右旋円偏波と左旋円偏波とを同時に受信可能なオフセットパラボラアンテナ（偏波共用アンテナ）を用いれば、１台の受信アンテナ装置で右旋円偏波と左旋円偏波の両方の放送サービスを受信できるため、設置スペース上有利であり、また、コスト低減や普及に役立つ。
【０００６】
このような偏波共用アンテナとして、例えば、ホーンアンテナ素子による複数の一次放射器からなる給電部を備え、それぞれの一次放射器により反射鏡を利用して右旋円偏波と左旋円偏波の衛星放送波をそれぞれ受信可能とする技法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平５−０５０８８１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】“高度広帯域衛星デジタル放送用受信装置  電波産業会 標準規格 ARIB STD-B63 1.4版”、［online］、平成27年12月3日改定、ARIB、pp. 11〜12、［平成28年3月10日検索］、インターネット〈URL：http://www.arib.or.jp/english/html/overview/doc/2-STD-B63v1_4.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
オフセットパラボラアンテナは、軸対称ではない反射鏡を用いることで、給電部を反射鏡の開口面外に配置し、サイドローブ特性などを改善したアンテナであり、衛星放送の受信アンテナ装置に適している。例えば、図５（ａ），（ｂ）には、現行の１２ＧＨｚ帯の衛星放送の受信アンテナ装置１０として、典型的なオフセットパラボラアンテナを示している。図５（ａ）の斜視図に示すように、受信アンテナ装置１０は、概略的には、反射鏡２により１２ＧＨｚ帯の右旋円偏波の衛星放送波を給電部３に向けて反射させ、給電部３によりその反射波を受信し、一般的には中間周波数に変換してケーブル４を介して受像機へ出力するよう構成される。
【００１０】
このようなオフセットパラボラアンテナは、様々な大きさのものがあり、また様々な設計方法があるが、主として、放送周波数ｆ（本例では１２ＧＨｚ帯）に対する反射鏡２の開口径ｒと給電部３の構造が特定されている場合には、図５（ｂ）の側面図に示すように、焦点距離Ｄは開口径×０．５程度、オフセット角θは給電部３が反射鏡２の開口面に干渉せず大きくなりすぎない範囲で選定される。
【００１１】
ところで、右旋円偏波、左旋円偏波ともに東経１１０度の静止軌道上に位置する人工衛星から送信されるため、衛星放送の電波の到来方向は右旋及び左旋円偏波ともに同じである。
【００１２】
しかしながら、オフセットパラボラアンテナは、その非対称性から、右旋円偏波と左旋円偏波の主偏波のピーク方向がずれるという現象が生じる。
【００１３】
図６に、反射鏡２の開口径ｒ＝４５ｃｍの１２ＧＨｚ帯衛星放送波用のオフセットパラボラアンテナについて、反射鏡２で生じる主偏波ピーク方向のずれを示す主偏波放射パターンの計算結果を示している。図６における計算に用いた周波数ｆは１２．２２５ＧＨｚ、横軸の離軸角度を示すカット面は水平面である。
【００１４】
図６から分かるように、右旋円偏波の受信アンテナ利得のピークＰＲの方向と、左旋円偏波の受信アンテナ利得のピークＰＬの方向とは０．８度ずれている。よって、右旋円偏波又は左旋円偏波のいずれか一方の偏波のピークでオフセットパラボラアンテナの方向調整を行うと、他方の偏波に対する受信利得が低下してしまう。例えば、図６では０．６ｄＢ低下することになる。
【００１５】
これを解決するために、仮に特許文献１の技法を応用して、反射鏡２で生じる主偏波ピーク方向のずれを補完するように右旋円偏波と左旋円偏波の各一次放射器（ホーンアンテナ素子）を左右にずらすことも考えられる。しかしながら、その一次放射器間の距離Δｄは、一般的な開口径ｒ＝４５ｃｍのオフセットパラボラアンテナの場合、軸中心から±２．２ｍｍ程度となり、ホーンアンテナ素子の開口が重なってしまうため実現することができない。
【００１６】
換言すれば、各一次放射器（ホーンアンテナ素子）を極力近接配置しても、その中心から±２．２ｍｍを超える配置関係となり、右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得に偏り、或いは受信アンテナ利得の劣化が生じることになる。
【００１７】
従って、従来技法に基づいてオフセットパラボラアンテナによる右旋及び左旋円偏波共用アンテナとして受信アンテナ装置を構成しようとすると、右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得に偏り、或いは受信アンテナ利得の劣化が生じてしまうという問題がある。
【００１８】
本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得の偏りを抑制し、より高い受信アンテナ利得で各偏波の衛星放送波を受信可能とする受信アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の受信アンテナ装置は、右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を受信する受信アンテナ装置であって、右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を反射する反射鏡と、前記反射鏡を介して前記右旋及び左旋円偏波の衛星放送波を受信する給電部とを備え、前記給電部は、右旋円偏波用のアンテナ素子による第１の複数素子アレーと、左旋円偏波用のアンテナ素子による第２の複数素子アレーとを有し、前記第１の複数素子アレーの重心位置と、前記第２の複数素子アレーの重心位置とを所定の距離だけずらして基板に配置した基板アンテナにより構成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の受信アンテナ装置において、前記所定の距離は、前記給電部へ集波する前記反射鏡によって生じる右旋及び左旋円偏波の衛星放送波の受信アンテナ利得のピーク方向のずれに対応した距離に設定されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の受信アンテナ装置において、前記第１の複数素子アレーの重心位置と前記第２の複数素子アレーの重心位置とを結ぶ線分が、前記反射鏡の中心を通る水平線分に対し略平行に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の受信アンテナ装置において、前記第１の複数素子アレー、及び前記第２の複数素子アレーは、それぞれ３素子アレーから構成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の受信アンテナ装置において、１２ＧＨｚ帯の衛星放送波の受信用に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得の偏りを抑制し、より高い受信アンテナ利得で各偏波の衛星放送波を受信可能となる。好適には、右旋円偏波の衛星放送と左旋円偏波の衛星放送の受信アンテナ利得を一致させることができ、従来技法よりも右旋及び左旋円偏波の衛星放送の受信に関して、各偏波に対し高利得の受信品質を実現することができる。
【００２５】
特に、衛星放送では右旋円偏波と左旋円偏波は共用できるので、将来、左旋円偏波を用いれば同一周波数で別番組を送る際に、その周波数の有効利用の利点をより生かすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による一実施形態の受信アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態の受信アンテナ装置における一実施例の給電部の概略構成と、その比較例を示す平面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による一実施形態の受信アンテナ装置における一実施例の給電部の概略的な分解斜視図と、その透視平面図である。
【図４】本発明による一実施形態の受信アンテナ装置における右旋及び左旋円偏波の相対利得を示す放射パターンである。
【図５】（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来からの典型的なオフセットパラボラアンテナとして構成される受信アンテナ装置の概略構成を示す斜視図、及び側面図である。
【図６】従来からの典型的なオフセットパラボラアンテナとして構成される受信アンテナ装置における反射鏡によって生じる、右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得のピーク方向のずれを示す放射パターンの計算値である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して、本発明による一実施形態の受信アンテナ装置１について説明する。
【００２８】
図１は、本発明による一実施形態の受信アンテナ装置１の概略構成を示す斜視図である。尚、図１に示す本発明による一実施形態の受信アンテナ装置は、図５に示す従来からの受信アンテナ装置１０と同様な機能を有する構成要素について同一の参照番号を付している。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態の受信アンテナ装置１は、オフセットパラボラアンテナによる右旋及び左旋円偏波共用アンテナとして構成される。より具体的に、本実施形態の受信アンテナ装置１は、右旋及び左旋円偏波による衛星放送波を反射して給電部３へ集波する所定の開口径ｒの反射鏡２と、反射鏡２により反射した右旋及び左旋円偏波による衛星放送波を受信する給電部３とを備えている。
【００３０】
給電部３は、右旋及び左旋円偏波の各々の受信用にそれぞれのマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）素子を採用し、特に、右旋円偏波用のアンテナ素子（ＲＨＣＰ素子）３１を３つ配置した３素子アレーと、左旋円偏波用のアンテナ素子（ＬＨＣＰ素子）３２を３つ配置した３素子アレーとを備えている。
【００３１】
そして、本発明に係る給電部３は、図２（ａ）に示すように、ＲＨＣＰ素子３１の３素子アレーの重心位置ＯＲと、ＬＨＣＰ素子３２の３素子アレーの重心位置ＯＬとを距離Δｄだけずらして基板３３に配置した基板アンテナにより構成されている。これにより、図６に示したような反射鏡２で生じる主偏波ピークＰＲ，ＰＬの方向のずれを補完するようになっている。
【００３２】
つまり、ＲＨＣＰ素子３１とＬＨＣＰ素子３２の各３素子アレーを基板３３へ配置する際に、仮に特許文献１の技法を応用しても、図２（ｂ）に示す比較例のように、それぞれの重心位置ＯＲ，ＯＬを一致させる構成しか想定できない。このため、図２（ｂ）に示す比較例では配置角度を調整するなどして仮に右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得の偏りを抑制できたとしても、各偏波の受信アンテナ利得の主偏波ピークＰＲ，ＰＬの方向からずれた位置で受信することなり、受信アンテナ利得の効率が悪いものとなる。
【００３３】
尚、図１において、反射鏡２の中心ＯＰを通る線分Ａ‐Ａ’が水平方向となるときに、図６に示したような反射鏡２で生じる主偏波ピークＰＲ，ＰＬの方向のずれが生じる際に、このずれを補完するためには、ＲＨＣＰ素子３１の３素子アレーの重心位置ＯＲとＬＨＣＰ素子３２の３素子アレーの重心位置ＯＬとを結ぶ線分Ｂ‐Ｂ’は、線分Ａ‐Ａ’に対し略平行に配置される。
【００３４】
前述したように、図６に示したような開口径ｒ＝４５ｃｍの反射鏡２では、右旋円偏波の受信アンテナ利得のピークＰＲの方向と、左旋円偏波の受信アンテナ利得のピークＰＬの方向とは０．８度ずれている。このずれを給電部３で補完するには、反射鏡２の中心ＯＰからの反射波を受信する受信点を中心とし±２．２ｍｍずらした当該距離Δｄ＝４．４ｍｍとする。これにより、給電部３によって、反射鏡２で生じる主偏波ピーク方向のずれを補完することができる。
【００３５】
ただし、この距離Δｄは、オフセットパラボラアンテナの大きさ等によって変わるものである。定性的には、放送周波数ｆ（本例では１２ＧＨｚ帯）、反射鏡２の開口径ｒ、焦点距離Ｄ、及びオフセット角θとするときに、これらのパラメータで一意に決定することができ、距離Δｄ＝Ｆ（ｆ，ｒ，Ｄ，θ）として表すことができる。尚、Ｆ（ ）は、パラメータｆ，ｒ，Ｄ，θを要素とする演算を示す。
【００３６】
換言すれば、反射鏡２の開口径ｒと給電部３の構造が特定されている場合には、前述した図５（ｂ）に示すように、焦点距離Ｄは開口径×０．５程度、オフセット角θは給電部３が反射鏡２の開口面に干渉せず大きくなりすぎない範囲で選定される。
【００３７】
図３（ａ），（ｂ）は、それぞれ本実施形態の受信アンテナ装置１における一実施例の給電部３の概略的な分解斜視図と、その透視平面図である。図２に示す基板３３は、図３（ａ）に示すように、誘電体基板３３ａ、接地導体基板３３ｂ、及びマイクロストリップ線路基板３３ｃを積層して構成される。
【００３８】
そして、個々のＲＨＣＰ素子３１は、誘電体基板３３ａの上部表面に取着される金属板３０１と、誘電体基板３３ａの下部に位置する接地導体基板３３ｂに形成される十字状のＲＨＣＰ用スロット３４と、マイクロストリップ線路基板３３ｃに形成されるマイクロストリップ線路３０２（図３（ｂ）参照）とから構成される。同様に、ＬＨＣＰ素子３２は、誘電体基板３３ａの上部表面に取着される金属板３０１と、誘電体基板３３ａの下部に位置する接地導体基板３３ｂに形成される十字状のＬＨＣＰ用スロット３５と、マイクロストリップ線路基板３３ｃに形成されるマイクロストリップ線路３０２（図３（ｂ）参照）とから構成される。
【００３９】
個々のＲＨＣＰ素子３１及びＬＨＣＰ素子３２は、図３（ｂ）に示すように同一構造で構成することができ、互いに対向するように一対のマイクロストリップ線路３０２が形成されている。一対のマイクロストリップ線路３０２の各々は、それぞれポート３０４ａ，３０４ｂの組と、及びポート３０４ｃ，３０４ｄの組を持ち、十字状のＲＨＣＰ用スロット３４やＬＨＣＰ用スロット３５と交差する位置で給電部３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃ，３０５ｄが形成されるようになっている。そして、ポート３０４ａの給電で給電部３０５ａ，３０５ｂ間に９０度遅れた給電位相となるよう線路形成され、他のポート３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄについても同様の関係にある。従って、ポート３０４ａ，３０４ｂのいずれか一方（或いはポート３０４ｃ，３０４ｄのいずれか一方）を図３（ａ）に示す給電ポート３６と接続することで、右旋円偏波用と左旋円偏波用とに分けることができ、更に、ポート３０４ａとポート３０４ｃとの間で（或いはポート３０４ｂとポート３０４ｄとの間で）、給電位相が１８０度となるように位相を反転させて給電することで、放射される円偏波の対称性が向上し放射パターンなどの電気特性を向上させることができる。
【００４０】
本例では、ＲＨＣＰ素子３１及びＬＨＣＰ素子３２についてそれぞれ３素子アレーで構成しているため、各々のＲＨＣＰ素子３１及びＬＨＣＰ素子３２におけるポート３０４ａ，３０４ｂのいずれか一方（或いはポート３０４ｃ，３０４ｄのいずれか一方）についてそれぞれの右旋円偏波用に設定したポート（或いは左旋円偏波用に設定したポート）を給電ポート３６と接続する際には同位相となるように図示しないマイクロストリップ線路で接続する。このときの電気特性を整合（即ち、インピーダンスマッチング）させるため、適所にスタブが設けられる（図示せず）。
【００４１】
尚、図２及び図３に示す３素子アレーで構成する点や、図３に示すＲＨＣＰ素子３１及びＬＨＣＰ素子３２の構造は、単なる一例を示すものであり、これに限定する必要はない。即ち、３素子アレーとする代わりに、２素子或いは４素子以上の複数素子アレーとすることができ、本発明に係る課題を解決するためには、ＲＨＣＰ素子３１による複数素子アレーの重心位置ＯＲと、ＬＨＣＰ素子３２による複数素子アレーの重心位置ＯＬとを距離Δｄだけずらして基板３３に配置した基板アンテナにより構成されているものであれば、任意の形態とすることができる。ただし、３素子アレーで構成することで、比較的小さいサイズで基板３３による同一基板上に構成できるという利点がある。
【００４２】
次に、本発明に係る受信アンテナ装置１の効果を説明する。本実施形態の受信アンテナ装置１では、図２（ａ）を参照して説明したように、ＲＨＣＰ素子３１による３素子アレーの重心位置ＯＲと、ＬＨＣＰ素子３２による３素子アレーの重心位置ＯＬとを距離Δｄだけずらして基板３３に配置した基板アンテナにより給電部３を構成している。そして、図６に示す主偏波ピークＰＲ，ＰＬの方向ずれが生じる開口径ｒ＝４５ｃｍの反射鏡２とを組み合わせることで、本実施形態の受信アンテナ装置１を構成している。このときの放射パターンの計算値を図４に示している。図４より、本実施形態の受信アンテナ装置１の放射パターンは、右旋円偏波と左旋円偏波とで一致し、図６に示す主偏波ピークＰＲ，ＰＬの各方向に合致した受信アンテナ利得が得られることがわかる。
【００４３】
以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述した例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、前述した例では、好適例として１２ＧＨｚ帯の衛星放送波の受信アンテナ装置を例に説明したが、オフセットパラボラアンテナ方式の偏波共用アンテナを利用することが可能である限り、当該放送波の受信に限定する必要はない。また、給電部３へ集波する反射鏡２によって生じる主偏波ピーク方向のずれに対し厳格に距離Δｄが一致していなくても、近接していれば従来技法よりも改善することは図４からも想定される。このため、距離Δｄは当該ピーク方向のずれに対し対応する位置関係であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明によれば、右旋及び左旋円偏波の受信アンテナ利得の偏りを抑制し、より高い受信アンテナ利得で各偏波の衛星放送波を受信可能となるので、オフセットパラボラアンテナ方式の偏波共用アンテナの用途に有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  受信アンテナ装置
２  反射鏡
３  給電部
４  ケーブル
１０  受信アンテナ装置
３１  右旋円偏波用のアンテナ素子（ＲＨＣＰ素子）
３２  左旋円偏波用のアンテナ素子（ＬＨＣＰ素子）
３３  基板
３３ａ  誘電体基板
３３ｂ  接地導体基板
３３ｃ  マイクロストリップ線路基板
３４  右旋円偏波（ＲＨＣＰ）用スロット
３５  左旋円偏波（ＬＨＣＰ）用スロット
３６  給電ポート
３０１  金属板
３０２  マイクロストリップ線路
３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄ  ポート
３０５ａ，３０５ｂ，３０５ｃ，３０５ｄ  給電部
【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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