無線電波透鏡天線裝置的製作方法
2023-12-11 16:39:27 2
專利名稱：無線電波透鏡天線裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於衛星通信和天線間的通信的無線電波透鏡天線裝置。更具體地說，涉及採用了用於接收多個通信對象、例如來自多個靜止衛星的無線電波和向各靜止衛星發送無線電波的龍伯(Luneberg)透鏡的無線電波透鏡天線裝置，以及使該裝置的用於無線電波發送接收的天線元件的位置配合正確化和簡易化的指示圖。
背景技術：
作為公知的無線電波透鏡的一種的龍伯透鏡，是以球為基本形狀的用電介質製作的透鏡，各部分的介電常數εr大體上遵照下式(1)εr＝2-(r/a)2………式(1)其中，a球的半徑r離球中心的距離使用該龍伯透鏡的天線裝置，可將無線電波的焦點設定在任意的位置，可捕捉來自任何方向的無線電波，而且，可向任意方向發送無線電波。
利用該優點，已發明了可進行軌道衛星的追蹤的天線裝置。該衛星追蹤式天線裝置的結構為在水平配置(與地面平行)的圓形反射板的中央安裝半球形的龍伯透鏡，設有跨越透鏡球面的拱形支持臂、以臂兩端的水平支軸為支點使該支持臂可旋轉的機構、以中心的垂直軸為支點使該臂旋轉機構和透鏡和反射板可旋轉的機構，在支持臂上安裝工具有臂縱向的位置調整機構的天線元件(初級發射器)。
該天線裝置利用臂旋轉機構、旋轉機構和臂縱向的位置調整機構，可將初級發射器移動到從隨衛星移動而變動的衛星無線電波的焦點，與衛星追蹤式拋物線形天線相比可實現緊湊化和輕量化。
將半球形的龍伯透鏡與反射板組合而構成的天線裝置，可將天線元件移動到透鏡的球面的任意位置，因此可對應來自任何方向的無線電波。為了對應360°全方位的無線電波，反射板必須為水平，因此反射板水平放置被認為是理所當然的。
在這樣的龍伯透鏡天線裝置中，有一種裝置將半球形的透鏡和反射板組合以使其具有與球形透鏡等價的功能。在圖24中示出該裝置的概要。圖中1為反射板，2為半球形龍伯透鏡，4為天線元件。
這種形式的天線裝置，為了獲得穩定的發送接收性能，需要使透鏡中心到反射板1的外端的距離(反射板的半徑R)比透鏡2的半徑a大。設無線電波的入射角為θ，則該反射板的半徑R可通過公式R＝a/cosθ求出。依照無線電波的入射角，該半徑R有可能超過a的2倍。
發明內容
組合了反射板的半球形龍伯透鏡天線裝置，為了獲得穩定的發送接收性能，需要使透鏡中心到反射板的外端的距離(反射板的半徑R)比透鏡球的半徑a大。該半徑R有可能超過a的2倍，在天線裝置中，該反射板成為最大的部分。
這個大的反射板如果按照現有的觀念水平放置，則需要大的空間，設置場所受限制。而且，由於空間上的制約可能發生不能設置天線裝置的事情。
本發明的發明人考慮了將該半球形龍伯透鏡天線裝置作為衛星播放用的電視天線等而用於一般家庭等的情況，而一般家庭特別容易受到由於設置場所的限制。
而且，在屋外水平設置時，有積雪和附著在反射板上的雨滴的殘留等問題，也要求其對策。本發明的第1目的是解決這些問題。
而且，無線電波透鏡天線裝置具有的優點為可使天線元件移動到透鏡球面的任意位置，因而可對應來自任何方向的無線電波，因此，在這種現有的裝置中，可考慮利用上述的優點，使反射板與透鏡為同心的圓盤並將其水平放置(與地面平行)。
然而，由於該結構中反射板超出透鏡的整個外圍，因此產生裝置的大型化、重量增加、成本增加、設置空間增大、使用性惡化等問題。
以往，一點也未考慮解決這些問題。
因此，本發明的第2目的是不犧牲無線電波透鏡天線裝置所要求的電氣性能，實現使用反射板的龍伯透鏡天線裝置的小型化、輕量化以及成本的降低等。
例如，在日本存在多個用作衛星播放的靜止衛星。接收來自該靜止衛星的無線電波，使用拋物線天線，但拋物線天線和前述的衛星追蹤式無線電波透鏡天線裝置只能對應一個衛星或位於同一地點的衛星。
而且，拋物線天線可捕捉無線電波的範圍窄，對於偏出可捕捉區域的衛星必須相應增加天線數量。
因此，本發明的第3目的是提供一種無線電波透鏡天線裝置，對於多個靜止衛星可獨立地進行發送或接收。
而且，該無線電波透鏡天線裝置對應於衛星數備有多個天線元件，但是將多個天線元件分別切實地與相應的衛星的無線電波的焦點位置配合決不是那麼容易。因此，還一併提供該問題的解決辦法。
在現有的拋物線天線的情況下，作為使無線電波的發送接收方向配合衛星存在的方向的方法，可考慮天線設置點中的球面坐標系，利用天線設置點中的衛星方位角Φ以及仰角θ的正交的2變量確定方向(參照圖25)。
由於此時的方位角和仰角依據天線的設置地域(嚴密地說是地點)有大的不同，例如，對於用於BS和CS播放的拋物線天線等，採用的方法為以繪有等方位角線和等仰角線的專用地圖為基準進行粗調，此後，一邊看著電視畫面上顯示的接收靈敏度數值，一邊進行微調，尋找最合適的方向。
但是，通過這種方法進行方向調整，對於不熟練的人來說很難，操作需要時間。使用龍伯透鏡的天線裝置，並不僅僅是天線，還需要調整天線元件的位置，對於多個靜止衛星，可獨立地進行發送接收的類型(多束對應型)具有多個天線元件，因此需要反覆進行煩雜的操作，調整需要長時間。
在日本，現在在東經110°～162°的範圍內存在多個靜止衛星。其中，以一個天線元件可對應的只是位於東經110°的3顆衛星，由於其他衛星都位於稍稍錯開的方位，以全部的衛星為對象時現在至少需要備有10個天線元件，以半數的衛星為對象時需要4～6個天線元件，調整相當煩瑣。
本發明的第4目的是多個天線元件可切實和容易地對應於各衛星進行位置配合。
為了實現上述的第1目的，本發明的無線電波透鏡天線裝置的結構為，把由電介質形成的半球形龍伯透鏡、設在該透鏡的球的半球斷面且比透鏡直徑尺寸大的反射板和由夾持器支撐的設在透鏡焦點部的天線元件一體化地組合，而且，相對設置部設有安裝部，該裝置與地面幾乎垂直地將反射板安裝在設置部。
該天線裝置也可以在反射板上設有安裝部，反射板直接安裝在建築物、構築物等的牆面或側面。
而且，沿著設置部的斜面並以與地面傾斜的姿勢在設置部安裝反射板的構造也可實現空間的有效利用。
上述天線裝置可幾乎垂直地設置反射板，所以設置空間小。
而且，不能放置物品的牆面、陽臺的柵欄、屋簷上、屋頂、立在陽臺等的柱子、橫向安裝在牆等的柱子等可作為設置部使用。用於衛星播放的靜止衛星例如在我國(日本)位於西南。這種情況下，如果是水平配置的天線，則必須設置在向西南開放的場所，而如果垂直配置，則建築物等中方向朝南、西或西南的牆面存在的可能性大，該牆面可用作設置部，所以緩解空間上的制約選擇設置點的自由度高。可直接安裝在拋物線天線經常被設置的陽臺的柵欄的側面和用於電視天線的柱子等上，如果安裝在這樣的場所，天線不會成為妨害物。
而且，由於反射板近乎垂直，所以雨滴的除去自然進行，也不容易積雪。
另外，由於透鏡為半球形，所以強度高不怕風力。除此之外，利用反射板可擴大支撐面積，可結實地安裝在牆上或柵欄上等，因此具有良好的耐風性。一般家庭使用的拋物線天線只以一點支撐，在穩固性和耐風性上有問題，所以可一併解決該問題。
為了實現上述的第2目的，本發明提供一種無線電波透鏡天線裝置，具有由電介質形成的半球形龍伯透鏡；設在該透鏡的球的半球斷面且比透鏡直徑尺寸大的反射板；和由夾持器支撐的設在透鏡焦點部的天線元件，所述反射板除去在可反射來自所需要範圍的方位的無線電波的部位之外的區域並且形成非圓形，該反射板上的所述龍伯透鏡被偏移配置安裝在與無線電波的發送接收方位相反方向一側。
該裝置的反射板的形狀最好為，由比與透鏡中心同心的透鏡直徑徑大的大圓弧緣，與位於透鏡的外周附近的大圓弧緣相對的小圓弧緣，連接大圓弧緣和小圓弧緣的端部的左右的側緣畫出的扇形形狀。包含該扇形的形狀也可實現反射板尺寸的縮小。理想的反射板的形狀為，以所述的扇形形狀為基礎，在大圓弧側的緣部切口使無線電波入射角越小的部位，從透鏡中心到緣端的距離(以式R＝a/cosθ求出的R)越短。以與來自最兩端的通信對象的無線電波入射角相同的角度由入射方向和反射方向在反射面投影半球形透鏡，沿著投影的半橢圓的輪廓除去兩側緣部，則為更加理想的形狀。當來自最兩端的通信對象的無線電波的入射角不同時，該理想的形狀指，反射板為左右非對稱形狀(它們在此被稱為變形扇形)。而且，對於在日本使用的天線裝置，如果扇形或變形扇形的反射板的扇的張開角為130°，則可對應現存的全部靜止衛星。
發明人考慮了將使用了反射板的龍伯透鏡天線裝置用於靜止衛星之間的無線電波的發送接收的方案。以往是將拋物線天線用於BS播放等的接收，但這是接收專用，並且只能對應特定方位的衛星。與此相對，龍伯透鏡天線裝置由於使多個天線位於來自各靜止衛星的無線電波的焦點部，所以可捕捉來自多個衛星的無線電波，而且，增加了天線元件的數量，可進行沒有時間差的雙方向通信(發送接收)。
但在我國(日本)，現在存在超過10顆的靜止衛星，它們都在東經110°～162°的範圍內。這種情況下，如果使用圓形的反射板，則可只反射一部分限定區域中的無線電波，而不反射其他區域的無線電波。本發明著眼於此，除去了不能反射無線電波的非功能區域。因此，反射板變成非圓形，其尺寸縮小。
無線電波的發送接收方位按照在哪兒(哪個地域的哪個地點)設置天線而變化，例如在與那國(Yonakuni)對應東經110°衛星的方位角以正北為0°時為209.2°，對應東經162°衛星的方位角為117.1°，其差為92.1°。對應110°和162°的靜止衛星的全國各地的方位角的差在與那國特別大，因此，反射板為左右對稱形的扇形和變形扇形時，一側(從中心的張開角大的一側)的張開角為180-117.1＝62.9°，取左右對稱形狀需要兩倍的角度125.8°，所以，如果設定扇的張開角為130°左右，則同樣形狀的反射板可在全國各地使用。
由於對應各靜止衛星的無線電波的入射角θ依據天線的使用場所而變化，所以反射板的尺寸(扇的大圓弧緣部的半徑R)對每個使用場所有最佳值，如果考慮使用對象地域為全國、通信對象衛星例如為12顆時，R≥a×2.19(a為透鏡的半徑)，如果具有滿足該式的半徑，則同一尺寸的反射板可在全國通用。
為了實現上述的第3目的，本發明提供一種無線電波透鏡天線裝置，具有無線電波的反射板；沿反射面設置球的半球斷面並設在反射板上的半球形龍伯透鏡；進行無線電波的發送、接收或發送接收的天線元件；和將該天線元件保持在固定位置的夾持器，所述天線元件對應於多個通信對象而設有多個。
另外提供一種無線電波透鏡天線裝置，具有無線電波的反射板；沿反射面設置球的半球斷面並設在反射板上的半球形龍伯透鏡；進行無線電波的發送、接收或發送接收的天線元件；和跨越透鏡的拱形的支持臂，設有多個所述天線元件，在所述支持臂的沿透鏡的球面的圓弧形元件保持部，以對應靜止衛星的間隔的間隔安裝天線元件的部件，而且設置以穿過透鏡中心的軸為支點使支持臂可旋轉至任意位置的仰角調整機構。
而且，為了實現上述的第4目的，本發明提供一種指示圖，是一種用於無線電波透鏡天線裝置的指示圖，具有覆蓋在半球形龍伯透鏡上的覆蓋層，在該覆蓋層的表面上繪有用作天線元件的位置配合指標的下述等緯度線和等經度差線，用於表示在透鏡上安裝覆蓋層的基準方位的指示標記，其中，設天線設置點的經度為Φ，緯度為θ，靜止衛星的經度為Φs，經度差ΔΦ＝Φ-Φs，等經度差線為保持ΔΦ一定並變化θ所得到的半球面上的軌跡，等緯度線為保持θ一定並變化ΔΦ所得到的半球面上的軌跡。
另外提出一種指示圖，是一種用於無線電波透鏡天線裝置的指示圖，在半球形龍伯透鏡的表面上或者在該透鏡表面上粘貼的薄膜上繪有用作天線元件的位置配合指標的下述等緯度線和等經度差線，其中，設天線設置點的經度為Φ，緯度為θ，靜止衛星的經度為Φs，經度差ΔΦ＝Φ-Φs，等經度差線為保持ΔΦ一定並變化θ所得到的半球面上的軌跡，等緯度線為保持θ一定並變化ΔΦ所得到的半球面上的軌跡。
另外提供一種無線電波透鏡天線裝置，將上述無線電波透鏡天線裝置與上述指示圖組合。
在例如反射板水平配置使用的情況下，上述天線裝置只能對應來自反射板上方的無線電波，但是對於包含赤道的面內存在的多個靜止衛星、對於與捕捉對象衛星相同數量的天線元件作為單一裝置的靜止衛星，可獨立地進行發送或接收。這是本天線裝置的大優點。
而且，上述的天線裝置利用元件安裝部件，以對應靜止衛星的間隔的間隔首先在支持臂的元件支撐部安裝天線元件。
接著，按照基於天線設置點的緯度和經度而預先作成的表或圖決定仰角，在形成角度的地方使支持臂可旋轉並鎖定該位置。
然後，朝著指定的方向安裝天線裝置。因此，一舉完成各天線元件的方位配合，各元件被放置在與對應衛星的間隔對應的位置。
由上，在大致可捕捉對象衛星的整體的位置確定天線元件的位置。
來自衛星的無線電波的焦點大致是沿支持臂的圓弧的元件保持部，所以天線元件大體上擺放在無線電波的焦點附近。這裡，總體上說，只有在赤道上有觀測點的情況下焦點完全沿著圓弧的元件保持部，如果改變緯度則焦點與保持部的圓弧之間產生偏離。由於緯度的變化產生的與焦點的偏離並不很大，可以無視。例如在使用直徑為40cm左右的透鏡天線(市場上銷售的用於BS、CS播放的拋物線天線的直徑為45cm左右)的情況下，無線電波束的半值幅度為4度左右，1度左右的偏離是充分使用可承受的範圍。當然，沒有這種偏離更好，如果在每個天線元件設立仰角和方向角的微調整機構，可進行該偏離的補償。
而且，從天線設置點看的衛星的方位角和仰角依據天線的設置點而變化，但如果具有方位角和偏波調整用旋轉角的微調整機構，則也可對應由於設置點不同造成的角度變化。
對於元件的安裝間隔，提供對應各地域的衛星間隔的地域類別臂，使用它也可減小誤差。
這樣，本發明的天線裝置總體進行對應於多個衛星的多個天線元件的位置配合，可實現調整的容易化、確實化和迅速化。
元件間間隔如果變窄，則產生元件的相互幹涉的問題。設有多個支持臂的上述裝置，由於在各支持臂分別安裝元件，可擴大同一臂上的元件間隔，可緩解由於相互幹涉造成的安裝限制。
而且，靜止衛星，例如在日本，位於東經110度～162度的限定範圍。因此，為了緊湊化，支持臂兩端為直線使兩端間的距離縮短，或者從側面看使兩端彎曲，並使天線元件保持部沿天線元件的位置點，使用這樣簡單的支持臂也沒有問題。為了將這些臂與半圓的臂進行區別，稱之為變形臂。
如果有上述的指示圖，則可根據圖確認天線元件的設置點。而且，也可在確認的位置附上標記，由其進行元件的位置確定也可以，所以可容易地進行大體準確的位置配合，對於分別進行各元件的位置配合的天線裝置的調整也變的簡單。
圖1是表示本發明的天線裝置的實施方式的斜視圖；圖2是表示同上的天線裝置的安裝例的局部剖切的側面圖；圖3是表示安裝部的其他例的側面圖；圖4是表示掛鈎的一例的斜視圖；圖5是表示對於陽臺的柵欄的安裝例的側面圖；圖6是割開的夾具的安裝工具的平面圖；圖7是表示本發明的天線裝置的第2實施方式的平面圖；圖8是同上的天線裝置的側面圖；圖9是同上的天線裝置的斜視圖；圖10是反射板的形狀決定方法的解說圖；圖11是表示全國對應型反射板的最佳形狀的圖；圖12至圖16是表示地域對應型反射板的圖；圖17(a)是本發明的無線電波透鏡天線裝置的第3實施方式的側面圖；圖17(b)是同上的裝置的平面圖；圖18(a)是無線電波透鏡天線裝置的第4實施方式的側面圖；圖18(b)是同上的裝置的平面圖；圖19(a)是無線電波透鏡天線裝置的另外實施方式的側面圖；圖19(b)是同上的裝置的平面圖；圖20(a)是指示圖的實施方式的平面圖；圖20(b)是同上的圖的側面圖；圖21(a)是表示圖20的圖的使用例的平面圖；圖21(b)是其側面圖；圖22是表示使用指示圖的其他例的斜視圖；圖23是表示使用指示圖的另外例的斜視圖；圖24(a)是具有圓形反射板的現有龍伯天線裝置的側面圖；圖24(b)是其平面圖；
圖25是從天線設置點看的衛星的方位角和仰角的說明圖。
具體實施例方式
以下，根據圖1至圖6說明本發明的無線電波透鏡天線裝置的第1實施方式。
如圖1及圖2所示，該天線裝置是在反射板1上固定半球形的龍伯透鏡2，而且，由設置在反射板1上的夾持器3支撐，在透鏡2的球面附近設置天線元件(初級發射器)4，在反射板1上相對牆面設置安裝部5。
反射板1由無線電波反射性好的金屬板或由塑料板與無線電波反射用金屬膜粘合的複合板等形成。該反射板1隻要可反射來自通信對象的無線電波就可以，其形狀並不限定為圓形。
龍伯透鏡2是通過疊層一體化作成的在由電介質形成的中心的半球體上使介電常數和直徑漸漸變化，使電介質材料的半球殼整體為多層的構造(例如8層)。各部分的介電常數近似於通過先前的(1)式求出的值。
將該半球形龍伯透鏡2的球的半球斷面(圓形平面)通過粘接等固定在反射板1的反射面上。透鏡2安裝在反射板1的中央也可以，但如果偏移配置在與無線電波的到來方向相反一側，則反射板1無須不必要的增大。而且，這裡所說的半球形透鏡，也包括與半球相近形狀的透鏡。
夾持器3最好可進行天線元件4的位置調整。例示的夾持器3沿著透鏡2的外周設置圓弧導軌3a，和通過該導軌的引導移動到希望的位置、並在位置確定後鎖定固定的支持臂3b，在沿透鏡2的球面彎曲的支持臂3上安裝能進行臂縱向位置調整的天線元件4，可將天線元件4設置在無線電波捕捉效率高的位置(焦點及其附近)。
天線元件4的設置數沒有特別限定。該數例如取為1，接收來自1個靜止衛星的無線電波也可以，該數取為多個，接收多束的多個靜止衛星的無線電波也可以。而且，可增加天線元件數量進行發送接收。
安裝部5可以是各種形態。圖1的安裝部5是利用吊掛孔5a由圖2所示的安裝在建築物等的外牆A上的螺釘6吊掛。
反射板1的內側設有圖3所示的吊鉤5b，該吊鉤5b掛在圖4所示的鉤掛7上，鉤掛7由螺釘擰在牆面上，如圖5所示，在反射板1的內側設有大的吊鉤5c並吊掛在陽臺的柵欄的扶手B上等，根據需要同時使用U字帶5d等固定在柵欄上，用圖6所示的中間割開的夾具5e夾持電視天線等的柱子和柵欄的豎杆等，從眾所周知的安裝工具中選擇合適的就可以。
如果使用該安裝工具在牆面等上使反射板近乎垂直地安裝天線裝置，則只能對應來自反射板單面(表面)側的無線電波，但即使如此，也可無問題地進行與靜止衛星和固定位置天線裝置的發送接收。
而且，傾斜配置反射板1是將反射板傾斜地裝在屋簷等處並用金屬線束縛固定的方法，不需要設置基座等。在這種情況下，與垂直配置反射板相比，減少設置空間的效果不大，但可利用平常不用的屋簷等是其優點。
下面，基於圖7至圖9說明本發明的無線電波透鏡天線裝置的第2實施方式。
如圖所示，該天線裝置也是在反射板1上固定半球形的龍伯透鏡2，而且，由設置在反射板1上的夾持器3』支撐，在透鏡2的球面附近設置天線元件4。
反射板1為扇形形狀由比透鏡2的半徑徑大的大圓弧緣1a，位於透鏡2的外周附近相對大圓弧緣的小圓弧緣1b，連接兩圓弧緣的端部的直線緣1c、1d繪出。但是並不限定為這種形狀。關鍵是可反射來自通信對象的無線電波，把不參與無線電波反射的非功能區域盡力除去的形狀就可以。
將該半球形龍伯透鏡2的球的半球斷面(圓形平面)通過粘接等固定在反射板1的反射面上。透鏡2的中心在反射板1的大圓弧緣1a的弧中心上，因此，其狀態為偏移配置在小圓弧緣1b側並安裝在反射板上。
夾持器3』最好可進行天線元件4的位置調整。例示的夾持器3』設有跨越透鏡2的拱形的支持臂9，在支持臂9上安裝能進行臂縱向位置調整的天線元件4。支持臂9的兩端具有與反射板的反射面平行的支軸10(該軸位於穿過透鏡中心的線上)，將以該支軸為支點的支持臂的旋轉與臂上的滑行組合，可將天線元件4設置在無線電波捕捉效率高的位置(焦點附近)。該夾持器3』當然不限定於圖示的形態。
這樣構成的無線電波透鏡天線裝置，通過除去以往為圓形的反射板的圖7的點劃線部分實現了小型化，但對應多個靜止衛星的情況下，如果反射板太小就會顯著降低發送接收性能。因此，研究了反射板的最佳形狀和尺寸。其形狀和尺寸因使用的衛星、天線的使用場所、使用方法而不同，所以，表1表示綜合了對象地域和對象衛星數的設計例。表中的a表示圖7所示的透鏡的半徑，R表示反射板的功能部半徑。扇的張開角ψ在設計例1、2中考慮到反射板的形狀取左右對稱形狀時的張開角，設計例3-11示出反射板為左右非對稱形狀時的張開角。
首先列出日本現存的靜止衛星·BSAT-2a 東經110°·JCSAT-110東經110°·Superbird D 東經110°·JCSAT-4A 東經124°·JCSAT-3 東經128°·N-STARa 東經132°·S-STARb 東經136°·Superbird C 東經144°·JCSAT-1B 東經150°·JCSAT-2 東經154°·Superbird A 東經158°·Superbird B2 東經162°表1
為了防止在邊緣的無線電波散射，反射板1的實際半徑R最好比計算式R＝a/cosθ求出的值長1個波長左右。小圓弧部的半徑L也最好比透鏡2的半徑a長1個波長左右。
只要不損害緊湊性，反射板的形狀不是扇形也可以，而半徑R和L比希望的值長也可以，扇的張開角ψ比表1的值大也沒有問題。
圖10是解說反射板1為全國對應型時的理想形狀的決定方法的圖。在該圖中考慮有來自A～E的各方位的無線電波的情況。這裡假定來自A和E的無線電波的入射角θ1相等，而來自B和D的無線電波的入射角θ2也相等，而且假定θ1＞θ2＞θ3(θ3為來自C方位的入射角)的關係成立。
在此條件下，如果來自A、E相反方向的角度為θ1的光射在透鏡2上，則長軸為2R1、短軸為2a的半個橢圓投影在反射面上。而且，如果來自B、D相反方向的角度為θ2的光射在透鏡2上，則長軸為2R2、短軸為2a的半個橢圓投影在反射面上，而且如果來自C相反方向的角度為θ3的光射在透鏡2上，則長軸為2R3、短軸為2a的半個橢圓投影在反射面上。在此連接各橢圓的包絡線8。這樣描出的實線的變形扇形(另外需要元件夾持器的安裝部等。而且，如果透鏡的介電常數偏離前述的式(1)，則有時需要對應偏離量修正形狀)為最佳形狀。根據天線的設置點，包絡線8彎曲為凹形，或者扇的形狀為左右非對稱。在包絡線8彎曲為凹形的情況下，也可以直線連接兩端的橢圓以取代包絡線，在這種情況下，包絡線位於直線緣的內側，不影響無線電波的反射。
圖11是基於上述的思想設計的全國對應型的左右對稱形狀的反射板的具體例。圖中，一點劃線是日本的最東北點，虛線是最西南點，分別是對應現存的全部靜止衛星而確定的左右對稱形的反射板形狀。如果將2個圖形重疊而成為包含兩圖形的實線形狀的反射板1，以此為共通反射板則在全國的任何地方都可使用。大致上，最東北點的反射板形狀是使以圖12的線C為基準的右半部分的圖形為左右對稱，最西南點的反射板形狀是使以圖16的線C為基準的左半部分的圖形為左右對稱。
地域對應型反射板的理想形狀根據捕捉衛星的數量和位置以及天線的使用場所而變化。圖12～圖16中示出它們的例子。
如果象圖12那樣把按每個特定地域求出的若干圖形重疊，基於圖11同樣的思想而得到包含全部重疊圖形的實線形狀，則可得到例如北海道對應型的反射板(其他地方也為同樣的思路)。而且，例如，如果將圖12的北海道對應型的反射板形狀與圖13的東北對應型的反射板形狀重疊得到包含各地域的圖形的形狀，則可獲得北海道和東北的共用反射板。地域對應型和多個地域對應型的反射板也可以線C為基準將較大一側的半個圖形反轉，置換較小一側的圖形，從而獲得良好的左右對稱形狀的反射板。其他地域的形狀決定的考慮方法完全相同，這樣就省去了多餘的部分，實現緊湊化。
下面，基於圖17～圖23說明本發明的天線裝置的第3實施方式以及指示圖的實施方式。
圖17～圖20的無線電波透鏡天線裝置的結構為在反射板1上固定半球形的龍伯透鏡2，而且在設置在反射板1上的支持臂9上安裝多個天線元件4。
龍伯透鏡2由電介質形成，相當於整體為多層構造的各部分的介電常數近似於由前述的式(1)求出的值。
天線元件4僅僅是天線也可以，與由低噪聲放大器和頻率變換器以及振蕩器等構成的電路基板配套也可以。
支持臂9是跨越透鏡2的拱形的臂，沿著透鏡2的圓弧面設有元件支持部9a，而且，其兩端具有作為旋轉支點的支軸10。該兩端的支軸10可旋轉地安裝在角度調節器15上。該圖中的裝置，支軸10位於穿過透鏡中心的軸線上，但為了高精度地決定元件的位置，也可將臂的旋轉中心故意與穿過透鏡中心的軸線偏離。
角度調節器15示出了由付有角度刻度15a的支架15b支撐的支軸10。該調節器15具有將支持臂9固定在各旋轉位置的鎖定機構(未圖示)。該鎖定機構在支架上設有與支軸10同心的圓弧的長孔，在支軸10上安裝螺絲，通過蝶形螺帽擰緊。
在支持臂9的元件保持部9a設有元件安裝部件11。該元件安裝部件11，通過在支持臂9上的支架設定位置設置凹形、凸形和記號等，確定在指定位置嵌入的嵌入式支架或滑行式支架的位置。在該支架上安裝天線元件4的結構等也可以，利用該元件安裝部件11使天線元件之間的間隔對應衛星的間隔。
由元件安裝部件11安裝的天線元件14的安裝間隔，按以下方法決定。例如在日本主要被利用的靜止衛星位於東經110度、124度、128度、132度、136度、144度、150度、154度、158度、162度的各地點。其中，例如在捕捉東經124度和128度的衛星時，2個衛星的經度差為4度，但從日本國內的天線設置點看則衛星間隔為約4.4度，此時，在元件保持部9a上以4.4度(如果需要+修正角)的間隔安裝天線元件4。
而且，如上所述，通過支持臂9的旋轉按照緯度的變化將無線電波的焦點從與元件保持部同心的圓弧上偏移，依據天線的設置點面向衛星的方位也出現偏移，所以最好是在天線元件4和支持臂9之間設置方位角和偏波調整用旋轉角的微調整機構。或者提供以與各地域的平均衛星間隔一致的間隔決定天線元件的位置和可安裝的結構的地域類別支持臂，將該臂分別使用。這裡所說的地域類別支持臂，臂的一部分可交換，僅將該部分交換，則天線元件可位於各地域的最佳點。
以下列出圖17的無線電波透鏡天線裝置的設置方法。
1)在反射板1上標出裝置設置時用於方位配合的標記(例如表示正南方向的S和在南半球使用時表示正北的N等)。該標記預先標出也可以，但需要確定該標記和天線元件的安裝點的互相的位置關係。
2)只準備相應衛星數的天線元件，並安裝在臂上的適當場所。
3)按照天線設置點的緯度和經度，由表或圖決定仰角，使臂與該角度匹配。
4)使正南標記朝南設置天線。
在此狀態下，可大體捕捉所有的衛星。
5)一邊接收來自各衛星的無線電波，一邊調整天線元件的旋轉角，使接收電平為最大。而且，微調整(方位、仰角)天線元件的位置，設定並固定其位置使接收電平為最大。對全部的衛星天線元件進行該操作。
通過以上操作，可容易地捕捉全體的多個衛星，天線元件的位置配合也容易化。
圖18表示第4實施方式。如前所述的4.4度的衛星間隔相當的狹窄，在同一支持臂中按照該間隔安裝天線元件時，需要小型的天線元件。如果不能滿足要求實現小型化，則會引起相鄰的天線元件的相互幹涉，只能放棄其中一個衛星的捕捉。圖18的裝置在同一軸上設有兩個具有旋轉支點的支持臂9。通過設置多個臂而在各支持臂9上分別安裝天線元件4，則可擴大相鄰天線元件間的間隔，由此可消除上述的問題。
圖19示出變形支持臂的使用例。為了使無線電波的焦點距離為一定，支持臂9的元件保持部9a取與透鏡2同心的圓弧形狀。偏離元件保持部9a的區域對焦點距離沒有任何影響，因此，支持臂9的兩端部取圖19那樣的形狀也可以。如果取圖19的形狀，則臂的兩端間的距離縮短，可實現緊湊化。而且，如圖19(a)中的點劃線所示，臂9的兩端由側面視成彎曲，該形狀對於元件保持部9a理想地沿著天線元件的位置決定點是有效的。
下面，在圖20中表示指示圖的實施方式。
如圖20所示那樣描繪等緯度以及等經度差的軌跡的圖在本發明中稱為指示圖。
例如設天線設置點的經度為Φ，緯度為θ，靜止衛星的經度為Φs，經度差ΔΦ＝Φ-Φs，則等經度差線為描繪保持ΔΦ一定並變化θ所得到的半球面上的軌跡，等緯度線為描繪保持θ一定並變化ΔΦ所得到的半球面上的軌跡。
該指示圖17例如描繪在天線屏蔽器18上，將其覆蓋在半球透鏡上，由天線設置點的緯度以及天線設置點的經度與所希望的衛星所處的經度的差，決定衛星捕捉位置。
基於圖21說明使用圖20的指示圖時的具體的天線元件設置方法。
1)在反射板上設置透鏡天線2並覆蓋天線屏蔽器18。
2)在天線屏蔽器18上描繪指示圖17和指示標記19。
3)調整天線屏蔽器18使指示標記19面向後述的方位標記20。
4)在反射板1上付與表示正南方向的方位標記(這裡是S)20(設置在南半球時付與表示正北方向的標記N)。
5)如果必要，則以S(N)為基準，對應對象衛星的經度標記衛星方位也可以。
6)在該狀態下，在指示圖17上的天線設置點上暫時定住該衛星用天線元件4(初級發射器)。
7)對需要的全部衛星的天線元件4進行同樣的操作。
8)確認指示標記19與方位標記20相合，移動反射板1，將方位標記20朝南(北)設置。
9)一邊接收來自各衛星的無線電波，一邊調整天線元件的旋轉角，使接收電平為最大。而且，微調天線元件的位置，設定並固定其位置使接收電平為最大。對全部的衛星天線元件進行該操作。
使用這樣的指示圖，可可靠且容易地進行衛星的捕捉，可簡單地進行天線元件的位置配合。
而且，通過在天線屏蔽器等的表面上描繪指示圖，不需要用於方位調整的特別用具，在經濟上等也有利。
在此說明了在天線屏蔽器18上描繪指示圖17、使其具有天線屏蔽器本來的天線覆蓋層的功能的情況，但如果是只在確定天線位置時使用的一次性夾具也可以。此時，需要在天線設置後去除該指示圖覆蓋層的機構，例如，最好是在只留下繪有圖的一側的1/4球的覆蓋層上繪圖。
如果是不需要天線屏蔽器的透鏡，在透鏡的表面上印製圖也可以，而且，也可將印製了圖的紙等粘貼在透鏡上使用。
而且，在圖21中，對於一個天線元件4示出了一個天線支持柱22，但使用如圖17～圖19那樣的臂方式也可以。而且，如圖22所示那樣採用將支持柱22和支撐多個天線元件4的小臂23組合的支持工具也可以。此時，臂的形狀與圖的軌跡並不完全一致，所以最好在各個天線元件設置方位角和仰角的微調整機構，這樣與指示圖本來的優點即可靠設置的目的一致。
而且，如圖23所示，也可以是表面安裝型的透鏡天線裝置各個天線元件4固定在支架24內的任意位置(與圖上標記的位置對應的位置)，元件支架24的尺寸為覆蓋指示圖17的尺寸或只有該天線元件存在的範圍的尺寸，該支架可安裝在天線屏蔽器18的表面上或與天線屏蔽器一體化。如果在支架24以微小間距設置多個元件或元件安裝工具的插入洞穴等，則可選擇任意位置的洞穴在希望的位置安裝元件或元件安裝工具。此時，若使用元件安裝工具，則可在此設置方位角和旋轉角的微調整機構。
而且，本發明的天線裝置可以是分別保持各個天線元件，也可以是將多個元件一起保持。
發明效果如上所述，本發明的第1實施方式的無線電波透鏡天線裝置，由於近乎垂直地設置反射板，所以不象水平設置反射板的天線裝置或拋物線天線那樣龐大，因此不需要大的設置空間，而且，可利用通常不使用的牆面或陽臺的柵欄的外側面、屋頂以及牆面等上設置的柱子等作為設置部，緩解空間面的設置限制，可提高設置場所的自由度，可緊湊地設置在不礙事的地方。
而且，由於反射板近乎垂直，所以可省掉積雪或滯留雨滴的除去的對策。
另外，可將反射板作為安裝工具使用，不需要特別的支持工具或安裝工具。而且，反射板可用作支持面，所以擴大了支持面積，可提高支持的穩定性。而且，半球透鏡強度高不易受到風壓的影響，所以可提高耐風性。
本發明的第2實施方式的無線電波透鏡天線裝置，除去了不參與無線電波反射的反射板的部位，只留下可對應來自規定範圍方位的無線電波的部位，使反射板變為最小的尺寸，可實現小型化、輕量化和降低成本，操作性提高，減小設置空間。
而且，可充分確保天線所要求的電氣性能，可以比BS、CS播放用的拋物線天線小型的尺寸進行來自多個靜止衛星或對方天線的無線電波的接收或發送接收。
而且，本發明的第3實施方式的無線電波透鏡天線裝置，具有多個天線元件，所以對於多個靜止衛星可獨立地進行發送接收，不需要增加天線數。而且，具有旋轉式的支持臂，在支持臂上以對應衛星間隔的間隔安裝多個天線元件，此後，使支持臂以需要角度旋轉，所以可一併進行對應各靜止衛星的多個天線元件的位置配合，調整作業變得非常簡單。
而且，本發明的指示圖以及使用指示圖的天線裝置，可通過目測確認天線元件的位置決定點(衛星捕捉點)進行元件的位置配合，可可靠和容易地捕捉衛星。而且，不需要方位調整用的特別用具，在經濟上也有利。
權利要求
1.一種無線電波透鏡天線裝置，其結構為，把由電介質形成的半球形龍伯透鏡、設在該透鏡的球的半球斷面且比透鏡直徑尺寸大的反射板和由夾持器支撐的設在透鏡焦點部的天線元件一體化地組合，而且，相對設置部設有安裝部，與地面幾乎垂直地將反射板安裝在設置部。
2.如權利要求1所述的無線電波透鏡天線裝置，在反射板上設有安裝部，反射板則直接安裝在建築物、構築物等的牆面或側面。
3.一種無線電波透鏡天線裝置，其結構為，把由電介質形成的半球形龍伯透鏡、設在該透鏡的球的半球斷面且比透鏡直徑尺寸大的反射板和由夾持器支撐的設在透鏡焦點部的天線元件一體化地組合，而且，相對設置部設有安裝部，沿著設置部的斜面以與地面成傾斜的姿勢將反射板安裝到設置部上。
4.一種無線電波透鏡天線裝置，具有，由電介質形成的半球形龍伯透鏡；設在該透鏡的球的半球斷面且比透鏡直徑尺寸大的反射板；和由夾持器支撐的設在透鏡焦點部的天線元件，所述反射板除去在可反射來自所需要範圍的方位的無線電波的部位之外的區域並且形成為非圓形，該反射板上的所述龍伯透鏡被偏移配置安裝在與無線電波的發送接收方位相反方向一側。
5.如權利要求4所述的無線電波透鏡天線裝置，反射板的形狀為，由比與透鏡中心同心的透鏡直徑徑大的大圓弧緣，與位於透鏡的外周附近的大圓弧緣相對的小圓弧緣，連接大圓弧緣和小圓弧緣的端部的左右的側緣畫出的扇形形狀或包含該扇形的形狀。
6.如權利要求4所述的無線電波透鏡天線裝置，反射板的形狀為，以權利要求5所述的扇形形狀為基礎，在大圓弧側的緣部切口使無線電波入射角越小的部位，從透鏡中心到緣端的距離越短。
7.如權利要求5或6所述的無線電波透鏡天線裝置，反射板為左右非對稱形狀。
8.如權利要求5或6所述的無線電波透鏡天線裝置，反射板為左右對稱形狀，並且該反射板的扇的張開角為130°。
9.一種無線電波透鏡天線裝置，具有無線電波的反射板；沿反射面設置球的半球斷面並設在反射板上的半球形龍伯透鏡；進行無線電波的發送、接收或發送接收的天線元件；和將該天線元件保持在固定位置的夾持器，所述天線元件對應於多個通信對象而設有多個。
10.一種無線電波透鏡天線裝置，具有無線電波的反射板；沿反射面設置球的半球斷面並設在反射板上的半球形龍伯透鏡；進行無線電波的發送、接收或發送接收的天線元件；和跨越透鏡的拱形的支持臂，設置多個所述天線元件，在所述支持臂的沿透鏡的球面的圓弧形元件保持部上，以對應靜止衛星的間隔的間隔安裝天線元件的部件，而且設置以穿過透鏡中心的軸為支點使支持臂可旋轉至任意位置的仰角調整機構。
11.如權利要求10所述的無線電波透鏡天線裝置，在各天線元件和支持臂之間還設有天線元件的方位角和偏波調整用旋轉角的微調整機構。
12.如權利要求10或11所述的無線電波透鏡天線裝置，具有多個支持臂，在以同一軸為支點的可旋轉的該多個支持臂中分配安裝多個天線元件。
13.如權利要求10～12的任一項所述的無線電波透鏡天線裝置，支持臂為一變形臂，其形狀為兩端為非圓弧，在該非圓弧部之間具有與透鏡的球面的距離基本保持一定的圓弧形元件保持部。
14.一種用於無線電波透鏡天線裝置的指示圖，具有覆蓋在半球形龍伯透鏡上的覆蓋層，在該覆蓋層的表面上繪有用作天線元件的位置配合指標的下述等緯度線和等經度差線，用於表示在透鏡上安裝覆蓋層的基準方位的指示標記，其中，設天線設置點的經度為φ，緯度為θ，靜止衛星的經度為φs，經度差ΔΦ＝φ-φs，等經度差線為保持ΔΦ一定並變化θ所得到的半球面上的軌跡，等緯度線為保持θ一定並變化ΔΦ所得到的半球面上的軌跡。
15.一種用於無線電波透鏡天線裝置的指示圖，在半球形龍伯透鏡的表面上或者在該透鏡表面上粘貼的薄膜上繪有用作天線元件的位置配合指標的下述等緯度線和等經度差線，其中，設天線設置點的經度為φ，緯度為θ，靜止衛星的經度為φs，經度差ΔΦ＝φ-φs，等經度差線為保持ΔΦ一定並變化θ所得到的半球面上的軌跡，等緯度線為保持θ一定並變化ΔΦ所得到的半球面上的軌跡。
16.一種無線電波透鏡天線裝置，將權利要求9至13的任一項的無線電波透鏡天線裝置與權利要求14或15的指示圖組合。
17.一種無線電波透鏡天線裝置，將具有無線電波的反射板，沿反射面設置球的半球斷面並設在反射板上的半球形龍伯透鏡，進行無線電波的發送、接收或發送接收的天線元件，該元件的夾持器的無線電波透鏡天線裝置與權利要求14或15的指示圖組合。
18.如權利要求17所述的無線電波透鏡天線裝置，將具有無線電波的反射板，沿反射面設置球的半球斷面並設在反射板上的半球形龍伯透鏡，進行無線電波的發送、接收或發送接收的天線元件，該元件的夾持器的無線電波透鏡天線裝置與把半球狀的天線屏蔽器用作所述覆蓋層的權利要求14所述的指示圖組合，還包括可安裝在所述天線屏蔽器表面上的元件支架，在該元件支架上安裝天線元件，通過在支架內選擇安裝點進行相對於靜止衛星的天線元件的位置配合。
全文摘要
一種小型、輕量的無線電波透鏡天線裝置，選擇設置場所的自由度高，可緊湊地設置在牆面等，可緩和空間中的設置限制。在反射板(1)上安裝半球形龍伯透鏡(2)，並設有通過夾持器(3)支持的天線元件(4)，將它們組合為一體，在反射板(1)上設有安裝在與反射板(1)幾乎垂直的牆面等設置部的安裝部(5)。而且，反射板(1)的形狀只取可反射來自所需要範圍的方位的無線電波的部位的區域，最好是扇形形狀，也可將半球形龍伯透鏡(2)以偏移扇的小圓弧邊緣(1b)側的狀態安裝在該反射板(1)上。而且，也可以在反射板(1)上設有半球形龍伯透鏡(2)的天線裝置上設置跨越透鏡(2)的支持臂(9)，沿著伴有仰角調整用的角度調整器(5)的該支持臂(9)的透鏡(2)的球面設置圓弧狀元件保持部(9a)，對應靜止衛星的間隔利用安裝部件(11)在元件保持部(9a)安裝天線元件(4)，此後使支持臂(9)按規定的角度位置旋轉，形成多個天線元件的位置相互配合的結構。
文檔編號H01Q3/08GK1557039SQ02818628
公開日2004年12月22日 申請日期2002年9月9日 優先權日2001年9月28日
發明者黑田昌利, 岸本哲夫, 今井克之, 芝野儀三, 三, 之, 夫 申請人:住友電氣工業株式會社