JP2001119330A - 移動体衛星放送受信装置 - Google Patents
移動体衛星放送受信装置Info
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- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
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- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
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- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
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- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
- H04B7/14—Relay systems
- H04B7/15—Active relay systems
- H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
- H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
- H04B7/18517—Transmission equipment in earth stations
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
- Radio Transmission System (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低コストで且つ天候等に影響されない移動体
衛星放送受信装置を提供する。 【構成】 アンテナ指向性パターンの方位が可変され得
るアンテナを有し、アンテナと機械的に連結した地磁気
センサーによって現在のアンテナの方位を検出し、この
方位検出出力に基づいてアンテナ指向性パターンが目的
とする放送衛星の方位へ正しく向けるべくアンテナを制
御する手段を含む。又、ギャップフィラーからの電波を
受信する場合は、自動的にアンテナを無指向性パターン
に制御する。アンテナの例として複数の導電パッチが配
列されたマイクロストリップパッチアンテナが用いられ
る。
衛星放送受信装置を提供する。 【構成】 アンテナ指向性パターンの方位が可変され得
るアンテナを有し、アンテナと機械的に連結した地磁気
センサーによって現在のアンテナの方位を検出し、この
方位検出出力に基づいてアンテナ指向性パターンが目的
とする放送衛星の方位へ正しく向けるべくアンテナを制
御する手段を含む。又、ギャップフィラーからの電波を
受信する場合は、自動的にアンテナを無指向性パターン
に制御する。アンテナの例として複数の導電パッチが配
列されたマイクロストリップパッチアンテナが用いられ
る。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、主に移動体（固定受信も含む）
における衛星からの信号および地上送信所からの信号を
受信する装置であり、特に受信条件の異なる場合におい
ても安定した信号が得られるように、信号の受信する場
所および状況に応じてアンテナの指向性を変えることに
より、受信信号強度を最適な条件にすることができる受
信装置に係る。
における衛星からの信号および地上送信所からの信号を
受信する装置であり、特に受信条件の異なる場合におい
ても安定した信号が得られるように、信号の受信する場
所および状況に応じてアンテナの指向性を変えることに
より、受信信号強度を最適な条件にすることができる受
信装置に係る。
【０００２】
【背景技術】現在予定されているＳバンド・モバイル・
マルチメディア衛星放送は、静止通信衛星を用いてＳバ
ンド（２．６ＧＨｚ帯）という周波数を使って、移動中
の乗り物あるいは人が携帯して移動する受信装置に対し
て、衛星を使ってモバイル機器に文字、音声、動画など
のコンテンツを配信し、パラボラアンテナで電波を追尾
しなくてもモバイル機器に搭載する小さなアンテナでも
受信できる環境を整備するものである。移動体デジタル
衛星放送の場合、トンネル、谷間、急斜面に沿った道路
及び市街の高層ビルの間では衛星からの電波が途切れる
ので、そのような地域では予めギャップ・フィラー（地
上放送設備）が設置され、ギャップ・フィラーは衛星か
らの電波を受信し、そのような地域に再放送電波を出
す。衛星又はギャップ・フィラーから移動体への放送波
の搬送波はＱＰＳＫ（４相位相変調）／ＢＰＳＫ（２相
位相変調）変調が採用される。
マルチメディア衛星放送は、静止通信衛星を用いてＳバ
ンド（２．６ＧＨｚ帯）という周波数を使って、移動中
の乗り物あるいは人が携帯して移動する受信装置に対し
て、衛星を使ってモバイル機器に文字、音声、動画など
のコンテンツを配信し、パラボラアンテナで電波を追尾
しなくてもモバイル機器に搭載する小さなアンテナでも
受信できる環境を整備するものである。移動体デジタル
衛星放送の場合、トンネル、谷間、急斜面に沿った道路
及び市街の高層ビルの間では衛星からの電波が途切れる
ので、そのような地域では予めギャップ・フィラー（地
上放送設備）が設置され、ギャップ・フィラーは衛星か
らの電波を受信し、そのような地域に再放送電波を出
す。衛星又はギャップ・フィラーから移動体への放送波
の搬送波はＱＰＳＫ（４相位相変調）／ＢＰＳＫ（２相
位相変調）変調が採用される。
【０００３】このような衛星からの放送電波を効率よく
受信するには、受信アンテナの指向性パターンが常に衛
星方位（例えば水平面南方位）に向いているよう、衛星
と受信装置の位置関係を得て受信アンテナを制御するこ
とが行われる。従来技術として、ＧＰＳを利用し受信設
備の位置を検出し、予め受信装置に入力された衛星及び
地上送信装置の位置情報と比較し最適なアンテナの指向
性を持ったアンテナで受信する技術は、特開平６−２１
６７９４号、特開平１１−１７４３３号及び移動体衛星
通信用円偏波パッチアレーアンテナのビーム切替え特性
電子通信情報学会／ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲ
Ｔ ＯＦ ＩＥＣＥ Ａ−Ｐ９７−８１，（１９９７−
０８）辻、松沢、伊藤 等に示されている。
受信するには、受信アンテナの指向性パターンが常に衛
星方位（例えば水平面南方位）に向いているよう、衛星
と受信装置の位置関係を得て受信アンテナを制御するこ
とが行われる。従来技術として、ＧＰＳを利用し受信設
備の位置を検出し、予め受信装置に入力された衛星及び
地上送信装置の位置情報と比較し最適なアンテナの指向
性を持ったアンテナで受信する技術は、特開平６−２１
６７９４号、特開平１１−１７４３３号及び移動体衛星
通信用円偏波パッチアレーアンテナのビーム切替え特性
電子通信情報学会／ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲ
Ｔ ＯＦ ＩＥＣＥ Ａ−Ｐ９７−８１，（１９９７−
０８）辻、松沢、伊藤 等に示されている。
【０００４】しかしながら、従来のこのようなシステム
の場合、コスト的にもＧＰＳ装置がなくては最適制御が
できないので高くなってしまう。また、マルチバスによ
る信号をなるべく避けるために、フェーズドアレーのよ
うな制御を考えると、アンテナの素子数も増やさないと
実際に最適制御は出来ない。この場合、ＧＰＳを信用し
たシステムは、理想的に細かなアンテナのビーム制御が
出来るが、民生対応を考えると、システムそのものが複
雑でしかもコスト高になってしまうし、ＧＰＳ信号は天
候やロケーションに左右され、受信できない場合もあ
る。
の場合、コスト的にもＧＰＳ装置がなくては最適制御が
できないので高くなってしまう。また、マルチバスによ
る信号をなるべく避けるために、フェーズドアレーのよ
うな制御を考えると、アンテナの素子数も増やさないと
実際に最適制御は出来ない。この場合、ＧＰＳを信用し
たシステムは、理想的に細かなアンテナのビーム制御が
出来るが、民生対応を考えると、システムそのものが複
雑でしかもコスト高になってしまうし、ＧＰＳ信号は天
候やロケーションに左右され、受信できない場合もあ
る。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、アンテナ指向性パターンをそ
のビーム方位及びビーム形状にて可変されるアンテナ、
該アンテナから電波信号を受信するチューナ、該アンテ
ナを制御して指向性パターンを決定する制御部及び該ア
ンテナの機械的方位信号を得るための地磁気センサーか
らなる受信装置からなる。地磁気センサーからの方位信
号は制御部に与えられる。制御部は記憶されている受信
すべき衛星方位に関するデータと該方位信号とを参照
し、ＲＯＭ又はＲＡＭに予め記憶されているアルゴリズ
ムに従ってアンテナの採るべき指向性パターンのビーム
方位及びビーム形状を決定する。
のビーム方位及びビーム形状にて可変されるアンテナ、
該アンテナから電波信号を受信するチューナ、該アンテ
ナを制御して指向性パターンを決定する制御部及び該ア
ンテナの機械的方位信号を得るための地磁気センサーか
らなる受信装置からなる。地磁気センサーからの方位信
号は制御部に与えられる。制御部は記憶されている受信
すべき衛星方位に関するデータと該方位信号とを参照
し、ＲＯＭ又はＲＡＭに予め記憶されているアルゴリズ
ムに従ってアンテナの採るべき指向性パターンのビーム
方位及びビーム形状を決定する。
【０００６】本発明では、地磁気センサーによる方位と
受信レベルを検出し、アンテナ指向性パターンを制御す
ることにより、装置の移動に伴う回転（移動しない回転
も含む）時においても、受信状態の中断を防止すること
が可能となる。
受信レベルを検出し、アンテナ指向性パターンを制御す
ることにより、装置の移動に伴う回転（移動しない回転
も含む）時においても、受信状態の中断を防止すること
が可能となる。
【０００７】又、人工的な磁界等による外乱により、地
磁気センサーによる正常な方位の検出ができない状態
や、送信装置と本装置の間にビル等の障害物があるなど
して、正しい方向にアンテナ指向性パターンを向けても
受信ができない場合なども、それらの状態を検知し、ア
ンテナ指向性パターンを制御するアルゴリズムを有する
ことにより、外乱や障害物による受信状態の中断を最小
にすることができる。
磁気センサーによる正常な方位の検出ができない状態
や、送信装置と本装置の間にビル等の障害物があるなど
して、正しい方向にアンテナ指向性パターンを向けても
受信ができない場合なども、それらの状態を検知し、ア
ンテナ指向性パターンを制御するアルゴリズムを有する
ことにより、外乱や障害物による受信状態の中断を最小
にすることができる。
【０００８】本発明の好ましい実施例では、アンテナと
して複数のパッチを有するマイクロストリップパッチア
ンテナが用いられる。このパッチアンテナでは、アンテ
ナ自体を機械的に回転させることなく各パッチからの受
信信号の位相シフトを制御することで指向性パターンを
可変できる。このパッチアンテナにおける複数のパッチ
の位相シフトの与え方の組み合わせとその組み合わせ結
果の指向性パターンの様子についてのデータは予めＲＯ
Ｍ又はＲＡＭに記憶され、マイクロプロセッサはこの組
み合わせの１つを選択する。尚、パッチアンテナ以外に
ヘリカルアンテナ等の他のアンテナも使用できる。
して複数のパッチを有するマイクロストリップパッチア
ンテナが用いられる。このパッチアンテナでは、アンテ
ナ自体を機械的に回転させることなく各パッチからの受
信信号の位相シフトを制御することで指向性パターンを
可変できる。このパッチアンテナにおける複数のパッチ
の位相シフトの与え方の組み合わせとその組み合わせ結
果の指向性パターンの様子についてのデータは予めＲＯ
Ｍ又はＲＡＭに記憶され、マイクロプロセッサはこの組
み合わせの１つを選択する。尚、パッチアンテナ以外に
ヘリカルアンテナ等の他のアンテナも使用できる。
【０００９】指向性パターンの切り替えは、受信の中断
がないよう要求アンテナ最低利得より高いレベルにて行
われる。
がないよう要求アンテナ最低利得より高いレベルにて行
われる。
【００１０】
【実施例の説明】全体の構成概要 図１は本発明の受信信号である実施例の構成を示す。本
実施例における受信装置はベースバンド信号をＱＰＳＫ
又はＢＰＳＫ変調方式にて変調された信号を受信する装
置である。尚、ここではＱＰＳＫ又はＢＰＳＫ変調方式
にて変調された信号を受信する装置として説明するが、
変調方式は特に限定されるものではない。ベースバンド
信号は音楽などのアナログ情報をデジタル符号化したデ
ジタル信号であって、伝送エラーチェック機能を含むも
のである。又、搬送波の周波数はＧＨｚ帯（例えば２．
６ＧＨｚ）である。アンテナアレイＡＮＴは、ＡＮＴ１
〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子からなるマイク
ロストリップパッチアンテナを用いており、その詳細は
後述する。各パッチアンテナ素子で受信した信号は、夫
々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４で増幅され、位相シ
フタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した後電力合成器１にて
合成され合成受信信号として出力される。この時、位相
シフタを制御することによりアンテナの指向性は決定さ
れる。
実施例における受信装置はベースバンド信号をＱＰＳＫ
又はＢＰＳＫ変調方式にて変調された信号を受信する装
置である。尚、ここではＱＰＳＫ又はＢＰＳＫ変調方式
にて変調された信号を受信する装置として説明するが、
変調方式は特に限定されるものではない。ベースバンド
信号は音楽などのアナログ情報をデジタル符号化したデ
ジタル信号であって、伝送エラーチェック機能を含むも
のである。又、搬送波の周波数はＧＨｚ帯（例えば２．
６ＧＨｚ）である。アンテナアレイＡＮＴは、ＡＮＴ１
〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子からなるマイク
ロストリップパッチアンテナを用いており、その詳細は
後述する。各パッチアンテナ素子で受信した信号は、夫
々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４で増幅され、位相シ
フタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した後電力合成器１にて
合成され合成受信信号として出力される。この時、位相
シフタを制御することによりアンテナの指向性は決定さ
れる。
【００１１】チューナー部２は前記合成受信信号を中間
周波数帯に変換した後に利得可変増幅器にて増幅し、Ｉ
成分とＱ成分の信号を出力する機能を有する。チューナ
ー部２において、中間周波数帯に変換され増幅された合
成受信信号はＩＱミキサーに入力される。該ＩＱミキサ
は、公知の構成であるのでここでは詳述しないが、中間
周波数帯に変換され増幅された合成受信信号を調整して
Ｉ成分の信号とＱ成分の信号を出力する。その後、チュ
ーナー部から出力したＩ成分の信号とＱ成分の２つの信
号は復調部３に入力され、夫々Ａ／Ｄ変換されて復調器
３からベースバンド信号として出力される。又、復調器
３からは出力レベルの監視用信号としてＡＧＣ信号が併
せて出力され、チューナー部の利得可変増幅器入力され
る。利得可変増幅器をＡＧＣ信号で制御し、ＩＱミキサ
には常に安定した信号が入力されることになる。更に、
ＡＧＣ信号はＡ／Ｄ変換６でデジタル信号に変換され、
Ｉ／Ｏインターフェイス７を経てＣＰＵ１０に入力さ
れ、アンテナの制御に利用される。
周波数帯に変換した後に利得可変増幅器にて増幅し、Ｉ
成分とＱ成分の信号を出力する機能を有する。チューナ
ー部２において、中間周波数帯に変換され増幅された合
成受信信号はＩＱミキサーに入力される。該ＩＱミキサ
は、公知の構成であるのでここでは詳述しないが、中間
周波数帯に変換され増幅された合成受信信号を調整して
Ｉ成分の信号とＱ成分の信号を出力する。その後、チュ
ーナー部から出力したＩ成分の信号とＱ成分の２つの信
号は復調部３に入力され、夫々Ａ／Ｄ変換されて復調器
３からベースバンド信号として出力される。又、復調器
３からは出力レベルの監視用信号としてＡＧＣ信号が併
せて出力され、チューナー部の利得可変増幅器入力され
る。利得可変増幅器をＡＧＣ信号で制御し、ＩＱミキサ
には常に安定した信号が入力されることになる。更に、
ＡＧＣ信号はＡ／Ｄ変換６でデジタル信号に変換され、
Ｉ／Ｏインターフェイス７を経てＣＰＵ１０に入力さ
れ、アンテナの制御に利用される。
【００１２】本実施例のアンテナアレイＡＮＴにおい
て、ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子か
らの受信信号は、夫々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４
で増幅され、位相シフタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した
後電力合成器１にて合成され合成受信信号として出力さ
れるが、位相シフタにおいて０°又は１８０°の位相が
与えられる。夫々の位相シフタが受信信号にどのような
位相が与えるかにより、アンテナアレイＡＮＴアンテナ
指向性パターンが決定される。このような指向性パター
ンの制御技術については「移動体衛星通信用円偏波パッ
チアレーアンテナのビーム切替特性 電子通信学会／Ｔ
ＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＯＦＩＥＣＥ Ａ−
Ｐ９７−８１（１９９７−０８）辻、松沢、伊藤 等」
に詳細に示されている。この時、位相シフタなどの位相
を与えるか制御する制御信号は、地磁気センサ４の出力
（ＶＸ，ＶＹ）に基づいて行われる。即ち、地磁気セン
サ４の示す方位によりアンテナアレイＡＮＴの指向性パ
ターンが制御されることになる。
て、ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子か
らの受信信号は、夫々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４
で増幅され、位相シフタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した
後電力合成器１にて合成され合成受信信号として出力さ
れるが、位相シフタにおいて０°又は１８０°の位相が
与えられる。夫々の位相シフタが受信信号にどのような
位相が与えるかにより、アンテナアレイＡＮＴアンテナ
指向性パターンが決定される。このような指向性パター
ンの制御技術については「移動体衛星通信用円偏波パッ
チアレーアンテナのビーム切替特性 電子通信学会／Ｔ
ＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＯＦＩＥＣＥ Ａ−
Ｐ９７−８１（１９９７−０８）辻、松沢、伊藤 等」
に詳細に示されている。この時、位相シフタなどの位相
を与えるか制御する制御信号は、地磁気センサ４の出力
（ＶＸ，ＶＹ）に基づいて行われる。即ち、地磁気セン
サ４の示す方位によりアンテナアレイＡＮＴの指向性パ
ターンが制御されることになる。
【００１３】地磁気センサ４は、該センサの有する基準
方向に基づいて水平面の東西南北方位を表すＸ成分の電
圧信号（ＶＸ）とＹ成分の電圧信号（ＶＹ）を出力す
る。ＶＸ信号とＶＹ信号はＡ／Ｄ変換器１１にてデジタ
ル値に変換され、データバスＤＡＴＡを経てＣＰＵ１０
に入力される。ＣＰＵ１０はＶＸ信号とＶＹ信号から現
時点の地磁気センサ４の向きを、該センサの有する基準
方向との方位φｂとして決定する。アンテナアレイＡＮ
Ｔと地磁気センサ４は機械的に固定されているので地磁
気センサの基準方向をアンテナアレイＡＮＴの有する基
準方向と関係付けることができる。言い換えれば、ＣＰ
Ｕ１０は地磁気センサ４の基準方向に基づく方位φｂと
アンテナアレイＡＮＴが有する基準方向に基づく方位φ
ａを関係付け決定することができる。又、ＣＰＵ１０は
データバスとアドレスバスを介してＲＯＭ９，ＲＡＭ
８、Ｉ／Ｏインターフェース及びＡ／Ｄ変換器に接続さ
れている。ＲＯＭ９にはＣＰＵ１０を制御するプログラ
ムとともに放送衛星の方位データ、及びアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンを任意に変えるために位相シフ
タを制御する制御信号データを保有している。即ち、地
磁気センサ４の出力に基づいてＣＰＵ１０はアンテナア
レイＡＮＴの指向性パターンを任意に可変することがで
きるのである。
方向に基づいて水平面の東西南北方位を表すＸ成分の電
圧信号（ＶＸ）とＹ成分の電圧信号（ＶＹ）を出力す
る。ＶＸ信号とＶＹ信号はＡ／Ｄ変換器１１にてデジタ
ル値に変換され、データバスＤＡＴＡを経てＣＰＵ１０
に入力される。ＣＰＵ１０はＶＸ信号とＶＹ信号から現
時点の地磁気センサ４の向きを、該センサの有する基準
方向との方位φｂとして決定する。アンテナアレイＡＮ
Ｔと地磁気センサ４は機械的に固定されているので地磁
気センサの基準方向をアンテナアレイＡＮＴの有する基
準方向と関係付けることができる。言い換えれば、ＣＰ
Ｕ１０は地磁気センサ４の基準方向に基づく方位φｂと
アンテナアレイＡＮＴが有する基準方向に基づく方位φ
ａを関係付け決定することができる。又、ＣＰＵ１０は
データバスとアドレスバスを介してＲＯＭ９，ＲＡＭ
８、Ｉ／Ｏインターフェース及びＡ／Ｄ変換器に接続さ
れている。ＲＯＭ９にはＣＰＵ１０を制御するプログラ
ムとともに放送衛星の方位データ、及びアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンを任意に変えるために位相シフ
タを制御する制御信号データを保有している。即ち、地
磁気センサ４の出力に基づいてＣＰＵ１０はアンテナア
レイＡＮＴの指向性パターンを任意に可変することがで
きるのである。
【００１４】この放送衛星の方位データは、受信を所望
する通信衛星の受信地域から見た水平方位φF ＝真南、
垂直方向θ＝約４５°である。ＣＰＵ１０はＲＯＭ９内
の水平方位データφr を参照し、このφr と地磁気セン
サー４からの信号により決定された現時点のアンテナア
レイＡＮＴの基準線の方位φａとからアンテナアレイＡ
ＮＴの最適受信のためにとられるべき指向性パターンを
決定する信号を生成し、Ｉ／Ｏインターフェース７から
位相シフタ駆動器５を介して該信号を位相シフタＰＨＳ
−１〜ＰＨＳ−４に印加する。例えば、位相シフタＰＨ
Ｓ−１〜ＰＨＳ３は位相シフトが０°であり、位相シフ
タＰＨＳ−４は位相シフトが１８０°であるように制御
する。この位相シフタへの位相シフトの組み合わせによ
りアンテナアレイＡＮＴの受信指向性パターンが定ま
る。尚、ＲＡＭ８は、ＣＰＵ１０により生成データを一
時的に記憶する機能を有する。
する通信衛星の受信地域から見た水平方位φF ＝真南、
垂直方向θ＝約４５°である。ＣＰＵ１０はＲＯＭ９内
の水平方位データφr を参照し、このφr と地磁気セン
サー４からの信号により決定された現時点のアンテナア
レイＡＮＴの基準線の方位φａとからアンテナアレイＡ
ＮＴの最適受信のためにとられるべき指向性パターンを
決定する信号を生成し、Ｉ／Ｏインターフェース７から
位相シフタ駆動器５を介して該信号を位相シフタＰＨＳ
−１〜ＰＨＳ−４に印加する。例えば、位相シフタＰＨ
Ｓ−１〜ＰＨＳ３は位相シフトが０°であり、位相シフ
タＰＨＳ−４は位相シフトが１８０°であるように制御
する。この位相シフタへの位相シフトの組み合わせによ
りアンテナアレイＡＮＴの受信指向性パターンが定ま
る。尚、ＲＡＭ８は、ＣＰＵ１０により生成データを一
時的に記憶する機能を有する。
【００１５】このように地磁気センサー４の方位出力に
基づいて、アンテナアレイＡＮＴの指向性を決定し、決
定された指向性のアンテナアレイＡＮＴで受信された受
信信号の良否はＡＧＣ信号で評価され得るが、ＡＧＣ信
号はＡ／Ｄ変換器６でデジタル値化されＩ／Ｏインター
フェース７を経てＣＰＵ１０に入力されており、ＣＰＵ
１０はＡＧＣ信号から決定された指向性のアンテナアレ
イＡＮＴの適否のチェックすることができる。もしＡＧ
Ｃ信号を参照して不適当ならば、地磁気センサー４から
の方位出力で決定された指向性を修正する出力をＣＰＵ
１０は位相シフタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４へ与える。
基づいて、アンテナアレイＡＮＴの指向性を決定し、決
定された指向性のアンテナアレイＡＮＴで受信された受
信信号の良否はＡＧＣ信号で評価され得るが、ＡＧＣ信
号はＡ／Ｄ変換器６でデジタル値化されＩ／Ｏインター
フェース７を経てＣＰＵ１０に入力されており、ＣＰＵ
１０はＡＧＣ信号から決定された指向性のアンテナアレ
イＡＮＴの適否のチェックすることができる。もしＡＧ
Ｃ信号を参照して不適当ならば、地磁気センサー４から
の方位出力で決定された指向性を修正する出力をＣＰＵ
１０は位相シフタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４へ与える。
【００１６】アンテナアレイ構成と指向性パターン 図２に、図１のアンテナアレイＡＮＴとして一点給電円
偏パッチアンテナの具体的構成をその平面図と断面図と
して示す。本実施例では、アンテナ仕様としてアンテナ
利得は衛星からの電波受信時に２．５ｄＢｉ以上、地上
のギャップフィラー（地上再送信装置）からの受信時
は、０．０ｄＢｉ以上を予定したものである。又、衛星
の方位は、仰角が約４５°そして水平面方位は真南であ
る。誘電体基板２３（厚さ＝１５．７ｍｍ；εｒ＝３．
２８；ｔａｎδ＝０．００２５）の一方の面に金属膜
（又は箔）のパッチアンテナ素子＃１〜＃４が対象的に
配置される。パッチは３０．３ｍｍ×３０．３ｍｍの正
方形の角を３．４ｍｍ切ったものであり、パッチ間の距
離は４５ｍｍである。基板２３の反対面には金属のグラ
ンド板が配置される。同軸ケーブル２５の心線がパッチ
＃１〜＃４の各々の給電点２１に接続され、外線がグラ
ンド板に接続されている。受信信号は給電点２１から同
軸ケーブル２５によって図１の低雑音増幅器ＬＮＡ−１
〜ＬＮＡ−４に与えられる。
偏パッチアンテナの具体的構成をその平面図と断面図と
して示す。本実施例では、アンテナ仕様としてアンテナ
利得は衛星からの電波受信時に２．５ｄＢｉ以上、地上
のギャップフィラー（地上再送信装置）からの受信時
は、０．０ｄＢｉ以上を予定したものである。又、衛星
の方位は、仰角が約４５°そして水平面方位は真南であ
る。誘電体基板２３（厚さ＝１５．７ｍｍ；εｒ＝３．
２８；ｔａｎδ＝０．００２５）の一方の面に金属膜
（又は箔）のパッチアンテナ素子＃１〜＃４が対象的に
配置される。パッチは３０．３ｍｍ×３０．３ｍｍの正
方形の角を３．４ｍｍ切ったものであり、パッチ間の距
離は４５ｍｍである。基板２３の反対面には金属のグラ
ンド板が配置される。同軸ケーブル２５の心線がパッチ
＃１〜＃４の各々の給電点２１に接続され、外線がグラ
ンド板に接続されている。受信信号は給電点２１から同
軸ケーブル２５によって図１の低雑音増幅器ＬＮＡ−１
〜ＬＮＡ−４に与えられる。
【００１７】アンテナアレイＡＮＴの幾何的基準方向φ
ａが矢印２２で示されている。この基準方向は、アンテ
ナアレイＡＮＴの構造上で幾何学的に任意に決められた
方向で良く、アンテナアレイＡＮＴの現在配向している
水平方位を決める参照用の基準である。又、このパッチ
アンテナの寸法は受信する搬送波周波数によって決定さ
れ、図２のパッチアンテナは２．６ＧＨｚの場合であ
る。
ａが矢印２２で示されている。この基準方向は、アンテ
ナアレイＡＮＴの構造上で幾何学的に任意に決められた
方向で良く、アンテナアレイＡＮＴの現在配向している
水平方位を決める参照用の基準である。又、このパッチ
アンテナの寸法は受信する搬送波周波数によって決定さ
れ、図２のパッチアンテナは２．６ＧＨｚの場合であ
る。
【００１８】図２に示す４アンテナ素子（パッチ）＃１
〜＃４を有するマイクロストリップパッチアンテナの
２．６ＧＨｚの指向性パターン、即ちビーム方向の切り
替えについて、基準方向にずらし０°，９０°，１８０
°及び２７０°に対応する指向性パターンＡ〜Ｄ及び無
指向性パターンＥに関し図３（ａ）−図３（ｆ）を参照
して説明する。指向性パターン（ビーム方向）の切り替
えは図１の位相シフタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４の制御に
よって行われ、その選択された指向性パターンの適否は
受信合成電力信号において評価される。
〜＃４を有するマイクロストリップパッチアンテナの
２．６ＧＨｚの指向性パターン、即ちビーム方向の切り
替えについて、基準方向にずらし０°，９０°，１８０
°及び２７０°に対応する指向性パターンＡ〜Ｄ及び無
指向性パターンＥに関し図３（ａ）−図３（ｆ）を参照
して説明する。指向性パターン（ビーム方向）の切り替
えは図１の位相シフタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４の制御に
よって行われ、その選択された指向性パターンの適否は
受信合成電力信号において評価される。
【００１９】４つのパッチアンテナ素子＃１〜＃４にか
かる各々の位相シフタで位相をずらすとアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンが変化するが、４つのパッチア
ンテナ素子のうちいずれか１素子の位相を１８０°ずら
し、残りの３素子を０°とした場合（１素子逆相給電）
は特定の方向に指向性のピークを有する指向性パターン
をとる。図３（ａ）の指向性パターンＡ〜Ｄは、４つの
パッチアンテナ素子を有するアンテナアレイＡＮＴが１
素子逆相給電をとり得る組み合わせを示す。更に図３
（ｂ）〜図３（ｅ）はそれらの場合の指向性パターンで
あり、仰角４５°における水平面の指向性と垂直面の指
向性パターンを示している。このように１素子逆相給電
は水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
となる。本実施例における受信装置はＳバンド・モバイ
ル・マルチメディア衛星放送に対応する装置であり、衛
星からの受信には２．５ｄＢｉの受信利得が要求される
が、要求される受信利得を満足するため、どのパッチア
ンテナ素子の位相を逆相にするか選択することで、通信
衛星の位置する所望の方向に最も適した指向性パターン
を得ることが可能である。
かる各々の位相シフタで位相をずらすとアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンが変化するが、４つのパッチア
ンテナ素子のうちいずれか１素子の位相を１８０°ずら
し、残りの３素子を０°とした場合（１素子逆相給電）
は特定の方向に指向性のピークを有する指向性パターン
をとる。図３（ａ）の指向性パターンＡ〜Ｄは、４つの
パッチアンテナ素子を有するアンテナアレイＡＮＴが１
素子逆相給電をとり得る組み合わせを示す。更に図３
（ｂ）〜図３（ｅ）はそれらの場合の指向性パターンで
あり、仰角４５°における水平面の指向性と垂直面の指
向性パターンを示している。このように１素子逆相給電
は水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
となる。本実施例における受信装置はＳバンド・モバイ
ル・マルチメディア衛星放送に対応する装置であり、衛
星からの受信には２．５ｄＢｉの受信利得が要求される
が、要求される受信利得を満足するため、どのパッチア
ンテナ素子の位相を逆相にするか選択することで、通信
衛星の位置する所望の方向に最も適した指向性パターン
を得ることが可能である。
【００２０】垂直面の指向性パターンについても仰角２
〜３°から９０°にいたるまで受信利得２．５ｄＢｉ以
上を得られているので、衛星方向の仰角である４５°を
中心に広い範囲で充分な利得を有しており、受信装置ま
たはアンテナが、例えば板の斜面のように多少傾いた位
相にあったとしても利得を充分に保証することができ
る。
〜３°から９０°にいたるまで受信利得２．５ｄＢｉ以
上を得られているので、衛星方向の仰角である４５°を
中心に広い範囲で充分な利得を有しており、受信装置ま
たはアンテナが、例えば板の斜面のように多少傾いた位
相にあったとしても利得を充分に保証することができ
る。
【００２１】図３（ａ）のパターンＥは例えばパッチア
ンテナ素子＃３と＃４のように隣り合う２つの素子の位
相を１８０°ずらし、残りの２素子を０°とした場合
（隣接２素子逆相給電）の組み合わせの一例である。ま
た、そのときの垂直面における指向性パターンを図３
（ｆ）に示す。仰角９０°でビームピークを示し、仰角
の大きな部分での水平面はほぼ無指向性を示す。Ｓバン
ド・モバイル・マルチメディア衛星放送では衛星からの
電波を受信できない場所をカバーするために設置された
ギャップフィラー（地上再送信装置）の電波を受信する
ためにアンテナに要求される受信利得は０ｄＢｉであ
り、図３（ｆ）に示す隣接２素子逆相給電であれば、ア
ンテナに対してどの方向にギャップフィラーがあっても
充分受信が可能である。
ンテナ素子＃３と＃４のように隣り合う２つの素子の位
相を１８０°ずらし、残りの２素子を０°とした場合
（隣接２素子逆相給電）の組み合わせの一例である。ま
た、そのときの垂直面における指向性パターンを図３
（ｆ）に示す。仰角９０°でビームピークを示し、仰角
の大きな部分での水平面はほぼ無指向性を示す。Ｓバン
ド・モバイル・マルチメディア衛星放送では衛星からの
電波を受信できない場所をカバーするために設置された
ギャップフィラー（地上再送信装置）の電波を受信する
ためにアンテナに要求される受信利得は０ｄＢｉであ
り、図３（ｆ）に示す隣接２素子逆相給電であれば、ア
ンテナに対してどの方向にギャップフィラーがあっても
充分受信が可能である。
【００２２】図３（ｇ）は１素子逆相給電の場合であっ
て、水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
に基づく受信利得（ｄＢｉ）（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、ア
ンテナの基準方向基づく方位（φａ）との関係を示した
ものである。例えば、アンテナの基準方向が衛星水平方
位である真南を向いているときφａ＝０°とすればＡの
指向性パターンを選択するのでその受信利得は１０ｄＢ
ｉとなる。アンテナが移動しφａ＝４５°となるとＡの
指向性パターンにおける受信利得は５ｄＢｉとなり，Ｂ
の指向性パターンと交差する。更にアンテナが移動して
φａ＞４５°となれば、Ｂの指向性パターンをとるよう
アンテナを切り替えることにより受信利得高く保つこと
ができる。したがって、通常はφａ＝４５°，１３５
°，２２５°，３１５°で指向性パターンをＡ→Ｂ→Ｃ
→Ｄ→Ａと切り替えることにより、受信利得を常に高く
維持することができる。
て、水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
に基づく受信利得（ｄＢｉ）（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、ア
ンテナの基準方向基づく方位（φａ）との関係を示した
ものである。例えば、アンテナの基準方向が衛星水平方
位である真南を向いているときφａ＝０°とすればＡの
指向性パターンを選択するのでその受信利得は１０ｄＢ
ｉとなる。アンテナが移動しφａ＝４５°となるとＡの
指向性パターンにおける受信利得は５ｄＢｉとなり，Ｂ
の指向性パターンと交差する。更にアンテナが移動して
φａ＞４５°となれば、Ｂの指向性パターンをとるよう
アンテナを切り替えることにより受信利得高く保つこと
ができる。したがって、通常はφａ＝４５°，１３５
°，２２５°，３１５°で指向性パターンをＡ→Ｂ→Ｃ
→Ｄ→Ａと切り替えることにより、受信利得を常に高く
維持することができる。
【００２３】Ｓバンド・モバイル・マルチメディア衛星
放送に対応する装置は衛星からの受信に２．５ｄＢｉの
受信利得が要求されるが、本実施例のように指向性パタ
ーンの切替基準点を少なくとも２．５ｄＢｉにとること
により、受信状態の中断を生じさせない。
放送に対応する装置は衛星からの受信に２．５ｄＢｉの
受信利得が要求されるが、本実施例のように指向性パタ
ーンの切替基準点を少なくとも２．５ｄＢｉにとること
により、受信状態の中断を生じさせない。
【００２４】以上説明したように、本発明による受信装
置では衛星からの電波による受信利得が要求される値以
下にならないよう指向性パターンを制御するが、指向性
パターンを制御しても受信利得が得られないような場合
は、衛星からの電波が到達しない地域であると判断し
て、ギャップフィラーからの電波を受信できるよう無指
向性のパターンに切り替える。また、ギャップフィラー
からの電波による受信利得が得られない場合は、再度衛
星からの電波を受信できるよう切り替えることとなる。
置では衛星からの電波による受信利得が要求される値以
下にならないよう指向性パターンを制御するが、指向性
パターンを制御しても受信利得が得られないような場合
は、衛星からの電波が到達しない地域であると判断し
て、ギャップフィラーからの電波を受信できるよう無指
向性のパターンに切り替える。また、ギャップフィラー
からの電波による受信利得が得られない場合は、再度衛
星からの電波を受信できるよう切り替えることとなる。
【００２５】地磁気センサー 図４（ａ）に、図１の実施例における地磁気センサー４
の構成を示す。このセンサーはＴＤＫ株式会社製の直交
フラックスゲート型小型地磁気センサー（登録商標：Ｔ
ＭＳ−２１５／ＴＭＳ−１１５）である。本実施例の地
磁気センサーの外形寸法は約３．２ｃｍ×２．３ｃｍ程
度の小型なものである。そして図４Ｂに日本国内東京地
域の地磁気とほぼ同程度の磁界０．３０ｅの中で回転さ
せた場合の出力電圧特性を示す。
の構成を示す。このセンサーはＴＤＫ株式会社製の直交
フラックスゲート型小型地磁気センサー（登録商標：Ｔ
ＭＳ−２１５／ＴＭＳ−１１５）である。本実施例の地
磁気センサーの外形寸法は約３．２ｃｍ×２．３ｃｍ程
度の小型なものである。そして図４Ｂに日本国内東京地
域の地磁気とほぼ同程度の磁界０．３０ｅの中で回転さ
せた場合の出力電圧特性を示す。
【００２６】検出コイルの巻かれたＸ軸／Ｙ軸成分検出
素子４１，４２においてコアと一体化した短冊状の導体
にパルス電圧発生回路からのパルス電流を通電する。通
電電流がピーク値に達しているわずかな時間だけコアは
完全飽和し、コア材料の透磁率が変化する。コアに平行
な地磁気の磁束はコア完全飽和時にはコア内に収束され
ないが、非飽和時にはコア内に収束されるので、コア内
の地磁気磁束が交流時に変化する。この変化するコア内
の地磁気磁束に関し、ピーク検出回路４３，４４でコア
に平行な地磁気の磁束成分を通電電流ピーク時の検出コ
イル出力でＶＸ、ＶＹとして検出することができる。
素子４１，４２においてコアと一体化した短冊状の導体
にパルス電圧発生回路からのパルス電流を通電する。通
電電流がピーク値に達しているわずかな時間だけコアは
完全飽和し、コア材料の透磁率が変化する。コアに平行
な地磁気の磁束はコア完全飽和時にはコア内に収束され
ないが、非飽和時にはコア内に収束されるので、コア内
の地磁気磁束が交流時に変化する。この変化するコア内
の地磁気磁束に関し、ピーク検出回路４３，４４でコア
に平行な地磁気の磁束成分を通電電流ピーク時の検出コ
イル出力でＶＸ、ＶＹとして検出することができる。
【００２７】図４（ａ）において地磁気がＹ軸成分検出
素子に平行であって基準方向４５の方向を回転角度＝０
°としてＸ軸出力ＶＸ、Ｙ軸出力ＶＹを示したものが図
４（ｂ）である。ＶＸ、ＶＹは２．５０±１．０Ｖとし
て出力される。即ち、磁気センサー４の基準線方位４５
が真南を向いているときＶＸ＝２．５０Ｖ、ＶＹ＝３．
５０Ｖである。
素子に平行であって基準方向４５の方向を回転角度＝０
°としてＸ軸出力ＶＸ、Ｙ軸出力ＶＹを示したものが図
４（ｂ）である。ＶＸ、ＶＹは２．５０±１．０Ｖとし
て出力される。即ち、磁気センサー４の基準線方位４５
が真南を向いているときＶＸ＝２．５０Ｖ、ＶＹ＝３．
５０Ｖである。
【００２８】図５に本受信装置の自動車への実施例と受
信装置の回転に伴って制御されるアンテナ指向性パター
ンの様子を示す。アンテナＡＮＴと磁気センサー４は１
つの筐体にそれらの基準方向２２と４５が幾何学的に合
致するように固定され、アンテナＡＮＴ制御回路部分と
共に自動車の屋根に設置される。アンテナからの信号は
車内に引き込まれ、チューナ／復調部で受信・復調され
る。本発明により制御されたアンテナ指向性パターンの
ビーム方向はアンテナの指向性パターンを切り換えるこ
とにより、自動車（受信装置）の向きにかかわらず常に
真南方向付近に維持されている。
信装置の回転に伴って制御されるアンテナ指向性パター
ンの様子を示す。アンテナＡＮＴと磁気センサー４は１
つの筐体にそれらの基準方向２２と４５が幾何学的に合
致するように固定され、アンテナＡＮＴ制御回路部分と
共に自動車の屋根に設置される。アンテナからの信号は
車内に引き込まれ、チューナ／復調部で受信・復調され
る。本発明により制御されたアンテナ指向性パターンの
ビーム方向はアンテナの指向性パターンを切り換えるこ
とにより、自動車（受信装置）の向きにかかわらず常に
真南方向付近に維持されている。
【００２９】制御フロー 図６にアンテナの指向性パターン切替のための制御フロ
ーを示す。ステップ１にて、本装置がパワーオン又は制
御フローを実行するためのシステムをリセットし、ステ
ップ２にてＣＰＵ、レジスタ（ｍ）等からなるプロセッ
サを初期化し、レジスタにｍ＝０を書き込む。ステップ
３で、ＣＰＵは地磁気センサからの出力信号ＶＸ，ＶＹ
の値をＡ／Ｄ変換して読み込む。ここで、通常はアンテ
ナの指向性パターンは図４（ｂ）に示すようにφ＝３１
５°〜４５°がＡパターン、φ＝４５°〜１３５°がＢ
パターン、φ＝１３５°〜２２５°がＣパターン、φ＝
２２５°〜３１５°がＤパターンを選択して切り替える
必要があるので、切替のためのしきい値（ＶＴ１，ＶＴ
２）を設定する。ステップ４−１〜４−４では地磁気セ
ンサからの出力信号（ＶＸ，ＶＹ）としきい値（ＶＴ
１，ＶＴ２）を比較することで、受信装置がどの方位に
あるか判断し、最適な指向性パターンを得ることができ
る制御信号を位相シフタへ出力する。
ーを示す。ステップ１にて、本装置がパワーオン又は制
御フローを実行するためのシステムをリセットし、ステ
ップ２にてＣＰＵ、レジスタ（ｍ）等からなるプロセッ
サを初期化し、レジスタにｍ＝０を書き込む。ステップ
３で、ＣＰＵは地磁気センサからの出力信号ＶＸ，ＶＹ
の値をＡ／Ｄ変換して読み込む。ここで、通常はアンテ
ナの指向性パターンは図４（ｂ）に示すようにφ＝３１
５°〜４５°がＡパターン、φ＝４５°〜１３５°がＢ
パターン、φ＝１３５°〜２２５°がＣパターン、φ＝
２２５°〜３１５°がＤパターンを選択して切り替える
必要があるので、切替のためのしきい値（ＶＴ１，ＶＴ
２）を設定する。ステップ４−１〜４−４では地磁気セ
ンサからの出力信号（ＶＸ，ＶＹ）としきい値（ＶＴ
１，ＶＴ２）を比較することで、受信装置がどの方位に
あるか判断し、最適な指向性パターンを得ることができ
る制御信号を位相シフタへ出力する。
【００３０】しかしながら、地磁気センサの出力信号の
値はセンサが水平に置かれていることを前提に規定され
ているので、センサが傾くと出力信号のピーク値が小さ
くなってしまう。そのような場合であっても、受信利得
がアンテナに要求される受信利得以上の範囲となるよう
しきい値の値を調整することで対応することが可能であ
る。即ち、図４（ｂ）においてＶＴ１を通常の１．８Ｖ
から１．９Ｖへ、ＶＴ２を通常の３．２Ｖから３．１Ｖ
変更すればセンサ出力信号のピーク値が小さくなっても
対応可能であり、切替方位が通常のφａ＝４５°，１３
５°，２２５°，３１５°で切り替わらないが受信利得
は要求値を満足することができる。したがって、受信装
置が置かれる環境や受信する放送の状況によって、しき
い値を選択し最適な環境を求めることが可能となる。
値はセンサが水平に置かれていることを前提に規定され
ているので、センサが傾くと出力信号のピーク値が小さ
くなってしまう。そのような場合であっても、受信利得
がアンテナに要求される受信利得以上の範囲となるよう
しきい値の値を調整することで対応することが可能であ
る。即ち、図４（ｂ）においてＶＴ１を通常の１．８Ｖ
から１．９Ｖへ、ＶＴ２を通常の３．２Ｖから３．１Ｖ
変更すればセンサ出力信号のピーク値が小さくなっても
対応可能であり、切替方位が通常のφａ＝４５°，１３
５°，２２５°，３１５°で切り替わらないが受信利得
は要求値を満足することができる。したがって、受信装
置が置かれる環境や受信する放送の状況によって、しき
い値を選択し最適な環境を求めることが可能となる。
【００３１】次に、アンテナの指向性パターンがＡ〜Ｄ
のいづれかに選択されたときは、ステップ５に移行す
る。ステップ５は出力レベルの監視用信号として復調器
から出力されるＡＧＣ信号（ＶＬ）を読み込み、ステッ
プ６で該ＡＧＣ信号（ＶＬ）と切替のためのしきい値
（Ｒｈ）を比較する。しきい値（Ｒｈ）とはφａ＝４５
°，１３５°，２２５°，３１５°の時の選択されてい
る指向性パターンの受信利得に対応する信号である。こ
こで、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒｈ）より大き
ければ、再度ステップ５に移行し、レジスタにｍ＝１を
書き込む。即ち、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒ
ｈ）より大きければ、そのときに選択されている指向性
パターンを維持しつづけることになる。
のいづれかに選択されたときは、ステップ５に移行す
る。ステップ５は出力レベルの監視用信号として復調器
から出力されるＡＧＣ信号（ＶＬ）を読み込み、ステッ
プ６で該ＡＧＣ信号（ＶＬ）と切替のためのしきい値
（Ｒｈ）を比較する。しきい値（Ｒｈ）とはφａ＝４５
°，１３５°，２２５°，３１５°の時の選択されてい
る指向性パターンの受信利得に対応する信号である。こ
こで、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒｈ）より大き
ければ、再度ステップ５に移行し、レジスタにｍ＝１を
書き込む。即ち、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒ
ｈ）より大きければ、そのときに選択されている指向性
パターンを維持しつづけることになる。
【００３２】また、ＡＧＣ信号（ＶＬ）が何らかの原因
でしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなると、ス
テップ７に移行する。ステップ７では、ＡＧＣ信号（Ｖ
Ｌ）がしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなった
が、Ｓバンド・モバイル・マルチメディア衛星放送が衛
星からの受信のためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１
より大きければ、受信装置が移動したため受信利得が下
がったものとみなしてステップ３に移行し、ステップ４
で再度最適な指向性パターンを選択する。
でしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなると、ス
テップ７に移行する。ステップ７では、ＡＧＣ信号（Ｖ
Ｌ）がしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなった
が、Ｓバンド・モバイル・マルチメディア衛星放送が衛
星からの受信のためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１
より大きければ、受信装置が移動したため受信利得が下
がったものとみなしてステップ３に移行し、ステップ４
で再度最適な指向性パターンを選択する。
【００３３】しかし、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値
（Ｒｈ）を超えることができなくなり、かつＳバンド・
モバイル・マルチメディア衛星放送が衛星からの受信の
ためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１より小さけれ
ば、衛星からの電波が到達しない地域であると判断して
ステップ８に移行し、ギャップフィラーからの電波を受
信できるよう水平面内無指向性のパターンＥに切り替え
る。アンテナを水平面内無指向性にするためには隣接２
素子逆相給電に位相シフタを制御する。
（Ｒｈ）を超えることができなくなり、かつＳバンド・
モバイル・マルチメディア衛星放送が衛星からの受信の
ためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１より小さけれ
ば、衛星からの電波が到達しない地域であると判断して
ステップ８に移行し、ギャップフィラーからの電波を受
信できるよう水平面内無指向性のパターンＥに切り替え
る。アンテナを水平面内無指向性にするためには隣接２
素子逆相給電に位相シフタを制御する。
【００３４】次にステップ９に移行し再度ＡＧＣ信号
（ＶＬ）を読み込んで、ギャップフィラーからの電波を
受信するためにアンテナに要求する受信利得に対応する
値（Ｒ１）とステップ１０で比較する。ここでＡＧＣ信
号（ＶＬ）が大きければ再度ステップ９に移行し、パタ
ーンＥを維持することになる。この時再びレジスタにｍ
＝１を書き込む。ここで、又ＡＧＣ信号（ＶＬ）がギャ
ップフィラーからの電波を受信するためにアンテナに要
求する受信利得に対応する値（Ｒ１）より小さくなり、
ステップ１１にてレジスタの状態をチェックし、ｍ＝１
ならば再度ステップ３に移行し、指向性パターンで受信
し得るか否か探索することになる。
（ＶＬ）を読み込んで、ギャップフィラーからの電波を
受信するためにアンテナに要求する受信利得に対応する
値（Ｒ１）とステップ１０で比較する。ここでＡＧＣ信
号（ＶＬ）が大きければ再度ステップ９に移行し、パタ
ーンＥを維持することになる。この時再びレジスタにｍ
＝１を書き込む。ここで、又ＡＧＣ信号（ＶＬ）がギャ
ップフィラーからの電波を受信するためにアンテナに要
求する受信利得に対応する値（Ｒ１）より小さくなり、
ステップ１１にてレジスタの状態をチェックし、ｍ＝１
ならば再度ステップ３に移行し、指向性パターンで受信
し得るか否か探索することになる。
【００３５】一方、地磁気センサを用いた衛星からの受
信パターンも選択されず、ギャップフィラーからの電波
を受信するよう切り替えても、更に電波を受信できない
場合が考えられる。この場合ステップ１１でレジスタの
状態をチェックすると、ｍ＝０であるのでステップ３に
移行せず、ステップ１２−１〜１２−４に移行する。こ
こでは、受信パターンＡから受信パターンＤへ順にスキ
ャンし、ステップ９及び１０にて夫々の受信状態を確認
する。ここで、いづれかの指向性パターンにおいてギャ
ップフィラーからの電波がアンテナに要求する受信利得
を満足すればその状態を維持する。
信パターンも選択されず、ギャップフィラーからの電波
を受信するよう切り替えても、更に電波を受信できない
場合が考えられる。この場合ステップ１１でレジスタの
状態をチェックすると、ｍ＝０であるのでステップ３に
移行せず、ステップ１２−１〜１２−４に移行する。こ
こでは、受信パターンＡから受信パターンＤへ順にスキ
ャンし、ステップ９及び１０にて夫々の受信状態を確認
する。ここで、いづれかの指向性パターンにおいてギャ
ップフィラーからの電波がアンテナに要求する受信利得
を満足すればその状態を維持する。
【００３６】指向性を持たせた受信パターンは、特定の
方向に受信感度の指向性ピークを有しているので、ギャ
ップフィラーからの電波を受ける通常の受信パターンで
ある水平面内無指向性のパターンより、ギャップフィラ
ーからの電波を遠方から受信できる可能性がある。この
処理は、補助的なもので地磁気センサを用いた衛星から
の受信パターンを選択した場合、あるいはギャップフィ
ラーからの電波を受信するよう切り替えた場合の両方
で、更に電波を受信できない場合のみ行われるものであ
る。
方向に受信感度の指向性ピークを有しているので、ギャ
ップフィラーからの電波を受ける通常の受信パターンで
ある水平面内無指向性のパターンより、ギャップフィラ
ーからの電波を遠方から受信できる可能性がある。この
処理は、補助的なもので地磁気センサを用いた衛星から
の受信パターンを選択した場合、あるいはギャップフィ
ラーからの電波を受信するよう切り替えた場合の両方
で、更に電波を受信できない場合のみ行われるものであ
る。
【００３７】
【効果】本発明では、地磁気センサーによる方位と、Ａ
ＧＣによる受信信号レベルを検出して、アンテナの指向
性パターンを切り替えることにより、装置が回転しても
中断することなく、受信状態を維持することが可能であ
る。
ＧＣによる受信信号レベルを検出して、アンテナの指向
性パターンを切り替えることにより、装置が回転しても
中断することなく、受信状態を維持することが可能であ
る。
【００３８】衛星からの電波が受信できない状況では、
地上再送信装置からの電波の受信に適した指向性パター
ンに切り替えることにより受信の中断を最小にすること
が可能となる。又この逆の切り替えも可能である。
地上再送信装置からの電波の受信に適した指向性パター
ンに切り替えることにより受信の中断を最小にすること
が可能となる。又この逆の切り替えも可能である。
【００３９】地磁気センサーが人工磁界等の外乱によ
り、正常な方位ができない状態でも、取り得るアンテナ
指向性パターンを走査して受信の中断を最小にすること
ができる。
り、正常な方位ができない状態でも、取り得るアンテナ
指向性パターンを走査して受信の中断を最小にすること
ができる。
【００４０】アンテナに指向性を持たせて送信装置に向
かせることは、利得に余裕が生まれ、雨や雪などの天候
の影響による電波の減衰に対する（受信の）限界を高め
ることができる。
かせることは、利得に余裕が生まれ、雨や雪などの天候
の影響による電波の減衰に対する（受信の）限界を高め
ることができる。
【図１】本発明実施例の受信装置の構成を示す。
【図２】本発明実施例のアンテナ構成を示す。
【図３ａ】アンテナ指向性パターンＡ〜Ｅをアンテナ素
子への給電波相の組合せを示す。
子への給電波相の組合せを示す。
【図３ｂ】指向性パターンＡの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｃ】指向性パターンＢの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｄ】指向性パターンＣの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｅ】指向性パターンＤの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｆ】無指向性パターンＥの垂直パターンを示す。
【図３ｇ】本発明実施例のアンテナ指向性パターンＡ〜
Ｄとずれ角度φａの関係を示す。
Ｄとずれ角度φａの関係を示す。
【図４ａ】本発明実施例の地磁気センサー構成を示す。
【図４ｂ】本発明実施例の地磁気センサーのＸ，Ｙ軸出
力を示す。
力を示す。
【図５】本発明の実施例受信装置を自動車に装備した例
を示す。
を示す。
【図６】本発明実施例による受信機での制御フローを示
す。
す。
ＡＮＴ アンテナ ＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４ 位相シフタ １ 電力合成器 ２ チューナ ４ 地磁気センサー １０ ＣＰＵ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年５月１０日（２０００．５．１
０）
０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 移動体衛星放送受信装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は、主に移動体（固定受信も含む）
における衛星からの信号および地上送信所からの信号を
受信する装置であり、特に受信条件の異なる場合におい
ても安定した信号が得られるように、信号の受信する場
所および状況に応じてアンテナの指向性を変えることに
より、受信信号強度を最適な条件にすることができる受
信装置に係る。
における衛星からの信号および地上送信所からの信号を
受信する装置であり、特に受信条件の異なる場合におい
ても安定した信号が得られるように、信号の受信する場
所および状況に応じてアンテナの指向性を変えることに
より、受信信号強度を最適な条件にすることができる受
信装置に係る。
【０００２】
【背景技術】現在予定されているＳバンド・モバイル・
マルチメディア衛星放送は、静止通信衛星を用いてＳバ
ンド（２．６ＧＨｚ帯）という周波数を使って、移動中
の乗り物あるいは人が携帯して移動する受信装置に対し
て、衛星を使ってモバイル機器に文字、音声、動画など
のコンテンツを配信し、パラボラアンテナで電波を追尾
しなくてもモバイル機器に搭載する小さなアンテナでも
受信できる環境を整備するものである。移動体デジタル
衛星放送の場合、トンネル、谷間、急斜面に沿った道路
及び市街の高層ビルの間では衛星からの電波が途切れる
ので、そのような地域では予めギャップ・フィラー（地
上放送設備）が設置され、ギャップ・フィラーは衛星か
らの電波を受信し、そのような地域に再放送電波を出
す。衛星又はギャップ・フィラーから移動体への放送波
の搬送波はＱＰＳＫ（４相位相変調）／ＢＰＳＫ（２相
位相変調）変調が採用される。
マルチメディア衛星放送は、静止通信衛星を用いてＳバ
ンド（２．６ＧＨｚ帯）という周波数を使って、移動中
の乗り物あるいは人が携帯して移動する受信装置に対し
て、衛星を使ってモバイル機器に文字、音声、動画など
のコンテンツを配信し、パラボラアンテナで電波を追尾
しなくてもモバイル機器に搭載する小さなアンテナでも
受信できる環境を整備するものである。移動体デジタル
衛星放送の場合、トンネル、谷間、急斜面に沿った道路
及び市街の高層ビルの間では衛星からの電波が途切れる
ので、そのような地域では予めギャップ・フィラー（地
上放送設備）が設置され、ギャップ・フィラーは衛星か
らの電波を受信し、そのような地域に再放送電波を出
す。衛星又はギャップ・フィラーから移動体への放送波
の搬送波はＱＰＳＫ（４相位相変調）／ＢＰＳＫ（２相
位相変調）変調が採用される。
【０００３】このような衛星からの放送電波を効率よく
受信するには、受信アンテナの指向性パターンが常に衛
星方位（例えば水平面南方位）に向いているよう、衛星
と受信装置の位置関係を得て受信アンテナを制御するこ
とが行われる。従来技術として、ＧＰＳを利用し受信設
備の位置を検出し、予め受信装置に入力された衛星及び
地上送信装置の位置情報と比較し最適なアンテナの指向
性を持ったアンテナで受信する技術は、特開平６−２１
６７９４号、特開平１１−１７４３３号及び移動体衛星
通信用円偏波パッチアレーアンテナのビーム切替え特性
電子通信情報学会／ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲ
Ｔ ＯＦ ＩＥＣＥ Ａ−Ｐ９７−８１，（１９９７−
０８）辻、松沢、伊藤 等に示されている。
受信するには、受信アンテナの指向性パターンが常に衛
星方位（例えば水平面南方位）に向いているよう、衛星
と受信装置の位置関係を得て受信アンテナを制御するこ
とが行われる。従来技術として、ＧＰＳを利用し受信設
備の位置を検出し、予め受信装置に入力された衛星及び
地上送信装置の位置情報と比較し最適なアンテナの指向
性を持ったアンテナで受信する技術は、特開平６−２１
６７９４号、特開平１１−１７４３３号及び移動体衛星
通信用円偏波パッチアレーアンテナのビーム切替え特性
電子通信情報学会／ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲ
Ｔ ＯＦ ＩＥＣＥ Ａ−Ｐ９７−８１，（１９９７−
０８）辻、松沢、伊藤 等に示されている。
【０００４】ＧＰＳを使用したシステムは、民生対応を
考えると、システムそのものが複雑でコスト高になって
しまうし、またＧＰＳ信号は天候やロケーションに左右
され、受信できない場合もある。
考えると、システムそのものが複雑でコスト高になって
しまうし、またＧＰＳ信号は天候やロケーションに左右
され、受信できない場合もある。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、アンテナ指向性パターンをそ
のビーム方位及びビーム形状にて可変されるアンテナ、
該アンテナから電波信号を受信するチューナ、該アンテ
ナを制御して指向性パターンを決定する制御部及び該ア
ンテナの幾何的方位信号を得るための地磁気センサーか
らなる受信装置からなる。地磁気センサーからの方位信
号は制御部に与えられる。制御部は記憶されている受信
すべき衛星方位に関するデータと該方位信号とを参照
し、ＲＯＭ又はＲＡＭに予め記憶されているアルゴリズ
ムに従ってアンテナの採るべき指向性パターンのビーム
方位及びビーム形状を決定する。
のビーム方位及びビーム形状にて可変されるアンテナ、
該アンテナから電波信号を受信するチューナ、該アンテ
ナを制御して指向性パターンを決定する制御部及び該ア
ンテナの幾何的方位信号を得るための地磁気センサーか
らなる受信装置からなる。地磁気センサーからの方位信
号は制御部に与えられる。制御部は記憶されている受信
すべき衛星方位に関するデータと該方位信号とを参照
し、ＲＯＭ又はＲＡＭに予め記憶されているアルゴリズ
ムに従ってアンテナの採るべき指向性パターンのビーム
方位及びビーム形状を決定する。
【０００６】本発明では、地磁気センサーによる方位信
号と電波信号の受信レベルを検出し、アンテナ指向性パ
ターンを制御することにより、装置の回転時において
も、受信状態の中断を防止することが可能となる。
号と電波信号の受信レベルを検出し、アンテナ指向性パ
ターンを制御することにより、装置の回転時において
も、受信状態の中断を防止することが可能となる。
【０００７】又、人工的な磁界等による外乱により、地
磁気センサーによる正常な方位の検出ができない状態
や、送信装置と本装置の間にビル等の障害物があるなど
して、正しい方向にアンテナ指向性パターンを向けても
受信ができない場合なども、それらの状態を検知し、ア
ンテナ指向性パターンを制御するアルゴリズムを有する
ことにより、外乱や障害物による受信状態の中断を最小
にすることができる。
磁気センサーによる正常な方位の検出ができない状態
や、送信装置と本装置の間にビル等の障害物があるなど
して、正しい方向にアンテナ指向性パターンを向けても
受信ができない場合なども、それらの状態を検知し、ア
ンテナ指向性パターンを制御するアルゴリズムを有する
ことにより、外乱や障害物による受信状態の中断を最小
にすることができる。
【０００８】本発明の好ましい実施例では、アンテナと
して複数のパッチを有するマイクロストリップパッチア
ンテナが用いられる。このパッチアンテナでは、アンテ
ナ自体を機械的に回転させることなく各パッチからの受
信信号の位相シフトを制御することで指向性パターンの
方向と形状を可変できる。このパッチアンテナにおける
複数のパッチの位相シフトの与え方の組み合わせとその
組み合わせ結果の指向性パターンの様子についてのデー
タは予めＲＯＭ又はＲＡＭに記憶され、マイクロプロセ
ッサはこの組み合わせの１つを選択する。尚、パッチア
ンテナ以外にヘリカルアンテナ等の他のアンテナも使用
できる。
して複数のパッチを有するマイクロストリップパッチア
ンテナが用いられる。このパッチアンテナでは、アンテ
ナ自体を機械的に回転させることなく各パッチからの受
信信号の位相シフトを制御することで指向性パターンの
方向と形状を可変できる。このパッチアンテナにおける
複数のパッチの位相シフトの与え方の組み合わせとその
組み合わせ結果の指向性パターンの様子についてのデー
タは予めＲＯＭ又はＲＡＭに記憶され、マイクロプロセ
ッサはこの組み合わせの１つを選択する。尚、パッチア
ンテナ以外にヘリカルアンテナ等の他のアンテナも使用
できる。
【０００９】指向性パターンの切り替えは、受信の中断
がないよう要求されるアンテナの最低利得より高いレベ
ルにて行われる。
がないよう要求されるアンテナの最低利得より高いレベ
ルにて行われる。
【００１０】
【実施例の説明】全体の構成概要 図１は本発明の受信信号である実施例の構成を示す。本
実施例における受信装置はベースバンド信号をＱＰＳＫ
又はＢＰＳＫ変調方式にて変調された信号を受信する装
置である。尚、ここではＱＰＳＫ又はＢＰＳＫ変調方式
にて変調された信号を受信する装置として説明するが、
変調方式は特に限定されるものではない。ベースバンド
信号は音楽などのアナログ情報をデジタル符号化したデ
ジタル信号であって、伝送エラーチェック機能を含むも
のである。又、搬送波の周波数はＧＨｚ帯（例えば２．
６ＧＨｚ）である。アンテナアレイＡＮＴは、ＡＮＴ１
〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子からなるマイク
ロストリップパッチアンテナを用いており、その詳細は
後述する。各パッチアンテナ素子で受信した信号は、夫
々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４で増幅され、位相シ
フタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した後電力合成器１にて
合成され合成受信信号として出力される。この時、位相
シフタを制御することによりアンテナの指向性は決定さ
れる。
実施例における受信装置はベースバンド信号をＱＰＳＫ
又はＢＰＳＫ変調方式にて変調された信号を受信する装
置である。尚、ここではＱＰＳＫ又はＢＰＳＫ変調方式
にて変調された信号を受信する装置として説明するが、
変調方式は特に限定されるものではない。ベースバンド
信号は音楽などのアナログ情報をデジタル符号化したデ
ジタル信号であって、伝送エラーチェック機能を含むも
のである。又、搬送波の周波数はＧＨｚ帯（例えば２．
６ＧＨｚ）である。アンテナアレイＡＮＴは、ＡＮＴ１
〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子からなるマイク
ロストリップパッチアンテナを用いており、その詳細は
後述する。各パッチアンテナ素子で受信した信号は、夫
々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４で増幅され、位相シ
フタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した後電力合成器１にて
合成され合成受信信号として出力される。この時、位相
シフタを制御することによりアンテナの指向性は決定さ
れる。
【００１１】チューナー部２は前記合成受信信号を中間
周波数帯に変換した後に利得可変増幅器にて増幅し、Ｉ
成分とＱ成分の信号を出力する機能を有する。チューナ
ー部２において、中間周波数帯に変換され増幅された合
成受信信号はＩＱミキサーに入力される。該ＩＱミキサ
ーは、公知の構成であるのでここでは詳述しないが、中
間周波数帯に変換され増幅された合成受信信号を調整し
てＩ成分の信号とＱ成分の信号を出力する。その後、チ
ューナー部から出力したＩ成分の信号とＱ成分の２つの
信号は復調部３に入力され、夫々Ａ／Ｄ変換されて復調
器３からベースバンド信号として出力される。又、復調
器３からは出力レベルの監視用信号としてＡＧＣ信号が
併せて出力され、チューナー部の利得可変増幅器へ入力
される。利得可変増幅器をＡＧＣ信号で制御し、ＩＱミ
キサには常に安定したレベルでの信号が入力されること
になる。更に、ＡＧＣ信号はＡ／Ｄ変換６でデジタル信
号に変換され、Ｉ／Ｏインターフェイス７を経てＣＰＵ
１０に入力され、アンテナの制御に利用される。
周波数帯に変換した後に利得可変増幅器にて増幅し、Ｉ
成分とＱ成分の信号を出力する機能を有する。チューナ
ー部２において、中間周波数帯に変換され増幅された合
成受信信号はＩＱミキサーに入力される。該ＩＱミキサ
ーは、公知の構成であるのでここでは詳述しないが、中
間周波数帯に変換され増幅された合成受信信号を調整し
てＩ成分の信号とＱ成分の信号を出力する。その後、チ
ューナー部から出力したＩ成分の信号とＱ成分の２つの
信号は復調部３に入力され、夫々Ａ／Ｄ変換されて復調
器３からベースバンド信号として出力される。又、復調
器３からは出力レベルの監視用信号としてＡＧＣ信号が
併せて出力され、チューナー部の利得可変増幅器へ入力
される。利得可変増幅器をＡＧＣ信号で制御し、ＩＱミ
キサには常に安定したレベルでの信号が入力されること
になる。更に、ＡＧＣ信号はＡ／Ｄ変換６でデジタル信
号に変換され、Ｉ／Ｏインターフェイス７を経てＣＰＵ
１０に入力され、アンテナの制御に利用される。
【００１２】本実施例のアンテナアレイＡＮＴにおい
て、ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子か
らの受信信号は、夫々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４
で増幅され、位相シフタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した
後電力合成器１にて合成され合成受信信号として出力さ
れる。なお、位相シフタにおいて０°又は１８０°の位
相が与えられ、夫々の位相シフタにどのような位相を与
えるかにより、アンテナアレイＡＮＴのアンテナ指向性
パターンが決定される。このような指向性パターンの制
御技術については「移動体衛星通信用円偏波パッチアレ
ーアンテナのビーム切替特性 電子通信学会／ＴＥＣＨ
ＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＯＦ ＩＥＣＥ Ａ−Ｐ９
７−８１（１９９７−０８）辻、松沢、伊藤 等」に詳
細に示されている。この時、位相シフタにどの位相を与
えるか制御する制御信号は、地磁気センサ４の出力（Ｖ
Ｘ，ＶＹ）に基づいて行われる。即ち、地磁気センサ４
の示す方位によりアンテナアレイＡＮＴの指向性パター
ンが制御されることになる。
て、ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４の４つのパッチアンテナ素子か
らの受信信号は、夫々低雑音増幅器ＬＮＡ１〜ＬＮＡ４
で増幅され、位相シフタＰＨＳ１〜ＰＨＳ４を経由した
後電力合成器１にて合成され合成受信信号として出力さ
れる。なお、位相シフタにおいて０°又は１８０°の位
相が与えられ、夫々の位相シフタにどのような位相を与
えるかにより、アンテナアレイＡＮＴのアンテナ指向性
パターンが決定される。このような指向性パターンの制
御技術については「移動体衛星通信用円偏波パッチアレ
ーアンテナのビーム切替特性 電子通信学会／ＴＥＣＨ
ＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ ＯＦ ＩＥＣＥ Ａ−Ｐ９
７−８１（１９９７−０８）辻、松沢、伊藤 等」に詳
細に示されている。この時、位相シフタにどの位相を与
えるか制御する制御信号は、地磁気センサ４の出力（Ｖ
Ｘ，ＶＹ）に基づいて行われる。即ち、地磁気センサ４
の示す方位によりアンテナアレイＡＮＴの指向性パター
ンが制御されることになる。
【００１３】地磁気センサ４は、該センサの有する基準
方向に基づいて水平面の東西南北方位を表すＸ成分の電
圧信号（ＶＸ）とＹ成分の電圧信号（ＶＹ）を出力す
る。ＶＸ信号とＶＹ信号はＡ／Ｄ変換器１１にてデジタ
ル値に変換され、データバスＤＡＴＡを経てＣＰＵ１０
に入力される。ＣＰＵ１０はＶＸ信号とＶＹ信号から現
時点の地磁気センサ４の向きを、該センサの有する基準
方向との方位φｂとして決定する。アンテナアレイＡＮ
Ｔと地磁気センサ４は機械的に固定されているので地磁
気センサの基準方向をアンテナアレイＡＮＴの有する基
準方向と関係付けることができる。言い換えれば、ＣＰ
Ｕ１０は地磁気センサ４の基準方向に基づく方位φｂと
アンテナアレイＡＮＴが有する基準方向に基づく方位φ
ａを関係付け決定することができる。又、ＣＰＵ１０は
データバスとアドレスバスを介してＲＯＭ９，ＲＡＭ
８、Ｉ／Ｏインターフェース及びＡ／Ｄ変換器に接続さ
れている。ＲＯＭ９にはＣＰＵ１０を制御するプログラ
ムとともに放送衛星の方位データ、及びアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンを任意に変えるために位相シフ
タを制御する制御信号データを保有している。即ち、地
磁気センサ４の出力に基づいてＣＰＵ１０はアンテナア
レイＡＮＴの指向性パターンを任意に可変することがで
きるのである。
方向に基づいて水平面の東西南北方位を表すＸ成分の電
圧信号（ＶＸ）とＹ成分の電圧信号（ＶＹ）を出力す
る。ＶＸ信号とＶＹ信号はＡ／Ｄ変換器１１にてデジタ
ル値に変換され、データバスＤＡＴＡを経てＣＰＵ１０
に入力される。ＣＰＵ１０はＶＸ信号とＶＹ信号から現
時点の地磁気センサ４の向きを、該センサの有する基準
方向との方位φｂとして決定する。アンテナアレイＡＮ
Ｔと地磁気センサ４は機械的に固定されているので地磁
気センサの基準方向をアンテナアレイＡＮＴの有する基
準方向と関係付けることができる。言い換えれば、ＣＰ
Ｕ１０は地磁気センサ４の基準方向に基づく方位φｂと
アンテナアレイＡＮＴが有する基準方向に基づく方位φ
ａを関係付け決定することができる。又、ＣＰＵ１０は
データバスとアドレスバスを介してＲＯＭ９，ＲＡＭ
８、Ｉ／Ｏインターフェース及びＡ／Ｄ変換器に接続さ
れている。ＲＯＭ９にはＣＰＵ１０を制御するプログラ
ムとともに放送衛星の方位データ、及びアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンを任意に変えるために位相シフ
タを制御する制御信号データを保有している。即ち、地
磁気センサ４の出力に基づいてＣＰＵ１０はアンテナア
レイＡＮＴの指向性パターンを任意に可変することがで
きるのである。
【００１４】この放送衛星の方位データは、受信を所望
する通信衛星の受信地域から見た水平方位φr ＝真南、
垂直方向θ＝約４５°である。ＣＰＵ１０はＲＯＭ９内
の水平方位データφr を参照し、このφr と地磁気セン
サー４からの信号により決定された現時点のアンテナア
レイＡＮＴの基準線の方位φａとからアンテナアレイＡ
ＮＴの最適受信のためにとられるべき指向性パターンを
決定する信号を生成し、Ｉ／Ｏインターフェース７から
位相シフタ駆動器５を介して該信号を位相シフタＰＨＳ
−１〜ＰＨＳ−４に印加する。例えば、位相シフタＰＨ
Ｓ−１〜ＰＨＳ３は位相シフトが０°であり、位相シフ
タＰＨＳ−４は位相シフトが１８０°であるように制御
する。この位相シフタへの位相シフトの組み合わせによ
りアンテナアレイＡＮＴの受信指向性パターンが定ま
る。尚、ＲＡＭ８は、ＣＰＵ１０により生成データを一
時的に記憶する機能を有する。
する通信衛星の受信地域から見た水平方位φr ＝真南、
垂直方向θ＝約４５°である。ＣＰＵ１０はＲＯＭ９内
の水平方位データφr を参照し、このφr と地磁気セン
サー４からの信号により決定された現時点のアンテナア
レイＡＮＴの基準線の方位φａとからアンテナアレイＡ
ＮＴの最適受信のためにとられるべき指向性パターンを
決定する信号を生成し、Ｉ／Ｏインターフェース７から
位相シフタ駆動器５を介して該信号を位相シフタＰＨＳ
−１〜ＰＨＳ−４に印加する。例えば、位相シフタＰＨ
Ｓ−１〜ＰＨＳ３は位相シフトが０°であり、位相シフ
タＰＨＳ−４は位相シフトが１８０°であるように制御
する。この位相シフタへの位相シフトの組み合わせによ
りアンテナアレイＡＮＴの受信指向性パターンが定ま
る。尚、ＲＡＭ８は、ＣＰＵ１０により生成データを一
時的に記憶する機能を有する。
【００１５】このように地磁気センサー４の方位出力に
基づいて、アンテナアレイＡＮＴの指向性を決定し、決
定された指向性のアンテナアレイＡＮＴで受信された受
信信号の良否はＡＧＣ信号で評価され得るが、ＡＧＣ信
号はＡ／Ｄ変換器６でデジタル値化されＩ／Ｏインター
フェース７を経てＣＰＵ１０に入力されており、ＣＰＵ
１０はＡＧＣ信号から決定されたアンテナアレイＡＮＴ
の指向性の適否をチェックすることができる。もしＡＧ
Ｃ信号を参照して不適当ならば、地磁気センサー４から
の方位出力で決定された指向性を修正する出力をＣＰＵ
１０は位相シフタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４へ与える。
基づいて、アンテナアレイＡＮＴの指向性を決定し、決
定された指向性のアンテナアレイＡＮＴで受信された受
信信号の良否はＡＧＣ信号で評価され得るが、ＡＧＣ信
号はＡ／Ｄ変換器６でデジタル値化されＩ／Ｏインター
フェース７を経てＣＰＵ１０に入力されており、ＣＰＵ
１０はＡＧＣ信号から決定されたアンテナアレイＡＮＴ
の指向性の適否をチェックすることができる。もしＡＧ
Ｃ信号を参照して不適当ならば、地磁気センサー４から
の方位出力で決定された指向性を修正する出力をＣＰＵ
１０は位相シフタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４へ与える。
【００１６】アンテナアレイ構成と指向性パターン 図２に、図１のアンテナアレイＡＮＴとして一点給電円
偏波パッチアンテナの具体的構成をその平面図と断面図
として示す。本実施例では、アンテナ仕様としてアンテ
ナ利得は衛星からの電波受信時に２．５ｄＢｉ以上、地
上のギャップフィラー（地上再送信装置）からの受信時
は、０．０ｄＢｉ以上を予定したものである。又、衛星
の方位は、仰角が約４５°そして水平面方位は真南であ
る。誘電体基板２３（厚さ＝１５．７ｍｍ；εｒ＝３．
２８；ｔａｎδ＝０．００２５）の一方の面に金属膜
（又は箔）のパッチアンテナ素子＃１〜＃４が対象的に
配置される。パッチは３０．３ｍｍ×３０．３ｍｍの正
方形の角を３．４ｍｍ切ったものであり、パッチ間の距
離は４５ｍｍである。基板２３の反対面には金属のグラ
ンド板が配置される。同軸ケーブル２５の心線がパッチ
＃１〜＃４の各々の給電点２１に接続され、外線がグラ
ンド板に接続されている。受信信号は給電点２１から同
軸ケーブル２５によって図１の低雑音増幅器ＬＮＡ−１
〜ＬＮＡ−４に与えられる。
偏波パッチアンテナの具体的構成をその平面図と断面図
として示す。本実施例では、アンテナ仕様としてアンテ
ナ利得は衛星からの電波受信時に２．５ｄＢｉ以上、地
上のギャップフィラー（地上再送信装置）からの受信時
は、０．０ｄＢｉ以上を予定したものである。又、衛星
の方位は、仰角が約４５°そして水平面方位は真南であ
る。誘電体基板２３（厚さ＝１５．７ｍｍ；εｒ＝３．
２８；ｔａｎδ＝０．００２５）の一方の面に金属膜
（又は箔）のパッチアンテナ素子＃１〜＃４が対象的に
配置される。パッチは３０．３ｍｍ×３０．３ｍｍの正
方形の角を３．４ｍｍ切ったものであり、パッチ間の距
離は４５ｍｍである。基板２３の反対面には金属のグラ
ンド板が配置される。同軸ケーブル２５の心線がパッチ
＃１〜＃４の各々の給電点２１に接続され、外線がグラ
ンド板に接続されている。受信信号は給電点２１から同
軸ケーブル２５によって図１の低雑音増幅器ＬＮＡ−１
〜ＬＮＡ−４に与えられる。
【００１７】アンテナアレイＡＮＴの幾何的基準方向φ
ａが矢印２２で示されている。この基準方向は、アンテ
ナアレイＡＮＴの構造上で幾何学的に任意に決められた
方向で良く、アンテナアレイＡＮＴの現在配向している
水平方位を決める参照用の基準である。又、このパッチ
アンテナの寸法は受信する搬送波周波数によって決定さ
れ、図２のパッチアンテナは２．６ＧＨｚの場合であ
る。
ａが矢印２２で示されている。この基準方向は、アンテ
ナアレイＡＮＴの構造上で幾何学的に任意に決められた
方向で良く、アンテナアレイＡＮＴの現在配向している
水平方位を決める参照用の基準である。又、このパッチ
アンテナの寸法は受信する搬送波周波数によって決定さ
れ、図２のパッチアンテナは２．６ＧＨｚの場合であ
る。
【００１８】図２に示す４アンテナ素子（パッチ）＃１
〜＃４を有するマイクロストリップパッチアンテナの
２．６ＧＨｚの指向性パターン、即ちビーム方向の切り
替えについて、０°，９０°，１８０°及び２７０°に
対応する指向性パターンＡ〜Ｄ及び無指向性パターンＥ
に関し図３（ａ）−図３（ｆ）を参照して説明する。指
向性パターン（ビーム方向）の切り替えは図１の位相シ
フタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４の制御によって行われ、そ
の選択された指向性パターンの適否は受信合成電力信号
において評価される。
〜＃４を有するマイクロストリップパッチアンテナの
２．６ＧＨｚの指向性パターン、即ちビーム方向の切り
替えについて、０°，９０°，１８０°及び２７０°に
対応する指向性パターンＡ〜Ｄ及び無指向性パターンＥ
に関し図３（ａ）−図３（ｆ）を参照して説明する。指
向性パターン（ビーム方向）の切り替えは図１の位相シ
フタＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４の制御によって行われ、そ
の選択された指向性パターンの適否は受信合成電力信号
において評価される。
【００１９】４つのパッチアンテナ素子＃１〜＃４にか
かる各々の位相を位相シフタでずらすとアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンが変化するが、４つのパッチア
ンテナ素子のうちいずれか１素子の位相を１８０°ずら
し、残りの３素子を０°とした場合（１素子逆相給電）
は特定の方向に指向性のピークを有する指向性パターン
をとる。図３（ａ）の指向性パターンＡ〜Ｄは、４つの
パッチアンテナ素子を有するアンテナアレイＡＮＴが１
素子逆相給電をとり得る組み合わせを示す。更に図３
（ｂ）〜図３（ｅ）はそれらの場合の指向性パターンで
あり、仰角４５°における水平面の指向性と垂直面の指
向性パターンを示している。このように１素子逆相給電
は水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
となる。本実施例における受信装置はＳバンド・モバイ
ル・マルチメディア衛星放送に対応する装置であり、衛
星からの受信には２．５ｄＢｉの受信利得が要求される
が、要求される受信利得を満足するため、どのパッチア
ンテナ素子の位相を逆相にするか選択することで、通信
衛星の位置する所望の方向に最も適した指向性パターン
を得ることが可能である。
かる各々の位相を位相シフタでずらすとアンテナアレイ
ＡＮＴの指向性パターンが変化するが、４つのパッチア
ンテナ素子のうちいずれか１素子の位相を１８０°ずら
し、残りの３素子を０°とした場合（１素子逆相給電）
は特定の方向に指向性のピークを有する指向性パターン
をとる。図３（ａ）の指向性パターンＡ〜Ｄは、４つの
パッチアンテナ素子を有するアンテナアレイＡＮＴが１
素子逆相給電をとり得る組み合わせを示す。更に図３
（ｂ）〜図３（ｅ）はそれらの場合の指向性パターンで
あり、仰角４５°における水平面の指向性と垂直面の指
向性パターンを示している。このように１素子逆相給電
は水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
となる。本実施例における受信装置はＳバンド・モバイ
ル・マルチメディア衛星放送に対応する装置であり、衛
星からの受信には２．５ｄＢｉの受信利得が要求される
が、要求される受信利得を満足するため、どのパッチア
ンテナ素子の位相を逆相にするか選択することで、通信
衛星の位置する所望の方向に最も適した指向性パターン
を得ることが可能である。
【００２０】垂直面の指向性パターンについても仰角２
〜３°から９０°にいたるまで受信利得２．５ｄＢｉ以
上を得られているので、衛星方向の仰角である４５°を
中心に広い範囲で充分な利得を有しており、受信装置ま
たはアンテナが、例えば坂の斜面のように多少傾いた位
相にあったとしても利得を充分に保証することができ
る。
〜３°から９０°にいたるまで受信利得２．５ｄＢｉ以
上を得られているので、衛星方向の仰角である４５°を
中心に広い範囲で充分な利得を有しており、受信装置ま
たはアンテナが、例えば坂の斜面のように多少傾いた位
相にあったとしても利得を充分に保証することができ
る。
【００２１】図３（ａ）のパターンＥは例えばパッチア
ンテナ素子＃３と＃４のように隣り合う２つの素子の位
相を１８０°ずらし、残りの２素子を０°とした場合
（隣接２素子逆相給電）の組み合わせの一例である。ま
た、そのときの垂直面における指向性パターンを図３
（ｆ）に示す。仰角９０°でビームピークを示し、仰角
の大きな部分での水平面はほぼ無指向性を示す。Ｓバン
ド・モバイル・マルチメディア衛星放送では衛星からの
電波を受信できない場所をカバーするために設置された
ギャップフィラー（地上再送信装置）の電波を受信する
ためにアンテナに要求される受信利得は０ｄＢｉであ
り、図３（ｆ）に示す隣接２素子逆相給電であれば、ア
ンテナに対してどの方向にギャップフィラーがあっても
充分受信が可能である。
ンテナ素子＃３と＃４のように隣り合う２つの素子の位
相を１８０°ずらし、残りの２素子を０°とした場合
（隣接２素子逆相給電）の組み合わせの一例である。ま
た、そのときの垂直面における指向性パターンを図３
（ｆ）に示す。仰角９０°でビームピークを示し、仰角
の大きな部分での水平面はほぼ無指向性を示す。Ｓバン
ド・モバイル・マルチメディア衛星放送では衛星からの
電波を受信できない場所をカバーするために設置された
ギャップフィラー（地上再送信装置）の電波を受信する
ためにアンテナに要求される受信利得は０ｄＢｉであ
り、図３（ｆ）に示す隣接２素子逆相給電であれば、ア
ンテナに対してどの方向にギャップフィラーがあっても
充分受信が可能である。
【００２２】図３（ｇ）は１素子逆相給電の場合であっ
て、水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
に基づく受信利得（ｄＢｉ）（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、ア
ンテナの基準方向基づく方位（φａ）との関係を示した
ものである。例えば、アンテナの基準方向（図２の矢印
２２）が衛星水平方位である真南を向いているときφａ
＝０°とすればＡの指向性パターンを選択するのでその
受信利得は１０ｄＢｉとなる。アンテナが移動しφａ＝
４５°となるとＡの指向性パターンにおける受信利得は
５ｄＢｉとなり，Ｂの指向性パターンと交差する。更に
アンテナが幾何的に回転・移動してφａ＞４５°となれ
ば、Ｂの指向性パターンをとるようアンテナを切り替え
ることにより受信利得を高く保つことができる。したが
って、通常はφａ＝４５°，１３５°，２２５°，３１
５°で指向性パターンをＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａと切り替え
ることにより、受信利得を常に高く維持することができ
る。
て、水平面の特定の異なる方向（０°，９０°，１８０
°，２７０°）にビームピークを有する指向性パターン
に基づく受信利得（ｄＢｉ）（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、ア
ンテナの基準方向基づく方位（φａ）との関係を示した
ものである。例えば、アンテナの基準方向（図２の矢印
２２）が衛星水平方位である真南を向いているときφａ
＝０°とすればＡの指向性パターンを選択するのでその
受信利得は１０ｄＢｉとなる。アンテナが移動しφａ＝
４５°となるとＡの指向性パターンにおける受信利得は
５ｄＢｉとなり，Ｂの指向性パターンと交差する。更に
アンテナが幾何的に回転・移動してφａ＞４５°となれ
ば、Ｂの指向性パターンをとるようアンテナを切り替え
ることにより受信利得を高く保つことができる。したが
って、通常はφａ＝４５°，１３５°，２２５°，３１
５°で指向性パターンをＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａと切り替え
ることにより、受信利得を常に高く維持することができ
る。
【００２３】Ｓバンド・モバイル・マルチメディア衛星
放送に対応する装置は衛星からの受信に２．５ｄＢｉの
受信利得が要求されるが、本実施例のように指向性パタ
ーンの切替基準点を少なくとも２．５ｄＢｉにとること
により、受信状態の中断を生じさせない。
放送に対応する装置は衛星からの受信に２．５ｄＢｉの
受信利得が要求されるが、本実施例のように指向性パタ
ーンの切替基準点を少なくとも２．５ｄＢｉにとること
により、受信状態の中断を生じさせない。
【００２４】以上説明したように、本発明による受信装
置では衛星からの電波による受信利得が要求される値以
下にならないよう指向性パターンを制御するが、指向性
パターンを制御しても受信利得が得られないような場合
は、衛星からの電波が到達しない地域であると判断し
て、その所在方位が不特定であろうギャップフィラーか
らの電波を受信できるよう無指向性のパターンに切り替
える。また、ギャップフィラーからの電波による受信利
得が得られない場合は、再度衛星からの電波を受信でき
るよう切り替えることとなる。
置では衛星からの電波による受信利得が要求される値以
下にならないよう指向性パターンを制御するが、指向性
パターンを制御しても受信利得が得られないような場合
は、衛星からの電波が到達しない地域であると判断し
て、その所在方位が不特定であろうギャップフィラーか
らの電波を受信できるよう無指向性のパターンに切り替
える。また、ギャップフィラーからの電波による受信利
得が得られない場合は、再度衛星からの電波を受信でき
るよう切り替えることとなる。
【００２５】地磁気センサー 図４（ａ）に、図１の実施例における地磁気センサー４
の構成を示す。このセンサーはＴＤＫ株式会社製の直交
フラックスゲート型小型地磁気センサー（登録商標：Ｔ
ＭＳ−２１５／ＴＭＳ−１１５）である。本実施例の地
磁気センサーの外形寸法は約３．２ｃｍ×２．３ｃｍ程
度の小型なものである。そして図４Ｂに日本国内東京地
域の地磁気とほぼ同程度の磁界０．３０ｅの中で回転さ
せた場合の出力電圧特性を示す。
の構成を示す。このセンサーはＴＤＫ株式会社製の直交
フラックスゲート型小型地磁気センサー（登録商標：Ｔ
ＭＳ−２１５／ＴＭＳ−１１５）である。本実施例の地
磁気センサーの外形寸法は約３．２ｃｍ×２．３ｃｍ程
度の小型なものである。そして図４Ｂに日本国内東京地
域の地磁気とほぼ同程度の磁界０．３０ｅの中で回転さ
せた場合の出力電圧特性を示す。
【００２６】検出コイルの巻かれたＸ軸／Ｙ軸成分検出
素子４１，４２においてコアと一体化した短冊状の導体
にパルス電圧発生回路からのパルス電流を通電する。通
電電流がピーク値に達しているわずかな時間だけコアは
完全飽和し、コア材料の透磁率が変化する。コアに平行
な地磁気の磁束はコア完全飽和時にはコア内に収束され
ないが、非飽和時にはコア内に収束されるので、コア内
の地磁気磁束が交流時に変化する。この変化するコア内
の地磁気磁束に関し、ピーク検出回路４３，４４でコア
に平行な地磁気の磁束成分を通電電流ピーク時の検出コ
イル出力でＶＸ、ＶＹとして検出することができる。
素子４１，４２においてコアと一体化した短冊状の導体
にパルス電圧発生回路からのパルス電流を通電する。通
電電流がピーク値に達しているわずかな時間だけコアは
完全飽和し、コア材料の透磁率が変化する。コアに平行
な地磁気の磁束はコア完全飽和時にはコア内に収束され
ないが、非飽和時にはコア内に収束されるので、コア内
の地磁気磁束が交流時に変化する。この変化するコア内
の地磁気磁束に関し、ピーク検出回路４３，４４でコア
に平行な地磁気の磁束成分を通電電流ピーク時の検出コ
イル出力でＶＸ、ＶＹとして検出することができる。
【００２７】図４（ａ）において地磁気がＹ軸成分検出
素子に平行であって基準方向矢印４５の方向を回転角度
＝０°としてＸ軸出力ＶＸ、Ｙ軸出力ＶＹを示したもの
が図４（ｂ）である。ＶＸ、ＶＹは２．５０±１．０Ｖ
として出力される。即ち、磁気センサー４の基準線方位
４５が真南を向いているときＶＸ＝２．５０Ｖ、ＶＹ＝
３．５０Ｖである。
素子に平行であって基準方向矢印４５の方向を回転角度
＝０°としてＸ軸出力ＶＸ、Ｙ軸出力ＶＹを示したもの
が図４（ｂ）である。ＶＸ、ＶＹは２．５０±１．０Ｖ
として出力される。即ち、磁気センサー４の基準線方位
４５が真南を向いているときＶＸ＝２．５０Ｖ、ＶＹ＝
３．５０Ｖである。
【００２８】図５に本受信装置の自動車への実施例と受
信装置の回転に伴って制御されるアンテナ指向性パター
ンの様子を示す。アンテナＡＮＴと磁気センサー４は１
つの筐体にそれらの基準方向２２と４５が幾何学的に合
致するように固定され、アンテナＡＮＴ制御回路部分と
共に自動車の屋根に設置される。アンテナからの信号は
車内に引き込まれ、チューナ／復調部で受信・復調され
る。本発明により制御されたアンテナ指向性パターンの
ビーム方向はアンテナの指向性パターンを切り換えるこ
とにより、自動車（受信装置）の向きにかかわらず常に
真南方向付近に維持されている。
信装置の回転に伴って制御されるアンテナ指向性パター
ンの様子を示す。アンテナＡＮＴと磁気センサー４は１
つの筐体にそれらの基準方向２２と４５が幾何学的に合
致するように固定され、アンテナＡＮＴ制御回路部分と
共に自動車の屋根に設置される。アンテナからの信号は
車内に引き込まれ、チューナ／復調部で受信・復調され
る。本発明により制御されたアンテナ指向性パターンの
ビーム方向はアンテナの指向性パターンを切り換えるこ
とにより、自動車（受信装置）の向きにかかわらず常に
真南方向付近に維持されている。
【００２９】制御フロー 図６にアンテナの指向性パターン切替のための制御フロ
ーを示す。ステップ１にて、本装置がパワーオン又は制
御フローを実行するためのシステムをリセットし、ステ
ップ２にてＣＰＵ、レジスタ（ｍ）等からなるプロセッ
サを初期化し、レジスタにｍ＝０を書き込む。ステップ
３で、ＣＰＵは地磁気センサからの出力信号ＶＸ，ＶＹ
の値をＡ／Ｄ変換して読み込む。ここで、通常はアンテ
ナの指向性パターンは図４（ｂ）に示すようにφ＝３１
５°〜４５°がＡパターン、φ＝４５°〜１３５°がＢ
パターン、φ＝１３５°〜２２５°がＣパターン、φ＝
２２５°〜３１５°がＤパターンを選択して切り替える
必要があるので、切替のためのしきい値（ＶＴ１，ＶＴ
２）を設定する。ステップ４−１〜４−４では地磁気セ
ンサからの出力信号（ＶＸ，ＶＹ）としきい値（ＶＴ
１，ＶＴ２）を比較することで、受信装置がどの方位に
あるか判断し、最適な指向性パターンを得ることができ
る制御信号を位相シフタへ出力する。
ーを示す。ステップ１にて、本装置がパワーオン又は制
御フローを実行するためのシステムをリセットし、ステ
ップ２にてＣＰＵ、レジスタ（ｍ）等からなるプロセッ
サを初期化し、レジスタにｍ＝０を書き込む。ステップ
３で、ＣＰＵは地磁気センサからの出力信号ＶＸ，ＶＹ
の値をＡ／Ｄ変換して読み込む。ここで、通常はアンテ
ナの指向性パターンは図４（ｂ）に示すようにφ＝３１
５°〜４５°がＡパターン、φ＝４５°〜１３５°がＢ
パターン、φ＝１３５°〜２２５°がＣパターン、φ＝
２２５°〜３１５°がＤパターンを選択して切り替える
必要があるので、切替のためのしきい値（ＶＴ１，ＶＴ
２）を設定する。ステップ４−１〜４−４では地磁気セ
ンサからの出力信号（ＶＸ，ＶＹ）としきい値（ＶＴ
１，ＶＴ２）を比較することで、受信装置がどの方位に
あるか判断し、最適な指向性パターンを得ることができ
る制御信号を位相シフタへ出力する。
【００３０】しかしながら、地磁気センサの出力信号の
値はセンサが水平に置かれていることを前提に規定され
ているので、センサが傾くと出力信号のピーク値が小さ
くなってしまう。そのような場合であっても、受信利得
がアンテナに要求される受信利得以上の範囲となるよう
しきい値の値を調整することで対応することが可能であ
る。即ち、図４（ｂ）においてＶＴ１を通常の１．８Ｖ
から１．９Ｖへ、ＶＴ２を通常の３．２Ｖから３．１Ｖ
変更すればセンサ出力信号のピーク値が小さくなっても
対応可能であり、切替方位が通常のφａ＝４５°，１３
５°，２２５°，３１５°で切り替わらないが受信利得
は要求値を満足することができる。したがって、受信装
置が置かれる環境や受信する放送の状況によって、しき
い値を選択し最適な環境を求めることが可能となる。
値はセンサが水平に置かれていることを前提に規定され
ているので、センサが傾くと出力信号のピーク値が小さ
くなってしまう。そのような場合であっても、受信利得
がアンテナに要求される受信利得以上の範囲となるよう
しきい値の値を調整することで対応することが可能であ
る。即ち、図４（ｂ）においてＶＴ１を通常の１．８Ｖ
から１．９Ｖへ、ＶＴ２を通常の３．２Ｖから３．１Ｖ
変更すればセンサ出力信号のピーク値が小さくなっても
対応可能であり、切替方位が通常のφａ＝４５°，１３
５°，２２５°，３１５°で切り替わらないが受信利得
は要求値を満足することができる。したがって、受信装
置が置かれる環境や受信する放送の状況によって、しき
い値を選択し最適な環境を求めることが可能となる。
【００３１】次に、アンテナの指向性パターンがＡ〜Ｄ
のいづれかに選択されたときは、ステップ５に移行す
る。ステップ５は出力レベルの監視用信号として復調器
から出力されるＡＧＣ信号（ＶＬ）を読み込み、ステッ
プ６で該ＡＧＣ信号（ＶＬ）と切替のためのしきい値
（Ｒｈ）を比較する。しきい値（Ｒｈ）とはφａ＝４５
°，１３５°，２２５°，３１５°の時の選択されてい
る指向性パターンの受信利得に対応する信号である。こ
こで、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒｈ）より大き
ければ、再度ステップ５に移行し、レジスタにｍ＝１を
書き込む。即ち、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒ
ｈ）より大きければ、そのときに選択されている指向性
パターンを維持しつづけることになる。
のいづれかに選択されたときは、ステップ５に移行す
る。ステップ５は出力レベルの監視用信号として復調器
から出力されるＡＧＣ信号（ＶＬ）を読み込み、ステッ
プ６で該ＡＧＣ信号（ＶＬ）と切替のためのしきい値
（Ｒｈ）を比較する。しきい値（Ｒｈ）とはφａ＝４５
°，１３５°，２２５°，３１５°の時の選択されてい
る指向性パターンの受信利得に対応する信号である。こ
こで、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒｈ）より大き
ければ、再度ステップ５に移行し、レジスタにｍ＝１を
書き込む。即ち、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値（Ｒ
ｈ）より大きければ、そのときに選択されている指向性
パターンを維持しつづけることになる。
【００３２】また、ＡＧＣ信号（ＶＬ）が何らかの原因
でしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなると、ス
テップ７に移行する。ステップ７では、ＡＧＣ信号（Ｖ
Ｌ）がしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなった
が、Ｓバンド・モバイル・マルチメディア衛星放送が衛
星からの受信のためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１
より大きければ、受信装置が移動したため受信利得が下
がったものとみなしてステップ３に移行し、ステップ４
で再度最適な指向性パターンを選択する。
でしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなると、ス
テップ７に移行する。ステップ７では、ＡＧＣ信号（Ｖ
Ｌ）がしきい値（Ｒｈ）を超えることができなくなった
が、Ｓバンド・モバイル・マルチメディア衛星放送が衛
星からの受信のためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１
より大きければ、受信装置が移動したため受信利得が下
がったものとみなしてステップ３に移行し、ステップ４
で再度最適な指向性パターンを選択する。
【００３３】しかし、ＡＧＣ信号（ＶＬ）がしきい値
（Ｒｈ）を超えることができなくなり、かつＳバンド・
モバイル・マルチメディア衛星放送が衛星からの受信の
ためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１より小さけれ
ば、衛星からの電波が到達しない地域であると判断して
ステップ８に移行し、ギャップフィラーからの電波を受
信できるよう水平面内無指向性のパターンＥに切り替え
る。アンテナを水平面内無指向性にするためには隣接２
素子逆相給電に位相シフタを制御する。
（Ｒｈ）を超えることができなくなり、かつＳバンド・
モバイル・マルチメディア衛星放送が衛星からの受信の
ためにアンテナに要求する受信利得Ｒ１より小さけれ
ば、衛星からの電波が到達しない地域であると判断して
ステップ８に移行し、ギャップフィラーからの電波を受
信できるよう水平面内無指向性のパターンＥに切り替え
る。アンテナを水平面内無指向性にするためには隣接２
素子逆相給電に位相シフタを制御する。
【００３４】次にステップ９に移行し再度ＡＧＣ信号
（ＶＬ）を読み込んで、ギャップフィラーからの電波を
受信するためにアンテナに要求する受信利得に対応する
値（Ｒ１）とステップ１０で比較する。ここでＡＧＣ信
号（ＶＬ）が大きければ再度ステップ９に移行し、パタ
ーンＥを維持することになる。この時再びレジスタにｍ
＝１を書き込む。ここで、又ＡＧＣ信号（ＶＬ）がギャ
ップフィラーからの電波を受信するためにアンテナに要
求する受信利得に対応する値（Ｒ１）より小さくなり、
ステップ１１にてレジスタの状態をチェックし、ｍ＝１
ならば再度ステップ３に移行し、指向性パターンで受信
し得るか否か探索することになる。
（ＶＬ）を読み込んで、ギャップフィラーからの電波を
受信するためにアンテナに要求する受信利得に対応する
値（Ｒ１）とステップ１０で比較する。ここでＡＧＣ信
号（ＶＬ）が大きければ再度ステップ９に移行し、パタ
ーンＥを維持することになる。この時再びレジスタにｍ
＝１を書き込む。ここで、又ＡＧＣ信号（ＶＬ）がギャ
ップフィラーからの電波を受信するためにアンテナに要
求する受信利得に対応する値（Ｒ１）より小さくなり、
ステップ１１にてレジスタの状態をチェックし、ｍ＝１
ならば再度ステップ３に移行し、指向性パターンで受信
し得るか否か探索することになる。
【００３５】一方、衛星からの電波が受信できず、又、
ギャップフィラーからの電波を受信するよう切り替えて
も、更に電波を受信できない場合が考えられる。この場
合ステップ１１でレジスタの状態をチェックすると、ｍ
＝０であるのでステップ３に移行せず、ステップ１２−
１〜１２−４に移行する。ここでは、受信パターンＡか
ら受信パターンＤへ順にスキャンし、ステップ９及び１
０にて夫々の受信状態を確認する。ここで、いづれかの
指向性パターンにおいてギャップフィラーからの電波が
アンテナに要求する受信利得を満足すればその状態を維
持する。
ギャップフィラーからの電波を受信するよう切り替えて
も、更に電波を受信できない場合が考えられる。この場
合ステップ１１でレジスタの状態をチェックすると、ｍ
＝０であるのでステップ３に移行せず、ステップ１２−
１〜１２−４に移行する。ここでは、受信パターンＡか
ら受信パターンＤへ順にスキャンし、ステップ９及び１
０にて夫々の受信状態を確認する。ここで、いづれかの
指向性パターンにおいてギャップフィラーからの電波が
アンテナに要求する受信利得を満足すればその状態を維
持する。
【００３６】指向性を持たせた受信パターンは、特定の
方向に受信感度の指向性ピークを有しているので、ギャ
ップフィラーからの電波を受ける通常の受信パターンで
ある水平面内無指向性のパターンより、ギャップフィラ
ーからの電波を遠方から受信できる可能性がある。この
処理は、補助的なもので地磁気センサを用いた衛星から
の受信パターンを選択した場合、あるいはギャップフィ
ラーからの電波を受信するよう切り替えた場合の両方
で、更に電波を受信できない場合のみ行われるものであ
る。
方向に受信感度の指向性ピークを有しているので、ギャ
ップフィラーからの電波を受ける通常の受信パターンで
ある水平面内無指向性のパターンより、ギャップフィラ
ーからの電波を遠方から受信できる可能性がある。この
処理は、補助的なもので地磁気センサを用いた衛星から
の受信パターンを選択した場合、あるいはギャップフィ
ラーからの電波を受信するよう切り替えた場合の両方
で、更に電波を受信できない場合のみ行われるものであ
る。
【００３７】
【効果】本発明では、地磁気センサーによる方位と、Ａ
ＧＣによる受信信号レベルを検出して、アンテナの指向
性パターンを切り替えることにより、装置が回転しても
中断することなく、受信状態を維持することが可能であ
る。
ＧＣによる受信信号レベルを検出して、アンテナの指向
性パターンを切り替えることにより、装置が回転しても
中断することなく、受信状態を維持することが可能であ
る。
【００３８】衛星からの電波が受信できない状況では、
地上再送信装置からの電波の受信に適した指向性パター
ンに切り替えることにより受信の中断を最小にすること
が可能となる。又この逆の切り替えも可能である。
地上再送信装置からの電波の受信に適した指向性パター
ンに切り替えることにより受信の中断を最小にすること
が可能となる。又この逆の切り替えも可能である。
【００３９】地磁気センサーが人工磁界等の外乱によ
り、正常な方位ができない状態でも、取り得るアンテナ
指向性パターンを走査して受信の中断を最小にすること
ができる。
り、正常な方位ができない状態でも、取り得るアンテナ
指向性パターンを走査して受信の中断を最小にすること
ができる。
【００４０】アンテナに指向性を持たせて送信装置に向
けることで、利得に余裕が生まれ、雨や雪などの天候の
影響による電波の減衰に対する（受信の）限界を高める
ことができる。
けることで、利得に余裕が生まれ、雨や雪などの天候の
影響による電波の減衰に対する（受信の）限界を高める
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の受信装置の構成を示す。
【図２】本発明実施例のアンテナ構成を示す。
【図３ａ】アンテナ指向性パターンＡ〜Ｅをアンテナ素
子への給電波相の組合せを示す。
子への給電波相の組合せを示す。
【図３ｂ】指向性パターンＡの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｃ】指向性パターンＢの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｄ】指向性パターンＣの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｅ】指向性パターンＤの水平と垂直パターンを示
す。
す。
【図３ｆ】無指向性パターンＥの垂直パターンを示す。
【図３ｇ】本発明実施例のアンテナ指向性パターンＡ〜
Ｄとずれ角度φａの関係を示す。
Ｄとずれ角度φａの関係を示す。
【図４ａ】本発明実施例の地磁気センサー構成を示す。
【図４ｂ】本発明実施例の地磁気センサーのＸ，Ｙ軸出
力を示す。
力を示す。
【図５】本発明の実施例受信装置を自動車に装備した例
を示す。
を示す。
【図６】本発明実施例による受信機での制御フローを示
す。
す。
【符号の説明】 ＡＮＴ アンテナ ＰＨＳ−１〜ＰＨＳ−４ 位相シフタ １ 電力合成器 ２ チューナ ４ 地磁気センサー １０ ＣＰＵ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 紀昭 東京都中央区日本橋一丁目13番１号 ティ ーディーケイ株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 AB06 CA06 DB02 DB03 EA04 FA17 FA20 FA26 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 HA10 5K059 CC04 DD32 DD37 DD39 DD44 5K067 AA23 EE02 EE07 KK02 KK03 KK13
Claims (10)
- 【請求項１】 少なくとも、複数の異なるアンテナ指向
性パターンをとり得るアンテナ、該アンテナから電波を
受信するチューナー、該アンテナを制御して該複数の指
向性パターンからその１つのパターンを決定するための
アンテナ制御信号生成プロセッサ、及び地磁気センサを
有する受信装置であって、 該地磁気センサは、該アンテナの所定の幾何的方向であ
る方位を示す方位信号を生成し、そして、 該プロセッサは該方位信号に基づいて該アンテナ制御信
号生成していることを特徴とする受信装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の受信装置において、該
アンテナは複数の導電パッチが平面内に配置されたマイ
クロストリップパッチアンテナであり、該複数のパッチ
各々から取り出される受信電波信号は、アンテナの指向
性を決定するためにそれぞれ位相シフタを介した後に合
成されて該チューナーへの電波信号となり、そして該位
相シフタは前記プロセッサから生成されるアンテナ制御
信号により制御されていることを特徴とする受信装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載の受信装置において、該
位相シフタは該複数のパッチ各々からの受信電波信号に
対し、少なくとも１．８０°及び０°の位相シフトを与
えるものであることを特徴とする受信装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の受信装置において、該地
磁気センサは水平面における方位信号として、互いに垂
直な検出軸における２つの検出信号を生成し出力するこ
とを特徴とする受信装置。 - 【請求項５】 請求項１記載の受信装置において、該プ
ロセッサは該アンテナが取り得る指向性パターンに対応
する制御信号を記憶するメモリーを有し、該地磁気セン
サからの方位信号に基づいて選択されるべきアンテナ指
向性パターンを決定し、決定されたアンテナ指向性パタ
ーンを取るための制御信号を生成出力することを特徴と
する受信装置。 - 【請求項６】 請求項１に記載の受信装置において、該
プロセッサは該受信電波信号の強度に応答して、該アン
テナが無指向性パターンをとるアンテナ制御信号を出力
することを特徴とする受信装置。 - 【請求項７】 地上送信装置および衛星送信装置からの
電波を受信する受信装置において、少なくとも地上送信
装置及び衛星送信装置からの電波を受信するアンテナ、
該アンテナの現在の方位を検出する手段、該方位検出出
力に基づいて該アンテナの指向性パターンを制御する手
段、及びアンテナからの信号を受信する手段を有し、 該アンテナは複数のアンテナ素子で構成されていて、該
複数のアンテナ素子各々の給電点における位相をシフト
する手段を含み、 該制御手段は、前記方位検出手段に基づいた制御信号を
該位相シフト制御手段へ印加して該アンテナの指向性パ
ターンを決定することを特徴とする受信装置。 - 【請求項８】 請求項７に記載の受信装置において、方
位検出手段は地磁気センサであることを特徴とする受信
装置。 - 【請求項９】 請求項７に記載の受信装置において、該
制御手段は該受信手段における受信放送電波の信号強度
に応答して、該アンテナが無指向性パターンをとる制御
信号を出力することを特徴とする受信装置。 - 【請求項１０】 請求項１又は７の受信装置において、
該アンテナがとり得る複数の指向性パターンは、それぞ
れ異なる水平面方位に利得ピークを有するものであり、
アンテナが要求する最低受信利得より高いレベルを閾値
として用いて、該指向性パターンの切り替えを行うこと
を特徴とする受信装置。
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