JP2002523005A - アンテナ装置 - Google Patents

アンテナ装置

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JP2002523005A
JP2002523005A JP2000565585A JP2000565585A JP2002523005A JP 2002523005 A JP2002523005 A JP 2002523005A JP 2000565585 A JP2000565585 A JP 2000565585A JP 2000565585 A JP2000565585 A JP 2000565585A JP 2002523005 A JP2002523005 A JP 2002523005A
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antenna
unit
antenna structure
detection unit
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JP2000565585A
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ニルソン,マッツ
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シーツーサット、コミュニケーションズ、アクチエボラーグ
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H01Q3/08Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying two co-ordinates of the orientation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/125Means for positioning
    • H01Q1/1257Means for positioning using the received signal strength

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Burglar Alarm Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 アンテナ構造は、アンテナ反射器(10)、トランシーバーエレメント(11)、および信号コンバーター(121−122)と標的物体に対するアンテナ反射器(10)の整列を制御するため入って来る信号に応答して制御信号を発生させるための計算ユニット(123)を有する信号検出ユニット(12)を含んでいる。信号コンバーター(121−122)はそのバンド幅を必要な最大周波数範囲から狭いバンド周波数範囲へ自動的にそして増分的に減らす。アンテナ反射器の方向の変化は3Dセンサー(131,132,133)を含んでいる運動検出ユニット(13)の媒介によって検出される。アンテナ反射器(10)の整列方向の機械的制御は駆動ユニット(15)の助けによって実行される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【本発明の分野】
本発明はアンテナ構造、そしてもっと詳しくはアンテナ反射器、アンテナ支持
ユニット、トランシーバー要素、センサーユニット、そして標的から到着する信
号を処理しそしてこれら信号に基づいてアンテナ反射器を標的との整列に案内す
るための信号を発生させるための信号検出ユニットを含んでいるアンテナ構造に
関する。
【0002】 このアンテナ構造は静止型もしくは可動支持表面搭載型であることができ、換
言すれば静止設備、陸用車輛設備または船舶設備用を意図する。
【0003】
【本発明の背景】
この種のアンテナ構造において、例えば陸上アンテナと人工衛星の間にその間
の正確な整列を得るようにその間の方位を最適にすることが目的である別々の指
向および追跡システムを使用することが知られている。そのようなシステムにお
いてアンテナ構造をもって最適な動的指向正確性を達成するための投資コストは
非常に高い。このアンテナ指向正確性は例えばアンテナ支持表面の運動、風およ
び波運動のような外から作用する力によって影響され得る。
【0004】 事柄は相互に関して運動するアンテナ構造および標的に関するので、指向シス
テムに高度の要請が課せられる。これら高度の要請は、代って、標的から到着す
る信号を検出するための設備の選択を極めて高価な設備のみに制限する。高い動
的指向正確性の要求の見地から、モノパルス技術が使用される。しかしながらこ
の技術は、望む効果を得るのに広バンドスペクトルアナライザー等のような信号
検出機器に高い投資を通常必要とする。
【0005】 数々の既知のシステムは、参照データに情報を提供するために使用される主に
非線形コンポーネントのドリフトおよび不安定性を補正する可能性を欠いており
、それ故これらシステムは温度および電流により経時的に絶えずドリフトする。
【0006】 本発明の目的は、運動する物体に搭載されている可動アンテナ構造から地平線
上方に位置する可動信号源を連続的に追跡する問題を合理的コストにおいて、す
なわち現在達成し得るコストより実質的に低いコストにおいて解決する上記種類
のアンテナ構造を提供することである。
【0007】
【本発明の概要】
信号コンバーターおよび計算ユニットを含んでいる前述の種類のアンテナ構造
の場合に、本発明に従い、信号コンバーターはそのバンド幅を自動的にかつ増分
的に減少させるように適合しており、それと共に所望の入力信号が前記バンド幅
内に検出できるまで与えられたバンド幅が活性化されそして保持されることが提
案される。本発明のアンテナ構造は、一方ではアンテナ反射器の整列の望まない
変化を感知するための、そして他方では標的物体に関する所望のアンテナ位置を
セットしそして保持するためのセンサーシステムと、反射器の後側に配置された
センサーのグループと、そしてそれぞれの回転軸に配置されたセンサーのさらな
るグループを含んでいる。両方のセンサーグループは最適の信号検出が達成され
る時ゼロにセットされるように適合しており、それによって信号コンバーターの
周波数範囲は最良の可能な信号値が得られるまで一つの与えられたバンド幅から
次の低バンド幅へ増分的減少へ服される。
【0008】 このセンサーシステムは外力によって生じるアンテナ構造の位置変化に関する
情報を提供する。この位置変化は速度データ(ΔVx,ΔVy,ΔVz)に基づ
いて規定され、これら速度データは相対的位置データを得るように計算ユニット
において積分される。センサーシステムの報告時間によって決定される、確立さ
れた時間内に発生した速度変化に関するデータの知識により、前記情報は上位の
コンピュータ化システムのための入力値として使用され、該システムはこれらの
値を前記外力によって生じたアンテナ構造の位置の変化を補償するため駆動ユニ
ットへ送られる。
【0009】 この点に関し、センサーシステムは、アンテナ構造が搭載されている表面の運
動の結果としてアンテナ構造に作用する外力を補償するためと、そしてアンテナ
反射器のあらかじめ決定した所望のそして割当てられた運動パターンおよび既知
の軌道および/または進行する時間の間計算ユニットの助けにより計算した運動
パターンを有する信号標的のアンテナ反射器の追跡を検出するためのような、少
なくとも二つの異なる目的のために使用することができる。
【0010】 センサーシステムはこのように前記アンテナ構造へのすべての外力を絶えず補
償するアンテナ構造の能力に対し全体的な責任を有する。
【0011】 対応して、さもなければシステム中に含まれるすべての電子部品から出力デー
タに関してシステムドリフトを発生し得る前記アンテナ構造中の電子部品の温度
依存性、エージング等のための正確な補償データを得ることが重量である。
【0012】
【好ましい具体例の説明】
今や添付図面を参照して本発明がもっと詳細に説明されるであろう。
【0013】 図1に図示したアンテナ構造は、アンテナ反射器10と、アーム110を介し
て反射器の前側へ取付けたトランシーバーホーン11と、信号検出ユニット12
と、そして反射器運動の三次元検出のためのセンサー131,132,133(
図2を見よ)を有するセンサーユニット13を含んでおり、これら二つのユニッ
トは組合せユニットとして反射器10後側へ取付けられている。センサーは外力
によって生じたそれぞれの回転軸のまわりの運動を検出するようになっている。
【0014】 トランシーバーホーンは、好ましくはスウェーデン特許明細書9402587
−1“Feed Horn Intended Particularly f
or Two−Way Satellite Communication S
ystem”から自明な種類のものである。アンテナ反射器10は、船舶または
車輛へ取付けられ、そして信号検出ユニット12に含まれる計算ユニット123
によって発生させた制御信号に応答して意図する標的、例えば衛星とのアンテナ
反射器の整列を機械的に制御するためのモータ151,152,153,154
を有する駆動もしくはパワーユニット15を含んでいるベース要素へ機械的に固
着される。アンテナ反射器10およびトランシーバーホーン11は、好ましくは
スウェーデン特許明細書9702268−5“A Device Compri
sing an Antenna Reflector and Transc
eiver Horn Combined in a Compact Uni
t”から自明な態様に構成されたコンパクトなアンテナを形成するように結合さ
れる。
【0015】 図2のブロック概略図は、直列に連結された高周波信号コンバーター121と
、中間周波数信号コンバーター122と、そして計算ユニット123を有する信
号検出ユニット12を示している。それぞれ光ファイバーおよび半導体素子と共
に作動する三次元で検出する速度(ΔVx,ΔVy,ΔVz)センサーおよび加
速度(Δax,Δay,Δaz)センサーを含んでいる、アンテナ反射器のため
のセンサーシステムの運動検出ユニット13も示されている。すべての電子機器
は経時的にドリフトおよび不安定性を蒙むる。これは出力データエラーを排除す
るため多かれ少なかれ連続的補正を必要とする。提案した信号検出ユニット12
は必須の補正データがセンサーシステムのすべてのセンサーについて提供される
ことを可能にする。高周波数コンバーター121の出力側は中間周波数コンバー
ター122へ接続され、そこで前記バンド幅の自動減少が行われるようになって
いる。
【0016】 トランシーバーホーン11は高周波数信号コンバーター121上の信号入力へ
接続された信号出力を有し、そしてアンテナ反射器の運動を検出するための前記
センサーシステムの運動検出ユニット13は計算ユニット123上の信号入力へ
導体130を介して接続された信号出力を有する。計算ユニットはシステム制御
ユニット14へ接続された出力を有する。このように原理において、計算ユニッ
ト123はその出力側において、アンテナ構造の可動部品へ回転運動を伝導する
ための制御モータ151〜154を含んでいる駆動ユニット上の入力へ接続され
る。
【0017】 センサー171〜174を有する第2の運動検出ユニット17の信号出力17
0は、システム制御ユニット14の信号入力140へ接続された信号出力124
1を有する第2の計算ユニット124の信号入力1240へ接続される。システ
ム制御ユニット14は計算ユニット123の信号出力1231へ接続された信号
入力141と、そして駆動ユニット15上の入力150へ接続された信号出力1
42を有する。
【0018】 システム制御ユニット14を介して開始される補償データの結果として、この
構造内の各回転軸x,y,z,pに関して実行される実際の運動補償を検出する
ことを意図するセンサー181〜184を有する第3の運動検出ユニット18は
、システム制御ユニット14上の信号入力143へ接続された信号出力1251
を有する第3の計算ユニット125上の信号入力1250へ接続された信号出力
180を有する。
【0019】 アンテナ反射器は当初、問題の位置の緯度および経度を決定するように機能す
るセンサー(GPS)と、傾斜計と、そしてコンパスの助けにより標的に概ね整
列される。同時に、アンテナ反射器が概ね標的と整列される時アンテナに作用す
る外力の影響が連続的に補償される。この運動補償はコンパクトなアンテナユニ
ットの異なる回転軸(方位z,高度y,高度x,偏角p)についてセンサーシス
テムの運動検出ユニットによって実行される。
【0020】 標的は、例えば±40kHzの範囲内の一定のドリフトをもって12.541
GHzのパイロット周波数を放出していると仮定する。中間周波数信号コンバー
ター122は±8kHzの最大周波数範囲のためにセットされる。信号検出ユニ
ット12は入って来る信号の最大値(ピーク、信号カーブ標的=0)において作
動するように適合している。この最大値に遭遇するとすぐに(ΔVx;ΔVy;
ΔVz)および(Δax;Δay;Δaz)が新しい補正した入力値のために読
取られ、そしてシステム制御ユニット14へ送られる。その間同時に中間周波数
信号コンバーター122はその周波数範囲を次の低レベル、例えば3.75kH
zへ自動的に減らされる。その間パイロット周波数は僅かにドリフトしており、
そしてアンテナ支持表面はある方向に動いていることがあり得る(例えば前記支
持表面従ってアンテナ構造に作用する外力の結果として)が、しかし今や信号が
もっと正確に検出されるようにもっと狭いバンド幅内でそしてそれによって減ら
された入って来る信号ノイズをもって走査が行われる。
【0021】 周波数範囲は場合によってより低いレベル、例えば1.9kHzへさらに減ら
すことができる。各最大値において同じ方法でセンサーシステムの運動検出ユニ
ット13から新しい出力値が得られる。
【0022】 得られたそして検出された周波数を基にして制御された最も近いより低い選択
されたバンド幅へのこの自動的スケーリングによる利益は、パイロット周波数の
振幅(ピーク値)に関して信号ノイズが少なくなればなる程パイロット周波数の
検出のより少ない妨害が許容されるため、信号ノイズが大きく抑制される。
【0023】 もしパイロット周波数がスケーリング範囲から失われたならば、走査は最も近
い高いバンド幅へ復帰する。
【0024】 提案した信号検出操作は安定した測定結果を得るために時間を必要とするため
、上位のセンサーシステムおよびその運動検出ユニットの内部ドリフトおよび不
安定性は、システムが良好な信号検出結果を提供する時間を持ち、そしてそれに
よってすべてのシステム構成部品のドリフトと不安定性を補正することを可能に
するために、経時的に非常に僅少でなければならない。
【0025】 本発明のアンテナ構造の性能を特徴付けるコスト効率および高価な部分の限ら
れた必要性のための本質基礎は、センサーシステムが信号検出ユニットに関し上
位の役割を持つことを許容することにある。この主な目的は運動検出ユニットの
出力データを部品ドリフトおよび不安定性に関して補正することである。
【0026】 本発明の着想を説明するのに必要なユニットだけが明細書に含まれている。当
然このアンテナ構造は、通常含まれており、そして例えば衛星を経由する商業的
通信機器に必要なユニットも含むであろう。アンテナ反射器10上に信号検出ユ
ニット12と同じ機器ケーシング内に搭載される上位運動検出ユニットの3Dセ
ンサー131〜133や、それぞれの回転軸上に搭載されるセンサー171〜1
74およびセンサー181〜184は、すべてシステム制御ユニット14を介し
て絶えず15ms以下の周期的に補正データを駆動ユニット15へ送る。
【0027】 この機器へはある種の使用のため第3の3Dセンサーユニットを追加すること
ができ、この第3のユニットはその時支持ベース上に搭載される。これは出力デ
ータ(ΔVx;ΔVy;ΔVz)および(Δax;Δay;Δaz)のより大き
な解像度を提供し、そしてアンテナ構造の機械的可撓性を動的にそして連続的に
測定することを可能にし、そして前記構造内の望まない運動を補正することを可
能にする。
【0028】 信号検出ユニット12がそれぞれのレシーバーホーン11中の個々の測定ホー
ンから適切なパイロット信号を検出しそして補正データを計算し、そしてこのデ
ータを92ms以下の周期で送った時、アンテナ構造の現在位置の十分に良好な
補正を開始することができる。これは、信号検出ユニット12の出力データがい
わゆる“真の値”として使用されることを意味し、それと同時に運動検出ユニッ
ト13の出力データ値が記録される。この点に関し、運動検出ユニット13は再
びアンテナ構造に外部から作用する力に対する補償データに関し上位機能を引受
ける。
【0029】 上記の相互作用は連続して行われ、そして可変バンド幅を有する信号検出ユニ
ットの使用を可能とし、それと共に安定したしかし比較的弱いパイロット信号を
基にして最適な方向補正のため非常に狭いバンド幅を使用することを可能にする
。狭いバンド幅は、広いバンド幅においては通常環境信号ノイズ中におぼれて了
うであろう非常に弱いパイロット信号の検出を可能にする。このことはセンサー
システムの経時的に安定な上位機能によって可能とされる。
【0030】 アンテナ構造のセンサーシステムは、さらに多数のセンサー、すなわちデジタ
ルコンパスと組合わされた傾斜計を含み、これは支持ベースから構造の他の部分
を分離しかつそれと合体する搭載されたショックおよび振動ダンパーの界面より
上方に構造の支持ベースへ直接接続に搭載される。この構造はデジタルコンパス
と組合せたGPSユニット(グローバルポジショニングシステム)よりなる外部
センサーも含んでいる。標的物体のプログラムされた位置データのためのシステ
ム制御記憶データと一所に、このセンサーシステムおよびその個々のセンサーで
得ることができるものより正確度が高くないけれども、理論的に計算された方向
値を実際の地理的位置を基にして関心ある標的物体に関して得ることができる。
ツインデジタルコンパスは、ここでは別々に示したセンサーを較正することを可
能にする。これはコンパス傾斜はさもなければそうであるよりも小さいであろう
ことを意味する。この結果、標的物体への方向値を計算する方法はラフな調節を
構成するということができる。ジャイロコンパスが利用可能な時は、コンパスは
システム制御へ接続され、それによりコンパスコースの正確性を高める。このラ
フな調節もしくはセッティングは、信号検出ユニットが標的物体との最適化され
た整列のためパイロット信号を発見するために十分である。
【0031】 環境条件のためジャイロコンパスが使用できない時は、方向は傾斜計および標
的発信器の既知の高度の助けにより得ることができる。アンテナが回転しそして
信号データが広バンドスペクトルアナライザーによって分析される時、独特の発
信器組合わせは同定およびそれにより関心ある方位を確立することが可能である
【0032】 運動検出ユニット13およびそれぞれの軸に搭載された運動センサーは全導入
フェーズの間アンテナ構造に外部から作用する力のための補償データを絶えず伝
送し、そして標的物体への所望の高度をセットするための必須要件を当然構成す
る、傾斜計によって指示された水平面を維持するように前記データを伝送し続け
る。(もしこれが適切に達成されなければ、信号検出ユニット12が角度±2度
のその検出範囲に達したと安全に考えることができない。)
【0033】 同時に、計算した開始された補償データ、いわゆる“セットポイント値”と、
実際に実行された値、いわゆる“真の値”との間の差に関する情報がセンサー1
81〜184を介して受信される。
【0034】 上記から明らかなように、個々のセンサーユニット、そして主に3Dセンサー
(Vx;Vy;Vz)および(ax;ay;az)、およびその上にアンテナ構
造が懸架する2D傾斜計(x;y)に関して品質に投資することが極めて重要で
ある。
【0035】 デジタル部品の選定は、外部信号妨害信号源がアンテナ構造の機能に対して負
の効果を持つリスクを最小化する。CANバス技術はこの構造を妨害および干渉
に対してより不感受性とし、そしてこの構造をコスト効果的とすることを可能に
するが、この技術は本発明の必須要件ではないことを理解すべきである。
【0036】 アンテナ構造の図示し、記載した例示具体例はある種の特定種類のトランシー
バーホーンを含むように述べた。しかしながら本発明はこの種類のトランシーバ
ーホーンに限定されないことが理解されるであろう。例えば、アンテナエレメン
トは反射器の焦点面に配置されたマイクロストリップ線を備え、そして反射器の
絶対焦点および直近のその周囲をカバーするいわゆるパッチアンテナよりなるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のアンテナ構造を図示する。
【図2】 アンテナ構造に含まれる、信号検出ユニットと、運動補償のためのセ
ンサーシステム検出ユニットを図示するブロック概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンテナ反射器(10)と、トランシーバーエレメント(11)と、および標
    的から入って来る信号を処理しそして前記入って来る信号を基にして標的とのア
    ンテナ反射器(10)の整列を制御するための制御信号を発生させるための信号
    検出ユニット(12)を含み、前記検出ユニット(12)は直列の信号コンバー
    ター(121−122)と計算ユニット(123)を含んでいるアンテナ構造で
    あって、 信号コンバーター(121−122)はそのバンド幅を必要な最大周波数範囲
    から狭いバンド周波数範囲へ自動的にそして増分的に減らすように適合しており
    、その場合そのバンド幅は望む入力信号が関心あるバンド幅内に検出できるまで
    活性化されそして維持されること; アンテナ構造は3Dセンサー(131,132,133)を含み、そして前記
    アンテナ反射器(10)の整列の変化を検出するのに適した運動検出ユニット(
    13)をも含み、ここで3Dセンサーはアンテナ反射器(10)の後側に配置さ
    れそしてさらなる制御信号を発生させるため計算ユニット(123)上の信号入
    力(1230)へ接続された信号出力(130)を有し; アンテナ構造は一方ではアンテナ反射器から発せられる外部制御信号に応答し
    、他方では運動検出ユニット(13)から発するさらなる制御信号に応答してア
    ンテナ反射器(10)の整列を機械的に制御するための駆動ユニット(15)を
    含んでいる; ことを特徴とするアンテナ構造。
  2. 【請求項2】 前記アンテナ構造上および構造内に作用する外力の結果として前記構造の各回
    転軸(y,x,z,p)の位置変化を検出することを意図したセンサー(171
    −174)を有し、そしてシステム制御ユニット(14)上の信号入力(140
    )へ接続された信号出力(1241)を有する第2の計算ユニット(124)上
    の信号入力(1240)へ接続された信号出力(170)を持っている第2の運
    動検出ユニット(17)を有し、前記システム制御ユニット(14)は第1の計
    算ユニット(123)上の信号出力(1231)へ接続された信号入力(141
    )、および駆動ユニット(15)上の信号入力(150)へ接続された信号出力
    (142)を有することを特徴とする請求項1のアンテナ構造。
  3. 【請求項3】 システム制御ユニット(14)を介して発生させた補償データに応答してアン
    テナ構造内の各回転軸(y,x,z,p)に真に実行された運動補償を検出する
    ためのセンサー(181−184)を有し、そしてシステム制御ユニット(14
    )上の信号入力(143)へ接続された信号出力(1251)を有する第3の計
    算ユニット(125)上の信号入力(1250)へ接続された信号出力(180
    )を有する第3の運動検出ユニット(18)を含んでいることを特徴とする請求
    項2のアンテナ構造。
  4. 【請求項4】 信号コンバーター(121−122)は入力側がトランシーバーエレメント(
    11)のレシーバー側へ接続され、そして出力側がバンド幅の自動的減少が行わ
    れるように構成された中間周波数部分(122)へ接続されている高周波数部分
    (121)を含んでいることを特徴とする請求項1のアンテナ構造。
JP2000565585A 1998-08-13 1999-08-06 アンテナ装置 Pending JP2002523005A (ja)

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