JP2004336458A

JP2004336458A - 移動体用アンテナ装置

Info

Publication number: JP2004336458A
Application number: JP2003130345A
Authority: JP
Inventors: Hideto Miyazaki; 秀人宮崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】移動体の傾斜や進行方位の変化とは無関係に、指向性方向を常に特定方向に維持できる移動体用アンテナ装置を提供する。
【解決手段】移動体に取り付けられて衛星通信を行う移動体用アンテナ装置であって、アンテナ素子１を保持した保持部材２を保持する内可動片１０と、この内可動片１０を仰角方向に回転自在であって特定仰角で回転が停止されるように支持する外可動片２０と、この外可動片２０を方位方向に回転自在であって特定方位角で回転が停止されるように支持する筐体３０とを備えている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、移動体に搭載されて通信を行うための移動体用アンテナ装置に関し、特にアンテナの向きを特定方向に維持させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、静止衛星を介した通信によりユーザに種々の情報サービスを提供する情報サービス衛星が知られている。この従来の静止衛星の位置は、仰角が例えば東京で４８度以下と小さいので、電波が建物や山などで遮られる場所では通信できない場合がある。そこで、日本の主要地域で７０度、日本全域でも６０度以上といった大きい仰角を有する準天頂衛星が考えられている。この準天頂衛星を用いれば、電波が建物や山などで遮られることが少なくなるので、通信できない場所を減少させることができる。しかしながら、この準天頂衛星を用いた通信においても、通信を確実に行うためには、アンテナの指向性方向を衛星の方向に正確に向けることが望まれている。
【０００３】
衛星通信を行うためにアンテナを特定方向に向ける技術として、可動枠体を保持する第１の回転支点軸と平面アンテナを保持する第２の回転支点軸とを直交するように配置し、これら２軸の重力バランスによって平面アンテナを水平に保つように構成したＧＰＳ測位装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＧＰＳ測位装置によれば、平面アンテナが常に水平な状態に保たれるので、ＧＰＳ衛星からの電波を常時良好に受信できる共に、平面アンテナが取り付けられた移動体の傾斜に起因する受信不能事態の発生を防止できる。
【０００４】
また、他の技術として、超伝導性を発揮する板状物質上に、長い板状又は棒状の永久磁石を配し、この永久磁石とアレーアンテナを構成する板状誘電体基板を機械的に一体化するように被着したアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。このアンテナ装置では、超伝導物質のマイスナー効果により永久磁石及びそれと機械的に一体化されたアレーアンテナが、板状の超伝導物質から浮き上がり永久磁石のＮ極が、常に地磁気のＳ極を向くようになる。そのため、永久磁石と一体的に動くアレーアンテナのビーム方向が常に衛星方向を向くように制御できる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−９５２１９号公報
【特許文献２】
特開昭６４−３０３０３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、移動体が傾いても平面アンテナを水平（仰角が９０度）に保つことはできるが、所定の仰角（例えば７０度）に保つことはできないという課題があった。また、特許文献２に開示された技術では、移動体の進行方位が変化してもアンテナを所定の方位方向に向けることはできるが、移動体が水平面に対して傾いた場合は、仰角を特定角度に保つことができないという課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、移動体の傾斜や進行方位の変化とは無関係に、指向性方向を常に特定方向に維持できる移動体用アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る移動体用アンテナ装置は、移動体に取り付けられて通信を行う移動体用アンテナ装置であって、アンテナ素子を保持した保持部材を保持する第１可動片と、第１可動片を仰角方向に回転自在であって特定仰角で回転が停止されるように支持する第２可動片と、第２可動片を方位方向に回転自在であって特定方位角で回転が停止されるように支持する筐体とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明に係る移動体用アンテナ装置の原理を説明するための図である。この移動体用アンテナ装置は主に衛星通信に用いられるもので、この装置に使用されるアンテナ素子１は、円板状の平面アンテナから構成されている。このアンテナ素子１は、表面に垂直な方向に指向性を有する。なお、図１は、アンテナ素子１が水平（仰角が０度）に設定されている状態を示している。
【００１０】
図１（Ａ）に示すように、アンテナ素子１を搭載した移動体が、Ｘ軸上で矢印ａ’で示す方向に傾斜した場合に、傾斜した方向と逆の方向であって、傾斜した量と同じ量だけアンテナ素子１をＹ軸を中心に矢印ａ方向に回転させることにより、アンテナ素子１をＸ−Ｚ平面内の特定方向に向けることができる。従って、アンテナ素子１を矢印ａ方向に回転させることにより、アンテナ素子１を特定仰角に維持させることが可能になる。
【００１１】
一方、図１（Ｂ）に示すように、アンテナ素子１を搭載した移動体の進行方位方向が変化した場合に、変化した方位方向と逆の方位方向であって、変化した量と同じ量だけアンテナ素子をＺ軸を中心に矢印ｂで示す方向に回転させることにより、アンテナ素子１をＸ−Ｙ平面内の特定方位に向けることができる。従って、アンテナ素子１を矢印ｂ方向に回転させることにより、アンテナ素子１を特定方位角に維持させることが可能になる。
【００１２】
従って、移動体が傾斜したり進行方位が変更されても、アンテナ素子１を矢印ａ方向及び矢印ｂ方向に適宜回転させることにより、アンテナ素子１を常に特定方向（特定仰角及び特定方位角）に向けることができる。この発明に係る移動体用アンテナ装置は、このような原理に基づいてアンテナ素子１の向きを特定方向に維持させるものである。
【００１３】
図２は、この発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す断面図であり、図３は分解斜視図である。この移動体用アンテナ装置は、大きく分けると、内可動片１０、外可動片２０及び筐体３０から構成されている。内可動片１０は、この発明の第１可動片に対応し、外可動片２０は、この発明の第２可動片に対応する。
【００１４】
内可動片１０は、円筒から構成されている。円板状のアンテナ素子１は、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すように、円板状の保持部材２の上面に埋め込まれるようにして保持されている。保持部材２は、内可動片１０の中空部に嵌め込まれて固定されている。保持部材２の下面には、図２（Ａ）に示すように、重り１２が固着されている。重り１２の重心位置は、アンテナ素子１の中心を通るＸ軸（図示省略）上であって、且つアンテナ素子１の中心から外側に偏った位置になるように設定されている。
【００１５】
また、内可動片１０の外側面には、図３（Ａ）に示すように、一対の内回転軸１１が外側に突出するように設けられている。これら一対の内回転軸１１は、その軸心が内可動片１０（アンテナ素子１）の中心を通るＹ軸に一致するように設けられている。この内可動片１０は、Ｙ軸を中心に矢印ａ方向に回転可能なように外可動片２０に支持されている（詳細後述）。
【００１６】
外可動片２０は、図２（Ａ）に示すように、その中空部に内可動片１０を非接触で収容できる径を有する円筒から構成されている。この外可動片２０の側面には、図３（Ｂ）に示すように、一対の軸穴２２が設けられている。これら一対の軸穴２２は、その中心が外可動片２０の中心を通るＹ軸に一致するように設けられている。この一対の軸穴２２には、内可動片１０に設けられた一対の内回転軸１１がそれぞれ挿入される。
【００１７】
また、外可動片２０の側面には、４個のビス２１が外側に突出するように設けられている。この外可動片２０は、Ｚ軸を中心に矢印ｂ方向に回転可能なように筐体３０に支持されている。また、外可動片２０は、図３（Ｂ）中のＸ軸に相当する付近の片方がＮ極、他方がＳ極になるように永久磁石化されている。Ｎ極及びＳ極の位置は、Ｎ極とＳ極とを結ぶ線とＹ軸とがなす角が、子午線に対する衛星の方位角に等しくなるように決定されている。
【００１８】
筐体３０は、底面を有する円筒から構成されている。この筐体３０の側面は、内可動片１０が矢印ａ方向に仰角分だけ回転しても底面に接触しない高さを有する。また、筐体３０は、その中空部に外可動片２０を非接触で収容できる径を有する。
【００１９】
この筐体３０の内側面の開口側の端部には、図２（Ａ）の丸印で囲った部分を拡大して示す図２（Ｂ）及び図３（Ｃ）に示すように、筐体３０の内側面から突出する外回転レール３１が設けられている。この外回転レール３１は、所定間隔で平行に配置された外回転上レール３１ａと外回転下レール３１ｂとから構成されている。これら外回転上レール３１ａと外回転下レール３１ｂとから形成される溝に外可動片２０の外側面から突出したビス２１が滑動自在に挿入される。
【００２０】
図４（Ａ）は、内可動片１０、外可動片２０及び筐体３０が組み立てられた状態を示す斜視図であり、図４（Ｂ）は上面図である。なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）においては、内可動片１０の中空部に嵌め込まれる保持部材２及びアンテナ素子１は図示を省略してある。
【００２１】
内可動片１０と外可動片２０とは、内回転軸部４０において結合されている。即ち、内可動片１０に設けられた一対の内回転軸１１が外可動片２０に設けられた一対の軸穴２２にそれぞれ挿入される。これにより、内可動片１０は、Ｙ軸を中心に矢印ａ方向に回転可能に外可動片２０に支持される。
【００２２】
また、外可動片２０と筐体３０とは、筐体３０の内側面の開口側の端部で結合されている。即ち、外可動片２０に設けられた複数のビス２１が、筐体３０に設けられた外回転上レール３１ａと外回転下レール３１ｂとによって形成された溝に滑動自在に挿入される。これにより、外可動片２０は、Ｚ軸を中心に矢印ｂ方向に回転可能に筐体３０に支持される。
【００２３】
次に、上記のように構成される移動体用アンテナ装置の動きを説明する。この移動体用アンテナ装置では、アンテナ素子１の指向性方向が常に衛星方向に一致するように機械的に制御される。
【００２４】
先ず、仰角方向の動きについて説明する。外可動片２０に回転自在に支持された内可動片１０は、保持部材２の裏面に固着された重り１２により、重心位置が保持部材２の中心から外側に移動しているので、図５に示すように、重力バランスがとれるまでＹ軸を中心に矢印ａ方向に回転する。図５は、仰角４５度で重力バランスがとれた状態を示している。
【００２５】
今、移動体用アンテナ装置を搭載した移動体が傾斜することにより、この移動体に固定された筐体３０が傾斜したとすると、内可動片１０はＹ軸を中心に矢印ａ方向に回転し、重力バランスがとれた状態で安定する。従って、移動体の傾斜の有無や程度に拘わらず、アンテナ素子１は常に特定仰角を保つように制御される。
【００２６】
なお、アンテナ素子１の仰角は、保持部材２に固着する重りの位置を変更することによって任意に設定することができる。
【００２７】
次に、方位方向の動きについて説明する。筐体３０に矢印ｂ方向に回転自在に支持された外可動片２０は、それ自体が永久磁石化されている。従って、外可動片２０は、そのＮ極とＳ極とを結ぶ線（図３（Ｂ）参照）が常に子午線に一致するように地磁気によって矢印ｂ方向に回転する。Ｎ極とＳ極とを結ぶ線とＹ軸とがなす角は、子午線に対する衛星の方位角に対応しているので、アンテナ素子１は、常に衛星の方位を向くように制御される。
【００２８】
今、移動体用アンテナ装置を搭載した移動体の進行方向が変化することにより、この移動体に固定された筐体３０の方位方向が変化したとすると、外可動片２０に形成されたＮ極とＳ極とを結ぶ線が子午線に沿うようにＺ軸を中心にして矢印ｂ方向に回転する。従って、移動体の進行方向に拘わらず、アンテナ素子１は常に特定方位角を保つように制御される。
【００２９】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置によれば、アンテナ素子１を保持する内可動片１０は仰角方向に回転可能であって保持部材２に固着された重り１２により常に特定仰角を維持するように回転し、内可動片１０を保持する外可動片２０は方位方向に回転可能であって地磁気により常に特定方位角を維持するように回転するので、アンテナ素子１の方向を常に衛星が存在する特定方向に維持することが可能になっている。
【００３０】
また、この移動体用アンテナ装置は、電気的な制御を行うことなく、地磁気及び重力を利用した機械的な作用のみによってアンテナ素子１を常に衛星に向けることができるので、構造が簡単であり、しかも廉価な移動体用アンテナ装置を得ることができる。
【００３１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置は、アンテナ素子１の仰角を可変できるようにしたものである。
【００３２】
図６は、この発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す断面図である。この移動体用アンテナ装置は、実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置に、重り可動ねじ１３と重り可動ねじ保持部１４とから成る重り移動機構が追加されると共に、重り１２は保持部材２の底面に沿って移動可能に構成されている。
【００３３】
重り可動ねじ１３は、重り１２に設けられたネジ穴（図示しない）に螺合する。この重り可動ねじ１３の両端は、保持部材２に固着された重り可動ねじ保持部１４に回転自在に保持されている。重り可動ねじ保持部１４は、保持する重り可動ねじ１３の軸心が、Ｙ軸に直交する軸であって内可動片１０（アンテナ素子１）の中心を通る軸に一致するように保持部材２に固着されている。
【００３４】
上記のように構成される移動体用アンテナ装置では、重り可動ねじ１３を回転させることにより、重り１２は矢印ｃ−ｃ’方向に移動する。例えば、アンテナ素子１の仰角を大きくする時は、図６（Ａ）に示すように、重り可動ねじ１３を回転させることにより、重り１２を矢印ｃ’方向に移動させる。これにより、重心位置が保持部材２の中心に近づくので、例えば図６（Ａ）に示すような３０度といった小さい傾きで重心バランスがとれる。その結果、アンテナ素子１の仰角は６０度に設定される。
【００３５】
一方、アンテナ素子１の仰角を小さくする時は、図６（Ｂ）に示すように、重り可動ねじ１３を回転させることにより、重り１２を矢印ｃ方向に移動させる。これにより、重心位置が保持部材２の中心から離れるので、例えば図６（Ｂ）に示すような４５度といった大きい傾きで重心バランスがとれる。その結果、アンテナ素子１の仰角は４５度に設定される。
【００３６】
以上説明したように、この実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置によれば、重り可動ねじ１３を回転させることにより重り１２の位置を無段階で調整できるので、アンテナ素子１の仰角を任意の角度に設定できる。従って、重り可動ねじ１３で重り１２の位置を調整するだけで、仰角が異なる複数の衛星に対応できる。
【００３７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置は、アンテナ素子１の方位角を可変できるようにしたものである。
【００３８】
図７は、この発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す分解斜視図である。この移動体用アンテナ装置は、実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の外可動片２０に複数対の軸穴２２から成る方位変更機構を設けることにより構成されている。
【００３９】
この実施の形態３では、図７（Ｂ）に示すように、外可動片２０には、３対の軸穴２２ａ、２２ｂ及び２２ｃが設けられている。内可動片１０の一対の内回転軸１１を何れかの軸穴対に挿入することにより、子午線に対するＹ軸の傾きを段階的に変更し、以て方位角を調整できるようになっている。例えば、子午線に対するＹ軸の傾きを小さくするときは、内可動片１０の一対の内回転軸１１を一対の軸穴２２ａに挿入し、中程度にするときは一対の軸穴２２ｂに挿入し、大きくるときは一対の軸穴２２ｃに挿入する。
【００４０】
以上説明したように、この実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置によれば、内可動片１０の内回転軸１１を挿入する軸穴を変更することによりアンテナ素子１の方位角を段階的に任意の角度に設定できるので、方位角が異なる複数の衛星に対応できる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態３では、３対の軸穴２２を設けたが、これに限定されない。軸穴２２の数を増やすことにより、広い方位角に対応可能になる。また、隣り合う軸穴の間隔を小さくすることにより、アンテナ素子１の方位角を精密に設定できる。
また、以上の説明では、アンテナ素子１の傾く方向および重り１２が移動する方向に、永久磁石化のＮ極Ｓ極を配置することを中心に説明したが、この限りで無いことは言うまでもない。
さらに、断面図（図２（Ａ）、図５、図６）と斜視図（図３、図４、図７）において、内回転軸１１とビス２１の位置関係に差異があるが、各々の図を理解しやすくする作図法を用いた結果である。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アンテナ素子を保持した保持部材を保持する第１可動片と、第１可動片を仰角方向に回転自在であって特定仰角で回転が停止されるように支持する第２可動片と、第２可動片を方位方向に回転自在であって特定方位角で回転が停止されるように支持する筐体とを備えたので、筐体が取り付けられた移動体の傾斜や進行方向の変化とは無関係に、アンテナ素子の指向性方向を常に特定方向に維持させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る移動体用アンテナ装置の原理を説明するための図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す分解斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の組み立てられた状態を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る移動体用アンテナ装置の動作を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る移動体用アンテナ装置の構造を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１アンテナ素子、２保持部材、１０内可動片（第１可動片）、１１内回転軸、１２重り、１３重り可動ねじ（重り移動機構）、１４重り可動ねじ保持部（重り移動機構）、２０外可動片（第２可動片）、２１ビス、２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ軸穴（方位変更機構）、３０筐体、３１外回転レール、３１ａ外回転上レール、３１ｂ外回転下レール。

Claims

移動体に取り付けられて通信を行う移動体用アンテナ装置において、
アンテナ素子を保持した保持部材を保持する第１可動片と、
前記第１可動片を仰角方向に回転自在であって特定仰角で回転が停止されるように支持する第２可動片と、
前記第２可動片を方位方向に回転自在であって特定方位角で回転が停止されるように支持する筐体と
を備えた移動体用アンテナ装置。
保持部材に取り付けられた重りを備え、前記保持部材は、前記重りが取り付けられることによって移動した重心位置で重心バランスがとれることにより、アンテナ素子の仰角が決定されることを特徴とする請求項１記載の移動体用アンテナ装置。
保持部材に対して相対的に重りを移動させる重り移動機構を設けたことを特徴とする請求項２記載の移動体用アンテナ装置。
第２可動片は、方位方向の一方の端部がＮ極、他方の端部がＳ極になるように永久磁石化されていることを特徴とする請求項１記載の移動体用アンテナ装置。
第２可動片は、該第２可動片に対して相対的に第１可動片の方位方向を変更する方位変更機構を備えていることを特徴とする請求項４記載の移動体用アンテナ装置。