JP2004336458A - 移動体用アンテナ装置 - Google Patents

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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 (5)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009219115A (ja) * 2008-03-06 2009-09-24 Ethicon Endo Surgery Inc 埋め込み可能アンテナの向きを調整するシステムおよび方法
FR3116662A1 (fr) * 2020-11-20 2022-05-27 Gilles Serre Système de poursuite de signal sur arc

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