JP2011117874A - 衛星追尾アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
平面アンテナをサブアレイに分割して同相合成し衛星を追尾する同相合成回路付き衛星追尾アンテナ装置では、電子追尾角度範囲を広げるには、サブアレイ間隔を小さくする必要があり、その場合、全体の素子数を減らすか、あるいは、サブアレイの数を増やして各サブアレイ内の素子数を減らす必要があった。しかし、前者の方法は、全体の利得が減少し所望の受信感度が得られないという問題があり、また、後者の方法は、同相合成回路の数が増大し、コストが大幅に増大するという問題点があった。
【解決手段】
平面アンテナ内の各素子の励振分布に関して、位相制御面内においてサブアレイ間中央に近づくほど強くなる振幅テーパを付けることにより、各サブアレイの位相中心が反対側のサブアレイに近くなることによって、位相中心間の距離を小さくし、電子追尾角度範囲を増大させることが可能になる。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の移動体に搭載し、アンテナのビーム方向を衛星方向に追尾するのに好適な衛星追尾アンテナ装置に関する。

従来から、自動車等の移動体に搭載して、衛星から送信される電波を受信し、移動体の移動に伴う衛星方向の変動に対して、常にアンテナを衛星方向に向け、受信感度を保持するようにした、衛星追尾アンテナ装置が用いられている。

この装置の追尾方法には、ジャイロを用いて、位置、方位を検出し追尾する方法（ジャイロ追尾方式）、受信電力が最大になる方向にアンテナを向ける方法（ステップトラック方式）等の機械追尾方式があるが、これらは、アンテナのビーム巾が狭い場合には、ポインティング誤差による受信感度低下が大きいため、これらの方法に加えて、図１に示すようにアンテナ１をサブアレイ２に分割して、各サブアレイ２からの受信信号を入力し、これらの信号の位相差を検出し、検出した位相差を補正して同相で合成する、同相合成回路４が用いられている（特許文献１)。

この同相合成回路４により、電気的にアンテナ１のビーム方向が衛星方向に向けられ、機械追尾のポインティング誤差を補うことができる。

特開平５−５２９２０号公報

しかし、同相合成回路４における位相差検出部（位相モノパルス回路）では、位相差ψが−１８０度から＋１８０度までの３６０度の範囲しか検出できず、この範囲以内でのみ、電子追尾が可能となっている。アンテナ指向誤差角θとサブアレイ間の位相差ψの関係は、数１のように表すことが出来る。
つまり、ｄが大きくなるほど追尾角度範囲が狭くなる。ｄは、各サブアレイ２の位相中心３の間の距離であり、各サブアレイの中心間の距離とは必ずしも一致しない。位相中心３とは、サブアレイ２を１つの点波源とみなしたときの、その点波源の位置であり、同じ大きさのサブアレイ２でも、その励振分布により位相中心は異なる。

各サブアレイ２の励振分布が、一様分布（同相同振幅分布）であれば、位相中心は、サブアレイ中心と一致する。従来の同相合成回路付き追尾アンテナでは、サブアレイ２の励振分布が、図２に示すような一様分布となっていたため（一様分布であることで利得が最も高くなるため）、必要アンテナ利得が高い場合、即ち、アンテナサイズが大きい場合、サブアレイ中心６間の距離ｄが大きくなり、電子追尾角度範囲が狭くなるという問題点があった。

そのため、追尾角度範囲を広げるには、サブアレイ間隔を小さくする必要があり、その場合、全体の素子数を減らすか、あるいは、サブアレイ２の数を増やして各サブアレイ２内の素子数を減らす必要があった。

しかし、前者の方法は、図３の正面利得低下量に示すように全体の利得が減少し所望の受信感度が得られないという問題があり、また、後者の方法は、同相合成回路４の数が増大し、コストが大幅に増大するという問題点があった。

本発明は、この同相合成回路付き衛星追尾アンテナにおいて、正面利得の減少やコストの増大を最小限に押さえて、電子追尾角度範囲を広げることを目的とする。

前記課題を解決するために本発明は、
アンテナ素子を平面配列した複数のサブアレイによって形成されたアンテナ部、及び、前記複数のサブアレイが受信した受信信号が入力され、これらの複数の信号の位相差を検出し、その位相差を補正して同相で合成する同相合成回路を有する、同相合成回路付き衛星追尾アンテナ装置において、
給電回路が、アンテナ部の各アンテナ素子への励振分布に、サブアレイ間中央に近づくほど強くなる振幅テーパを付けることを特徴とする衛星追尾アンテナ装置とする。

本手段によれば、励振分布に関して、位相制御面内でサブアレイ間中央に近づくほど強くなる振幅テーパを付け、各サブアレイの位相中心が反対側のサブアレイに近くなることにより、位相中心間の距離を小さくし、電子追尾角度範囲を増大させることが可能になる。

また、振幅テーパ分布については、アンテナ中央に近づくほど振幅が増大する分布であれば、従来の一様分布に比べ位相中心間の距離を小さくすることができるが、テーパ量に対する利得低下が少ない余弦分布やテーラ分布等を用いることが好ましい。

以上説明したように、本発明の平面アンテナ装置によれば、アンテナの利得をほとんど低下させることなく、同相合成回路による電子追尾角度範囲が広がるので、要求される機械追尾精度が緩和され、アンテナ装置全体としての大幅なコストダウンを達成できる。

また、振幅テーパをつけることにより、サイドローブレベルが低下するので、他衛星からの干渉波の影響が少なくなり、結果として受信品質を向上することができる。

同相合成回路付き衛星追尾アンテナ装置の原理説明図。 従来例の同相合成回路付き衛星追尾アンテナ装置用アンテナ部の正面図。 図２で両端のサブアレイ素子列数を減少した場合の電子追尾角度範囲と正面利得低下量の計算結果。 実施例に係る衛星追尾アンテナ装置の構成図。 実施例の同相合成回路付き衛星追尾アンテナ装置用アンテナ部の正面図。 図４で、テーパの大きさを変化した場合の電子追尾角度範囲と正面利得低下量の計算結果。 実施例アンテナ部（テーパ分布）と従来例アンテナ部（一様分布）の指向性の比較図。

本発明の好適な実施例について、図を参照して説明する。

図４は、本発明の１実施例の構成図である。方位角回転モータ９に装備されたターンテーブル１０上に仰角回転用モータ８、及び、平面アンテナ１が取り付けられ、方位角、仰角の２つの回転軸の制御を行っている。

なお、前記仰角回転用モータによってアンテナの仰角を制御する方法の一例として、モータとアンテナの双方にギアを設置し、それぞれのギアを噛み合わせた状態とし、モータの回転によってアンテナも回転する方法が考えられる。つまりアンテナはターンテーブルに近づいたり離れたりするものである。しかるにアンテナの仰角制御手段には他にも様々なものがあり、本発明ではこれをなんら限定するものではない。

平面アンテナ１の各サブアレイ２で受信された受信信号は、それぞれ、増幅器１１で増幅され、同相合成回路４にて位相を比較し、同相合成され、受信機へ出力される。アンテナを受信強度の最も強い方向に電気的に指向させるために、このような同相合成を行う場合が多い。なお、前記合成手段については、本発明ではこれを限定しない。

また、前記位相比較時の位相誤差信号は、駆動部制御回路１２に送られ、位相差が最小になるように、方位角回転モータ９によって、機械的に平面アンテナ１を回転する。

平面アンテナ１は、図５に示すように、２つのサブアレイ２に分割され、励振分布は、方位角制御面であるところのＡＺ面内では、図に示したようなサブアレイ間中央をピークとする余弦分布の特性のテーパ（傾斜）を付け、仰角制御面であるところのＥＬ面内では一様分布になるように設定されている。なお、同図は一例として一つのサブアレイの１行あたりの素子数を１６個としている。

このように、給電回路により、励振分布に位相制御面内（電子追尾面内）で振幅テーパを設けることによって、電子追尾における受信利得の低下量を最小限にして、電子追尾角度範囲を広げることが本発明の主旨である。

この場合のＡＺ面内の電子追尾角度範囲は、図６に示すように、テーパ量に応じて広がり、図３の一様分布で素子列数を削減した場合に比べ、同じ追尾角度範囲でも利得低下量は、大幅に少なくなっていることがわかる。

例えば図３に示す従来例では、各サブアレイ素子列数を１６列から１３列に減らした場合、電子追尾角度範囲は、±２．１３度から±２．６５度まで広がるが、これに応じて正面利得低下量は−０．９ｄＢにもなる。

一方、図６に示す本実施例によれば、同程度の電子追尾可能角度範囲（±２．６５度）の時、正面利得低下量は−０．２７ｄＢにすぎず、従来に比べ約０．６３ｄＢ正面利得が改善している。

また逆に、利得の低下量を、−０．２７ｄＢとした場合、図３に示す従来例では電子追尾角度範囲が±２．３度であるのに対し、図６に示す本実施例では±２．６５度と、従来に比べ約１５％電子追尾角度範囲が広がっている。

さらに、図７は、ＡＺ面内において励振分布が一様である従来例と、本発明にかかる励振振幅テーパ量を例えば−８ｄＢにした場合について、ＡＺ面における指向特性を示したものである。

同図に示すように、実線で示した従来技術に比べて、本発明にかかる励振分布のテーパ付加の作用によって、破線が示す実施例のビーム巾が広がり、なおかつサイドローブレベルが大幅に低下しており、例えば第１サイドローブレベルは約７ｄＢ低下している。

前記のように本発明は、励振分布に関して、図５に示すように、位相制御面内つまり本実施例ではＡＺ面内で、サブアレイ間中央７に近づくほど強くなる振幅テーパを付けることで、各サブアレイ２の位相中心３が反対側のサブアレイ２に近くなり、位相中心３間の距離ｄが小さくなり、その結果、図３と図６の比較からわかるように、電子追尾角度範囲が増大するものである。

なお、与える振幅テーパ分布は、アンテナ中央に近づくほど振幅が強くなる分布なら、どのような分布でもよく、本実施例では、一例としてテーパ量に対する利得低下が少ない余弦分布を用いたが、他にも例えばテーラ分布等でもよく、その分布形状についてはなんら限定するものではない。

また、振幅テーパの与え方は、給電回路のＴ分岐の分配比率を調節するという従来からよく知られた手段でよく、本発明では該振幅テーパの発生方法に関してなんら限定しない。

なお、本実施例では、一例として、アンテナをＡＺ面でサブアレイ２個に分割しているが、分割面は電子制御面内であればよく、ＡＺ面に限定するものではない。また、分割数も２個以上であればよく、２個に限定するものではない。

１…アンテナ部、
２…サブアレイ、
３…サブアレイ位相中心、
４…同相合成回路、
５…アンテナ素子、
６…サブアレイ中心線、
７…サブアレイ間中央、
８…仰角回転用モータ、
９…方位角回転用モータ、
１０…ターンテーブル、
１１…増幅器、
１２…駆動部制御回路。

Claims (1)

1. アンテナ素子を平面配列した複数のサブアレイによって形成されたアンテナ部、及び、前記複数のサブアレイが受信した受信信号が入力され、これらの複数の信号の位相差を検出し、その位相差を補正して同相で合成する同相合成回路を有する、同相合成回路付き衛星追尾アンテナ装置において、
   給電回路が、アンテナ部の各アンテナ素子への励振分布に、サブアレイ間中央に近づくほど強くなるよう励振振幅テーパを付けることを特徴とする衛星追尾アンテナ装置。