JP2020025157A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、アンテナの向く方向を変えるための回転駆動系を有するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device having a rotary drive system for changing a direction in which an antenna faces.
アンテナの方位角を変更するアジマス軸(Azimuth軸、AZ軸と略す、方位角軸)、仰角を変更するエレベーション軸(Elevation軸、EL軸と略す、仰角軸)に加えて、EL軸と直交するクロスエレベーション軸(XElevation軸、XEL軸と略す、補助軸)を有する3軸駆動のアンテナ装置が存在する。AZ軸とEL軸の2軸だけでは、アンテナ装置の指向方向が天頂付近を向いている際に、AZ軸の駆動量が大きくなり指向方向の変更が難しくなる。通信相手を追尾するためにアンテナ装置の指向方向を変更する上で、2軸アンテナのこの性質は望ましくない。そこで、XEL軸を有することで、指向方向が天頂付近を向いている際には、EL軸とXEL軸を駆動して指向方向を変更することができる。XEL軸の可動範囲はEL軸よりも小さく設定される。 In addition to the azimuth axis (Azimuth axis, abbreviated as AZ axis, azimuth axis) that changes the azimuth of the antenna and the elevation axis (abbreviated as Elevation axis, EL axis, elevation axis) that changes the elevation angle, it is orthogonal to the EL axis There is a three-axis driving antenna device having a cross elevation axis (auxiliary axis, abbreviated as XElevation axis and XEL axis). With only two axes, the AZ axis and the EL axis, when the directional direction of the antenna apparatus is near the zenith, the driving amount of the AZ axis becomes large and it is difficult to change the directional direction. This property of a two-axis antenna is undesirable in changing the pointing direction of the antenna device to track a communication partner. Thus, by having the XEL axis, when the pointing direction is near the zenith, the pointing direction can be changed by driving the EL axis and the XEL axis. The movable range of the XEL axis is set smaller than that of the EL axis.
通常の3軸駆動のアンテナ装置では、実体としてのXEL軸(補助軸)を有する。そして、XEL軸駆動機構の上にEL軸駆動機構を載せる、あるいは、EL軸駆動機構の上にXEL軸駆動機構を載せる構成を有する。このような通常の3軸駆動のアンテナ装置では、XEL駆動機構のスペースがEL駆動機構とは別に必要である。そのため、アンテナ装置の小型化が難しい。通信機をアンテナ装置とは別に配置する必要がある。そのため、通信装置およびアンテナ装置の全体のスペースの小型化が難しい。 A normal three-axis driven antenna device has an XEL axis (auxiliary axis) as a substance. Then, the configuration is such that the EL axis drive mechanism is mounted on the XEL axis drive mechanism, or the XEL axis drive mechanism is mounted on the EL axis drive mechanism. In such a normal three-axis driven antenna device, a space for the XEL drive mechanism is required separately from the EL drive mechanism. Therefore, it is difficult to reduce the size of the antenna device. It is necessary to arrange the communication device separately from the antenna device. Therefore, it is difficult to reduce the entire space of the communication device and the antenna device.
AZ軸/EL軸/XEL軸の3軸駆動方式を採用したアンテナにおいて、XEL軸に物理的な軸を設けずにEL軸を挟む半円弧状のXEL構造体にすることで、AZ軸、EL軸、XEL軸が1点で交差するようにでき、例えばパラポラ型の反射面を有するアンテナ部の下側の空間に通信機を配置することで小型化するアンテナ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、半円弧状のXEL構造体の内部を2つに分割して独立して仰角を変更できる2個のアンテナ装置を備える構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In an antenna adopting a three-axis driving system of AZ axis / EL axis / XEL axis, the AZ axis, EL axis are formed by forming a semicircular XEL structure sandwiching the EL axis without providing a physical axis on the XEL axis. An antenna device has been proposed in which the axis and the XEL axis can intersect at a single point, and the size of the antenna device is reduced by disposing a communication device in a space below an antenna unit having, for example, a parapolar reflective surface (for example, Patent Document 1). Further, a configuration has been proposed in which the inside of a semicircular XEL structure is divided into two and two antenna devices capable of independently changing the elevation angle are provided (for example, see Patent Document 1).
特許文献1のアンテナ装置では、半円弧状のXEL構造体の内側と外側の2面にローラによる支持構造を設けている。特許文献2では、半円弧状のXEL構造体の前面および背面の2面に円弧状にスライドするレールとガイドによる支持構造を設けている。従来の半円弧状のXEL構造体を有するアンテナ装置では、XEL構造体を支持するための構造が複雑になり部品点数が増加するという課題がある。
In the antenna device of
この発明に係るアンテナ装置は、実体としての補助軸を有しない、方位角軸、補助軸および仰角軸を有する3軸構成のアンテナ装置を、従来よりも簡素な構成にすることを目的とする。 An object of the antenna device according to the present invention is to make a three-axis antenna device having an azimuth axis, an auxiliary axis, and an elevation axis, which does not have an auxiliary axis as a substance, a simpler configuration than the conventional one.
この発明に係るアンテナ装置は、反射鏡を有するアンテナ部と、仰角を変更する仰角軸の回りにアンテナ部を回転可能に支持する仰角軸構造体と、仰角軸構造体を回転可能に保持し、仰角軸と直交する補助軸を中心軸とする円筒面を少なくとも一部に有する転動面を有し、補助軸の回りに回転する半円弧状の補助軸構造体と、転動面が移動可能なように転動面を支持する補助軸構造体支持部と、補助軸構造体の両端部に接続し張力が加えられた支持ベルトと、転動面から離れた位置で支持ベルトと接触し、支持ベルトを移動させるベルト駆動部と、転動面から離れた位置で支持ベルトを転動面の方向に押し付けることで、支持ベルトに張力を与える張力付与部と、転動面から離れた位置で支持ベルトと接触し、支持ベルトを移動可能にするローラ部と、補助軸構造体支持部、ベルト駆動部、張力付与部およびローラ部が設けられ、補助軸と直交し方位角を変更する方位角軸の回りに回転可能な方位角軸構造体と、方位角軸構造体を方位角軸の回りに回転可能に支持する基礎部とを備えた。 An antenna device according to the present invention includes an antenna unit having a reflecting mirror, an elevation axis structure that rotatably supports the antenna unit around an elevation axis that changes the elevation angle, and holds the elevation axis structure rotatably, A semi-circular auxiliary shaft structure that rotates around the auxiliary axis and has a rolling surface that has a rolling surface at least partially having a cylindrical surface whose center axis is an auxiliary axis orthogonal to the elevation axis, and the rolling surface is movable. In this way, an auxiliary shaft structure supporting portion that supports the rolling surface, a support belt connected to both ends of the auxiliary shaft structure and tensioned, and comes into contact with the support belt at a position away from the rolling surface, A belt driving unit that moves the support belt, a tension applying unit that applies tension to the support belt by pressing the support belt in a direction away from the rolling surface at a position away from the rolling surface, and a belt driving unit that moves away from the rolling surface. B that makes contact with the support belt and makes the support belt movable And an azimuth axis structure rotatable around an azimuth axis that is provided with an auxiliary shaft structure support portion, a belt driving portion, a tension applying portion, and a roller portion, and that is orthogonal to the auxiliary shaft and changes an azimuth angle A base for rotatably supporting the azimuth axis structure around the azimuth axis.
この発明に係るアンテナ装置によれば、実体としての補助軸を有しない、方位角軸、補助軸および仰角軸を有する3軸構成のアンテナ装置を、従来よりも簡素な構成にすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the antenna apparatus which concerns on this invention, the antenna apparatus of a three-axis structure which does not have an auxiliary axis as an entity but has an azimuth axis, an auxiliary axis, and an elevation axis can be made simpler than the conventional one.
実施の形態1.
図1から図11を参照して、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置100の構造を説明する。図1から図6に、アンテナ装置100の六面図を示す。図1が平面図、図2が正面図、図3が右側面図、図4が背面図、図5が左側面図、図6が底面図である。図7は、アンテナ装置100の斜視図である。図8から図11は、アンテナ装置100の拡大図および断面図である。図8から図11については、参照する箇所で、より詳しく図について説明する。
The structure of
アンテナ装置100は、アンテナ部1、弓形支持構造部2、方位角架台3、移動体取付部4、制御装置50(図示せず)および通信機5を有する。アンテナ部1は、送信信号を電波として空間に放射し、通信相手80(図示せず)からの電波を受信し、受信した電波から受信信号を生成する。アンテナ部1は、例えばパラボラアンテナである。アンテナ部1が向く方向である指向方向は、変更可能である。弓形支持構造部2および方位角架台3は、指向方向を変更可能にアンテナ部1を支持する。移動体取付部4は、アンテナ装置100を移動体90(図示せず、例えば、自動車、船舶、航空機など)に取り付ける。移動体取付部4は、方位角架台3を方位角軸の回りに回転可能に支持する基礎部である。
The
アンテナ装置100は、AZ軸(方位角軸)、XEL軸(補助軸)、EL軸(仰角軸)の3軸で、アンテナ部1の指向方向を変更する構成である。AZ軸は、移動体90のアンテナ装置100を搭載する面(アンテナ搭載面)に垂直な回転軸である。移動体90が通常の姿勢の場合は、AZ軸は地球の重力加速度が働く方向に対し平行になる。方位角架台3は、AZ軸の回りに回転可能に移動体取付部4に支持される。弓形支持構造部2は、方位角架台3に支持される。アンテナ装置100では、AZ軸、XEL軸およびEL軸は、回転中心Cの1点で交差する。
The
アンテナ部1は、例えばパラボラアンテナである。アンテナ部1は、主反射鏡6、副反射鏡7およびホーン型放射器8を主に有する。主反射鏡6は、送信する電波を指向方向に向けて反射し、指向方向からの電波を反射して副反射鏡7の位置に集める。副反射鏡7は、ホーン型放射器8からの送信電波を主反射鏡6に向けて反射し、主反射鏡6が反射した受信電波をホーン型放射器8の方へ反射する。なお、副反射鏡を有しないアンテナ部でもよい。反射鏡を有するアンテナ部であればよい。
The
弓形支持構造部2は、XEL軸およびEL軸の回りに回転可能にアンテナ部1を支持する。弓型支持構造部2は、実体としてのXEL軸は有しない。半円弧状の弓形部材9が、半円の中心に仮想的に存在するXEL軸の回りを回転する。弓形部材9は側面から見ると半円の弓のような形状なので、弓形部材9と呼ぶ。実体としてのXEL軸は存在しないので、弓形部材9の内側の位置に、EL軸回りの回転機構および支持機構を配置できる。また、弓形部材9の内側の位置に通信機5を配置して、アンテナ装置100および通信機5の全体としての小型化を実現できる。また、従来と同程度の大きさを許容する場合には、アンテナ装置および通信機を高性能化できる可能性がある。弓形部材9および弓形部材9により支持されてXEL軸の回りに回転するアンテナ部1や通信機5などを転動体10(符号は図示せず)と呼ぶ。転動体10の重心Gは、回転中心Cと位置が一致するように転動体10を構成する。転動体10は、XEL軸の回りに回転する補助軸回転部分である。
The bow-shaped
通信機5は、アンテナ部1で送受信する信号を処理する装置である。通信機5は、例えば信号を増幅し、周波数を変換する。通信機5は、送信信号を変調し、受信信号を復調する。通信機5は、アンテナ部1の下に配置される。なお、アンテナ装置100の外部に通信機5を配置してもよい。通信機5を、アンテナ部1の下に配置される装置と、アンテナ装置100の外部に配置される装置とで構成してもよい。
The
通信機5は、アンテナ部1の下かつ弓形部材9の内側の空間に入ることができる大きさであれば任意の形状でよい。図を簡単にするために、この明細書では通信機5を直方体状の形状として図示する。
The
方位角架台3は、AZ基準板11、AZ駆動歯車12、AZ駆動モータ13を有する。AZ基準板11は、弓型支持構造部2が設けられる板状部材である。AZ駆動歯車12は、AZ基準板11の下側で移動体取付部4が有するAZ転動部材14と接触する。AZ駆動歯車12は、AZ転動部材14の回りを回転して移動することで、方位角架台3を移動体取付部4に対してAZ軸を中心に回転させる。AZ転動部材14は、AZ基準板11の下側に設けられた板状部材である。AZ転動部材14の側面には、AZ駆動歯車12とかみ合う歯が設けられている。AZ駆動モータ13は、AZ基準板11の上側に固定されている。AZ駆動モータ13の回転軸はAZ基準板11に設けられた貫通穴を通る。AZ駆動モータ13の回転軸には、AZ基準板11の下側でAZ駆動歯車12が取り付けられている。AZ駆動モータ13が回転するとAZ駆動歯車12が回転して、AZ駆動歯車12がAZ転動部材14の側面を移動する。AZ駆動歯車12がAZ転動部材14の側面を移動することで、方位角架台3がAZ軸の回りを回転する。AZ軸は、回転角度に制約は無い。360度の全方位を向くことができ、同じ方向に無限に回転できる。
The
弓形支持構造部2は、XEL軸およびEL軸の回りにアンテナ部1を回転可能に支持する。弓形支持構造部2は、弓形部材9、EL軸部材15、EL駆動モータ16、タイミングベルト17、支持ローラ18、ローラ保持部材15、プーリー20、プーリー保持部材21、プーリー駆動モータ22を有する。弓形部材9は、半径に対して高さが低い円筒を軸に平行な方向に半分に切ったような形状の部材である。弓形部材9は、AZ基準板11に平行なXEL軸の回りに回転可能にAZ基準板11の上側に配置される。弓形部材9のAZ基準面6に向かう側(外側)の面に、XEL軸を中心軸とする円筒面の部分を少なくとも一部に有する転動面23が設けられる。転動面23が、支持ローラ18により移動可能に支持される。円筒面の中心軸がXEL軸である。XEL軸は、AZ軸およびEL軸と直交する。
The bow-shaped
EL軸部材15は、弓形部材9の半円の開いた側の間を結ぶように設けられた棒状の部材である。EL軸部材15の中心には、アンテナ部1の仰角を変更するEL軸が通る。EL軸部材15は、EL軸の回りに回転可能に弓形部材9に設けられる。EL駆動モータ16は、EL軸部材15の軸方向の一端に設けられる。EL駆動モータ16は、EL軸部材15を弓形部材9に対してEL軸の回りを回転させる。通信機5は、EL軸部材15と共に回転するようにEL軸部材15に取り付けられている。EL軸部材15の通信機5とは反対側には、アンテナ部1が取り付けられている。
The
EL軸部材15は、仰角を変更するEL軸の回りにアンテナ部1を回転可能に支持する仰角軸構造体である。弓形部材9は、EL軸部材15を回転可能に保持し、XEL軸を中心軸とする円筒面を少なくとも一部に有する転動面23を有し、XEL軸(補助軸)の回りに回転する半円弧状の補助軸構造体である。
The
アンテナ装置100では、XEL軸の回転可能範囲は、EL軸の回転可能範囲よりも小さく設定している。XEL軸は、EL軸がAZ軸に直交する場合を0度とすると、例えば20度から−20度の範囲で回転できる。EL軸は、AZ軸およびEL軸が存在する平面上にアンテナ部1の指向方向が存在する場合を0度とすると、例えば100度から−100度の範囲で回転できる。図示していないが、転動面23の転動範囲を決める機構が弓形部材9には設けられている。また、EL軸部材15の回転範囲を決める機構も設けられている。
In the
制御装置50は、通信相手80が存在する方向をアンテナ部1が向くようにアンテナ部1の指向方向を求める。制御装置50は、アンテナ部1が指向方向を向くように、弓形支持構造部2および方位角架台3を駆動制御する。
The control device 50 determines the directional direction of the
タイミングベルト17は、弓形部材9をXEL軸の回りに回転させ、かつ弓形部材9のXEL軸回りの回転角度を決めるためのものである。タイミングベルト17の両端は、弓形部材9の外側の円筒面のEL軸に近い部分に固定される。図8は、実施の形態1に係るアンテナ装置が有するタイミングベルトを弓形部材に固定する箇所を拡大して示す斜視図である。図8に示すように、タイミングベルト17の端は、ベルト押さえ金具17Aと共に弓形部材9に締結部品17B(例えばネジ)により固定される。タイミングベルト17の弓形部材9側でない側(外側)の面には歯が設けられている。タイミングベルト17の内側の面には歯は設けられていない。2個の支持ローラ18は、弓形部材9を回転可能に支持する。支持ローラ18は、AZ基準板11の上側に設けられる。また、支持ローラ18は、弓形部材9と接触する側と反対側でタイミングベルト17の内側と接触する。タイミングベルト17には張力が印加されている。タイミングベルト17の張力により、弓形部材9が支持ローラ18に押し付けられる。支持ローラ18の回転軸はXEL軸に平行であり、回転軸の両端がローラ保持部材19に回転可能に保持される。ローラ保持部材19は、AZ基準板11に固定されている。支持ローラ18およびローラ保持部材19は、転動面23が移動可能なように転動面23を支持することで弓形部材9を支持する補助軸構造体支持部である。支持ローラ18およびローラ保持部材19は、転動面23と離れた位置でタイミングベルト17と接触し、タイミングベルト17を移動可能にするローラ部である。
The
プーリー20は、転動面23から離れた位置でタイミングベルト17と接触し、タイミングベルト17を移動させることで弓形部材9をXEL軸の回りに回転させるための部材である。プーリー20の外形は略円柱状である。プーリー20の外面には、タイミングベルト17の歯とかみ合う歯が設けられる。プーリー20が回転すると、タイミングベルト17が移動して弓形部材9がXEL軸の回りに回転する。タイミングベルト17は歯つきベルトであり、プーリー20の歯と噛みあう。歯が噛み合うので、タイミングベルト17とプーリー20は空転しない。タイミングベルトとしては、空転しないものであれば歯つきベルト以外を使用してもよい。例えばVベルトなど、駆動力の伝導に摩擦力を利用するベルトを用いてもよい。
The
プーリー20は、EL軸方向において2個の支持ローラ18の中間の位置に設けられる。プーリー20は、プーリー保持部材21によりAZ基準板11に取り付けられる。プーリー保持部材21は、AZ基準板11との間にスプリング24を有する。スプリング24によりプーリー20がタイミングベルト17を弓形部材9の方向に押す。押されたタイミングベルト17には、タイミングベルト17を長くしようとする力(張力)が加えられる。プーリー保持部材21がスプリング24を有するので、プーリー20とAZ基準板11との間隔を変化させることができる。プーリー駆動モータ22は、プーリー20をXEL軸に平行な回転軸の回りに回転させる。プーリー駆動モータ22は、片側のプーリー保持部材21の上側に設けられる。プーリー20付近を拡大した斜視図を、図9に示す。図9は、実施の形態1に係るアンテナ装置が有するプーリー付近を拡大して示す斜視図である。タイミングベルト17は、弓形部材9の両端部に接続し張力が加えられた支持ベルトである。プーリー20は、タイミングベルト17を移動させるベルト駆動部である。プーリー20は、転動面23と離れた位置でタイミングベルト17と接触し、タイミングベルト17を転動面23の方向に押し付けることで、タイミングベルト17に張力を与える張力付与部でもある。
The
タイミングベルト17に加える張力の大きさは、例えば転動体10の重量と同等以上とする。タイミングベルト17に加えられる張力は、アンテナ装置100が外部から受ける振動などによる力に対して、左右方向および上下方向にアンテナ装置100を安定させることができる。そうすることで、タイミングベルト17に加えられる張力により、弓形部材9が転動する方向と直交する方向(XEL軸方向)にずれることを防止できる。つまり、アンテナ装置100では、弓形部材9がXEL軸方向に移動することを防止するために、専用の部材が不要になる。
The magnitude of the tension applied to the
支持ローラ18は、タイミングベルト17と接触するローラ中央部18Aと、弓形部材9の外側の円筒面と接触するローラ端部18Bとを有する。ローラ中央部18Aとローラ端部18Bは、共通のローラ回転軸18C(図11に図示)の回りを、互いに独立に回転できる。
The
弓形部材9が回転すると、弓形部材9と支持ローラ18の位置関係が変化する。タイミングベルト17は、弓形部材9にその両端が固定されているので、弓形部材9と支持ローラ18の位置関係が変化すると、弓形部材9に固定された端から支持ローラ18までの長さが変化する。プーリー20は、この長さの変化を吸収するために、AZ基準板11からの距離を変更可能にAZ基準板11に支持される。
When the
図10を参照して、プーリー20を回転可能かつAZ基準板11からの距離を変更可能に保持する構造について説明する。図10は、プーリー20の回転軸の中心を通るXEL軸に平行かつAZ基準板11に垂直な平面での断面図である。図10の断面位置は、図4に示すA−A断面である。なお、図を簡明にするためにプーリー20の背後に存在する支持ローラ18などは図示していない。プーリー保持部材21は、プーリー駆動モータ22が存在する側と存在しない側で構造が異なる。プーリー駆動モータ22が存在する側をプーリー保持部材21Pと呼び、存在しない側をプーリー保持部材21Qと呼ぶ。スプリング24も、プーリー駆動モータ22が存在する側をスプリング24Pと呼び、存在しない側をスプリング24Qと呼ぶ。
With reference to FIG. 10, a structure that holds the
プーリー保持部材21Pは、スプリング24P、スライダホルダ25P、スライダ26P、プーリー回転軸27Pおよびプーリー固定具28を有する。スライダホルダ25Pは、AZ基準板11に垂直に設けられた内部に空間を有する円筒である。スライダホルダ25Pの内部に、円柱状のスライダ26Pが挿入される。スライダ26PのAZ基準板11から遠い側には、プーリー駆動モータ22が接続している。スプリング24Pは、スライダホルダ25Pがその内部を通るように、AZ基準板11とプーリー駆動モータ22との間に配置される。スライダ26Pは、スライダホルダ25Pの内部をAZ基準板11に垂直な方向に移動可能である。スライダホルダ25Pの位置は、タイミングベルト17によりプーリー16が押される力と長さを短くされたスプリング24Pが元の長さに戻ろうとする力が釣り合う位置になる。
The
プーリー回転軸27Pは、プーリー駆動モータ22の回転軸に取り付けられる。プーリー回転軸27Pは、プーリー20の側面に設けられた穴に挿入される。プーリー回転軸27Pは、プーリー固定具28によりプーリー20との位置関係が固定される。そのため、プーリー駆動モータ22が回転すると、プーリー回転軸27Pおよびプーリー20が回転する。
The
プーリー保持部材21Qは、スプリング24Q、スライダホルダ25Q、スライダ26Q、プーリー回転軸27Qおよびプーリー軸受29を有する。スプリング24Qおよびスライダホルダ25Qは、スライダホルダ25Pおよびスライダ26Pと同様な構造である。スライダホルダ25Qは、AZ基準板11に垂直に設けられた内部に空間を有する円筒である。スライダホルダ25Qの内部に、円柱状のスライダ26Qが挿入される。スライダ26QのAZ基準板11から遠い側には、プーリー回転軸27Qが接続する。スライダ26Qとプーリー回転軸27Qは一体に形成されている。
The
プーリー回転軸27Qは、プーリー20の側面に設けられた穴に挿入される。この穴にはプーリー軸受29が備えられているので、プーリー20はプーリー回転軸27Qに対して回転できる。プーリー回転軸27P、プーリー回転軸27Qおよびプーリー20の中心軸は、同一直線上に存在するように配置される。
The
図11を参照して、ローラ中央部18Aとローラ端部18Bが、共通のローラ回転軸18Cの回りを互いに独立に回転できる構造を説明する。図11は、支持ローラ18の回転軸の中心を通るXEL軸に平行かつAZ基準板11に垂直な平面での断面図である。図11の断面位置は、図4に示すB−B断面である。
Referring to FIG. 11, a description will be given of a structure in which the roller
ローラ回転軸18Cは、AZ基準板11に平行かつXEL軸に平行に、その両端をそれぞれローラ保持部材19に保持される。ローラ中央部18Aとローラ回転軸18Cの間には、2個のローラ中央部軸受30が存在する。そのため、ローラ中央部18Aはローラ回転軸18Cの回りを少ない抵抗で回転できる。ローラ端部18Bとローラ回転軸18Cの間には、ローラ端部軸受31が存在する。そのため、ローラ端部18Bはローラ回転軸18Cの回りを少ない抵抗で回転できる。ローラ中央部18Aとローラ端部18Bとは無関係に回転できる。ローラ中央部18Aとローラ端部18Bとが逆方向に回転できる。
The
動作を説明する。アンテナ装置100は、通信相手80が存在する方向をアンテナ部1が向くように制御装置50により制御される。移動体90の位置や姿勢が変化する、あるいは通信相手80の位置が変化する場合は、通信相手80が存在する方向をアンテナ部1が向くように、制御装置50がアンテナ部1のAZ軸、XEL軸およびEL軸が取るべき角度(指令角度)を決める。さらに、制御装置50は、AZ軸、XEL軸およびEL軸が指令角度になるように、AZ駆動モータ13、プーリー駆動モータ22およびEL駆動モータ16を駆動制御する。
The operation will be described. The
AZ軸、XEL軸およびEL軸がどのような角度をとる場合でも、タイミングベルト17の張力により、弓形支持構造部2はその角度を保持できる。弓形支持構造部2を支持するためには、主にタイミングベルト17だけでよいので、従来の実体としてのXEL軸を有さないアンテナ装置よりも構成が簡単になる。
Whatever angle the AZ axis, XEL axis, and EL axis take, the bow-shaped
転動体10の重心Gは回転中心Cと一致していなくてもよい。タイミングベルトを駆動する機構としてはプーリー以外を使用してもよい。プーリーを保持する機構は、この実施の形態1とは異なる構成でもよい。タイミングベルトを駆動させる機構と、タイミングベルトに張力を与える機構とをそれぞれ備えるようにしてもよい。転動体の転動面を転動可能に支持する部材の回転軸と、タイミングベルトを移動可能に支持する部材の回転軸が異なってもよい。アンテナ装置は、地上の建築物などに設置されてもよい。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
The center of gravity G of the rolling element 10 does not have to coincide with the rotation center C. A mechanism other than the pulley may be used as a mechanism for driving the timing belt. The mechanism for holding the pulley may have a configuration different from that of the first embodiment. A mechanism for driving the timing belt and a mechanism for applying tension to the timing belt may be provided. The rotation axis of the member that rotatably supports the rolling surface of the rolling element may be different from the rotation axis of the member that rotatably supports the timing belt. The antenna device may be installed in a building on the ground or the like.
The above applies to other embodiments.
実施の形態2.
実施の形態2は、アンテナ装置において弓形部材9の転動面23で転動する部分である転動体10Aの重心がXEL軸およびEL軸の交点の位置よりも下側に位置するように、実施の形態1を変更した場合である。図12は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置の正面図である。図12について、実施の形態1の場合の図2と異なる点を説明する。アンテナ装置100Aが有する弓形支持構造部2Aは、弓形部材9の内面側のXEL軸方向の中央の位置に錘32が付加されている。転動体10Aの重心Gを、市松の円で示す。錘32があるため、転動体10Aの重心Gは、転動体10Aの回転中心Cよりも下にあり、円筒面を有する転動面23に近い位置に存在する。重心Gと回転中心Cの間の距離をLとする。転動体10Aの重量をMとする。
The second embodiment is implemented such that the center of gravity of the rolling element 10A, which is a part rolling on the rolling
動作を説明する。図12に示す状態では、重心Gが回転中心Cの真下にある状態である。図12に示す状態は、安定的に取ることができる。XEL軸に垂直な平面において転動体10Aがθだけ回転した状態では、転動体10Aに作用する重力が転動体10Aの回転角度θを小さくするように作用する復元力として、転動体10Aに働く。重力加速度をgとすると、転動体10Aに作用する重力はMgである。重心Gと回転中心Cの間にはLの距離があるので、T=MgLsin(θ)の回転モーメントが転動体10Aに作用する。この回転モーメントは、転動体10Aの回転角度θをゼロに近づける方向のモーメントである。プーリー20がタイミングベルト17を駆動して転動体10Aの回転角度θを小さくするように動作する場合には、この回転モーメントTは、プーリー駆動モータ22の負荷を軽減するように働く。
The operation will be described. In the state shown in FIG. 12, the center of gravity G is directly below the rotation center C. The state shown in FIG. 12 can be taken stably. When the rolling element 10A is rotated by θ on a plane perpendicular to the XEL axis, the gravity acting on the rolling element 10A acts on the rolling element 10A as a restoring force acting to reduce the rotation angle θ of the rolling element 10A. Assuming that the gravitational acceleration is g, the gravitational force acting on the rolling element 10A is Mg. Since there is a distance of L between the center of gravity G and the rotation center C, a rotation moment of T = MgLsin (θ) acts on the rolling element 10A. This rotational moment is a moment in a direction in which the rotational angle θ of the rolling element 10A approaches zero. When the
アンテナ装置100Aが搭載された移動体90の姿勢が一時的に急変して元の姿勢に戻る場合には、回転モーメントTが作用する方が、移動体が元の姿勢に速く消費するエネルギーを少なくして戻ることができる。
When the posture of the moving
制御装置50の制御方法によるが、アンテナ部1の指向方向を急に変化させる必要がある場合には、EL軸およびXEL軸を駆動して指向方向を変化させる場合がある。例えば、移動体90の姿勢が急変する場合に、アンテナ1の指向方向を通信相手80に向けることを継続できるようにするには、アンテナ1の指向方向を速く変化させる必要がある。急な指向方向の変化に対応するには、XEL軸の角度は、両方法の指向方向の変化に対応できるように0度であることが望ましい。制御装置50は、指向方向の変化が小さい状態である期間には、XEL軸回りの回転角度を0度にして、AZ軸およびEL軸の軸回りの回転でアンテナ部1が指向方向を向くような制御をする場合がある。XEL軸の回転角度をゼロ度に近づける制御がされる場合には、重心Gが回転中心Cよりも下側に位置することで発生する回転モーメントTが作用することは、XEL軸の回りに転動体10Aが転動するように駆動する仕事量を軽減できることになる。
Depending on the control method of the control device 50, when it is necessary to suddenly change the directional direction of the
実施の形態3.
実施の形態3は、転動面の端部に円弧以外の曲面であってXEL軸に垂直な平面においてXEL軸からの距離が円弧の部分よりも長くなるような非円弧面を有するように、実施の形態1を変更した場合である。実施の形態2を変更してもよい。図13から図14を参照して、実施の形態3に係るアンテナ装置100Bの構造を説明する。図13は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置の正面図である。図14は、実施の形態3に係るアンテナ装置の斜視図である。図14では、転動体10Bが図における右側が高くなり左側の支持ローラが非円筒面の部分(非円筒部33)と接触するように転動している状態を図示している。図13および図14について、実施の形態1のアンテナ装置100の場合の図1から図7と異なる点を説明する。
In the third embodiment, the end of the rolling surface has a non-arc surface that is a curved surface other than an arc and that has a longer distance from the XEL axis in a plane perpendicular to the XEL axis than the arc portion. This is a case where the first embodiment is changed.
アンテナ装置100Bが有する弓形支持構造部2Bが有する弓形部材9Bでは、転動面23Bの両端に非円筒部33が存在する。図14に示しているように、非円筒部33は、XEL軸に平行な方向において支持ローラ18と接触する部分に設けられる。弓形部材9Bのタイミングベルト17が接触する部分は、アンテナ装置100の場合と同様な円筒面である。非円筒部33は、円筒面から滑らかに転動面23Bの端に近くなるにしたがいXEL軸からの距離が長くなり、XEL軸との距離が大きくなった円筒面と接続する。XEL軸からの距離が大きい円筒面の部分に支持ローラ18が乗り上げる(接触する)ほど、弓形部材9Bが転動することはない。図示していないが、弓形部材9の回転角度が可能範囲内になるように、弓形部材9の転動を止めるストッパが設けられている。
In the bow-shaped
動作を説明する。転動体10Bが転動面23Bの円筒面の部分の範囲内で転動する場合には、アンテナ装置100Bはアンテナ装置100と同様に動作する。転動体10Bが転動して、支持ローラ18が非円筒部33に接触する状態の正面図が図15である。図15では、転動体10Bが転動していない状態も二点鎖線で示す。
The operation will be described. When the rolling element 10B rolls within the range of the cylindrical surface portion of the rolling
支持ローラ18が非円筒部33に接触する状態では、弓形部材9Bに回転を妨げる方向の力が発生する。図16と図17を参照して、弓形部材9Bに働く回転を妨げる力について説明する。図16は、実施の形態3に係るアンテナ装置において、転動面が円弧でない場合に発生する反力を説明する図である。図17は、実施の形態3に係るアンテナ装置において、転動面が円弧でない場合にXEL軸の回転角度と発生する反力の関係を説明する図である。角度θは、図17(a)に、AZ軸とEL軸がなす角度である。図16(a)に、AZ軸とEL軸がなす角度θがθ=90(度)の場合、図16(b)に、θ=θ2の場合を示す。θ2は、θの最大値90+θmax(度)に近い値である。ここで、θmaxは、XEL軸の回転可能範囲の上限値である。図17(b)に、θとタイミングベルト17の張力により支持ローラ18が弓形部材9の転動面23を押す力により発生する弓形部材9が回転を止めようとする反力FHとの関係を示す。反力FHが正の場合には、θを小さくする向きの力を発生させるとする。
When the
ローラ18(厳密にはローラ端部18B)が転動面23に垂直な向きの力Fを加える。力Fを弓形部材9の回転中心(XEL軸)に向かう方向の力の成分FVと、FVに垂直な力の成分FHに分解する。FHは、弓形部材9の回転に逆らう向きとなる。θ=90度の図16(a)の場合には、転動面23が円筒面なので、転動面23に垂直な方向が弓形部材9の回転中心に向かう方向と一致する。そのため、F1=FV1、FH1=0となる。
The roller 18 (strictly, the
図16(b)に示すように、転動面23の中で非円筒部33に支持ローラ18が当たる場合は、転動面23に垂直な方向と弓形部材9の回転中心に向かう方向とがずれる。そのため、F2>FH2>0となる。つまり、弓形部材9の回転を止める向きの力FH2が発生する。弓形部材9の回転角度θと弓形部材9の回転を止める向きの力FHの関係は、例えば、図17(b)に示すようになる。
As shown in FIG. 16B, when the
転動面23の非円筒部33の曲率の変化に応じて、弓形部材9の回転角度θと弓形部材9の回転を止める向きの力FHの関係を自由に設計することができる。非円筒部33は、弓形部材9の回転角度θと、回転を妨げる抵抗力FH2の大きさが決められた関係になるような形状を有する。
According to the change in the curvature of the
図15の説明に戻る。転動面23の中で非円筒部33を設けることで、支持ローラ18が非円筒部33と接触する状態では、転動体10Bの重心が移動する。図15において、転動体10Bが転動していない状態でのAZ軸、EL軸およびXEL軸を、それぞれAZ0、EL0およびXEL0の符号をつけて示す。アンテナ装置100Bでは、転動体10Bの重心GはAZ軸、EL軸およびXEL軸の交点である回転中心Cと一致している。正面図ではXEL軸の位置が重心Gの位置と一致する。転動面23の中で非円筒部33と支持ローラ18が接触する状態では、XEL軸の位置(重心位置)がXEL0の位置から図における右上側の符号XELを付加した位置に移動する。これは、非円筒部33と支持ローラ18が接触する状態での転動では、転動体10Bがカムの原動節、支持ローラ18が空間に固定された従動説として作用し、転動体10Bを持ち上げるような運動となることの結果である。このような運動で重心が移動すると、転動体10Bは重力およびタイミングベルト17の張力により下方向に押し付けられているため、転動体が元の位置に戻ろうとする。転動体10Bが元の位置に戻ろうとする力は、転動の復元力として作用する。
Returning to the description of FIG. By providing the
復元力が働く理由について説明する。図15に示す状態で転動体10Bをさらに転動させるには、弓形部材9の回転を止める向きの力FH2を受けながら転動させる必要がある。力FH2を受けながら移動させることで、移動に要する仕事量に相当するエネルギーが、タイミングベルト17の弾性によるポテンシャルエネルギーとして系に保存される。力FH2は、転動体10Bに働く重力とタイミングベルト17の張力の合力であるため、重心の移動が小さい場合でも、重力だけに抗する場合よりもより大きなエネルギーを保存することができ、より大きな回転の復元力を発生させることができる。実施の形態2のように重心Gが回転中心Cと離れている場合は、回転角度の全領域で復元力が発生するのに対して、非円筒部33に起因する復元力は、転動面23Bの転動可能範囲の境界に近い部分でだけ発生する。発生する範囲は小さいが、非円筒部33により大きな復元力を生じさせることができる。
The reason why the restoring force works will be described. To further roll rolling element 10B in the state shown in FIG. 15, it is necessary to roll while receiving a force F H2 orientation stopping the rotation of the
本発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。 The present invention allows free combinations of the embodiments, or modifications and omissions of the embodiments, within the spirit of the invention.
100、100A、100B アンテナ装置
1 アンテナ部
2、2A、2B 弓形支持構造部
3 方位角架台
4 移動体取付部(基礎部)
5 通信機
6 主反射鏡
7 副反射鏡
8 ホーン型放射器
9、9B 弓形部材(補助軸構造体)
10、10A、10B 転動体(補助軸回転部分)
11 AZ基準板(方位角軸構造体)
12 AZ駆動歯車
13 AZ駆動モータ
14 AZ転動部材
15 EL軸部材(仰角軸構造体)
16 EL駆動モータ
17 タイミングベルト(支持ベルト)
17A ベルト押さえ金具
17B 締結部品
18 支持ローラ(補助軸構造体支持部、ローラ部)
18A ローラ中央部(ローラ部)
18B ローラ端部(補助軸構造体支持部)
18C ローラ回転軸
19 ローラ保持部材
20 プーリー(ベルト駆動部)
21、21P、21Q プーリー保持部材
22 プーリー駆動モータ
23、23B 転動面
24、24P、24Q スプリング(張力付与部)
25P、25Q スライダホルダ
26P、26Q スライダ
27P、27Q プーリー回転軸
28 プーリー固定具
29 プーリー軸受
30 ローラ中央部軸受
31 ローラ端部軸受
32 錘
33 非円筒部(曲率変化部)
50 制御装置
80 通信相手
90 移動体
AZ AZ軸(方位角軸)
EL EL軸(仰角軸)
XEL XEL軸(補助軸)
C 回転中心
G 重心
DESCRIPTION OF
10, 10A, 10B rolling element (rotary part of auxiliary shaft)
11 AZ reference plate (azimuth axis structure)
12
16 EL drive
18A Roller center (roller)
18B Roller end (auxiliary shaft structure support)
18C
21, 21P, 21Q
25P,
Reference numeral 50 Control device 80
AZ AZ axis (azimuth axis)
EL EL axis (elevation axis)
XEL XEL axis (auxiliary axis)
C Center of rotation G Center of gravity
Claims (7)
仰角を変更する仰角軸の回りに前記アンテナ部を回転可能に支持する仰角軸構造体と、
前記仰角軸構造体を回転可能に保持し、前記仰角軸と直交する補助軸を中心軸とする円筒面を少なくとも一部に有する転動面を有し、前記補助軸の回りに回転する半円弧状の補助軸構造体と、
前記転動面が移動可能なように前記転動面を支持する補助軸構造体支持部と、
前記補助軸構造体の両端部に接続し張力が加えられた支持ベルトと、
前記転動面から離れた位置で前記支持ベルトと接触し、前記支持ベルトを移動させるベルト駆動部と、
前記転動面から離れた位置で前記支持ベルトを前記転動面の方向に押し付けることで、前記支持ベルトに前記張力を与える張力付与部と、
前記転動面から離れた位置で前記支持ベルトと接触し、前記支持ベルトを移動可能にするローラ部と、
前記補助軸構造体支持部、前記ベルト駆動部、前記張力付与部および前記ローラ部が設けられ、前記補助軸と直交し方位角を変更する方位角軸の回りに回転可能な方位角軸構造体と、
前記方位角軸構造体を前記方位角軸の回りに回転可能に支持する基礎部とを備えたアンテナ装置。 An antenna unit having a reflector,
An elevation axis structure that rotatably supports the antenna section around an elevation axis that changes the elevation angle,
A semicircle that holds the elevation axis structure so as to be rotatable, has a rolling surface at least partially having a cylindrical surface having an auxiliary axis perpendicular to the elevation axis as a central axis, and rotates around the auxiliary axis. An arc-shaped auxiliary shaft structure;
An auxiliary shaft structure supporting portion that supports the rolling surface such that the rolling surface is movable,
A support belt connected to both ends of the auxiliary shaft structure and subjected to tension,
A belt driving unit that contacts the support belt at a position away from the rolling surface and moves the support belt;
By pressing the support belt in the direction of the rolling surface at a position away from the rolling surface, a tension applying unit that applies the tension to the support belt,
A roller section that contacts the support belt at a position away from the rolling surface and enables the support belt to move;
An azimuth axis structure provided with the auxiliary axis structure support section, the belt driving section, the tension applying section, and the roller section, and rotatable around an azimuth axis orthogonal to the auxiliary axis and changing an azimuth angle; When,
A base unit for supporting the azimuth axis structure so as to be rotatable around the azimuth axis.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112259952A (en) * | 2020-09-23 | 2021-01-22 | 西安新光通信技术有限公司 | Special-shaped seat frame for ship-borne low-orbit satellite VSAT antenna |
WO2024066293A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 中兴通讯股份有限公司 | Adjusting mechanism for antenna auxiliary reflective surface, antenna, and method for adjusting antenna auxiliary reflective surface |
-
2018
- 2018-08-06 JP JP2018147532A patent/JP2020025157A/en active Pending
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