JP2902407B2

JP2902407B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP2902407B2
Application number: JP7218789A
Authority: JP
Inventors: 正博植松; 和郎加藤
Original assignee: SHISUTEMU YUNIIKUSU KK; Nippon Steel Corp
Current assignee: SHISUTEMU YUNIIKUSU KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH02250502A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、対局また電波源に対して相対的に移動する
系内におけるアンテナの姿勢制御に関し、例えば、自動
車等の移動体上で衛星放送受信する場合の受信用アンテ
ナの制御に関する。

〔従来の技術〕

衛星通信が実現してから、固定建造物はもとより、自
動車等の移動体においても衛星からの電波を受信しよう
とする傾向が見られるが、放送衛星（対局または電波
源）からの微弱な電波を受信するためには高利得のアン
テナ、すなわち、指向性が鋭いアンテナを使用するた
め、アンテナの姿勢制御が必要になる。

アンテナの姿勢制御は、初期設定時のアンテナ姿勢を
維持するいわゆるパッシブ制御と、電波の到来方向を逐
次検出して放送衛星を追尾するいわゆるアクティブ制御
とに大別される。

前者は、特公昭61−28244公報に開示された衛星通信
用アンテナ装置に見られるように、フライホイールの旋
動安定性を利用したアンテナ姿勢の維持制御が一般的で
あろう。この場合、高い受信安定度を得るためには、大
きなイナーシャを有する大重量のフライホイールが必要
となる。

これに対し、後者は、電波の到来方向の相対的な変化
に応じてアンテナ姿勢を変更するので、受信安定度が電
気的な制御系に求められる。つまり、上記とは逆に、機
械系のイナーシャを小さくしてレスポンスを速くするこ
とが要求されるので、自動車等の小型の移動体に搭載す
る装置にとっては有利である。

また、このアクティブ制御には、１つのアンテナの姿
勢を連続的に変化して電波の到来方向を検出する連続ロ
ービング方式と、複数のアンテナを用いて各アンテナの
受信状態の差違から電波の到来方向を検出する同時ロー
ビング方式があるが、自動車等の小型の移動体上で衛星
放送を受信するのであれば、連続的なアンテナ姿勢の変
化に起因する機械的な振動やフェージング等がない、後
者に優位性があるといえよう。

さらに、この同時ロービング方式は、各アンテナにお
いて受信した信号の振幅成分を利用するものと位相成分
を利用するものに分けられる。前者は、各アンテナの指
向方向をわずかにずらし、各受信信号のレベルの比較に
より電波の到来方向を検出する方法であるが、各アンテ
ナの設置精度やその特性，信号処理回路の電気的特性の
影響を受けやすい。この点、後者は各アンテナの物理的
な関係（配置の間隔）が主たるパラメータとなり、より
安定した制御が得られやすい。

例えば、２つのアンテナにおいて受信した信号の位相
成分を検出する場合を考えてみる。これにおいて、一方
の受信信号と他方の受信信号を乗じ、あるいは一方の受
信信号に90°移相した他方の受信信号を乗ずることによ
り、その直流分に各受信信号間の位相差が余弦関数の
値、あるいは正弦関数の値として得られる。この位相差
は、２つのアンテナに到来する電波の工程差、すなわ
ち、電波の到来方向とアンテナの指向方向との偏角によ
りもたらされるので、これらの値はその偏角を反映して
いることになる。

したがって、各アンテナをアジマス方向に並べて配置
し、アジマス方向に一体で姿勢変更する場合には各受信
信号の位相差からアジマス方向の偏角が検出され、エレ
ベーション方向に並べて配置し、エレベーション方向に
一体で姿勢変更する場合には各受信信号の位相差からエ
レベーション方向の偏角が検出される。この場合、１つ
のアンテナを共通にすることができるので、電波源の追
随には３つのアンテナがあれば足る。つまり、矩形平面
アンテナを用いるのであれば、同形同緒元の３つの矩形
平面アンテナをＬ字形に配置して一体で姿勢制御すれば
良い。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、複数の平面アンテナを一体で姿勢制御する
場合、それらを１つの支持部材上に設置すると都合が良
い。この場合、機械的な駆動を伴うので支持部材の形状
は軸対称であることが好ましく、同形の３つの矩形平面
アンテナをＬ字形に配置する場合であっても同形の４つ
の矩形平面アンテナを稠密に配置してできる矩形の支持
部材が用いられることになる。

一方、アンテナの開口面積と利得とはほぼ比例関係に
あるので、利得を基準にすれば、同形の４つの矩形平面
アンテナを稠密に配置した方が装置の大きさを小型化で
きる。したがって、同形同諸元の４つの矩形平面アンテ
ナを稠密に配置し、そのうちの３つのアンテナの受信信
号を用いて電波の到来方向を検出し、それらを一体で姿
勢制御することになる。

しかしながら、アンテナの数が増加すればそれに付随
した回路等が増加する。例えば、衛星放送を受信する場
合であれば、各アンテナ毎に、BSコンバータやBSチュー
ナ等が必要になり、当然のことながら３つのアンテナを
用いるときよりも４つのアンテナを用いるときの方が部
品点数が多くなり、装置が複雑化して製造工程や製造コ
ストの面での問題が発生する。

本発明は、部品点数が少なく簡単な構成で、利得およ
び信頼性が高いアンテナ装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のアンテナ装置にお
いては、（１）任意の矩形Ａを、その矩形Ａ内の点ａを通る第１
の直線で２つの矩形ＢおよびＣに分割し、さらに、矩形
Ｃを該点ａを通る第２の直線で２つの矩形ＤおよびＥに
分割して、矩形A,B,DおよびＥを定義するとき、前記矩形Ｂに等しい形状を有する第１平面アンテナ(1
3)；前記矩形Ｄに等しい形状を有する第２平面アンテナ(1
1)；前記矩形Ｅに等しい形状を有する第３平面アンテナ(1
2)；前記第1,第２および第３平面アンテナを、前記矩形Ａ
を復元する配置で保持し、かつ、各平面アンテナの放射
ビームを互いに平行に維持する、姿勢変更自在の支持手
段（15〜17）；前記支持手段を駆動する駆動手段(Ma,Me)；前記第１平面アンテナ(13)で受信した第１受信信号
と、前記第２平面アンテナ(11)で受信した第２受信信号
または前記第３平面アンテナ(12)で受信した第３受信信
号、との位相差(θ)を示す第１位相差信号(sinθ，cos
θ）を生成する第１位相差信号生成手段(4351)；前記第２受信信号と前記第３受信信号との位相差(φ)
を示す第２位相差信号(sinφ，cosφ）を生成する第２
位相差信号生成手段(4352)；および前記第１位相差信号(sinθ，cosθ）および前記第２
位相差信号(sinφ，cosφ）に基づいて前記駆動手段(M
a,Me)を付勢制御する付勢制御手段(5)；を備える。

（２）前記第１位相差信号生成手段(4351)は、前記第１
平面アンテナ(13)で受信した第１受信信号(sin（ωt-
θ））と、前記第２平面アンテナ(11)で受信した第２受
信信号と前記第３平面アンテナ(12)で受信した第３受信
信号の合成信号(sinωt・cosφ/2)、との位相差(θ)を示
す第１位相差信号(sinθ，cosθ）を生成する、前記
（１）項記載のアンテナ装置。

（３）前記第１位相差信号生成手段(4351)は、前記第１
位相差信号(sinθ，cosθ）を、第１関数(sin)に対応す
る信号(sinθ）およびそれと直交する第２関数(cos)に
対応する信号(cosθ）として生成し、前記第２位相差信号生成手段(4352)は、前記第２位相
差信号(sinφ，cosφ）を、前記第１関数(sin)に対応す
る信号(sinφ）および前記第２関数(cos)に対応する信
号(cosφ）として生成し、前記付勢制御手段(5)は、前記第１関数(sin)に対応する第１位相差信号(sin
θ）と前記第２関数(cos)に対応する第１位相差信号(co
sθ）の比(tanθ＝sinθ／cosθ）に基づいて前記第１
受信信号と前記合成信号との位相差(θ)に対応する第１
位相差情報(Ba)、および、前記第１関数(sin)に対応す
る第２位相差信号(sinφ）と前記第２関数(cos)に対応
する第２位相差信号(cosφ）の比(tanφ＝sinφ/cos
φ）に基づいて前記第２受信信号と前記第３受信信号と
の位相差(θ)に対応する第２位相差情報(Be)を検出する
位相差情報検出手段（第6b,6c図の34〜51）；前記第１関数(sin)に対応する第１位相差信号(sin
θ）の符号および前記第２関数(cos)に対応する第１位
相差信号(cosθ）の符号の組合せ、あるいはそれらのい
ずれか一方の符号に基づいて前記第１受信信号と前記合
成信号との位相差(θ)が属する象限を検出し、該象限の
変化を監視して該位相差の回転を示す第１回転情報(Aa)
を検出するとともに、前記第１関数(sin)に対応する第
２位相差信号(sinφ）の符号および前記第２関数(cos)
に対応する第２位相差信号(cosφ）の符号の組合せ、あ
るいはそれらのいずれか一方の符号に基づいて前記第２
受信信号と前記第３受信信号との位相差(θ)が属する象
限を検出し、該象限の変化を監視して該位相差の回転を
示す第２回転情報(Ae)を検出する。回転情報検出手段
（第6b,6c図の42〜55）；および、前記第１回転情報(Aa)により前記第１位相差情報(Be)
を補正して第１補正位相差情報(Da)を生成し、前記第２
回転情報(Ae)により前記第２位相差情報(Be)を補正して
第２補正位相差情報(De)を生成する、位相差情報補正手
段（第6b,6c図の51）；を備え、前記第１補正位相差情報(Da)および前記第２補正位相
差情報(Ae)に基づいて前記駆動手段(Ma,Me)を付勢制御
する、前記（１）項記載のアンテナ装置。

（４）アンテナ支持体(15)；該アンテナ支持体(15)を１つの軸を中心とするアジマス
方向に回転駆動する第１駆動手段(Ma)；前記アンテナ支持体(15)を前記軸と直角な方向のもう
１つの軸を中心とするエレベーション方向に回転駆動す
る第２駆動手段(Me)；前記アンテナ支持体(15)に、アジマス方向に互に離し
て、それらの指向方向を互に平行にして、配設された第
１アンテナ(13)および第２アンテナ(11)；前記アンテナ支持体(15)に、第２アンテナ(11)とはエ
レベーション方向に互に離してしかも第１アンテナ(13)
とはアジマス方向に離して、その指向方向を第１アンテ
ナ(13)の指向方向と互に平行にして、配置された第３ア
ンテナ(12)；前記第１アンテナ(13)の受信信号に対する第２アンテ
ナの受信信号(11)のアジマス方向の位相差(θ)をパラメ
ータとする第１関数の値(sinθ）と、該位相差(θ)をパ
ラメータとする第１関数と直交する第２関数の値(cos
θ）を検出する第１検出手段(4351)；前記第２アンテナ(11)の受信信号に対する第３アンテ
ナ(12)の受信信号のエレベーション方向の位相差(φ)を
パラメータとする第３関数(sin)の値(sinφ）と、該位
相差(φ)をパラメータとする、第３関数(sin)と直交す
る第４関数(cos)の値(cosφ）を検出する第２検出手段
(4352)；前記第１関数の値(sinθ）と第２関数の値(cosθ）と
の比(tanθ＝sinθ/cosθ）より前記アジマス方向の位
相差(θ)を検出し、前記第１関数および第２関数の値(s
inθ，cosθ）の正負極性よりアジマス方向の位相差
(θ)の属する象限を決定し、検出したアジマス方向の位
相差とその象限に対応する、電波の進行方向に対する第
１アンテナ(13)および第２アンテナ(11)の指向方向のア
ジマス方向の偏角を、実質上零とするために前記第１駆
動手段(Ma)を付勢し、かつ、前記第３関数の値(sinφ）
と第４関数の値(cosφ）との比(tanφ＝sinφ/cosφ）
よりエレベーション方向の位相差(φ)を検出し、前記第
３関数および第４関数の値(sinφ，cosφ）の正負極性
よりエレベーション方向の位相差(φ)の属する象限を決
定し、検出したエレベーション方向の位相差(φ)とその
象限に対応する、電波の進行方向に対する第２アンテナ
(11)および第３アンテナ(12)の指向方向のエレベーショ
ン方向の偏角を、実質上零とするために前記第２駆動手
段(Me)を付勢する制御手段(5)；を備えるアンテナ装置。

（５）第１アンテナ(13)は平面アンテナであり、第２ア
ンテナ(11)は、第１アンテナ(13)の電磁波を受ける面の
延長上に電磁波を受ける面を有する平面アンテナであ
る、前記（４）記載のアンテナ装置。

（６）アンテナ支持体(15)；該アンテナ支持体(15)を１つの軸を中心とするアジマス
方向に回転駆動する第１駆動手段(Ma)；前記アンテナ支持体(15)を前記軸と直角な方向のもう
１つの軸を中心とするエレベーション方向に回転駆動す
る第２駆動手段(Me)；前記アンテナ支持体(15)に、アジマス方向に互に離し
て、それらの指向方向を互に平行にして、配設された第
１アンテナ(13)および第２アンテナ(11)；前記アンテナ支持体(15)に、第２アンテナ(11)とはエレ
ベーション方向に互に離してしかも第１アンテナとはア
ジマス方向に離して、その指向方向を第１アンテナ(13)
の指向方向と互に平行にして、配設された第３アンテナ
(13)；前記第１アンテナ(13)の受信信号に対する第２アンテナ
(11)の受信信号のアジマス方向の位相差(θ)をパラメー
タとする第１関数(sin)の値(sinθ）と、該位相差(θ)
をパラメータとする、第１関数(sin)と直交する第２関
数(cos)の値(cosθ）を検出する第１検出手段(4351)；前記第２アンテナ(11)の受信信号に対する第３アンテ
ナ(11)の受信信号のエレベーション方向の位相差(φ)を
パラメータとする第３関数(sin)の値(sinθ）と、該位
相差(φ)をパラメータとする、第３関数(sin)と直交す
る第４関数(cos)の値(cosφ）を検出する第２検出手段
(4352)；前記第１関数の値(sinθ）と第２関数の値(cosθ）の
２乗平均を求めてそれを高くするために前記第１駆動手
段(Ma)を付勢しかつ前記第３関数の値(sinφ）と第４関
数の値(cosφ）の２乗平均を求めてそれを高くするため
に前記第２駆動手段(Me)を付勢し（第6a,6b図の６〜13,
24〜40）、その後、前記第１関数の値と第２関数の値の
比(tanθ＝sinθ/cosθ）より前記アジマス方向の位相
差(θ)を検出し、前記第１関数および第２関数の値(sin
θ，cosθ）の正負極性よりアジマス方向の位相差の属
する象限を決定し、検出したアジマス方向の位相差(θ)
とその象限に対応する、電波の進行方向に対する第１ア
ンテナ(13)および第２アンテナ(11)の指向方向のアジマ
ス方向の偏角を、実質上零とするために前記第１駆動手
段(Ma)を付勢し、かつ、前記第３関数の値と第４関数の
比(tanφ＝sinφ/cosφ）よりエレベーション方向の位
相差(φ)を検出し、前記第３関数および第４関数の値(s
inφ，cosφ）の正負極性よりエレベーション方向の位
相差(φ)の属する象限を決定し、検出したエレベーショ
ン方向の位相差(φ)とその象限に対応する、電波の進行
方向に対する第２アンテナ(12)および第３アンテナ(11)
の指向方向のエレベーション方向の偏角を、実質上零と
するために前記第２駆動手段(Me)を付勢する制御手段
(5)；を備えるアンテナ装置。

なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に
示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の符号又は
対応事項を、参考までに付記した。

〔作用〕

上記（１）によれば、第1,第２および第３平面アンテ
ナ(13,11,12)を矩形Ａを復元する態様に配置しているの
で、部品点数を増加させることなく、該矩形Ａを４等分
した小矩形に等しい４つの平面アンテナを稠密に配置し
た場合と実質的に等しい利得が得られる。この場合、厳
密に言うと、第１平面アンテナ(13)と第２または第３平
面アンテナ(11,12)の並びに対して垂直にならないので
直交２軸で姿勢制御する場合には一方の軸方向の偏角
（電波の到来方向に対するアンテナ指向方向のずれ）が
他方に影響することがある。しかし、第２平面アンテナ
(11)で受信した第２受信信号と前記第３平面アンテナ(1
2)で受信した第３受信信号とを合成し、該合成信号と第
１平面アンテナ（13）で受信した第１受信信号との位相
差（θ）から第１位相差信号を生成すれば、この影響を
振幅成分として処理することができる。

つまり、第１位相差信号を、第１関数(sin)に対応す
る信号(sinθ）におよびそれと直交する第２関数(cos)
に対応する信号(cosθ）として生成すると、上記の振幅
成分が各信号に等しく含まれるので、その比(tanθ＝si
nθ/cosθ）を求めて該振幅成分を除去する。この比(ta
nθ＝sinθ/cosθ）は、第１平面アンテナ(13)との並び
が、第２平面アンテナ(11)と第３平面アンテナ(12)との
並びに直交する仮想アンテナ、の受信信号と第１平面ア
ンテナ(13)の位相差(θ)を反映するので、直交２軸によ
る姿勢制御が可能となる。なお、このような振幅成分の
除去方法はフェージング等の外乱を除去する手段として
も有効である。

また、前述したように、各アンテナの受信信号間の位
相差は到来電波の行程差から生じるので、偏角より遥に
短い交番周期で変動する。したがって、位相差信号の零
点のみに頼って姿勢制御を行なうとポインティングエラ
ーを生ずる虞れがあるが、第１関数(sin)に対応する信
号およびそれと直交する第２関数(cos)に対応する信号
として生成した位相差信号の符号を監視し、位相差の回
転を検出することによりこれを防止することができる。

本発明の他の目的および特徴は、以下の図面を参照し
た実施例説明より明らかになろう。

〔実施例〕

第1a図，第2a図および第2b図は、本発明を適用した衛
星放送受信用アンテナ装置の電気的，機械的な構成を示
す。このアンテナ装置は、自動車等の移動体上に搭載さ
れ、該移動体の移動により生じる対局（放送衛星）との
相対的な位置変化をアンテナの姿勢制御によりに補正し
て連続的な衛星放送の受信を確保する。

まず、第2a図および第2b図を参照して機械系の構成に
ついて説明しよう。

このアンテナ装置は、電波の到来方向（放送衛星の存
在する方向）を検出し、かつ、衛星放送を受信するため
の３枚の平面アンテナ11,12および13を備えている。平
面アンテナ11と12は同形であり、平面アンテナ13は平面
アンテナ11と12を接合した形状に等しい。これらの平面
アンテナは、アンテナブラケット15により同一平面内に
支持されて（各平板アンテナの主ビームは三角柱の稜を
構成する）矩形のアンテナユニット１を構成している。

アンテナブラケット15は、軸151により回転台16に回
転自在に支持されており、アンテナユニット１のエレベ
ーション回動面内（自動車のルーフ等）に固着されるベ
ース17に垂直な面内）の指向（＝各平板アンテナの主ビ
ームの指向）の自由度を確保している。このアンテナブ
ラケット15の軸151には、エレベーショモータMeの出力
が与えられ、該モータの正転付勢はアンテナユニット１
の指向方向の上向き更新（仰角を増加）を、逆転付勢は
その下向き更新（仰角を減少）をそれぞれもたらす。こ
の更新速度は０〜100deg/sの範囲で連続的に可変である
が、その回動範囲は60°（ベース17から上向きに５°〜
65°の範囲）に制限されている（この範囲はリミットス
イッチLuおよびLlにより検出される）。

回転台16は、複数組のアンギュラベアリングを介して
ベース17に固着された中空のベースブロック171に回転
自在に結合されており、アンテナユニット１のアジマス
回転面内（ベース17に平行な面内）の指向の自由度を確
保している。このベースブロック171には、サンギア172
が一体成形されており、そこには回転台16に枢着された
プラネタリギア（図示せず）が噛合っている。このプラ
ネタリギアには、アジマスモータMaの出力が与えられ、
該モータの正転付勢はアンテナユニット１の指向方向を
CW方向に更新し、逆転付勢はそれをCCW方向に更新する
（CW,CCW方向は第2a図に示した状態で定義した方向）。
この更新速度は、０〜100deg/sの範囲で連続的に可変で
あり、回動範囲の制限はない。

次に、各平面アンテナの受信号の処理および各モータ
の制御を行なう電気系の構成について説明しよう。第1a
図を併せて参照されたい。

ここに示されるように、電気系は、アンテナユニット
1,共通信号処理回路2, 受信信号処理回路3,誤差信号処
理回路4,制御回路5,テレビジョンセット6,電源回路7,お
よび、モータMa,Me,モータドライバDRVa,DRVeならびに
ジャイロGa,Ge等でなる。

アンテナユニット１は、前述したように３枚の平面ア
ンテナ11,12および13で構成されており、それぞれにお
いて受信した信号（受信信号）は、共通信号処理回路２
に与えられる。

共通信号処理回路２は、遅延線路211,212,BSコンバー
タ221〜223,第１局部発振器（＃1L0）23,中間周波数増
幅器241〜243およびスプリッタ251〜252等を備えてい
る。

遅延線路211および212は、各平面アンテナの受信信号
の伝送間の位相ずれを互いに等しくなるように調整す
る。

各BSコンバータは、第１局部発振器22より与えられる
共通の第１局部発振信号（固定周波数）を用いて、対応
する（符号の下１桁が一致する：以下同じ）平面アンテ
ナから与えられた約12GHzの高周波信号を約1.3GHzの第
１中間周波信号に変換し、各中間周波増幅器は対応する
BSコンバータの出力信号を増幅して基準状態（アンテナ
ユニット１の指向方向が電波の到来方向に一致してお
り、かつ外乱がない状態）における各信号のレベルを等
しく調整する。

各スプリッタは、対応する中間周波増幅器の出力を２
分割し、一方を受信信号処理回路３に、他方を誤差信号
処理回路４に与える。

受信信号処理回路３は、２つのコンバイナ31,32,遅延
線路33および増幅器34等を備えてなる。

コンバイナ31は、スプリッタ251から与えられた信号
（平面アンテナ11の受信信号に対応）とスプリッタ252
から与えられた信号（平面アンテナ１の２受信信号に対
応）とを合成し、コンバイナ32は、この合成信号とスプ
リッタ253から与えられた信号（平面アンテナ13の受信
信号に対応する）とを合成する。なお、遅延線路33は、
コンバイナ31による位相遅れ分を調整する。

増幅器34は、コンバイナ32による合成信号を増幅し、
回転結合トランス８を介してテレビジョンセット６に与
える。

テレビジョンセット６は、BSチューナを備えており、
受信信号処理回路３より与えられた信号を復調して映像
および音声を出力する。

一方、スプリッタ251,252および253により分割された
他方の信号が与えられる誤差信号処理回路４は、３つの
同諸元のBSチューナ411〜413,第２局部発振器（＃2L0）
42および誤差信号検出回路43等を備えてなる。各BSチュ
ーナには、第２局部発振器42より共通の第２局部発振信
号（固定周波数）が与えられており、それぞれにおい
て、対応するスプリッタから与えられた対応するBSコン
バータの出力信号を約403MHzの第２中間周波信号に変換
している。

誤差信号検出回路43は、これらのBSチューナの出力信
号を用いて、アジマス回動面に投影したアンテナユニッ
ト１の指向方向と電波の到来方向（放送衛星が存在する
方向）との偏角を示すアジマス誤差信号，および、エレ
ベーション回動面に投影したアンテナユニット１の指向
方向と電波の到来方向との偏角を示すエレベーション誤
差信号を生成する。

第1b図は、この誤差信号検出回路43の詳細を示したも
のであるが、この回路の理解に各誤差信号の検出原理に
ついての説明が有意義と考え、以下の説明を補足する。

アンテナブラケット15上に配された各平面アンテナの
間隔は、放送衛星から地表面での距離に比べれば問題外
に小さいが、受信する電波の波長に比べれば決して小さ
くはない。つまり、各平面アンテナで受信する電波の信
号強度は概略等しくなるが、その位相は必ずしも等しく
はない。

ここで第3a図を参照されたい。この図は、平面アンテ
ナ11および12に代える、平面アンテナ13と同諸元のアン
テナを仮想し、その仮想アンテナと平面アンテナ13につ
いてアジマス回動面内での動きに関して軸Paz回りに回
転する間隔Laで配置されたアンテナAntaおよびAntbによ
りシンボライズしたものであり、破線は各アンテナの指
向方向を、１点鎖線は放送衛星から到来する電波（放送
衛星から地表面までの距離に比べて間隔Laが問題外に小
さいので実質的に平行波と見做せる）を、２点鎖線はそ
の電波面を示している。

いま、アジマス偏角がΘ（電波の到来方向を基準とし
てCCW方向を正とする）であったとする。この場合、ア
ンテナAntbに到達する電波はアンテナAntaに到達する電
波よりlaだけ余分な行程を進むために位相が遅れる。つ
まり、アンテナAntaの受信信号をsinωｔと表わせば、
アンテナAntbの受信信号は、 sinω（ｔ−la/c）＝sin（ωｔ−２π・La・sinΘ／λ） ……（１）と表わされる。

ただし、ωは電波の角速度、ｃは伝搬速度、λは波長
である。

ここで、アンテナAntbの受信信号の遅れ位相２π・La
・sinΘ／λをθと置き、アンテナAntaの受信信号と、
アンテナAntbの受信信号とを乗ずると、 sinωｔ・sin（ωｔ−θ）＝｛cosθ−cos（２ωｔ−θ）｝）２ ……（２）なる信号が得られ、また、アンテナAntaの受信信号と、
＋90°移相したアンテナAntbの受信信号とを乗ずると、 sinωｔ・cos（ωｔ−θ）＝｛sinθ＋sin（２ωｔ−θ）｝）/2 ……（３）なる信号が得られる。したがって、これらの信号の直流
分を抽出することにより、アジマス偏角Θに起因して、
アンテナAntbの受信信号に生じたアンテナ方向Antaの受
信信号に対する遅れ位相θ（負のときは進み位相）を正
弦関数で表わした正弦アジマス誤差信号sinθ，および
余弦関数で表わした余弦アジマス誤差信号cosθが求ま
り（両者を区別しないときには単にアジマス誤差信号と
いう）、アジマス偏角Θを知ることができる。

このアジマス偏角Θと全く同様に、エレベーション偏
角Φ（電波の到来方向を基準として下向き方向を正とす
る）についても知ることができる。

第3b図を参照されたい。この図は、エレベーション回
動面への投影において離隔されている１組の平面アンテ
ナ、すなわち、平面アンテナ11と12を、軸Pel回りに回
転する間隔Leで配置されたアンテナAntcおよびアンテナ
Antdによりシンボライズしたものである。これにおい
て、上記の仮想アンテナの受信信号をsinωｔと表わせ
ば、アンテナAntcの受信信号の位相はそれより−π・Le
・sinΦ／λだけ進み、アンテナAntdの受信信号の位相
はそれより−π・Le・sinΦ／λだけ遅れる。

そこで、−π・Le・sinΦ／λをφ/2と置き、上記に
倣って、アンテナAntcの受信信号にアンテナAntdの受信
信号をそのまま、あるいは＋90°位相して乗ずれば、 sin（ωｔ＋φ/2）・sin（ωｔ−φ/2）＝（cosφ−cos2ωｔ）/2 ……（４） sin（ωｔ＋φ/2）・cos（ωｔ−φ/2）＝（sinφ＋sin2ωｔ）/2 ……（５）なる信号を得る。したがって、これらの信号から直流分
を抽出することにより、エレベーション偏角Φに起因し
てアンテナAntdの受信信号に生じたアンテナAntcの受信
信号に対する遅れ位相φ（負のときは進み位相）を正弦
関数で表わした正弦エレベーション誤差信号sinφ，お
よび余弦関数で表わした余弦エレベーション誤差信号co
sφが求まり（両者を区別しないときには単にエレベー
ション誤差信号という）、エレベーション偏角Φを知る
ことができる。

ただし、上記のように、各アンテナの位相差θおよび
φが幾何学的に連続的な関数、すなわち、２π・La・si
nΘ／λおよび２π・Le・sinΦ／λとして検出し得るア
ンテナの角度範囲は、用いるアンテナの指向特性のうち
メインロープ内に限られることに注意されたい（第4a図
参照）。

さて、第1b図を参照すると、誤差信号検出回路43は、
アッテネータ4311〜4313,スプリッタ4321,4322,コンバ
イナ433,遅延線路434,アジマス誤差信号検出部4351およ
びエレベーション誤差信号検出部4352が備えられてい
る。

各BSチューナの出力信号は、端子a,b,cを介して対応
するアッテネータに与えられてレベル調整される。

スプリッタ4321はアッテネータ4311の出力を、スプリ
ッタ4322はアッテネータ4312の出力を、それぞれコンバ
イナ433をエレベーション誤差信号検出部4352に分配す
る。コンバイナ433はスプリッタ4322から分配された各
信号を合成し、アジマス誤差信号検出部4351に与える。
この合成信号は、端子a,bに与えられる信号をそれぞれ
上記に倣ってsin（ωｔ−Φ/2）,sin（ωｔ＋Φ/2）と
すれば、sinωｔ・cosΦ/2となり、cosΦ/2なる振幅成
分を含むが、この振幅成分の処理については後述するの
でここでは無視されたい。

また、遅延線路434は、アッテネータ4313の出力信号
に対してスプリッタ4321または4322およびコンバイナ43
3による信号の遅延分に等しい遅延を施してアジマス誤
差信号検出部4351に与える。

アジマス誤差信号検出部4351は、スプリッタ43511,＋
90°スプリッタ43512,ミキサ43513,43514およびローパ
スフィルタ（LPF）43515,43516でなる。

スプリッタ43511は、コンバイナ433より与えられた信
号を２分してミキサ43513と43514に分配し、＋90°スプ
リッタ43512は、遅延線路434を介して与えられたアッテ
ネータ4313の出力信号を２分し、一方を＋90°位相シフ
トしてミキサ43513に、他方をそのままミキサ43514に与
える。

ミキサ43513では各入力を乗じて前述の第（３）式の
演算に相当する処理を行ない、ミキサ43514では各入力
を乗じて前述の第（２）式の演算に相当する処理を行な
う。したがって、LPF43515によりミキサ43513の出力信
号の交流分を除去したときに、正弦アジマス誤差信号si
nθが得られ、LPF43516によりミキサ43514の出力信号の
交流分を除去したときに余弦アジマス誤差信号cosθが
得られる。

エレベーション誤差信号検出部4352は、アジマス誤差
信号検出部4351と全く同構成であり、スプリッタ4321お
よび4322から与えられた信号を用いて前述の第（４）式
および第（５）式の演算に相当する処理を行ない、処理
後の信号の交流成分を除去して正弦エレベーション誤差
信号sinφおよび余弦エレベーション誤差信号cosφを生
成している。

これらの誤差信号検出回路43において生成されたアジ
マス誤差信号およびエレベーション誤差信号は、制御回
路５に与えられる。制御回路５は、各誤差信号に基づい
てアンテナユニット１の指向方向の修正量を示すアジマ
スオフセットデータ（Da）およびエレベーションオフセ
ットデータ（De）を求め、前者をアジマスモータドライ
バDRVaに後者をエレベーションモータドライバDRVeにそ
れぞれ転送する。

ところで、これまでの説明においては、簡単化のため
に到来電波の振幅成分を考慮していないので、アジマス
偏角Θを知るためには一方のアジマス誤差信号の検出で
足り、エレベーション偏角Φを知るためには一方のエレ
ベーション誤差信号の検出で足りるとの誤解があるかも
しれない。

たしかに、放送衛星から受信点での距離変化がもたら
す信号強度の変化は無視できるが、電波の到来方向に対
するアンテナ指向方向のずれによるアンテナゲインの低
下や、受信環境の変化等がもたらす信号強度の変化は無
視できるものではなく、アジマス誤差信号およびエレベ
ーション誤差信号の大きさに強く影響する。つまり、こ
のことは、各誤差信号が各偏角以外の要素によって変動
し、その情報的価値が低いことを意味する。また、前述
したように、アジマス誤差信号は、エレベーション偏角
に起因する振幅成分も含んでいる。

しかしながら、これらの振幅成分は、同時に抽出され
る正弦アジマス誤差信号sinθおよび余弦エレベーショ
ン誤差信号cosθにおいて、あるいは、同時に抽出され
る正弦エレベーション誤差信号sinφおよび余弦エレベ
ーション誤差信号cosφにおいては等しく作用してい
る。そこで、本実施例においては対となる信号の値の比
を求めて振幅成分を除去している（以下、この意味にお
いて正弦アジマス誤差信号sinθの値と余弦アジマス誤
差信号cosθの値の比をアジマス絶対誤差tanθと呼び、
正弦エレベーション誤差信号sinθの値と余弦エレベー
ション誤差信号cosθの値の比をエレベーション絶対誤
差tanφと呼ぶ）。

例えば、第4a図にアジマス位相角θ（前述した合成信
号に対する平面アンテナ13の受信信号の遅れ位相θ）と
正弦アジマス誤差信号sinθおよび余弦アジマス誤差信
号cosθとの関係を示すグラフを、第4b図に両誤差信号
の２乗平均を求めて振幅成分を抽出し、位相角θとの関
係を示すグラフ（アジマス回動面内における指向特性曲
線となる）をそれぞれ示した。これらのグラフを参照し
て分かるように、振幅成分は位相角θにより大きく変動
しているが、その変動は位相角θを等しくする角アジマ
ス誤差信号に等しく作用しているので、これらのとの
比、すなわち、アジマス絶対誤差tanθの振幅成分は
“1"となり第4c図に示したような不偏的な正接曲線が得
られる。

つまり、この絶対アジマス誤差tanθよりアジマス位
相角θが正しくあたえられるのであるが、ここで注意し
なければならないことは、前述したように、この位相角
θは、平面アンテナ11の受信信号と平面アンテナ12の受
信信号との合成信号と、平面アンテナ13の受信信号の位
相差、すなわち、（２π・La・sinΘ／λ）を示すもの
でおあり、実際のアジマス偏角Θとは第4b図下端に示し
た関係にあるということである。より具体的な理解のた
めに、第5a図に、正弦アジマス誤差信号sinθおよび余
弦アジマス誤差信号cosθを用いて、（x,y）＝（sinθ,
jcosθ）なる座標により示したアジマス誤差信号のリサ
ージュ図を示したが、これに示されるように、基準、す
なち、位相の回転を明らかにしない限り、１組のアジマ
ス誤差信号cosθおよびsinθから１つの位相角θを特定
することはできない。これはエレベーション位相角φ
（エレベーション偏角Φに起因して平面アンテナ12の受
信信号に生じた平面アンテナ11の受信信号に対する遅れ
位相）についても同じである。

一方、アンテナユニット１の指向方向が電波の到来方
向に一致しているときには、受信レベルが最大になる。
そこで本実施例においては、１組のアジマス誤差信号co
sθ,sinθが最大の振幅成分を与えるときアジマス方向
の位相の回転の基準を設定し、１組のエレベーション誤
差信号cosφ,sinφが最大の振幅成分を与えるときエレ
ベーション方向の位相の回転の基準を設定し、各位相角
を特定している。また、このようにして求めた各位相角
を、第4d図に示すように（1000・・・・０）₂を基準
（位相角０°）とし、１つの象限を2ⁿ分割するｎ＋８ビ
ットの数値データで表わし、CW方向の回転を正としてそ
れを増減している（ｎは任意の自然数である）。したが
って、この数値データは、第5b図に示すように、LSB〜
第ｎビットで象限内の位相角（角度データ）を、第ｎ＋
1,n＋２ビットで象限（象限データ）を、第ｎ＋３〜ｎ
＋７ビットで位相の回転数（回転データ）を、第ｎ＋８
ビットで位相の回転方向（極性データ）を、それぞれ示
すものとなる。

つまり、前述した制御回路５において求めているアジ
マスオフセットデータDaは、アジマス誤差信号に基づい
て求めた上記のｎ＋８ビットの数値データであり、エレ
ベーションオフセットデータDeは、エレベーション誤差
信号に基づいて求めた上記のｎ＋８ビットの数値データ
である。したがって、これらのデータが与えられるモー
タドライバDRVaおよびDRVeでは、（1000・・・・０）₂
を基準にする各オフセットデータの偏差に比例した速度
でアジマスモータMaあるいはエレベーションモータMeを
正逆転付勢する。

ところで、すでに説明した内容から明らかであろう
が、トンネル等の通過等により、アンテナユニット１が
遮蔽されて充分な受信信号が得られないときには各誤差
信号に基づいて各オフセットデータを求めることは叶わ
ず、誤動作を惹起しかねない。そのような場合に備え
て、本実施例装置は、回転第16上にアジマスジャイロGa
を、アンテナブラケット15の背面にエレベーションジャ
イロGeを備えており、各ジャイロが検出する偏角信号
（リセット後のジャイロの相対的偏角に対応する電気信
号）に基づいて各オフセットデータを作成し、受信状態
が回復したときの受信再開の迅速化を図っている。

以下、制御回路５のより詳細な動作について、第6a図
〜第6c図に示したフローチャートを参照して説明する。

テレビジョンセット６に備わる電源スイッチ61が投入
され、電源回路７から各部に必要な電力が供給される
と、制御回路５は内部レジスタや入出力ポート等を初期
化する（ステップ１）。この後、各部のウォームアップ
等に要する時間を待機してから（ステップ２）、エレベ
ーションモータドライバDRVeに適当なエレベーションオ
フセットデータDaを与えてリミットスイッチLl（LLセン
サ）がエレベーション回動の下限を検出するまでエレベ
ーションモータMeの逆転付勢を指示する（ステップ３、
４）。これが終了すると、タイマＴをクリア＆スタート
（ステップ５）して電波の到来方向の探索を開始する。

この探索は、受信信号強度に対応する正弦アジマス誤
差信号sinθおよび余弦アジマス誤差信号cosθの自乗平
均より求まる振幅データを根拠として行なう。つまり、
誤差信号処理回路４から与えられる正弦アジマス誤差信
号sinθおよび余弦アジマス誤差信号cosθを読み取って
（ステップ６）その自乗平均（アジマス振幅データRa
n）を求め（ステップ７）、その値と閾値THasとを比較
する（ステップ8:第4b図参照）。このとき、アジマス振
幅データRanが閾値THas以下であればアジマスモータド
ライバDRVaに適当なアジマスオフセットデータDaを与え
てアジマスモータMaの正転付勢を指示し（ステップ1
0）、アジマス回動面内の指向方向を更新する（ステッ
プ11:更新完了待ち）。

このように、アジマス回動面内の指向方向を逐次更新
しながらアジマス振幅データRanと閾値THasとの比較を
繰り返すと、約Tr時間でアンテナユニット１はアジマス
回動面内を一周する。そこで、タイマＴの値がTr時間を
超えたときには（ステップ９）、リミットスイッチLu
（ULセンサ）がエレベーション回動の上限を検出してい
ないことを条件に（ステップ12）エレベーションモータ
ドライバDRVaに適当なエレベーションオフセットデータ
Deを与えてエレベーションモータMeの正転付勢を指示し
（ステップ13）、エレベーション回動面内の指向方向を
更新して（ステップ14:更新完了待ち）、再度ステップ
５以下を繰り返す。つまり、これにおいては、螺旋状に
指向方向を更新するヘリカルスキャニングを行なってい
る。

リミットスイッチLu（ULセンサ）によりエレベーショ
ン回動の上限が検出されるまでの間にアジマス振幅デー
タRanが閾値THasを超えなければ、相当時間を待機（ス
テップ15）した後、再び上記のヘリカルスキャニングを
開始するが、それが閾値THasを超えたとときにはヘリカ
ルスキャニング中止（ステップ８）してピーク検出を開
始する。

このピーク検出も振幅データを根拠として行なうが上
記の探索に比べてより細かい制御となっている。以下、
説明を続ける。

まず、アジマストグルカウンタTCaおよびエレベーシ
ョントグルカウンタTCeをクリアし、アジマス過去振幅
データRepをクリアすると（ステップ20）、アジマスモ
ータドライバDRVaに適当なアジマスオフセットデータDa
を与えてアジマスモータMaの正転付勢を指示し（ステッ
プ21）、それまでのアジマス振幅データRanをアジマス
過去振幅データRapとして退避する（ステップ22）。

これによりアジマス回動面内の指向方向が微小更新さ
れるまで待ち（ステップ23）、更新後の正弦アジマス誤
差信号sinθおよび余弦アジマス誤差信号cosθを読み取
って（ステップ24）そのときのアジマス振幅データRan
を求め（ステップ26）、更新前のアジマス振幅データ、
すなわち、アジマス過去振幅データRapと比較する（ス
テップ27）。

このとき、アンテナ１の指向方向が電波の到来方向に
近付いたのであれば、アジマス振幅データRanがアジマ
ス過去振幅データRapより大きくなり、逆に離れたので
あればアジマス振幅データRanがアジマス過去振幅デー
タRapより小さくなる（第4b図参照）。前者の場合には
そのままの更新方向で指向方向の微小更新およびアジマ
ス振幅データの増減の検討を繰り返せば良いが、後者の
場合には更新方向の逆転が必要となる。この更新方向の
判定にトグルカウンタTCaのLSBを用いている。つまり、
アジマス過去振幅データRapがアジマス振幅データRanよ
り大きくなるとトグルカウンタTCaを１インクリメント
し（ステップ28）、トグルカウンタTCaのLSBが“0"のと
きには正方向の、“1"のときには逆方向の指向方向の微
小更新を行なう（ステップ29、30 or 29,21）。

このように、アジマス過去振幅データRepがアジマス
振幅データRanより大きくなる毎にトグルカウンタTCaを
１インクリメントしているので、トグルカウンタTCaの
値が３以上であればアジマス回動面内で電波の到来方向
を少なくとも２回通過していることになり、アジマス回
動面に関しては電波の到来方向とアンテナ１の指向方向
がほぼ一致した状態にある。そこで、アジマス回動面に
関するピーク検出についてはこれで終了し、同様にして
エレベーション回動面に関するピーク検出を行なう。こ
のエレベーション回動面に関するピーク検出については
アジマスとエレベーションの読換え以外は上記と全く同
じ説明となるため省略する。

アジマスおよびエレベーション回動面に関するピーク
検出を終了すると、アンテナ１の指向方向が電波の到来
方向にほぼ一致するので、アジマスジャイロGaおよびエ
レベーションジャイロGeをリセットし（ステップ41）、
アジマス位相角およびエレベーション位相角の象限を判
定する（ステップ42〜45）。ここでは、正弦アジマス誤
差信号sinθの符号と、余弦アジマス誤差信号cosθの符
号が、（＋，＋）であれば第１象限を示す（10000000）₂を、（−，＋）であれば第２象限を示す（01111111）₂を、（−，−）であれば第３象限を示す（01111110）₂を、（＋，−）であれば第４象限を示す（10000001）₂を Aaレジスタに格納し、正弦エレベーション誤差信号sin
φの符号と、余弦エレベーション誤差信号cosφの符号
が、（＋，＋）であれば第１象限を示す（10000000）₂を、（−，＋）であれば第２象限を示す（01111111）₂を、（−，−）であれば第３象限を示す（01111110）₂を、（＋，−）であれば第４象限を示す（10000001）₂を Aeレジスタに格納する。

次に、正弦アジマス誤差信号sinθと余弦アジマス誤
差信号cosθとの比、すなわち絶対アジマス誤差tanθの
値に対応するアジマス位相角を示す角度データ（90°を
2ⁿ分割した値）、および正弦エレベーション誤差信号si
nφと余弦エレベーション誤差信号cosφとの比、すなわ
ち絶対エレベーション誤差tanφの値に対応するエレベ
ーション位相角を示す角度データ（90°を2ⁿ分割した
値）をROMテーブルから読み取り、それぞれBaレジスタ
あるいはBeレジスタに格納する（ステップ50）。

さらに、Aaレジスタの値をアジマスオフセットデータ
DaのMSB〜第ｎ＋１ビット（Da（ｎ＋８）〜Da（ｎ＋
１））に、Baレジスタの値を第ｎビット〜LSB（Da
（ｎ）〜Da（０））に、Aeレジスタの値をエレベーショ
ンオフセットデータDeのMSB〜第ｎ＋１ビット（De（ｎ
＋８）〜De（ｎ＋１））に、Beレジスタの値を第ｎビッ
ト〜LSB（De（ｎ）〜De（０））に、それぞれ格納する
とステップ51）、アジマスオフセットデータDaをアジマ
スモータドライバDRVaに与えてアジマスモータMaの付勢
を指示し、エレベーションオフセットデータDeをエレベ
ーションモータドライバDRVeに与えてエレベーションモ
ータMeの付勢を指示する（ステップ52）。

これによりアンテナユニット１が駆動されるので、姿
勢変化後の正弦アジマス誤差信号sinθおよび余弦アジ
マス誤差信号sinθならびに正弦エレベーション誤差信
号sinφおよび余弦エレベーション誤差信号cosφを読み
取って（ステップ53）、そのときのアジマス振幅データ
Ranおよびエレベーション振幅データRenを求める（ステ
ップ54）。このとき、アジマス振幅データRanが閾値THa
gを超えていれば読み取った各誤差信号信号は信頼に足
るものと判定し（ステップ55）、さらにアジマス振幅デ
ータRanが閾値THar（THar＞THag）を超えていればアジ
マス回動面への投影において指向方向と電波の到来方向
の一致度は高いものと判定してアジマスジャイロGaをリ
セットし（ステップ56,57）、エレベーション振幅デー
タRenが閾値THerを超えていればエレベーション回動面
への投影において指向方向と電波の到来方向の一致度は
高いものと判定してエレベーションジャイロGeをリセッ
トする（ステップ58,59）。

続いて、ステップ53において読み取った正弦アジマス
誤差信号sinθの符号と余弦アジマス誤差信号sinθの符
号から前述と同様にして姿勢変化後のアジマス位相角の
象限を求め、それとアジマスオフセットデータDaの第ｎ
＋1,n＋２ビット（Da（ｎ＋１）〜Da（ｎ＋２））に格
納している姿勢変化前のアジマス位相角の象限とを比較
してアジマス位相角の象限渡りを判定する（ステップ6
0）。このとき、CW方向の象限渡りありと判定すればAa
レジスタ（アジマスオフセットデータDaの上位８ビット
のデータを格納している）の値を１インクリメントし
（ステップ61）、CCW方向の象限渡りありと判定した場
合にはそれを１デクリメントする（ステップ62）。

これと同様にエレベーション位相角の象限渡りを判定
し（ステップ63）、Aeレジスタ（エレベーションオフセ
ットデータDeの上位８ビットのデータを格納している）
の値を更新するとステップ50に戻り、上記を繰り返す。

ところで、すでに述べたように本実施例では、アジマ
ス回動面への投影においてアンテナ１の指向方向と電波
の到来方向の一致度が高いと判定したときにはアジマス
ジャイロGaを、エレベーション回動面への投影において
アンテナ１の指向方向と電波の到来方向の一致度が高い
と判定したときにはエレベーションジャイロGeを、それ
ぞれリセットしている（ステップ56〜59）。したがっ
て、アジマスジャイロGaが出力するアジマスジャイロデ
ータｇθは、アジマス回動面に関して、最も近い過去に
おいてアンテナユニット１の指向放送と電波の到来方向
の一致度が高いとの判定があった指向方向を基準とする
アンテナユニット１の指向方向の偏角（前述のアジマス
偏角は電波の到来方向を基準にした）を、エレベーショ
ンジャイロGeが出力するエレベーションジャイロデータ
ｇφは、エレベーション回動面に関して、最も近い過去
においてアンテナユニット１の指向方向と電波の到来方
向の一致度が高いとの判定があった指向方向を基準とす
るアンテナユニット１の指向方向の偏角（前述のエレベ
ーション偏角は電波の到来方向を基準にした）を、それ
ぞれ示すことになる。そこで、トンネルの通過等により
アンテナユニット１が遮蔽されて充分な受信信号が得ら
れなくなった場合（アジマス振幅データRanが閾値THag
以下に低下した場合：ステップ55）には、アジマスジャ
イロデータｇθおよびエレベーションジャイロデータｇ
φを読み取り（ステップ66）、それらに基づいてアジマ
スオフセットデータDaおよびエレベーションオフセット
データDeを求め（ステップ67）、それぞれアジマスモー
タドライバDRVaあるいはエレベーションモータドライバ
DRVeに与えてアジマスモータMaあるいはエレベーション
モータMeの付勢を指示している（ステップ68）。

この後、受信環境が好転し、アンテナユニット１から
充分な受信信号が得られるようになると（アジマス振幅
データRanが閾値THagを超える：ステップ55）、各ジャ
イロ信号に基づく制御を終了して各誤差信号に基づく制
御を再開する。

ここで、再び第1a図を参照されたい。

本実施例においては、無給電伝送区間を最短にし、そ
の間で拾う外部雑音が初段高周波増幅器に混入すること
を防止する目的で、共通信号処理回路2,受信信号処理回
路34および誤差信号処理回路４をアンテナブラケット15
の背面に備えている。

また、外力によるアンテナユニット１のアジマス回動
を検出する必要からアジマスジャイロGaを回転台16上
に、外力によるアンテナユニット１のエレベーション回
動を検出する必要からエレベーションジャイロGeをアン
テナブラケット15の裏面に備えている。

これらの要素は、回転台16とともに回転し（アンテナ
ブラケット15に備わる場合も含む：以下、この運動系を
回転系という）、回転範囲の制限はない。したがって、
電気的な系を回転系内で閉じると配線等を行なう上で非
常に有利である。この意味から、さらに、制御回路5,モ
ータドライバDRVaおよびDRVeを回転台16上に設置してい
る。（第2a図参照）。

このように、制御系については回転系内で閉じること
ができるが、テレビジョンセット６を自動車等の内部に
設置する必要性と外部に電源を求める物理的な合理性か
ら、受信系と、給電系を回転系内で閉じることができな
い。そこで、前者については回転結合トランス８によ
り、後者についてはスリップリング９により、外部の運
動系との連絡を行なっている。

回転結合トランス８は、コイル板81および82を備える
（第2b図参照）。これらのコイル板は、第7a図および第
7b図に示したように全く同構成であり、矩形の基盤811
（821）,1ターンの円形コイル812（822），位置決めマ
ーク813（823）,50Ωの同軸コネクタ814（824），およ
び、アッテネータ815（825）よりなる。

基板811（821）は、半透明ガラスエポキシ板でなり、
円形コイル812（822）はその表面に銅箔のエッチングに
より形成されている。また、位置決めマーク813（823）
は、円形コイル812（822）の内側にプリントされてお
り、それと同心の多数の同心円およびその中心を通る直
交２直線でなる。

同軸コネクタ814（824）は、基板811（821）の裏面に
螺着されており、その内導体には円形コイル812（822）
の一端が、その外導体には円形コイル812（822）の他端
がそれぞれ接続されている。これらのコネクタには、受
信信号処理回路３に接続される同軸ケーブル（図示せ
ず）あるいは、テレビジョンセット６に接続される同軸
ケーブル（図示せず）が接続される。

アッテネータ815（825）は、広帯域化のための抵抗器
であり、円形コイル812（822）の両端子間に介挿され
る。

このような構成のコイル板81と82は、各円形コイルの
中心がアジマス回動中心に一致する位置で、各表面が向
い合わされ、アジマス回動面と平行に支持される。この
支持には、回転台16上に設置されたステー83,および、
ベースブロック171の中空部を通りベース17およびベー
スブロック171に固着されたパイプ173（第2b図参照）の
頭部に設置されたステー84が用いられ、各円形コイルの
中心の位置合せには各円形コイルの内側にプリントした
位置決めマーク813および823が利用される。

つまり、回転結合トランス８は、同軸同径で平行に離
隔された。互いに回転自在の円形コイル812および822の
磁気的な結合により受信信号処理回路３の出力をテレビ
ジョンセット６に伝達するものといえよう。したがっ
て、各コイルの微視的な不均一や、間隔等の歪みが各コ
イルの全周で平均化され、互いの相対的な回転によって
も周期的なノイズ発生はない。また、各コイルは周波数
特性を有するので、これらの間でコモンノイズが遮断さ
れる。さらに、各コイル板は、作成が至って簡単であ
り、かつ、同一構成であるのでコストの面でも非常に有
利である。

また、スリップリング９は、金属リングと該金属リン
グに摺動接触するブラシでなり（図示省略）、金属リン
グはパイプ173（第2b図参照）に固定された円筒により
保持され、ブラシは回転台16上に設置されたブラケット
により保持されている。

つまり、ここに摺動接触部を有することになるが、こ
れを最小限にするため、定電圧電源72を回転台16上に設
置し（第2a図参照）、そこに、固定側の電源本体71から
２ワイヤでAC100vを供給し、回転系内で各種の定電圧を
発生させている。

なお、パイプ173の中空部は、回転結合トランス８の
固定側同軸ケーブルおよびスリップリング９の固定側電
源ラインの通路に利用されている。

ところで、この種のアンテナ装置を自動車等の移動体
に備え付ける場合には、取付箇所としてその外側、例え
ばルーフ等が選択される。したがって、塵埃や風雨から
装置を保護するためのレードームRDMが装置全体を覆っ
ている（第2b図参照）、このレードームRDMは、約1mm厚
のFRP製の外殻および内殻，および，それらの間に挾持
された約4mm厚の発砲スチロール製のコアによる３層構
造であり、少ない透過損と振動や風圧等に対する充分な
強度を確保している。

なお、ベース17上には電源スイッチ61の投入時に電源
本体71から電源供給を受ける交流モータMfにより駆動さ
れる冷却ファンFanが備わっており、レードームRDM内の
温度上昇を防止している。

最後に本実施例装置の特徴を簡単に列挙しておく。

（１）３枚の平面アンテナ11〜13を一体で支持して姿勢
変更しているため、各平面アンテナの指向方向が一致
し、かつ、各平面アンテナの受信信号の間に、アジマス
偏角に応じた位相差およびエレベーション偏角に応じた
位相差が得られる。この位相差を検出し、それによりア
ンテナ姿勢を制御しているので、トラッキングに起因す
るフェージング等の発生がない。

（２）エレベーション方向の制御においては、平面アン
テナ11の受信信号と平面アンテナ12の受信信号の位相差
を、正弦関数および余弦関数の値として検出し、比を求
めて振幅成分を相殺しており、アジマス方向の制御にお
いては、平面アンテナ11の受信信号と平面アンテナ12の
受信信号を合成した合成信号と平面アンテナ13の受信信
号の位相差を、正弦関数の値および余弦関数の値として
検出し、比を求めて振幅成分を相殺している。これによ
り、各平面アンテナの指向特性や受信環境等に起因する
振幅変動の影響が除去されるとともに、アジマス方向の
制御においてはエレベーション偏角の影響が除去され、
安定したトラッキングが得られる。

（３）上記正弦関数および余弦関数の値として検出した
位相差の自乗平均により求めた受信信号の強度成分に基
づいてヘリカルスキャニングを行ない、さらにピーク検
出を行なって電波の到来方向を探索しているので、アン
テナ姿勢の初期設定に対する信頼性が高い。

（４）上記正弦関数および余弦関数の値として検出した
位相差の符号から位相角の象限を求め、回転を含めた絶
対的な位相角（電波の到来方向とアンテナの指向方向が
一致しているときの位相角を基準にする）を用いている
のでポインティングエラーのない、正確なトラッキング
が可能になる。

（５）電波遮蔽等により充分な受信信号が得られなくな
った場合にはジャイロGaおよびGeによるジャイロデータ
によりアジマスおよびエレベーション偏角（厳密には、
正しいトラッキングが行なわれていたときのアンテナの
指向方向を基準とする偏角）を求めて姿勢制御を行なっ
ているので受信環境回復時のトラッキング再開が迅速に
行なわれる。

（６）受信信号間の位相差による姿勢制御を行なってい
る間において、電波の到来方向とアンテナの指向方向と
の一致度が高いと判定する毎にジャイロGaおよび／また
はGeをリセットしているので、ジャイロのドリフトの影
響を受けにくく、慣性モーメントの小さい小型軽量のジ
ャイロを用いることができる。

（７）各平面アンテナの受信信号の処理においては、ま
ず、共通信号処理回路２においてそれぞれを第１中間周
波信号に変換し、受信信号処理回路３および誤差信号処
理回路４に分配している。

誤差信号処理回路４においては、与えられた各第１中
間周波信号をそれぞれ第２中間周波信号に変換するが、
受信信号処理回路３と独立して処理が行なえるため、第
２局部発振器42を固定周波数にすることができ、回路が
簡単化するとともに、第２局部発振信号を遠隔制御する
必要がなくなり、回転径内で処理回路を閉じることがで
きる（つまり、遠隔制御のための回転系と外部の系との
接続機構が不要になる）。

（８）受信信号処理回路３においては、各第１中間周波
信号を合成しているので高いゲインが得られる。

（９）受信信号処理回路３において合成した第１中間周
波信号は、回転結合トランス８により回転系から外の伝
達されるので、コモンノイズが遮断されるとともに、異
なる運動系の間の伝達によるノイズ発生が防止される。

（10）定電圧電源72を回転台16上に設置し、回転系内で
各種の定電圧を発生させており、該定電圧電源72へは固
定側の電源本体71から２ワイヤでAC100vを供給してい
る。つまり、回転系と外部の系との間に必要な電気的な
接触が２箇所だけとなり、装置の信頼性と耐久性が向上
する。

なお、上記実施例においては全可動範囲のヘリカルス
キャニングを行なっているが、受信地域入力によりスキ
ャン範囲を限定し、あるいは、手動調整によるセッティ
ングに替え、もしくは併用しても良い。

また、上記実施例においてはジャイロリセットのため
の閾値が固定であるが、例えばヘリカルスキャニングお
よびピーク検出によるアンテナの初期設定を完了したと
きの受信信号の強度成分に基づいてこれらの閾値を設定
しても良い。加えて、受信信号の強度成分に因ることな
く、誤差信号に基づく制御を行なう毎に（つまりステッ
プ56および58をなくし）、各ジャイロをリセットする変
形も考えられるが、受信環境の劣下の前には電波の周り
込み等があり、受信信号の強度成分の低下があることを
考慮すれば上記実施例による方が合理的といえよう。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明のアンテナ装置は、任意
の矩形Ａを、その矩形Ａ内の点ａを通る第１の直線で２
つの矩形ＢおよびＣに分割し、さらに、矩形Ｃを該点ａ
を通る第２の直線で２つの矩形ＤおよびＥに分割して、
矩形A,B,DおよびＥを定義するとき、矩形B,D,Eにそれぞれ等しい形状を有する第1,第2,第
３平面アンテナ；これらの第1,第２および第３平面アンテナを、矩形Ａ
を復元する配置で保持し、かつ、各平面アンテナの放射
ビームを互いに平行に維持する、姿勢変更自在の支持手
段；支持手段を駆動する駆動手段；第１平面アンテナで受信した第１受信信号と、第２平
面アンテナで受信した第２受信信号または第３平面アン
テナで受信した第３受信信号、との位相差を示す第１位
相差信号を生成する第１位相差信号生成手段；第２受信信号と第３受信信号との位相差を示す第２位
相差信号を生成する第２位相差信号生成手段；および、第１位相差信号および第２位相差信号に基づいて駆動
手段を付勢制御する付勢制御手段；を備えている。

つまり、これによれば、第1,第２および第３平面アン
テナを矩形Ａを復元する態様に配置しているので、部品
点数を増加させることなく、該矩形Ａを４等分した小矩
形に等しい４つの平面アンテナを稠密に配置した場合と
実質的に等しい利得が得られる。

この場合、第１平面アンテナと第２または第３平面ア
ンテナの並びが、第２平面アンテナと第３平面アンテナ
の並びに対して垂直にならないので直交２軸で姿勢制御
する場合には一方の軸方向の偏角が他方に影響すること
があるが、実施例説明で示したように、第２平面アンテ
ナで受信した第２受信信号と前記第３平面アンテナで受
信した第３受信信号とを合成し、該合成信号と第１平面
アンテナで受信した第１受信信号との位相差から第１位
相差信号を生成し、この影響を振幅成分として処理すれ
ば良い。つまり、第１位相差信号を、第１関数に対応す
る信号およびそれと直交する第２関数に対応する信号と
して生成すると、上記の振幅成分が各信号に等しく含ま
れるので、その比を求めて該振幅成分を除去する。この
比は、第１平面アンテナとの並びが、第２平面アンテナ
と第３平面アンテナとの並びに直交する仮想アンテナ、
の受信信号と第１平面アンテナの位相差を反映するの
で、直交２軸による姿勢制御が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第1a図は本発明を一例で実施する衛星放送受信用アンテ
ナ装置の電気構成を示すブロック図，第1b図はその一部
を詳細に示すブロック図である。第2a図は実施例装置の機械的構成を示す平面図であり、
第2b図はその側面図である。第3a図および第3b図は実施例装置における偏角の検出を
説明するための説明図である。第4a図はアジマス誤差信号を示すグラフ，第4b図はその
自乗平均を示すグラフ，第4c図はその比を示すグラフで
ある。第4d図はオフセットデータの連続性を説明するためのグ
ラフである。第5a図は位相角の回転を説明するための説明図である。第5b図はオフセットデータの構成を示す模式図である。第6a図，第6b図および第6c図は第1a図に示した制御回路
５の動作例を示すフローチャートである。第7a図および第7b図は実施例装置で用いられる回転結合
トランス８の構成を示す平面図である。 1:アンテナユニット 11〜13:平面アンテナ 11,12:（第2,第３アンテナ） 13:（第１アンテナ） 15:アンテナブラケット 16:回転台,17:ベース 15〜17:（支持手段） 2:共通信号処理回路 3:受信信号処理回路 4:誤差信号処理回路（第1,第２位相差信号生成手段） 5:制御回路（付勢制御手段） 6:テレビジョンセット 7:電源装置 Ma,Me:モータ（駆動手段） DRVa,DRVe:モータドライバ Ga,Ge:ジャイロ Trn:結合トランス SLP:スリップリングユニット

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−159802（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−224703（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−172803（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−28244（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/46 H01Q 21/00 - 25/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】任意の矩形Ａを、その矩形Ａ内の点ａを通
る第１の直線で２つの矩形ＢおよびＣに分割し、さら
に、矩形Ｃを該点ａを通る第２の直線で２つの矩形Ｄお
よびＥに分割して、矩形A,B,DおよびＥを定義すると
き、前記矩形Ｂに等しい形状を有する第１平面アンテナ；前記矩形Ｄに等しい形状を有する第２平面アンテナ；前記矩形Ｅに等しい形状を有する第３平面アンテナ；前記第1,第２および第３平面アンテナを、前記矩形Ａを
復元する配置で保持し、かつ、各平面アンテナの放射ビ
ームを互いに平行に維持する、姿勢変更自在の支持手
段；前記支持手段を駆動する駆動手段；前記第１平面アンテナで受信した第１受信信号と、前記
第２平面アンテナで受信した第２受信信号または前記第
３平面アンテナで受信した第３受信信号、との位相差を
示す第１位相差信号を生成する第１位相差信号生成手
段；前記第２受信信号と前記第３受信信号との位相差を示す
第２位相差信号を生成する第２位相差信号生成手段；お
よび、前記第１位相差信号および前記第２位相差信号に基づい
て前記駆動手段を付勢制御する付勢制御手段；を備えるアンテナ装置。
【請求項２】前記第１位相差信号生成手段は、前記第１
平面アンテナで受信した第１受信信号と、前記第２平面
アンテナで受信した第２受信信号と前記第３平面アンテ
ナで受信した第３受信信号の合成信号、との位相差を示
す第１位相差信号を生成する、前記特許請求の範囲第
（１）項記載のアンテナ装置。
【請求項３】前記第１位相差信号生成手段は、前記第１
位相差信号を、第１関数に対応する信号およびそれと直
交する第２関数に対応する信号として生成し、前記第２位相差信号生成手段は、前記第２位相差信号
を、前記第１関数に対応する信号および前記第２関数に
対応する信号として生成し、前記付勢制御手段は、前記第１関数に対応する第１位相差信号と前記第２関数
に対応する第１位相差信号の比に基づいて前記第１受信
信号と前記合成信号との位相差に対応する第１位相差情
報、および、前記第１関数に対応する第２位相差信号と
前記第２関数に対応する第２位相差信号の比に基づいて
前記第２受信信号と前記第３受信信号との位相差に対応
する第２位相差情報を検出する位相差情報検出手段；前記第１関数に対応する第１位相差信号の符号および前
記第２関数に対応する第１位相差信号の符号の組合せ、
あるいはそれらのいずれか一方の符号に基づいて前記第
１受信信号と前記合成信号との位相差が属する象限を検
出し、該象限の変化を監視して該位相差の回転を示す第
１回転情報を検出するとともに、前記第１関数に対応す
る第２位相差信号の符号および前記第２関数に対応する
第２位相差信号の符号の組合せ、あるいはそれらのいず
れか一方の符号に基づいて前記第２受信信号と前記第３
受信信号との位相差が属する象限を検出し、該象限の変
化を監視して該位相差の回転を示す第２回転情報を検出
する、回転情報検出手段；および、前記第１回転情報により前記第１位相差情報を補正して
第１補正位相差情報を生成し、前記第２回転情報により
前記第２位相差情報を補正して第２補正位相差情報を生
成する、位相差情報補正手段；を備え、前記第１補正位相差情報および前記第２補正位相差情報
に基づいて前記駆動手段を付勢制御する、前記特許請求
の範囲第（１）項記載のアンテナ装置。
【請求項４】アンテナ支持体；該アンテナ支持体を１つの軸を中心とするアジマス方向
に回転駆動する第１駆動手段；前記アンテナ支持体を前記軸と直角な方向のもう１つの
軸を中心とするエレベーション方向に回転駆動する第２
駆動手段；前記アンテナ支持体に、アジマス方向に互に離して、そ
れらの指向方向を互に平行にして、配設された第１アン
テナおよび第２アンテナ；前記アンテナ支持体に、第２アンテナとはエレベーショ
ン方向に互に離してしかも第１アンテナとはアジマス方
向に離して、その指向方向を第１アンテナの指向方向と
互に平行にして、配置された第３アンテナ；前記第１アンテナの受信信号に対する第２アンテナの受
信信号のアジマス方向の位相差をパラメータとする第１
関数の値と、該位相差をパラメータとする第１関数と直
交する第２関数の値を検出する第１検出手段；前記第２アンテナの受信信号に対する第３アンテナの受
信信号のエレベーション方向の位相差をパラメータとす
る第３関数の値と、該位相差をパラメータとする、第３
関数と直交する第４関数の値を検出する第２検出手段；前記第１関数の値と第２関数の値との比より前記アジマ
ス方向の位相差を検出し、前記第１関数および第２関数
の値の正負極性よりアジマス方向の位相差の属する象限
を決定し、検出したアジマス方向の位相差とその象限に
対応する、電波の進行方向に対する第１アンテナおよび
第２アンテナの指向方向のアジマス方向の偏角を、実質
上零とするために前記第１駆動手段を付勢し、かつ、前
記第３関数の値と第４関数の比よりエレベーション方向
の位相差を検出し、前記第３関数および第４関数の値の
正負極性よりエレベーション方向の位相差の属する象限
を決定し、検出したエレベーション方向の位相差とその
象限に対応する、電波の進行方向に対する第２アンテナ
および第３アンテナの指向方向のエレベーション方向の
偏角を、実質上零とするために前記第２駆動手段を付勢
する制御手段；を備えるアンテナ装置。
【請求項５】第１アンテナは平面アンテナであり、第２
アンテナは、第１アンテナの電磁波を受ける面の延長上
に電磁波を受ける面を有する平面アンテナである、前記
特許請求の範囲第（４）記載のアンテナ装置。
【請求項６】アンテナ支持体；該アンテナ支持体を１つの軸を中心とするアジマス方向
に回転駆動する第１駆動手段；前記アンテナ支持体を前記軸と直角な方向のもう１つの
軸を中心とするエレベーション方向に回転駆動する第２
駆動手段；前記アンテナ支持体に、アジマス方向に互に離して、そ
れらの指向方向を互に平行にして、配設された第１アン
テナおよび第２アンテナ；前記アンテナ支持体に、第２アンテナとはエレベーショ
ン方向に互に離してしかも第１アンテナとはアジマス方
向に離して、その指向方向を第１アンテナの指向方向と
互に平行にして、配設された第３アンテナ；前記第１アンテナの受信信号に対する第２アンテナの受
信信号のアジマス方向の位相差をパラメータとする第１
関数の値と、該位相差をパラメータとする、第１関数と
直交する第２関数の値を検出する第１検出手段；前記第２アンテナの受信信号に対する第３アンテナの受
信信号のエレベーション方向の位相差をパラメータとす
る第３関数の値と、該位相差をパラメータとする、第３
関数と直交する第４関数の値を検出する第２検出手段；前記第１関数の値と第２関数の値の２乗平均を求めてそ
れを高くするために前記第１駆動手段を付勢しかつ前記
第３関数の値と第４関数の値の２乗平均を求めてそれを
高くするために前記第２駆動手段を付勢し、その後、前
記第１関数の値と第２関数の値の比より前記アジマス方
向の位相差を検出し、前記第１関数および第２関数の値
の正負極性よりアジマス方向の位相差の属する象限を決
定し、検出したアジマス方向の位相差とその象限に対応
する、電波の進行方向に対する第１アンテナおよび第２
アンテナの指向方向のアジマス方向の偏角を、実質上零
とするために前記第１駆動手段を付勢し、かつ、前記第
３関数の値と第４関数の比よりエレベーション方向の位
相差を検出し、前記第３関数および第４関数の値の正負
極性よりエレベーション方向の位相差の属する象限を決
定し、検出したエレベーション方向の位相差とその象限
に対応する、電波の進行方向に対する第２アンテナおよ
び第３アンテナの指向方向のエレベーション方向の偏角
を、実質上零とするために前記第２駆動手段を付勢する
制御手段；を備えるアンテナ装置。