JP3125744B2 - 移動体衛星通信端末装置 - Google Patents

移動体衛星通信端末装置

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    • H04B7/0602—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using antenna switching

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は移動体衛星通信端末
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、人工衛星を介して移動体通信
を行う移動体衛星通信システムが提供されている。従
来、このような移動体衛星通信システムは主に船舶通信
などに用いられていた。
【０００３】移動体衛星通信システムにおいては、セル
ラ方式のような移動端末装置が移動するのにともなうセ
ル間の受け渡しが不要であり、継ぎ目のない通信が実現
できるし、基地局の設置がしにくかったり地上波が届き
にくい遠隔地等であっても通信を行うことができるとい
う利点がある。このため、最近では、移動端末装置の小
型化にともなって、この移動体衛星通信システムの携帯
電話への適用も進められている。
【０００４】このような移動体衛星通信システムにおい
て、人工衛星からの電波を受信する移動体衛星通信端末
装置では、所定のレベルで送受信するために、人工衛星
の見える方向に対する指向性を有するアンテナを用いて
いた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、移動体衛星
通信端末装置の場合は、人工衛星が複数あって人工衛星
の見える方向は水平面方向や天頂方向などいろいろあり
得る。特に、たとえば移動体衛星通信端末装置を携帯電
話として用いて陸上で通話するような場合には、地形や
建造物等の障害物によってある方向の人工衛星は遮られ
てしまうが、別の方向の人工衛星であれば見ることがで
きるような状況がある。このため、アンテナは全方位の
指向性のものを用いるのが望ましい。
【０００６】ところが、全方位の指向性を有するアンテ
ナを実現するのは困難であり、どうしても０−９０度の
仰角で均等な指向性を持たせることができない。また、
無理に広い指向性を有するアンテナを実現したとして
も、このアンテナのアンテナゲインとしては０ｄＢｉ程
度がせいぜいである。このため、電力増幅器の飽和電力
が必要になり、電力増幅器の大型化や高コストを招き、
さらに消費電流の増加により、連続通話時間の減少を招
くことになってしまう。
【０００７】ところで、受信側でアンテナを複数有する
アンテナダイバーシティの方法は、移動体衛星通信シス
テム以外の分野で何件か提案されている。しかし、この
切り替えを仮に送信側に適用したとしても、送信と受信
では周波数も異なり、アンテナの特性も異なるので適切
な切り替え手法ではない。このため、従来、送信側にお
ける適切な手段は存在しなかった。
【０００８】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、周りに障害物が存在する状況においても快適に通
信を行うことができる移動体衛星通信端末装置を提供す
ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、人工衛星と通信を行う移動体衛星通信シ
ステムの端末装置において、指向性を有し該指向性の異
なる複数のアンテナを設け、該複数のアンテナのうち現
在使用中のアンテナによる放射電波の反射波に基づい
て、使用するアンテナを切り替えることを特徴とする。
【００１０】
【００１１】
【００１２】また、請求項１に記載の移動体衛星通信端
末装置において、前記複数のアンテナが２つのアンテナ
であり、該２つのアンテナのうち一方は天頂方向に指向
性を有し、他方は水平面方向に指向性を有することを特
徴とする。
【００１３】また、請求項１または２に記載の移動体衛
星通信端末装置において、前記アンテナがヘリカルアン
テナであることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【００１５】図１は、本発明による移動体衛星通信端末
装置の送信回路の一実施の形態のブロック図であり、移
動体衛星通信端末装置の送信回路の一部を取り出して示
したものである。
【００１６】図１に示すように、電力増幅器１で増幅さ
れた送信信号は方向性結合器２を通った後、アンテナス
イッチ３を介して、アンテナ４またはアンテナ５に接続
されている。方向性結合器２には検波用ダイオード６お
よび終端器７が接続されている。検波用ダイオード６の
出力は、オペアンプ８を介して、制御回路９に接続さ
れ、制御回路９の出力はアンテナスイッチ３に接続され
ている。
【００１７】図２は、図１に示したアンテナ４および５
を模式的に表した図である。
【００１８】衛星通信で用いられる電波は一般的に円偏
波であるため、ヘリカルアンテナ等が用いられる。図２
のアンテナでは巻きかたを変えた二種類のアンテナが一
つの円筒状の絶縁物に実装されている。すなわち、図１
に示したａおよびｂが図１に示したアンテナ４および５
に相当する。図２ではａを実線で示し、ｂを破線で示し
ている。
【００１９】本実施の形態の移動体衛星通信端末装置
は、図１および図２に示した送信回路およびアンテナを
有し、全体の外観は一般的な携帯電話とほぼ同等の形状
をしており、使用される場所、状況も屋外ばかりでな
く、一般的な携帯電話と同様に室内等でも用いられる。
【００２０】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。
【００２１】図１に示したブロック図において、送信信
号は規定の電力まで電力増幅器１により増幅される。こ
の増幅された出力は方向性結合器２を介してアンテナス
イッチ３に入力される。
【００２２】前記した方向性結合器２は、電力増幅器１
からアンテナ４または５の方向に向かう電力については
ダイオード６側には結合せず、アンテナ４または５から
電力増幅器１の方向に向かう電力が結合するようになっ
ている。
【００２３】アンテナスイッチ３は、２つのアンテナす
なわちアンテナ４とアンテナ５との切り替えをおこなう
ために設けられ、内部回路としてはダイオード等を用い
たスイッチとなっている。送信信号は、アンテナスイッ
チ３で、アンテナ４またはアンテナ５に送られ、このア
ンテナ４または５から、通信衛星に向けて電波が放射さ
れる。
【００２４】図２は、上述したようにアンテナの構造を
模式的に示した図である。
【００２５】このアンテナはエレメント線が螺旋状に巻
かれてヘリカルアンテナとなっており、円偏波を実現す
るようになっている。このアンテナは２つのアンテナが
一つの形状に一体化されており、図２のａ、ｂで示すよ
うに、２つのエレメント線が、ピッチを変えて巻いてあ
る。
【００２６】図３は、図２に示したアンテナの垂直面方
向の指向性を表した図である。
【００２７】このアンテナは水平面方向には、均等な指
向性であるが、垂直面方向には指向性を持っている。図
２のａの巻線の場合は図３のａの指向性になり、図２の
ｂの巻線の場合は図３のｂの指向性になる。つまり巻線
ａの場合の指向性は、主に天頂方向にあって高仰角の人
工衛星をカバーし、巻線ｂの場合の指向性は主に水平面
方向にあって低仰角の人工衛星をカバーする。
【００２８】一般的に全方向性のアンテナはゲイン０ｄ
Ｂｉ程度であるが、本実施の形態で使用されるアンテナ
は指向性を天頂方向、もしくは水平面方向にビームを絞
っているので２〜３ｄＢｉ程度のゲインを確保すること
ができる。
【００２９】図４および図５は、本実施の形態の送信回
路を有する移動体衛星通信端末装置を実際に使用した場
合に想定される状況を説明する図である。
【００３０】図４は建物密集地などで使用したケースで
ある。
【００３１】次にこの場合の本発明の動作を説明する。
ここで、図１におけるアンテナ４は図２のａに相当し、
アンテナ５は図２のｂに相当する。
【００３２】移動体衛星通信端末装置を使い始めた最初
に、図１のアンテナスイッチ３がアンテナ５側に接続さ
れていたとする。このときアンテナ５から放射された電
波は水平方向に指向性が出ているので図４の建物１２や
人物１３に反射され一部はアンテナに返ってくる。つま
り水平方向の周囲に障害物があるケースではアンテナ５
のリターンロスが悪くなるため、図１の電力増幅器１で
増幅された電力の一部が戻ってくる。
【００３３】この戻ってきた電力は方向性結合器２で取
り出され、検波ダイオード６にて検波された後、オペア
ンプ８で増幅され、制御回路９に送られる。制御回路９
はオペアンプ８の出力電圧が、ある基準の電圧を超えた
ときアンテナのビーム方向の周囲に障害物があると判断
し、アンテナスイッチ３を反対方向に切り替える。図４
に示したケースでは、アンテナ５からアンテナ４に切り
替えられ、アンテナの指向性は図３のａで示す天頂方向
となる。この切り替えによって、障害物のない方向の人
工衛星１０と通信ができる。
【００３４】通常の移動体衛星通信システムでは、人工
衛星は中軌道もしくは低軌道に配置され、常に複数個の
人工衛星が見えるようになっているが、このケースの場
合は天頂方向付近にある人工衛星と通信が成り立つ。
【００３５】次に、図５は室内等で使用したケースであ
る。
【００３６】アンテナスイッチ３がアンテナ４に接続さ
れている場合は、室内の天井によって電波が反射される
ため、反射電力を検出して制御回路９によって、アンテ
ナスイッチ３はアンテナ５側に切り替えられる。このと
きアンテナは低仰角用の指向性を有するので、移動体衛
星通信端末装置は窓を介して、人工衛星１０と通信でき
る。
【００３７】また、制御回路９は、アンテナ４および５
の両方のアンテナで基準電圧を超えた場合は、電圧の低
い方、つまり障害物の少ない方向に切り替えるようにな
っている。
【００３８】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、アンテナに指向性を持たせた上で、適切な方向へア
ンテナを制御することができる。
【００３９】次に、本発明による移動体衛星通信端末装
置の別の実施の形態を説明する。
【００４０】図６は、本発明による移動体衛星通信端末
装置の送信回路の別の実施の形態のブロック図であり、
移動体衛星通信端末装置の送信回路の一部を取り出して
示したものである。
【００４１】この実施の形態では、図１に示した方向性
結合器２の代わりにサーキュレータ１４を用いている。
【００４２】この実施の形態でもアンテナからの反射波
のみが検波されるので、図１に示した実施の形態と同様
の効果を得ることができる。
【００４３】なお、図２では、図１のアンテナ４とアン
テナ５のアンテナ２種類が同一の円筒に実装される例を
示したが、本発明はこれに限られるものではなく、別々
のアンテナ２本にしても同様の効果を得ることができ
る。
【００４４】また、図１および図６に示した実施の形態
ではアンテナが２本の場合の例を示したが、本発明はこ
れに限らず、３本以上のアンテナを設け、アンテナスイ
ッチがアンテナ数だけ切り替わる回路を有し、これを制
御回路９が制御するような構成にしてもかまわない。
【００４５】以上説明したように、本発明は、移動体衛
星通信端末装置の送信回路およびアンテナの部分におい
て、アンテナからの反射電力を測定し、周囲にたとえば
建造物や人体等の障害物がある場合に、複数有するアン
テナの切り替えを行ってアンテナの指向性を変化させる
ことを特徴としている。
【００４６】移動体衛星通信端末装置は様々な場所で使
用されるので、周囲に障害物がある場合に使用される状
況が多い。このような条件のときアンテナから放射され
た電力の一部は障害物にあたって跳ね返ってくる。すな
わち、アンテナから戻ってきた電力の一部は方向性結合
器によって取りだされて、ダイオードで検波された後、
制御回路によって規定の検波電圧の時アンテナが切り替
えられる。
【００４７】２種類のアンテナは指向性が異なってお
り、それぞれ低仰角と高仰角にゲインがある。本発明で
は障害物のない方向にアンテナが切り替えられるので、
人工衛星と移動体衛星通信端末装置との間は障害物のな
い状態で通話できることになり、端末が使用できる範囲
が広がる。
【００４８】また、アンテナに指向性を持たせることに
よってアンテナゲインを向上させることができ、これに
よって電力増幅器の出力電力を減らすことができ、消費
電力の削減につながる。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、移動
体衛星通信端末装置と人工衛星と間の通信において、障
害物のない方向への指向性を有するアンテナを自動的に
選択することができる。よって、建物に囲まれた場所
や、移動体衛星通信端末装置がポケットに入れられた場
合などの人体や衣服等が電波を遮る場合や、室内で使用
する場合などにおいても効率よく通信を行うことができ
る。
【００５０】また、アンテナを全方向性に指向性を持た
せることは非常に困難で実現性に欠ける上、アンテナゲ
インも０ｄＢｉ程度しか得られないが、本発明のよう
に、天頂方向や水平方向に指向性を持たせることによっ
てアンテナが実現しやすくなり、さらにゲインを２〜３
ｄＢｉ程度確保することができる。本発明では、このゲ
インのある２種類のアンテナを切り替えて使用するため
電力増幅器の出力電力を下げることができ、低消費電力
化、さらに連続通話時間の延長、電力増幅器の低コスト
化および小型化につながるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による移動体衛星通信端末装置の送信回
路の一実施の形態のブロック図である。
【図２】図１に示したアンテナを模式的に表した図であ
る。
【図３】図２に示したアンテナの垂直面方向の指向性を
表した図である。
【図４】図１に示した実施の形態の送信回路を有する移
動体衛星通信端末装置を実際に使用した場合に想定され
る状況を説明する図である。
【図５】図１に示した実施の形態の送信回路を有する移
動体衛星通信端末装置を実際に使用した場合に想定され
る状況を説明する図である。
【図６】本発明による移動体衛星通信端末装置の送信回
路の別の実施の形態のブロック図である。
【符号の説明】
１ 電力増幅器 ２ 方向性結合器 ３ アンテナスイッチ ４、５ アンテナ ６ 検波ダイオード ７ 終端器 ８ オペアンプ ９ 制御回路 １４ サーキュレータ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 人工衛星と通信を行う移動体衛星通信シ
    ステムの端末装置において、 指向性を有し該指向性の異なる複数のアンテナを設け、
    該複数のアンテナのうち現在使用中のアンテナによる放
    射電波の反射波に基づいて、使用するアンテナを切り替
    えることを特徴とする記載の移動体衛星通信端末装置。
  2. 【請求項２】 前記複数のアンテナが２つのアンテナで
    あり、該２つのアンテナのうち一方は天頂方向に指向性
    を有し、他方は水平面方向に指向性を有することを特徴
    とする請求項１に記載の移動体衛星通信端末装置。
  3. 【請求項３】 前記アンテナがヘリカルアンテナである
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の移動体衛星
    通信端末装置。
  4. 【請求項４】 送信信号を増幅する電力増幅器と、 指向性を有し該指向性の異なる複数のアンテナと、 前記電力増幅器と前記アンテナとの間に設けられ、該複
    数のアンテナのうちから使用するアンテナを選択し切り
    替えるアンテナスイッチと、 前記電力増幅器と前記アンテナスイッチとの間に設けら
    れ、現在使用中のアンテナから放射された電波の反射波
    を検出する方向性結合器と、 該方向性結合器によって検出した前記反射波の強度に基
    づいて、使用するアンテナの切り替えの指示を前記アン
    テナスイッチに対して行う制御回路とを備えたことを特
    徴とする送信回路。
  5. 【請求項５】 送信信号を増幅する電力増幅器と、 指向性を有し該指向性の異なる複数のアンテナと、 前記電力増幅器と前記アンテナとの間に設けられ、該複
    数のアンテナのうちから使用するアンテナを選択し切り
    替えるアンテナスイッチと、 前記電力増幅器と前記アンテナスイッチとの間に設けら
    れ、現在使用中のアンテナから放射された電波の反射波
    を検出するサーキュレータと、 該方向性結合器によって検出した前記反射波の強度に基
    づいて、使用するアンテナの切り替えの指示を前記アン
    テナスイッチに対して行う制御回路とを備えたことを特
    徴とする送信回路。
  6. 【請求項６】 アンテナから放射された電波の反射波に
    基づいてアンテナの指向性を切り替えることを特徴とす
    る送信回路。
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