JP3319665B2

JP3319665B2 - 指向性可変アンテナを備えた衛星通信地球局

Info

Publication number: JP3319665B2
Application number: JP31223994A
Authority: JP
Inventors: 稔啓中山; 則明石田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 2002-09-03
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JPH08167808A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤道上空の静止衛星軌
道上の静止衛星との通信、または、受信を行う地球局に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】赤道上空の複数の通信衛星から、電波を
受信するために、従来用いられている方法を、図１９、
図２、図３を用いて説明する。

【０００３】赤道上の２つの通信衛星からの電波を、１
基のパラボラアンテナによって受信する方法を図１９に
示す。図１９のパラボラアンテナは、１つの主反射鏡２
０に、支持部材２１によって、１台の低雑音周波数変換
器（以下、ＬＮＣと記す）を固定的に備えている。ま
た、図示していないが、図１９のパラボラアンテナに
は、主反射鏡２０の向きを変える駆動装置が備えられて
いる。図１９のパラボラアンテナによって、複数の通信
衛星２３から電波を受信する場合、受信する先の通信衛
星が変わるつど、駆動装置によって、アンテナの仰角、
方位角、偏波角の調整し、受信する先の通信衛星からの
電波を受信可能な方向にアンテナを向ける。

【０００４】また、図２に、１つの主反射鏡２０に、２
つのＬＮＣ２２を取り付けたパラボラアンテナを示す。
図２において、主反射鏡２０は、放物面状の鏡面を有
し、２つの焦点を持つように設計されていて、２つの通
信衛星２３からの電波を、異なる焦点に集める。２つの
ＬＮＣ２２は、それぞれの焦点に配置されている。

【０００５】また、図３に示した方法は、赤道上空の複
数の通信衛星２３と通信を行う場合、１つの焦点を持つ
パラボラアンテナ２４を、複数の通信衛星２３に対し
て、１対１で備える方法である。この場合、各パラボラ
アンテナ２４は、特定の通信衛星２３の電波を受信する
方向に固定的に備えられ、この通信衛星２３からの電波
のみを受信する。

【０００６】また、特開平４−３４５３２９号によれ
ば、複数のアンテナ素子の位相を可変位相器で制御する
ことにより、アンテナ素子の放射ビームの方向を全方
位、全仰角方向に振り、複数の放送衛星からの受信を可
能にした受信システムが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】赤道上空の静止軌道上
には、民間用でＳＣＣ−Ａ、Ｂ、ＪＣＳＡＴ−１、２、
の４通信衛星が運用されている。さらに、ＮＴＴを中心
としたＣＳ３−ａ、ｂの２通信衛星、および、放送衛星
ＢＳ３−ａ、ｂを含めると、全部で８つの静止衛星が運
用されている。

【０００８】従来の技術による構成で、赤道上空の静止
軌道上に位置する複数の同じ周波数帯を用いた衛星から
の電波を受信する場合、図１９の１つのパラボラアンテ
ナと１つのＬＮＣを用いた構成では、受信しようとする
通信衛星の方向にパラボラアンテナを向けて方向調整を
行わなければならない。そのため、パラボラアンテナの
方向調整という非常に繁雑な作業が必要であるという問
題がある。また、パラボラアンテナの方向を調整するた
めの大がかりな駆動装置が必要である。さらに、大がか
りな駆動装置の信頼性を維持するための労力が必要であ
るという問題もある。

【０００９】また、図２に示した構成では、受信しよう
とする衛星の個数分のＬＮＣが必要となる。ＬＮＣは、
高価な装置であるため、コストがかかるという問題があ
る。また、衛星の個数分の焦点をもった主反射鏡２０を
設計しなければならないため、通信を行う衛星の個数が
増えるに従い、主反射鏡の設計が困難になる。さらに、
１つの主反射鏡に取付け可能なＬＮＣの個数は、ＬＮＣ
の占める空間容積を考慮すると限界があるので、受信可
能な衛星の個数にも制限ある。

【００１０】また、図３の構成では、受信しようとする
衛星の個数のパラボラアンテナ、および、ＬＮＣが必要
となる。これでは、受信しようとする通信衛星の個数が
増加すればするほどコストが増大する。さらに、受信し
ようとする衛星の個数分のパラボラアンテナとＬＮＣを
設置するための、スペースが必要であり、受信しようと
する衛星の個数が増加するほど、設置場所の確保が難し
くなる。

【００１１】さらに、特開平４−３４５３２９号記載の
受信システムは、全方位、全仰角に放射ビームを振るた
めの、多数の可変位相器が必要である。このため、多数
の可変位相器に、位相を設定するための複雑な制御を行
う必要がある。また、可変位相器は、高価であるため、
多数の可変位相器を用いることにより、コストがかかる
という問題がある。

【００１２】本発明は、簡素な構成で、複数の静止衛星
の信号を受信することのできる衛星通信地球局を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明によれば、通信を行うべき衛星の軌道上の
メインビームの断面の垂直方向の幅が水平方向の幅より
も長いアンテナ部と、前記メインビームを一方向に移動
させるための移動手段と、前記移動手段に移動量を指示
する制御手段とを有することを特徴とする衛星通信地球
局が提供される。

【００１４】メインビームの垂直方向の幅は、前記通信
すべき複数のうち、前記アンテナ部から見たとき最も上
方に位置する衛星と、最も下方に位置する衛星との間
の、前記垂直方向の間隔よりも、広いものであることが
できる。

【００１５】メインビームの水平方向の幅は、前記通信
すべき複数の衛星のうち、隣合う衛星の間隔よりも狭い
ものであることができる。

【００１６】移動手段は、方位角方向に前記メインビー
ムを移動させることが可能であり、前記制御手段は、複
数の衛星のうちの一つの衛星の方向にメインビームの方
向を一致させるための移動量を指示するものであること
ができる。

【００１７】アンテナ部は、水平方向に複数のアンテナ
が連結されたアレイアンテナであり、前記移動手段は、
隣合う前記アンテナの給電位相差を可変に設定する可変
移相器であり、前記制御手段は、前記可変移相器の移相
量を設定する構成にすることができる。

【００１８】さらに、アレイアンテナは、垂直方向に複
数のアンテナ素子が連結された直線アレイアンテナを、
水平方向に複数個連結したもので構成することができ
る。

【００１９】また、メインビームの偏波面を通信を行う
衛星の偏波面に一致させるために、メインビームの偏波
面を回転させる手段をさらに有することも可能である。

【００２０】また、アンテナ部に接続された受信機をさ
らに備え、アンテナ部を受信専用アンテナとした受信専
用の衛星通信地球局とすることもできる。

【００２１】

【作用】赤道上空の静止衛星軌道を、地球上の赤道以外
の地点から見た場合、軌道は弧を描いた形状に観測され
る。この弧を描いた軌道上の複数の衛星を捕捉するため
に、通常、メインビームを上述の弧に沿って移動させ
る。よって、アンテナ部のメインビームを、垂直方向成
分および水平方向成分の２方向に移動させなければなら
ない。

【００２２】本発明では、メインビームの軌道上の断面
形状を、垂直方向に長く、水平方向に狭くしている。こ
のような形状にすることより、移動手段が、アンテナ部
のメインビームを一方向のみに移動させると、弧を描い
た軌道上の複数の衛星を、メインビームの内側に順に位
置させることができる。移動手段の移動量は、制御手段
が指示する。

【００２３】移動手段がメインビームを移動させる方向
は、アンテナ部から見た通信を行う複数の衛星の散らば
りかたに応じて定める。例えば、方位角方向にすること
ができる。

【００２４】したがって、メインビームの移動方向は、
１つの方向になるので、ビームを駆動するための機構
を、２方向に駆動する場合よりも簡単な構成にすること
ができる。たとえば、アンテナ部をアレイアンテナで構
成し、移動手段をアレイアンテナの給電位相を調節する
可変移相器によって構成する場合、可変移相器の個数を
大幅に低減することができる。

【００２５】また、メインビームの断面の形状は、アン
テナ部から見た通信すべき複数の衛星の散らばりかたに
応じて定める。例えば、メインビームの断面の垂直方向
の幅を、衛星の散らばっている範囲の垂直方向の幅より
も広くするようにする。

【００２６】また、上述の形状のメインビームの偏波面
を回転させる手段を備えた場合、通信を行う衛星の偏波
面に、メインビームの偏波面を一致させることができる
ため、効率よく送受信を行うことが可能である。

【００２７】アンテナ部のメインビームの指向性は、送
信の場合も受信の場合も同じである。よって、本発明構
成は、送信専用地球局、受信専用地球局、および、送受
信専用０地球局のいずれについても用いることができ
る。

【００２８】

【実施例】本発明の一実施例の衛星通信地球局を図面を
用いて説明する。

【００２９】本実施例の衛星通信地球局では、図２０、
図２１に示すように、アンテナ部１３のメインビーム２
５が、衛星軌道２４上の断面が、垂直方向の径が長い楕
円形である。この楕円ビーム２５を地平面１６１に平行
に（方位角方向に）移動させることにより、静止衛星軌
道２４上の複数の通信衛星２３のうちの任意の衛星を捕
捉する。これにより、赤道直下以外の場所に設置された
地球局でありながら、メインビームを水平方向のみに移
動させることによって、赤道上空の軌道２４上の複数の
衛星２３と通信を行うことが可能でなる。

【００３０】本実施例の衛星通信地球局の構成について
説明する。

【００３１】図１のように、本実施例の衛星通信地球局
のアンテナ部１３は、平行に並べられた直線アレイアン
テナ１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８
によって構成されている。直線アレイアンテナ１０３
は、アンテナ素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄによ
って構成されている。他の直線アレイアンテナ１０４、
１０５、１０６、１０７、１０８も同様な構成である。
アンテナ素子１０ａ等の形状は、矩形である。

【００３２】アンテナ部１３の方向は、直線アレイアン
テナ１０３等の長手方向が垂直（鉛直）方向、平行に配
列された方向が、水平方向である。本実施例では、アン
テナ部１３の水平方向に並ぶアンテナ素子の数を、垂直
方向に並ぶアンテナ素子の数よりも多くしている。これ
は、アンテナ部１３の放射するビームの形状を、垂直方
向の径が長い楕円形状にするためである。ビームの形状
を垂直方向に長い楕円形状にすることによって、図２
０、図２１のように、地平面１６１に対して平行な方向
にメインビームを移動させるという動作だけで、地平面
１６１に対して弧を描いている赤道上空の軌道２４上の
複数の衛星２３を、メインビーム２５の内側に位置させ
ることができ、捕捉できる。メインビームの形状につい
ては、後に詳細に述べる。

【００３３】直線アレイアンテナ１０３等は、給電線を
介して、送受信機１８に接続されている。給電線には、
固定移相器１１ａ等と、可変移相器１４ａ等が取り付け
られている。これらの移相器は、各アンテナ素子１０ａ
等の給電位相を調整する。

【００３４】給電線の構成についてさらに説明する。

【００３５】送受信機１８に接続された給電線１３０
は、給電線１３１と給電線１３２とに分岐している。給
電線１３１は、３つの分岐点１４１、１４２、１４３に
より、４本の給電線１２、１１１、１１２、１１３に分
岐する。これらは、それぞれ、直線アレイアンテナ１０
３、１０４、１０５、１０６に給電する給電線である。
給電線１３２は、分岐点１４４により、２本の給電線１
１４、１１５に分岐する。これらは、直線アレイアンテ
ナ１０７、１０８に給電する給電線である。

【００３６】給電線１３１と１３２とが分岐する分岐点
には、不等分配器１０９が配置されている。不等分配器
１０９は、直線アレイアンテナ１０３〜１０８にそれぞ
れ等しい強度の電力が給電されるように、給電線１３１
と給電線１３２とに、ほぼ２：１の比率で電力を分配す
る。本構成では、６個の直線アレイアンテナ１０３〜１
０８への給電線を１本の給電線から分岐させるため不等
分配器１０９を用いて等電力を分配しているが、直線ア
レイアンテナを８または１６または３２個の場合は、全
て等分配で構成できる。

【００３７】給電線１１１、１１２、１１３、１１４に
は、可変移相器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４
ｅがそれぞれとりつけられている。

【００３８】可変移相器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４
ｄ、１４ｅは、直線アレイアンテナ１０４、１０５、１
０６、１０７、１０８の給電位相を、直線アレイアンテ
ナ１０３に給電位相に対して、可変にシフトさせる。こ
の可変移相器の位相シフト量によって、図２０に示した
ように、アンテナ部１３の放射するビームの方位角方向
の放射角度（φ）が定められる。可変移相器１４ａ、１
４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅには、シフトさせる移相
量の設定を行う制御部１５が、制御線１６を介して、接
続されている。各可変移相器１４ａ等に設定する給電位
相については、後に、詳述する。

【００３９】可変移相器１４ａ等の具体的な構成につい
てさらに説明する。

【００４０】可変移相器１４ａ等は、図２４に示すよう
に、９０°ハイブリッド２０１を用いた反射形アナログ
移相器である。９０°ハイブリッド２０１の端子２０２
は、入力端子であり、不等分配器１０９からの給電信号
が入力される。また、端子２０３は、出力端子であり、
直線アレイアンテナ１０４等に給電信号を出力する。端
子２０４、２０５には、可変容量素子であるバラクタダ
イオード２０６、２０７が接続されている。バラクタダ
イオード２０６、２０７には、これらの容量を変えるた
めに、抵抗２０８、２０９を介して電源１７から電圧が
印加されている。入力端子２０２から入力した給電信号
は、９０°ハイブリッド２０１を介して２つのバラクタ
ダイオード２０６、２０７に印加される。バラクタダイ
オード２０６、２０７で反射された信号は、出力端子２
０３から取り出される。この時、出力信号の位相は、バ
ラクタダイオード２０６、２０７の容量によって決ま
る。制御部１５は、抵抗２０８、２０９の抵抗を介して
Ｖｃ電圧を制御して、移相量を設定する。ここでは、ア
ナログ型の９０°ハイブリッドを用いた可変移相器を例
として出しているが、その他、サーキュレーターを用い
たもの、又、デジタル型の可変移相器を用いてもよい。

【００４１】これらの可変移相器１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄと不等分配器１０９とは、図１のように、給
電部１９に配置されている。

【００４２】アンテナ部１３内の給電線１２、１１１、
１１２、１１３、１１４、１１５は、分岐点１４５で、
給電線１５０と、給電線１５１とに分岐する。給電線１
５０は、分岐点１４６で、給電線１５２と給電線１５３
とに分岐する。給電線１５２は、アンテナ素子１０ａに
接続され、給電線１５３は、アンテナ素子１０ｂに接続
される。給電線１５１は、分岐点１４７で、給電線１５
４と給電線１５５に分岐する。給電線１５４は、アンテ
ナ素子１０ｃに接続され、給電線１５５は、アンテナ素
子１０ｄに接続される。

【００４３】ここで、給電線１５３には、固定移相器１
１ａが、給電線１５１には、固定移相器１１ｂが、給電
線１５５には、固定移相器１１ｃが、それぞれ取り付け
られている。よって、アンテナ素子１０ｂの給電位相
は、アンテナ素子１０ａの給電位相に対して、固定移相
器１１ａに設定されている移相量だけシフトする。同様
に、アンテナ素子１０ｃの給電位相は、固定移相器１１
ｂに設定されている移相量だけシフトする。アンテナ素
子１０ｄの給電位相は、固定移相器１１ｂと固定移相器
１１ｃとに設定されている移相量を合わせた分だけシフ
トする。

【００４４】固定移相器１１ａ、１１ｂ、１１ｃに設定
された移相量によって、図２１のように、アンテナ部１
３から放射されるビームの仰角（ψ）が定められる。設
定する移相量については、後述する。

【００４５】固定移相器１１ａ等は、具体的には、図１
５に示した固定移相器３１３のように、給電線の長さを
移相量分だけ長くした構成である。

【００４６】制御部１５には、ユーザから現在地、衛星
種別、トランスポンダ、および、チャネルの入力を受け
付ける入力部１０１と、情報を表示する表示部１６０と
が接続されている。

【００４７】制御部１５の構成を、図２２を用いてさら
に説明する。

【００４８】制御部１５は、主に論理と算術演算を行う
ＣＰＵ４０１、プログラムや各種データを格納するＰＲ
ＯＭ４０２、一時的にデータを保管するＲＡＭ４０３、
時間の管理を行うタイマー４０４などから構成されてい
る。これらは、データバス４０５、４０６に接続されて
いる。また、外部との情報のやり取りをするためのポー
ト４０８、４０９、４１０が、データバス４０６とアド
レスバス４０７とを介して、ＣＰＵ４０１等に接続され
ている。ポート４０８には、情報表示部１６０と、可変
移相器１４ａ等と、送受信機１８とが接続され、表示デ
ータ、移相量、受信周波数をそれぞれ出力する。ポート
４０９には、入力部１０１が接続され、衛星種別と現在
地データ等を受け付ける。ポート４１０からは、ポート
４０８から出力した移相量を、５つの可変移相器１４ａ
等のうち、どの可変移相器に設定するかを示す信号が出
力される。

【００４９】ＰＲＯＭ４０２内には、衛星の位置を表す
ために、地球の中心から衛星へ向かうベクトルａが、衛
星２３ごとに、テーブルとして格納されている。また、
現在地の緯度経度を地球の中心からのベクトルｂに置き
換えるための数式、および、制御部１５を動作させるプ
ログラムが格納されている。さらに、ＰＲＯＭ４０２内
には、各衛星２３のトランスポンダ番号とその周波数帯
域との関係を表すテーブル、ならびに、各衛星２３のチ
ャネルの周波数幅を表す数値が格納されている。

【００５０】入力部１０１は、図９に示すように、衛星
種別を選択するためのスイッチ６２１と、現在地を入力
するためのスイッチ６２２と、トランスポンダを入力す
るためのスイッチ６２４と、チャネルを入力するための
スイッチ６２５とからなる。表示部１６０は、入力され
た衛星種別と現在地とを表示する表示部６２０と、入力
されたトランスポンダとチャネルとを表示する表示部６
２３とからなる。本実施例では、入力部１０１と表示部
１６０とを図９の様に一つの筐体に納めている。

【００５１】表示部６２０には、予め制御部１５のＰＲ
ＯＭ内に格納された衛星種別が、スイッチ６２１の下向
き矢印スイッチの押下によって、順に、例えば、”ＪＣ
ＳＡＴ１”、”ＪＣＳＡＴ２”、”ＳＣＣ−Ａ”、”Ｓ
ＣＣ−Ｂ”等と表示される。また、上向き矢印スイッチ
の押下によって、この逆の順に表示される。ユーザは、
上向きの矢印スイッチまたは下向き矢印スイッチの押下
によって、通信したい衛星を選択して入力する。また、
表示部６２０には、現在地として、緯度と経度とをそれ
ぞれ表す数字が表示される。スイッチ６２２の上向き矢
印および下向き矢印スイッチの押下によって、数字が昇
順または降順に表示される。ユーザは、このスイッチ６
２２の押下によって、アンテナ部１５が設置されている
地点の緯度と経度とを入力する。

【００５２】さらに、ユーザは、スイッチ６２４の押下
によって、昇順または降順に表示されるトランスポンダ
番号のうち、入力したい番号を選択して入力する。同様
に、スイッチ６２５の押下によってチャネル番号を選択
して入力する。

【００５３】以下、本実施例の地球局が、ＪＣＳＡＴ
１、ＪＣＳＡＴ２、ＳＣＣ−Ａ、ＳＣＣ−Ｂの４衛星２
３と通信を行うために構成されている場合について、ア
ンテナ部１３のアンテナ素子１０ａ等の配置、固定移相
器１１ａ等の移相量の設定、可変移相器１４ａ等の移相
量の設定について、さらに説明する。

【００５４】日本に設置された本実施例の地球局のアン
テナ部１３から見た４つの衛星２３は、図２１に示すよ
うに、仰角方向において、大体ψ１＝４２度から、ψ２
＝４８度の範囲に散らばっている。また、方位角方向に
おいて、図２０に示すように、大体方位角１４５度か
ら、方位角１６３度の２０度の範囲に散らばっている。
ただし、これらの角度は、アンテナ部１３を、関東地方
に設置したことを仮定して求めた最大の角度である。

【００５５】よって、メインビーム２５の形状が、仰角
方向（本実施例では、長径方向）の見込み角（ψ２−ψ
１）の６度の範囲において必要利得が得られる形状にな
るように、アンテナ部１３の設計を行う。また、メイン
ビーム２５が、２つの衛星にまたがって照射されること
のないように、メインビーム２５の水平方向の見込み角
を小さくする。よって、必要利得が得られる範囲は、垂
直方向の径が長い楕円形状となる。

【００５６】一方、アンテナ部１３のメインビーム２５
の仰角ψがψ＝約４５度となるように固定移相器１１ａ
〜１１ｃの移相量を設定する。また、方位角方向に、±
１０度の範囲で放射ビーム２５を移動させることが可能
なように、可変移相器１４ａ〜１４ｅの移相幅を設定す
る。

【００５７】ここで、上述のような楕円形状のメインビ
ームを得るためのアンテナ部１３の構成について、詳述
する。

【００５８】図１２に示すように、アンテナ部１３のビ
ームの垂直方向の利得の放射角依存性は、アンテナ部１
３の垂直方向に並べられたアンテナ素子の数によって定
まる。ビームの水平方向の利得の放射角依存性は、アン
テナ部１３の水平方向に並べられたアンテナ素子の数に
よって定まる。並べられたアンテナ素子の数が少ないほ
ど、メインビーム（主ビーム）の拡がり角は大きく、ア
ンテナ素子の数が多いと、メインビームの拡がり角は小
さくなる。また、アンテナ部１３のビームの利得は、ア
ンテナ素子の総数により定まる。

【００５９】したがって、アンテナ部１３の構成は、以
下のように定める。

【００６０】まず、衛星２３との通信のために、アンテ
ナ部１３に必要とされるメインビームの利得の仕様をさ
だめる。また、メインビームの利得のバラツキの許容範
囲の仕様を定める。

【００６１】たとえば、垂直方向について、照射ビーム
の最大利得から３ｄＢ落ちまでの範囲で必要利得を確保
する場合、最大利得から３ｄＢ落ちまでの範囲が６度に
なるように、アンテナ部１３の垂直方向、すなわち、直
線アレイ内のアンテナ素子の数を定める。つぎに、照射
ビームの最大利得から３ｄＢ引いた値によって、必要と
される利得の下限が得られるように、アンテナ素子の総
数を求める。アンテナ素子の総数と、先ほど定めた垂直
方向のアンテナ素子の数とにより、水平方向に並べるア
ンテナ素子の数を定められる。実際には、ビームの拡が
り角は、アンテナ素子の形状と間隔にも依存するので、
これらを考慮して、拡がり角を数値計算により求め、ア
ンテナ素子の数を定める。

【００６２】図１では、一例として、縦方向に４個、横
方向に６個のアンテナ素子を並べているが、実際には、
メインビームの必要利得と仰角範囲と許容されるメイン
ビームの分布をもとに、上述の様にアンテナ素子の数を
定める。

【００６３】つぎに、アンテナ部１３のビームの仰角を
４５度にするために、固定移相器１１ａ等に設定する移
相量について説明する。

【００６４】まず、移相器によって、アンテナ部１３の
メインビームの方向を変える原理について図１４、図１
５を用いて、説明する。図１４、図１５では、アンテナ
素子から電波を放射する場合、すなわち送信する場合を
例に説明するが、受信時のアンテナ素子の指向特性につ
いても同じである。

【００６５】図１４、図１５で、３１０、３１１、３１
２は、アンテナ素子、３１４は、給電線である。まず、
アンテナ素子３１０等の放射する電波の進行方向を、ア
ンテナ素子３１０等の法線方向から傾けるには、隣合う
アンテナ素子から放射される電波の位相をずらせば、各
アンテナ素子から放射される電波の等位相面の進行方向
は傾く。ここで、法線方向から角度θ傾けるには、隣合
うアンテナ素子から放射される電波の行路差ｒは、アン
テナ素子間隔をｄとすると幾何学的な考察から容易に次
の式で表される。

【００６６】（数１）ｒ＝ｄｓｉｎθ ・・・（１）但し、ｒは、電波の行路差、ｄは、アンテナ素子の間
隔、θは、法線からの傾きを示す。

【００６７】また、アンテナ素子から放射される電波の
行路差をｒだけずらすには、隣合うアンテナ素子に給電
される給電位相を次の式で表されるωだけずらせば良
い。

【００６８】（数２） ω＝ｋ₀ｄｓｉｎθ ・・・（２）ここで、ｋ₀は、電波の自由空間波数を示す。

【００６９】実際に、アンテナ素子に給電位相をずらし
て給電するには、移相器を用いる。図１５に、アンテナ
素子３１０、３１１に給電する給電線路の長さを異なら
せることにより、固定的に位相をずらす固定移相器を示
す。２つのアンテナ素子３１０、３１１につながる合成
分配器（不図示）から、アンテナ素子３１０、３１１ま
での給電線路の長さの差は、ｒ’であり、このｒ’は、
（数２）で表されるωだけ位相をずらすように、給電線
路の誘電率による波長短縮率から求められる長さとすれ
ば良い。また、ｒ’を０とすれば当然電波の進行方向は
法線方向となる。このように、給電線路を長くすること
で固定移相器３１２を構成することができる。

【００７０】本実施例においても、固定移相器１１ａ等
は、給電線の長さを長くすることで、固定移相器３１２
と同様に構成している。

【００７１】上記した原理を用いて、本実施例のアンテ
ナ部１３の仰角を４５度に設定する方法についてさらに
説明する。

【００７２】例えば、図１において、固定移相器１１
ａ、１１ｂ、１１ｃの移相量を固定的に０度に設定した
場合、直線アレイ１０３等から放射される電波は、アン
テナ部１３の法線方向に放射される。また、隣合うアン
テナ素子の給電位相差をω(Rad.)だけつけていくと、す
なわち、固定移相器１１ａ、１１ｃに対しては移相量を
ω(Rad.)設定し、固定移相器１１ｂに対しては移相量を
2ω(Rad.)設定すると、直線アレイ１０３等から放射さ
れる電波は、直線アレイの配列方向とアンテナ素子１０
ａ等が置かれた平面の法線方向とでつくる平面内で、ア
ンテナ素子１０ａ等の置かれた平面の法線方向から、上
述の角度θ度だけ傾く。

【００７３】従って、（数２）において、θ＝４５度、
ｄをアンテナ部１３の垂直方向に並べられたアンテナ素
子の間隔として、ωを求め、固定移相器１１ａ、１１ｃ
に対してωを、固定移相器１１ｂに対して２ωを設定す
ることにより、アンテナ部１３の仰角は、４５度に設定
できる。

【００７４】図１３を用いて、固定移相器１１ａ等に上
述の移相量を設定した場合の放射ビームの利得の角度依
存性を示す。図１３の場合、可変移相器１４ａ等には、
移相量０を設定している。図１３において、３は、メイ
ンビームを示す。図１２は、固定移相器１１ａ等に移相
量０を設定した場合の放射ビームの角度依存性である。
図１２と、図１３を比較すると、アンテナ部１３の垂直
方向の放射利得のうち、メインビーム３の放射角度が、
固定移相器１４ａ等に移相量ωを設定することにより、
角度ψだけシフトしていることが明確にわかる。

【００７５】次に、上述の原理によって、制御部１５
が、可変移相器１４ａ等に設定する移相量を求め、これ
を設定する動作を説明する。可変移相器１４ａから１４
ｅの移相量の設定により、アンテナ部１３の放射する電
波の方位角方向が定まる。これにより、４つの静止衛星
２３のうちの任意の１つの衛星に対して、電波の最大放
射方向を向けることができる。

【００７６】ただし、アンテナ部１３の設置および初期
設定は、以下のように行っておく。

【００７７】ここで、最初に捕捉する衛星を、初期捕捉
静止衛星２３ｂと呼ぶ。初期捕捉衛星をどの衛星にする
かは、予め定めておく。アンテナ部１３の法線方向が予
め定めた初期捕捉通信衛星２３ｂの方向に向くように、
方位角方向にアンテナ部１３のアンテナ面の向きを定め
て設置する。仰角は、予め、固定移相器１１ａ等によっ
て設定されているので向きを合わせる必要はない。

【００７８】つぎに、制御部１５は、ＰＲＯＭ４０２内
の初期設定用のプログラムに従って、可変移相器１４ａ
〜１４ｅの移相量を連続的に、又は、微小な一定の幅で
振るように設定し、アンテナ部１３のメインビーム方向
を連続的に振らせる。そして、送受信機１８の受信強度
を制御部１５で監視し、初期捕捉衛星２３ｂからの受信
強度が最大になる移相量を検出し、これをＲＡＭ４０３
に格納する。これで初期設定が終了する。

【００７９】つぎに、ユーザの選択した任意の衛星を捕
捉する際の制御部１５の動作を図２３のフローチャート
を用いて説明する。

【００８０】図２３のフローチャートに示された動作
は、ＰＲＯＭ４０２に格納されたプログラムをＣＰＵ４
０１が読み込んで、このプログラムに実行することによ
って行うものである。

【００８１】ＣＰＵ４０１は、タイマー４０４を起動さ
せ、一定の時間が経過する度に、又は、入力がある度に
ステップ６０１以下の処理を行う。ステップ６０１で、
入力部１０１から、通信を行う衛星２３の変更または現
在地の変更を受け付けた場合、ステップ６０２に進む。
受け付けた変更が、衛星２３の変更である場合には、ス
テップ６０４で、受け付けた衛星２３の位置を表す地球
中心からのベクトルａをＰＲＯＭ４０２から読み込み、
ベクトルａをＲＡＭ４０３に格納する。また、ステップ
６０２で、衛星の変更でない場合には、ステップ６０３
に進み、現在地の変更があれば、ステップ６０５で、Ｐ
ＲＯＭ４０２に格納されている数式を用いて、受け付け
た緯度経度に対応する地球中心からのベクトルｂを求
め、ベクトルｂをＲＡＭ４０３に格納する。

【００８２】ステップ６０６では、変更事項の設定の確
認を行う。設定の確認は、ステップ６０６の時点で入力
部１０１に入力されている衛星種別および現在地が、Ｒ
ＡＭ４０３に格納されている内容と一致しているかどう
かでおこなう。又は、設定ボタン（不図示）を用意し、
設定ボタンを押すことにより設定を行う。一致していれ
ばステップ６０７で、可変移相器１４ａ等に設定する移
相量を計算する。

【００８３】移相量の計算方法について説明する。

【００８４】ベクトルｂおよびベクトルａを図示する
と、図２７のようになる。すなわち、ベクトルｂは、地
球６５２の中心６５１を原点とし、地球６５２上におけ
る現在地６５０へ向かうベクトルである。ベクトルａ
は、地球の中心６５１を原点とし、アンテナ部１３の放
射ビームがこれから捕捉しようとする静止衛星２３ａへ
向かうベクトルである。

【００８５】また、地球の中心６５１を原点とし、初期
捕捉静止衛星２３ｂへ向かう位置ベクトルをａ’で表わ
す。

【００８６】このとき、現在地６５０から見たこれから
捕捉する静止衛星２３ａの位置ベクトルｃ、ならびに、
現在地６５０から見た初期捕捉静止衛星２３ｂの位置ベ
クトルｃ’は、以下の数３、数４で表される。

【００８７】（数３）ｃ＝ａ−ｂ（数４）ｃ’＝ａ’−ｂ現在地６５０に置かれたアンテナ部１３の中心点を座標
原点とする座標系で、上述のｃ、ｃ’を表すと図２８の
ようになる。但し、ベクトルｎは、アンテナ部１３の法
線ベクトルを示す。

【００８８】図２８は、アンテナ面を天頂方向に平行に
置いた場合のベクトル図である。図２８を見るとわかる
ように、初期捕捉衛星２３ｂ（ベクトルｃ’の方向）を
捕らえる放射ビーム２５ｂと、これから捕らえる衛星２
３ａ（ベクトルｃの方向）の放射ビーム２５ａとの間の
角度を水平面に投影した角度φ（すなわち、方位角方向
のなす角度）は、ベクトルｂとｃとの張る平面の法線ｂ
×ｃと、ベクトルｂとｃ’の張る平面の法線ｂ×ｃ’の
間のなす角度と等しい。よって、角度φは、つぎの数５
で表わされる。

【００８９】

【数５】

【００９０】但し、数５で、×は、ベクトルの外積、・
は、ベクトルの内積を表わす。

【００９１】また、放射ビーム２５ａを、放射ビーム２
５ｂから方位角方向に角度φ傾けるには、隣合う直線ア
レイアンテナ１０３、１０４、１０５、１０６、１０
７、１０８の給電位相を、数２と同じく、つぎの数４で
表される移相量δずつ、ずらせばよい。

【００９２】（数６）δ＝ｋ₀ｈｓｉｎφ 但し、数４で、ｋ₀は、電波の自由空間波数、ｈは、ア
ンテナ部１３に配列されたアンテナ素子１３ａ等の水平
方向の間隔を表す。

【００９３】したがって、ステップ６０７では、ＲＡＭ
４０３に格納されているベクトルａ、ｂ，ｂ’をよみだ
して、数３、数４、数５、数６を計算し、移相量δを求
める。そして、移相量δをもとに、可変移相器１４ａ、
１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに設定すべき移相量
を、直線アレイアンテナ１０３の給電位相を基準として
δ、２δ、３δ、４δ、５δと定め、これをＲＡＭ４０
３に格納する。ステップ６１３で、これらの移相量δ、
２δ、３δ、４δ、５δと、初期設定時に初期捕捉衛星
２３ｂの受信強度から求めた移相量とをＲＡＭ４０３か
らよみだして、これらの和を可変移相器１４ａ、１４
ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅにそれぞれ設定する。これ
により、直線アレイアンテナ１０４等の給電位相が変化
し、放射ビーム２５は、アンテナの法線方向から、方位
角方向に角度φ傾く。

【００９４】ここでは、アンテナ部１３のアンテナ面と
水平面とにほぼ垂直な平面内に、初期捕捉すべき静止衛
星２３ｂを捕らえているので、ｂ×ｃ’、ｂ×ｎは、ベ
クトルとして、同じ向きを向くので、数５で、ｃ’の代
わりにｎを用いることができる。従って、数５の代わり
につぎの数７を用いることもできる。

【００９５】

【数７】

【００９６】つぎに、入力部１０１が、トランスポンダ
番号またはチャネル番号の変更を受け付けている場合に
は（ステップ６０８）、それを受け付け（ステップ６０
９）、入力されたトランスポンダ番号に対応する周波数
帯域と、チャネルの周波数幅とを、ＰＲＯＭ４０２から
読み出す（ステップ６１０）。読み出したトランスポン
ダの周波数帯域とチャネルの周波数幅とによって、受信
機１８に設定する周波数幅を計算する。例えば、ＪＣＳ
ＡＴ１のトランスポンダ１番（１２２５４．７５〜１２
２８１．７５ＭＨｚ、１チャネルの周波数幅０．０５Ｍ
Ｈｚ）のチャネル４を設定した場合、送受信機１８に設
定する中心周波数は、１２２５４．７５＋３．５×０．
０５＝１２２５４．９２５ＭＨｚである。求めた周波数
帯域をＲＡＭ４０３に格納する。この設定された周波数
を用いて自由空間波数ｋ₀を更新する。

【００９７】ステップ６１２で、入力部１０１に設定さ
れているトランスポンダおよびチャネルに変更がなけれ
ば、設定が確認されたとして、ステップ６１３で、ポー
ト４１０からの出力で可変移相器１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄ、１４ｅを選択しながら、ＲＡＭ４０３に格
納した移相量δ、２δ、３δ、４δ、５δに初期設定時
の移相量を加えてポート４０８から出力し、可変移相器
１４ａ等の移相量を設定する。また、受信機１８に周波
数帯域を出力することにより、周波数選択フィルタを設
定する。

【００９８】このように、制御部１５によって、可変移
相器１４ａ等に移相量が設定されることにより、直線ア
レイアンテナ１０４等の給電位相がかわり、ビームが地
平面に平行に（方位角方向に）移動して、選択した衛星
２３にビームが放射される。可変移相器１４ａ等に移相
量が設定された場合の放射ビーム利得の角度依存性を図
２５に示す。但し、図２５は、固定移相器１１ａ等に、
移相量０を設定している場合である。図２５のように、
アンテナ部１３から放射されるビームの水平方向成分に
おいて、主ビームの照射方向が、図２５のように、法線
方向（０度）から角度φだけずれることが分かる。

【００９９】また、送受信機１８は、制御部１５の設定
により、ユーザが選択したトランスポンダおよびチャネ
ルの周波数に対応した周波数フィルタを用いて、受信を
行う。

【０１００】つぎに、図１に示した本実施例の地球局の
外観について、説明する。

【０１０１】図１０に示すように、アンテナ部１３は、
支持部２７０によって、地平面に垂直に支持されてい
る。給電部１９は、アンテナ部１３の背面に取り付けら
れている。電源１７、送受信機１８、制御部１５、入力
部１０１は、電源線１０２、給電線１３０、制御線１６
により、給電部１９に接続されている。図１０の構造の
場合、アンテナ部１３および給電部１９を屋外に配置
し、電源１７、送受信機１８、制御部１５、入力部１０
１を屋内に配置する。本実施例のアンテナ部１３は、地
面に対して垂直に設置されるので、占有床面積が非常に
小さいというメリットがある。また、アンテナ部１３
を、図２６のように、建造物２８０の外壁に取り付ける
と、アンテナ部１３を地面に垂直に、設置床面積をほと
んど必要とせずに設置することができる。この場合、ア
ンテナ面の方向は外壁の方向によって定まるため、初期
補足衛星の方位角方向にアンテナ部１３の法線方向が向
くとは限らない。したがって、初期補足を行うために、
最初、移相設定量を連続的に変えていく必要がある。そ
の為の移相設定用のつまみを別に設けても良いし、制御
部１５のアルゴリズムの中に、初期補足の為のアルゴリ
ズムを入れておいてもよい。

【０１０２】また、本実施例の地球局を受信専用の地球
局とする場合は、送受信機１８を受信機に置き換える
が、図１０において、この受信機を、既存のテレビ等の
ＣＳ、ＢＳ放送用の受信機と共用させる構成にすること
もできる。また、制御部１５、表示部１６０、入力部１
０１を、既存のパーソナルコンピュータのＣＰＵや記憶
装置、入力部、表示部と共用させてもよい。

【０１０３】アンテナ部１３および給電部１９の具体的
な構造について、図４、図６、図７を用いて説明する。

【０１０４】図４のように、給電部１９をアンテナ部１
３の背面に取り付けた場合、アンテナ部１３と給電部１
９を図６のような構造にすることができる。アンテナ部
１３は、基板２８１と、基板２８１を両面から挾む緩衝
部材２８２と、容器２８３とにより構成される。基板２
８１は、ポリイミド等のフィルム状の基板であり、図示
していないが基板２８１の上には、導電性の膜により、
図１に示したアンテナ素子１０ａ等のパターンと、給電
線１２等のパターンと、固定移相器１１ａ等のパターン
とを形成してある。緩衝部材２８２は、発泡性の絶縁材
料からなり、容器２８３と、基板２８１上の導電性膜の
パターンとの距離を保持する。緩衝部材２８２と容器２
８３とには、アンテナ素子１０ａ等のパターンの上に位
置する部分に、貫通孔状のスロット２８４が設けられて
いる。

【０１０５】また、給電部１９も、同様に、給電線１２
等と可変移相器１４ａ等のパターンが形成された基板
と、緩衝部材２８５と、容器２８６から構成される。

【０１０６】アンテナ部１３の端部と、給電部１９の端
部には、それぞれ金属板２８７で構成した導波路が設け
られている。基板２８１と基板２８４の端部は、この導
波路内に突出している。突出した部分には、図１のアン
テナ部１３と給電部１９とを連結する部分の給電線のパ
ターンが、それぞれ形成されている。金属板２８７の導
波路は、このアンテナ部１３の給電線と給電部１９の給
電線とを、電磁界結合により接続する。したがって、給
電線は空間的に接続されているので、図７のように、ア
ンテナ部１３と給電部１９とを取り外す場合にも、給電
線の切断を必要としない。

【０１０７】また、給電部１９を、図５のように、アン
テナ部１３と同一平面上に配置することもできる。図５
では、アンテナ部１３の基板２８１と、給電部１９の基
板２８４とを連結し、給電線１２等のパターンを直接物
理的に接続している。

【０１０８】図１に示した地球局では、アンテナ部１３
から放射されるビームを固定移相器１１ａ等により、図
２１のように仰角方向に角度ψ傾けて放射させるてい
る。これにより、アンテナ部１３の主平面を地面に垂直
にたて、占有する地面の面積を小さくするともに、図２
７の様に壁掛け形の地球局を実現している。しかしなが
ら、これに限らず、図３０のように、アンテナ部１３の
法線方向が水平方向から角度ψ傾くように、アンテナ部
１３を傾けて設置する構成にすることももちろん可能で
ある。図３０の様にする場合には、固定移相器１１ａ〜
１１ｃは必要ない。

【０１０９】図３０の構成の場合、制御部１５が図２３
のステップ６０１からステップ６０７で可変移相器１４
ａ〜１４ｅに設定する移相量δを求める際に用いる数５
は、以下の数８に置き換える。というのは、図３のよう
に、アンテナ部１３を傾けて設置する場合、アンテナ部
１３の法線方向は、初期捕捉静止衛星２３ｂ方向に一致
する。すなわち、図２９のように初期捕捉衛星への位置
ベクトルｃ’と法線ベクトルｎが一致するように、アン
テナ部１３を設置するので、これから捕捉する衛星への
位置ベクトルｃとベクトルｃ’とのなす角をφとして求
めればよい。

【０１１０】図２８の場合と同じく、φは、ベクトルｄ
とｃの張る平面の法線ｄ×ｃと、ベクトルｄ×ｃ’の間
のなす角度で求めればよいので、つぎの数８で示される
式で計算すればよい。

【０１１１】

【数８】

【０１１２】上述の実施例では、入力部１０１に入力さ
れた現在地の経度、緯度から、現在地の位置ベクトルｂ
を計算する構成であるが、あらかじめ現在地の候補地を
定め、これらの候補地の位置ベクトルをテーブルとし
て、ＰＲＯＭ４０２内に格納する構成にすることもでき
る。ユーザは、候補地の中から現在地に近い地点を選択
し、入力部１０１に入力する。この場合、図２３のステ
ップ６０５では、ＣＰＵ４０１が、ＰＲＯＭ４０２にあ
らかじめ格納されたテーブルから、入力された地点に対
応する位置ベクトルｂを呼び出すようにする。

【０１１３】さらには、上述の候補地全てについて、あ
らかじめ、各衛星２３に対応する移相量δを計算してお
き、これをテーブルとして、ＰＲＯＭ４０２内に格納す
る構成にすることもできる。この場合には、図２３のス
テップ６０４、６０５、６０７の代わりに、入力部１０
１に入力された現在地に近い候補地の地点と衛星種別と
に対応する移相量をテーブルから呼び出すステップを設
ける構成にする。これにより、衛星種別を変更する度
に、移相量の計算を行う必要が無くなる。

【０１１４】また、図１１のように、制御部１５、入力
部１０１、表示部１６０を、給電部１９とともに、アン
テナ部１３の背面に取付けに取り付ける構成にすること
もできる。この場合、入力部１０１をタッチパネル等
で、また、表示部１６０を液晶表示部で構成する。送受
信機１３０は、例えば既存のテレビ等のＢＳ、ＣＳ放送
の受信機と共用させてもよい。これにより、アンテナ部
１３等のみを新たに設置することで、既存の受信機を利
用して、本実施例の地球局を低コストに実現できる。既
存のテレビ等の受信機を受信機１８と共用させる場合、
図１の制御部１５から送受信機１８への制御線を設け
ず、図２３のステップ６０８から６１１を行わない構成
にすることもできる。

【０１１５】また、図１の構成では、制御部１５からの
１本の制御線１６によって、可変移相器１４ａ〜１４ｅ
に設定する移相量と設定する可変移相器を指定する信号
とを出力する構成であるが、図１６のように、制御部１
５から可変移相器１４ａ等の数だけ制御線１６を出す構
成にすることももちろん可能である。

【０１１６】また、可変移相器の配置を図１７のように
配置することもできる。この時、制御部１５が設定する
移相量は、可変移相器２９１ａ、２９１ｃ、２９１ｅに
対してδ、可変移相器２９１ｂに対して２δ、可変移相
器２９１ｄに対して４δとする。

【０１１７】また、図１８のように、直線アレイアンテ
ナ１０３の給電線１２に可変移相器２９５を取り付ける
構成にすることもできる。この場合、制御部１５が可変
移相器２９５に設定する移相量をβとすると、可変移相
器１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅに対して、
それぞれ、β＋δ、β＋２δ、β＋３δ、β＋４δ、β
＋５δを設定するようにする。

【０１１８】さらに、図１において、直線アレイアンテ
ナ１０３の給電線１２に、減衰器をとりつけ、可変移相
器１４ａ等が給電信号を減衰させる量と等しく給電信号
を減衰させることにより、直線アレイアンテナ１０３の
給電電力と、他の直線アレイアンテナ１０４等の給電電
力とを、一致させることができる。これにより、直線ア
レイアンテナ間の放射ビームの強度のばらつきを低減す
ることができる。

【０１１９】本実施例の図１の構成では、可変移相器１
４ａ〜１４ｅに設定する移相量を、図２３に示したよう
に予め計算により定めているが、以下のような方法を用
いることもできる。制御部１５に与える情報を使用衛星
名のみにする。そして、アンテナ部の可変移相器の移相
量を変化させながら、各衛星を識別するための信号を含
むデジタルのテスト信号を受信し、受信機からの出力信
号を制御部で監視する。制御部１５に入力された使用衛
星名から判断される各衛星別の識別のための信号と、受
信機からの出力信号とを比較し、これが一致する移相量
を探索する。これにより、使用衛星を捕捉できる。さら
に、受信機からの出力信号が最大になるまで、指向性を
変化させ、最も効率よく捕捉できる移相量を更に探索す
る。これにより、移相量を予め計算することなく、アン
テナ部１３のメインビームの方向を決定することができ
る。

【０１２０】つぎに、本発明の別の実施例として、アン
テナ部が送受信可能な電波の偏波面を任意の角度に設定
する機能を備えた地球局について、図３１を用いて説明
する。

【０１２１】図３１の地球局は、図１の地球局と同様な
構成であるが、アンテナ素子が円形のパッチアンテナ素
子７１０ａ〜７１０ｄであることと、アンテナ素子７１
０ａ〜７１０ｄのそれぞれ２点に給電を行うことと、２
点への給電電力の比を設定する可変電力分配器７２０ａ
〜７２０ｆが備えられていることが異なる。

【０１２２】このような構成により、アンテナ部１３の
メインビームは、直線偏波となり、その偏波角を任意の
角度に設定することができる。したがって、通信を行う
衛星のメインビームの偏波面と、アンテナ部１３のメイ
ンビームの偏波面を一致させることができるので、効率
よく送受信を行うことが可能である。

【０１２３】制御部１５は、可変移相器１４ａ〜１４ｅ
に加えて、可変電力分配器７２０ａ〜７２０ｆに設定す
る。また、入力部１０１には、図３６のように、初期偏
波角を調整するための回転式のつまみ９１０が備えられ
ている。固定移相器１１ａは、円形パッチアンテナ素子
７１０ａの２本の給電線７２２にそれぞれ取り付けら
れ、２本の給電線７２２の給電位相を同じ移相量だけシ
フトさせる。固定移相器１１ａ〜１１ｄに設定される移
相量は、図１の実施例の固定移相器に設定される移相量
と同じである。また、可変移相器１４ａ〜１４ｅに設定
される移相量も、図１の実施例と同様の方法によって計
算され、同様に設定される。制御部１５内のＰＲＯＭ４
０２には、衛星ごとの偏波角を予め格納する。

【０１２４】円形のパッチアンテナ素子７１０ａの構成
と、偏波面の設定方法について、図３２を用いてさらに
説明する。

【０１２５】図３２において、７２２は給電線、７２０
ａは、可変電力分配器であり、給電線７２２に分配する
電力を変化させることができる。７２７は円形パッチア
ンテナの中心点、７８１および７８２は、円形パッチア
ンテナ素子７１０ａに対する２つの給電点、７２９は、
受信機５から可変電力分配器への入力点、８１０は可変
電力分配器の出力点、８２３は、電力分配比を変えるた
めの制御線を示す。また、図３３（ａ）および（ｂ）
に、給電振幅のベクトルの説明図を示す。図３３（ａ）
および（ｂ）において、８１１は、円形パッチアンテナ
素子７１０ａの給電点７８２に給電される給電振幅ベク
トル、８１２は、円形パッチアンテナ素子７１０ａの他
の給電点７８１に給電される給電振幅ベクトル、８１３
は、パッチアンテナ素子７１０ａ上に２つの給電点７８
１、７８２から給電される給電振幅の合成値ベクトルを
示す。

【０１２６】図３２で示すように、円形パッチアンテナ
素子７１０ａに対する給電の給電点７８１と７８２とを
円形パッチアンテア素子の中心点７２７に対して互いに
９０度の位置に設けた場合、給電点７８１と７８２とか
らパッチアンテナ素子に給電される給電振幅のベクトル
は、図３３（ａ）および（ｂ）における８１１と８１２
のベクトルで示されるように直交する。従って、図５に
おけるパッチアンテナ素子７１０ａに対して２つの給電
点７８１と７８２とから供給される給電振幅の合成値ベ
クトルは図３３（ａ）および（ｂ）における合成値ベク
トル８１３で示されるようになる。

【０１２７】ここで、衛星との間で送受信される直線偏
波の電波の電界ベクトルの向きが、図３２におけるパッ
チアンテナ素子７１０ａ上に励起される電流成分と平行
になれば、最も効率よく受信することが可能になる。し
たがって、図３３（ａ）および図３３（ｂ）で示される
給電振幅の合成ベクトル８１３を回転させて任意の方向
に設定することができれば、衛星ごとに異なる偏波面の
ビームを、最も効率よく送受信することができる。

【０１２８】図３２に示す円形パッチアンテナ素子７１
０ａの給電点７８１に対する給電電圧Ｖ₁（もしくは給
電電流の振幅値と考えてもよい）と給電点７８２に対す
る給電電圧Ｖ₂を以下の数９および数１０で示す。

【０１２９】

【数９】Ｖ₁＝Ｖｃｏｓφ

【０１３０】

【数１０】Ｖ₂＝Ｖｓｉｎφここで、Ｖは、図３２にお
いて、送受信機１８から可変電力分配機７２０ａに給電
される電圧であって、合成値ベクトル８１３の絶対値に
等しい。φは、図３２におけるパッチアンテナ素子７２
０ａ上で励起される電流の向きを表す。

【０１３１】上記数９および数１０の大きさで、図３２
で示す円形パッチアンテナ素子７１０ａの２つの給電点
７８１および７８２にそれぞれ給電を行う。このとき、
Ｖ₁とＶ₂との電圧比を変えることにより、図３３（ａ）
および（ｂ）に示すように、アンテナ面に励起される給
電電流の向きφを変えることができる。数９および数１
０からφをＶ₁とＶ₂で表すと数１１に示すようになる。

【０１３２】

【数１１】

【０１３３】例えば、図３３（ａ）に示すように、Ｖ₁
とＶ₂との電圧を等しくすればφを４５度に制御するこ
とができる。また、図３３（ｂ）に示すように、Ｖ₁と
Ｖ₂との電圧比を変えればφを変えることができる。さ
らに、Ｖ₁とＶ₂とのマイナス方向の電圧を考慮すれば、
アンテナ面に励起される給電電流の向きφは、３６０度
回転させることが可能となる。この場合、合成値ベクト
ル８１３の振幅値は一定で、あらゆる偏波面を持つ直線
偏波の受信が可能となる。

【０１３４】すなわち、可変電力分配機７２０ａが、給
電点７８１と給電点７８２とに給電する給電電力の比
を、制御部１５が指示することにより、直線偏波面を制
御することが可能となる。制御部１５は、可変電力分配
器７２０ａ〜７２０ｆに、同じ比率を設定し、アンテナ
部１３全体の偏波面を一致させる。

【０１３５】図３４および図３５に、可変電力分配器７
２０ａ〜７２０ｆの構成例を示す。

【０１３６】図３４および図３５において、８２４、８
２５および８２６の各々は、信号線であり、ストリップ
ライン等の平面回路で構成される。信号線８２４は信号
入力線であり、信号線８２５および８２６は信号出力線
である。８２７は、容量を変化させることができるバリ
キャップやバラクタダイオードなどの可変容量素子であ
る。８２８は、サーキュレータ、８２９はハイブリッド
回路、８３０は終端器をそれぞれ示している。図３４お
よび図３５の可変電力分配器においては、制御部１５
は、可変容量素子８２７に容量の大きさの指示を与え
る。これにより、信号入力線８２４からの電力の反射量
を変わるため、信号出力線８２５に出力される電力量を
変えている。

【０１３７】このように構成することにより、制御部１
５が可変電力分配器４の電力分配比を設定することによ
り、アンテナ素子７１０ａ等の偏波面を設定することが
できる。よって、衛星ごとに異なる偏波面を持つ電波の
送受信を効率よく行うことが可能となる。

【０１３８】図３１の地球局の衛星の捕捉する動作につ
いて説明する。

【０１３９】最初に、アンテナ部１３を設置する際の初
期設定として、つまみ９１０によってを地平面に対して
ほぼ垂直また水平にする。こうすることによって、衛星
からの電波の偏波面がどの角度であれ、何らかの電波を
受信することが可能になる。つぎに、アンテナ部の法線
方向が予め定めた初期捕捉通信衛星の方向に向くよう
に、方位角方向にアンテナ部１３の向きを定めて設置す
る。仰角は、図１の実施例で説明したように、予め、固
定移相器１１ａ等によって設定されている。さらに、つ
まみ９１０を回転させて、偏波面を初期捕捉衛星の偏波
角方向に合わせる。

【０１４０】つぎに、制御部１５は、可変移相器１４ａ
〜１４ｅの移相量を連続的に一定の幅で振るように設定
し、アンテナ部１３のメインビーム方向を連続的に振ら
せる。そして、この際の送受信機１８の受信強度を制御
部１５で監視し、その受信強度が最大になる移相量を検
出し、これをＲＡＭ４０３に格納する。

【０１４１】さらに、制御部１５は、可変電力分配器７
２０ａ〜７２０ｆの分配比率を一定の幅で振るように設
定し、アンテナ部１３のメインビームの偏波角を連続的
に回転させ、送受信機１８の受信強度を監視し、その受
信強度が最小になる電力分配比を検出する。そして、そ
のときの偏波角を数９、数１０から求め、求めた偏波角
に９０度加えることにより、受信強度が最大になる偏波
角を求め、さらに、この偏波角に対応する電力分配比を
数９、数１０からもとめる。そして、この受信強度が最
大になる偏波角と電力分配比をＲＡＭ４０３に格納す
る。この方法では、鋭いピークの受信強度が最小になる
電力分配比を求め、この値を基にピークのゆるやかな最
大になる偏波角を計算により精度よく求めているが、最
大になる電力分配比を受信強度から直接検出することも
できる。

【０１４２】そして、ＲＡＭ４０３に格納した移相量お
よび電力分配比を呼び出して、可変移相器１４ａ〜１４
ｅおよび可変電力分配器７２０ａ〜７２０ｆに設定す
る。これにより、初期捕捉衛星の捕捉が完了する。

【０１４３】以降、捕捉すべき衛星または現在地の変更
が入力される度に、図２３のフローを実行するととも
に、ＰＲＯＭ４０２から、入力された衛星の偏波角と初
期捕捉衛星の偏波角とを呼び出し、これらの差を求め、
求めた差をＲＡＭに格納した偏波角に加えることにより
設定すべき偏波角を求める。そして、数９、数１０から
設定すべき偏波角に対応する電力分配比を求め、これを
可変電力分配器７２０ａ〜７２０ｆに設定する。これに
より、捕捉すべき衛星の偏波角と、アンテナ部１３のメ
インビームの偏波角とを一致させることができる。

【０１４４】また、図３１の地球局の制御部１５を図１
１のようにアンテナ部１３の背面に取付け、制御部１５
が送受信機１８の制御および監視を行わない構成にする
こともできる。この場合、初期設定時に、上述のように
移相量や電力分配比を一定の幅で振って、受信強度が最
大となる移相量や偏波角を求めることは行わわず、予め
わかっている衛星の位置および偏波角から、アンテナ部
１３の向きと偏波面とを定めて設置する。

【０１４５】上述したように、本発明の図１、図３１の
地球局は、一方向のみにメインビームを移動させる構成
でありながら、複数の衛星と通信を行うことが可能であ
る。したがって、従来のように各衛星別にＬＮＣ、また
は、アンテナとＬＮＣを用意する必要はない。また、制
御部１５によって、電気的にアンテナの方向調整をおこ
なっているので、機械駆動によってアンテナを移動させ
る必要がなく、駆動装置の費用とこれを維持する費用を
低減できる。また、アンテナ面が地面に対して垂直にで
きるアレイアンテナであるため、設置面積が小さく、し
かも、設置が非常に容易である。

【０１４６】また、従来の２方向以上にメインビームを
移動させるフェイズドアレイアンテナ（縦ｍ個、横ｎ個
のアンテナ素子）では、各アンテナ素子ごとに可変移相
器を付加する必要があったため、可変移相器がｍ×ｎ個
必要であった。しかし、本発明の場合は、水平方向にの
み可変移相器を用いればよいため、可変移相器の個数は
ｎ個となる。従って、高価な可変移相器を大幅に削減で
き、コストの低減となる。

【０１４７】また、図３１のような構成にすることによ
り、従来のようにアンテナ面を機械駆動によって回転さ
せることなく、電気的に簡単に偏波面を回転させること
が可能であり、低コスト、かつ、高効率で通信を行うこ
とができる。

【０１４８】上述の各実施例の地球局は、送受信機１８
を備え、送信と受信の両方が可能な構造であるが、本発
明は、送信と受信を両方行う地球局に限定されない。と
いうのは、アンテナ部のメインビームの指向特性は、送
信時と受信時とで差がない。したがって、図１や図３１
において送受信機１８を送信機または受信機にすること
によって、送信専用地球局または受信専用地球局を実現
することができる。

【０１４９】

【発明の効果】上述したように、本発明によって提供さ
れる地球局は、簡単な構成でありながら、複数の衛星と
通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の地球局の構成を示すブ
ロック図。

【図２】複数の衛星との通信のための従来の地球局のア
ンテナを示す説明図。

【図３】複数の衛星との通信のための従来の地球局のア
ンテナを示す説明図。

【図４】図１の地球局のアンテナ部１３と給電部１９の
配置を示す斜視図。

【図５】図１の地球局のアンテナ部１３と給電部１９の
配置を示す斜視図。

【図６】図１の地球局のアンテナ部１３と給電部１９の
構成を示す断面図。

【図７】図１の地球局のアンテナ部１３と給電部１９の
構成を示す断面図。

【図８】図１の地球局のアンテナ部１３と給電部１９の
構成を示す断面図。

【図９】図１の地球局の入力部１０１と表示部１０６の
外観を示す斜視図。

【図１０】図１の地球局の全体の配置を示す説明図。

【図１１】図１の地球局の全体の配置を示す説明図。

【図１２】図１の地球局のアンテナ部１３の利得の角度
依存性を示す説明図。

【図１３】図１の地球局のアンテナ部１３の利得の角度
依存性を示す説明図。

【図１４】アレイアンテナのメインビームを傾ける原理
を説明する説明図。

【図１５】アレイアンテナのメインビームを傾ける原理
を説明する説明図。

【図１６】図１の地球局の制御線１６の配線を変更した
場合のブロック図。

【図１７】図１の地球局の可変移相器の配置を変更した
場合のブロック図。

【図１８】図１の地球局の可変移相器の配置を変更した
場合のブロック図。

【図１９】複数の衛星と通信を行うための従来の地球局
のアンテナを示す説明図。

【図２０】図１の地球局のメインビームの方向を示す説
明図。

【図２１】図１の地球局のメインビームの方向を示す説
明図。

【図２２】図１の地球局の制御部１５の構成を示すブロ
ック図。

【図２３】図１の地球局の制御部１５の動作を示すフロ
ーチャート。

【図２４】図１の地球局の可変移相器の具体的な構成を
示す回路図。

【図２５】図１の地球局のアンテナ部１３の利得の角度
依存性を示す説明図。

【図２６】図１の地球局のアンテナ部１３の設置方法を
示す説明図。

【図２７】図１の地球局のメインビームの移動量を計算
するためのベクトルの説明図。

【図２８】図１の地球局のメインビームの移動量を計算
するためのベクトルの説明図。

【図２９】図３０の地球局のメインビームの移動量を計
算するためのベクトルの説明図。

【図３０】本発明の別の実施例の地球局の全体の配置を
示す説明図。

【図３１】本発明の別の実施例の偏波面を回転させる機
能を備えた地球局の構成を示すブロック図。

【図３２】図３１の地球局のアンテナ部の偏波面を回転
させる機能の構成を示す説明図。

【図３３】図３１の地球局のアンテナ部の偏波面を回転
させる機能の構成を示す説明図。

【図３４】図３１の地球局のアンテナ部の可変電力分配
器の構成を示すブロック図。

【図３５】図３１の地球局のアンテナ部の可変電力分配
器の構成を示すブロック図。

【図３６】図３１の地球局の入力部の外観を示す斜視
図。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ…アンテナ素子、１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ…固定移相器、１４ａ、１４ｂ、１
４ｃ、１４ｄ、１４ｅ…可変移相器、１５…制御部、１
８…送受信機、１０１…入力部、１６０表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 3/00 - 3/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弧を描く軌道上に存在する複数の衛星と通
信を行うためのアンテナ部と、該アンテナ部のメインビ
ームを移動させるための移動手段と、前記移動手段に移
動量を指示する制御手段とを有し、前記アンテナ部の前記メインビームは、仰角方向の幅が
方位角方向の幅よりも広く、前記仰角方向の幅は、前記
弧を描く軌道上の複数の衛星のうち、前記仰角方向につ
いて最も上方に位置する衛星と最も下方に位置する衛星
との間隔よりも広く、かつ、前記方位角方向の幅は、前
記複数の衛星のうち隣接する衛星の間隔よりも狭く、前記移動手段が前記メインビームを移動させる方向は、
前記方位角方向であることを特徴とする衛星通信地球
局。
【請求項２】請求項１において、前記制御手段は、前記
複数の衛星のうち一つの衛星の方向に前記メインビーム
を一致させるための移動量を指示することを特徴とする
衛星通信地球局。
【請求項３】請求項１または２において、前記メインビ
ームの偏波面を通信を行う衛星の偏波面に一致させるた
めの、前記メインビームの偏波面を回転させる手段をさ
らに有することを特徴とする衛星通信地球局。