JP4227588B2 - 受信アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば地上デジタル放送の電波を受信する受信アンテナ装置に関する。

２００３年１２月から、地上デジタル放送が開始されている。地上デジタル放送では、ＵＨＦ帯の電波を利用し、伝送方式にはＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）−６４ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調が使用されている。この方式は、マルチパスに強いＯＦＤＭ方式の利点と、効率の高い６４ＱＡＭ（１Ｈｚ当たり６ｂｐｓの伝送が可能）を組み合わせたもので、一般家庭における固定受信においては、マルチパスがあっても安定なハイビジョン番組の受信が可能となっている。

しかしながら、この放送を自動車や電車などの移動体で受信する場合には課題が多い。すなわち、固定受信の場合は受信アンテナ高を約１０ｍと高くでき、受信電界が高く取れるのに対して、自動車のような移動体受信の場合は、受信アンテナ高が約１．５ｍ程度であり、受信電界は固定受信の場合と比べ、概ね１０ｄＢ程度低い値となる。また、移動体受信の場合は、マルチパスの環境が受信点の移動に伴って刻々と変わるため、アンテナで受信される電界強度も変動する。さらに、異なる複数の方向から直接波や反射波が到来する受信環境において、高速移動する移動体で受信する場合には、電波の到来方向によって異なるドップラーシフトを受けた複数の信号が受信されることになる。これを多重ドップラー効果という。受信機が、同期した周波数の電波と、この周波数と異なるドップラーシフトを受けた電波とを同時に受信した場合、後者は受信機にとって妨害波となるため、受信特性が劣化することになる。

以上のようなマルチパス環境において、地上デジタル放送を移動体で安定受信するための研究が、メーカーや大学等の研究機関で進められている。そのための基本技術として、スペースダイバーシティアンテナ技術やアダプティブアレーアンテナ技術が用いられており、特にアダプティブアレーアンテナ技術が有効な手段となっている。

なお、スペースダイバーシティアンテナ技術は、間隔をあけた複数のアンテナで受信した信号のうち、受信レベルの高い方を選択して出力する技術である。また、アダプティブアレーアンテナ技術は、間隔をあけた複数のアンテナで受信した信号を、受信ＣＮ比（Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が最大となるように合成して出力する技術であり、結果的にアンテナ指向性を持たせることができる。

スペースダイバーシティアンテナ技術が適用されたダイバーシティアンテナ受信システムは、図６に示すように構成される。図６において、４本のアンテナは間隔をあけて配置され、アンテナからの出力レベルは、マルチパスフェージングの影響を受け、移動受信の際には、時々刻々と変動する。アンテナ選択回路は、これらのレベルを常時監視し、最も信号レベルの大きいアンテナ出力を選択し出力する。チューナー（選局）回路は、アンテナで受信されている複数のチャンネルのうち、受信しようとするチャンネルの中心周波数が、周波数ゼロ近傍となるよう周波数変換を行い、さらに低域通過フィルタで不要な帯域の周波数成分を除去して出力する。ＦＦＴ演算（ＯＦＤＭ復調）回路では、この信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算し、得られた線スペクトル群の位相・振幅から送信されたビットストリームを再生する。再生されたビットストリームは、ＭＰＥＧ−２（映像・音声）復号回路により復号処理が行われ、映像信号及び音声信号が復元される。

この方式は、受信を目的とするチャンネルの周波数成分を特定せずに、全帯域の信号レベルを見てアンテナ選択を行ってしまうため、その効果は限定的となる。

次に、アダプティブアレーアンテナ技術が適用されたＦＦＴ前合成型アダプティブアレーアンテナと、ＦＦＴ後合成型アダプティブアレーアンテナとについて説明する。

まず、ＦＦＴ前合成型アダプティブアレーアンテナは、図７に示すように構成される（例えば、非特許文献１参照。）。図７において、４本のアンテナは間隔をあけて配置され、アンテナ出力はマルチパスフェージングの影響を受け、移動受信の際には、時々刻々変動する。チューナー回路は、アンテナで受信されている複数のチャンネルのうち、受信しようとするチャンネルの中心周波数が、周波数ゼロ近傍となるよう周波数変換を行い、さらに低域通過フィルタで不要な帯域の周波数成分を除去して出力する。重み付け加算回路は、この出力信号の振幅・位相に対して受信ＣＮ比が最大となるように重み付けして加算する。ＦＦＴ演算（ＯＦＤＭ復調）回路は、この信号をＦＦＴ演算し、得られた線スペクトル群の位相・振幅から送信されたビットストリームを再生する。再生されたビットストリームは、ＭＰＥＧ−２（映像・音声）復号回路により復号処理が行われ、映像信号及び音声信号が復元される。

この方式は、受信を目的とするチャンネルの周波数成分を特定し、そのチャンネルの全電力に対するＣＮ比が最大となるよう電力合成を行うため、ダイバーシティ受信システムに比べ、より高い効果が期待できる。

次に、ＦＦＴ後合成型アダプティブアレーアンテナは、図８に示すように構成される（例えば、非特許文献２参照。）。図８において、４本のアンテナは間隔をあけて配置され、アンテナ出力はマルチパスフェージングの影響を受け、移動受信の際には、時々刻々変動する。チューナー回路は、アンテナで受信されている複数のチャンネルのうち、受信しようとするチャンネルの中心周波数が、周波数ゼロ近傍となるよう周波数変換を行い、さらに低域通過フィルタで不要な帯域の周波数成分を除去して出力する。ＦＦＴ演算（ＯＦＤＭ復調）回路は、この信号をＦＦＴ演算し、得られた線スペクトル群の位相・振幅を得る。重み付け加算回路では、この線スペクトル群の振幅・位相に対して、受信ＣＮ比が最大となるように重み付けして加算し、得られた振幅・位相から送信されたビットストリームを再生する。再生されたビットストリームは、ＭＰＥＧ−２（映像・音声）復号回路により復号処理が行われ、映像信号及び音声信号が復元される。

この方式は、受信を目的とするチャンネルの周波数成分を特定し、そのチャンネルの各線スペクトルに対するＣＮ比が最大となるよう電力合成を行うため、ＦＦＴ前合成型アダプティブアレーアンテナ受信システムに比べ、より高い効果が期待できる。

以上のようなアンテナシステムを用いた場合、低受信電界の場合に強い受信が可能となるが、なお残された問題とされているのが、多重ドップラー効果による伝送特性劣化である。

この多重ドップラー効果による伝送特性劣化の対策として、電子的にドップラー効果をキャンセルした信号を生成する空間内挿型高速フェージング補償方式が考案されている（例えば、非特許文献３参照。）。

図９に示すように、空間内挿型高速フェージング補償方式が用いられた従来の受信アンテナ装置は、任意の間隔に配置された複数本のアンテナ＃１〜＃４の受信信号及び移動体の移動速度情報から、最小自乗誤差推定部によって、大地に対して静止した仮想的なアンテナＰの出力を推定するというものである。この方式の効果については、限定された環境における模擬実験が行われており、屋外における実証実験の結果が待たれている。
今井他著「地上デジタル放送の移動体受信におけるダイバーシティ受信特性」（Ｒ＆Ｄ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｔｏｙｏｔａ ＣＲＤＬ Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．１，ｐｐ４４−４９，２００４） 木村他著「ダイバーシティ受信による地上デジタル放送の移動受信特性に関する検討」（映像情報メディア学会技術報告，Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．６７，ｐｐ１３−１６，ＢＣＳ２００２−４１，ＲＯＦＴ２００２−１０９，Ｏｃｔ．２００２） 岡田他著「アレーアンテナを用いた伝搬路時変動補償による地上デジタル放送の高速移動受信特性改善効果」（映像情報メディア学会誌，Ｖｏｌ．５６，Ｎｏ．２，ｐｐ２３７−２４４，２００４年２月）

しかしながら、非特許文献３に示された従来の受信アンテナ装置では、大地に対して仮想アンテナＰにおける受信信号を高精度に推定する必要があるので、最小自乗誤差推定部の処理等に比較的複雑な処理回路が必要とされ、装置の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる受信アンテナ装置を提供するものである。

本発明の受信アンテナ装置は、移動体に搭載され、電波信号を受信する少なくとも１つのアンテナ素子と、前記移動体の移動速度に応じた速度で前記アンテナ素子を環状の軌道に沿って周回させる周回手段と、前記移動体の移動方向及び前記周回手段の周回方向に基づいて前記アンテナ素子から前記電波信号を取得する電波信号取得手段とを備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信アンテナ装置は、電波信号取得手段が、移動体の移動方向と逆方向に周回するアンテナ素子から電波信号を取り出すことができるので、ドップラー効果がキャンセルされた電波信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

また、本発明の受信アンテナ装置は、前記周回手段は、前記アンテナ素子が複数配置される回転台と、前記回転台を回転する駆動装置とを備え、前記アンテナ素子を前記回転台上の同心円上に所定の角度間隔で複数配置した構成を有している。

この構成により、本発明の受信アンテナ装置は、移動体の移動速度に基づいてアンテナ素子を設置した回転台を駆動装置が回転し、複数のアンテナ素子のうち移動体の移動方向と逆方向に回転するアンテナ素子から電波信号を電波信号取得手段が取り出すことができるので、ドップラー効果がキャンセルされた電波信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

さらに、本発明の受信アンテナ装置は、前記周回手段は、前記アンテナ素子が所定の距離間隔で複数配置される回転帯と、前記回転帯を回転する駆動装置とを備え、前記回転帯は、前記アンテナ素子と前記電波信号取得手段とを電気的に接続する接続手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信アンテナ装置は、移動体の移動速度に基づいてアンテナ素子を設置した回転帯を駆動装置が回転し、複数のアンテナ素子のうち移動体の移動方向と逆方向に周回するアンテナ素子から電波信号を電波信号取得手段が取り出すことができるので、ドップラー効果がキャンセルされた電波信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

さらに、本発明の受信アンテナ装置は、前記電波信号取得手段は、前記移動体の移動速度ベクトルの逆ベクトルと前記アンテナ素子の回転ベクトルの接線成分ベクトルとの角度が最小となるアンテナ素子から前記電波信号を取得する構成を有している。

この構成により、本発明の受信アンテナ装置は、複数のアンテナ素子のうち移動体の移動方向と逆方向に周回するアンテナ素子から電波信号を電波信号取得手段が取り出すことができるので、ドップラー効果がキャンセルされた電波信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

さらに、本発明の受信アンテナ装置は、前記移動体の移動方向及び前記周回手段の周回方向に基づいて、前記アンテナ素子の出力を合成する合成手段を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信アンテナ装置は、電波信号取得手段からアンテナ素子までの距離と、移動体の移動方向とに基づいて各アンテナ素子の出力を重み付け合成して取り出すことができるので、ドップラー効果がキャンセルされた電波信号を大きく含む合成信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

さらに、本発明の受信アンテナ装置は、前記合成手段は、金属皮膜抵抗体を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の受信アンテナ装置は、電波信号取得手段からアンテナ素子までの電気抵抗と、移動体の移動方向とに基づいて各アンテナ素子の出力を電気抵抗で重み付け合成して取り出すことができるので、ドップラー効果がキャンセルされた電波信号を大きく含む合成信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

本発明は、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができるという受信アンテナ装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、本実施の形態の受信アンテナ装置の構成について、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態の受信アンテナ装置の外観斜視図であり、図２は、本実施の形態の受信アンテナ装置を上部から見たときの構成を示す概念図である。なお、本実施の形態の受信アンテナ装置が、車両に搭載され、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯のＯＦＤＭ信号、例えば地上デジタル放送の電波信号を受信する例を挙げて説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態の受信アンテナ装置１０は、ＯＦＤＭ信号を受信するモノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄと、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄが設置された回転台１２と、回転台１２の中心に設けられた回転軸１３と、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄにそれぞれ接続された信号線１４ａ〜１４ｄと、回転軸１３に設けられた電極台１５と、信号線１４ａ〜１４ｄにそれぞれ接続された電極１５ａ〜１５ｄと、電極１５ａ〜１５ｄからＯＦＤＭ信号を取り出すブラシ１６ａと、グランドレベルの電位に設定されたブラシ１６ｂと、回転台１２を回転する電動機１７と、電動機１７の回転速度を制御する回転速度制御部１８とを備えている。

なお、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄは本発明のアンテナ素子を構成している。また、回転軸１３及び電動機１７は本発明の駆動装置を構成し、回転台１２、回転軸１３及び電動機１７は本発明の周回手段を構成している。また、ブラシ１６ａ及び１６ｂは本発明の電波信号取得手段を構成している。

モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄは、例えば銅棒で構成され、地面とほぼ平行な面で回転する回転台１２の上面に垂直に固定されている。モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄの長さは、例えば受信対象周波数の１／４波長とほぼ一致するよう決定されている。具体的には、ＵＨＦ帯のＯＦＤＭ信号を１／４波長のアンテナ長で受信する場合、ＵＨＦ帯４７０〜７７０ＭＨｚの中心周波数６２０ＭＨｚで考えると、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄの長さは、それぞれ、約１２ｃｍとなる。

回転台１２は、絶縁体で構成され、回転台１２の回転中心から半径ｒの円周上にモノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄを９０度の角度間隔で配置するようになっている。回転台１２の表面には、グランドレベルの電位に設定された銅箔１２ａが貼付されている。銅箔１２ａには、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄとの絶縁をとるためのニゲが設けられている。

回転軸１３は、金属棒で構成され、回転台１２の回転中心部に固定されており、銅箔１２ａと電気的に接続されている。回転軸１３には電極台１５が設けられている。電極台１５は、円柱状の絶縁体で構成され、信号線１４ａ〜１４ｄを介してモノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄにそれぞれ接続された電極１５ａ〜１５ｄを備えている。

ブラシ１６ａ及び１６ｂは、金属板で構成され、電極１５ａ〜１５ｄからＯＦＤＭ信号を取り出し、受信信号処理回路（図示省略）にＯＦＤＭ信号を出力するようになっている。ここで、ブラシ１６ａの設置位置は、受信点移動方向と回転台１２の回転方向とに基づいて決定されている。具体的には、受信点移動速度ベクトルの逆ベクトルと、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄの各回転ベクトルの接線成分ベクトルとの角度（以下、単に「回転ベクトル角度」という。）が最小となるモノポールアンテナからＯＦＤＭ信号を取得するように、ブラシ１６ａの設置位置が決定されている。

例えば、図２に示された状態においては、回転ベクトル角度は、モノポールアンテナ１１ａ、１１ｄ、１１ｂ、１１ｃの順に大きくなっており、モノポールアンテナ１１ａが受信したＯＦＤＭ信号が取得できる位置にブラシ１６ａが配置されている。ブラシ１６ｂは、回転軸１３を介して銅箔１２ａに接続されており、ブラシ１６ｂの電位はグランドレベルに設定されている。なお、本実施の形態の受信アンテナ装置１０は、車両に搭載されているので、受信点移動速度は車両の走行速度と同一である。

電動機１７は、例えば直流サーボモータで構成され、受信点移動速度に応じた回転速度で、回転軸１３を介して回転台１２を回転するようになっている。回転速度制御部１８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、車両の走行速度情報を取得して電動機１７の回転速度を制御するようになっている。

ここで、回転速度制御部１８によって設定される電動機１７の回転速度について説明する。図２に示すように、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄの回転中心からの距離をｒ（ｍ）、受信点移動速度をｖ（ｍ／秒）とするとき、回転速度制御部１８は、回転速度ｕ（回転／秒）を次式に基づいて設定するようになっている。

ｕ＝ｖ／（２πｒ） （１）
具体例を挙げれば、受信点移動速度ｖが１００（ｋｍ／時）、ｒ＝１５（ｃｍ）の場合、回転速度ｕは約３０（回転／秒）となる。

式（１）によって設定された回転速度ｕで、電動機１７が回転台１２を回転すれば、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄの受信点移動方向の最大速度と、受信点移動速度とが等しくなり、ドップラー効果がほぼキャンセルされることになる。

なお、回転速度制御部１８によって設定される回転速度ｕは、式（１）の右辺と完全に一致するもののみに限定されるものではない。

次に、本実施の形態の受信アンテナ装置１０の動作について、図１及び図２を用いて説明する。

まず、回転速度制御部１８によって、受信点移動速度ｖのデータが取得され、電動機１７の回転速度が、式（１）に基づいて算出される。受信点移動速度ｖのデータは、例えば車速パルス信号に基づいて取得することができる。

次いで、回転速度制御部１８によって、回転台１２の回転速度を設定する制御信号が電動機１７に出力される。

続いて、電動機１７によって、受信点移動速度ｖに応じた回転速度ｕで回転台１２が回転される。その結果、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄは、回転台１２の回転中心から半径ｒの円周上を受信点移動速度ｖに応じた回転速度ｕで回転する。

そして、ブラシ１６ａ及び１６ｂによって、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄのうち回転ベクトル角度が最小のものからＯＦＤＭ信号が取り出され、受信信号処理回路に出力される。例えば、図２に示された状態においては、ブラシ１６ａ及び１６ｂによって、モノポールアンテナ１１ａが受信したＯＦＤＭ信号が、信号線１４ａ及び電極１５ａと、回転軸１３とを介して取得される。その結果、ブラシ１６ａ及び１６ｂによって、ドップラー効果がほぼキャンセルされたＯＦＤＭ信号が取り出される。

以上のように、本実施の形態の受信アンテナ装置１０によれば、電動機１７は、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄが設置された回転台１２を受信点移動速度に基づいて回転し、ブラシ１６ａ及び１６ｂは、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄのうち回転ベクトル角度が最小のものからＯＦＤＭ信号を取り出す構成としたので、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄのうちのいずれかからドップラー効果がほぼキャンセルされたＯＦＤＭ信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

なお、前述の実施の形態において、回転速度制御部１８によって取得された車両の走行速度に応じた回転速度で電動機１７が回転台１２を回転する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、車両の走行速度が６０（ｋｍ／時）以下の場合は電動機１７を停止しておき、車両の走行速度が６０（ｋｍ／時）を超えた場合は、回転速度制御部１８が、電動機１７をオンにする制御信号を出力し、式（１）によって算出された走行速度６０（ｋｍ／時）における回転速度ｕで電動機１７を回転させる構成としてもよい。この構成によれば、車両の走行速度が６０（ｋｍ／時）から１００（ｋｍ／時）に上昇した場合でも、電動機１７は走行速度６０（ｋｍ／時）における回転速度ｕで回転台１２を回転するので、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄから出力される信号のドップラーシフト量を、車両の走行速度が４０（ｋｍ／時）におけるドップラーシフト量相当に軽減することができ、多重ドップラー効果による伝送特性劣化を低減することができる。

また、前述の実施の形態において、モノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄを回転台１２上に９０度の角度間隔で配置する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の角度間隔で配置する構成としても同様の効果を得ることができる。この場合、角度間隔に応じて電極１５ａ〜１５ｄの回転方向の長さを決定すればよい。

また、前述の実施の形態において、４つのモノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄによってＯＦＤＭ信号を受信する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１つのモノポールアンテナで所定の電波信号を受信する構成としても同様の効果を得ることができる。例えば、バースト状に送出される電波信号を１つのモノポールアンテナで受信する構成としても同様の効果を得ることができる。また、モノポールアンテナ数を増やすほど、ドップラー効果による伝送特性劣化を高精度で軽減することができる。

また、前述の実施の形態において、ブラシ１６ａと電極１５ａ〜１５ｄとの切り替わり点で信号の瞬断が発生して受信信号に不連続点ができ、受信信号の変調方式や変調速度によっては、受信装置の同期系統に悪影響を与える可能性があるが、受信する可能性のあるチャンネルが存在する周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタをブラシ１６ａの後段の信号ラインに挿入することによって、切り替わり点における信号の瞬断の影響を緩和することができる。

また、前述の実施の形態において、地面とほぼ平行な面で回転する回転台１２の上面にモノポールアンテナ１１ａ〜１１ｄを垂直に固定し、垂直偏波の電波信号を受信する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水平偏波の電波信号を受信する場合は、地面とほぼ垂直に回転台１２の上面を回転させ、電極台１５の最上部又は最下部のうち、ドップラーシフト量を軽減する効果が大きい側にブラシ１６ａを設置する構成とすることができる。

また、前述の実施の形態において、本実施の形態の受信アンテナ装置１０を車両に搭載する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電車や船舶等に搭載する構成としても同様の効果を得ることができる。

また、受信アンテナ装置１０の全体を例えばプラスチックス製のカーバーで覆い、防塵性や防水性を備える構成としてもよい。

（第２の実施の形態）
まず、本実施の形態の受信アンテナ装置の構成について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態の受信アンテナ装置を上部から見たときの構成を示す概念図である。

なお、図３に示すように、本実施の形態の受信アンテナ装置２０は、本発明の第１の実施の形態の受信アンテナ装置１０（図２参照）に係る電極１５ａ〜１５ｄに代えて、抵抗体電極２３を備えたものであるので、受信アンテナ装置１０と同様な構成の説明は省略する。

本実施の形態の受信アンテナ装置２０は、ＯＦＤＭ信号を受信するモノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄと、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄが設置された回転台２２と、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄに接続された抵抗体電極２３と、抵抗体電極２３からＯＦＤＭ信号を取り出すブラシ２４ａとを備えている。

また、受信アンテナ装置２０は、図示を省略したが、図１に示された受信アンテナ装置１０と同様な構成となっており、以下、同一の符号を付して説明する。すなわち、受信アンテナ装置２０は、回転台２２を回転する回転軸１３と、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄにそれぞれ接続された信号線１４ａ〜１４ｄと、回転軸１３に取り付けられた電極台１５と、グランドレベルの電位に設定されたブラシ１６ｂと、回転台２２を回転する電動機１７と、電動機１７の回転速度を制御する回転速度制御部１８とを備えている。

なお、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄは本発明のアンテナ素子を構成している。また、回転軸１３及び電動機１７は本発明の駆動装置を構成し、回転台２２、回転軸１３及び電動機１７は本発明の周回手段を構成している。また、ブラシ２４ａ及び１６ｂは本発明の電波信号取得手段を構成している。また、抵抗体電極２３及びブラシ２４ａは本発明の合成手段を構成している。

抵抗体電極２３は、例えば、セラミックス製の電極台１５の全周表面に電解メッキにより金属皮膜が形成された金属皮膜抵抗体で構成されている。抵抗体電極２３は、信号線１４ａ〜１４ｄを介してモノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄと電気的に接続されている。

ブラシ２４ａは、受信点移動方向及び回転台２２の回転方向に基づいて、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄのそれぞれが受信したＯＦＤＭ信号を合成して取得するようになっている。具体的には、抵抗体電極２３とブラシ２４ａとの接点から、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄのそれぞれまでの電気抵抗（以下、単に「接点アンテナ間電気抵抗」という。）が異なるので、ブラシ２４ａは、モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄのそれぞれが受信したＯＦＤＭ信号に対し、接点アンテナ間電気抵抗に応じて重み付けされて合成されたＯＦＤＭ信号を取り出すようになっている。

なお、本発明の第１の実施の形態の受信アンテナ装置１０に係る電極１５ａ〜１５ｄは、それぞれ独立して構成され、ブラシ１６ａが取得するＯＦＤＭ信号は不連続になるが、本実施の形態の受信アンテナ装置２０に係る抵抗体電極２３は、電極台１５の全周表面に形成されているので、ブラシ２４ａが取得するＯＦＤＭ信号は連続したものとなる。

次に、本実施の形態の受信アンテナ装置２０の動作について説明する。なお、受信アンテナ装置１０の構成と異なる抵抗体電極２３及びブラシ２４ａに係る動作について説明する。

モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄは、電動機１７によって、回転台２２の回転中心から半径ｒの円周上を受信点移動速度ｖに応じた回転速度ｕで回転される。モノポールアンテナ２１ａ〜２１ｄによって受信されたＯＦＤＭ信号は、信号線１４ａ〜１４ｄによって抵抗体電極２３に出力される。

次いで、ブラシ２４ａによって、接点アンテナ間電気抵抗に応じて重み付けされて合成されたＯＦＤＭ信号が取り出される。

例えば、図３に示された状態において、接点アンテナ間電気抵抗は、モノポールアンテナ２１ａ、２１ｄ、２１ｂ、２１ｃの順に大きくなっている。したがって、ブラシ２４ａに入力される合成されたＯＦＤＭ信号には、抵抗体電極２３とブラシ２４ａとの接点から最も近いモノポールアンテナ２１ａのＯＦＤＭ信号成分が最も大きく含まれ、抵抗体電極２３とブラシ２４ａとの接点から最も遠いモノポールアンテナ２１ｃのＯＦＤＭ信号成分が最も小さく含まれることになる。

以上のように、本実施の形態の受信アンテナ装置２０によれば、ブラシ２４ａは、金属皮膜抵抗体で構成された抵抗体電極２３から、接点アンテナ間電気抵抗に応じて重み付けされて合成されたＯＦＤＭ信号を取り出す構成としたので、ドップラー効果をほぼキャンセルするＯＦＤＭ信号成分を最も大きくして取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

（第３の実施の形態）
まず、本実施の形態の受信アンテナ装置の構成について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、本実施の形態の受信アンテナ装置の外観斜視図であり、図５は、本実施の形態の受信アンテナ装置の主要部を示す図である。なお、本発明の第１の実施の形態に係る受信アンテナ装置１０と同様に、本実施の形態の受信アンテナ装置が、車両に搭載され、ＵＨＦ帯のＯＦＤＭ信号、例えば地上デジタル放送の電波信号を受信する例を挙げて説明し、受信アンテナ装置１０の説明と重複する説明は省略する。

図４及び図５に示すように、本実施の形態の受信アンテナ装置３０は、ＯＦＤＭ信号を受信するモノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄと、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄを周回させる回転ドラム３２及び３３と、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄが取り付けられたベルト３４と、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄが受信したＯＦＤＭ信号を取り出すブラシ３５と、回転ドラム３２を回転する電動機３６と、グランドレベルに設定される導体板３７と、電動機３６の回転速度を制御する回転速度制御部３８とを備えている。

なお、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄは本発明のアンテナ素子を構成している。また、ベルト３４は本発明の回転帯を構成している。また、電動機３６、回転ドラム３２及び３３は本発明の駆動装置を構成し、ベルト３４、電動機３６、回転ドラム３２及び３３は本発明の周回手段を構成している。

モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄは、例えば銅棒で構成され、それぞれ、ベルト３４の全長をほぼ４分割した距離間隔で、ベルト３４の側面に垂直に固定されている。モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄの長さは、例えば受信対象周波数の１／４波長とほぼ一致するよう決定されている。

回転ドラム３２及び３３は、それぞれ、ほぼ同一の直径を有し、回転軸３２ａ及び３３ａを備えている。回転ドラム３２は、回転軸３２ａを介して電動機３６と直結されている。回転ドラム３２及び３３と接触していないベルト３４の部分（以下、「ベルト３４の平坦部」という。）が受信点移動方向と平行になるよう回転ドラム３２及び３３が設置されている。したがって、ベルト３４の平坦部において、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄは、受信点移動方向と平行に直線的に移動することとなる。なお、回転軸３２ａ及び３３ａを支持する支持部の図示は省略している。また、回転軸３２ａ及び３３ａは本発明の駆動装置及び本発明の周回手段を構成している。

ベルト３４は、例えばゴムベルトで構成され、表面には導体箔３４ａ〜３４ｄが貼付されている。導体箔３４ａ〜３４ｄのそれぞれの間には、絶縁用のスリット３４ｅ〜３４ｈが設けられている。例えば、導体箔３４ａの両端にはスリット３４ｅとスリット３４ｆとが設けられている。また、導体箔３４ａ〜３４ｄは、それぞれ、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄと電気的に接続されている。なお、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄは、それぞれ、導体箔３４ａ〜３４ｄの周回方向の長さのほぼ中心位置に設置されている。また、導体箔３４ａ〜３４ｄは本発明の接続手段を構成している。

ブラシ３５は、金属板で構成され、導体箔３４ａ〜３４ｄからＯＦＤＭ信号を取り出し受信信号処理回路（図示省略）に信号を出力するようになっている。ブラシ３５の設置位置は、受信点移動方向とベルト３４の回転方向とに基づいて決定されている。具体的には、ブラシ３５の設置位置は、回転ベクトル角度が最小となるモノポールアンテナからＯＦＤＭ信号を取得できる位置に決定されている。すなわち、受信点移動方向に対して逆方向となるベルト３４の平坦部にブラシ３５は設置されている。したがって、ブラシ３５は、受信点移動方向と正反対に直線的に移動するモノポールアンテナが受信したＯＦＤＭ信号を取り出すようになっている。

電動機３６は、例えば直流サーボモータで構成され、受信点移動速度に応じた回転速度で、回転軸３２ａを介して回転ドラム３２を回転するようになっている。回転速度制御部３８は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、車両の走行速度情報を取得して電動機３６の回転速度を制御するようになっている。なお、回転速度制御部３８によって設定される回転ドラム３２の回転速度ｕは、回転ドラム３２の外周を周回するときのモノポールアンテナの中心から回転ドラム３２の中心までの距離ｒ及び受信点移動速度ｖに基づき、前述の式（１）によって算出されるようになっている。

導体板３７は、例えば銅板で構成され、回転ドラム３２及び３３の上面から所定の間隔をおいて設けられており、導体板３７の電位はグランドレベルに設定されている。導体板３７は、回転ドラム３２及び３３の上面の外側を覆う導体部３７ａと、回転ドラム３２及び３３の上面を覆う導体部３７ｂと、導体部３７ａと導体部３７ｂとの間に設けられたスリット部３７ｃとを備えている。スリット部３７ｃの幅は、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄが周回する際に導体部３７ａ及び３７ｂと接触しない寸法で設定されている。なお、導体部３７ａ及び３７ｂを支持する支持部の図示は省略している。なお、導体板３７ａ及びブラシ３５は本発明の電波信号取得手段を構成している。

次に、本実施の形態の受信アンテナ装置３０の動作について、図４及び図５を用いて説明する。

まず、回転速度制御部３８によって、受信点移動速度ｖのデータが取得され、電動機３６の回転速度が、式（１）に基づいて算出される。受信点移動速度ｖのデータは、例えば車速パルス信号に基づいて取得することができる。

次いで、回転速度制御部３８によって、回転ドラム３２の回転速度を設定する制御信号が電動機３６に出力される。

続いて、電動機３６によって、受信点移動速度ｖに応じた回転速度ｕで回転ドラム３２が回転される。その結果、回転ドラム３２及び３３によってベルト３４が周回され、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄは、ベルト３４の周回軌道に沿って周回される。

そして、ブラシ３５及び導体部３７ａによって、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄのうち、受信点移動方向と正反対に直線的に移動するモノポールアンテナが受信したＯＦＤＭ信号が取り出され、受信信号処理回路に出力される。例えば、図４及び図５に示された状態においては、ブラシ３５及び導体部３７ａによって、モノポールアンテナ３１ａが受信したＯＦＤＭ信号が、導体箔３４ａを介して取得される。その結果、ブラシ３５及び導体部３７ａによって、ドップラー効果が完全にキャンセルされたＯＦＤＭ信号が取り出される。

以上のように、本実施の形態の受信アンテナ装置３０によれば、電動機３６は、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄが設置されたベルト３４を受信点移動速度に基づいて回転し、ブラシ３５及び導体部３７ａは、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄのうち受信点移動方向と正反対に直線的に移動するモノポールアンテナからＯＦＤＭ信号を取り出す構成としたので、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄのうちのいずれかからドップラー効果が完全にキャンセルされたＯＦＤＭ信号を取り出すことができ、マルチパス環境においても、従来のものよりも低い製造コストで多重ドップラー効果による伝送特性劣化を容易に低減することができる。

なお、前述の実施の形態において、回転速度制御部３８によって取得された車両の走行速度情報応じた回転速度で電動機３６がベルト３４を周回させる構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

また、前述の実施の形態において、ほぼ同一の直径を有する２つの回転ドラム３２及び３３でベルト３４を周回させる構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の回転ドラムでベルト３４を周回させ、ベルト３４の平坦部の少なくとも１つが受信点移動方向と正反対に直線的に移動するものであれば同様の効果を得ることができる。

また、前述の実施の形態において、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄをベルト３４の側面にほぼ等しい距離間隔で配置する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、任意の距離間隔で配置する構成としても同様の効果を得ることができる。この場合、距離間隔に応じて導体箔３４ａ〜３４ｄの周回方向の長さを決定すればよい。

また、前述の実施の形態において、４つのモノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄによってＯＦＤＭ信号を受信する構成を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１つのモノポールアンテナで所定の電波信号を受信する構成としても同様の効果を得ることができる。例えば、バースト状に送出される電波信号を１つのモノポールアンテナで受信する構成としても同様の効果を得ることができる。また、モノポールアンテナ数を増やすほど、ドップラー効果による伝送特性劣化を高精度で軽減することができる。

また、前述の実施の形態において、ブラシ３５と導体箔３４ａ〜３４ｄとの切り替わり点で信号の瞬断が発生して受信信号に不連続点ができ、受信信号の変調方式や変調速度によっては、受信装置の同期系統に悪影響を与える可能性があるが、受信する可能性のあるチャンネルが存在する周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタをブラシ３５の後段の信号ラインに挿入することによって、切り替わり点における信号の瞬断の影響を緩和することができる。また、本発明の第２の実施の形態に係る受信アンテナ装置２０と同様に、金属皮膜抵抗体をベルト３４の全周上に設ける構成としても、切り替わり点における信号の瞬断の影響を緩和することができる。

また、前述の実施の形態において、モノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄの取り付け面を地面とほぼ平行にし、垂直偏波の電波信号を受信する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水平偏波の電波信号を受信する場合は、地面とほぼ垂直な面で回転するようモノポールアンテナ３１ａ〜３１ｄの取り付け面を設定し、ベルト３４の平坦部のうち、ドップラーシフト量を軽減する効果が大きい側にブラシ３５を設置する構成とすることができる。

また、前述の実施の形態において、本実施の形態の受信アンテナ装置３０を車両に搭載する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電車や船舶等に搭載する構成としても同様の効果を得ることができる。

また、受信アンテナ装置３０の全体を例えばプラスチックス製のカーバーで覆い、防塵性や防水性を備える構成としてもよい。

本発明の第１の実施の形態の受信アンテナ装置の斜視図 本発明の第１の実施の形態の受信アンテナ装置を上部から見たときの構成を示す概念図 本発明の第２の実施の形態の受信アンテナ装置を上部から見たときの構成を示す概念図 本発明の第３の実施の形態の受信アンテナ装置の斜視図 本発明の第３の実施の形態の受信アンテナ装置に係る主要部を示す図 従来のダイバーシティアンテナ受信システムのブロック図 従来のＦＦＴ前合成型アダプティブアレーアンテナのブロック図 従来のＦＦＴ後合成型アダプティブアレーアンテナのブロック図 従来の受信アンテナ装置のブロック図

符号の説明

１０、２０、３０ 受信アンテナ装置
１１ａ〜１１ｄ、２１ａ〜２１ｄ、３１ａ〜３１ｄ モノポールアンテナ（アンテナ素子）
１２、２２ 回転台（周回手段）
１２ａ 銅箔
１３ 回転軸（駆動装置、周回手段）
１４ａ〜１４ｄ 信号線
１５ 電極台
１５ａ〜１５ｄ 電極
１６ａ、１６ｂ、２４ａ、３５ ブラシ（電波信号取得手段）
２４ａ ブラシ（電波信号取得手段、合成手段）
１７、３６ 電動機（駆動装置、周回手段）
１８、３８ 回転速度制御部
２３ 抵抗体電極（合成手段、金属皮膜抵抗体）
３２、３３ 回転ドラム（周回手段）
３２ａ、３３ａ 回転軸（駆動装置、周回手段）
３４ ベルト（回転帯、周回手段）
３４ａ〜３４ｄ 導体箔（接続手段）
３４ｅ〜３４ｈ スリット
３７ 導体板
３７ａ導体部（電波信号取得手段）
３７ｂ 導体部
３７ｃ スリット部

Claims (6)

1. 移動体に搭載され、電波信号を受信する少なくとも１つのアンテナ素子と、前記移動体の移動速度に応じた速度で前記アンテナ素子を環状の軌道に沿って周回させる周回手段と、前記移動体の移動方向及び前記周回手段の周回方向に基づいて前記アンテナ素子から前記電波信号を取得する電波信号取得手段とを備えたことを特徴とする受信アンテナ装置。
2. 前記周回手段は、前記アンテナ素子が複数配置される回転台と、前記回転台を回転する駆動装置とを備え、
   前記アンテナ素子を前記回転台上の同心円上に所定の角度間隔で複数配置したことを特徴とする請求項１に記載の受信アンテナ装置。
3. 前記周回手段は、前記アンテナ素子が所定の距離間隔で複数配置される回転帯と、前記回転帯を回転する駆動装置とを備え、
   前記回転帯は、前記アンテナ素子と前記電波信号取得手段とを電気的に接続する接続手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の受信アンテナ装置。
4. 前記電波信号取得手段は、前記移動体の移動速度ベクトルの逆ベクトルと前記アンテナ素子の回転ベクトルの接線成分ベクトルとの角度が最小となるアンテナ素子から前記電波信号を取得することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の受信アンテナ装置。
5. 前記移動体の移動方向及び前記周回手段の周回方向に基づいて、前記アンテナ素子の出力を合成する合成手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の受信アンテナ装置。
6. 前記合成手段は、金属皮膜抵抗体を備えたことを特徴とする請求項５に記載の受信アンテナ装置。

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