JP4518364B2 - Multi-beam antenna device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば成層圏に配備される飛行体や宇宙空間に配備される人工衛星等の飛翔体に搭載して所望の地域との通信を行うのに好適するマルチビームアンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、通信の分野においては、複数の飛行船を成層圏に配備して、これら飛行船に搭載したアンテナ装置を用いて地上における所望の地域の通信サービスを実行する構想が進められている。このようなアンテナ装置としては、マルチビームアンテナ装置が有効であると考えられている。
【0003】
このような従来のマルチビームアンテナ装置には、例えば図7に示すようにホーンアンテナと称する複数のアンテナ1を所定に開き角を有して、いわゆる花弁状に固定配置して、各ビーム領域の一部が重なるように設定したアンテナ部2が備えられる。
【0004】
この複数のアンテナ1が花弁状に固定配置されたアンテナ部2は、互いに直交する二軸(X軸、Y軸)回りに回転自在に形成されたアンテナ支持機構、例えばX―Y(二軸)ジンバル3に対していわゆるロール軸及びピッチ軸と称する二軸回りの回転角が調整可能に組付けられる。そして、このX―Yジンバル3は、その基部が、飛翔体の電気系に対して、例えば図示しないロータリージョイントと称する結合機構4を介して電気的に接続された状態で、いわゆるヨー軸回りに回転自在に取付け配置される。
【0005】
上記構成において、アンテナ部2は、X―Yジンバル3により二軸回りが角度調整されると共に、結合機構4によりヨー軸回りが回転調整されることにより、その複数のアンテナ1が所望の地域に指向され、そのビーム領域内の地域との信号の送受が実行される。
【0006】
ところが、上記マルチビームアンテナ装置では、そのX―Yジンバル3に対して電力を供給するために、該X―Yジンバル3をロータリジョイント等の結合機構4を介して飛翔体内の電気系と電気的に接続させて取付配置しなければならない構成上、その取付構造が非常に複雑となり、動作制御の信頼性の低下を招いている。
【0007】
これによれば、アンテナ部2の複数のアンテナ1の一つが故障して、所望のサービス地域への通信サービスが困難となった場合、一旦、地上に回収して、その修理を含む交換作業を行わなければならないことにより、その保守作業が非常に面倒であるという問題を有する。
【0008】
また、これによれば、サービス地域における一部の地域の通信負荷が時間帯や季節等により変動したりすると、その対応が困難となるために、予め変動分を考慮しなければならないという問題を有する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来のマルチビームアンテナ装置では、取付構造が複雑で、動作制御の信頼性が低いうえ、その保守作業が非常に面倒であると共に、運用の多様化が困難であるという問題を有する。
【0010】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、信頼性の高い安定した通信を実現し得、且つ、運用の多様化の促進を図り得るようにしたマルチビームアンテナ装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、取付構体に対して併設して配置される複数のアンテナと、これら複数のアンテナを、前記取付構体に対して互いに直交する二軸回りに回転自在に取付け配置する複数のアンテナ支持機構と、これら複数のアンテナ支持機構を、二つ以上を一組として、駆動制御して各前記アンテナの二軸回りの回転角を制御し、この一組のアンテナのビーム領域を所望の地域に指向制御するビーム領域設定手段とを備えてマルチビームアンテナ装置を構成したものである。
【0012】
上記構成によれば、複数のアンテナは、そのアンテナ支持機構の二軸回りの回転角が制御されると、その回転角に応じてビーム領域の指向方向がそれぞれ制御され、協働して所望のビームパターンを形成する。
【0013】
これにより、二軸回りの回転角が調整可能なアンテナ支持機構を備えるだけの構成で、高精度なビーム領域の制御が実現されて、複数のアンテナと取付構体側の電気系とを電気的結合する取付構造の簡略化の促進が図れる。この結果、動作制御の信頼性の向上が図れ、しかも、アンテナシステムとしての運用の多様化の促進を図ることが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0015】
図1及び図2は、この発明の一実施の形態に係るマルチビームアンテナ装置を示すもので、図1は、複数、例えば16個のアンテナ10a〜10pの配置状態を背面側から見た状態を示し、図2は、16個のアンテナ10a〜10pの配置状態を先端側から見た状態を示す。
【0016】
即ち、16個のアンテナ10a〜10pは、例えばホーンアンテナで形成され、略同様にアンテナ支持機構を形成する、例えば二軸(X−Y)マウント11a〜11pを介して取付構体、例えば成層圏に配備される飛行船等の飛翔体12にそれぞれ指向調整自在に所定の間隔を有して併設配置される。これら16個のアンテナ10a〜10pは、例えば3個一組として15個のアンテナ10a〜10oでアンテナ群10A〜10Eを形成して、残りの1個のアンテナ10pが冗長系を構成する。
【0017】
上記アンテナ10a〜10pを二軸回りに回転自在に保持す16個の二軸マウント11a〜11pは、図3及び図4に示すようにX軸駆動部13及びY軸駆動部14が第1及び第2の支持部材15、16を介して互いに直交し、且つ、交叉しないX軸及びY軸を介して回転自在に連設される。
【0018】
例えば、X軸駆動部13は、減速部131及び駆動モータ132で構成される。これら減速部131及び駆動モータ132は、上記第1の支持部材15に組付けられ、この第1の支持部材15は、上記飛翔体12に取り付けられる。そして、この第1の支持部材15に取り付けられたX軸駆動部13には、回動部材17の一端がX軸回りに回転自在に結合される。
【0019】
この回動部材17の他端には、上記第2の支持部材16が固定配置される。第2の支持部材16には、上記Y軸駆動部14を構成する、例えば減速部141及び駆動モータ142が取付配置される。そして、Y軸駆動部14には、上記アンテナ10a(10b〜10p)の基部がY軸回りに回転自在に組付けられる。
【0020】
これにより、アンテナ10a(10b〜10p)は、Y軸駆動部14が駆動されると、該Y軸駆動部14により、第2の支持部材16に対してY軸回りに回転制御される。そして、アンテナ10a(10b〜10p)は、X軸駆動部13が駆動されると、回動部材17、第2の支持部材16を介してY軸駆動部14と一体的にX軸回りに回転制御される。
【0021】
上記16個の二軸マウント11a〜11qの各X軸駆動部13及びY軸駆動部14には、その各入力端に図5に示すように駆動制御部18がそれぞれ接続される。駆動制御部18には、その第1の入力端に図示しない指令部からのビーム領域指令情報が入力されると共に、その第2の入力端に上記飛翔体12の位置・姿勢情報が入力される。
【0022】
駆動制御部18は、これらビーム領域指令情報及び位置・姿勢情報に基づいて15個のアンテナ10a〜10oが、サービス地域に向くようにヨー軸(Z軸)回りを二軸(X軸、Y軸)に変換した値を含む各二軸マウント11a〜11oの各X軸回りのX軸駆動信号及びY軸回りのY軸駆動信号をそれぞれ算出して各X軸駆動部13及びY軸駆動部14に出力する。
【0023】
ここで、上記15個の二軸マウント11a〜11oのX軸駆動部13及びY軸駆動部14は、それぞれ駆動制御部18からのX軸駆動信号及びY軸駆動信号に基づいてX軸及びY軸回りの回転角が制御されて、各アンテナ11a〜11oをそれぞれ所望のサービス地域に指向するように制御する。この際、15個のアンテナ10a〜10oは、その3個1組のアンテナ群10A〜10Eの各ビーム領域A〜Eが、例えば図6に示すように隣接するビーム領域の一部と重なるように所望のビームパターンを有するように設定される。
【0024】
上記構成において、駆動制御部18は、上記指令部(図示せず)からビーム領域指令情報及び飛翔体12の位置・姿勢情報が入力される。すると、駆動制御部18は、そのビーム領域情報と飛翔体12の位置・姿勢情報とに基づいて15個のアンテナ10a〜10pそれぞれが所望のサービス地域に向くようにヨー軸(Z軸)回りを二軸(X軸、Y軸)回りに変換した値を含む各X軸回りのX軸駆動信号及びY軸回りのY軸駆動信号をそれぞれ算出して各X軸駆動部13及びY軸駆動部14に出力する。
【0025】
ここで、各X軸駆動部13は、入力したX軸駆動信号に基づいて駆動モータ132を駆動して、減速部131を介して回動部材17を第1の支持部材15に対して回転駆動し、アンテナ10a〜10oを第2の支持部材16とともにX軸回りの回転角を制御する。
【0026】
同時に、各Y軸駆動部14は、入力したY軸駆動信号に基づいて駆動モータ142を駆動して、減速部141を介してアンテナ10a〜10oをY軸回りに回転駆動し、Y軸回りの回転角を制御する。
【0027】
ここで、上記15個のアンテナ10a〜10oは、例えばビーム領域A〜Eが図6に示すような所望のビームパターンを形成するよう設定され、サービス地域への通信サービスが実行される。
【0028】
この通信サービス状態において、飛翔体12の位置・姿勢が変化すると、上記駆動制御部18には、その変化量に対応した飛翔体12の位置・姿勢情報が入力される。ここで、駆動制御部18は、飛翔体12の位置・姿勢情報に基づいて15個のアンテナ10a〜10oがそれぞれ所望のサービス地域に向くように、そのヨー軸(Z軸)回りを二軸(X軸、Y軸)回りに変換した値を含む各X軸回りのX軸駆動信号及びY軸回りのY軸駆動信号をそれぞれ算出して各X軸駆動部13及びY軸駆動部14に出力する。
【0029】
ここで、各X軸駆動部13は、入力したX軸駆動信号に基づいて駆動モータ132を駆動して、減速部131を介して回動部材17を第1の支持部材15に対して回転駆動し、アンテナ10a〜10oを第2の支持部材16とともにX軸回りの回転角を制御する。
【0030】
同時に、各Y軸駆動部14は、入力したY軸駆動信号に基づいて駆動モータ142を駆動して、減速部141を介してアンテナ10a〜10oをY軸回りに回転駆動し、Y軸回りの回転角を制御する。
【0031】
このようにして、15個のアンテナ10a〜10oは、二軸マウント11a〜11oを介して飛翔体12の位置・姿勢の変動分が補正されることにより、そのビーム領域A〜Eが初期のサービス地域への指向が保たれる。これにより、15個のアンテナ10a〜10oは、飛翔体12の位置・姿勢の変動に影響を受けることなく、所望のサービス地域への高精度な指向制御が行われて安定した通信サービスが継続される。
【0032】
また、通信サービス状態において、例えば所望のサービス地域の通信負荷が増加されると、上記指令部(図示せず)は、ビーム重畳指令情報を上記駆動制御部18に出力する。
【0033】
すると、駆動制御部18は、入力したビーム重畳指令情報に基づいて、例えば15個のアンテナ10a〜10oのいずれか1個を重畳要求のサービス地域に向くように、そのヨー軸(Z軸)回りを二軸(X軸、Y軸)回りに変換した値を含むX軸回りのX軸駆動信号及びY軸回りのY軸駆動信号をそれぞれ算出して、そのX軸駆動部13及びY軸駆動部14に出力する。
【0034】
ここで、X軸駆動部13は、入力したX軸駆動信号に基づいて駆動モータ132を駆動して、減速部131を介して回動部材17を第1の支持部材15に対して回転駆動し、アンテナ10a(10b〜10o)を第2の支持部材16とともにX軸回りの回転角を制御する。
【0035】
同時に、Y軸駆動部14は、入力したY軸駆動信号に基づいて駆動モータ142を駆動して、減速部141を介してアンテナ10a〜10oをY軸回りに回転駆動し、Y軸回りの回転角を制御する。
【0036】
このようにして、15個のアンテナ10a(10b〜10o)の1個は、ビーム重畳情報に対応してビーム領域が変更されて他のビーム領域に重畳される。これにより、所望のサービス地域への通信容量が増加されて安定した通信サービスが実行される。
【0037】
また、通信サービス状態において、15個のアンテナ10a〜10oのいずれかが故障して、そのサービス地域の通信サービスを実行するのが困難となった場合、上記指令部(図示せず)は、アンテナ切替信号を上記駆動制御部18に出力する。
【0038】
すると、駆動制御部18は、入力したアンテナ切替信号に応動して冗長系のアンテナ10pが、故障したアンテナ10a(10b〜10o)のビームパターンに対応するように、その二軸マウント11pのX軸駆動部13のX軸駆動信号及びY軸駆動部14のY軸駆動信号を生成して該X軸駆動部13及びY軸駆動部14に出力する。
【0039】
ここで、X軸駆動部13及びY軸駆動部14は、冗長系の二軸マウント11pのX軸及びY軸回りの回転角を制御して、アンテナ10pを故障したアンテナ10a(10b〜10o)のビーム方向に設定する。
【0040】
同時に、駆動制御部18は、故障したアンテナ10a(10b〜10o)の停止信号を生成して故障したアンテナ10a(10b〜10o)をオフ制御する。これにより、他のアンテナ(10a〜10o)の中の14個及び冗長系のアンテナ10pは、協働して初期のサービス地域への所望のビームパターンを形成して該サービス地域への安定した高品質な通信サービスが実行される。
【0041】
このように、上記マルチビームアンテナ装置は、16個のアンテナ10a〜10pを、それぞれ飛翔体12に対して二軸マウント11a〜11pを介して互いに直交する二軸回りに回転自在に取付け配置して、この二軸マウント11a〜11pを選択的に駆動制御してアンテナ11a〜11pの二軸回りの回転角を制御し、該アンテナ11a〜11pのビーム領域A〜Eを所望の地域に指向制御するように構成した。
【0042】
これによれば、アンテナ10a〜10pは、その二軸マウント11a〜11pの二軸回りの回転角が制御されると、その回転角に応じてビーム領域A〜Eの指向方向がそれぞれ制御され、協働して所望のビームパターンを形成して、通信サービスを実行する。
【0043】
従って、二軸回りの回転角が調整可能な二軸マウント11a〜11pを備えるだけの構成で、高精度なビーム領域A〜Eの制御が実現されて、アンテナ10a〜10pと飛翔体側の電気系とを電気的結合する取付構造の簡略化の促進が図れる。この結果、動作制御の信頼性の向上が図れると共に、アンテナシステムとしての運用の多様化の促進を図ることができる。
【0044】
なお、上記実施の形態では、上記15個のアンテナ10a〜10oが協働して所望のビームパターンを形成するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えが15個のアンテナ10a〜10oを、アンテナ10a〜10hで送信系を形成し、アンテナ10g〜10oで受信系を構成する如く分離して指向制御するように構成することも可能である。
【0045】
また、上記実施の形態では、アンテナ支持機構として、互いに直交し、且つ、交叉しない二軸(X軸及びY軸)を備える二軸マウント11a〜11pを用いて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、互いに直交する二軸が交叉する支持構造を有するいわゆる二軸(X―Y)ジンバル等を用いて構成することも可能である。
【0046】
さらに、上記実施の形態では、冗長系を含めて16個のアンテナ10a〜10pを3個1組としてアンテナ群10A〜10Eの5群に分けて飛翔体12に併設配置するように構成した場合で説明したが、この数に限ることなく、各種の構成可能である。
【0047】
また、上記実施の形態では、冗長系を1個のアンテナ10pで形成するように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、その他、2個以上の冗長系アンテナを備えて構成してもよい。そして、このような冗長系アンテナとしては、特に備えることなく、必要に応じて他のアンテナを援用するように構成することも可能である。
【0048】
よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。
【0049】
例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【0050】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、簡易な構成で、信頼性の高い安定した通信を実現し得、且つ、運用の多様化の促進を図り得るようにしたマルチビームアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態に係るマルチビームアンテナ装置を一方に方向から見た状態を示した斜視図である。
【図2】図1と異なる他方から見た状態を示した斜視図である。
【図3】図1のアンテナ及び二軸マウントを取り出して示した斜視図である。
【図4】図2のアンテナ及び二軸マウントを取り出して示した斜視図である
【図5】図1の制御系を取り出して示したブロック図である。
【図6】図1の15個のアンテナのビームパターンの例を示した図である。
【図7】従来のマルチビームアンテナ装置を示した斜視図である。
【符号の説明】
10a〜10p … アンテナ。
10A〜10E … アンテナ群。
11a〜11p … 二軸マウント。
12 … 飛翔体。
13 … X軸駆動部。
131 … 減速部。
132 … 駆動モータ。
14 … 送受信機。
141 … 減速部。
142 … 駆動モータ。
15 … 第1の支持部材。
16 … 第6の支持部材。
17 … 回動部材。
18 … 駆動制御部。
A〜E … ビーム領域。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-beam antenna device suitable for communication with a desired region by being mounted on a flying object such as a flying object deployed in the stratosphere or an artificial satellite deployed in outer space.
[0002]
[Prior art]
Recently, in the field of communications, a concept has been developed in which a plurality of airships are deployed in the stratosphere and a communication service in a desired area on the ground is executed using an antenna device mounted on these airships. As such an antenna device, a multi-beam antenna device is considered to be effective.
[0003]
In such a conventional multi-beam antenna device, for example, as shown in FIG. 7, a plurality of
[0004]
The
[0005]
In the above configuration, the
[0006]
However, in the multi-beam antenna device, in order to supply electric power to the
[0007]
According to this, when one of the plurality of
[0008]
In addition, according to this, if the communication load of some areas in the service area fluctuates depending on the time of day, season, etc., it becomes difficult to cope with it, so there is a problem that fluctuations must be taken into consideration in advance. Have.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional multi-beam antenna device, the mounting structure is complicated, the reliability of operation control is low, the maintenance work is very troublesome, and the operation is difficult to diversify. Have
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a multi-beam antenna device capable of realizing highly reliable and stable communication with a simple configuration and promoting the diversification of operations. The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a plurality of antennas arranged side by side with respect to the mounting structure, and a plurality of antenna support mechanisms for mounting and arranging the plurality of antennas so as to be rotatable around two axes orthogonal to each other. These two antenna support mechanisms are driven and controlled as a set of two or more to control the rotation angle of each of the antennas about two axes, and the beam area of the set of antennas is directed to a desired area. The multi-beam antenna device is configured to include a beam region setting means to be controlled.
[0012]
According to the above configuration, when the rotation angle around the two axes of the antenna support mechanism is controlled, the directivity directions of the beam regions are controlled according to the rotation angles, and the plurality of antennas cooperate with each other in a desired manner. A beam pattern is formed.
[0013]
As a result, with a configuration that only includes an antenna support mechanism that can adjust the rotation angle around two axes, high-precision beam area control is realized, and multiple antennas and the electrical system on the mounting structure side are electrically coupled. This facilitates simplification of the mounting structure. As a result, it is possible to improve the reliability of the operation control and to promote the diversification of operation as an antenna system.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
1 and 2 show a multi-beam antenna device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a state in which an arrangement state of a plurality of, for example, 16
[0016]
That is, the 16
[0017]
The sixteen
[0018]
For example, the
[0019]
The
[0020]
Thereby, when the Y-
[0021]
As shown in FIG. 5, a
[0022]
Based on these beam area command information and position / posture information, the
[0023]
Here, the
[0024]
In the above configuration, the
[0025]
Here, each
[0026]
At the same time, each Y-
[0027]
Here, the 15
[0028]
When the position / posture of the flying
[0029]
Here, each
[0030]
At the same time, each Y-
[0031]
In this way, the 15
[0032]
In the communication service state, for example, when the communication load in a desired service area is increased, the command unit (not shown) outputs beam superimposition command information to the
[0033]
Then, based on the input beam superimposition command information, the
[0034]
Here, the
[0035]
At the same time, the Y-
[0036]
In this way, one of the 15
[0037]
In the communication service state, when any of the 15
[0038]
Then, the
[0039]
Here, the
[0040]
At the same time, the
[0041]
As described above, the multi-beam antenna device has 16
[0042]
According to this, when the rotation angles around the two axes of the
[0043]
Therefore, with the configuration only including the
[0044]
In the above embodiment, the description has been given of the case where the 15
[0045]
Moreover, although the said embodiment demonstrated as a case where it comprised using the
[0046]
Furthermore, in the above-described embodiment, the configuration is such that 16
[0047]
In the above embodiment, the redundant system is formed by a
[0048]
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
[0049]
For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the effect of the invention can be obtained. In some cases, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0050]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, there is provided a multi-beam antenna device capable of realizing highly reliable and stable communication with a simple configuration and promoting the diversification of operations. can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a multi-beam antenna device according to an embodiment of the present invention as viewed from one direction.
2 is a perspective view showing a state viewed from the other side different from FIG. 1; FIG.
3 is a perspective view showing the antenna and the biaxial mount extracted from FIG.
4 is a perspective view showing the antenna and the biaxial mount extracted from FIG. 2. FIG. 5 is a block diagram showing the control system shown in FIG.
6 is a diagram showing an example of a beam pattern of 15 antennas in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing a conventional multi-beam antenna device.
[Explanation of symbols]
10a-10p ... Antenna.
10A to 10E Antenna group.
11a-11p ... Biaxial mount.
12 ... Flying object.
13: X-axis drive unit.
131 ... Deceleration part.
132: Drive motor.
14: Transmitter / receiver.
141: Deceleration part.
142: Drive motor.
15 ... 1st support member.
16: Sixth support member.
17: Rotating member.
18: Drive control unit.
A to E: Beam region.
Claims (4)
これら複数のアンテナを、前記取付構体に対して互いに直交する二軸回りに回転自在に取付け配置する複数のアンテナ支持機構と、
これら複数のアンテナ支持機構を、二つ以上を一組として、駆動制御して各前記アンテナの二軸回りの回転角を制御し、この一組のアンテナのビーム領域を所望の地域に指向制御するビーム領域設定手段と
を具備することを特徴とするマルチビームアンテナ装置。A plurality of antennas arranged alongside the mounting structure;
A plurality of antenna support mechanisms for mounting and arranging the plurality of antennas so as to be rotatable about two axes orthogonal to each other with respect to the mounting structure;
Two or more of these antenna support mechanisms are driven as a set to control the rotation angle of each of the antennas around two axes, and the beam area of the set of antennas is controlled to a desired area. A multi-beam antenna device comprising: a beam region setting unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001204869A JP4518364B2 (en) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | Multi-beam antenna device |
Applications Claiming Priority (1)
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