JP4679276B2

JP4679276B2 - レンズアンテナ装置

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Publication number: JP4679276B2
Application number: JP2005201985A
Authority: JP
Inventors: 隆也小川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2021-02-01
Also published as: JP2006005951A

Description

本発明は、衛星通信システムの地上局に用いられ、電波ビームを集束させる球体レンズを利用したレンズアンテナ装置に関する。

従来より、電波ビームを集束可能な球体レンズを利用して、球体レンズの下半球面上の所定位置に放射器を配置し、球体レンズの中心方向に放射器の指向性を合わせることで、所定方向に電波ビームを形成するレンズアンテナ装置の開発が進められている。この種のアンテナ装置は、放射器の位置を球体レンズの下半球面上で任意に移動させるだけで、天球上のどこにでも電波ビームを指向させることができるので、パラボラアンテナ装置等のように全体を回転駆動させる必要がなく、駆動系の小型化が容易であるという利点を有する。

しかしながら、レンズアンテナ装置では、球体レンズそのものが小型化の制約となっているため、もはや全体の小型化が困難な状況にある。また、球体形状のため、組立時の取り扱いが容易でないという問題があった。

以上述べたように、従来のレンズアンテナ装置では、球体レンズそのものの大きさが装置小型化の制約となり、しかも球体形状のため、製作、組立時の取り扱いが容易でないという問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、レンズ部分の小型軽量化により装置全体の小型軽量化を実現でき、かつレンズ部分の取り扱い、製作、組立が容易なレンズアンテナ装置を提供することを目的とする。

また、このレンズアンテナ装置において、複数個の放射器を備える場合に、各放射器で複数個の通信衛星を捕捉追尾するための効率的な運用を実現する放射器位置決め制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るレンズアンテナ装置は、以下のように構成される。

（１）同心の球面に誘電体が積層されて構成されこれを通過する略平行な電波を一点に集束する球体レンズを二分してなる単一の半球レンズと、この単一の半球レンズが断面側で載置され、天空側からの入射電波を反射する電波反射板と、前記半球レンズの任意の電波集束点位置に配置され、直線偏波の電波ビームを形成するアンテナ素子を備える放射器と、前記半球レンズのアジマス軸周りに前記放射器の位置を調整して前記電波ビームの方位角を制御する方位角調整手段と、前記半球レンズのエレベーション軸周りに前記放射器の位置を調整して前記電波ビームの仰角を制御する仰角調整手段と、前記放射器の偏波軸を調整する偏波軸調整手段とを具備し、前記電波反射板は、電波ビームの反射効率を高めるために、前記単一の半球レンズの二分断面より外側へ広がりを有するように形成される構成とする。

すなわち、本発明では、通信相手先が静止衛星であることを想定し、半球レンズの側方周面から入射される静止衛星からの電波を、半球レンズにより集束しつつ、電波反射板により反射して、半球レンズの入射側とは逆側の側方周面における焦点に配置した放射器により受信可能とし、逆に放射器からの電波ビームを静止衛星に指向できるようにしている。このように半球レンズを使用しているため、従来の球体レンズに比して大きさ、重量が半分で済むため、装置全体の小型軽量化を実現することができる。

（２）同心の球面に誘電体が積層されて構成されこれを通過する略平行な電波を一点に集束する球体レンズを二分してなる単一の半球レンズと、この単一の半球レンズが断面側で載置され、天空側からの入射電波を反射する電波反射板と、前記半球レンズの任意の電波集束点位置に配置され、それぞれ直線偏波の電波ビームを形成するアンテナ素子を備える複数個の放射器と、前記半球レンズのアジマス軸周りに前記複数個の放射器の位置を調整して前記電波ビームの方位角を制御する方位角調整手段と、前記半球レンズのエレベーション軸周りに前記複数個の放射器の位置を調整して前記電波ビームの仰角を制御する仰角調整手段と、前記複数の放射器それぞれの偏波軸を調整する偏波軸調整手段とを具備し、前記電波反射板は、電波ビームの反射効率を高めるために、前記単一の半球レンズの二分断面より外側へ広がりを有するように形成される構成とする。
（３）（２）において、前記複数個の放射器は、それぞれ同一静止軌道上の複数の静止衛星と１対１で対応し、通信相手先となる静止衛星の方位及び仰角に合わせて配置される構成とする。
（４）（１）または（２）の構成において、さらに、前記半球レンズを覆うレドームを備えることが望ましい。

本発明によれば、レンズ部分の小型軽量化により装置全体の小型軽量化を実現でき、かつレンズ部分の取り扱い、製作、組立が容易なレンズアンテナ装置を提供することができ、このレンズアンテナ装置において、複数個の放射器を備える場合に、各放射器で複数個の通信衛星を捕捉追尾するための効率的な運用を実現する放射器位置決め制御方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるレンズアンテナ装置１００の基本構造を示す構成概略図である。ここでは、静止軌道上にある通信衛星（図示せず。以下、静止衛星と称する。）との間で通信を行う日本の地上局に設けられる場合を想定する。

図１に示すレンズアンテナ装置１００は、平面状の電波反射板１１０上に球体レンズを二分した半球レンズ１２０を載置し、この半球レンズ１２０の側方周面上に放射器１３０を配置した構成となっている。

ここで、電波反射板１１０は、理想的には無限大に広がる平面であることが望ましいが、実際にはアンテナ特性（利得、サイドローブ等）の許容範囲からその大きさを決定する。

また、球体レンズは、球状誘電体レンズとも呼ばれ、同心の球面に誘電体が積層されて構成され、これを通過する略平行な電波を一点に集束させることができる。一般に、積層される誘電体の各誘電率は、外側にいくほど低くなっている。本実施形態で用いる半球レンズ１２０は、この球体レンズをその球中心を通る面で二分したもので、その断面下に電波反射板１１０が配置されるため、実質的に球体レンズとして取り扱うことができる。

すなわち、上記構成によるレンズアンテナ装置１００では、静止衛星からの電波は半球レンズ１２０の側方周面から入射される。このとき、球体レンズならば、電波は図中点線で示すような経路で集束するが、本実施形態では、球体レンズを二分した半球レンズ１２０を使用し、電波反射板１１０上に載置しているため、半球レンズ１２０で集束される電波は電波反射板１１０により半球レンズ１２０の断面で反射される。よって、半球レンズ１２０の入射電波は、図中実線で示すように、球体レンズの場合とは面対称な経路をとる。そこで、放射器１３０を半球レンズ１２０の側方周面上に形成される電波ビームの集束位置、すなわち焦点に配置する。これにより、放射器１３０にて、静止衛星からの電波を受信することができ、逆に静止衛星へ電波を送信することも可能となる。

実際に使用する場合には、当該レンズアンテナ装置１００を略水平面上に設置し、通信相手先となる静止衛星の方位及び仰角に合わせて放射器１３０を配置させることになる。

尚、上記の説明では、日本の地上局に設けられる場合を想定したが、勿論、他の地域でも使用可能である。但し、例えば赤道近くで使用すると、半球レンズ１２０における電波入射角と出射角が鋭角となり、放射器１３０がブロッキングの対象となってしまう。しかしながら、この場合には、当該レンズアンテナ装置１００を水平面から適度に傾けることで、放射器１３０をブロッキングの範囲から外すことができる。

また、上記実施形態では、放射器が１個の場合について説明したが、放射器を複数個備えるようにすれば、方位角の異なる複数の静止衛星と通信することも可能である。このとき、未使用の放射器については、使用中の放射器のブロッキングにならない位置、例えば使用中の放射器に隣接する位置に配置しておくことが望ましい。

また、本実施形態のレンズアンテナ装置１００は、その構造上、球体レンズを使用していた従来装置に比して、高さの縮小、軽量化を飛躍的に実現することが可能である。このことは、上記レンズアンテナ装置１００を自動車、航空機、船舶といった移動体に搭載するときに大きな利点となる。この場合、放射器１３０を半球レンズ１２０の周面に沿って移動可能とし、放射器１３０による電波ビームを静止衛星に向けた後、移動体の３軸方向の動きに合わせて放射器１３０の位置を制御することで、静止衛星を追尾して通信状態を維持することができる。さらに、放射器１３０が持つアンテナ素子部を可動とし、移動体の振動に追従可能として、通信品質を安定に維持するようにしてもよい。

上記構成によれば、半球レンズを使用しているため、従来の球体レンズに比して大きさ、重量が半分で済むため、装置全体の小型軽量化を実現することができる。

以下、具体的な実施例をあげて説明する。

（第１の実施例）
図２乃至図４は、本発明に係る第１の実施例として、２つの静止衛星と通信可能とする車載用に適したレンズアンテナ装置の構造を示すもので、図２は一部断面を示す外観斜視図、図３及び図４はそれぞれ内部構造を示す断面斜視図とそのＡ−Ａ線断面図である。

本実施例のレンズアンテナ装置２００は、移動体の水平面に固定される略円形の固定ベース２１０と、この固定ベース２１０上にＡＺ（アジマス）軸周りに回転自在に取り付けられた略円形の回転ベース２２０と、この回転ベース２２０上に固定され、回転ベース２２０と略同径の円盤状電波反射板２３０と、ＡＺ軸上に中心がくるようにして電波反射板２３０上に固定される半球レンズ２４０とを備えている。ここで、電波反射板２３０の径は半球レンズ２４０の径よりも十分大きいものとする。

固定ベース２１０のＡＺ軸部分にはロータリージョイント（Ｒ／Ｊ）の軸受け部２１１が設けられ、その周囲には周面上部にベアリング機構２１２が設けられたハブ２１３が形成され、さらに半球レンズ２４０より径大な位置にリング状の溝部２１４が形成されている。尚、詳細は図示しないが、溝部２１４の外側の壁面にはラックが切られている。

回転ベース２２０の下部において、ＡＺ軸部分には固定ベース２１０側の軸受け部２１１と対となってロータリージョイントを形成する軸受け部２２１が設けられ、その周囲には固定ベース２１０側のハブ２１３の外周面と対向し、ベアリング機構２１２と接触して回転ベース２２０を回転自在に支持するハブ２２２が形成され、さらに半球レンズ２４０と略同径のリム２２３が形成されている。ハブ２２２とリム２２３との間には、補強のため、複数本のスポーク２２４が渡されている。リム２２３の外周面下部において、複数箇所に固定ベース２１０に当接してがたつきを防止するＡＺローラ２２５が装着されている。

上記リム２２３の外周面には、ＡＺ軸に対して対称となる位置に、外方向に突出され、半球レンズ２４０の中心点を通りＡＺ軸に直交する延直線上に対向配置される一対のＥＬ（エレベーション）軸回転シャフト２５１、２５２を回転自在に支持する一対の支持具２２６、２２７が固定される。一方の支持具２２６にはＥＬ軸駆動機構２６０が設けられ、他方の支持具２２７にはＡＺ軸駆動機構２７０が設けられる。一対のＥＬ軸回転シャフト２５１、２５２には、半球レンズ２４０と同一中心点を持つ半円弧状のガイドレール２８０が固定され、回転シャフト２５１を回転駆動することで、ガイドレール２８０が半球レンズ２４０の周面に沿って移動可能となされている。

上記ＥＬ軸駆動機構２６０は、支持具２２６に駆動モータ２６１をその回転軸がシャフト２５１と平行となるようにして固定し、その回転軸にプーリ２６２を装着し、一方、ＥＬ軸回転シャフト２５１の端部にモータ側のプーリ２６２より径大のプーリ２６３を装着し、プーリ２６２、２６３間をベルト２６４で連結して、駆動モータ２６１の回転がＥＬ軸回転シャフト２５１に伝達される構造となっている。すなわち、駆動モータ２６１を正逆方向に回転させることにより、ＥＬ軸回転シャフト２５１を通じてガイドレール２８０がＥＬ軸周りに回動するようになっている。

また、上記ＡＺ軸駆動機構２７０は、支持具２２７に駆動モータ２７１をその回転軸が下向きとなるようにして固定し、その回転軸にピニオンギヤ２７２を装着し、このピニオンギヤ２７２を固定ベース２１０側の溝部２１４のラックに噛み合わせ、駆動モータ２７１を正逆方向に回転させることにより、回転ベース２２０全体がＡＺ軸周りに正逆方向に回転する構造となっている。

上記ガイドレール２８０には、第１及び第２の放射器２９０、３００が設けられる。各放射器２９０、３００は、詳細は後述するが、ガイドレール２８０に沿って自走するための自走駆動機構を備えている。ここで、各放射器２９０、３００の電波放射面は、ガイドレール２８０上の各位置で、半球レンズ２４０の焦点に位置するように設定される。

上記固定ベース２１０上の空き空間には電源装置３１０、駆動制御／信号処理装置３２０が設けられ、上記回転ベース２２０の空き空間には放射器２９０、３００の給電、送受信信号の周波数変換を行うアップ／ダウン（Ｕ／Ｄ）コンバータ３３０が設けられている。アップ／ダウン（Ｕ／Ｄ）コンバータ３３０と各放射器２９０、３００とは、図示しないカールコードにて接続されている。固定ベース２１０と回転ベース２２０との間の電気的接続は、ロータリージョイント（２１１、２２１）を通じて行われる。これにより、回転ベース２２０のＡＺ軸周りの回転に影響されることなく、放射器２９０、３００への電源供給、その送受信信号の入出力、ＡＺ軸回転、ＥＬ軸回動、放射器自走のための駆動制御信号／モニタ信号等の送受を行うことができる。

さらに、半球レンズ２４０及びガイドレール２８０が移動し得る領域を覆うように、キャップ型カバー部材（以下、レドーム）３４０が固定ベース２１０に接合されている。これにより、前述の全ての構成要素が外界に対して密閉されている。レドーム３４０は、電波透過性を有するとともに熱電動率の低い材質、例えば樹脂によって構成され、一方、固定ベース２１０は金属などの熱伝導率の高い材質によって構成されている。

次に、図５及び図６を用いて、ガイドレール２８０と放射器２９０、３００との関係の詳細について説明する。図５（ａ）、（ｂ）は、半球レンズ２４０の中心側から見たガイドレール２８０の図であり、図６はガイドレール２８０と放射器２９０の断面側面図である。

図５及び図６に示すように、ガイドレール２８０は、円弧状のアーム板２８１と、アーム板２８１の両側部に設けられた一対の筒状レール２８２と、アーム板２８１の内面上に敷かれたラックギアレール２８３とを有している。

放射器２９０は、特に図６に示すように、電波ビームの送受信を担うアンテナ素子２９１と、電波ビームの処理を担う電子回路基板２９２と、電子回路基板２９２を収納する本体部２９３とを有している。電子回路基板２９２はカールコードを介してＵ／Ｄコンバータ３３０に接続されている。

本体部２９３のアーム板２８１側には、図５及び図６に示すように、一対の筒状レール２８２に当接して摺動する３個のＶ字ベアリング２９４と、ラックギアレール２８３と噛み合う案内歯車２９５と、案内歯車２９５を駆動する案内モータ２９６とが設けられている。案内モータ２９６は、電子回路基板２９２、カールコード、Ｕ／Ｄコンバータ３３０を介して駆動制御／信号処理装置３２０に接続されている。

放射器３００は、放射器２９０と同構成であり、アンテナ素子３０１、電子回路基板３０２、本体部３０３、３個のＶ字ベアリング３０４、案内歯車３０５と、案内モータ３０６を有する。

その他、駆動制御／信号処理装置３２０は、図示しないホスト装置に接続され、通信先の静止衛星の位置に関する情報が入力されるようになっている。

次に、上記構成によるレンズアンテナ装置の作用について図７及び図８を用いて説明する。図７は放射器２９０、３００の位置決め制御の概略を示す斜視図であり、図８は放射器２９０、３００の位置決め制御の概略を示すフロー図である。尚、図７では、説明を簡単にするため、電波反射板２３０により半球レンズ２４０が球体レンズとして機能しているものとして、図面上の反射経路を省略する。

まず、選択された通信可能な２つの静止衛星ＳＴ１、ＳＴ２の大まかな位置ｓ１、ｓ２が、ホスト装置から駆動制御／信号処理装置３２０に入力される（ＳＴＥＰ１１）。

駆動制御／信号処理装置３２０は、図７に示すように、入力された２つの衛星の位置ｓ１、ｓ２から半球レンズ２４０の中心を通って電波反射板２３０で反射して延びる各軸線ａ１、ａ２上に２つの放射器２９０、３００の各々を配置するために、放射器２９０、３００（より詳細には、それらのアンテナ素子２９１、３０１）の配置されるべき２つの位置Ｐ１、Ｐ２を演算する（ＳＴＥＰ１２）。

次に、駆動制御／信号処理装置３２０は、放射器２９０、３００の配置されるべき２つの位置Ｐ１、Ｐ２と半球レンズ２４０の中心Ｏとを含む第１仮想平面Ｓと、半球レンズ２４０の中心Ｏを通り回転ベース６のＡＺ軸と直交する第２仮想平面Ｈとの交線上にＥＬ軸が配置されるよう、方位角調整用のモータ２７１を駆動して回転ベース２２０を回転させる（ＳＴＥＰ１３）。

回転ベース２２０の回転に続いて、あるいは回転ベース２２０の回転と同時に、駆動制御／信号処理装置３２０は仰角調整用のモータ２６１を駆動させ、ガイドレール２８０をＥＬ軸周りに回転させて、ガイドレール２８０を位置Ｐ１、Ｐ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ１４）。

仰角調整用のモータ２６１の駆動に続いて、あるいはモータ２６１の駆動と同時に、駆動制御／信号処理装置３２０は放射器２９０、３００の各案内モータ２９６、３０６を駆動させ、放射器２９０、３００をガイドレール２８０に沿って位置Ｐ１、Ｐ２に移動させる（ＳＴＥＰ１５）。これにより、放射器２９０、３００の初期位置決めが達成される。

２つの静止衛星ＳＴ１、ＳＴ２の方位角、仰角は、被搭載移動体の位置、移動方向、傾きによって変化する。本実施例によるレンズアンテナ装置２００は、このように比較的高速に位置を変える衛星ＳＴ１、ＳＴ２を、以下のように追尾する。

初期位置決めが達成された後、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２のうち一方の衛星、例えば衛星ＳＴ１のより正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）が探索される（第１探索工程：ＳＴＥＰ２１）。衛星ＳＴ１の位置の探索は、例えば以下のように行われ得る。

まず、仰角調整用の駆動モータ２６１を双方向に微小量回転させてガイドレール２８０をＥＬ軸周りに微小に双方向に回転させると共に、ガイドレール２８０上で衛星ＳＴ１に対応して位置決めされている放射器２９０の案内モータ２９６を双方向に微小量駆動して、放射器２９０をガイドレール２８０に沿って双方向に微小距離移動させる。これにより、放射器２９０は２次元の微小球面内を移動する。

この微小球面内の移動の間に、衛星ＳＴ１と放射器２９０との通信状態がより良好である地点Ｑ１を探索する。通信状態の良否は、受信信号の強度などを監視することで判断することができる。地点Ｑ１は、衛星ＳＴ１のより正確な位置から半球レンズ２３０の中心Ｏを通り反射して延びる軸線上の位置に対応していると考えることができる。すなわち、地点Ｑ１の探索により、衛星ＳＴ１のより正確な位置を知ることができる。

次に、第１探索工程で探索された一方の衛星ＳＴ１の位置と第１探索工程による位置変化探索の前に求めた他方の衛星ＳＴ２の位置とから半球レンズ２３０の中心Ｏを通り反射して延びる各軸線上の位置が演算される。この場合、２つの位置Ｑ１、Ｐ２が確認される（ＳＴＥＰ２２）。

そして、放射器２９０、３００が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１、Ｐ２と半球レンズ２３０の中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓと、第２仮想平面Ｈとの交線上にＥＬ軸が配置されるよう、方位調整用の駆動モータ２７１が駆動されて回転ベース２２０が回転される（ＳＴＥＰ２３）。

回転ベース２２０の回転に続いて、あるいは回転ベース２２０の回転と同時に、駆動制御／信号処理装置３２０は仰角調整用の駆動モータ２６１を駆動させ、ガイドレール２８０をＥＬ軸周りに回転させて位置Ｑ１、Ｐ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ２４）。

仰角調整用の駆動モータ２６１の駆動に続いて、あるいは当該モータ２６１の駆動と同時に、駆動制御／信号処理装置３２０は放射器２９０、３００の各案内モータ２９６、３０６を駆動させ、放射器２９０、３００をガイドレール２８０に沿って位置Ｑ１、Ｐ２に移動させる（ＳＴＥＰ２５）。これにより、放射器３００の位置Ｐ２を保存しつつ、放射器２９０の追尾位置決めが達成される。このような制御形態は非干渉制御と呼ばれるものである。

送受信モジュール２９０の追尾位置決めが達成された後、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２のうち、他方の衛星ＳＴ２のその時点のより正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）を探索する（第２探索工程：ＳＴＥＰ３１）。衛星ＳＴ２の位置の探索は、衛星ＳＴ１の位置の探索と同様に行われ得る。

第２探索工程で探索された衛星ＳＴ２の位置と第２探索工程による位置探索前（第１探索工程による位置探索後）の衛星ＳＴ１の位置とから半球レンズ２３０の中心Ｏを通り反射して延びる各軸線上の位置を演算する。この場合、２つの位置Ｑ１、Ｑ２を確認する（ＳＴＥＰ３２）。

そして、方位角調整用の駆動モータ２７１を駆動して、放射器２９０、３００が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１、Ｑ２と半球レンズ２３０の中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓと、第２仮想平面Ｈとの交線上にＥＬ軸が配置されるよう、回転ベース２２０を回転させる（ＳＴＥＰ３３）。

回転ベース２２０の回転に続いて、あるいは回転ベース２２０の回転と同時に、駆動制御／信号処理装置３２０は仰角調整用の駆動モータ２６１を駆動させ、ガイドレール２８０をＥＬ軸周りに回転させて、ガイドレール２８０を位置Ｑ１、Ｑ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ３４）。

仰角調整用の駆動モータ２６１の駆動に続いて、あるいは当該モータ２６１の駆動と同時に、駆動制御／信号処理装置３２０は放射器２９０、３００の各案内モータ２９６、３０６を駆動させ、放射器２９０、３００をガイドレール２８０に沿って位置Ｑ１、Ｑ２に移動させる（ＳＴＥＰ３５）。これにより、放射器２９０の位置Ｑ１を保存しつつ、すなわち、非干渉的に放射器３００の追尾位置決めが達成される。

以後、放射器２９０、３００の追尾位置決めを交互に連続に行っていくことで、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２をほぼ連続的に追尾していくことが可能である。

ここで、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２は静止衛星であるため、両者の位置関係は変化しない。このため、放射器２９０、３００の位置関係も変化せず、ガイドレール２８０上でほぼ固定される。

尚、各放射器２９０、３００の本体部２９３、３０３が近接したとき、アンテナ素子２９１、３０１が隣接するようにしておけば、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２が近接している場合にも対応可能となる。

また、３つ目の放射器が、ガイドレール２８０に沿って移動可能に設けられることが好ましい。この場合、３つの放射器のうちの任意の２つを衛星ＳＴ１、ＳＴ２に対応させることができるため、追尾位置決めをより効率良く行うことができる。さらに、３つ目の放射器を予め備えていることは、いずれか１つの放射器に故障が生じた場合でも、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２を追尾する機能を直ちには失わないという効果もある。

このように位置決めされる放射器２９０、３００から電波が放射されると、放射電波は半球レンズ２３０の層状誘電体を順次通過し、電波反射板２３０で反射することにより、進行方向をほぼ平行に変換されて、平行電波として衛星ＳＴ１、ＳＴ２に送信される。一方、衛星ＳＴ１、ＳＴ２から平行に入射された電波は、半球レンズ２３０を通過し電波反射板２３０で反射することでその焦点位置に配置された放射器２９０、３００に向けて集束され、放射器２９０、３００によって効率よく受信される。

以上のように、本実施例によるレンズアンテナ装置は、１つの半球レンズ２３０に対向して２つの放射器２９０、３００が配置され、互いにその移動が干渉しないようになされているため、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２を同時に追尾することができると共に、小スペースに配置することが可能であるという特徴を有するものである。

また、本実施例によれば、ガイドレール２８０に２つの放射器２９０、３００を設けているため、２つの放射器２９０、３００の互いの移動に干渉が生じることを防止することができる。

さらに本実施例によれば、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２が接近している場合でも、２つのアンテナ素子２９１、３０１を隣接させることができるため、２つの衛星ＳＴ１、ＳＴ２を常に追尾することができる。

なお、本実施例では、衛星ＳＴ１の移動を探索して、放射器３００の位置を変えないように衛星ＳＴ１の移動に合わせて放射器２９０を移動することと、衛星ＳＴ２の移動を検索して、放射器２９０の位置を変えないように衛星ＳＴ２の移動に合わせて放射器３００を移動することとを交互に行っているが、一度の探索動作で衛星ＳＴ１及びＳＴ２の移動を探索し、送受信モジュール２９０、３００を複合的に一動作で新たな目標位置に調整する制御方法も採用され得る。

また、衛星ＳＴ１及びＳＴ２の探索によって放射器２９０、３００の位置にフィードバック制御をかける制御方法に限らず、例えば他のセンサにより被搭載移動体の３軸方向の変化を検出してホスト装置に入力し、ホスト装置から駆動制御／信号処理装置３２０に与えて、その情報に基づくオープン制御によって放射器２９０、３００の位置を制御することも可能である。このオープン制御についても、放射器２９０及び３００の位置決めを交互に行う態様と、複合的に一動作で行う態様とがある。

（第２の実施例）
図９及び図１０は、本発明に係る第２の実施例として、任意の箇所に設置して１つの静止衛星との間で通信を行えるようにした可搬型に適したレンズアンテナ装置の構造を示すもので、図９は一部分解した外観斜視図、図１０は図９のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施例のレンズアンテナ装置４００は、略円形の固定ベース４１０と、この固定ベース４１０上にＡＺ軸周りに回転自在に取り付けられた略円形の回転ベース４２０と、この回転ベース４２０上に固定され、回転ベース４２０よりやや小径の円盤状電波反射板４３０と、ＡＺ軸上に中心がくるようにして電波反射板４３０上に固定される半球レンズ４４０とを備えている。ここで、電波反射板４３０の径は半球レンズ４４０の径よりも十分大きいものとする。尚、固定ベース４１０に対する回転ベース４２０の回転機構については、周知の技術で実現可能であるので、ここではその説明を省略する。

上記固定ベース４１０は、下部の３箇所に三脚として機能とする高さ調整器４１３を備える。また、回転ベース４２０は、適当な位置に方位磁石４２１及び水準器４２２を備え、さらに、詳細は図示しないが、回転ベース４２０の回転をロックするＡＺ軸回転ロック機構４２４を備える。また、取り扱う電波が直線偏波の場合には、後述する放射器４５０の送受信電波の偏波角度（ＰＯＬ）を調整するためのＰＯＬ調整ダイヤル機構４２５が設けられる。また、必要に応じて可搬用の取っ手４２６が装着される。さらに、回転ベース４２０の周面所定箇所には、ＥＬ軸調整用目盛り４２７が刻まれる。

上記回転ベース４２０には、上面部の所定位置に、半球レンズ４４０の周面に沿って湾曲したＥＬサポート板４２８が一体形成される。このＥＬサポート板４２８には、図に示すように、長手方向にスリット４２９が形成されており、ここに放射器４５０がスライド自在に装着される。

放射器４５０は、ＥＬサポート板４２８より内側で、半球レンズ４４０の焦点位置にアンテナ素子４５１が位置するようになっており、上記スリット４２９に対するスライド機構部４５２の後部にはＰＯＬ調整部４５３を備えている。さらに、ＰＯＬ調整部４５３の背面にはＥＬ軸調整用ピン４５４が固定されている。上記ＰＯＬ調整部４５３は、ＰＯＬ伝達フレキシブルケーブル４５５により、上記ＰＯＬ調整ダイヤル機構４２５を介して外部の送受信装置と接続され、ＰＯＬ調整ダイヤル機構４２５のダイヤルを回すことにより、偏波軸を任意の角度に調整可能とする。

上記回転ベース４２０の上部には、半球レンズ４４０及び放射器４５０の可動部全体を覆うレドーム４６０が一定範囲で回動自在に装着される。この回動機構については、周知の技術を利用できるので、その説明を省略する。

上記レドーム４６０の内面において、上記放射器４５０の後部に設けられたＥＬ軸調整用ピン４５４に対向する位置に、斜めにピン４５４を案内する一対のガイドレール４６１が設けられ、このガイドレール４６１内にＥＬ軸調整用ピン４５４の先端部が挿入されるようになっている。すなわち、回転ベース４２０に対してレドーム４６０を回動させることで、ピン４５４がガイドレール４６１に沿って移動する。このとき、放射器４５０の移動はスリット４２２の形成方向に規制されている。このため、レドーム４６０の回動に伴って放射器４５０がＥＬ軸方向に回動することになる。

また、上記レドーム４６０の回転ベース４２０との接合部には、ＥＬ軸調整のための回動を止めておくＥＬ軸回転ロック機構４６２が設けられている。

すなわち、上記構成によるレンズアンテナ装置では、通信相手先の静止衛星（設置位置での衛星方位角、仰角が既知であるものとする）を捕捉する場合、まず水準器４２２を見ながら各高さ調整器４２３を調整して固定ベース４１０及び回転ベース４２０を水平にする。次に、方位磁石４２１を見ながら回転ベース４２０の基準線を目的の静止衛星の方位角に概略合わせ、ＡＺ軸回転ロック機構４２４により回転ベース４２０の回転をロックする。

続いて、回転ベース４２０に対してレドーム４６０を回動させ、レドーム４６０の縁に設けた基準線を回転ベース４２０の周面部に設けたＥＬ軸調整用目盛り４２７の衛星仰角値に合わせて、ＥＬ軸回転ロック機構４６２によりその回動をロックする。このレドーム４６０の回動により放射器４５０がＥＬサポート板４２８のスリット４２９に沿ってスライドし、ＥＬ軸調整用目盛り４２７に合致した衛星仰角（実際には反射角）に合わせられる。次に、ＰＯＬ調整ダイヤル機構４２５のダイヤルを回して、放射器４５０の偏波軸を衛星通信波の偏波軸に合わせる。最終的には、放射器４５０の受信信号をモニタし、その利得が最大になるように、方位角、仰角、偏波軸を調整する。

以上のように、本実施例のレンズアンテナ装置は、可搬が容易な形状であり、手調整ではあるが、適当な位置に設置して簡単に衛星方向に電波ビームを向けることができる。また、衛星波が直線偏波の場合でも、簡単に偏波軸を合わせることが可能である。

尚、上記実施例では、各回転軸、偏波軸の調整を手調整で行うものとしたが、適宜駆動装置を設けて自動調整を行えるようにしてもよい。

本発明は、上記実施例に限定されるものではない。例えば、電波反射板に面修正をかけることで、電波ビームのアンテナパターンを改善することも可能である。また、半球レンズは、完全な球体を二分したものではなく、扁平な球体を二分したものであっても、電波ビームの焦点が定まり、利得が十分得られるものならば、対応可能である。この場合、半球レンズの高さを低く抑えられれば、レドームの高さも制限することができ、全体の小型化に応じることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

本発明の一実施形態によるレンズアンテナ装置の基本構造を示す構成概略図。本発明に係る第１の実施例として、２つの静止衛星と通信可能とする車載用に適したレンズアンテナ装置の構造を示す外観斜視図。第１の実施例の内部構造を示す断面斜視図。図３のＡ−Ａ線断面図。第１の実施例において、半球レンズの中心側から見たガイドレールと放射器の構成を示す平面図。第１の実施例において、ガイドレールと放射器の構造を示す断面側面図。第１の実施例において、放射器の位置決め制御の概略を示す斜視図。第１の実施例において、放射器の位置決め制御の概略を示すフロー図。本発明に係る第２の実施例として、任意の箇所に設置して１つの静止衛星との間で通信を行えるようにした可搬型に適したレンズアンテナ装置の構造を示す外観斜視図。図９のＢ−Ｂ線断面図。

符号の説明

１００…レンズアンテナ装置
１１０…電波反射板
１２０…半球レンズ
１３０…放射器
２００…レンズアンテナ装置
２１０…固定ベース
２１１…Ｒ／Ｊ軸受け部
２１２…ベアリング機構
２１３…ハブ
２１４…溝部
２２０…回転ベース
２２１…Ｒ／Ｊ軸受け部
２２２…ハブ
２２３…リム
２２４…スポーク
２２５…ＡＺローラ
２２６、２２７…ＥＬ軸回転シャフト支持具
２３０…電波反射板
２４０…半球レンズ
２５１、２５２…ＥＬ軸回転シャフト
２６０…ＥＬ軸駆動機構
２６１…ＥＬ軸駆動モータ
２６２、２６３…プーリ
２６４…ベルト
２７０…ＡＺ軸駆動機構
２７１…ＡＺ軸駆動モータ
２７２…ピニオンギヤ
２８０…ガイドレール
２８１…円弧状アーム板
２８２…筒状レール
２８３…ラックギアレール
２９０…放射器
２９１…アンテナ素子
２９２…電子回路基板
２９３…本体部
２９４…Ｖ字ベアリング
２９５…案内歯車
２９６…案内モータ
３００…放射器
３０１…アンテナ素子
３０２…電子回路基板
３０３…本体部
３０４…Ｖ字ベアリング
３０５…案内歯車
３０６…案内モータ
３１０…電源装置
３２０…駆動制御／信号処理装置
３３０…アップ／ダウンコンバータ
３４０…レドーム
４００…レンズアンテナ装置
４１０…固定ベース
４１３…高さ調整器
４２０…回転ベース
４２１…方位磁石
４２２…水準器
４２４…ＡＺ軸回転ロック機構
４２５…ＰＯＬ調整ダイヤル機構
４２６…可搬用取っ手
４２７…ＥＬ軸調整用目盛り
４２８…ＥＬサポート板
４２９…スリット
４３０…円盤状電波反射板
４４０…半球レンズ
４５０…放射器
４５１…アンテナ素子
４５２…スライド機構部
４５３…ＰＯＬ調整部
４５４…ＥＬ軸調整用ピン
４５５…ＰＯＬ伝達フレキシブルケーブル
４６０…レドーム
４６１…ガイドレール
４６２…ＥＬ軸回転ロック機構

Claims

同心の球面に誘電体が積層されて構成されこれを通過する略平行な電波を一点に集束する球体レンズを二分してなる単一の半球レンズと、
この単一の半球レンズが断面側で載置され、天空側からの入射電波を反射する電波反射板と、
前記半球レンズの任意の電波集束点位置に配置され、直線偏波の電波ビームを形成するアンテナ素子を備える放射器と、
前記半球レンズのアジマス軸周りに前記放射器の位置を調整して前記電波ビームの方位角を制御する方位角調整手段と、
前記半球レンズのエレベーション軸周りに前記放射器の位置を調整して前記電波ビームの仰角を制御する仰角調整手段と、
前記放射器の偏波軸を調整する偏波軸調整手段とを具備し、
前記電波反射板は、電波ビームの反射効率を高めるために、前記単一の半球レンズの二分断面より外側へ広がりを有するように形成されることを特徴とするレンズアンテナ装置。
同心の球面に誘電体が積層されて構成されこれを通過する略平行な電波を一点に集束する球体レンズを二分してなる単一の半球レンズと、
この単一の半球レンズが断面側で載置され、天空側からの入射電波を反射する電波反射板と、
前記半球レンズの任意の電波集束点位置に配置され、それぞれ直線偏波の電波ビームを形成するアンテナ素子を備える複数個の放射器と、
前記半球レンズのアジマス軸周りに前記複数個の放射器の位置を調整して前記電波ビームの方位角を制御する方位角調整手段と、
前記半球レンズのエレベーション軸周りに前記複数個の放射器の位置を調整して前記電波ビームの仰角を制御する仰角調整手段と、
前記複数の放射器それぞれの偏波軸を調整する偏波軸調整手段とを具備し、
前記電波反射板は、電波ビームの反射効率を高めるために、前記単一の半球レンズの二分断面より外側へ広がりを有するように形成されることを特徴とするレンズアンテナ装置。
前記複数個の放射器は、それぞれ同一静止軌道上の複数の静止衛星と１対１で対応し、通信相手先となる静止衛星の方位及び仰角に合わせて配置されることを特徴とする請求項２記載のレンズアンテナ装置。
さらに、前記半球レンズを覆うレドームを備えることを特徴とする請求項１または２記載のレンズアンテナ装置。