JP5293715B2

JP5293715B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP5293715B2
Application number: JP2010221288A
Authority: JP
Inventors: 拓光野村; 靖暁加藤; 昇川口; 賢上田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012080200A

Description

この発明は、主として車両や、船舶、航空機等に搭載され、レーダとして用いたり、通信相手装置との間で通信を行うために用いるアンテナ装置に関するものである。

例えば、特許文献１には従来のアンテナ装置が記載されており、このアンテナ装置は移動体への取付架台に防振支持機構を介して支持されるアンテナ架台上に取り付けられている。このアンテナ装置では、アンテナ架台上にアジマス駆動モータを設けてクロスエレベーションアームを方位軸まわりに回動し、クロスエレベーションアーム上にはクロスエレベーション駆動モータ及びエレベーション駆動モータ等の駆動機構が適宜設けられ、アンテナリフレクタを各軸まわりに回動可能に支持する構成としているものである。また、上記のアジマス駆動モータ、クロスエレベーション駆動モータ及びエレベーション駆動モータは、アンテナ架台上に設けたアンテナ駆動制御部により駆動制御されているものである。この従来のアンテナ装置では、取付架台とアンテナ架台との間に設けた防振支持機構によって、移動体側からの振動（例えばエンジン振動など）を減衰してアンテナ駆動機構への振動伝達を小さくすることにより、アンテナ駆動機構の小型軽量化が図られるというものである。

特開２００８−２２８０４５号公報

特許文献１に記載された従来のアンテナ装置によれば、アジマス駆動モータによって、アンテナリフレクタを含むアンテナ駆動機構が、アジマス軸まわりに回動するものであり、このアジマス駆動により回動する可動側部品がアンテナ架台上に設けたアンテナ駆動制御部に機械的に干渉しないように可動側部品の位置を高い位置にもってくる必要がある。また、アンテナリフレクタ自体の仰角方向の駆動範囲においてアンテナ架台上のアンテナ駆動制御部と干渉しないように、アンテナリフレクタの位置を十分に高い位置にもってくる必要がある。このように従来の移動体に搭載されるアンテナ装置においては、取付架台とアンテナ架台からの高さが高くなる傾向があり、移動体から突起した部分が大きいほど、風力の影響を受けやすく移動体の空力性能にも影響を及ぼすという問題点があった。また、アンテナ装置によるデータ伝送速度を高めるために、より開口径の大きなアンテナリフレクタが必要となり、アンテナ装置の高さが高くなって上記のような問題がより顕著になるものであった。さらに、特許文献１に記載の防振支持機構はアンテナ架台の下に取り付けられて防振機能を発揮するが、この防振機構の高さの分だけアンテナ装置の高さが高くなるという問題点や、防振機構でのばね変形に起因してアンテナリフレクタが回転変位（いわゆる首振り）する可能性があり、この回転変位によって指向方向に誤差を与えてしまうという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、アンテナ装置全体の高さをより低く抑えることができ、また保守性を向上し、さらには防振性能の良好なアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、固定側に対してアジマス軸まわりに回動可能に支持された可動側架台と、この可動側架台に設けられ、アンテナリフレクタをエレベーション軸まわりに回動可能に支持する支持アーム部と、上記支持アーム部に設けられ、上記アンテナリフレクタをエレベーション軸まわりに回動させるエレベーション駆動モータと、上記アンテナリフレクタの背面側であって上記可動側架台上に設けられ、上記エレベーション駆動モータを駆動する駆動信号を生成するモータ駆動回路と、上記可動側架台に取り付けられ、上記アンテナリフレクタの背面側に保守用のアクセス扉を有し、上記可動側架台及び上記アンテナリフレクタとともに、アジマス軸まわりに回動可能なレドームとを備えたものである。

この発明によれば、固定側架台に対してアジマス軸まわりに回動可能に支持された可動側架台上に、エレベーション軸まわりに回動可能に支持されるアンテナリフレクタ、アンテナリフレクタの背面側に配置するモータ、及びアンテナリフレクタの背面側に保守用のアクセス扉を有し、可動側架台及びアンテナリフレクタとともに、アジマス軸まわりに回動可能なレドームを設けることによって、アンテナ高さを低く抑え、またアンテナ装置の保守性を高めることができる。

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の外観図である。レドームを取り外した状態でのアンテナ装置の外観図である。アンテナ装置の電波放射の領域について説明する模式図である。レドームを取り外した状態でのアンテナ装置の外形図である。図４に図示したＡＡ線から見たアンテナ装置の断面図である。図５に図示したＢＢ線から見たアンテナ装置の断面図である。マウント機構単体の構成を表す外観図である。

実施の形態１

この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置について図１乃至図６を用いて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の外観図であり、図２はレドームを取り外した状態でのアンテナ装置の外観図である。図１において、１は移動体へ取り付けられる固定側架台であり、２はアンテナを覆うレドーム、３はレドームに設けたアクセス扉、４はアンテナ装置の内部を目視するためのレドーム２に設けた窓である。通常、レドーム２は不透明であり、窓４の中央部（ハッチングを施した円形の部分）は透明な板材としている。また、アクセス扉３は、ねじ５を緩めたり、締めつけたりすることにより開閉するようにレドーム２に取り付けられている。図２において、６はアジマス軸まわりに回動可能なように固定側架台１に支持された可動側架台であり、７ａ及び７ｂは可動側架台６に固定した支持アーム部であり、８は支持アーム部７ａ及び７ｂによってエレベーション軸まわりに回動可能に支持されたアンテナリフレクタ、９はアンテナリフレクタ８へ電波を放射する放射器である。図２において、レドーム２は、アンテナ装置本体の上方から被せ、レドーム２側の穴１０と、可動側架台６側のねじ穴１１（可動側架台６の周縁部の円周上に必要個数固定されている。図２上は複数のねじ穴のうち一部を記載した。）とを位置合わせしてねじ止めし、可動側架台６に固定される。

図１及び図２に示すようにレドーム２によってアンテナリフレクタ５等のアンテナ内部機器が覆われることにより、風雨等の外部環境から機器を保護する。アンテナ内部機器がレドーム２によって覆われるため、アンテナ装置が送受信する通信電波や、レーダ送信波及びそのレーダ送信波の反射波は、レドーム２を通過することになる。例えば、通信衛星を介して移動体と固定局との間や、移動体間で衛星通信を行うような場合の移動体搭載用のアンテナ装置では、移動体の向きによって、アンテナ装置が通信衛星を見込むアジマス角がほぼ全周３６０度範囲で変化する。また、アンテナ装置が通信衛星を見込むエレベーション角は、通信衛星が周回衛星である場合には、低仰角から天頂まで変化し、通信衛星が静止衛星である場合にも、アンテナ装置の姿勢角の変動範囲と移動体存在位置（例えば、北海道から沖縄など）の緯度範囲等を考慮したエレベーション角範囲で変化する。したがって、アンテナリフレクタ８を向ける方向が変化する範囲上にあるレドーム２の形状・材質は、電波の透過損失等の電気特性が良く、等方的で均一となるような形状が好ましく、一般的にレドーム２の形状は、図１及び図２に示すように天蓋部分を半球状とし、天蓋部部分から架台までの胴体部分を略円筒状とする場合が多い。

図２において、１２は支持アーム部７ａに設けられ、導波管が接続されたＥＬ導波管ロータリジョイントであり、また、支持アーム部７ｂには、アンテナリフレクタ８をエレベーション軸まわりに回動するエレベーション駆動モータ１３が設けられている（図４参照）。１４は可動側架台６に設けられ、可動側架台６を固定側架台１に対してアジマス軸まわりに回動するアジマス駆動モータ、１５はエレベーション駆動モータ１３及びアジマス駆動モータ１４を駆動する駆動信号を生成するモータ駆動回路である。１６及び１７は送受信するマイクロ波を伝送する導波管であり、導波管１６はアンテナリフレクタ８側からＥＬ導波管ロータリージョイント１２までを接続し、導波管１７はＥＬ導波管ロータリージョイント１２から後述のＡＺ導波管ロータリージョイントまでを接続する。尚、ＥＬはエレベーションを、ＡＺはアジマスを略記したものである。

この発明では、レドーム２が可動側架台６に取り付けられており、可動側架台６やアンテナリフレクタ８とともにレドーム２がアジマス回転する。したがって、アンテナリフレクタ８とレドーム２及び可動側架台６との相対関係は、アジマス回転では変化せず、エレベーション駆動範囲内でのエレベーション回転によって変化するものとなっている。図３はアンテナ装置の電波放射の領域について説明する模式図であり、図３において、１６はレドーム２上に仮想的に描いた電波放射領域の境界線である。この境界線１６を挟んで領域Ａと領域Ｂとに分けたとき、領域Ａは境界線１６よりも上方側及び正面側を含む領域であり、領域Ｂは境界線１６よりも下方側及び背面側を含む領域である。換言すれば、アンテナリフレクタ８のエレベーション角範囲内での駆動によって、アンテナリフレクタ８の正面側及び上方側に電波の透過領域が生じ、レドーム２上ではその電波の透過領域は領域Ａということになる。

図３における領域Ｂでは電波が透過することはないので、レドーム２上に機能的な部品を配置することが可能となる。即ち、領域Ｂには、レドーム２内に収納されているアンテナ装置内部機器のメンテナンスを行うためのアクセス扉３や、内部を目視するための窓４を設けている。

また図２を参照して、この発明ではアンテナリフレクタ８の背面側であって可動側架台６の上にモータ駆動回路１５を設けている。上記のとおり、アンテナリフレクタ８とレドーム２及び可動側架台６との相対関係はアジマス回転では変化しないので、アンテナリフレクタ８の背面側に位置するモータ駆動回路１５がアンテナリフレクタ８のアジマス及びエレベーション駆動によって機械的に干渉することがない。これは換言すれば、アンテナリフレクタ８の位置をより可動側架台６に近づけることができることを意味しており、ひいては、レドーム２の高さを低くすることができることを意味する。より具体的には、アンテナリフレクタ８の鏡軸方向（ビーム照射方向）を水平（又は水平側のエレベーション下限角度）にしたときに、アンテナリフレクタ８の下側の縁部分の高さがモータ駆動回路１５の上面の高さよりも低い位置になるように機器配置されることにより、アンテナ全体の高さ（レドームの高さ）を低くすることができる。

アクセス扉３を通じて行うアンテナ装置内部機器のメンテナンスは、例えば、モータ駆動回路１５が故障したときにモータ駆動回路１５を修理・交換したり、駆動系部品の磨耗や潤滑剤切れの状態を確認したり、導波管の外観目視検査などである。また、運用時に窓４によって、アンテナリフレクタ８が所定の方向（例えば静止衛星が位置する方向）を向いているかなどの目視確認が行える。このようなメンテナンスや運用時目視確認がレドーム２を取り外すことなく行える。

図４はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置のレドーム２を取り外した状態での外形図であり、図４（ａ）は側面図、図４（ｂ）は背面図である。図４（ｂ）において、１８はアンテナリフレクタ８のＰＯＬ軸回転に対応してマイクロ波を伝送するためのＰＯＬ導波管ロータリージョイントである。尚、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナリフレクタ８は、偏波角調整のために放射器９を含めアンテナリフレクタ８をその鏡軸まわりに回転させるＰＯＬ回転駆動機構（図示しない）を有しているものとしている。但し、発明の実施の形態によっては、このようなＰＯＬ回転駆動機構は不要であるとすることもできる。また、図４（ａ）に図示する導波管１７は、支持アーム部１７の上部から下向きに伸び、支持アーム部１７の中央乃至下部においてアンテナのアジマス軸中心に向かって屈曲し、図４（ｂ）に図示のように現れる。

図５は図４（ａ）に図示したＡＡ線から見たアンテナ装置の断面図である。図５において、１９は固定側架台１上に設けた防振器（例えば、ワイヤーロープ式の防振器などを用いる）であり、例えば、４個の防振器１９をアジマス軸を中心とする１つの円周上に等間隔に配置するようにする。この防振器１９に円環状のベースプレート２０をフランジ部材を介して連結する。ベースプレート２０は、防振器１９を介して固定側架台１に取り付けられることになるので、防振器１９の弾性変形によって固定側架台１に対して相対的に変位する。２１はベースプレート２０上に設けたベアリングであり、このベアリング２１を介して可動側架台６をアジマス回転可能に支持する。２２はＡＺ導波管ロータリージョイントであり、２３は信号及び電源供給のためのスリップリングである。ＡＺ導波管ロータリージョイント２２及びスリップリング２３の可動側は可動側架台６に取り付けられ、固定側はベースプレート２０に取り付けられる。導波管１７はＡＺ導波管ロータリージョイント２２に接続され、外部接続の最終段の導波路がＡＺ軸上を通ることになる。

さらに図５において、２４はアジマス駆動モータの出力軸上に設けた駆動プーリであり、２５は張りプーリ、２６はベルト、２７はベースプレート２０に設けた受動プーリである。ベルト及び各プーリはギア付のものとすることができる。図６は図５に図示したＢＢ線から見たアンテナ装置の断面図である。図６において、２８は案内プーリである。アンテナ装置のアジマス駆動機構は、駆動プーリ２４、案内プーリ２８、張りプーリ２５、及び受動プーリ２７にベルト２６をかけるベルト駆動機構により構成されている。

図５に戻り、２９は固定側架台１に設けた薄板リング形状のリング部材であり、３０は可動側架台６の外縁部分に取り付けられたＬ字状の断面を有するリング部材である。リング部材２９とリング部材３０とは、装置内部空間（各プーリやＡＺ導波管ロータリージョイント２２やスリップリング２３が配置された空間）と外部環境とを狭い通路によって隔てることにより、防じん及び防水の効果を有している。

３１はベースプレート２０と固定側架台１とに連結されるマウント機構であり、このマウント機構３１は、固定側架台１に対するベースプレート２０の動きを３軸方向の並進変位に拘束するものである。このマウント機構３１と防振器１９とは、ベースプレート２０と固定側架台１との間に並列に配置された機械要素ということになる。上記のとおり、ベースプレート２０が防振器１９を介して固定側架台１に取り付けられるために、可動側架台６上のアンテナ装置が、固定側から伝わる外力やアンテナ装置自体に働く慣性力によって、固定側架台１に対して相対的に変位することが許容される構造となっている。この構造は、高い周波数の振動をカットオフしたり、防振器１９のダンピング性能により制振する機能を有している。しかし、例えばアンテナ装置を搭載する移動体が急に大きく旋回したような場合に、アンテナ装置自体の慣性によって大きく揺り動き、アンテナ装置が回転変位（いわゆる首振り）する可能性があるが、この回転変位を抑制するためにマウント機構２９を設けている。

図７はマウント機構３１単体の構成を表す外観図である。図７において、３２は固定側架台１に固定するＸ軸レール、３３はＸ軸レール上をＸ軸並進移動可能なＸ軸ブロック、３４はＸ軸ブロック３３に固定するＹ軸ブロック、３５はＹ軸レールである。Ｘ軸レール３２とＸ軸ブロック３３との組み合わせでＸ軸リニアガイドを、Ｙ軸レール３５とＹ軸ブロック３４との組み合わせでＹ軸リニアガイドを構成している。Ｙ軸レール３５は四角形形状のフレーム３６に固定されており、フレーム３６の４隅にはＺ軸方向の並進変位を許容するスライドブッシュ３７を設けている。なお、スライドブッシュ３７中央のＺ軸方向の円筒形の穴には、Ｚ方向にロッドが挿入され、このロッドの上端部がベースプレート２０側に固定される。このロッドとスライドブッシュ３７中央のＺ軸方向の円筒形の穴との間には、小径のボールが配置されて摩擦を減らし、ロッドの上下動に合わせてスライドブッシュ３７内をボールが循環するメカニズムを有している。フレーム３６がＸ軸及びＹ軸リニアガイドによって固定側架台１に対しＸＹ方向の並進変位に拘束されるＸＹステージとなっており、このフレーム３６（ＸＹステージ）上に設けたスライドブッシュ３７によってＺ軸並進変位が許容されるので、総合すると、マウント機構３１は、固定側架台１に対するベースプレート２０の動きを３軸方向の並進変位に拘束するものとなる。これによって、アンテナ装置の回転変位（首振り）が抑制されて防振性能が向上し、アンテナ指向性に影響する誤差を抑制する効果がある。

なお、この実施の形態ではマウント機構３１をリニアガイドとスライドブッシュにより構成したが、このほかにも、リニアガイドだけで構成したり、板ばねを一部に使用したりするなど、種々の方法によって３軸方向の並進変位に拘束するマウント機構を構成することができる。

また、図５に示すように防振器１９やマウント機構３１がＡＺ導波管ロータリージョイント２２やスリップリング２３の側方であってほぼ高さが同じ位置に配置されることにより、アンテナ装置の高さを低くすることができる。

１固定側架台
２レドーム
３アクセス扉
４窓
６可動側架台
７ａ、７ｂ支持アーム部
８アンテナリフレクタ
１２ＥＬ導波管ロータリージョイント
１３エレベーション駆動モータ
１４アジマス駆動モータ
１５モータ駆動回路
１９防振器
２０ベースプレート
２２ＡＺＥＬ導波管ロータリージョイント
２３スリップリング
３１マウント機構
３２Ｘ軸レール
３３Ｘ軸ブロック
３４Ｙ軸ブロック
３５Ｙ軸レール
３７スライドブッシュ

Claims

固定側に対してアジマス軸まわりに回動可能に支持された可動側架台と、この可動側架台に設けられ、アンテナリフレクタをエレベーション軸まわりに回動可能に支持する支持アーム部と、上記支持アーム部に設けられ、上記アンテナリフレクタをエレベーション軸まわりに回動させるエレベーション駆動モータと、上記アンテナリフレクタの背面側であって上記可動側架台上に設けられ、上記エレベーション駆動モータを駆動する駆動信号を生成するモータ駆動回路と、上記可動側架台に取り付けられ、上記アンテナリフレクタの背面側に保守用のアクセス扉を有し、上記可動側架台及び上記アンテナリフレクタとともに、アジマス軸まわりに回動可能なレドームとを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
固定側に対してアジマス軸まわりに回動可能に支持された可動側架台と、この可動側架台に設けられ、アンテナリフレクタをエレベーション軸まわりに回動可能に支持する支持アーム部と、上記支持アーム部に設けられ、上記アンテナリフレクタをエレベーション軸まわりに回動させるエレベーション駆動モータと、上記アンテナリフレクタの背面側であって上記可動側架台上に設けられ、上記エレベーション駆動モータを駆動する駆動信号を生成するモータ駆動回路と、上記可動側架台に取り付けられ、上記アンテナリフレクタの背面側に保守用のアクセス扉を有し、上記可動側架台及び上記アンテナリフレクタとともに、アジマス軸まわりに回動可能なレドームとを備え、
上記アンテナリフレクタと上記モータ駆動回路とが、上記アンテナリフレクタの鏡軸方向を水平又は水平側のエレベーション下限角度にしたときの上記アンテナリフレクタの下側の縁部分の高さが、上記モータ駆動回路の上面の高さよりに低い位置に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、さらに、上記可動側架台に設けられ、上記可動側架台をアジマス軸まわりに回動させるアジマス駆動モータを具備し、上記モータ駆動回路は、上記アジマス駆動モータ及び上記エレベーション駆動モータを駆動する駆動信号を生成することを特徴とするアンテナ装置。
上記モータ駆動回路は、上記アンテナリフレクタを所定の低エレベーション角度から略天頂方向角度までのエレベーション角度範囲内で駆動することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。