JPH02295301A - 関節装置、通信衛星及び通信衛星のアンテナの指向方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は特に衛星の指向性アンテナの指向に有用な関節
装置（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ　ｄｅｖｉｃｅ）に関す
る。

本発明はまたこの種の関節装置を備えた通信衛星、特に
データ中継衛星に関する。

本発明はまたこの種の関節装置を使用するアンテナ指向
方法に関する。

（従来の技術） 一般の通信衛星及び特にデータ中継衛星は一般に指向性
であり、姿勢及び軌道修正操縦中衛星の運動から分離さ
れねばならないパラボラアンテナを有している．データ
中継衛星の場合、アンテナを地球上又は地球の周りの低
い軌道中で動いている標的に向けさす必要がある．これ
らの分離及び指向性機能は慣例的に自由度２を持つ機構
、以下アンテナ指向機構と呼ぶ機構によって実現されて
いる。

衛星上に設置された送信アンテナの電波の指向法には２
つの公知の方法がある。アンテナは本来少なくとも１つ
のフィード（ｆｅｅｄｌ、１つの反射体及びこれらの部
材の支持構造物からなるから、第１の方法はアンテナ全
体、すなわち、フィード、反射体及び支持構造物を指向
させることである。

第２の方法は反射体によって反射されるフィードからの
放射を指向させるよう反射体のみを動かすことである。

第１の解決法は移動させるのに質量が大きく，容積が太
き《、慣性が大きいという欠点を有しており、またアン
テナ指向機構を通じて誘導される高周波信号を必要とし
、実施するのに複雑になりかねない機構となる。第２の
解決法はより簡単でありよりしばしば用いられるが、フ
ィードと反射体の相対的な位置が変るためにアンテナの
放射パターンのゆがみを招く。フイードはアンテナ反射
体の焦点に留まらない。

（発明が解決しようとする課題） したがって、本発明の目的はこれらの問題を解決し、関
節装置タイプであり、アンテナの幾何学的部分を変える
ことな《、関節装置から離れた仮想の回転中心の周りに
少なくとも２種の回転が可能であるようにされている、
特番こ衛星アンテナを指向（ポイント）するのに適用さ
れる新しい指向機構を提案することにある。

本発明のもう１つの目的は放物面の軸の周りでの回転を
除いてその焦点の周りで少なくとも２種の別々の回転を
するようにされた少なくとも１つのパラボラアンテナ反
射体を有する通信衛星を提案することである。

本発明のさらにもう１つの目的は少なくとも１つのアン
テナ反射体を有する通信衛星に対し、該アンテナ反射体
が偏向したときアンテナの偏向方向をコントロールでき
るアンテナ指向方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） これらの課題は本発明によって達成された。すなわち、
本発明は、１つの局面において、アームによってペアに
なるよう連結され、その回転軸が遠隔の仮想回転中心と
交差する少なくとも３つの回転関節部分を有してなる関
節装置からなっている。

本発明のもう１つの特徴によれば、第１と第２関節の軸
間の角度及び第２と第３関節の軸間の角度は同じである
。

本発明のその他のかつ有利な特徴によれば、前記アーム
はそのセンターで曲っており、３６０°軸回転できるよ
うにそれぞれの端部で回転自在に取り付けられている。

本発明は、もう１つの局面において、少なくとも１つの
パラボラアンテナを有し、上記に定義した関節装置を設
置し，該関節装置が前記反射体を支持している通信衛星
、特に、データ中継用などの衛星からなるものである． 本発明の有利な特徴によれば、関節装置はさらに、 一第１関節の軸の周りに回転自在であり、第１アームに
締設された第１プーリ−ホィール、一第２関節の軸の周
りに回転自在であり、互いに締設された第２及び第３プ
ーリー、及びー第３関節の軸の周りに回転自在であり、
装置の末端部分に締設された第４プーリーホイールを有
してなり、プーリーホイールが２本の交差しないケーブ
ルによって連結され、整合されているものである。

本発明は、さらにもう１つの局面において、上記に定義
した関節装置でかつ、 一最初の２つの関節が所定の方向への指向を招来するよ
うそれぞれの回転角度を有し、そして一第３の関節が第
１の関節の回転角度と反対方向の同じ角度に位置付けさ
れている 関節装置を設置した通信衛星に対するアンテナ指向方法
を含むものである。

発明のその他の特徴及び利点はつぎの説明及び限定する
ものではない実施例としてのみ示す添付の図面によって
明らかになるであろう。

（実施例） 第２図は高周波フィード２０、フイード支持構造３０、
パラボラ反射体２、アンテナ指向機横４及び反射体支持
構造３からなるアンテナを設置した従来の通信衛星を示
す。第２図に見られるように、アンテナ指向機構４によ
って反射体２に伝えられる運動は単純な枢軸運動である
。アンテナ反射体の様々の位置は破線図で示してある。

アンテナの指向はフィード２０によって放射される無線
波をフイードに相対した反射体２の傾きによってある与
えられた方向にそらせることからなっている。しかしな
がら、第２図に見られるように、フイードは反射体放物
面の焦点にとどまっていないという事実からアンテナの
放射パターンにひずみを招《。

本発明は、次に説明するように、フイード源２０と反射
体２の相対的な位置を、アンテナの幾何学的位置、した
がって放射パターンをそのままに保持するよう、衛星に
姿勢及び軌道修正操縦がなされている間の衛星のどのよ
うな運動にも関係なく維持することを可能にする。

第１図はアンテナ指向機構として使用するのに適切な本
発明による関節装置を示す。関節装置４はアーム９、１
０によりペアになるよう連結され末端部分１１まで伸び
ている３つの関節６、７、８を有してなっている。関節
装置４はその第１の関節６によって反射体支持構造３に
固定されている。末端部分１１はパラボラアンテナ反射
体２を支えている。

３つの関節６、７、８はそれぞれ回転軸６Ａ、７Ａ、８
Ａを有している。関節装置４の仮想の回転中心Ｘは、例
えば、アンテナ反射体２の放物面の焦点に決められる．
３つの軸６Ａ、？Ａ，８Ａは、好まし《は、反射体２の
少なくとも２つの回転がその焦点に対し相対的に異った
面で行うことができるようアンテナ反射体２から離れた
仮想の回転中心Ｘで交差する。

アーム４の第１の末端は関節６の軸６Ａの周りで枢軸運
動する。アームｌＯはアーム９の第２の末端及びアーム
１０の第１の末端で関節７によってアーム９に連接され
ており、軸７Ａの周りで枢軸運動する。末端部１１はア
ーム１０の第２の末端及び末端部ｌ１の第１の末端で関
節８によって第２のアームｌ２に連結されており、軸８
Ａの周りで枢軸運動する。

その単純性、質屋及び全体の寸法に関連する理由により
、この関節装置は反射体に接近して配置されねばならな
い。第１図に見られるように、関節装置の延長位置で３
本の関節６、７、８の回転軸６Ａ，？Ａ，８Ａは同一平
面上にあり、すべて仮想の回転中心を通る。連続した２
つの関節の回転軸は互いに並行ではなくある角度関係に
ある。

各関節の回転角がどのようであろうと、それらの軸は仮
想の回転中心で交差する。したがって、アンテナ反射体
が固定される末端部ｌ１はアンテナ反射体の焦点にある
仮想の回転中心に関して自由度３を有している。

上述したように、最初の２つの関節６、７により衛星ア
ンテナからのラジオ電波を指向するには２つの方法があ
る。第３旦図に示す第１の方法は第１の関節６及び特に
その回転軸６Ａを実質的にアンテナのカバー域を決定す
る平面の中心点に対応する平均指向方向に関し中心よせ
することからなっている。この第１の解決法ではけより
簡潔、軽量で正確な機構が得られるが、その関節部分は
３６０゜回転できるものでなければならない。その中心
点は特異な点であり、速度が限定される。

第３旦図に示す第２の方法は第１の関節６をカバー面積
の外に置くことからなっている。この解決法はより簡単
な機械的原理に導き、カバー域内に特異な点を有しない
が、質量及び全体の寸法の点で劣っている。それにもか
かわらず、この後者の方法はカバー域内の関節の置換速
度が早くなければならない場合に選ばれよう。

本発明による装置の簡単な形態においては、第１及び第
２関節の軸６Ａ、７Ａ間の角度及び第２及び第３関節の
軸７Ａ、８Ａ間の角度は同じあってよい．この場合、も
し各関節が３６０゜回転でき，第１の関節６がカバー域
内の平均指向方向に関し中心よせされると（第３旦図》
、末端部１１はその半角が連続した２つの関節間の角度
の２倍であり、その平均軸が第１の関節６の軸６Ａであ
る円錐内の仮想回転中心を通るすべての方向に指向させ
ることができる。

３６０゜枢軸回転可能な関節の場合，関節は厚みの少な
いものであることが好ましい。第４図は厚みの薄い関節
を有する本発明による関節装置を示す．この設計では、
関節のアーム９、１ｏはその中間部分で曲っており、そ
の末端で枢軸的に互に重なりあってはめこまれており、
３６ｏ゜自由に枢軸回転可能である。このタイプの関節
にはアーム９、１０を回転置換させるための環状電動モ
ーター（図示せず）を設置したＯの形状の斜め接触環状
ペアリング又は４つの接触点を持つ環状ペアリングを使
用することができる。関節装置は折りたたんだ位置で、
第２のアーム１０は第１のアーム９と重なっており、反
射体２は第２のアーム１０と重なっている。アーム９と
ｌＯは関節装置の折りたたんだ位置でその全長にわたり
平行な形状になっている． フィード２０によって放射されるラジオ電波を指向させ
るためには最初の２つの関節６、７のみを使用し、第３
の関節８はアンテナ反射体をフィードからの電波中に保
持しておくことが実際的である。ここでω１が関節６の
回転角度、ω２が関節７の回転角度、ω３が関節８の回
転角度を表わすとすれば、ω１、ω２、ω３は関節装置
が延ばされているとき０に等しい。もし連続した２つの
関節のそれぞれの軸間の角度が等しいならば、この角度
をαで表わし、ラジオ電波の指向角度を第５図に見られ
るようにθとψで表わすとする。角度θとψは本発明に
よる機構がある与えられた方向の電波を指向するのに果
さねばならない衛星ｌに関連したフレーム中の２つのア
ンテナ指向角度である。特に、θはアンテナのＯＹ軸に
関する電波指向角度であり、ψはアンテナのＯＸ軸に関
する電波指向角度であり、この関連のｏｘ，ｏｙ軸は衛
星ｌに対し相対的に決定される。次の近似関係式は作図
角度による投影を無視したこれらの種々の角度間の種々
の幾何学的関係から誘導することができる： θ＝ａ　　（ｃｏｓωｌ＋ｃｏｓ　　（（Ｌｌ１＋（１
３２）ψ＝ａ　　（ｓｉｎωｌ＋ｓｉｎ　　（ωｌ＋ω
２）角度ωｌ及びω２は例えばパラメーター〇及びψを
与えることによってコンピューターで簡単に決定される
。次いで角度ωｌ及びω２は最初の２つの関節６％　７
を位置付けるための電子装置をコントロールするのに用
いられ、その装置にはその特定の方向指向を行うための
ステッパーモーターを設置することができる． 第３の関節８は好ましくは衛星１の位置決めの間にアン
テナ反射体２の主軸の方向をできるかぎり一定に維持す
る．この関節は受動的で、動カ化されず、その回転は関
節整合システムを手段として最初の２つの関節６％７の
回転によって決定され、調整されろ．アンテナ指向機構
の場合、種々の関節６、７、８は次のようにして位置ぎ
めされる： 一最初の２つの関節６、７は例えば与えられた方向へ指
向させるためコンピューターによって決定されるそれぞ
れの回転角度　ｌ、　２によって位置付けされ、そして −第３の関節８は第１の関節６の回転角度ωｌと等しく
かつ反対方向の角度ω３によって位置付けされる。

この関節整合システムは、第６図に見られるよウニ、軸
６Ａ、７Ａ，８Ａが平行に示される本発明による関節装
置に、第１の回転軸６Ａの周りに回転自在であり第１の
アーム９に締接された第１のプーリーホイール２１、第
２の回転軸７Ａの周りに回転自在でありダブルプーリー
ホイールとなるよう互いに締接された第２及び第３のプ
ーリーホイール２４、及び第３の回転軸８Ａの周りに回
転自在であり末端部１１に締接された第４のプーリーホ
イール２７を取り付ける簡単な方式により得ることがで
きる。これらのプーリーホイールは２本の交差しないケ
ーブルによってペアになるよう、つまり、プーリーホイ
ール２１は第１のベルト２２によりダブルプーリーホイ
ール２４に、ダブルプーリーホイール２４は第２のベル
ト２５によりプーリーホイール２７にそれぞれ連結され
整合されている。もし、軸６Ａ、７Ａ、８Ａが機構指向
範囲に応じる角度、例えば全指向範囲１０゛を有する機
構で５゜であり、軸間の角度が同じであるならば、ベル
ト２２、２５は同一平面上にない。この問題を克服する
ため、２つのペアの第２プーリーホイール２３、２６が
使用されるが、おのおのの第２プーリーホイールはペア
のベルト２２、２５により形成される走路に対応するベ
ルト走路上に、それぞれのベルト走路に関与することに
よってベルトの同一平面形態を是正するような方式で、
好ましくはベルト長さの実質的中央に位置していろ。

最初の２つの関節６、７の回転と整合されている第３の
関節８の回転は反射体２が偏っている時にアンテナの偏
りを調整し、反射体２をフィード２０からの極大エネル
ギーを遮り、「範囲外」方向指向をするような方式で配
置する。これらの複雑な整合法の場合、コンビエーター
に連結した電子的な制御及び整合電気回路が必要である
。

もちろん、プーリーホイールとベルトの代りにその他の
結合様構、例えば、テーバーつきギアーとねじれアーム
を用いることができる．本発明による関節装置は特に５
゜から２０゜の間の角度のラジオ電波の権向及び／又は
スパイラルサーチ方式に有用である． パラボラ反射体データ中継衛星の場合、機械的な結合シ
ステムよりも３つの同等で独立の駆動単位系を用いるの
が好ましい。そのような駆動単位系によって関節装置の
正確な結合、より良いモジュラー性及び進歩的な展開が
得られる。

発明は上記に説明し具体化した例に限定されるものでは
な《、かつ発明のその他の形態を発明の範囲から逸脱す
ることなく想定することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による関節装置の模式図である． 第２図はパラボラ反射体を設置された衛星の模式図であ
る． 第３旦図はアンテナ反射体指向方向に関する本発明によ
る関節装置の第１位置を示す。 第３亘図はアンテナ反射機指向方向に関する関節装置の
第２位置を示す。 第４図は厚みの薄い関節を用いる本発明による関節装置
の模式図である。 第５図は本発明による装置が措向しようとする方向の模
式図である。 第６図はプーリーホイールとベルトを有してなる本発明
による関節装置の模式図である。 符号の説明： ｌ・・・衛星 ２・・・パラボラ反射体 ３・・・支持構造 ４・・・関節装置 ６、７、８・・・関節部分 ９、１０・・・アーム １１・・・末端部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）アームによってペアになるよう連結されたそれぞれ
   の軸の周りで回転自在で、該回転軸が遠隔の仮想回転中
   心と交差する少なくとも３つの回転関節部分を有してな
   る関節装置。 ２）第１と第２関節の軸間の角度及び第２と第３関節の
   軸間の角度が同じである請求項１記載の関節装置。 ３）前記アームがそのセンターで曲っており、３６０°
   軸回転できるようにそれぞれの端部で回転自在に取り付
   けられている請求項１記載の関節装置。 ４）少なくとも１つのパラボラ反射体を有し、アームに
   よってペアになるよう連結されたそれぞれの軸の周りで
   回転自在で、その回転軸が前記反射体のパラボラ焦点で
   交差する少なくとも３つの回転関節部分を有してなる関
   節装置を設置した通信衛星。 ５）関節装置がさらに −第１関節の軸の周りに回転自在であり、第１アームに
   締設された第１プーリ−ホィール、 −第２関節の軸の周りに回転自在であり、互いに締設さ
   れた第２及び第３プーリー、及び −第３関節の軸の周りに回転自在であり、装置の末端部
   分に線膜された第４プーリーホィールを有してなり、プ
   ーリーホィールが２本の交差しないケーブルによって連
   結され、整合されている請求項４記載の衛星。 ６）少なくとも１つのパラボラ反射体を有し、アームに
   よってペアになるよう連結されたそれぞれの軸の周りで
   回転自在で、該回転軸が前記反射体のパラボラ焦点で交
   差する少なくとも３つの関節部分を有してなる関節装置
   を設置した通信衛星のアンテナを −最初の２つの関節を所定の方向への指向を招来するよ
   うそれぞれの回転角度で位置付けし、そして −第３の関節を第１の関節の回転角度と反対方向の同じ
   角度に位置付けする ことにより指向する方法。