JPH03222502A - アンテナ角度制御装置 - 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 本発明は自動車１列車などの走行車輌、船舶もしくは水
上浮遊物上に取付けられ、人工衛星などとの通信を行な
うアンテナの角度制御装置に関する。

従来の技術 近年人工衛星を利用した通信が各分野で実用化され、そ
の利用範囲は拡大の一途にあり、その受送信に使われる
アンテナの設置場所も多方面にわたっている。とくに移
動車輌にアンテナを搭載する用途が増加し、そのアンテ
ナを常に人工衛星に向けるためのアンテナの方向制御に
いろいろの工夫がなされている。

従来のアンテナ制御装置の一例を第７図に示す。

パラボラ状の主反射焼２１と副反射鏡２２と屋外無線装
置２３からなるアンテナを、サーボモータ２６．２７で
角度制御できるようになっている。

屋外無線装置２３で受けた信号をデュプレクサ２８で分
配し、受信機３ｏで受け、その受信機３ｏで受けた宕号
をアンテナコントロール回路２４に送り、その出力でサ
ーボモータドライバ２５を制御し、そのサーボモータド
ライバ２６でサーボモータ２６．２７を駆動する。これ
でアンテナの向きを左右、上下方向に走査できる。この
走査で受信ｆｆ１３０で受信する受信電界強度が最大と
なるようにコントロールされる。なお送信する場合は送
信機２９より発信し、デュプレクサ２８を介して屋外無
線装置２３より送信される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような方法では自動車など早い動き
で進行方向が変化したり走行道路の路面状態により揺れ
が生じなりしたとき、車輌に取付けたアンテナの方向が
目的とする人工衛星などの向きに電界強度の最大点をサ
ーボモータ２６．２７で走査して探す方法のため追従す
ることができず通信がとだえてしまうことがあった。

本発明は上記課題に留意し、早い動きに対応できる、精
度の高いアンテナ角度制御装置を提供しようとするもの
である。

課ｌを解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、角速度センサをア
ンテナに取付け、そのアンテナを垂直軸に対し回転させ
る第１のモータと、アンテナの垂直軸に対する角度を変
える第２のモータと、角速度センサの出力を入力とし、
角速度センサの出力電圧が常に零になるように前記２つ
のモータをコントロールする制御部であるアンテナコン
トロール回路とによって構成される。

また車輌に取付けられ車体の進行方向の変化や傾き、揺
れを検出する複数の角速度センサと、この角速度センサ
の出力電圧を入力とし車体の位置変化によるアンテナの
向きの変化量を演算しモータラコントロールしアンテナ
の向きの変化量を最少になるように制御する制御部であ
るアンテナコントロール回路とによって構成されるもの
である。

作用 上記構成の本発明のアンテナ角度制御装置は、アンテナ
に角速度センサを取りつけることにより、アンテナの位
置の変動があると、それに応じた出力が角速度センサか
ら得られる。そこで、この角速度センサの出力が零とな
る。すなわち、アンテナの位置変動が等測的になかった
ような位置補正をアンテナを垂直軸に回転させるモータ
と、アンテナの垂直軸に対する角度を変えるモータで制
御する。この制御を制御部であるアンテナコントロール
回路で角速度センサからの出力より演算処理を行い、瞬
時に前記の２つのモータを駆動して角度制御によりアン
テナの向きが一定に保たれる。

この場合、前の状態にもどす作用なので、従来のように
電界強度のある強度以下にはずれるとどこに電界強度の
強いところがあるか探す必要が出て、−時通信がとぎれ
ることになる。

ｔた車輌のサスペンションコントロール用ナトに設置さ
れている車体の進行方向の変化や、傾きや、揺れを検知
する角速度センサの出力をアンテナも車体と同じ動きを
していることに着目し演算処理し、この車輌に搭載され
ているアンテナの向きを一定に保つように、前述の手段
と同様にアンテナに設けられたモータを駆動し、変化量
を最少にするよう制御部であるアンテナコントロール回
路で制御する。

実施例 以下本発明によるアンテナ角度制御装置の一実施例を図
面に基づいて説明する。

まず本実施例に使用した角速度センサである音叉構造振
動型角速度センサについて第４図〜第６図を用いて説明
する。

角速度センナは第３図に示すような構造であシ、主に４
つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニター素子、
第１および第２の検知素子で構成され、駆動素子１０１
と第１の検知素子１０３を第１の接合部材である接合部
１０５で直交接合した第１の振動ユニット１０９と、モ
ニター素子１０２と第２の検知素子１０４を接合部１０
３と同形状の接合部１０６で直交接合した第２の振動ユ
ニット１１０とを第２の接合部材である連結板１０７で
連結し、この連結板１０７を支持棒１０８で一点支持し
た音叉構造となっている。

駆動素子１０１に正弦波電圧信号を与えると、逆圧電効
果により第１の振動ユニット１０９が振動を始め、音叉
振動により第２の撮動ユニット１１０も振動を開始する
。したがってモニター素子１０２の圧電効果によって素
子表面に発生する電荷は駆動素子１ｏ１へ印加している
正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子１０２に
発生する電荷を検出し、これが一定振幅になるように駆
動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコントロール
することにより安定した音叉振動を得ることができる。

なお、モニター素子１０２は、定振幅制御が不要な場合
は、第２の駆動素子として駆動される。このセンサが角
速度に比例した出力を発生させるメカニズムを第５図及
び第６図を用いて説明する。

第５図は第４図に示した角速度センサを上からみたもの
で、速度υて振動している検知素子１０３に角速度ωの
回転が加わると、検知素子１０３には「コリオリの力」
が生じる。この「コリオリの力」は速度υに垂直で大き
さは２ｍυωである（ｍは検知素子の先端の等価質量で
ある）。検知素子１０３は音叉振動をしているので、あ
る時点で検知素子１０３が速度υて振動しているとすれ
ば、検知素子１０４は速度−〇で振動しており「コリオ
リの力」は−２ｍυωである。よって検知素子１０３，
１０４は第５図のように互いに「コリオリの力」が働く
方向に変形し、素子表面には圧電効果によって電荷が生
じる。ここでυは音叉振動によって生じる運動であり、
音叉振動が（７＝　ａ　−Ｓｉｎ　（ＩＪｏｔ ａ：音叉振動の振幅 ωＯ：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は ＦＣ＝ａ−ω奢ＳｌｎωＯ１ となり、角速度ωおよび音叉振部ａに比例しており、検
知素子１０３，１０４を面方向に変形させる力となる。

したがって検知素子１０３　、１０４の表面電荷量Ｑば Ｑｏ＝２Ｌ＊　ｗ　・５ｉｎａ＋□ｔ となり音叉振ｍＬが一定にコントロールされているとす
れば、 Ｑ　ｒｘ　（１）　−Ｓｉｎωｏｔ となり検知素子１０３　、１０４に発生する表面電荷量
Ｑは角速度ωに比例した出力として得られ、この信号を
ωＯ１で同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が
得られる。なお、このセンサに角速度以外の並進運動を
与えても検知素子１０３と検知素子１０４の２つの素子
表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時
、互に打ち消しあって出力は出ないようになっている。

以上圧電バイモルフ素子で説明したが、一般の圧電素子
でも同様の機能を有することは言うまでもない。

つぎに、全体構成について説明すると、第１図の実施例
に示すようにパラボラ状の主反射鏡１と副反射鏡２と屋
外無線装置３からなるアンテナを、サーボモータ６およ
びサーボモータ７でその角度制御ができるよりになって
いる。屋外無線装置３で主反射鏡１と副反射鏡２で集束
した電波を受け。

この信号をデュプレクサ８で分配し、受信機１０で受信
する。受信機１ｏで復調した出力を制御部であるアンテ
ナコントロール回路４に送り、その回路４の出力でサー
ボドライバ５を制御し、このサーボドライバ５でサーボ
モータ６．７を駆動する。このサーボモータ６．７でア
ンテナの向きを左右、上下方向に走査できる。

このサーボモータ６、了をどのように制御するかの信号
として、アンテナの主反射ｄ！１の背面に、主反射鏡１
の垂直軸に対する角度を変える方向、すなわち仰角や俯
角の変化が検知できる角速度センサ１１と、垂直軸を中
心とした回転変化を検知できる角速度センサ１２が設け
られ、その出力を角速度センサ駆動および信号処理回路
１３に送られる。その回路１３の出力を前述のアンテナ
コントロール回路４の入力端子に２個の角速度センサの
各々についての信号が入力される。

つぎに、上記構成要素の互いの関連動作を説明する。こ
のアンテナ装置が移動車輌などに取付けられ、傾きや揺
れのためアンテナの向きが電波源からずれることにより
、電波源からの信号が途切ることがある。このアンテナ
の向きのずれを角速度センサ１１によりアンテナの仰角
または俯角の変化（垂直軸に対する角度変化）を検知し
、また角速度センサ１２によりアンテナの垂直軸を中心
とした回転方向の変化を検知し、その各センサの出力を
角速度センサ駆動および信号処理回路１３に入力され、
アナログ−デジタル変換処理などの信号処理が行われ、
制御部であるアンテナコントロール回路４に入力される
。このアンテナコントロール回路４では、アンテナの位
置や傾き変化などの状況を演算処理で算出し、サーボド
ライバ５を制御し、サーボモータ６．７を駆動し、アン
テナの位置や傾き変化を補正するように制御される。

この補正が確実に行われると等測的にアンテナの位置や
傾きなどの変化がなかったことになり、結果的に変動が
なかったことになるため角速度センサの出力が零である
ことになる。このように、上記制御が高速に行われ、車
輌の傾きや揺れに追随できるリアルタイム処理で常に角
速度センサの出力が零となるように制御される。角速度
センサ駆動および信号処理回路１３は角速度センサに音
叉構造振動型角速度センサを使用しているので、その音
叉駆動など角速度センサの駆動する機能も、あわせ持っ
ている。

なお、本実施例ではアンテナ部に角速度センサを取りつ
けて、その信号を検出する回路系を構成する内容で説明
したが、アンテナを搭載している車輌にすでにそのサヌ
ペンションコントローラ用などのセンサーとして角速度
センサが車体に取りつけられ、車体と搭載したアンテナ
が確実に一体となっている場合は、この車体に取りつけ
られた角速度センサを併用する（たとえば時分割制御な
どの方式）ことにより同様な効果が得られることは明ら
かである。

第２図は第１図の実施例の装置を搭載したバスの例であ
る。第２図上のバスに搭載されたパラボラアンテナは光
分離れた位置にある人工衛星の方向を向いている。バス
が一定速度で凹凸道を通過すると、バスの車体に生ずる
前後方向の角速度は第３図（ａ）のグラフのようになる
。このときバスの車体の角２変は角速度の時間積分で求
められ、第３図（ｂ）のグラフのようになる。第１図中
の角速度センサ１１はアンテナ角度制御を行わない場合
には第３図ｅ）の出力が生じるはずであり、アンテナ角
度制御を行う場合には角速度センサ１１の出力が常に零
になるように、モータ６が回転しアンテナ角度を可変さ
せる。しかしモータ６の制御遅れがあるため角速度セン
サ１１の出力を常に完全に零にしておくような制御は実
現できない場合がある。

この場合には角速度センサ１１の出力を時間で積分すれ
ば、モータ６が追従しきれなかった分の誤差角度が求め
られる。よってこれも合わせて零になるように制御する
。

音叉構造振動型角速度センサの場合、加わる角速度が零
のときの出力電圧（以下零点電圧）が時間の経過や周囲
温度の変化によって変動するため、実際には角速度セン
サの出力による制御のみではアンテナの方向を人工衛星
の方向に固定することはできない。そこで一定時間ごと
にまたはある条件が成立した時点でアンテナの方向を上
下左右に走査し、最大の受信電界強度の得られる点を探
す必要が実使用状態では起ってくる。

なお実施例では２個の角速度センサと２個のサーボモー
タを用いた検出−制御系を示したが、その数はその目的
や性能に応じて決められるのは言うまでもない。

発明の効果 以上の説明より明らか々ように本発明によれば、自動車
１列車などの車輌が走行中であっても、その車輌からパ
ラボラアンテナを使った通信がとだえることもなく、確
実に行うことができる。また。

船舶もしくは海上に浮遊させたブイや筏などが波によっ
て角度が揺れても、アンテナの向きを一定に保ちながら
通信を行なうことができる。

また、車輌にすでに他の目的で角速度センサが設置され
ている場合は、この角速度センサを併用することで同効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のアンテナ角度制御装置の概
略構成図、第２図は同実施例の使用状態を示す概略図、
第３図はその動作を説明するための波形図、第４図は音
叉構造振動型角速度センサの斜視図、第５図および第６
図はその動作説明のための説明図、第７図は従来のアン
テナ角度制御装置の概略構成図である。 １・・・・主反射鏡、２・・・・・副反射鏡、３　・・
・・屋外無１１ｊＰ＃ｔｔ、、４・・・・・アンテナコ
ントロール回路、５・・サーボモータドライバ、６，７
・・・・・サーボモータ、１１．１２・・・角速度セン
サ、１３・・・・・・角速度センサの駆動および信号処
理回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）アンテナに取付けた角速度センサと、前記アンテ
   ナを垂直軸に対し回転させる第１のモータと、前記アン
   テナの垂直軸に対する角度を変える第２のモータと、前
   記角速度センサの出力により前記第１および第２のモー
   タを制御する制御部とを具備し、前記制御部には前記角
   速度センサの出力が常に零であるように第１および第２
   のモータを制御する手段を有するアンテナ角度制御装置
   。
2. （２）車輌など搬送手段に取付けられたアンテナと、前
   記アンテナを垂直軸に対し回転させる第１のモータと、
   前記アンテナの垂直軸に対する角度を変える第２のモー
   タと、前記車輌などに設置され車体の進行方向の変化や
   傾きや揺れなどを検知する角速度センサと、前記角速度
   センサの出力により前記第１および第２のモータを制御
   する制御部とを具備し、前記制御部には前記角速度セン
   サより出力される車輌の進行方向の変化や傾きや揺れに
   相当する信号を演算処理し、前記第１および第２のモー
   タを制御し、前記車輌の動きを補正して、前記アンテナ
   の向きの変化を抑える手段を有するアンテナ角度制御装
   置。
3. （３）角速度センサが、駆動用圧電素子と、検知用圧電
   素子と、前記駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子とを
   振動方向が直交するように積み上げ接合する第１の接合
   部材と、前記接合された素子の一対を音叉構造に接合す
   る第２の接合部材を具備したものである請求項１記載ま
   たは請求項２記載のアンテナ角度制御装置。