JPH03222503A - アンテナビーム角度制御装置 - 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２列車などの走行車両、船舶もしくは水
上浮遊物上、または航空機に取付けられ人工衛星などと
の通信を行うアンテナビームの角度制御装置に関する。

従来の技術 近年人工衛星を用いた通信の実用化が拡大しつつあシ、
その中継用や受信用としてアンテナを装備し、送信およ
び受信機能を有する移動局や無人局などが活用されてい
る。そのアンテナとして、アレイ状に配置されたアンテ
ナ素子を位相移転器での位相変化でアンテナビームの角
度を電気的に変化できるアレイアンテナが実用化され、
その構造が小型であることからも使用範囲が拡大してい
る。とくに前述の移動局や無人局などにはその特徴を生
かし車両などに塔載されている。

第７図に示すように、アレイ状に配置されたアンテナ素
子で構成されたアレイアンテナ２１により受信した信号
は位相移転器２２に入る。一方位相移転器２２はビーム
コントロール回路２３の制御によりアンテナ素子を制御
すべき位相にて駆動する。位相移転器２２に入った受信
信号は電力分配器２４を介してデュプレクサ２５に入り
、送信機２６と受信機２７に分配される。

つぎに、これらの各構成要素の互いの関連動作を説明す
る。

人工衛星から送られてきた信号はアレイアンテナ２１が
塔載された移動局で受信されるが、移動局が自動車など
で移動している場合や方向を変えたりしている場合に、
アンテナ素子により構成されたアレイアンテナ２１によ
るアンテナビームが人工衛星の方向からずれてしまうと
通信ができなくなってしまう。このときプレイアンテナ
２１の受信電界強度が最大となるようにアンテナビーム
の角度を制御する。アレイアンテナ２１で受信した信号
は位相移転器２２と電力分配器２４を介してデュプレク
サ２６に入り、送信機２６と受信機２アに分配されるが
、受信機２７で受信された信号がビームコントロール回
路２３に入力され、この入力が最大となるようにビーム
コントロール回路２３から各位相移転器２２を制御して
いる。このように位相移転器２２により各アンテナ素子
の位相を変えアンテナビームを変えて常に最大の電界強
度の得られる方向を捜しながら通信を行っている。

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のような早い動
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
れが生じたりしたときは、ビーム走査による制御すなわ
ちアンテナビーム角度を変えて最大電界強度を探す方法
では充分な追従ができなかった。そのため、陸上用移動
局の場合は必ず車両を停止させた状態で通信を行ってい
た。

本発明は上記課題に留意し、早い動きにも追従できるア
ンテナビーム角度制御装置を提供しようとするものであ
る。

課題を解決するだめの手段 本発明は上記目的を達成するために、アレイ状に配置さ
れかつ駆動位相を変えることによりアンテナビームが電
気的に変化できるアンテナ素子から構成されるアレイア
ンテナと、このアレイアンテナが取りつけられている構
体に取りつけられた角速度センサと、アンテナ素子の駆
動位相を変える位相移転器と、この位相移転器で制御す
べき位相を制御するビームコントロール回路と、角速度
センサの出力をビームコントロール回路の入力に適した
処理を行う信号処理回路とを具備し、アレイアンテナの
受信電界強度が最大となるようにアレイアンテナで受信
した信号によりビームコントロール回路で位相移転器を
制御す名とともに、角速度センサからの出力信号すなわ
ち信号処理回路の出力により、アレイアンテナの取りつ
けられている構体の傾きや回転などの動きの補正をビー
ムコントロール回路により位相移転器を制御し、アンテ
ナビームの角度を変えるアンテナビーム角度制御装置と
したものである。

作用 上記構成の本発明のアンテナビーム角度制御装置は、ア
ンテナを取付けた車両、船舶、航空機などの進行方向の
変化、左右への傾き、もしくは前後への傾きなどが生じ
たとき、その変化量を角速度センサがリアルタイムで検
出し、検出した信号を信号処理回路で処理し、ビームコ
ントロール回路に入力する。ビームコントロール回路で
は角速度センサが検出したアンテナが取りつけられてい
る構体の動き、すなわち上記車両などの搬送手段の動き
を補正し、アンテナの向きが変化しないよう制御する。

すなわち位相移転器によりアンテナ素子の、駆動位相を
変え、アンテナビーム角度を変えて等制約にアンテナの
向きが変化しないように補正する。これにより各種搬送
手段の急激な動きに対しても確実に追従してアンテナビ
ームの方向を一定にすることができる。

実施例 以下本発明によるアンテナビーム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。

角速度センサは第４図に示すような構造であり、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１、駆動素子１０
１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１
０６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１
０７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の振動ユニット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１０１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ナが角速
度に比例した出力を発生させるメカニズムを第５図およ
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で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（ここでｍは検知素子１０３先端の
等酒質量である）。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で振動して
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６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は音叉撮動によって生じる
運動であり、音叉振動が υ＝ａ−Ｓユｎω　ｔ ａ、音叉振動の振幅 ω。：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Ｆｏ＝ａ　　ω　ｓｉｎωｏｔ となり、角速度ωおよび音叉振幅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は ＱＸａ　ω　Ｓｌｎω。ｔ となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば、 Ｑ＝−ω　ｓｉｎωｏｔ となり侠気素子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
ω。ｔ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。

第１図は上記角速度センサ８を使用した本発明の一実施
例であり、アレイ状に配置され、駆動位相によりアンテ
ナビームの角度を電気的に変化できるアンテナ素子から
なるアレイアンテナ１と、そのアンテナ素子を駆動する
位相移転器２と、その位相移転器２に電力を分配する電
力分配器３と、電力分配器３に接続され送信機６と受信
機６に信号分配するデュプレクサ４と、位相移転器２の
位相を制御するビームコントロール回路７と、アレイア
ンテナ１が取りつけられている構体に取りつけられた角
速度センサ８と、この角速度センサ８の駆動とその出力
信号を処理する駆動および信号処理回路９から構成され
ている。

つぎに、これらの各構成要素の互いの関連動作を説明す
る。

角速度センサ８は本実施例では３個使用しているが、使
用条件により１個もしくは２個で使用される場合もある
。第３図は角速度センサ８を使用した本実施例の原理を
説明する図であシ、人工衛星１０が無限遠点とみなせる
遠くにあシ静止しているとすると、３つの角速度センサ
８はアレイアンテナ１が取りつけられた構体、すなわち
車両などの角度がｘ、ｙ、ｚの各軸まわりの角度として
どれだけ変位したかを出力する。たとえば２軸方向に取
付けられた第１の角速度センサ８は人工衛星１０の方向
のベクトルを”　＋　Ｙ平面上に投影したベクトルのＸ
軸に対する角度ψの変化を検出し、またＸ軸方向に取付
けられた第２の角速度センサ８は、ｙ、ｚ平面上に投影
したベクトルのｙ軸に対する角度θの変化を検出し、さ
らにｙ軸上に取付けられた第３の角速度センサ８はＸ、
Ｚ平面上に投影したベクトルのＸ軸に対する角度γの変
化を検出することができる。角速度センサ８の出力は角
速度に比例した電圧として得られるので、これより角度
ψ、θ、γを得るにはこの電圧を時間に対し積分する必
要がある。

しかしながら、本発明で使用している方式の角速度セン
サは、現状では一般的に出力電圧のドリフトが大きいた
め、積分すると大きな誤差を生じてしまう。このため本
実施例では、従来例に示したビーム走査による人工衛星
の位置探索と併用し、急激な角度変化に対してのみ角速
度センサ８の出力を使用したビーム角制御を行うもので
ある。

すなわち上記のように配置された角速度センサ８は駆動
および信号処理回路９により音叉構造の音叉振動の駆動
を受けるとともに、その出力信号を処理し、ビームコン
トロール回路７の入力に適合した信号に変換される。こ
の角速度センサ８の出力信号により、ビームコントロー
ル回路７はアレイアンテナ１が取シつけられている構体
の急激な変化でアレイアンテナ１の向きが変った成分の
補正を位相移転器２を制御し、アレイアンテナ１のアン
テナ素子の各々の駆動位相を変えてアンテナビーム角度
を変化させ１等価的にアレイアンテナ１の向きが変化し
ないようにしている。一方従来の受信機６からの受信電
界強度に比例した出力により、受信電界強度が常に最大
になるようにビームコントロール回路下により位相移転
器２を制御する制御系も同時に装備されている。

したがって第１図のビームコントロール回路７は位相移
転器２の位相を可変することによりアレイアンテナ１の
ビーム方向を走査し人工衛星からの電波の電界強度が最
も大きな方向、すなわち受信機６の受信レベルが最大に
なる方向を求めるとともに角速度センサ８からの出力電
圧を入力し、車両などの方向や角度がどのように変化し
ても常にビームの方向は一定になるような制御を行う。

また、第２図は位相移転回路２によってビーム方向を変
えられるアレイアンテナ１の一例であり、この図のプレ
イアンテナ１には１６のアンテナ素子が使用されている
。なお、本実施例では、角速度センサ８のドリフトのた
め、従来の方式との併用としたが、その併用度合は、角
速度センサの性能により、実用上大きく変わることは言
うまでもない。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明によれば、車両な
どが急激に方向転換したり、前後、左右の角度が急激に
変化しても車両などに塔載しているアンテナのビーム方
向は常に一定方向に保つことができる。

【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ビーム制御装置の
ブロック図、第２図は同実施例のアレイアンテナの一例
を示す斜視図、第３図は同実施例の動作を説明する説明
図、第４図は同実施例に使用した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図は同角速度センサ
の動作説明図、第７図は従来例のアンテナビーム制御装
置のブロック図である。 １・・パ°アレイアンテナ、２・旧・・位相移転器、６
・・・°°゛受信機、了°゛°゛°ビームコントロール
回路、８・・・・・・角速度センサ、９・・・・・・駆
動および信号処理回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイ状に配置されかつ駆動位相によりアンテナ
   ビームの角度が電気的に変化できるアンテナ素子からな
   るアレイアンテナと、前記アンテナ素子に接続された複
   数の位相移転器と、前記アレイアンテナが取付けられて
   いる構体に取りつけられた角速度センサと、前記位相移
   転器の位相を制御するビームコントロール回路と、前記
   角速度センサの信号を処理し前記ビームコントロール回
   路に入力する信号処理回路とを具備し、前記ビームコン
   トロール回路には、前記アレイアンテナによる受信電界
   強度が最大になるようアンテナビームを制御する手段と
   、前記角速度センサの出力信号により前記構体の変化を
   アンテナビーム角度を制御し補正する手段とを有するア
   ンテナビーム角度制御装置。
2. （２）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の接合部材とを具備したものである請求項１記
   載のアンテナビーム角度制御装置。