JPH06196917A - アンテナ方向調整装置 - Google Patents
アンテナ方向調整装置Info
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- JPH06196917A JPH06196917A JP34698192A JP34698192A JPH06196917A JP H06196917 A JPH06196917 A JP H06196917A JP 34698192 A JP34698192 A JP 34698192A JP 34698192 A JP34698192 A JP 34698192A JP H06196917 A JPH06196917 A JP H06196917A
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- sensor
- angle
- inclination
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Abstract
(57)【要約】
【目的】軽量かつ迅速にアンテナの方向調整ができ、し
かも、ターンテーブルの回転によっても雑音が発生せず
安定して電源および制御信号を供給すること。 【構成】衛星からの電波を送受信するアンテナと、移動
体に固定され前記アンテナが方位角方向に回転自在に載
置された載置手段と、前記アンテナ背面に設けられた傾
斜角検出手段と、前記載置手段に取付けられた方位角検
出手段および角速度検出手段と、前記各手段からの出力
信号に基づいて前記アンテナの方向を制御する制御手段
を備えたアンテナ方向調整装置において、前記傾斜角検
出手段は、誘電体静電センサからなり、さらに、移動体
とアンテナとの信号入出力を行なう赤外線リモートコン
トロール手段を具備する。
かも、ターンテーブルの回転によっても雑音が発生せず
安定して電源および制御信号を供給すること。 【構成】衛星からの電波を送受信するアンテナと、移動
体に固定され前記アンテナが方位角方向に回転自在に載
置された載置手段と、前記アンテナ背面に設けられた傾
斜角検出手段と、前記載置手段に取付けられた方位角検
出手段および角速度検出手段と、前記各手段からの出力
信号に基づいて前記アンテナの方向を制御する制御手段
を備えたアンテナ方向調整装置において、前記傾斜角検
出手段は、誘電体静電センサからなり、さらに、移動体
とアンテナとの信号入出力を行なう赤外線リモートコン
トロール手段を具備する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送、衛星通信等
の衛星からの電波を車、船等の移動体上で受信又は送信
するためのアンテナ方向調整装置に関する。
の衛星からの電波を車、船等の移動体上で受信又は送信
するためのアンテナ方向調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】衛星通信が実現してから、固定建造物だ
けではなく、車、船等の移動体においても衛星を捕捉し
て通信するということが行なわれている。例えば、SN
G( サテライトニュースギャザリング) では、取材現場
に対通信衛星用の機材を持ち込み、ニュースの素材を衛
星を経由して局に送るアンテナシステムとして利用され
ている。このSNGでは、衛星からの微弱な電波を受信
するためには高性能の開口面アンテナすなわち指向性の
鋭いアンテナを使用し、精度の高いアンテナの方向調整
が必要となる。
けではなく、車、船等の移動体においても衛星を捕捉し
て通信するということが行なわれている。例えば、SN
G( サテライトニュースギャザリング) では、取材現場
に対通信衛星用の機材を持ち込み、ニュースの素材を衛
星を経由して局に送るアンテナシステムとして利用され
ている。このSNGでは、衛星からの微弱な電波を受信
するためには高性能の開口面アンテナすなわち指向性の
鋭いアンテナを使用し、精度の高いアンテナの方向調整
が必要となる。
【0003】このようなものとして、フライホイール式
の安定台の上にアンテナとジャイロスコープを設置し、
電波の到来方向に初期設定されたアンテナ姿勢を維持す
るというもの(例えば、特開昭51−64352号公
報)や、受信アンテナ本体とは別に仰角を固定した複
数、例えば、2つのアンテナを設けて、その位相差から
到来方向を検出して受信アンテナ本体のビーム角度を電
子的にチルト(傾斜)させるものがあった。
の安定台の上にアンテナとジャイロスコープを設置し、
電波の到来方向に初期設定されたアンテナ姿勢を維持す
るというもの(例えば、特開昭51−64352号公
報)や、受信アンテナ本体とは別に仰角を固定した複
数、例えば、2つのアンテナを設けて、その位相差から
到来方向を検出して受信アンテナ本体のビーム角度を電
子的にチルト(傾斜)させるものがあった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ものは、回転体のバランス向上のため高い機械加工精度
が要求され非常に高価であり、また、ローターの高速回
転を維持するためのベアリングや角度を検出するための
ポテンショメーター等が摺動部を有するため寿命が短い
という欠点があった。しかも、安定を得るためには相当
大きな慣性を有するフライホイールが必要になってい
た。この為、方向調整装置が大重量となり小形の移動体
(乗用車等)への設置には適していない。
ものは、回転体のバランス向上のため高い機械加工精度
が要求され非常に高価であり、また、ローターの高速回
転を維持するためのベアリングや角度を検出するための
ポテンショメーター等が摺動部を有するため寿命が短い
という欠点があった。しかも、安定を得るためには相当
大きな慣性を有するフライホイールが必要になってい
た。この為、方向調整装置が大重量となり小形の移動体
(乗用車等)への設置には適していない。
【0005】また、後述のものは、受信機よりも高価な
位相差を検出するための電子回路が必要となる。この方
法による受信状態は、位相差を検出するための2つのア
ンテナの受信信号のレベル差や位相差が大きい程悪化し
やすく、又各アンテナの特性や位相差処理回路の電気的
特性に大きく依存する。原理的にも、アンテナを固定し
て仰角を電子的に制御すると、チルト角度の余弦関数値
とともに、アンテナの効率が低下して、受信状態が急激
に悪化することは明白である。また、建造物で電波が遮
蔽された時は、ビーム方向の監視と制御ができなくなっ
てしまう。
位相差を検出するための電子回路が必要となる。この方
法による受信状態は、位相差を検出するための2つのア
ンテナの受信信号のレベル差や位相差が大きい程悪化し
やすく、又各アンテナの特性や位相差処理回路の電気的
特性に大きく依存する。原理的にも、アンテナを固定し
て仰角を電子的に制御すると、チルト角度の余弦関数値
とともに、アンテナの効率が低下して、受信状態が急激
に悪化することは明白である。また、建造物で電波が遮
蔽された時は、ビーム方向の監視と制御ができなくなっ
てしまう。
【0006】さらに、何れの場合も固定ベースプレート
からターンテーブル上の電気回路に電源および制御信号
を供給する際、ターンテーブルが回転することにより電
源供給のための電線がねじれてしまうトラブルを防ぐた
めに、多数のスリップリング(摺動電極)を介して電源
供給と制御信号の入出力をおこなっていたが、スリップ
リングを原因とする雑音の問題が未解決のままであっ
た。
からターンテーブル上の電気回路に電源および制御信号
を供給する際、ターンテーブルが回転することにより電
源供給のための電線がねじれてしまうトラブルを防ぐた
めに、多数のスリップリング(摺動電極)を介して電源
供給と制御信号の入出力をおこなっていたが、スリップ
リングを原因とする雑音の問題が未解決のままであっ
た。
【0007】そこで、本発明は、軽量かつ迅速にアンテ
ナの方向調整ができ、しかも、ターンテーブルの回転に
よっても雑音が発生せず、安定して電源および制御信号
を供給することができるアンテナ方向調整装置を提供す
ることを目的とする。
ナの方向調整ができ、しかも、ターンテーブルの回転に
よっても雑音が発生せず、安定して電源および制御信号
を供給することができるアンテナ方向調整装置を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、衛星からの電
波を送受信するアンテナと、移動体に固定され前記アン
テナが方位角方向に回転自在に載置された載置手段と、
前記アンテナ背面に設けられた傾斜角検出手段と、前記
載置手段に取付けられた方位角検出手段および角速度検
出手段と、前記各手段からの出力信号に基づいて前記ア
ンテナの方向を制御する制御手段を備えたアンテナ方向
調整装置において、前記傾斜角検出手段が誘電体静電セ
ンサからなることを特徴とするものである。
波を送受信するアンテナと、移動体に固定され前記アン
テナが方位角方向に回転自在に載置された載置手段と、
前記アンテナ背面に設けられた傾斜角検出手段と、前記
載置手段に取付けられた方位角検出手段および角速度検
出手段と、前記各手段からの出力信号に基づいて前記ア
ンテナの方向を制御する制御手段を備えたアンテナ方向
調整装置において、前記傾斜角検出手段が誘電体静電セ
ンサからなることを特徴とするものである。
【0009】また、前記載置手段は、移動体とアンテナ
との信号入出力を行なう赤外線リモートコントロール手
段を具備することを特徴とするものである。
との信号入出力を行なう赤外線リモートコントロール手
段を具備することを特徴とするものである。
【0010】また、前記載置手段には、アンテナの送受
信電波を遮断しない位置に太陽電池パネルと、この太陽
電池パネルからの電流を蓄える電池とが載置されている
ことを特徴とするものである。
信電波を遮断しない位置に太陽電池パネルと、この太陽
電池パネルからの電流を蓄える電池とが載置されている
ことを特徴とするものである。
【0011】
【作用】傾斜角検出手段を誘電体静電センサとすること
によって、小型軽量のセンサを直接アンテナ背面に取り
付けることができる。
によって、小型軽量のセンサを直接アンテナ背面に取り
付けることができる。
【0012】また、赤外線リモートコントロール手段に
より各信号の入出力を行なうので、載置手段が一方向に
回転し続けても信号の入出力が切れたり、ノイズが発生
したりしない。
より各信号の入出力を行なうので、載置手段が一方向に
回転し続けても信号の入出力が切れたり、ノイズが発生
したりしない。
【0013】また、載置手段のアンテナの送受信電波を
遮断しない位置に太陽電池パネルと、この太陽電池パネ
ルからの電流を蓄える電池とを載置したので、外部から
の電源を必要とせず、蓄えた電気を装置の電源とするこ
とができる。
遮断しない位置に太陽電池パネルと、この太陽電池パネ
ルからの電流を蓄える電池とを載置したので、外部から
の電源を必要とせず、蓄えた電気を装置の電源とするこ
とができる。
【0014】
【実施例】次に、図面を参照しながら本発明を詳細に説
明する。図1、図2は本発明の一実施例を示し、図1は
その平面図、図2は図1のA−A線での断面図である。
この実施例は、1台の送信用(もしくは受信用)平面型
アンテナと、二種類の角度センサおよび回転角速度セン
サを用いることにより、放送衛星の方向にアンテナ面の
方向を調整し、最も効率よく送信するものである。移動
体に固定されたベースプレート28上にターンテーブル
25がベアリング29によって回転自在に設置され、ブ
ラケットを介してアンテナ1が設置されている。このア
ンテナは、平面型アンテナであり、アンテナ素子が多数
配列されたアレーアンテナであり、このアレー面に平行
なフレームおよびレドームを備えている。アンテナ素子
としては、ラジアル導波路を用いたものや、ストリップ
線路を用いたもの等が知られている。
明する。図1、図2は本発明の一実施例を示し、図1は
その平面図、図2は図1のA−A線での断面図である。
この実施例は、1台の送信用(もしくは受信用)平面型
アンテナと、二種類の角度センサおよび回転角速度セン
サを用いることにより、放送衛星の方向にアンテナ面の
方向を調整し、最も効率よく送信するものである。移動
体に固定されたベースプレート28上にターンテーブル
25がベアリング29によって回転自在に設置され、ブ
ラケットを介してアンテナ1が設置されている。このア
ンテナは、平面型アンテナであり、アンテナ素子が多数
配列されたアレーアンテナであり、このアレー面に平行
なフレームおよびレドームを備えている。アンテナ素子
としては、ラジアル導波路を用いたものや、ストリップ
線路を用いたもの等が知られている。
【0015】ブラケットはターンテーブル25上に載置
されるブラケット8とアンテナ1を取り付けるブラケッ
ト2からなり、これら2つのブラケットが傾斜角駆動用
モータ6によってモータ軸4を中心に回転可能に接続さ
れている。また、ターンテーブル25とブラケット8と
の接続部分には、アンテナ1の方位角を検出するための
地磁気センサ3および受信状態対応ロジック5が取り付
けられ、ターンテーブル25とベースプレート28間に
は、ローター部13a、ステーター部13bからなる方
位角駆動用モータ13が取り付けられている。この方位
角駆動用モータ13によってターンテーブル25は中心
軸30に沿って回転可能となる。また、アンテナ1の背
面(フレーム面)にはこのアンテナ1の傾斜角を検出す
るための傾斜角センサ10、傾斜角駆動用モータ6を制
御する受信状態対応ロジック12、およびアンテナ1に
よって送信する電波を増幅するための高出力増幅器(図
示せず)が取り付けられている。この高出力増幅器へは
移動体内に設置された送信機から同軸ケーブル18、ロ
ータリージョイント27を介して送信電流が入力される
(図4(a)参照)。
されるブラケット8とアンテナ1を取り付けるブラケッ
ト2からなり、これら2つのブラケットが傾斜角駆動用
モータ6によってモータ軸4を中心に回転可能に接続さ
れている。また、ターンテーブル25とブラケット8と
の接続部分には、アンテナ1の方位角を検出するための
地磁気センサ3および受信状態対応ロジック5が取り付
けられ、ターンテーブル25とベースプレート28間に
は、ローター部13a、ステーター部13bからなる方
位角駆動用モータ13が取り付けられている。この方位
角駆動用モータ13によってターンテーブル25は中心
軸30に沿って回転可能となる。また、アンテナ1の背
面(フレーム面)にはこのアンテナ1の傾斜角を検出す
るための傾斜角センサ10、傾斜角駆動用モータ6を制
御する受信状態対応ロジック12、およびアンテナ1に
よって送信する電波を増幅するための高出力増幅器(図
示せず)が取り付けられている。この高出力増幅器へは
移動体内に設置された送信機から同軸ケーブル18、ロ
ータリージョイント27を介して送信電流が入力される
(図4(a)参照)。
【0016】ここで、図3に示すように、水平面33と
衛星の位置方向(アンテナ面からの電波の送受信方向す
なわちアンテナ面の法線方向でもある)とのなす角度す
なわち仰角をα1、アンテナ面1(平面)と重力方向3
2とのなす角度すなわち傾斜角をα2、アンテナ面1と
水平面33のなす角度を各々β1、β2とすると、アン
テナ面1と法線は垂直であるため、α1+β2=90度
(1式)である。直角三角形の2つの鋭角の和が90度
であるため、α2+β2=90度(2式)である。面1
と面33が交わる対頂角であるため、β1=β2(3
式)である。そして、1式と2式の差に3式を代入して
α1−α2=0度すなわち、α1=α2であり、仰角α
1は傾斜角α2と等しいため、傾斜角を検出すれば仰角
を判別することが可能となる。よって、傾斜角度α2を
検出する傾斜角センサを用いているのである。
衛星の位置方向(アンテナ面からの電波の送受信方向す
なわちアンテナ面の法線方向でもある)とのなす角度す
なわち仰角をα1、アンテナ面1(平面)と重力方向3
2とのなす角度すなわち傾斜角をα2、アンテナ面1と
水平面33のなす角度を各々β1、β2とすると、アン
テナ面1と法線は垂直であるため、α1+β2=90度
(1式)である。直角三角形の2つの鋭角の和が90度
であるため、α2+β2=90度(2式)である。面1
と面33が交わる対頂角であるため、β1=β2(3
式)である。そして、1式と2式の差に3式を代入して
α1−α2=0度すなわち、α1=α2であり、仰角α
1は傾斜角α2と等しいため、傾斜角を検出すれば仰角
を判別することが可能となる。よって、傾斜角度α2を
検出する傾斜角センサを用いているのである。
【0017】方位角駆動モータ13および仰角駆動用モ
ータ6には、磁気外乱の無い超音波モータが好ましい。
この超音波モータは、「超音波共振子とロータ間の摩擦
力により回転トルクを発生する」ことを原理とするもの
で、中速度、大トルクを特徴とし精密位置決め用に最適
である。その上、イナーシャレス(無慣性)で定常速度
への立上がりが速く駆動電源遮断後の保持トルクの大き
いなど駆動モータとして好ましい。
ータ6には、磁気外乱の無い超音波モータが好ましい。
この超音波モータは、「超音波共振子とロータ間の摩擦
力により回転トルクを発生する」ことを原理とするもの
で、中速度、大トルクを特徴とし精密位置決め用に最適
である。その上、イナーシャレス(無慣性)で定常速度
への立上がりが速く駆動電源遮断後の保持トルクの大き
いなど駆動モータとして好ましい。
【0018】ロータリージョイント27は、全方位をカ
バーする際にターンテーブル25の回転から生じる同軸
ケーブル18の「ねじれ」を防ぐもので、無限回転をす
る電気的結合器である。さらに、図2に示すように、タ
ーンテーブル25側でロータリージョイント27の近く
には、赤外線を検知するフォトダイオード26が2個取
り付けられ、ベースプレート28側には赤外線を発信す
るLED24が取り付けられている。したがって、シス
テムのメインスイッチに相当する信号や方位角と仰角の
各々の参照角度信号を、ケーブルを介さずに赤外線リモ
コンの原理で赤外線パルスとしてLEDからフォトダイ
オードに送信し、受信状態対応ロジック12に入力する
ことができる。
バーする際にターンテーブル25の回転から生じる同軸
ケーブル18の「ねじれ」を防ぐもので、無限回転をす
る電気的結合器である。さらに、図2に示すように、タ
ーンテーブル25側でロータリージョイント27の近く
には、赤外線を検知するフォトダイオード26が2個取
り付けられ、ベースプレート28側には赤外線を発信す
るLED24が取り付けられている。したがって、シス
テムのメインスイッチに相当する信号や方位角と仰角の
各々の参照角度信号を、ケーブルを介さずに赤外線リモ
コンの原理で赤外線パルスとしてLEDからフォトダイ
オードに送信し、受信状態対応ロジック12に入力する
ことができる。
【0019】また、ターンテーブル25上で、アンテナ
1の受信を遮蔽しない空間に太陽電池パネル21、23
と、この太陽電池により発生した電気エネルギーを蓄え
るバッテリー電池(二次電池)19、15が搭載され、
この装置の電源としている。太陽からは地表に毎秒約1
kW/m2 の光エネルギーが入射しているが、例えば透
明なポリカーボネート製レドームの光の透過率は97パ
ーセントである。SNG仕様の場合、太陽電池の面積は
0.128m2 であり変換効率が15%である。したが
って、1000W/m2 ×0.97×0.128m2 ×
0.15=18.6Wとなり、必要な電力を十分に賄う
ことができる(図4(f)参照)。
1の受信を遮蔽しない空間に太陽電池パネル21、23
と、この太陽電池により発生した電気エネルギーを蓄え
るバッテリー電池(二次電池)19、15が搭載され、
この装置の電源としている。太陽からは地表に毎秒約1
kW/m2 の光エネルギーが入射しているが、例えば透
明なポリカーボネート製レドームの光の透過率は97パ
ーセントである。SNG仕様の場合、太陽電池の面積は
0.128m2 であり変換効率が15%である。したが
って、1000W/m2 ×0.97×0.128m2 ×
0.15=18.6Wとなり、必要な電力を十分に賄う
ことができる(図4(f)参照)。
【0020】ところで、本実施例での装置を受信用アン
テナとして用いる場合は、送信機、高出力増幅器に代え
て各々受信機、コンバータを用いればよい。コンバータ
は、アンテナが受信した衛星からの電波(約12GH
z)を約1.3GHzの信号に変換し、変換された信号
はロータリージョイント、同軸ケーブルを通して、受信
機に送られる(図4(b)参照)。
テナとして用いる場合は、送信機、高出力増幅器に代え
て各々受信機、コンバータを用いればよい。コンバータ
は、アンテナが受信した衛星からの電波(約12GH
z)を約1.3GHzの信号に変換し、変換された信号
はロータリージョイント、同軸ケーブルを通して、受信
機に送られる(図4(b)参照)。
【0021】次に各センサについて説明する。地磁気セ
ンサ3は、地球の地磁気を利用して南北方向とのなす角
度を出力するセンサである。ところで、地磁気センサ捉
える地磁気による磁北は、地球の自転軸である真北を指
しているわけではなく、本州では磁北は真北よりも西に
約6度の偏西角を示している。また、地磁気により生じ
る磁束は、地殻から高度数百km以上まで存在していて
1960年現在の地磁気モーメントは、約8×1025e
muである。この静磁界を遮蔽することは、磁気誘導に
より生ずる漏れ磁束を無くすのが困難であるのと同じ理
由から一般に困難である。しかも、地磁気ベクトルは緯
度が0度から20度の範囲で地表とほぼ並行であり、緯
度が20度から50度の範囲で伏角が0度から徐々に増
加する。例えば、鹿児島の伏角が30度であるため磁気
ベクトルの水平成分はcos30°(=0.866)倍
となる。従って、移動体である自動車のルーフに地磁気
センサを取り付ける場合、ルーフから非磁性体によって
5cm以上離して保持することにより、地磁気センサは
ほとんど遮蔽されずセンサとしての機能を発揮すること
ができるが、移動体である自転車のルーフ(屋根)が鉄
製の場合の僅かな磁気外乱を生じる可能性を考慮して制
御することが好ましい。すなわち、この外乱による外乱
角と偏西角との合成角度を補正角度としてメモリに記憶
しアンテナが衛星に正対した時に、この記憶された補正
角度だけ回転させて所望方向に向けるものである。ここ
で、考慮すべき地磁気の補正角度は、移動体の磁気的な
クセ、受信地点の磁気環境により変化するため移動体の
移動に伴って適度な頻度で更新することになる。
ンサ3は、地球の地磁気を利用して南北方向とのなす角
度を出力するセンサである。ところで、地磁気センサ捉
える地磁気による磁北は、地球の自転軸である真北を指
しているわけではなく、本州では磁北は真北よりも西に
約6度の偏西角を示している。また、地磁気により生じ
る磁束は、地殻から高度数百km以上まで存在していて
1960年現在の地磁気モーメントは、約8×1025e
muである。この静磁界を遮蔽することは、磁気誘導に
より生ずる漏れ磁束を無くすのが困難であるのと同じ理
由から一般に困難である。しかも、地磁気ベクトルは緯
度が0度から20度の範囲で地表とほぼ並行であり、緯
度が20度から50度の範囲で伏角が0度から徐々に増
加する。例えば、鹿児島の伏角が30度であるため磁気
ベクトルの水平成分はcos30°(=0.866)倍
となる。従って、移動体である自動車のルーフに地磁気
センサを取り付ける場合、ルーフから非磁性体によって
5cm以上離して保持することにより、地磁気センサは
ほとんど遮蔽されずセンサとしての機能を発揮すること
ができるが、移動体である自転車のルーフ(屋根)が鉄
製の場合の僅かな磁気外乱を生じる可能性を考慮して制
御することが好ましい。すなわち、この外乱による外乱
角と偏西角との合成角度を補正角度としてメモリに記憶
しアンテナが衛星に正対した時に、この記憶された補正
角度だけ回転させて所望方向に向けるものである。ここ
で、考慮すべき地磁気の補正角度は、移動体の磁気的な
クセ、受信地点の磁気環境により変化するため移動体の
移動に伴って適度な頻度で更新することになる。
【0022】位置移動に伴なう真北と磁北の変化に対す
る追随補正法について説明する。位置移動に伴なう偏西
角(H)の変化は、例えば浜松から鹿児島まで移動した
場合でも、1度以下であるため、例えば、出発地点(浜
松)での偏西角も、目的地点(鹿児島)の偏西角の値
も、サーチ(衛星探索)モードで国土地理院から発行さ
れている地磁気偏西角度表に示す値どうり記憶してお
く。移動受信中は、トラッキング(追尾)モードとし
て、出発地点の偏西角と、目的地点の偏西角を、移動体
の走行距離に応じて比例配分(按分)しながら、偏角θ
を更新する。ここで、偏角θとは平面アンテナの法線の
方向と、衛星から到来する電波の方向とのずれのうち、
方位角方向のずれ角である。同様に、仰角(上下)方向
のずれ角は偏角φである。
る追随補正法について説明する。位置移動に伴なう偏西
角(H)の変化は、例えば浜松から鹿児島まで移動した
場合でも、1度以下であるため、例えば、出発地点(浜
松)での偏西角も、目的地点(鹿児島)の偏西角の値
も、サーチ(衛星探索)モードで国土地理院から発行さ
れている地磁気偏西角度表に示す値どうり記憶してお
く。移動受信中は、トラッキング(追尾)モードとし
て、出発地点の偏西角と、目的地点の偏西角を、移動体
の走行距離に応じて比例配分(按分)しながら、偏角θ
を更新する。ここで、偏角θとは平面アンテナの法線の
方向と、衛星から到来する電波の方向とのずれのうち、
方位角方向のずれ角である。同様に、仰角(上下)方向
のずれ角は偏角φである。
【0023】いま、地磁気センサから得られた角度に、
所定の補正を行なって真北を求めた後、受信地点での予
め判っている衛星の参照方位角に応じた電圧Vaにより
方位角モータを付勢する。すなわち、方位角モータには
電圧Vaに比例したトルクが発生しターンテーブル25
を回転させ所望の位置で静止させるのである。
所定の補正を行なって真北を求めた後、受信地点での予
め判っている衛星の参照方位角に応じた電圧Vaにより
方位角モータを付勢する。すなわち、方位角モータには
電圧Vaに比例したトルクが発生しターンテーブル25
を回転させ所望の位置で静止させるのである。
【0024】次に、傾斜角センサ10について説明す
る。この傾斜角センサ10は、垂直面内でのアンテナ1
のフレーム面と垂直方向とのなす角度すなわち傾斜角を
検出するものである。前述したように、この傾斜角を検
出すれば衛星の方向である仰角を知ることができる。本
発明では傾斜角センサとして誘電体静電センサを用いる
ことを特徴としている。この誘電体静電センサは、「傾
斜による金属製チャンバー内での誘電体液面の変化を、
静電容量の大小の変化として捉える」ことを原理とする
もので、動く部品が一切無いので耐衝撃に優れた軽量小
型のセンサであり、しかも、傾斜測定方向には、加速度
センサとしても働くものである。また、傾斜角センサ1
0を直接アンテナ背面に取付ける場合、さらに、コンバ
ータや傾角駆動回路が同時に搭載されるため、アンテナ
の方位角と仰角を低トルクで駆動するには、重量バラン
スを考慮してセンサ自体の重量が軽量なほど望ましい。
そこで、この誘電体静電センサは小型軽量であり、傾斜
角センサとして好適であるといえる。
る。この傾斜角センサ10は、垂直面内でのアンテナ1
のフレーム面と垂直方向とのなす角度すなわち傾斜角を
検出するものである。前述したように、この傾斜角を検
出すれば衛星の方向である仰角を知ることができる。本
発明では傾斜角センサとして誘電体静電センサを用いる
ことを特徴としている。この誘電体静電センサは、「傾
斜による金属製チャンバー内での誘電体液面の変化を、
静電容量の大小の変化として捉える」ことを原理とする
もので、動く部品が一切無いので耐衝撃に優れた軽量小
型のセンサであり、しかも、傾斜測定方向には、加速度
センサとしても働くものである。また、傾斜角センサ1
0を直接アンテナ背面に取付ける場合、さらに、コンバ
ータや傾角駆動回路が同時に搭載されるため、アンテナ
の方位角と仰角を低トルクで駆動するには、重量バラン
スを考慮してセンサ自体の重量が軽量なほど望ましい。
そこで、この誘電体静電センサは小型軽量であり、傾斜
角センサとして好適であるといえる。
【0025】そして、この傾斜角センサ10により検出
された傾斜角と、受信地点での予め判っている衛星の参
照仰角から、これら傾斜角と参照仰角との差に応じた電
圧Veに比例したトルクが発生し、仰角駆動用モータを
付勢してブラケット2の傾斜角を修正して、所望の角度
で静止させるのである。。
された傾斜角と、受信地点での予め判っている衛星の参
照仰角から、これら傾斜角と参照仰角との差に応じた電
圧Veに比例したトルクが発生し、仰角駆動用モータを
付勢してブラケット2の傾斜角を修正して、所望の角度
で静止させるのである。。
【0026】ここで、方位角の変化が頻繁であることと
比較すると、仰角が1日で20度以上更新される頻度は
一般の乗用車では少ない。普通の移動による受信地点で
の仰角更新の度合いは、1時間に1度程度であるが、傾
斜地で送受信することを想定して、仰角の角度範囲を1
0度から90度までとして差し支えない。
比較すると、仰角が1日で20度以上更新される頻度は
一般の乗用車では少ない。普通の移動による受信地点で
の仰角更新の度合いは、1時間に1度程度であるが、傾
斜地で送受信することを想定して、仰角の角度範囲を1
0度から90度までとして差し支えない。
【0027】ところで、偏角θが0.1秒間に360度
以上となる場合は、あまり現実的ではない。そこで、応
答速度にどれだけ意味があるかシミュレーションテスト
を実施した結果、偏角θに関する限りこのような高速度
で応答する必要性は無用であることが明らかとなった。
本実施例では、地磁気センサからの角度信号である正弦
波形を利用して、偏角θの角度制御回路だけで制御を行
い角度精度を高速度応答よりも優先している。そこで、
急激な方向変化を伴う旋回が想定される場合には、新た
な制御系を搭載する必要がある。すなわち、急激な方向
変化を伴う旋回を検出するための回転角速度センサを搭
載することによって対応することができる。
以上となる場合は、あまり現実的ではない。そこで、応
答速度にどれだけ意味があるかシミュレーションテスト
を実施した結果、偏角θに関する限りこのような高速度
で応答する必要性は無用であることが明らかとなった。
本実施例では、地磁気センサからの角度信号である正弦
波形を利用して、偏角θの角度制御回路だけで制御を行
い角度精度を高速度応答よりも優先している。そこで、
急激な方向変化を伴う旋回が想定される場合には、新た
な制御系を搭載する必要がある。すなわち、急激な方向
変化を伴う旋回を検出するための回転角速度センサを搭
載することによって対応することができる。
【0028】この回転角速度センサとして、圧電素子音
叉ジャイロ11をターンテーブル25上に載置してい
る。この圧電素子音叉ジャイロ11は、ターンテーブル
25上の任意の位置もしくは移動体に固定されるベース
プレート28の中央に配置すればよい。圧電素子音叉ジ
ャイロとは、「振動している音叉を回転させようとする
と振動方向に対して直角に力(コリオリの力)が生ずる
が、この力を音叉の表面に貼りつけた圧電素子セラミッ
クスで検知することにより、角加速度の変化を、電圧の
変化として捉える」ことを原理とするものである。この
結果、角加速度を積分して角速度を得ることができる。
この角速度は、方位角駆動モータに発生するトルクの積
分値に比例する。さらに角速度を積分することで、回転
角度の変化量を予測することができる。図4(e)に示
すように、回転角速度センサおよび2軸監視回路が設け
られた場合、回転角速度が180度/秒を超えるような
急激な姿勢変化で移動体が運転された場合にも対応可能
となる(図4(e)参照)。
叉ジャイロ11をターンテーブル25上に載置してい
る。この圧電素子音叉ジャイロ11は、ターンテーブル
25上の任意の位置もしくは移動体に固定されるベース
プレート28の中央に配置すればよい。圧電素子音叉ジ
ャイロとは、「振動している音叉を回転させようとする
と振動方向に対して直角に力(コリオリの力)が生ずる
が、この力を音叉の表面に貼りつけた圧電素子セラミッ
クスで検知することにより、角加速度の変化を、電圧の
変化として捉える」ことを原理とするものである。この
結果、角加速度を積分して角速度を得ることができる。
この角速度は、方位角駆動モータに発生するトルクの積
分値に比例する。さらに角速度を積分することで、回転
角度の変化量を予測することができる。図4(e)に示
すように、回転角速度センサおよび2軸監視回路が設け
られた場合、回転角速度が180度/秒を超えるような
急激な姿勢変化で移動体が運転された場合にも対応可能
となる(図4(e)参照)。
【0029】次に、各センサから検出された角度信号の
制御系について説明する。図4(c)に示すように、仰
角制御系は、傾斜角センサ、受信状態適応ロジック、仰
角モータ、アングルエンコーダ(回転角度信号発生器)
から構成され、また、図4(d)に示すように、方位角
制御系は、地磁気センサ、受信状態適応ロジック、方位
角モータ、アングルエンコーダから構成されている。仰
角モータと方位角モータに接続されたアングルエンコー
ダは各々、傾斜角モータのアンテナ仰角方向の回転角度
を検出し、方位角モータのアンテナ方位角方向の回転角
度すなわちターンテーブルの回転角度を検出するもので
ある。また、本実施例では、各々の角度制御は独立して
行っている。いずれも、アンテナ1の開口面(アンテナ
面)の法線方向(ビーム方向)を受信地点で最良の方位
角および仰角に設定するものである。また、仰角方向、
方位角方向ともに、各センサにて現在の角度を検出し、
各センサから検出された信号から受信状態適応ロジック
にて、予めメモリに記憶された受信地点での標準参照角
度と比較しながら方位角方向の偏角θと仰角方向の偏角
φを求めて、各モータにより所望の方向に回転させ、ア
ングルエンコーダからの角度信号をフィードバックしな
がら最適の方向にアンテナを向けるべく制御している。
制御系について説明する。図4(c)に示すように、仰
角制御系は、傾斜角センサ、受信状態適応ロジック、仰
角モータ、アングルエンコーダ(回転角度信号発生器)
から構成され、また、図4(d)に示すように、方位角
制御系は、地磁気センサ、受信状態適応ロジック、方位
角モータ、アングルエンコーダから構成されている。仰
角モータと方位角モータに接続されたアングルエンコー
ダは各々、傾斜角モータのアンテナ仰角方向の回転角度
を検出し、方位角モータのアンテナ方位角方向の回転角
度すなわちターンテーブルの回転角度を検出するもので
ある。また、本実施例では、各々の角度制御は独立して
行っている。いずれも、アンテナ1の開口面(アンテナ
面)の法線方向(ビーム方向)を受信地点で最良の方位
角および仰角に設定するものである。また、仰角方向、
方位角方向ともに、各センサにて現在の角度を検出し、
各センサから検出された信号から受信状態適応ロジック
にて、予めメモリに記憶された受信地点での標準参照角
度と比較しながら方位角方向の偏角θと仰角方向の偏角
φを求めて、各モータにより所望の方向に回転させ、ア
ングルエンコーダからの角度信号をフィードバックしな
がら最適の方向にアンテナを向けるべく制御している。
【0030】最後に、本実施例によるSNG仕様の自動
制御平面アンテナ送信システムの性能を整理する。シス
テムのアンテナとアウトドアユニットを含むレドーム2
2の外形寸法は、φ77cmで、高さが70cmであ
る。アンテナ1から送信される電波の出力周波数は、1
4.0〜14.5GHzである。送信用アンテナ1の利
得は37.3dBiで、高出力増幅器から平面アンテナ
の背面にある導波管より給電される。高出力増幅器の出
力は36dBmで利得は48dBである。また、受信用
アンテナの場合は、利得が30.5dBiの平面アンテ
ナで、給電部付き低雑音受信コンバータの重量は200
g程度である。レドームを含むアンテナシステムの外形
寸法はφ36cm×25cmで、全体の重さは7.5k
gである。平面アンテナの諸元は、使用周波数約12G
Hzにおいて、オフセット角(法線からの偏角)0度、
半値角約6度の主ビームを有する。方位角の最小回転ス
テップ角度は0.1度で、最大回転駆動速度は360度
/秒である。仰角の最小回転ステップ角度は0.1度
で、最大回転駆動速度は180度/秒である。
制御平面アンテナ送信システムの性能を整理する。シス
テムのアンテナとアウトドアユニットを含むレドーム2
2の外形寸法は、φ77cmで、高さが70cmであ
る。アンテナ1から送信される電波の出力周波数は、1
4.0〜14.5GHzである。送信用アンテナ1の利
得は37.3dBiで、高出力増幅器から平面アンテナ
の背面にある導波管より給電される。高出力増幅器の出
力は36dBmで利得は48dBである。また、受信用
アンテナの場合は、利得が30.5dBiの平面アンテ
ナで、給電部付き低雑音受信コンバータの重量は200
g程度である。レドームを含むアンテナシステムの外形
寸法はφ36cm×25cmで、全体の重さは7.5k
gである。平面アンテナの諸元は、使用周波数約12G
Hzにおいて、オフセット角(法線からの偏角)0度、
半値角約6度の主ビームを有する。方位角の最小回転ス
テップ角度は0.1度で、最大回転駆動速度は360度
/秒である。仰角の最小回転ステップ角度は0.1度
で、最大回転駆動速度は180度/秒である。
【0031】誘電体静電センサの分解能は0.01度、
再現性は+/−0.05度で、外形が66mm×52m
m×28mm、重量が130gである。圧電素子音叉ジ
ャイロの諸元を次に示す。センサの電源として、DCの
5Vで充分であり、感度は0.5V/度/秒、最大角速
度は180度/秒である。動作温度範囲は−30〜60
度C、外形寸法は18mm×12mm×8mm、重量は
僅か43グラムである。この中に、音叉を励振動する発
振回路と、回転角速度による出力電圧を検出する差動回
路と、作動回路出力を回転角速度に比例した直流に変換
する同期検波回路が集積回路として、組み込まれてい
る。
再現性は+/−0.05度で、外形が66mm×52m
m×28mm、重量が130gである。圧電素子音叉ジ
ャイロの諸元を次に示す。センサの電源として、DCの
5Vで充分であり、感度は0.5V/度/秒、最大角速
度は180度/秒である。動作温度範囲は−30〜60
度C、外形寸法は18mm×12mm×8mm、重量は
僅か43グラムである。この中に、音叉を励振動する発
振回路と、回転角速度による出力電圧を検出する差動回
路と、作動回路出力を回転角速度に比例した直流に変換
する同期検波回路が集積回路として、組み込まれてい
る。
【0032】以上のような構成の本実施例によるアンテ
ナ方向制御装置の性能を以下に示す。 定格機能;追尾精度 +/− 0.1度 追尾範囲 方位角 360度 追尾覆域 方位角 無し,仰角 0度〜10度 運用条件;最高速度 120km/hour 最大旋回速度180度/秒、360度/秒(オプショ
ン) 外気温 −40度C〜+50度C したがって、移動体である乗用車に本実施例によるアン
テナ方向制御装置を搭載して普通の運転をする場合に
は、自動制御により良好な画像と音声を楽しむことが可
能である。また、受信アンテナとしては平面アンテナに
限られず、センターフィード(中央給電)のパラボラア
ンテナを用いることもできる。
ナ方向制御装置の性能を以下に示す。 定格機能;追尾精度 +/− 0.1度 追尾範囲 方位角 360度 追尾覆域 方位角 無し,仰角 0度〜10度 運用条件;最高速度 120km/hour 最大旋回速度180度/秒、360度/秒(オプショ
ン) 外気温 −40度C〜+50度C したがって、移動体である乗用車に本実施例によるアン
テナ方向制御装置を搭載して普通の運転をする場合に
は、自動制御により良好な画像と音声を楽しむことが可
能である。また、受信アンテナとしては平面アンテナに
限られず、センターフィード(中央給電)のパラボラア
ンテナを用いることもできる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
傾斜角検出手段と方位角検出手段および角速度検出手段
を備えたアンテナ方向調整装置において、前記傾斜角検
出手段として誘電体静電センサを用いたことによって、
ビル蔭やトンネルで電波が遮蔽された場合でも衛星の再
捕捉が行え、しかも、このセンサを直接アンテナ背面に
取り付けることができ軽量コンパクト、低コストで製作
することができ、小型軽量なため装置全体の軽量化に貢
献し低消費電力に改善することができる。
傾斜角検出手段と方位角検出手段および角速度検出手段
を備えたアンテナ方向調整装置において、前記傾斜角検
出手段として誘電体静電センサを用いたことによって、
ビル蔭やトンネルで電波が遮蔽された場合でも衛星の再
捕捉が行え、しかも、このセンサを直接アンテナ背面に
取り付けることができ軽量コンパクト、低コストで製作
することができ、小型軽量なため装置全体の軽量化に貢
献し低消費電力に改善することができる。
【0034】また、赤外線リモートコントロール手段に
より各信号の入出力を行なうのでをアンテナが一方向に
回転し続けても各信号の入出力が切れたり、ノイズの発
生による雑音の混入がなく、安定した送受信が可能とな
る。
より各信号の入出力を行なうのでをアンテナが一方向に
回転し続けても各信号の入出力が切れたり、ノイズの発
生による雑音の混入がなく、安定した送受信が可能とな
る。
【0035】また、アンテナの送受信電波を遮断しない
位置に太陽電池パネルおよび電池とを載置したので、外
部からの電源を必要とせず蓄えた電気を装置の電源とす
ることができ、安定した装置稼働が可能となる。
位置に太陽電池パネルおよび電池とを載置したので、外
部からの電源を必要とせず蓄えた電気を装置の電源とす
ることができ、安定した装置稼働が可能となる。
【図1】本発明の一実施例による平面図
【図2】同実施例の断面図である。
【図3】同実施例の構成を示すブロック図である。
【図4】同実施例の制御角度のための説明図である。
1 アンテナ 16 2軸加速度
監視回路 2 ブラケット 17 到来波 3 地磁気センサ 18 同軸ケーブ
ル 4 モータ軸 19 電池 5 受信状態適応ロジック 20 水平線 6 傾斜角駆動用モータ 21 太陽電池 7 アンテナ開口面 22 レドーム 8 ブラケットB 23 太陽電池 9 法線方向 24 LED 10 傾斜角センサ 25 ターンテ
ーブル 11 圧電素子音叉ジャイロ 26 フォトダ
イオード 12 仰角モータ駆動回路 27 ロータリ
ージョント 13a 方位角駆動用モータ 28 ベースプ
レート 13a ローター部 29 ベアリン
グ 13b ステーター部 30 中心軸 14 アングルエンコーダ 32 鉛直線 15 電池 33 水平線
監視回路 2 ブラケット 17 到来波 3 地磁気センサ 18 同軸ケーブ
ル 4 モータ軸 19 電池 5 受信状態適応ロジック 20 水平線 6 傾斜角駆動用モータ 21 太陽電池 7 アンテナ開口面 22 レドーム 8 ブラケットB 23 太陽電池 9 法線方向 24 LED 10 傾斜角センサ 25 ターンテ
ーブル 11 圧電素子音叉ジャイロ 26 フォトダ
イオード 12 仰角モータ駆動回路 27 ロータリ
ージョント 13a 方位角駆動用モータ 28 ベースプ
レート 13a ローター部 29 ベアリン
グ 13b ステーター部 30 中心軸 14 アングルエンコーダ 32 鉛直線 15 電池 33 水平線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉本 尚志 東京都台東区台東一丁目5番1号 凸版印 刷株式会社内
Claims (3)
- 【請求項1】衛星からの電波を送受信するアンテナと、
移動体に固定され前記アンテナが方位角方向に回転自在
に載置された載置手段と、前記アンテナ背面に設けられ
た傾斜角検出手段と、前記載置手段に取付けられた方位
角検出手段および角速度検出手段と、前記各手段からの
出力信号に基づいて前記アンテナの方向を制御する制御
手段を備えたアンテナ方向調整装置において、前記傾斜
角検出手段は、誘電体静電センサからなることを特徴と
するアンテナ方向調整装置。 - 【請求項2】前記載置手段は、移動体とアンテナとの信
号入出力を行なう赤外線リモートコントロール手段を具
備することを特徴とする請求項1記載のアンテナ方向調
整装置。 - 【請求項3】前記載置手段には、アンテナの送受信電波
を遮断しない位置に太陽電池パネルと、この太陽電池パ
ネルからの電流を蓄える電池とが載置されていることを
特徴とする請求項1または2記載のアンテナ方向調整装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34698192A JPH06196917A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | アンテナ方向調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34698192A JPH06196917A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | アンテナ方向調整装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06196917A true JPH06196917A (ja) | 1994-07-15 |
Family
ID=18387122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34698192A Pending JPH06196917A (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | アンテナ方向調整装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06196917A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110021807A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-16 | 泰兴市东盛通讯器材有限公司 | 一种天线抗干扰装置 |
WO2019150848A1 (ja) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 古野電気株式会社 | レーダアンテナ装置及び方位測定方法 |
CN112635955A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-09 | 安徽恒诺机电科技有限公司 | 一种用于天线架设的控制箱安装结构及其使用方法 |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP34698192A patent/JPH06196917A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019150848A1 (ja) * | 2018-01-30 | 2019-08-08 | 古野電気株式会社 | レーダアンテナ装置及び方位測定方法 |
CN111344590A (zh) * | 2018-01-30 | 2020-06-26 | 古野电气株式会社 | 雷达天线装置以及方位测定方法 |
US11255950B2 (en) | 2018-01-30 | 2022-02-22 | Furuno Electric Co., Ltd. | Radar antenna device, and method for measuring direction |
CN111344590B (zh) * | 2018-01-30 | 2024-05-24 | 古野电气株式会社 | 雷达天线装置以及方位测定方法 |
CN110021807A (zh) * | 2019-05-09 | 2019-07-16 | 泰兴市东盛通讯器材有限公司 | 一种天线抗干扰装置 |
CN112635955A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-09 | 安徽恒诺机电科技有限公司 | 一种用于天线架设的控制箱安装结构及其使用方法 |
CN112635955B (zh) * | 2020-12-09 | 2024-05-31 | 安徽恒诺机电科技有限公司 | 一种用于天线架设的控制箱安装结构及其使用方法 |
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