JPH06334423A - Tracking antenna system - Google Patents

Tracking antenna system

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Publication number
JPH06334423A
JPH06334423A JP12429893A JP12429893A JPH06334423A JP H06334423 A JPH06334423 A JP H06334423A JP 12429893 A JP12429893 A JP 12429893A JP 12429893 A JP12429893 A JP 12429893A JP H06334423 A JPH06334423 A JP H06334423A
Authority
JP
Japan
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phase
antenna
sub
phase difference
array antenna
Prior art date
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Pending
Application number
JP12429893A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunitoshi Nishikawa
訓利 西川
Eiji Teramoto
英二 寺本
Toshiaki Watanabe
俊明 渡辺
Satoru Matsushima
悟 松島
Kazuhisa Azuma
和久 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP12429893A priority Critical patent/JPH06334423A/en
Publication of JPH06334423A publication Critical patent/JPH06334423A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To tract the azimuth angle direction with simple configuration and high accuracy. CONSTITUTION:A phase difference detection means B detects a phase difference between sub array antennas A1, A2 and then the phase of a phase shifter C is controlled and a synthesizer E executes in-phase synthesis. Moreover, a phase difference detected by the phase difference detection means B is subjected to averaging processing at an averaging means G to eliminate fast fluctuation in an elevation angle and the result is fed to a control means H. The control means H uses an elevating angle direction drive means F to control mechanically the elevating angle of the array antenna A. Satellite tracing is always attained in an excellent way by implementing electronic directivity control as a response to a high speed elevating angle fluctuation and implementing mechanical directivity control as a response to a low speed elevating angle fluctuation.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、複数のサブアレイアン
テナの出力から電波の到来方向を検出し、これに基づい
てアンテナの仰角方向の向きを制御する追尾アンテナに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tracking antenna which detects the arrival directions of radio waves from the outputs of a plurality of sub-array antennas and controls the direction of elevation of the antennas based on the detected arrival directions.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、通信技術の進歩に伴い各種分野に
電波を用いた無線通信が採用されている。すなわち、従
来のTV放送、ラジオ放送、無線通信に加え、各種移動
体通信や衛星通信等も普及してきている。
2. Description of the Related Art In recent years, wireless communication using radio waves has been adopted in various fields with the advance of communication technology. That is, in addition to conventional TV broadcasting, radio broadcasting, and wireless communication, various mobile communication, satellite communication, and the like have become popular.

【0003】このような無線通信、特に衛星通信におい
ては、衛星からの微弱な電波を受信しなければならな
い。そこで、電波をいかに効率良く受信し、かつ有効に
利用するかが最も重要になる。この目的のために、複数
のアンテナを用い、電波をより多く受信しようとする試
みがなされている。
In such wireless communication, especially satellite communication, weak radio waves from the satellite must be received. Therefore, the most important thing is how to efficiently receive and effectively use radio waves. For this purpose, attempts have been made to receive more radio waves by using a plurality of antennas.

【0004】このような試みの代表的なものとしてアレ
イアンテナがある。このアレイアンテナでは、同一方向
に指向性を持つアンテナ素子を一列あるいは平面的に並
べ、複数のアンテナ素子の高周波信号出力を合成するこ
とでアンテナの利得を高くしている。アンテナ素子の数
を増やせばそれだけ利得を向上することができ、微弱な
電波の受信のためには、このアレイアンテナは非常に有
効である。
An array antenna is a typical example of such an attempt. In this array antenna, antenna elements having directivity in the same direction are arranged in a line or in a plane, and high-frequency signal outputs of a plurality of antenna elements are combined to increase the antenna gain. The gain can be improved by increasing the number of antenna elements, and this array antenna is very effective for receiving weak radio waves.

【0005】しかし、アレイアンテナでは、アンテナ素
子を複数並べるため、指向性が鋭くなる。このため、自
動車等の移動体に搭載する場合には、移動体の動きに応
じて指向性の方位角(アジマス)および仰角(エレベー
ション)を制御し、アンテナの指向性を常に衛星方向に
向ける追尾制御が必要となる。
However, in the array antenna, since a plurality of antenna elements are arranged, the directivity becomes sharp. Therefore, when mounted on a moving body such as an automobile, the azimuth (azimuth) and elevation (elevation) of the directivity are controlled according to the movement of the moving body, and the directivity of the antenna is always directed toward the satellite. Tracking control is required.

【0006】指向性の向きを変える方法としては、電子
的に変える方法と機械的に変える方法がある。そして、
機械的方式によればアンテナのボアサイト(最大利得方
向)を常に衛星の方向に向けることができ、衛星の方向
によらず安定した利得を得ることができる。このため、
機械的な追尾方式が多く採用されている。
As a method of changing the direction of directivity, there are an electronic method and a mechanical method. And
According to the mechanical method, the boresight (maximum gain direction) of the antenna can be always directed toward the satellite, and stable gain can be obtained regardless of the satellite direction. For this reason,
Many mechanical tracking methods are used.

【0007】機械的追尾方式では、例えば仰角面におい
て、上下のサブアレイアンテナからの位相差情報に基づ
いて機械的にアレイアンテナの仰角を制御し、アレイア
ンテナのボアサイトを電波到来方向(衛星方向)に維持
する。そして、ここのサブアレイの出力は合成器で単純
に合成されて出力される。また、方位角面においても左
右のサブアレイアンテナからの位相差情報に基づいて同
様の制御が行われる。これによって、移動体の走行状況
に追従して、アンテナの指向性を常に衛星に向けること
ができる。
In the mechanical tracking method, for example, in the elevation angle plane, the elevation angle of the array antenna is mechanically controlled based on the phase difference information from the upper and lower sub-array antennas, and the boresight of the array antenna is set in the radio wave arrival direction (satellite direction). To maintain. The outputs of the sub-arrays here are simply combined by a combiner and output. Further, similar control is performed on the azimuth plane based on the phase difference information from the left and right sub-array antennas. As a result, the directivity of the antenna can be always directed toward the satellite by following the traveling situation of the moving body.

【0008】なお、このような機械的な追尾アンテナ
は、特開平2−159802号公報等に示されている。
また、この装置では、仰角面の駆動装置として、アンテ
ナの仰角方向の回転軸にプーリを設け、これをベルトを
介してモータで駆動するものが採用されている。
Such a mechanical tracking antenna is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-159802.
Further, in this device, as a drive device for the elevation angle surface, a device in which a pulley is provided on a rotation shaft in the elevation angle direction of the antenna and is driven by a motor via a belt is adopted.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ここで、自動車の走行
時の仰角および方位角の変動を考えてみる。方位角の変
動は主にハンドル操作による進路の変更などによるもの
である。このため、変動範囲は全方位(360°)であ
るが、その変動速度はそれ程高速ではない。
Now, let us consider changes in elevation angle and azimuth angle when the automobile is running. The change in azimuth is mainly due to the change of course due to the steering wheel operation. Therefore, the variation range is omnidirectional (360 °), but the variation speed is not so high.

【0010】一方仰角方向の変動には、 (i)緯度変化・坂道走行時などの比較的変動範囲は大
きい(20°程度)が変動速度は緩やかのもの (ii)悪路走行時の振動など変動範囲は小さいが変動
速度が高速なもの の2種類がある。
On the other hand, the fluctuations in the elevation direction include (i) a large fluctuation range (about 20 °) when changing latitude and running on a slope, but a slow fluctuation speed (ii) vibration when driving on a rough road There are two types, one with a small fluctuation range but a high fluctuation speed.

【0011】従って、仰角方向の追尾を機械的方式によ
る場合、上記(ii)の変動に追従するために高精度、
高性能の駆動装置が必要となり、装置全体が複雑化、大
型化、コストアップするという問題点があった。また、
高性能の駆動装置を用いても追尾の信頼性が十分得られ
るとは限らなかった。
Therefore, when the tracking in the elevation angle direction is performed by a mechanical method, it is highly accurate to follow the fluctuation of (ii),
A high-performance driving device is required, and there are problems that the entire device becomes complicated, large-sized, and costly. Also,
Even if a high-performance driving device is used, it is not always possible to obtain sufficient tracking reliability.

【0012】さらに、移動体用のアンテナでは、低姿勢
であることを要求される。このため、上述したプーリと
ベルトを用いる仰角駆動装置では、アンテナ回転軸のプ
ーリの径を大きくすることができず、その結果モータか
らアンテナ回転軸までの減速比を大きくすることができ
ない。
Further, an antenna for a mobile body is required to have a low posture. For this reason, in the elevation drive device using the pulley and the belt described above, the diameter of the pulley of the antenna rotation shaft cannot be increased, and as a result, the reduction ratio from the motor to the antenna rotation shaft cannot be increased.

【0013】従って、必要な駆動トルクあるいは保持ト
ルクを得るためには、 (i)トルクの大きなモータを使用する (ii)ベルトを多段かけとして総減速比を大きくする のいずれかの方法をとることになる。しかし、このよう
な方法を取ったとしても、結局装置が大型化、複雑化し
てしまうという問題点があった。
Therefore, in order to obtain the required driving torque or holding torque, either (i) use a motor with a large torque or (ii) increase the total reduction ratio by using belts in multiple stages. become. However, even if such a method is adopted, there is a problem that the device eventually becomes large and complicated.

【0014】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、比較的簡単な構成で仰角
方向の追尾を高精度に行えると共に、装置を低姿勢にで
きる追尾アンテナ装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a tracking antenna device which can perform tracking in the elevation direction with high accuracy with a relatively simple structure and can make the device in a low posture. The purpose is to provide.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明は、図1に示すよ
うに、仰角方向に同じ法線方向を有し平行配置された少
なくとも2つのサブアレイアンテナ(A1,A2)から
なるアレイアンテナAと、サブアレイアンテナの中の1
つのサブアレイアンテナを基準サブアレイアンテナとし
他のサブアレイアンテナの出力と基準サブアレイアンテ
ナの出力との位相差を検出する位相差検出手段Bと、他
のサブアレイアンテナの出力の位相を移相量に応じて変
更する移相器Cと、この位相差検出手段において検出し
た位相差に基づいて前記移相器の移相量を制御する第1
制御手段Dと、基準サブアレイアンテナの出力と移相器
出力とを合成する合成器Eと、各サブアレイアンテナを
平行関係を保ったまま姿勢制御してサブアレイアンテナ
の法線方向を変化させアンテナの仰角方向の向きを変更
する仰角方向駆動手段Fと、上記位相差検出手段により
検出した位相差の平均値を算出する平均化手段Gと、算
出した位相差平均値が0になるように、上記仰角方向駆
動手段の駆動を制御する第2制御手段Hとを有すること
を特徴とする。
According to the present invention, as shown in FIG. 1, an array antenna A having at least two sub-array antennas (A1, A2) having the same normal direction in the elevation direction and arranged in parallel is provided. , One of the sub-array antennas
Phase difference detection means B for detecting the phase difference between the output of another sub-array antenna and the output of the reference sub-array antenna using one sub-array antenna as a reference sub-array antenna, and the phase of the output of the other sub-array antenna is changed according to the phase shift amount. And a first phase shifter C for controlling the amount of phase shift of the phase shifter based on the phase difference detected by the phase difference detecting means.
The control means D, the combiner E for combining the output of the reference sub-array antenna and the output of the phase shifter, and the attitude control of each sub-array antenna while maintaining the parallel relationship to change the normal direction of the sub-array antenna to change the elevation angle of the antenna. The elevation angle direction driving means F for changing the direction of the direction, the averaging means G for calculating the average value of the phase differences detected by the phase difference detecting means, and the elevation angle so that the calculated phase difference average value becomes zero. And a second control means H for controlling the driving of the direction drive means.

【0016】このように、本発明では、仰角方向に配置
されたサブアレイの出力を単純には合成せず、移相器C
により位相を変化させた後に合成することにより、アレ
イアンテナ全体としての指向性の方向を電子的に制御す
る。また、アレイアンテナAの仰角を機械的に変更する
仰角方向駆動手段を有し、アレイアンテナAの指向性を
機械的にも制御する。すなわち、本発明では、仰角方向
の指向性の制御を電子的な制御と機械的制御の組み合わ
せによって行う。また、仰角方向駆動手段Fに低姿勢の
ものを採用している。
As described above, according to the present invention, the outputs of the sub-arrays arranged in the elevation direction are not simply combined, but the phase shifter C is used.
By changing the phase by means of and combining them, the direction of the directivity of the array antenna as a whole is electronically controlled. Further, it has an elevation direction drive means for mechanically changing the elevation angle of the array antenna A, and mechanically controls the directivity of the array antenna A. That is, in the present invention, control of directivity in the elevation direction is performed by a combination of electronic control and mechanical control. Further, the elevation direction drive means F has a low posture.

【0017】[0017]

【作用】衛星方法の電波は非常に微弱であるため、高品
質な画像品質を得るためには非常に利得の高いアンテナ
が必要となる。そして、アンテナは低姿勢であることが
要求されるためため、複数のアンテナ素子aを平面状に
配置したアレイアンテナAが用いられる。
Since the radio waves of the satellite method are very weak, an antenna with a very high gain is required to obtain a high quality image. Since the antenna is required to have a low posture, the array antenna A having a plurality of antenna elements a arranged in a plane is used.

【0018】このようなアレイアンテナAの一例を図2
に示す。この例のアレイアンテナAは左右方向に10
列、上下方向に4列等間隔に配置された合計40個のア
ンテナ素子aから構成されている。そして、40個のア
ンテナ素子aからの出力を構成することによって、高利
得のアンテナになる。また、このようなアレイアンテナ
Aの仰角方向の指向性は、図3に示すように比較的鋭い
ものとなる。なお、最大感度方向(ボアサイト方向)
は、アレイアンテナAの面に対し直角な方向になる。
An example of such an array antenna A is shown in FIG.
Shown in. The array antenna A of this example has 10
The antenna is composed of a total of 40 antenna elements a arranged in a row and in four rows at equal intervals. Then, by constructing the outputs from the 40 antenna elements a, a high gain antenna is obtained. Further, the directivity in the elevation direction of the array antenna A is relatively sharp as shown in FIG. Maximum sensitivity direction (bore sight direction)
Is in a direction perpendicular to the plane of the array antenna A.

【0019】ここで、図4に示すように、アレイアンテ
ナAを上下方向2列ずつの2つのサブアレイA1,A2
に分割した場合を考える。個々のサブアレイの指向性G
2 は、4列のものと比較して幅が広くなり、最大利得は
4列の場合の半分(G0 /2)になる。この2つのサブ
アレイ出力を単純に同位相で合成した場合は、アレイア
ンテナA全体の指向性は4列のものと等しくなる。な
お、各サブアレイからの出力は、合成器Eにおいて、合
成される。
Here, as shown in FIG. 4, the array antenna A has two sub-arrays A1 and A2 arranged in two rows in the vertical direction.
Consider the case of division into. Directivity G of each sub-array
The width of 2 is wider than that of 4 rows, and the maximum gain is half (G0 / 2) of the case of 4 rows. When these two sub-array outputs are simply combined in phase, the directivity of the entire array antenna A becomes equal to that of four columns. The outputs from the sub-arrays are combined in the combiner E.

【0020】次に、図5に示すように、2つのサブアレ
イ出力の内の一方を移相器Cにおいて位相を−Δφだけ
変化させてから合成器Eに入力し、合成した場合を考え
る。この場合は、合成器Eに入力前の信号が同位相にな
る到来角Δθに対してアレイアンテナ全体の指向性が最
大になる。そして、その最大利得は個々のサブアレイの
到来角Δθ方向の利得の2倍になる。すなわち、Δφと
Δθには、Δφ=(LsinΔθ)/λの関係がある
(Lは2つのサブアレイ間の距離であり、λは電波の波
長である)。
Next, let us consider a case where one of the two sub-array outputs is changed in phase by a phase shifter C by -Δφ and then input to a combiner E for combination as shown in FIG. In this case, the directivity of the entire array antenna becomes maximum with respect to the arrival angle Δθ at which the signals before input to the combiner E have the same phase. The maximum gain is twice the gain in the direction of arrival angle Δθ of each sub-array. That is, Δφ and Δθ have a relationship of Δφ = (Lsin Δθ) / λ (L is the distance between two sub-arrays, and λ is the wavelength of the radio wave).

【0021】従って、位相差検出手段Bを用いて基準と
なる一方のサブアレイ出力ともう1つサブアレイ出力の
位相差Δφを検出し、この位相差Δφを第1制御手段D
に入力する。そして、第1制御手段Dは移相器Cの移相
量を−Δφに設定する。このため、合成器Bに供給され
る2つの信号の位相を一致させることにより、Δθの方
向、すなわち電波到来の方向に対し指向性が向けられ
る。このようにして、アレイアンテナ全体の指向性が常
に電波到来方向、すなわち衛星方向に向き、自動的に衛
星を電子追尾することができる。すなわち、この電子追
尾方式は純電子的にビーム仰角を変化して衛星を追尾す
るため、高速な仰角変動に容易に対応できる。
Therefore, the phase difference detecting means B is used to detect the phase difference Δφ between one reference sub-array output and the other sub-array output, and this phase difference Δφ is detected.
To enter. Then, the first control means D sets the phase shift amount of the phase shifter C to -Δφ. Therefore, by matching the phases of the two signals supplied to the combiner B, the directivity is directed in the direction of Δθ, that is, the direction of arrival of the radio wave. In this way, the directivity of the entire array antenna always faces the direction of arrival of radio waves, that is, the direction of the satellite, and electronic tracking of the satellite can be automatically performed. That is, since this electronic tracking system tracks the satellite by changing the beam elevation angle purely electronically, it can easily cope with high-speed elevation angle fluctuations.

【0022】ところで、この電子追尾においては、アレ
イアンテナ全体の最大利得は、個々のサブアレイの指向
特性の2倍の線(図5においてG2 ×2)上を動くこと
になる。したがって、図5に示すように、到来角Δθが
増大するにつれボアサイト方向の利得G0 に対し徐々に
利得が低下する。この利得低下は、アレイアンテナの分
割数を大きくし、個々のサブアレイの指向性の幅を広げ
ることで軽減は可能であるが、到来角Δθが大きくなる
と衛星から見たアレイアンテナの投影面積が小さくなる
ため、利得の低下は避けられない。
By the way, in this electronic tracking, the maximum gain of the entire array antenna moves on a line (G2 × 2 in FIG. 5) that is twice the directivity of each sub-array. Therefore, as shown in FIG. 5, as the angle of arrival Δθ increases, the gain gradually decreases with respect to the gain G0 in the boresight direction. This gain reduction can be mitigated by increasing the number of divisions of the array antenna and widening the directivity width of each sub-array, but when the arrival angle Δθ increases, the projected area of the array antenna seen from the satellite decreases. Therefore, a decrease in gain cannot be avoided.

【0023】そこで、本発明では、上述のような電子追
尾を行うと同時に、第2制御手段Hにより前記位相差Δ
φが0になるように仰角方向駆動手段Fを制御し、アレ
イアンテナ全体の姿勢を機械的に制御してアンテナのボ
アサイトを衛星方向に保ち、電子追尾のみを行うことに
よる投影面積の減少によるアンテナの利得低下を最小限
に抑えるようにする。
Therefore, in the present invention, the electronic tracking as described above is performed, and at the same time, the phase difference Δ is caused by the second control means H.
By controlling the elevation direction driving means F so that φ becomes 0, mechanically controlling the attitude of the entire array antenna to keep the boresight of the antenna in the satellite direction, and only performing electronic tracking, the projected area is reduced. Try to minimize the gain reduction of the antenna.

【0024】そして、第2制御手段Hによる仰角方向駆
動手段Fの制御は、位相差Δφをそのまま用いず、これ
を平均化手段Gにおいて平均化処理したものを用いる。
このように平均化処理すると、仰角変動のうち高速な成
分、すなわち、悪路走行に伴なう車両の振動等に起因す
る仰角変動は、除去される。そして、緯度変化・坂道走
行時などの比較的変動範囲は大きい(20°)が変動速
度は緩やかのものが残る。従って、仰角方向駆動手段F
はこのような比較的低速な変化に対応するもので良い。
In the control of the elevation direction driving means F by the second control means H, the phase difference Δφ is not used as it is, but the averaging means G averages it.
When the averaging process is performed in this manner, a high-speed component of the elevation angle variation, that is, an elevation angle variation due to the vehicle vibration or the like accompanying traveling on a rough road is removed. Further, although the variation range is relatively large (20 °) when the latitude is changed or when traveling on a slope, the variation speed remains slow. Therefore, the elevation direction drive means F
May correspond to such a relatively slow change.

【0025】このように、本発明では、高速な応答を要
する仰角方向の変化は成分に対して電子的な追尾に受け
持たせるため、機械的追尾の応答速度を遅くしてもよ
い。そこで、小型でトルクの少ないモーターを使用等、
仰角方向駆動装置Fを簡単な構成とすることができる。
また、これによって、アンテナ装置を低姿勢構造としや
すくなる。
As described above, in the present invention, the change in the elevation angle direction, which requires a high-speed response, is taken care of electronically by the component. Therefore, the response speed of mechanical tracking may be slowed down. Therefore, using a small motor with less torque,
The elevation direction drive device F can have a simple structure.
This also facilitates the antenna device to have a low-profile structure.

【0026】さらに、ボールねじ手段により仰角方向駆
動装置Fにおけるモーターの回転力を一旦直線運動に変
換した後、もう一度アンテナの仰角方向の回転運動に変
換することによって、プーリ等が不要であり、アレイア
ンテナを回転させるための構成が低姿勢の構造にでき
る。
Further, the ball screw means converts the rotational force of the motor in the elevation direction drive unit F into a linear motion once, and then converts it into a rotation motion in the elevation angle direction of the antenna again, thereby eliminating the need for a pulley and the like, so that the array The structure for rotating the antenna can be a low-profile structure.

【0027】[0027]

【実施例】以下に、本発明の一実施例である車載用衛星
放送受信アンテナ装置について、図面を用いて説明す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A vehicle-mounted satellite broadcast receiving antenna device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】このアンテナ装置は、1つの平面状のアレ
イアンテナを4つのサブアレイに分割し、個々のサブア
レイ出力を分配・合成して作られる位相モノパルス信号
に基づいて放送衛星を追尾し、車室内に設置したBSチ
ューナーに受信信号を出力することにより、移動中の衛
星放送受信を可能にするものである。
In this antenna device, one planar array antenna is divided into four sub-arrays, and the broadcasting satellites are tracked based on a phase monopulse signal generated by distributing and synthesizing the outputs of the individual sub-arrays, and the sub-array is placed inside the vehicle. By outputting a reception signal to the installed BS tuner, it is possible to receive satellite broadcasting while moving.

【0029】<機械系>本アンテナ装置の機械系は、支
持機構、方位角駆動機構、仰角駆動機構の3つに大別さ
れる。これらの構成を図6〜図8に示す。
<Mechanical System> The mechanical system of the present antenna device is roughly classified into a support mechanism, an azimuth angle drive mechanism, and an elevation angle drive mechanism. These configurations are shown in FIGS.

【0030】支持機構 図6〜図8に示すように、支持機構は、ターンテーブル
10、基台12などで構成される。ターンテーブル10
は、円板状のテーブルであり、ここに衛星放送受信用の
アレイアンテナ100が搭載される。基台12は、アン
テナ装置全体を支持する円板状の台で、自動車など移動
体の屋根に固定支持される。また、この基台12はその
周囲に上方に突出する円筒状の基台枠12aを備えてお
り、基台枠12aの上部には内側に向けて水平方向にリ
ブ状のガイド部材16が設けてある。
Support Mechanism As shown in FIGS. 6 to 8, the support mechanism includes a turntable 10, a base 12, and the like. Turntable 10
Is a disk-shaped table on which the array antenna 100 for satellite broadcast reception is mounted. The base 12 is a disk-shaped base that supports the entire antenna device, and is fixedly supported on the roof of a moving body such as an automobile. Further, the base 12 is provided with a cylindrical base frame 12a that projects upward around the periphery thereof, and a rib-shaped guide member 16 is provided in the upper part of the base frame 12a in the horizontal direction toward the inside. is there.

【0031】ターンテーブル10は、方位角方向におい
て全方向(360°)に回転可能なように軸支機構14
によって基台12上に回転支持される。この軸支機構1
4は、中心のロータリジョイント14aと、基台12か
らロータリジョイント14aを取り囲むように伸びる支
持部14cと、支持部14cの上面に形成されたスリッ
プリング14bと、軸支機構14の上側を覆うと共に、
ターンテーブル10に接続されたキャップ14dと、キ
ャップ14dの側壁内側と支持部14cの外周の間に設
けられたベアリング14eからなっている。このような
軸支機構14によって、ターンテーブル10を基台12
に対し、安定して軸支することができる。なお、ロータ
リジョイント14aは、アンテナにおいて受信したター
ンテーブル10上の信号を車室内のBSチューナに供給
する電気的な接続を行う。また、スリップリング14b
は、車室内からの電源をキャップ14dに設けられた摺
動子(図示せず)を介しターンテーブル10上の回路に
供給する役割を担っている。
The turntable 10 has a shaft support mechanism 14 so that it can rotate in all directions (360 °) in the azimuth direction.
Is rotatably supported on the base 12. This shaft support mechanism 1
Reference numeral 4 denotes a central rotary joint 14a, a support portion 14c extending from the base 12 so as to surround the rotary joint 14a, a slip ring 14b formed on the upper surface of the support portion 14c, and an upper side of the shaft support mechanism 14, ,
It comprises a cap 14d connected to the turntable 10 and a bearing 14e provided between the inner side wall of the cap 14d and the outer periphery of the support portion 14c. With such a shaft support mechanism 14, the turntable 10 is attached to the base 12
On the other hand, the shaft can be stably supported. The rotary joint 14a is electrically connected to supply the signal on the turntable 10 received by the antenna to the BS tuner in the vehicle compartment. Also, the slip ring 14b
Plays a role of supplying power from the passenger compartment to a circuit on the turntable 10 via a slider (not shown) provided on the cap 14d.

【0032】さらに、図6(B)に示すように、回転が
円滑になるようターンテーブル10の周辺部には、ター
ンテーブル10を基台12に対し支持する補助ローラ3
0が設けられている。すなわち、この補助ローラ30
は、ターンテーブル上の支持部30aに回転自在に支持
された従動ローラ30bからなっており、この従動ロー
ラ30bが基台12上を走行する。なお、この補助ロー
ラ30は60°おきに5つ設けられている。
Further, as shown in FIG. 6B, an auxiliary roller 3 for supporting the turntable 10 with respect to the base 12 is provided around the turntable 10 so that the rotation is smooth.
0 is provided. That is, this auxiliary roller 30
Comprises a driven roller 30b rotatably supported by a supporting portion 30a on the turntable, and the driven roller 30b travels on the base 12. Five auxiliary rollers 30 are provided every 60 °.

【0033】レドーム32は、雨天時でも衛星放送が受
信可能なように装置全体を覆うように基台枠12aに固
定される。このレドーム32はFRP・アクリルなど非
金属の材料で形成される。
The radome 32 is fixed to the base frame 12a so as to cover the entire apparatus so that satellite broadcasting can be received even in the rain. The radome 32 is made of a non-metal material such as FRP or acrylic.

【0034】方位角駆動機構 方位角駆動機構は、方位角モーター18、駆動用ローラ
ー20などから構成される。方位角モーター18はター
ンテーブル10上に回転軸が水平になるように設置され
ている。そして、方位角モーター18の出力軸は、ジョ
イント24および軸受け26aを介し、上側の駆動ロー
ラ20に接続されている。一方軸受け26aの下側には
軸受け26bがスプリング(図示せず)を介し取り付け
られている。そして、軸受け26bから伸びる軸には従
動ローラ22が取り付けられている。そして、駆動用ロ
ーラ20および従動ローラ22はターンテーブル10上
周辺部に設置され、基台枠12aのガイド部材16を上
下から挟み込んでいる。また、スプリングは、軸受け2
6a,26b間に両者が近付く方向に力をかけているた
め、このスプリングの力によって駆動ローラ20および
従動ローラ22は、ガイド部材16に押さえ付けられ、
接地圧力がかけられている。この状態で方位角モーター
18を回転することにより、駆動ローラ20が回転し、
駆動ローラ20および従動ローラ22がガイド部材16
上を走行しターンテーブル10全体を方位角方向に回転
駆動する。
Azimuth angle drive mechanism The azimuth angle drive mechanism comprises an azimuth angle motor 18, a driving roller 20, and the like. The azimuth motor 18 is installed on the turntable 10 so that the rotation axis is horizontal. The output shaft of the azimuth motor 18 is connected to the upper drive roller 20 via the joint 24 and the bearing 26a. On the other hand, below the bearing 26a, a bearing 26b is attached via a spring (not shown). The driven roller 22 is attached to the shaft extending from the bearing 26b. The driving roller 20 and the driven roller 22 are installed on the peripheral portion of the turntable 10 and sandwich the guide member 16 of the base frame 12a from above and below. Also, the spring is the bearing 2
Since a force is applied between 6a and 26b in a direction in which they approach each other, the force of this spring presses the drive roller 20 and the driven roller 22 against the guide member 16,
Ground pressure is applied. By rotating the azimuth motor 18 in this state, the drive roller 20 rotates,
The drive roller 20 and the driven roller 22 include the guide member 16
The vehicle travels above and drives the turntable 10 to rotate in the azimuth direction.

【0035】駆動ローラ20を直接駆動するため、方位
角モーター18がCW回転(出力軸方向から見て時計回
り)の場合、ターンテーブル10は上から見てCCW方
向(反時計回り)に、方位角モーター18がCCW回転
の場合ターンテーブル10はCW方向に回転する。
Since the drive roller 20 is directly driven, when the azimuth motor 18 rotates in the CW direction (clockwise when viewed from the output shaft direction), the turntable 10 moves in the CCW direction (counterclockwise direction) when viewed from above. When the angular motor 18 rotates CCW, the turntable 10 rotates in the CW direction.

【0036】なお、駆動ローラ20および従動ローラ2
2の表面には、摩擦の大きな弾性材料であるゴム材など
の層が形成されており、これによりスリップを防止して
いる。
The drive roller 20 and the driven roller 2
On the surface of No. 2, a layer such as a rubber material, which is an elastic material having a large friction, is formed to prevent slippage.

【0037】さらに、この構成では両ローラ20、22
において、その内側と外側で回転半径の差が生じる。こ
のため、そのまま駆動すると偏摩耗が発生する。そこ
で、本例では、ガイド部材16を外方に向けて厚みが薄
くなるようテーパを設けると共に、両ローラ20、22
の直径をこれに対応して外方に向けて大きくなるように
テーパを設けている。これにより、ターンテーブル10
の回転角に対するローラテーパ部の外側(ターンテーブ
ル外周側)および内側の回転角が一致することになり偏
摩耗の発生を防止している。
Further, in this structure, both rollers 20, 22 are
At, there is a difference in radius of gyration between the inside and the outside. Therefore, if it is driven as it is, uneven wear occurs. Therefore, in this example, the guide member 16 is provided with a taper so as to be thin toward the outside, and both rollers 20, 22 are provided.
Corresponding to this, the taper is provided so as to increase toward the outside. As a result, the turntable 10
The rotation angle on the outer side (on the outer circumference side of the turntable) and on the inner side of the roller taper portion with respect to the rotation angle of is matched to prevent uneven wear.

【0038】このように、本実施例によれば、 (i)ギアを一切使用しないため、ガタがなくハンチン
グが発生しない。
As described above, according to this embodiment, (i) since no gear is used, there is no play and no hunting occurs.

【0039】(ii)外周部において駆動するため、ロ
ーラにかかる負担(トルク)が小さい。従って、ローラ
で挟み込む力がそれほど大きくなくても十分な駆動力を
発生させることができる。
(Ii) Since the drive is performed at the outer peripheral portion, the load (torque) applied to the roller is small. Therefore, a sufficient driving force can be generated even if the force sandwiched by the rollers is not so large.

【0040】(iii)駆動機構に対する負担が少な
く、かつ構成が単純であるため、動作の信頼性が高い。
(Iii) Since the load on the drive mechanism is small and the structure is simple, the operation reliability is high.

【0041】(iv)モーターが水平配置であるため、
車載に適した低姿勢を実現できる。
(Iv) Since the motor is horizontally arranged,
It is possible to realize a low profile suitable for vehicle mounting.

【0042】(v)ターンテーブルの外周部に方位角モ
ーターを設置できるため、ターンテーブルの中央付近に
アレイアンテナを配置できる。アレイアンテナは横長で
あるため、ターンテーブルの中央付近を通ることによっ
て、効率的な配置が行え、装置の小型化が図れる。
(V) Since the azimuth motor can be installed on the outer periphery of the turntable, the array antenna can be arranged near the center of the turntable. Since the array antenna is horizontally long, it can be efficiently arranged by passing through the vicinity of the center of the turntable, and the size of the device can be reduced.

【0043】(vi)ガイド部材の直径と駆動ローラ直
径の比で減速比が決定されるため、減速比の設定の自由
度が高く、装置の設計が容易である。
(Vi) Since the reduction ratio is determined by the ratio of the diameter of the guide member and the diameter of the driving roller, the degree of freedom in setting the reduction ratio is high and the device design is easy.

【0044】仰角駆動機構 仰角駆動機構は、図7に示すように、仰角モーター5
0、回転直線変換機構52、リンク機構54およびアン
テナ支持部56から構成される。
Elevation Angle Drive Mechanism The elevation angle drive mechanism, as shown in FIG.
0, a rotary straight line conversion mechanism 52, a link mechanism 54, and an antenna support portion 56.

【0045】横長矩形状で平面状のアレイアンテナ10
0の両端部は、図7(B)に示すアンテナ支持部56に
よりターンテーブル10上で仰角可変となるように支持
されている。すなわち、アレイアンテナ100の端部に
は、裏面側に伸びる板材56aが固定されており、この
板材56aの他端側には軸56bが固定されている。そ
して、この軸56bがターンテーブル10に固定された
軸受け56cに回動自在に支持されているため、アレイ
アンテナ100は、軸56bを中心に回転可能になって
いる。また、軸56bは、アレイアンテナ100の長手
方向およびターンテーブル10の表面に平行に伸びるた
め、アレイアンテナ100はターンテーブル10上で仰
角方向に回転可能になっている。また、アンテナ支持機
構56の軸56bには突起56dが設けられており、こ
の突起56dには他端が軸受け56cに固定されている
引っ張りばね56eが取り付けられている。そして、こ
の突起56dは、ターンテーブル10側に伸びているた
め、引っ張りばね56eにより、アレイアンテナ100
は、その表面が下方に向けて回転するように付勢されて
いる。
Array antenna 10 having a horizontally long rectangular planar shape
Both ends of 0 are supported by the antenna support portion 56 shown in FIG. 7B so that the elevation angle can be varied on the turntable 10. That is, the plate member 56a extending to the back surface side is fixed to the end portion of the array antenna 100, and the shaft 56b is fixed to the other end side of the plate member 56a. Further, since the shaft 56b is rotatably supported by the bearing 56c fixed to the turntable 10, the array antenna 100 is rotatable about the shaft 56b. Further, since the shaft 56b extends parallel to the longitudinal direction of the array antenna 100 and the surface of the turntable 10, the array antenna 100 is rotatable on the turntable 10 in the elevation angle direction. A protrusion 56d is provided on the shaft 56b of the antenna support mechanism 56, and a tension spring 56e having the other end fixed to the bearing 56c is attached to the protrusion 56d. Since the protrusion 56d extends to the turntable 10 side, the extension antenna 56e causes the array antenna 100 to move.
Is biased so that its surface rotates downward.

【0046】一方、図7(A)に示すように、仰角モー
ター50の出力軸には、ボールねじで構成される回転直
線変換機構52が接続されている。この回転直線変換機
構52は、仰角モーターによって回転する雄ねじ部52
aと、この雄ねじ部52aの回転によって直線運動する
雌ねじ部52bからなっており、仰角モーター50の回
転により雌ねじ部52bに接続された出力軸52cが直
線運動する。
On the other hand, as shown in FIG. 7 (A), the output shaft of the elevation motor 50 is connected to a rotary straight line conversion mechanism 52 composed of a ball screw. The rotary straight line conversion mechanism 52 is provided with a male screw portion 52 that is rotated by an elevation motor.
The output shaft 52c connected to the female screw portion 52b is linearly moved by rotation of the elevation motor 50. The output shaft 52c is linearly moved by rotation of the male screw portion 52a.

【0047】そして、回転直線変換機構52にはリンク
機構54が接続されている。このリンク機構54の先端
側には出力ロッド54aが回動自在に取り付けられてお
り、この出力ロッド54aがアレイアンテナ100の裏
面下側にアレイアンテナに対し垂直に固定されている。
そして、上述のようにアレイアンテナ100は、支持機
構56によって、軸56bを中心に回転する。従って、
リンク機構54が図における右側に移動すると、出力ロ
ッド54aによって、アレイアンテナ100の下側が押
され、アレイアンテナ100は、引っ張りばね56eの
付勢力に抗して上(図の紙面に対しと反時計方向)に向
けて回転する。一方、リンク機構54が図における左側
に移動した場合には、アレイアンテナ100は下(図の
紙面に対し時計方向)に向けて回転する。
A link mechanism 54 is connected to the rotary straight line converting mechanism 52. An output rod 54a is rotatably attached to the tip end side of the link mechanism 54, and the output rod 54a is fixed to the lower side of the back surface of the array antenna 100 perpendicularly to the array antenna.
Then, as described above, the array antenna 100 is rotated about the shaft 56b by the support mechanism 56. Therefore,
When the link mechanism 54 moves to the right side in the drawing, the lower side of the array antenna 100 is pushed by the output rod 54a, and the array antenna 100 moves upward (counterclockwise with respect to the paper surface of the drawing) against the biasing force of the tension spring 56e. Direction). On the other hand, when the link mechanism 54 moves to the left side in the drawing, the array antenna 100 rotates downward (clockwise with respect to the paper surface of the drawing).

【0048】このようにして、仰角モーター50が回転
すると、その回転運動が回転直線変換機構52により直
線運動に変換され、リンク機構54を介しアレイアンテ
ナ100の背面を押し、アンテナを仰角方向に回転駆動
する。
In this way, when the elevation motor 50 rotates, its rotational motion is converted into linear motion by the rotary linear conversion mechanism 52, and the back surface of the array antenna 100 is pushed through the link mechanism 54 to rotate the antenna in the elevation direction. To drive.

【0049】なお、引っ張りばね56eにより、アレイ
アンテナ100を常時アンテナの仰角が低くなる方向に
付勢しているため、リンク機構54には常にアンテナを
押す方向に力がかかることになる。従って、リンク機構
54による仰角制御時(特に押す・引くの切替時)にお
けるガタの発生を防止することができる。
Since the tension spring 56e constantly urges the array antenna 100 in the direction in which the elevation angle of the antenna is lowered, the link mechanism 54 is always subjected to a force in the direction of pushing the antenna. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of backlash during elevation angle control by the link mechanism 54 (particularly when switching between pushing and pulling).

【0050】また、リンク機構54には、所定の大きさ
の遮光板58を取り付けている。従って、リンク機構5
4の直線移動に伴い、この遮蔽板58も移動する。そし
て、この遮蔽板58の移動の前後に所定位置にリミット
スイッチとして機能する一対のフォトセンサ60を配設
してある。このフォトセンサ60は、それぞれ発光素子
と受光素子を対向配置させたものであり、この間に遮蔽
板58が侵入した場合に、これを検出する。そこで、リ
ンク機構54の移動範囲が所定以上となったことをフォ
トセンサ60により検出することができ、リンク機構5
4の移動量をフォトセンサ60の出力に基づいて制限す
ることにより、アンテナの仰角をこの範囲に制限するこ
とができる。
Further, a light shielding plate 58 of a predetermined size is attached to the link mechanism 54. Therefore, the link mechanism 5
With the linear movement of 4, the shielding plate 58 also moves. A pair of photosensors 60 functioning as limit switches are provided at predetermined positions before and after the movement of the shield plate 58. The photosensor 60 has a light emitting element and a light receiving element arranged opposite to each other, and detects when the shield plate 58 enters between them. Therefore, it can be detected by the photosensor 60 that the movement range of the link mechanism 54 has become equal to or larger than a predetermined range.
By limiting the moving amount of 4 based on the output of the photo sensor 60, the elevation angle of the antenna can be limited to this range.

【0051】日本全国をサービスエリアと考えた場合、
衛星放送の受信において必要な指向性の仰角は概ね40
°±20°の範囲と考えられる。本実施例では、後述す
る仰角電子追尾機能によってアンテナのボアサイトから
±10°の指向性制御が可能なため、アンテナ仰角の可
変範囲は40°±10°としている。
Considering the whole of Japan as a service area,
The elevation angle of directivity required for satellite broadcasting reception is about 40.
It is considered to be in the range of ± 20 °. In the present embodiment, since the directivity control of ± 10 ° can be performed from the boresight of the antenna by the elevation angle electronic tracking function described later, the variable range of the antenna elevation angle is set to 40 ° ± 10 °.

【0052】なお、引っ張りばね56eに代えて圧縮ば
ねを採用する等して付勢方向を変更してもよい。さら
に、上述のリンク機構54に代えて、図9に示すような
プッシュロッド62とローラ64を組み合わせた構成と
しても良い。この構成では、回転直線変換機構52によ
り、プッシュロッド62が直線的に移動し、その先端に
回転自在に取り付けられてローラ64がアレイアンテナ
100の裏面にぶつかる。従って、このローラ64の移
動によってアレイアンテナ100が仰角方向に回転す
る。なお、本例では、アレイアンテナ100の裏面に所
定平面を有する突出部66を設け、ここにローラ64を
押し付けると共に、この突出部をターンテーブル10に
向けてばね68により引っ張っている。そこで、アレイ
アンテナ100とローラ64は単に押し付けられている
だけであり、両者の間にボルト締め等の固定機構が不要
になっている。
The biasing direction may be changed by using a compression spring instead of the tension spring 56e. Further, instead of the link mechanism 54 described above, a configuration in which a push rod 62 and a roller 64 as shown in FIG. 9 are combined may be adopted. In this structure, the rotation linear conversion mechanism 52 linearly moves the push rod 62, and the push rod 62 is rotatably attached to the tip of the push rod 62 so that the roller 64 hits the back surface of the array antenna 100. Therefore, the movement of the roller 64 causes the array antenna 100 to rotate in the elevation direction. In this example, a protrusion 66 having a predetermined plane is provided on the back surface of the array antenna 100, the roller 64 is pressed against the protrusion 66, and the protrusion 68 is pulled toward the turntable 10 by a spring 68. Therefore, the array antenna 100 and the roller 64 are simply pressed against each other, and a fixing mechanism such as bolting is not required between them.

【0053】<電気系>アンテナ装置の電気系の構成を
図10に示す。このように、本アンテナ装置の電気系
は、アレイアンテナ部100、合成分配部200、位相
比較部300、同相合成部400、制御部500および
電源部600から構成される。このような電気回路は全
てターンテーブル10上に配置される。そして、電源は
スリップリング14bを介して自動車からターンテーブ
ル10上の電源部600に供給される。また受信信号
は、ロータリージョイント14aを介して車室内のBS
チューナー700へ送られ、これに接続されているTV
モニタ702において衛星放送が再生される。
<Electrical System> FIG. 10 shows the configuration of the electrical system of the antenna device. As described above, the electric system of the present antenna device includes the array antenna unit 100, the combining / distributing unit 200, the phase comparing unit 300, the in-phase combining unit 400, the control unit 500, and the power supply unit 600. All such electric circuits are arranged on the turntable 10. Then, power is supplied from the automobile to the power supply unit 600 on the turntable 10 via the slip ring 14b. In addition, the received signal is transmitted to the BS inside the vehicle through the rotary joint 14a.
TV sent to tuner 700 and connected to it
The satellite broadcast is reproduced on the monitor 702.

【0054】アレイアンテナ部 アレイアンテナ100は、図11に示すように、衛星か
らの約12GHzの電波を受信し、約1.3GHzの中
間周波数(BS−IF)に変換して合成分配部200へ
供給する部分であり、4つのサブアレイ100A1、1
00A2、100A3、100A4と、個々のサブアレ
イ用のBSコンバータ102A1、102A2、102
A3、102A4、および1次ローカル部104からな
る。1次ローカル部104は、ローカル発振器104a
とアンプ104bと、同相4分配器104cからなって
いる。そして、ローカル発振器104aの10.7GH
zのローカル信号出力を各BSコンバータ102A1〜
102A4に供給する。各BSコンバータ102A1〜
102A4は受信信号と1次ローカル部104からのロ
ーカル信号を混合し、中間周波数の信号を得る。そし
て、各BSコンバータ102A1〜102A4より各サ
ブアレイ100A1〜100A4の中間周波数信号(B
S−IF信号)A1,A2,A3,A4が出力される。
なお、仰角ドライバー106は、仰角モーター50の回
転を制御するものであり、方位角ドライバー108は、
方位角モーター18の回転を制御するものである。
Array Antenna Unit The array antenna 100 receives a radio wave of about 12 GHz from a satellite, converts it to an intermediate frequency (BS-IF) of about 1.3 GHz, and sends it to the combining / distributing unit 200, as shown in FIG. The part that supplies the four sub-arrays 100A1 and 1
00A2, 100A3, 100A4 and BS converters 102A1, 102A2, 102 for individual sub-arrays
A3, 102A4, and the primary local unit 104. The primary local unit 104 includes a local oscillator 104a.
And an amplifier 104b and an in-phase four-way divider 104c. Then, 10.7 GHz of the local oscillator 104a
z local signal output to each BS converter 102A1
Supply to 102A4. Each BS converter 102A1
102A4 mixes the received signal and the local signal from the primary local unit 104 to obtain an intermediate frequency signal. Then, from the BS converters 102A1 to 102A4, the intermediate frequency signals (B
S-IF signals) A1, A2, A3 and A4 are output.
The elevation driver 106 controls the rotation of the elevation motor 50, and the azimuth driver 108
The rotation of the azimuth motor 18 is controlled.

【0055】アレイアンテナの構成 サブアレイ100A1、100A2、100A3、10
0A4は1つの横長の矩形状のアレイアンテナ100を
上下左右4つに分割した形となっている。ここでは説明
のためアンテナ背面側からみて左下のサブアレイを10
0A1、右下を100A2、左上を100A3、右上を
100A4とする。
Array Antenna Configuration Sub-arrays 100A1, 100A2, 100A3, 10
The 0A4 has a shape in which one horizontally long rectangular array antenna 100 is divided into four vertically and horizontally. Here, for the sake of explanation, the lower left sub-array is 10
0A1, lower right is 100A2, upper left is 100A3, and upper right is 100A4.

【0056】本例においては、アレイアンテナ100は
受信アンテナであるが、送信アンテナと受信アンテナは
相反の関係であるため、以下では送信アンテナとして説
明する。
In this example, the array antenna 100 is a receiving antenna, but since the transmitting antenna and the receiving antenna have a reciprocal relationship, the transmitting antenna will be described below.

【0057】1つのサブアレイ100Aの構造を図12
に示す。サブアレイ100Aは給電用の導波管110
と、導波管110上に設けられた複数のアンテナ素子1
24から構成される。
The structure of one sub-array 100A is shown in FIG.
Shown in. The sub-array 100A is a waveguide 110 for power feeding.
And a plurality of antenna elements 1 provided on the waveguide 110.
24.

【0058】導波管110は、2列の方形導波管11
4,116の幅狭面(以下E面)どうしを接合し、その
接合面112の中心付近を切除し窓112aを設けてい
る。そして、その窓112aの中心付近に方形導波管1
10の幅広面(以下H面)の裏側からBSコンバータ1
02の給電プローブ120が挿入される。
The waveguide 110 comprises two rows of rectangular waveguides 11.
The narrow surfaces 4 and 116 (hereinafter referred to as E surfaces) are joined to each other, and the joining surface 112 is cut near the center to provide a window 112a. The rectangular waveguide 1 is provided near the center of the window 112a.
BS converter 1 from the back side of the wide surface of 10 (hereinafter H surface)
02 feeding probe 120 is inserted.

【0059】各導波管114、116のそれぞれの表側
のH面の中心線上には、導波管114、116とアンテ
ナ素子124とを結合するための小孔が設けてある。
A small hole for coupling the waveguides 114 and 116 and the antenna element 124 is provided on the center line of the front H surface of each of the waveguides 114 and 116.

【0060】アンテナ素子124は、図13に示すよう
に、グランド板として機能する導波管110の上部H面
上に誘電体層126を介し設けられた金属板(パッチ)
128と、このパッチ128から下方に向けて伸びる脚
部(結合プローブ)130とからなっている。この結合
プローブ130は、導波管110のH面に設けられた小
孔132を貫通し導波管110内に突出しており、これ
によって導波管110と電磁結合される。パッチ128
はフォトエッチングや印刷等の手法で誘電体層126上
に形成される。従って、複数のパッチ128を同時に形
成することができる。
As shown in FIG. 13, the antenna element 124 is a metal plate (patch) provided on the upper H surface of the waveguide 110 functioning as a ground plate with a dielectric layer 126 interposed therebetween.
The patch 128 includes a leg portion (coupling probe) 130 extending downward from the patch 128. The coupling probe 130 penetrates through a small hole 132 provided in the H surface of the waveguide 110 and projects into the waveguide 110, whereby it is electromagnetically coupled to the waveguide 110. Patch 128
Is formed on the dielectric layer 126 by a method such as photoetching or printing. Therefore, a plurality of patches 128 can be formed simultaneously.

【0061】パッチ128は、全体として円形であり、
対称な位置に一対の切り欠きを有している。そして、パ
ッチ128の所定の位置(接合点)に、結合プローブ1
30が接合される。この接合点とパッチ中心を結ぶ線
は、切り欠きを結ぶ線に対し45度に設定されている。
そして、本実施例では、この接合点のパッチ中心からの
距離をアンテナ素子124の設置位置に応じて設定して
いる。
The patch 128 has a circular shape as a whole,
It has a pair of notches at symmetrical positions. Then, the binding probe 1 is placed at a predetermined position (joint point) of the patch 128.
30 is joined. The line connecting the joining point and the patch center is set at 45 degrees with respect to the line connecting the notches.
Then, in this embodiment, the distance from the patch center of this junction point is set according to the installation position of the antenna element 124.

【0062】導波管110からパッチ128に伝送され
る所定周波数の電力の結合係数αは、パッチ128より
導波管110内に挿入されている結合プローブ130自
体のインピーダンスとパッチ128のインピーダンスの
比で決まる。ここで、結合プローブ130のインピーダ
ンスは、例えば結合プローブ130の長さ、太さなどに
より任意のインピーダンスに設定することができる。な
お、アンテナ全体の形状から結合プローブ130の寸法
には所定の制約があり、実際に変更可能な結合プローブ
130のインピーダンスは数10Ω〜数100Ω程度で
ある。また、パッチ128の入力インピーダンスは、誘
電体層126の比誘電率および厚さによって異なった値
となる。従って、各アンテナ素子124を等振幅で励振
するための結合係数αの組み合わせは無数にある。
The coupling coefficient α of the power of a predetermined frequency transmitted from the waveguide 110 to the patch 128 is the ratio of the impedance of the coupling probe 130 itself inserted in the waveguide 110 from the patch 128 to the impedance of the patch 128. Depends on. Here, the impedance of the coupling probe 130 can be set to an arbitrary impedance depending on, for example, the length and thickness of the coupling probe 130. There are certain restrictions on the dimensions of the coupling probe 130 due to the shape of the entire antenna, and the impedance of the coupling probe 130 that can be actually changed is about several tens Ω to several hundreds Ω. Further, the input impedance of the patch 128 has different values depending on the relative dielectric constant and the thickness of the dielectric layer 126. Therefore, there are innumerable combinations of coupling coefficients α for exciting each antenna element 124 with equal amplitude.

【0063】ここで、パッチ128に対する給電点の位
置と結合係数αの関係の例を、図14に示す。このよう
に給電点の位置を変更することによって、結合係数αを
所望のものにできる。図14は結合プローブ130のイ
ンピーダンスをパッチ128の外周部(エッジ)での入
力インピーダンスの1/3とした場合の結合係数αを示
している。
Here, an example of the relationship between the position of the feeding point with respect to the patch 128 and the coupling coefficient α is shown in FIG. By changing the position of the feeding point in this way, the coupling coefficient α can be set to a desired value. FIG. 14 shows the coupling coefficient α when the impedance of the coupling probe 130 is ⅓ of the input impedance at the outer peripheral portion (edge) of the patch 128.

【0064】このように、結合プローブ130のインピ
ーダンスとパッチ128のインピーダンスが等しい場合
に両者の結合度が最も大きくなり、それ以外では結合度
が小さくなる。そこで、本実施例では、接合点の位置を
変更することで、アンテナ素子124における結合プロ
ーブ130の長さおよび太さを同一としたまま各アンテ
ナ素子124における結合度を調整する。
As described above, when the impedance of the coupling probe 130 and the impedance of the patch 128 are equal to each other, the degree of coupling between the two becomes maximum, and in other cases, the degree of coupling becomes smaller. Therefore, in the present embodiment, by changing the position of the junction point, the coupling degree in each antenna element 124 is adjusted while keeping the length and thickness of the coupling probe 130 in the antenna element 124 the same.

【0065】そして、図15に示すように、各アンテナ
素子124における結合度を給電プローブ120からの
距離に応じて設定することで、給電プローブ120に対
する設置位置の違いによって生じるアンテナ素子124
に供給される電力の相違を補正し、すべてのアンテナ素
子124を等振幅励振することができる。
Then, as shown in FIG. 15, by setting the degree of coupling in each antenna element 124 according to the distance from the feeding probe 120, the antenna element 124 caused by the difference in the installation position with respect to the feeding probe 120.
It is possible to correct the difference in the power supplied to the antennas and to excite all the antenna elements 124 with the same amplitude.

【0066】さらに、給電プローブ120からの距離に
よって、各アンテナ素子における電流の位相が異なる。
本例では、アンテナ素子124の向きを変更する(機械
的に回転して配置する)ことで位相を調整し、各アンテ
ナ素子124の電力合成の際の位相を合わせている。す
なわち、各アンテナ素子124のパッチ128における
切り欠きを結ぶ線の方向を給電プローブ120からの距
離によって変更し、位相を調整する。
Furthermore, the phase of the current in each antenna element differs depending on the distance from the feeding probe 120.
In this example, the phase is adjusted by changing the orientation of the antenna element 124 (arranged by rotating mechanically), and the phase of each antenna element 124 at the time of power combination is matched. That is, the direction of the line connecting the notches in the patch 128 of each antenna element 124 is changed according to the distance from the power feeding probe 120 to adjust the phase.

【0067】BSコンバータ102A1〜102a4
は、4つのサブアレイ100A1〜100A4に各1つ
ずつ給電プローブ120を介して接続され、受信信号を
約1.3GHzのBS−IF信号に変換する。また、本
アンテナ装置では追尾を各サブアレイ出力間100A1
〜100A4の位相差に基づいて行うため、各コンバー
タ102A1〜102a4の出力がサブアレイ100A
1〜100A4の出力の位相関係を保っている必要があ
る。そこで、前述のように各ローカル信号は一つのロー
カル発振器104aの出力を同相4分配器104cで4
分配したものを用いている。
BS converters 102A1 to 102a4
Is connected to each of the four sub-arrays 100A1 to 100A4 via the power supply probe 120, and converts the received signal into a BS-IF signal of about 1.3 GHz. Further, in the present antenna device, tracking is performed between 100A1 between the outputs of each sub-array.
.. to 100A4 based on the phase difference, the outputs of the converters 102A1 to 102a4 are output to the sub-array 100A.
It is necessary to maintain the phase relationship of the outputs of 1 to 100 A4. Therefore, as described above, each local signal outputs the output of one local oscillator 104a to the in-phase quad divider 104c.
We use what we distributed.

【0068】合成分配部の構成 合成分配部200では、図16に示すように、アレイア
ンテナ100の4つのサブアレイ100A1〜100A
4の出力信号A1〜A4を分配および合成することによ
り、方位角モノパルス信号を得るための2つの合成信号
(左側(A1+A3)、右側(A2+A4) )と仰角モ
ノパルス信号を得るための2つの合成信号(下側(A1
+A2)、上側(A3+A4))とを発生し、位相比較
部300へ供給する。
Structure of Combined Distributor In the combined distributor 200, as shown in FIG. 16, four sub-arrays 100A1 to 100A of the array antenna 100 are provided.
4 output signals A1 to A4 are distributed and combined to obtain two combined signals for obtaining an azimuth monopulse signal (left side (A1 + A3), right side (A2 + A4)) and two combined signals for obtaining an elevation monopulse signal. (Lower side (A1
+ A2) and the upper side (A3 + A4)) are generated and supplied to the phase comparison unit 300.

【0069】すなわち、信号A1〜A4はそれぞれ2分
配器202、204、206、208に入力され、それ
ぞれ2つ出力される。そして、合成器212は2分配器
202および206の出力を合成して、A1+A3を
得、合成器214は2分配器202および204の出力
を合成して、A1+A2を得、合成器216は2分配器
204および208の出力を合成して、A2+A4を
得、合成器218は2分配器206および208の出力
を合成して、A3+A4を得る。従って、これら合成器
212〜218からの出力により、位相比較部300に
供給する仰角および方位角モノパルス信号を得るための
4つの信号を得ることができる。なお、合成器214、
218の出力は、それぞれ2分配器220、222を介
し出力されるため、A1+A2およびA3+A4の信号
は、2つずつ得られ、一方は同相合成部400に供給さ
れる。
That is, the signals A1 to A4 are input to the two-way dividers 202, 204, 206, and 208, respectively, and two signals are output respectively. Then, the combiner 212 combines the outputs of the two dividers 202 and 206 to obtain A1 + A3, the combiner 214 combines the outputs of the two dividers 202 and 204 to obtain A1 + A2, and the combiner 216 divides into two. The outputs of the devices 204 and 208 are combined to obtain A2 + A4, and the combiner 218 combines the outputs of the two-dividers 206 and 208 to obtain A3 + A4. Therefore, from the outputs from the combiners 212 to 218, four signals for obtaining the elevation angle and azimuth angle monopulse signals supplied to the phase comparison section 300 can be obtained. In addition, the synthesizer 214,
Since the outputs of 218 are output via the two-way dividers 220 and 222, respectively, two signals of A1 + A2 and A3 + A4 are obtained, and one of them is supplied to the in-phase combiner 400.

【0070】この構成により方位角・仰角の両モノパル
ス信号はともにアレイアンテナ全体の受信電力から発生
することになるため、両モノパルス信号ともS/N比が
高くなり、高精度な衛星追尾が可能となる。
With this configuration, since both the azimuth and elevation monopulse signals are generated from the received power of the entire array antenna, the S / N ratio of both monopulse signals is high and highly accurate satellite tracking is possible. Become.

【0071】さらに、合成器212、214、216、
218を位相差合成器によって構成すると、さらに高精
度のモノパルス信号および受信信号を生成することがで
きる。ここで、位相差合成器は、図17に示すように、
2つの入力の内1つの入力を移相器PSによって移相し
た後、合成器SSで合成するものである。
Furthermore, the synthesizers 212, 214, 216,
By configuring 218 with a phase difference synthesizer, it is possible to generate a highly accurate monopulse signal and received signal. Here, the phase difference synthesizer, as shown in FIG.
One of the two inputs is phase-shifted by the phase shifter PS and then synthesized by the synthesizer SS.

【0072】アレイアンテナ100の向きと電波の入射
方向とがずれている場合、サブアレイから出力される4
つの信号A1,A2,A3,A4には、互いに位相差が
ある。そこで、位相差合成器では、これらの位相差に基
づいて一方の信号を移相し、同相合成する。
When the direction of the array antenna 100 is deviated from the incident direction of the radio wave, the signal is output from the sub-array 4
The two signals A1, A2, A3 and A4 have a phase difference with each other. Therefore, the phase difference synthesizer shifts one of the signals on the basis of these phase differences to perform in-phase synthesis.

【0073】合成器212は、上下のサブアレイ出力信
号(以下上下信号という。他も同様)A1とA3を合成
するものであり、後述するように、制御部500では、
上下信号の位相差θを検出している。そこで、この上下
サブアレイからの信号間の位相差θを内部の移相器PS
によって解消することによって、最大効率の2信号の同
相合成が行える。また、合成器214では信号A1とA
2を合成するためそれらの信号の位相差である左右位相
差φ、合成器216では信号A2とA4を合成するため
上下位相差θ、合成器218では信号A3とA4を合成
するため左右位相差φに基づいて、それぞれの内部の移
相器PSの移相量を設定することで、それぞれ同相合成
を達成できる。
The synthesizer 212 synthesizes the upper and lower sub-array output signals (hereinafter referred to as the upper and lower signals. The same applies to other signals) A1 and A3.
The phase difference θ between the upper and lower signals is detected. Therefore, the phase difference θ between the signals from the upper and lower sub-arrays is set to the internal phase shifter PS.
By eliminating the above, in-phase combining of two signals with maximum efficiency can be performed. Further, in the combiner 214, the signals A1 and A
2 is a phase difference between the signals, that is, a left / right phase difference φ, a combiner 216 is a vertical phase difference θ for combining the signals A2 and A4, and a combiner 218 is a left / right phase difference for combining the signals A3 and A4. In-phase synthesis can be achieved by setting the amount of phase shift of each internal phase shifter PS based on φ.

【0074】なお、制御部500において得られる上下
位相差θは一方の信号を左右位相差φだけ移相した後合
成した信号(A1+A2)および(A3+A4)、左右
位相差φは同様に一方の信号を上下位相差θだけ移相し
たのち合成した信号(A1+A3)および(A2+A
4)から、それぞれ求めた位相差であるが、移相の影響
により個々の信号の位相は同じ値だけ変化するが位相差
は変化しないため、位相差の値がより正確なだけであ
り、問題はない。
The upper and lower phase difference θ obtained by the control unit 500 is a signal (A1 + A2) and (A3 + A4) obtained by shifting one signal by the left and right phase difference φ, and the left and right phase difference φ is similarly one signal. Are phase-shifted by the upper and lower phase difference θ and then combined signals (A1 + A3) and (A2 + A
The phase difference obtained from 4) is that the phase of each signal changes by the same value due to the influence of the phase shift, but the phase difference does not change, so the value of the phase difference is only more accurate. There is no.

【0075】このような構成によれば、アンテナのボア
サイト方向が仰角方向にずれている場合でも、S/N比
の良い方位角モノパルス信号を得ることができ、また同
様にボアサイト方向が方位角方向にずれている場合で
も、S/N比の良い仰角モノパルス信号を得ることがで
きる。したがって、仰角および方位角の双方について高
精度な追尾を達成することができる。
According to such a configuration, even when the boresight direction of the antenna is deviated in the elevation direction, an azimuth monopulse signal having a good S / N ratio can be obtained, and similarly, the boresight direction is in the azimuth direction. An elevation monopulse signal with a good S / N ratio can be obtained even when the signals are deviated in the angular direction. Therefore, highly accurate tracking can be achieved for both the elevation angle and the azimuth angle.

【0076】また、すべての合成器212、214、2
16、218を位相差合成器とするのではなく、一部の
合成器のみを位相差合成器としてもよい、例えば合成器
214、218のみを位相差合成器とすれば、前述のよ
うに、方位角方向がずれている場合の仰角モノパルス信
号のS/N比が改善されるとともに、同相合成部400
に供給される信号は、方位角方向についての位相差も補
償されたものになる。したがって、同相合成部400に
おいて(A1+A2)と(A3+A4)とを同相合成す
ることにより、仰角方向だけでなく方位角方向について
も電子的追尾が達成される。
Further, all the synthesizers 212, 214, 2
Instead of using the phase difference combiners 16 and 218, only some of the combiners may be phase difference combiners. For example, if only the combiners 214 and 218 are phase difference combiners, as described above, The S / N ratio of the elevation angle monopulse signal when the azimuth direction is deviated is improved, and the in-phase synthesis unit 400 is provided.
The signal supplied to is compensated for the phase difference in the azimuth direction. Therefore, by in-phase combining (A1 + A2) and (A3 + A4) in the in-phase combiner 400, electronic tracking is achieved not only in the elevation direction but also in the azimuth direction.

【0077】なお、位相差合成器を、図18に示すよう
に、ローカル発振器LO、移相器PS、2つの混合器M
IX1,MIX2および合成器SSから構成し、周波数
変換と同相合成を同時に行うことも可能である。この構
成では、移相器PSはローカル発振器LOからのローカ
ル信号の一方の位相を移相器制御信号に基づいて移相
し、出力する。そして、混合器MIX1は移相後のロー
カル信号を入力1に混合し、混合器MIX2はローカル
発振器LOからの移相前のローカル信号を直接入力2に
混合する。従って、混合器MIX1の出力信号は、移相
器PSの移相量だけ、入力1を移相したものになってい
る。このため、各合成器212、214、216、21
8の移相器PSの移相量を上述の場合と同様にそれぞれ
設定することで、各合成器において同相合成が行える。
この構成では、受信信号ではなくローカル信号を移相器
PSで移相するため、移相器PSに狭帯域の移相器を使
用できる。
As shown in FIG. 18, the phase difference synthesizer includes a local oscillator LO, a phase shifter PS, and two mixers M.
It is also possible to use IX1 and MIX2 and a synthesizer SS to perform frequency conversion and in-phase synthesis at the same time. In this configuration, the phase shifter PS shifts one of the phases of the local signal from the local oscillator LO based on the phase shifter control signal, and outputs it. The mixer MIX1 mixes the phase-shifted local signal to the input 1, and the mixer MIX2 directly mixes the phase-shifted local signal from the local oscillator LO to the input 2. Therefore, the output signal of the mixer MIX1 is obtained by shifting the input 1 by the phase shift amount of the phase shifter PS. Therefore, each synthesizer 212, 214, 216, 21
By setting the phase shift amounts of the eight phase shifters PS in the same manner as in the above case, in-phase synthesis can be performed in each synthesizer.
In this configuration, the local signal, not the received signal, is phase-shifted by the phase shifter PS, so that a narrow band phase shifter can be used as the phase shifter PS.

【0078】位相比較部の構成 位相比較部300は、図19に示すように、合成分配部
200からの4つの合成信号A1+A3,A2+A4,
A1+A2,A3+A4から、衛星追尾に必要な方位角
モノパルス信号および仰角モノパルス信号を発生する。
Configuration of Phase Comparing Section As shown in FIG. 19, the phase comparing section 300 has four composite signals A1 + A3, A2 + A4 from the composite distributing section 200.
From A1 + A2 and A3 + A4, an azimuth monopulse signal and an elevation monopulse signal necessary for satellite tracking are generated.

【0079】まず、合成分配部200から入力された約
1.3GHzの4つの合成信号は混合器302、30
4、306、308に入力される。この混合器302〜
308には、2次ローカル発振器310からの2次ロー
カル信号が同相4分配器312を介しそれぞれ供給され
ている。このように、2次ローカルにおいても1つの発
振器の出力を同相4分配したものを用いるのは、1次ロ
ーカルと同様、各信号の位相関係を保つためである。そ
して、この混合器302〜308において、2次ローカ
ル信号を用いて約100MHz(第2IF信号)にそれ
ぞれ変換される。この第2IF信号は、ローパスフィル
タ322〜328およびバンドパスフィルタ332〜3
38により、約100MHzの信号を抽出することで、
衛星放送の複数のチャンネルのうち特定の1チャンネル
(追尾チャンネル)の信号成分を抽出する。また、追尾
チャンネルの切り換えは2次ローカル信号の周波数を可
変することにより行い、バンドパスフィルタ332〜3
38において抽出される第2IF信号は常に同一周波数
の信号である。
First, the four combined signals of about 1.3 GHz input from the combining / distributing unit 200 are mixed by the mixers 302, 30.
4, 306 and 308. This mixer 302-
Secondary local signals from the secondary local oscillator 310 are supplied to the respective 308 via the in-phase quad divider 312. As described above, the reason why the output of one oscillator is divided into four in-phase in the secondary local is used in order to maintain the phase relationship of each signal as in the primary local. Then, in the mixers 302 to 308, the secondary local signals are converted into about 100 MHz (second IF signal). This second IF signal is a low-pass filter 322-328 and a band-pass filter 332-3.
By extracting the signal of about 100MHz by 38,
A signal component of a specific one channel (tracking channel) is extracted from a plurality of satellite broadcast channels. Further, switching of the tracking channel is performed by changing the frequency of the secondary local signal, and the bandpass filters 332 to 3 are used.
The second IF signal extracted at 38 is always the same frequency signal.

【0080】第2IF信号に変換された左側信号A1+
A3は90度ハイブリッド342に入力され、同相(0
°)成分と直交(90°)成分に分けられる。また、右
側信号A2+A4は同相2分配器344により2つの同
相(0°)成分に分けられる。そして、この90度ハイ
ブリッド342からの左側信号の直交成分と同相2分配
器344からの右側信号の同相成分は位相比較器346
に入力され、90度ハイブリッド342からの左側同相
成分と同相2分配器344からの右側同相成分は位相比
較器348に入力され、それぞれ位相比較される。これ
によって、位相比較器346、348において、左右信
号A1+A3およびA2+A4の位相差の直流成分であ
る方位角モノパルス信号(Asin φ、Acos φ)を得
る。ここで、Aは受信信号の振幅に比例し、φは方位角
面における衛星方向とアレイアンテナのボアサイト方向
とのずれ角に比例する。
Left side signal A1 + converted to the second IF signal
A3 is input to the 90-degree hybrid 342 and in-phase (0
°) component and orthogonal (90 °) component. The right-side signal A2 + A4 is split into two in-phase (0 °) components by the in-phase two-way divider 344. Then, the quadrature component of the left-side signal from the 90-degree hybrid 342 and the in-phase component of the right-side signal from the in-phase two-way divider 344 are the phase comparator 346.
The left in-phase component from the 90-degree hybrid 342 and the right in-phase component from the in-phase two-way divider 344 are input to the phase comparator 348, and the respective phases are compared. Thereby, the phase comparators 346 and 348 obtain the azimuth angle monopulse signals (A sin φ, A cos φ) which are the DC components of the phase difference between the left and right signals A1 + A3 and A2 + A4. Here, A is proportional to the amplitude of the received signal, and φ is proportional to the deviation angle between the satellite direction in the azimuth plane and the boresight direction of the array antenna.

【0081】また、第2IF信号に変換された下側信号
A1+A2は90度ハイブリッド352に入力され、同
相(0°)成分と直交(90°)成分に分けられる。ま
た、上側信号は同相2分配器354により2つの同相
(0°)成分に分けられる。そして、この90度ハイブ
リッド352からの下側信号(A1+A2)の直交成分
と同相2分配器354からの上側信号A3+A4の同相
成分は位相比較器356に入力され、90度ハイブリッ
ド352からの下側同相成分と同相2分配器354から
の上側同相成分は位相比較器358に入力され、それぞ
れ位相比較される。これによって、位相比較器356、
358において、上下信号A1+A2およびA3+A4
の位相差の直流成分である仰角モノパルス信号(Esin
θ、Ecosθ)を得る。ここで、Eは受信信号の振幅、
θは仰角面における衛星方向とボアサイト方向とのずれ
角に比例する。
The lower signal A1 + A2 converted into the second IF signal is input to the 90-degree hybrid 352 and divided into an in-phase (0 °) component and a quadrature (90 °) component. Further, the upper signal is divided into two in-phase (0 °) components by the in-phase two-way divider 354. Then, the quadrature component of the lower signal (A1 + A2) from the 90-degree hybrid 352 and the in-phase component of the upper signal A3 + A4 from the in-phase two-way divider 354 are input to the phase comparator 356, and the lower in-phase signal from the 90-degree hybrid 352 is input. The component and the upper in-phase component from the in-phase two-way divider 354 are input to the phase comparator 358, and the respective phases are compared. This allows the phase comparator 356,
At 358, the up and down signals A1 + A2 and A3 + A4
Elevation monopulse signal (Esin which is the DC component of the phase difference of
θ, Ecos θ) is obtained. Where E is the amplitude of the received signal,
θ is proportional to the deviation angle between the satellite direction and the boresight direction in the elevation plane.

【0082】同相合成部の構成 同相合成部400は、図20に示すように、移相器40
2、合成器404、移相器ドライバー406およびバン
ドパスフィルタ408およびから構成される。そして、
合成分配部200からの下側信号(A1+A2)出力を
合成器404に直接入力し、上側信号(A3+A4)出
力を移相器402を介し合成器404に入力する。そし
て、移相器402における移相量は、移相器ドライバー
406からの信号によって制御される。この移相器ドラ
イバー406による移相器402の移相量の制御は、制
御部500で仰角モノパルス信号(Esinθ、Eco
sθ)からアークタンジェント(tan-1)演算により
下側信号に対する上側信号の位相差θを求めたのち、移
相器の位相量が−θとなるように4ビットの移相器制御
信号を操作して実行する。このため、移相器402から
出力される上側の信号の位相は、合成器404に直接入
力される下側の信号の位相と同じになる。そこで、合成
器404において、同相合成が行われる。なお、バンド
パスフィルタ408は、雑音を除去するためのものであ
る。
Configuration of In- Phase Synthesizing Section The in-phase synthesizing section 400, as shown in FIG.
2, a combiner 404, a phase shifter driver 406, and a bandpass filter 408. And
The lower signal (A1 + A2) output from the combining / distributing unit 200 is directly input to the combiner 404, and the upper signal (A3 + A4) output is input to the combiner 404 via the phase shifter 402. The amount of phase shift in the phase shifter 402 is controlled by the signal from the phase shifter driver 406. Control of the amount of phase shift of the phase shifter 402 by the phase shifter driver 406 is performed by the control unit 500 with the elevation angle monopulse signal (Esin θ, Eco).
After calculating the phase difference θ of the upper signal with respect to the lower signal by calculating the arc tangent (tan −1 ) from sθ), operate the 4-bit phase shifter control signal so that the phase shifter has a phase amount of −θ. Then run. Therefore, the phase of the upper signal output from the phase shifter 402 becomes the same as the phase of the lower signal directly input to the combiner 404. Therefore, the combiner 404 performs in-phase combining. The bandpass filter 408 is for removing noise.

【0083】このようにして、上側と下側の2つのサブ
アレイ出力を同位相となるように合成することにより、
合成後のアレイアンテナ100の仰角面における指向性
は常に衛星方向に向くことになり、仰角電子追尾が実現
される。本装置における電子追尾可能範囲はボアサイト
方向±10°程度である。
In this way, by combining the upper and lower sub-array outputs so that they have the same phase,
The directivity in the elevation plane of the combined array antenna 100 always faces the satellite direction, and elevation electron tracking is realized. The electronic trackable range of this device is approximately ± 10 ° in the boresight direction.

【0084】なお、上記例においては、同相合成部40
0への入力を上下サブアレイからの信号A1+A2およ
びA3+A4とし、移相器402において仰角位相差θ
に基づいて移相量を設定したが、左右サブアレイからの
信号A1+A3およびA2+A4とし、移相器402に
おいて方位角位相差φに基づいて移相量を設定してもよ
い。この場合、電子追尾は仰角でなく方位角について行
われたことになる。
In the above example, the in-phase combining section 40 is used.
The input to 0 is the signals A1 + A2 and A3 + A4 from the upper and lower sub-arrays, and the phase shifter 402 calculates the elevation phase difference θ.
Although the phase shift amount is set on the basis of the signals A1 + A3 and A2 + A4 from the left and right sub-arrays, the phase shift amount may be set on the phase shifter 402 based on the azimuth angle phase difference φ. In this case, the electronic tracking is performed for the azimuth angle instead of the elevation angle.

【0085】本装置では移相器402としてステップ可
変型移相器を用いている。この構成例を図21に示す。
信号を伝達するマイクロストリップ線路には、長さの異
なる4組のマイクロストリップ線路ペアT1L/T1S、T
2L/T2S、T3L/T3S、T4L/T4SがPINダイオード
スイッチSW1〜SW8を介し接続されている。ここ
で、添字のLはロング、Sはショートを意味しており、
スイッチSW1〜8の切り換えにより信号は4組の各ペ
アのどちらか一方を経由して伝達される。そして、各ペ
アT1L/T1S、T2L/T2S、T3L/T3S、T4L/T4Sは
約1.3GHzのBS−IF信号に対しそれぞれ180
°、90°、45°、22.5°の位相差を持つため、
4ビットの信号で各(SW1,SW2),(SW3,S
W4),(SW5,SW6),(SW7,SW8)の切
り換えを制御することにより、これらを組み合わせて0
°〜360°の範囲で22.5°ステップで移相量を制
御することができる。
In this apparatus, a step variable type phase shifter is used as the phase shifter 402. An example of this configuration is shown in FIG.
Microstrip lines that transmit signals include four microstrip line pairs T1L / T1S, T having different lengths.
2L / T2S, T3L / T3S, T4L / T4S are connected via PIN diode switches SW1 to SW8. Here, the subscript L means long, S means short,
A signal is transmitted through one of the four pairs by switching the switches SW1 to SW8. And each pair T1L / T1S, T2L / T2S, T3L / T3S, T4L / T4S is 180 for BS-IF signal of about 1.3 GHz.
Since it has a phase difference of °, 90 °, 45 °, 22.5 °,
4-bit signal (SW1, SW2), (SW3, S
By controlling the switching of W4), (SW5, SW6), and (SW7, SW8), these are combined to 0.
The amount of phase shift can be controlled in 22.5 ° steps in the range of ° to 360 °.

【0086】このように、移相器402の移相量が2
2.5°ステップであるため、合成時2つの信号は正確
に同相とはならず最大11.25°の位相誤差を持つ可
能性がある。しかし、この誤差による合成時のロスは非
常に小さいため実用上さしつかえない。
As described above, the phase shift amount of the phase shifter 402 is 2
Because of the 2.5 ° step, the two signals may not be exactly in phase at the time of synthesis and may have a phase error of 11.25 ° at maximum. However, since the loss at the time of synthesis due to this error is extremely small, it is practically acceptable.

【0087】同相合成部400によって合成され作られ
た受信信号は、ロータリージョイント14aを経由し,
車室内に設置されたBSチューナー700に送られる。
The received signal synthesized and produced by the in-phase synthesizer 400 passes through the rotary joint 14a,
It is sent to the BS tuner 700 installed in the vehicle compartment.

【0088】制御部の構成 制御部500は、位相比較部300からの方位角/仰角
の両モノパルス信号を入力し、前述した仰角電子追尾の
ための移相器および機械追尾のための方位角駆動機構、
仰角駆動機構を制御して衛星追尾を実行する。
Configuration of Control Unit The control unit 500 inputs both the azimuth / elevation monopulse signals from the phase comparison unit 300, and drives the above-mentioned phase shifter for elevation electronic tracking and azimuth drive for mechanical tracking. mechanism,
Satellite tracking is performed by controlling the elevation drive mechanism.

【0089】制御部500は、図22に示すように、ア
ナログ信号である方位角/仰角モノパルス信号をデジタ
ル信号に変換する4つのA/Dコンバータ502、50
4、506、508と、衛星追尾のための信号処理およ
び本アンテナ装置の状態制御を行うCPU512と、移
相器ドライバー406へ供給する移相器制御信号を発生
する移相器制御信号発生器514と、方位角モータード
ライバー108へ供給する方位角制御信号を発生する方
位角制御信号発生器518と、仰角モータードライバー
106に仰角制御信号を供給する仰角制御信号発生器5
16とから構成される。
As shown in FIG. 22, the control section 500 has four A / D converters 502 and 50 for converting an analog azimuth / elevation angle monopulse signal into a digital signal.
4, 506, 508, a CPU 512 for performing signal processing for satellite tracking and state control of the present antenna device, and a phase shifter control signal generator 514 for generating a phase shifter control signal to be supplied to a phase shifter driver 406. And an azimuth control signal generator 518 that generates an azimuth control signal to be supplied to the azimuth motor driver 108, and an elevation angle control signal generator 5 that supplies an elevation angle control signal to the elevation motor driver 106.
16 and 16.

【0090】CPU512による本アンテナ装置全体の
制御フローを図23に示す。本アンテナ装置には大別し
て捜索モードと追尾モードの2つの動作モードがある。
FIG. 23 shows a control flow of the entire antenna device by the CPU 512. This antenna device is roughly divided into two operation modes, a search mode and a tracking mode.

【0091】CPU512は、装置初期化(S0)後、
まず捜索モードとなる。捜索モードでは最初に方位角モ
ノパルス信号から受信レベルA(=√{(Acos θ)2
+(Asin θ)2 }を調べ、受信レベルAが一定のスレ
ッショルドレベル以上であるかにより、受信状態である
かを判定する(S11)、受信レベルがスレッショルド
以上であれば受信状態と判断し追尾モードへ移行する。
一方、S11において、受信レベルAがスレッショルド
レベル以下の場合は、方位角モータードライバー108
を介し、方位角モーター18を制御してターンテーブル
10の回転速度を[高速]に設定する。そして、この状
態で、捜索旋回(高速サーチ)を開始する(S12)。
このときの回転速度は約180°/秒であり、約2秒で
1回転する。捜索中は常に受信レベルAを監視し、受信
状態になったかどうかをチェックする(S13)。捜索
中に受信状態になった時点で捜索旋回を中止するが、方
位角モーター18の速度変化には限界があり急停止がで
きないため、徐々に減速し停止する。従って、通常この
時点では受信可能位置を通り過ぎてしまっているので、
回転方向を反転した(S14)後、回転速度を[低速]
(急停止できる限界の速度)として再び捜索旋回(低速
サーチ)を行う(S15)。そして、受信レベルAを監
視し、受信状態になったかを判定する(S16)。通常
は低速サーチ開始後すぐ受信状態となるが、自動車の旋
回中や建物などの遮蔽があると再捕捉が困難となる。そ
こで、受信状態にならない場合には、一定時間経過した
か(タイムアウトしたか)を判定する(S17)。そし
て、一定時間内に再捕捉できない場合は再びS11に戻
り捜索を再開する。一方、一定時間内に受信状態になっ
た場合は追尾モードへ移行する。
After the device initialization (S0), the CPU 512
First, the search mode is entered. In the search mode, the reception level A (= √ {(Acos θ) 2
+ (Asin θ) 2 } is checked, and it is determined whether the reception state is the reception state depending on whether the reception level A is equal to or higher than a certain threshold level (S11). If the reception level is equal to or higher than the threshold, the reception state is determined and tracking is performed. Switch to mode.
On the other hand, if the reception level A is less than or equal to the threshold level in S11, the azimuth motor driver 108
The azimuth angle motor 18 is controlled via the to set the rotation speed of the turntable 10 to [high speed]. Then, in this state, the search turn (high-speed search) is started (S12).
The rotation speed at this time is about 180 ° / second, and one rotation is performed in about 2 seconds. During the search, the reception level A is constantly monitored and it is checked whether or not the reception state has been reached (S13). The search turn is stopped at the time of reception during the search, but the speed change of the azimuth motor 18 is limited and sudden stop cannot be performed, so the speed is gradually decelerated and stopped. Therefore, normally, at this point, it has passed the receivable position,
After reversing the rotation direction (S14), the rotation speed is changed to [low speed].
The search turn (low speed search) is performed again as (the limit speed at which the vehicle can suddenly stop) (S15). Then, the reception level A is monitored and it is determined whether or not the reception state is reached (S16). Normally, the reception state is immediately after starting the low-speed search, but if the vehicle is turning or there is a shield such as a building, it becomes difficult to reacquire. Therefore, if the reception state is not reached, it is determined whether a fixed time has elapsed (timed out) (S17). If it cannot be reacquired within a fixed time, the process returns to S11 to restart the search. On the other hand, if the reception state is reached within a certain period of time, the tracking mode is entered.

【0092】追尾モードでは、CPU512は、捜索モ
ード時と同様にまず方位角モノパルス信号から受信レベ
ルAを求め、受信状態であるかを判定する(S21)。
そして、受信状態であることをを確認した場合には、方
位角/仰角の追尾制御を行う(S22)。
In the tracking mode, the CPU 512 first obtains the reception level A from the azimuth angle monopulse signal as in the search mode, and determines whether it is in the reception state (S21).
Then, when it is confirmed that the reception state is obtained, azimuth / elevation tracking control is performed (S22).

【0093】追尾中に建物・樹木などにより遮蔽が発生
し受信レベルAが低下して受信不可能になった場合は、
S21において、受信状態でないと判定される。この場
合は、一旦追尾動作を中止しそのまま数秒間待機する。
すなわち、受信状態か否かを判定し(S23)、受信状
態でなかった場合には、一定時間経過したか(タイムア
ウトか否か)を判定し(S24)、タイムアウトするま
でこれを繰り返す。そして、この待機処理中にS23に
おいて、再度受信状態になった場合はS22に戻り追尾
制御を再開する。S24においてタイムアウトした場合
(数秒間待機しても受信状態にならない場合)は衛星を
見失ったものと判断し、再び捜索モード(S11)へ移
行する。
In the case where the reception level A is lowered and the reception becomes impossible due to the blocking caused by the building or the tree during the tracking,
In S21, it is determined that the reception state is not set. In this case, the tracking operation is temporarily stopped and the process waits for several seconds.
That is, it is determined whether or not it is in the reception state (S23), and if it is not in the reception state, it is determined whether or not a fixed time has elapsed (whether or not it has timed out) (S24), and this is repeated until the time-out. Then, during the standby process, in S23, if the reception state is again obtained, the process returns to S22 to restart the tracking control. When the time-out occurs in S24 (when the reception state is not reached even after waiting for a few seconds), it is determined that the satellite has been lost, and the mode shifts to the search mode (S11) again.

【0094】次に、追尾制御動作(S22)について、
方位角制御と仰角制御に分けて詳細に説明する。
Next, regarding the tracking control operation (S22),
The azimuth control and the elevation control will be separately described in detail.

【0095】方位角制御の構成 方位角追尾制御はディジタル信号処理による閉ループ動
作で行う。方位角追尾制御系の機能ブロック図を図24
に示す。まず、位相比較部300からの方位角モノパル
ス信号Acosφ、Asinφは、tan-1演算器52
2に入力され、tan-1演算によって位相差φが求めら
れる。このφに対しループフィルタ処理部530におい
ても完全積分型ループフィルタを用いてフィルタ出力
φ' を求める。すなわち、位相差φは、ゲインAG1の
アンプ532とゲインAG2のアンプ534に入力さ
れ、アンプ532の出力はそのまま加算器536に入力
されるが、アンプ534の出力は、加算器538とこの
加算器538の出力を1単位時間遅延する遅延器540
とにより積分した後加算器536に入力される。そこ
で、位相差φに対するループフィルタ出力φ' が得られ
る。
Configuration of Azimuth Angle Control Azimuth angle tracking control is performed by a closed loop operation by digital signal processing. FIG. 24 is a functional block diagram of the azimuth tracking control system.
Shown in. First, the azimuth angle monopulse signals Acosφ and Asinφ from the phase comparison unit 300 are tan −1 calculator 52.
The phase difference φ is obtained by inputting 2 to the tan −1 calculation. For this φ, the loop filter processing unit 530 also uses the perfect integral loop filter to obtain the filter output φ ′. That is, the phase difference φ is input to the amplifier 532 of the gain AG1 and the amplifier 534 of the gain AG2, and the output of the amplifier 532 is input to the adder 536 as it is, but the output of the amplifier 534 is the output of the adder 538 and the adder 538. Delay unit 540 for delaying the output of 538 by one unit time
After being integrated by and input to the adder 536. Then, the loop filter output φ ′ with respect to the phase difference φ is obtained.

【0096】そして、このフィルタ出力φ' を回転方向
・速度制御部550を介し、方位角制御信号として方位
角モータードライバー108に供給する。そこで、方位
角モータードライバー108が、方位角モーター18に
よりターンテーブル10の回転を制御する。これによっ
て、φ' が0となる方向に、|φ' |に比例した速度で
方位角モーター18が回転され、方位角追尾が実行され
る。
Then, this filter output φ'is supplied to the azimuth angle motor driver 108 as an azimuth angle control signal via the rotation direction / speed control section 550. Therefore, the azimuth motor driver 108 controls the rotation of the turntable 10 by the azimuth motor 18. As a result, the azimuth motor 18 is rotated at a speed proportional to | φ ′ | in the direction in which φ ′ becomes 0, and azimuth tracking is executed.

【0097】系の応答特性はループフィルタの比例ゲイ
ンAG1および積分ゲインAG2で決定される。実際に
は自動車の旋回運動に十分追尾可能な範囲で、かつノイ
ズ等の影響による振動が少なくなるように比例ゲインお
よび積分ゲインを決定する。ここで、上述の図21に示
す位相差合成器を図20の合成器214、218に利用
した場合には、方位角方向に対する電子的な追尾動作が
そこで行われる。そこで、ループフィルタ530の積分
ゲインを大きくし、機械的追尾の応答を比較的遅くする
ことが好適である。
The response characteristic of the system is determined by the proportional gain AG1 and the integral gain AG2 of the loop filter. Actually, the proportional gain and the integral gain are determined within a range that can be sufficiently tracked to the turning motion of the automobile and the vibration due to the influence of noise and the like is reduced. Here, when the phase difference combiner shown in FIG. 21 is used as the combiners 214 and 218 shown in FIG. 20, an electronic tracking operation in the azimuth direction is performed there. Therefore, it is preferable to increase the integral gain of the loop filter 530 to relatively slow the response of mechanical tracking.

【0098】なお、この例では、ループフィルタ530
および回転方向・速度制御部550はCPU512のソ
フトウエアで実現している。
In this example, the loop filter 530
The rotation direction / speed control unit 550 is realized by software of the CPU 512.

【0099】ここで、衛星に対するアレイアンテナのボ
アサイトの方位角に対する方位角モノパルス信号、およ
び方位角モノパルス信号から得られる振幅および位相の
関係を図25に示す。図からわかるように位相φが0に
なる点は、方位角0の点以外にも複数存在するため、単
に位相φが0となるように閉ループ動作させただけでは
アレイアンテナのボアサイトが正しく衛星方向に向かな
くなる場合が存在する。本アンテナ装置では、受信スレ
ッショルドレベルを適当に選ぶことにより、閉ループ動
作を行う範囲を位相|φ|<180°となる範囲に制限
し、常にアンテナを衛星方向に正しく指向するよう制御
する。
FIG. 25 shows the relationship between the azimuth angle monopulse signal with respect to the azimuth angle of the boresight of the array antenna with respect to the satellite, and the amplitude and phase obtained from the azimuth angle monopulse signal. As can be seen from the figure, there are multiple points where the phase φ becomes 0, in addition to the point where the azimuth angle is 0. Therefore, if the closed loop operation is performed so that the phase φ becomes 0, the boresight of the array antenna will be correct. There are cases in which the direction is lost. In the present antenna device, by properly selecting the reception threshold level, the range in which the closed loop operation is performed is limited to the range where the phase | φ | <180 °, and the antenna is always controlled to be correctly oriented in the satellite direction.

【0100】仰角制御の構成 仰角追尾制御は、機械追尾による閉ループ動作と電子追
尾による開ループ動作を組み合わせたハイブリッド追尾
方式を用いている。仰角追尾制御系のブロック図を図2
6に示す。まず、位相比較部300からの仰角モノパル
ス信号Ecosθ、Esinθはtan-1演算部562
に入力され、ここでtan-1演算が行われ、位相差θが
求められる。この位相差θは、上側サブアレイからの信
号A3+A4と、下側サブアレイからの信号A1+A2
の位相比較によって得られたものである。そして、上側
信号A3+A4の移相器402の移相量を−θとして同
相合成を行い仰角電子追尾を行う。
Configuration of Elevation Angle Control The elevation angle tracking control uses a hybrid tracking method in which a closed loop operation by mechanical tracking and an open loop operation by electronic tracking are combined. Figure 2 shows a block diagram of the elevation tracking control system.
6 shows. First, the elevation angle monopulse signals Ecos θ and E sin θ from the phase comparison unit 300 are tan −1 calculation unit 562.
Is input to the input terminal, and the tan −1 calculation is performed here to obtain the phase difference θ. This phase difference θ depends on the signal A3 + A4 from the upper sub-array and the signal A1 + A2 from the lower sub-array.
It is obtained by the phase comparison of. Then, the phase shift amount of the upper side signal A3 + A4 of the phase shifter 402 is set to −θ, in-phase synthesis is performed, and elevation angle electronic tracking is performed.

【0101】ここで、上下のサブアレイの間隔をLと
し、衛星の方向(電波到来方向)がボアサイト方向(最
大利得が得られる方向=アンテナに垂直な方向)に対し
αだけずれていた場合には、上下サブアレイで受信する
電波の位相ずれθは、 θ=(Lsinα)/λ である。従って、下側サブアレイで受信される電波に対
し、上側サブアレイにおいて受信する電波はそれぞれθ
だけ位相がずれている。
Here, when the space between the upper and lower sub-arrays is L, and the direction of the satellite (direction of arrival of radio waves) is deviated by α with respect to the boresight direction (direction in which maximum gain is obtained = direction perpendicular to antenna). Is the phase shift θ of the radio waves received by the upper and lower sub-arrays, θ = (Lsin α) / λ 2. Therefore, the radio wave received by the upper sub-array is θ compared to the radio wave received by the lower sub-array.
Only out of phase.

【0102】そこで、移相器402における移相量を−
θに設定することによって、合成器404に入力されて
くる信号の位相は同位相になっている。従って、合成器
404の出力は、アンテナの指向性が、衛星方向に向け
られたものになる。そして、位相比較部300により常
に位相差を検出して、移相器402の移相量を制御する
ことによって、アンテナの指向性を常に衛星方向(電波
到来方向)に向けることができる。
Therefore, the phase shift amount in the phase shifter 402 is set to −
By setting to θ, the signals input to the combiner 404 have the same phase. Therefore, the output of the combiner 404 is such that the directivity of the antenna is directed toward the satellite. By constantly detecting the phase difference by the phase comparison unit 300 and controlling the phase shift amount of the phase shifter 402, the directivity of the antenna can be always directed in the satellite direction (radio wave arrival direction).

【0103】そして、この指向性の制御はすべて、電気
的に行われる。そこで、自動車走行時の振動等非常に高
速な仰角の変動にも容易に追従し衛星を追尾することが
可能となる。
All the control of the directivity is performed electrically. Therefore, it becomes possible to easily follow a very high-speed change in elevation angle such as a vibration when a vehicle is running and to track the satellite.

【0104】さらに、tan-1演算部562の出力であ
る位相差θはアベレージング処理部570に入力され
る。このアベレージング処理部570は、N−1個の遅
延回路572(1)〜572(N−1)と、これら遅延
回路572(1)〜572(N−1)の各出力と入力位
相差θとが入力され、これらの和をとる加算器574
と、この加算器の出力を1/Nする1/N乗算器576
からなっている。そこで、所定時間(1つの遅延回路の
遅延時間のN倍)の位相差θの平均値が演算され、その
結果平均位相差θ' が得られる。この平均位相差θ' は
振動などによる瞬時的なθの変動を除去されたものにな
っている。
Further, the phase difference θ which is the output of the tan −1 calculation unit 562 is input to the averaging processing unit 570. The averaging processing unit 570 includes N−1 delay circuits 572 (1) to 572 (N−1), respective outputs of the delay circuits 572 (1) to 572 (N−1), and an input phase difference θ. And are input, and an adder 574 that takes the sum of these
And a 1 / N multiplier 576 for 1 / N the output of this adder
It consists of Therefore, the average value of the phase difference θ for a predetermined time (N times the delay time of one delay circuit) is calculated, and as a result, the average phase difference θ ′ is obtained. This average phase difference θ ′ is one in which the instantaneous fluctuation of θ due to vibration or the like is removed.

【0105】そして、符号・絶対値判定部580は、ア
ベレージング結果である平均位相差θ' の符号および絶
対値を判定し、|θ' |がある程度大きくなったらθ'
が0となる方向に仰角モーター50を回転制御して仰角
機械追尾を行う。この制御は仰角モータードライバー1
06を介して行う。なお、この例ではtan-1演算56
2、アベレージング処理570および符号・絶対値判定
580はCPU512のソフトウエアで実現している。
Then, the sign / absolute value judgment unit 580 judges the sign and the absolute value of the average phase difference θ ′ which is the averaging result, and when | θ ′ | becomes large to some extent, θ ′.
The elevation motor 50 is rotationally controlled in the direction in which is zero to perform elevation mechanical tracking. This control is the elevation motor driver 1
Via 06. In this example, tan −1 operation 56
2. The averaging process 570 and the sign / absolute value judgment 580 are realized by the software of the CPU 512.

【0106】このように、仰角モーター50による機械
的追尾は、振動等による高速の変動成分を除去したもの
になっている。そこで、緯度変化、坂道による姿勢変化
等に追従して、アンテナのボアサイトを衛星方向に追尾
させる制御を行うことができる。そして、これによっ
て、振動等による仰角方向の高速な変動成分に対しては
電子追尾で対応するため、機械追尾の応答速度が遅くて
も良好な追尾特性が得られる。また、このように、仰角
方向の機械追尾の応答速度は遅くても良いため、仰角モ
ーター50は、比較的トルクの小さい小型のものを使用
しても問題がなく、装置の小形化に寄与できる。
As described above, the mechanical tracking by the elevation angle motor 50 eliminates the high-speed fluctuation component due to vibration or the like. Therefore, it is possible to perform control to track the boresight of the antenna in the satellite direction by following changes in latitude, changes in attitude due to slopes, and the like. As a result, since a high-speed variation component in the elevation direction due to vibration or the like is dealt with by electronic tracking, good tracking characteristics can be obtained even if the response speed of mechanical tracking is slow. Further, since the response speed of the mechanical tracking in the elevation direction may be slow in this way, there is no problem even if a small one having a relatively small torque is used as the elevation motor 50, which can contribute to downsizing of the device. .

【0107】方位角および仰角追尾制御フロー 以上説明した方位角および仰角追尾制御を実行するため
のフローチャートを図27に示す。なお、追尾動作中は
図27の処理を約5ms毎に繰り返し実行している。
[0107] The flow chart for executing the azimuth and elevation tracking control described azimuth and elevation tracking control flow than shown in Figure 27. During the tracking operation, the processing of FIG. 27 is repeatedly executed about every 5 ms.

【0108】まず、方位角制御のため、tan-1演算部
522において、 φ=tan-1(Asinφ/Acosφ) の演算を行い左右の位相差φを算出する(S31)。こ
の位相差φをループフィルタ処理部530に入力し、フ
ィルタ出力φ' を算出し(S32)、φ' >0であるか
否かを判定する(S33)。そして、回転方向・速度制
御部550は、φ' >0であった場合には、方位角モー
タ18を正転(S34)、φ' ≦0であった場合には、
方位角モーター18を逆転(S35)にすると共に、方
位角モーター18の速度を|φ' |に比例した値に設定
して(S36)、方位角モータ18を駆動する。
First, in order to control the azimuth angle, the tan -1 calculator 522 calculates φ = tan -1 (Asinφ / Acosφ) to calculate the left and right phase difference φ (S31). This phase difference φ is input to the loop filter processing unit 530, the filter output φ ′ is calculated (S32), and it is determined whether φ ′> 0 (S33). Then, the rotation direction / speed control unit 550 rotates the azimuth motor 18 forward when φ ′> 0 (S34), and when φ ′ ≦ 0,
The azimuth motor 18 is rotated in the reverse direction (S35), the speed of the azimuth motor 18 is set to a value proportional to | φ '| (S36), and the azimuth motor 18 is driven.

【0109】次に、仰角制御のため、tan-1演算部5
62において、 θ=tan-1(Esinθ/Ecosθ) の演算を行い上下の位相差θを算出する(S37)。そ
して、この位相差θに基づいて移相器402における移
相量を−θにセットする(S38)。また、アベレージ
ング処理部570において、平均位相差θ' を算出し
(S39)、θ' の絶対値|θ' |が所定値(仰角モー
ター50による仰角制御を開始すべき位相差)以上か否
かを判定する(S40)。そして、θ' が所定値に以下
であった場合には、仰角モーター50の駆動を停止する
(S41)。一方、|θ' |が所定値以上であった場合
には、θ' >0かを判定する(S42)。そして、θ'
>0であれば、仰角モーター50を正転し、アンテナの
指向方向をアップし(S43)、θ' <0であれば、仰
角モーター50を逆転し、アンテナの指向方向をダウン
する(S44)。
Next, for elevation angle control, the tan -1 operation unit 5
At 62, θ = tan −1 (Esin θ / Ecos θ) is calculated to calculate the upper and lower phase difference θ (S37). Then, based on this phase difference θ, the phase shift amount in the phase shifter 402 is set to −θ (S38). Further, the averaging processing unit 570 calculates the average phase difference θ ′ (S39), and determines whether the absolute value | θ ′ | of θ ′ is equal to or greater than a predetermined value (the phase difference at which the elevation angle control by the elevation angle motor 50 should be started). It is determined (S40). Then, when θ ′ is less than or equal to the predetermined value, the drive of the elevation angle motor 50 is stopped (S41). On the other hand, if | θ '| is greater than or equal to the predetermined value, it is determined whether θ'> 0 (S42). And θ '
If> 0, the elevation motor 50 is rotated forward and the pointing direction of the antenna is increased (S43). If θ '<0, the elevation motor 50 is reversed and the pointing direction of the antenna is lowered (S44). .

【0110】このように、方位角方向は、左右サブアレ
イにおいて受信した電波の位相差に基づく方位角モータ
ー18の駆動による制御を行うことができ、また仰角方
向は、振動等による高速の変化に対しては、移相器40
2における移相量制御による電子的制御で高速に応答
し、緯度変化など低速の変化に対しては平均位相差に基
づく仰角モーター50の制御によって応答する。これに
よって、自動車等の移動体に搭載して良好な衛星の追尾
を達成することができる。
As described above, the azimuth angle direction can be controlled by driving the azimuth angle motor 18 based on the phase difference of the radio waves received in the left and right sub-arrays, and the elevation angle direction can be controlled by high-speed changes due to vibration or the like. The phase shifter 40
It responds at high speed by electronic control by phase shift amount control in 2, and responds to low speed changes such as latitude changes by control of the elevation angle motor 50 based on the average phase difference. As a result, the satellite can be mounted on a moving body such as an automobile to achieve good satellite tracking.

【0111】[0111]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る追尾
アンテナ装置によれば、高速な仰角変動成分には電子追
尾で対応し、比較的低速は変動成分について機械追尾で
対応するため、駆動系は高速で動作する必要はなく、仰
角駆動装置を簡易なものにでき、追尾の信頼性が向上す
ると伴に、コストを安くできる。また、機械追尾によ
り、アレイアンテナのボアサイト方向(最大利得方向)
を衛星方向に向けることができるため、電子追尾だけの
場合と比較して衛星の方向によらず高利得を維持するこ
とができる。このため、小さなアンテナ面積で広い地域
や坂道での受信が可能となり、車載に適した小形化が実
現できる。
As described above, according to the tracking antenna device of the present invention, a high-speed elevation angle fluctuation component is handled by electronic tracking, and a relatively low speed fluctuation component is handled by mechanical tracking. The system does not need to operate at high speed, the elevation drive can be simplified, and the reliability of tracking can be improved, and the cost can be reduced. Also, due to mechanical tracking, the array antenna boresight direction (maximum gain direction)
Since it can be directed toward the satellite, a high gain can be maintained regardless of the direction of the satellite as compared with the case of only electronic tracking. For this reason, it is possible to receive signals over a wide area or on a slope with a small antenna area, and it is possible to realize miniaturization suitable for vehicle mounting.

【0112】さらに、ボールネジ手段によって、モータ
ーの回転運動を一旦直線運動に変換しているため、装置
全体を低姿勢としたまま減速比を大きくでき、モーター
の駆動トルクも小さくできる。また、ボールねじ自体に
位置保持機能があるため、モーターの保持トルクを大き
くする必要がなく、モーターのエネルギー効率を高くす
ることができる。さらに、ボールねじ手段の形状が細長
く、かつアンテナ素子の背面から角度調節する構成であ
り、配置およびアンテナ素子の形状の自由度を高くする
ことができる。また、駆動機構が簡単なため、アレイア
ンテナの着脱も容易になる。
Further, since the rotational movement of the motor is once converted into the linear movement by the ball screw means, the reduction gear ratio can be increased and the driving torque of the motor can be reduced while keeping the whole device in a low posture. Further, since the ball screw itself has a position holding function, it is not necessary to increase the holding torque of the motor, and the energy efficiency of the motor can be increased. Further, the ball screw means has an elongated shape and the angle is adjusted from the back surface of the antenna element, so that the degree of freedom of arrangement and shape of the antenna element can be increased. In addition, since the driving mechanism is simple, it is easy to attach and detach the array antenna.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る追尾アンテナの構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a tracking antenna according to the present invention.

【図2】アレイアンテナの外観を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an appearance of an array antenna.

【図3】アレイアンテナの指向性を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing the directivity of an array antenna.

【図4】2サブアレイのアレイアンテナの指向性を示す
説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the directivity of an array antenna of two sub-arrays.

【図5】電子追尾のための構成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration for electronic tracking.

【図6】アンテナ装置の機械系の要部構成を示す正面断
面図である。
FIG. 6 is a front cross-sectional view showing a configuration of a main part of a mechanical system of the antenna device.

【図7】仰角移動機構の構成を示す正面図である。FIG. 7 is a front view showing the configuration of an elevation angle moving mechanism.

【図8】アンテナ装置の機械系の要部構成を示す平面図
である。
FIG. 8 is a plan view showing the main configuration of a mechanical system of the antenna device.

【図9】仰角移動機構の他の構成例を示す正面図であ
る。
FIG. 9 is a front view showing another configuration example of the elevation angle moving mechanism.

【図10】アンテナ装置の電気系の全体構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an overall configuration of an electric system of the antenna device.

【図11】アレイアンテナ部の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an array antenna unit.

【図12】アレイアンテナの要部構成を示す概略斜視図
である。
FIG. 12 is a schematic perspective view showing a main configuration of an array antenna.

【図13】アンテナ素子の構成を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a configuration of an antenna element.

【図14】給電点位置と結合係数の関係を示す特性図で
ある。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a relationship between a feeding point position and a coupling coefficient.

【図15】アンテナ素子に対する給電状態を示す説明図
である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a power feeding state for an antenna element.

【図16】合成分配部の構成を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a combining / distributing unit.

【図17】位相差合成器の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a phase difference synthesizer.

【図18】位相差合成器の他の構成例を示すブロック図
である。
FIG. 18 is a block diagram showing another configuration example of the phase difference synthesizer.

【図19】位相比較部の構成を示すブロック図である。FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a phase comparison unit.

【図20】同相合成部の構成を示すブロック図である。FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of an in-phase combining unit.

【図21】移相器の構成を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a configuration of a phase shifter.

【図22】制御部の構成を示すブロック図である。FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a control unit.

【図23】追尾動作を説明するフローチャートである。FIG. 23 is a flowchart illustrating a tracking operation.

【図24】指向性の方位角制御のための構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 24 is a block diagram showing a configuration for directional azimuth control.

【図25】方位角制御のための信号の波形を示す図であ
る。
FIG. 25 is a diagram showing a waveform of a signal for azimuth angle control.

【図26】指向性の仰角制御のための構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 26 is a block diagram showing a configuration for directivity elevation angle control.

【図27】方位角、仰角制御の動作を示すフローチャー
トである。
FIG. 27 is a flowchart showing an operation of azimuth angle and elevation angle control.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A アレイアンテナ B 位相差検出手段 C 移相器 D 第1制御手段 E 合成器 F 駆動手段 G 平均化手段 H 第2制御手段 A array antenna B phase difference detection means C phase shifter D first control means E combiner F driving means G averaging means H second control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 俊明 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 松島 悟 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 東 和久 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshiaki Watanabe, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture 1-41 Yokoshiro, Yokosuka Central Research Institute Co., Ltd. (72) Satoru Matsushima, Aichi-gun, Nagakute-cho, Nagachi 1 at 41 Yokochi Central Research Institute, Ltd. (72) Inventor Kazuhisa Higashi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 仰角方向に同じ法線方向を有し平行配置
された少なくとも2つのサブアレイアンテナからなるア
レイアンテナと、 サブアレイアンテナの中の1つのサブアレイアンテナを
基準サブアレイアンテナとし、他のサブアレイアンテナ
の出力と基準サブアレイアンテナの出力との位相差を検
出する位相差検出手段と、 前記他のサブアレイアンテナの出力の位相を移相量に応
じて変更する移相器と、 この位相差検出手段において検出した位相差に基づい
て、前記移相器の移相量を制御する第1制御手段と、 基準サブアレイアンテナの出力と移相器出力とを合成す
る合成器と、 各サブアレイアンテナを平行関係を保ったまま姿勢制御
して、サブアレイアンテナの法線方向を変化させ、アン
テナの仰角方向の向きを変更する仰角方向駆動手段と、 上記位相差検出手段により検出した位相差の平均値を算
出する平均化手段と、 算出した位相差平均値が0になるように、上記仰角方向
駆動手段の駆動を制御する第2制御手段と、 を有することを特徴とする追尾アンテナ装置。
1. An array antenna comprising at least two sub-array antennas having the same normal direction in the elevation angle direction and arranged in parallel, and one sub-array antenna among the sub-array antennas is used as a reference sub-array antenna, and other sub-array antennas. Phase difference detecting means for detecting the phase difference between the output and the output of the reference sub-array antenna, a phase shifter for changing the phase of the output of the other sub-array antenna according to the amount of phase shift, and detection by this phase difference detecting means The first control means for controlling the amount of phase shift of the phase shifter, the combiner for combining the output of the reference sub-array antenna and the output of the phase shifter, and the respective sub-array antennas are maintained in parallel relationship based on the phase difference. With the attitude control, the normal direction of the sub-array antenna is changed to change the elevation direction of the antenna. And averaging means for calculating an average value of the phase differences detected by the phase difference detecting means, and second control means for controlling the drive of the elevation direction driving means so that the calculated phase difference average value becomes zero. And a tracking antenna device.
【請求項2】 請求項1記載のアンテナであって、 上記仰角方向駆動手段は、 回転力を出力するモータと、 モータの出力する回転力を直線運動に変換するボールね
じ手段と、 ボールねじ手段の出力である直線運動を上記アンテナの
仰角方向の回転運動に変換する直線回転変換手段と、 を有することを特徴とする追尾アンテナ装置。
2. The antenna according to claim 1, wherein the elevation direction driving means includes: a motor that outputs a rotational force; a ball screw means that converts the rotational force output by the motor into a linear motion; and a ball screw means. And a linear rotation conversion means for converting the linear motion that is the output of the above into the rotational motion in the elevation direction of the antenna.
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