JPH0770901B2

JPH0770901B2 - 移動体用アンテナ装置

Info

Publication number: JPH0770901B2
Application number: JP62303760A
Authority: JP
Inventors: 訓利西川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1987-11-30
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2010-07-31
Also published as: JPH01144702A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は移動体用のアンテナ装置、特に移動体において
衛星からの電波を受信するために用いられるアンテナ装
置に関する。

［従来の技術］今日、車両およびその他の移動体には、各種のアンテナ
装置が設けられることが多く、このようなアンテナ装置
を用いて、例えばTVやラジオ等の各種放送波や、その他
各種電波の送受信が行なわれている。

例えば車両用のアンテナ装置を例にとると、従来の車両
用アンテナ装置には、車両の進行方向が変化しても電波
を良好に受信することができるよう水平面内無指向性の
アンテナが用いられている。

しかし、無指向性アンテナは利得が小さい。このため、
一般にたいへん微弱な衛星からの電波に対して十分なレ
ベルの受信電力を得ることができないことが多い。

このため、車両において衛星からの電波を良好に受信す
るためには、利得の大きな指向性アンテナを用い、その
指向性を車両進行方向に合わせて変化させてやることが
必要となる。

アンテナの指向性を変化させる手段としては、例えば一
方向に指向性をもつアンテナを水平面で機械的に回転す
るターンテーブルに載せ、車両の動きに応じてターンテ
ーブルを回転させることにより指向性を変化させる方法
や、フェーズドアレイアンテナを用いて電気的に指向性
を変化する方法を用いることが考えられる。

しかし、これらいずれの方法を用いても、いわゆるアン
テナ装置が構造的に大きくかつ高価なものとなってしま
うという問題がある。

［発明が解決しようとする問題点］本発明は、このような従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、車両等の移動体の進行方向に対する
衛星の方向を求め、その方向に指向性をもったアンテナ
を選択することにより、移動体の進行方向が変化しても
常に十分な受信感度を得ることができる移動体用アンテ
ナ装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明は、衛星からの電波を受信する移動体用のアンテナ装置にお
いて、衛星の位置が記録された衛星位置記憶部と、移動体の進行方向を検出する方向検出部と、仰角方向に対してブロードな指向性をもち、かつ方位角
方向に狭い指向性をもつアンテナ素子が水平面に複数配
置され、等価的に水平面内で無指向性となるように形成
されたアンテナ部と、衛星の方位角方向の位置情報および移動体の進行方向情
報に基づき、方位角方向の情報の演算によって前記複数
のアンテナ素子の中から最適受信アンテナ素子を選択す
るアンテナ選択部と、選択された最適受信アンテナ素子を受信機に接続するア
ンテナ切替部と、を含み、移動体の移動方向にかかわりなく最適受信特性
を維持することを特徴とする。

［作用］次に、本発明の作用を説明する。

本発明において、アンテナ部は、第２図に示すように水
平面を所定角度θ０枚にＮ個に分割し、分割された水平
面のそれぞれの分割範囲100−１、100−２…100−Ｎを
受信範囲として分担するように、各分割範囲100−１、1
00−２…100−Ｎに、特定方向に指向性をもった複数の
アンテナ素子＃１、＃２、…＃Ｎを輪状配置している。

ここにおいて、前記各アンテナ素子＃１、＃２、・・・
＃Ｎは、そのアンテナ素子のおかれた水平面の分割範囲
100の角度からの入射波に対してのみ受信感度が高くな
るような特性をもち、仰角方向に対しては、例えば０゜
〜90゜の範囲で、ブロードな受信感度をもったものが用
いられている。そして、各アンテナ素子の出力はそれぞ
れ独立してアンテナ切替部に接続されている。このよう
にすることにより、本発明のアンテナ部は、水平面内に
おいて等価的に無指向性となり、また、仰角方向に対し
ては指向性のパターンの変化が無視できるようになる。

また、本発明において、衛星位置記憶部には、衛星の位
置情報が、例えば年、月、日、時刻等に対応して記憶さ
れている。

ところで、衛星に対し車両や小型船舶等の移動体がどの
様に移動するか考えると、その動きは衛星の方向に対し
て方位角方向が主で、仰角方向の動きは無視できる。

従って、第６図に示されるように、衛星の方位角Ψｎ
（０゜≦Ψｎ＜360゜で、北方向を０゜とする）を衛星
の位置情報として用いることが好ましい。

そして、方向検出部が、移動体の進行方向を検出する
と、アンテナ選択部は、移動体の進行方向および衛星の
位置に基づき、前記複数のアンテナ素子＃１、＃２、…
＃Ｎの中から最適アンテナ受信位置を選択する。

すなわち、衛星の方位角方向に指向性を持ったアンテナ
素子を最適受信アンテナ素子として選択する。

そして、最適受信アンテナ素子が選択されると、アンテ
ナ切替部は、選択された最適受信アンテナ素子を受信機
に接続する。

このようにして、本発明によれば、移動体の進行方向と
衛星の位置とを照合し、常に最適な受信アンテナ素子を
選択的に受信機に切替接続することができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明は、アンテナ素子として水平
方向（方位角方向）には狭い指向性をもち、仰角方向に
はブロードな指向性をもつものを採用することによっ
て、仰角方向の切替を不要とし、方位角方向の情報のみ
の演算で最適なアンテナ素子を高速に選択し、常に一定
レベル以上の受信感度を維持できるという効果を得るこ
とができる。

また、構成が簡単であるため、安価でかつ小型の移動体
用アンテナ装置を実現できる。

［実施例］次に本発明の好適な実施例を図面に基づき説明する。

第１図には、本発明を車両用アンテナ装置に適用した場
合の好適な一例が示されており、実施例のアンテナ装置
は、車体の屋根に取付けられ、衛星からの電波を受信す
るアンテナ部10を有する。

このアンテナ部10は、複数のアンテナ素子＃１、＃２…
＃Ｎを用いて構成され、各アンテナ素子＃１、＃２…＃
Ｎの出力は、アンテナ切替部20を用いて車両の受信機へ
向け選択的に切替出力されている。

第２図に示すように、前記各アンテナ素子＃１、＃２…
＃Ｎは、水平面の円周上に等間隔で輪状配置され、水平
面をθ０＝360゜/N（Ｎはアンテナ素子の数）の角度毎
に複数に分割して成る各分割範囲100−１、100−２…10
0−Ｎを受信範囲として分担している。

そして、各アンテナ素子＃１、＃２…＃Ｎは、そのアン
テナ素子のおかれた分割範囲100−１、100−２…100−
Ｎからの入射波に対してのみ受信感度が高くなるよう
に、所定方向に指向性をもったものが用いられている。

このようにすることにより、本発明のアンテナ部10は水
平面内で等価的に無指向性となるよう形成されることに
なる。

そして、前記各アンテナ素子＃１、＃２…＃Ｎの出力
は、それぞれ独立してアンテナ切替部20に入力されてい
る。

ここにおいて、第２図に示すように、車両の前方に指向
性をもつアンテナ素子を＃１とし、車両の上方から見て
右回りに各アンテナ素子に対し＃１、＃２、＃３…＃Ｎ
と番号をつける。また、車両前方から右回りにとった角
度をΨ（車両前方をΨ＝０）とする。

このようにすれば、＃ｉ（但し、ｉは０≦ｉ≦Ｎの整
数）のアンテナ素子が分担する角度範囲Ψは、（ｉ−１）×360゜/N−180゜/N≦Ψ ＜（ｉ−１）×360゜/N＋180゜/N …（１）となる。

第３図にはこのようなアンテナ部10の一例が示されてお
り、実施例のアンテナ部10は、４個のアンテナ素子＃
１、＃２、＃３、＃４を用いて構成されており、各アン
テナ素子＃１、＃２、…＃４は水平面を90度ずつ分割し
た各分割範囲100−１、100−２…100−４を受信範囲と
して分担している。

すなわち、このアンテナ部10は、四角錐台形状をしたア
ンテナ基台12と、この基台12の側面にそれぞれ設けられ
た４個のアンテナ素子＃１、＃２、＃３、＃４とを用い
て形成されている。

そして、前記各アンテナ素子＃１、＃２、＃３、＃４
は、それぞれが分担する分割範囲100−１、100−２…10
0−４からの入射波に対してのみ受信感度が高くなるよ
う形成されている。

また、第４図に示すように、前記アンテナ基台12はその
側面が車両の屋根に対しほぼ45度傾斜している。そし
て、この基台12の４つの側面に設けられたアンテナ素子
＃１、＃２、＃３、＃４としてマイクロストリップアン
テナが用いられている。各マイクロストリップアンテナ
は、仰角が０゜〜90゜の範囲でほぼ一定の受信感度が得
られるよう形成されている。

このようなマイクロストリップアンテナとしては、一般
に良く知られた方形マイクロストリップや円形マイクロ
ストリップを用いることが好ましく、このようにすれ
ば、アンテナ部10を小形で低姿勢のものとすることがで
きる。

第５図には、このようにして形成されたアンテナ素子の
水平面内における指向特性が概略的に示されている。

本発明において、指向性の鋭い（利得の大きい）アンテ
ナ素子を用いる場合には、この指向性のするどさに応じ
て水平面の分割数を多くする必要があり、このようにす
れば、各アンテナ素子の指向性のするどさにかかわりな
く、アンテナ部10を水平面内で等価的に無指向性となる
よう形成することができる。

なお、本実施例のアンテナ装置では、垂直面内での指向
性の切替は行わない。これは、車両の動きは衛星の方向
に対して方位角方向が主で、仰角方向の動きは無視でき
る程度であるからである。

従って、仰角が０゜〜90゜の範囲では指向性パターンの
変化ができるかぎり小さいアンテナ素子を用いる必要が
ある。だが、静止衛星の場合には、指向性の最大方向を
予め衛星の方向に設定しておけばよく、仰角方向の指向
性が鋭くとも問題にはならない。

また、本実施例のアンテナ装置には、各アンテナ素子＃
１、＃２…＃Ｎの切替を行うために、方向検出部31、衛
星位置記憶部40、カレンダ時計部50およびアンテナ選択
部60が設けられている。

そして、前記方向検出部30は、車両の進行方向を検出す
るよう形成されている。

実施例において、この方向検出部30は、車両に取付けら
れたセンサにより車両進行方向γ（但し、０゜≦γ＜36
0゜）を検出している。このとき、センサとして磁気セ
ンサ等を用いることができ、センサからは、車両進行方
向γの方位角に比例した直流電圧が出力される。

また、前記衛星位置情報記憶部40は、受信対象となる衛
星の位置情報を記憶している。

本実施例において、この位置情報記憶部40は、年、月、
日、時刻に対応した衛星の位置情報が記憶されたROMあ
るいは電池でバックアップされたRAMから構成されてい
る。

ここにおいて、前記位置情報は、第６図に示されるよう
な方位角Ψｎ（但し、Ψｎは、０゜≦Ψｎ＜360゜で、
北方向を０゜とする）で表される。そして、実施例の位
置情報記憶部40には、衛星の位置情報として、この方位
角Ψｎが第９図に示すように年、月、日、時刻に対応し
て記憶されている。

方位角を記憶する時間間隔（例えば１分毎とか10分毎
等）は、例えば周回衛星の場合は周回する速さ、アンテ
ナ部10を構成する各アンテナ素子の指向性の鋭さに依存
する。従って、周回速度が速い程また指向性が鋭いほど
短い時間間隔ごとの方位角を記憶しておく必要がある。

また、前記カレンダ時計部50は、電池等でバックアップ
された時計とカレンダを用いて構成され、現在の日時を
アンテナ選択部60へ向け出力している。

また、本発明において、前記アンテナ選択部60は、衛星
の位置情報および車両の進行に基づき、複数のアンテナ
素子＃１、＃２…＃Ｎの中から最適受信アンテナ素子を
選択し、アンテナ切替制御指令をアンテナ切替部20へ向
け出力するよう形成されている。

実施例において、このアンテナ選択部60は、マイクロコ
ンピュータの一部を用いて構成されている。そして、方
位検出部30、衛星位置記憶部40およびカレンダ時計部50
から入力される信号に基づき、予め定められた所定のプ
ログラムに従ってソフトウェア処理を実行し、最適受信
アンテナ素子を選択するとともに、アンテナ切替制御指
令をアンテナ切替部20へ向け出力するよう形成されてい
る。

また、本発明においてアンテナ切替部20は、選択された
最適受信アンテナ素子の出力を受信機へ向け出力するよ
う形成されている。実施例においては、複数のアンテナ
素子＃１、＃２、…＃Ｎの出力うち一つを選択して受信
機に接続するための機械的あるいは電子的なリレーと、
マイクロコンピュータの一部からの制御指令によりこの
リレーを動作させるるための電子回路とから構成されて
いる。

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を説明す
る。

第７図には本実施例に係るアンテナ装置の動作を表すフ
ローチャートが示されている。

まず電源を投入すると、マイクロコンピュータの一部を
用いて構成されたアンテナ選択部60が、第７図に示すフ
ローチャートに従って最適受信アンテナ選択用の演算処
理を開始する。

そして、この演算処理が開始されると、まずアンテナ選
択部60は、カレンダ時計部50から現在の日時を入力す
る。

次に、このアンテナ選択部60は、衛星位置記憶部40に記
憶された第９図に示す位置情報の中から、現在の日時に
対応した衛星の位置を読出す。

実施例においては、第９図に示すように10分毎の衛星位
置情報が記憶されているので、アンテナ選択部60は、現
在時刻の１分以下の桁は無視し、10分より上の桁を参照
して対応する衛星の位置、すなわち方位角データΨｎを
衛星位置記憶部40から読出す。

例えば現在時刻が昭和60年１月１日の０時15分であると
すると、方位角データΨｎは17.5゜となる。

このようにして、衛星の位置情報を読出すと、次にアン
テナ選択部60は、方位検出部30により検出された現在の
進行方向データγを入力する。

そして、アンテナ選択部60は、このようにして入力され
たデータを用い、次式に基づき車両進行方向γと衛星の
方向Ψｎとの差Ψｄを演算する。

Ψｄ＝γ−Ψｎ …（２）ただし、Ψｄ＜０の時は、Ψｄ＋360゜を改めてΨｄと
する。仮に、γ＝65゜、Ψｎ＝17.5゜であったとする
と、Ψｄ＝47.5゜となる。

このようにして求めたΨｄは前記第１式において用いら
れているΨと等しい。従って、第３図に示すように水平
面を４つのアンテナ素子＃１、＃２、＃３、＃４により
分担している場合には、第８図に示されるようなΨｄに
対応した＃１、＃２、＃３、＃４までのいずれか一つの
アンテナ素子が、受信用の最適アンテナ素子として選択
される。

すなわち、現在のΨｄが第10図に示されるΨｄのどの範
囲になるのかを調べ、対応するアンテナ素子が最適受信
アンテナ素子として選択される。

このようにして、最適アンテナ素子が選択されると、次
に、アンテナ制御部60は、アンテナ切替部20に向けアン
テナ切替制御指令を出力する。

そして、アンテナ切替部20は、入力される制御指令によ
り特定されるアンテナ素子を受信機と選択的に接続す
る。

本実施例のアンテナ装置は、このような一連の動作が終
了すると、次に現在時刻と進行方向のデータを再度入力
し、同様な手順で適切なアンテナ素子選択を繰返して行
う。

このようにして、本実施例によれば、車両において衛星
からの電波を受信する際、最適な方向にアンテナ素子の
指向性を向けることができ、車両の移動方向にかかわり
なく常に感度の好い受信を行うことができる。

なお、前記実施例においては、アンテナ選択部60をマイ
クロコンピュータの一部を用いて構成した場合を例にと
り説明したが、本発明はこれに限らず、電子部品を用い
たロジック回路によってアンテナ選択部60を形成するこ
ともできる。

また、前記実施例においては、時間とともに位置が変化
する移動衛星からの電波を受信する場合を例にとり説明
したため、衛星位置記録部40およびカレンダ時計部50を
必要とした。しかし、例えば本発明を用いて静止衛星か
らの電波を受信する場合には、衛星の位置は時間ととも
に変化しないため、カレンダ時計部50を用いる必要がな
くなる。

また、本実施例においては、特定方向に指向性をもった
アンテナ素子としてマイクロストリップアンテナを用い
た場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、
必要に応じて他の種類のアンテナ素子を用いることも可
能である。

また、前記実施例においては移動体として車両用に用い
られるアンテナ装置を例にとり説明したが、本発明はこ
れに限らず、これ以外の各種の移動体、例えば小型船舶
用のアンテナ装置としても用いることができる。

また、前記実施例においては、垂直面内での指向性の切
替は行わないアンテナ装置を例にとり説明したが、必要
に応じ水平面内の指向性の切替および垂直面内での指向
性の切替を組合わせて行うよう形成しても好い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る移動体用のアンテナ装置の好適な
一例を示すブロック回路図、第２図は第１図に示すアンテナ素子の配置およびその指
向パターンの一例を示す説明図、第３図は４個のアンテナ素子を用いて形成されたアンテ
ナ部の外観説明図、第４図は第３図に示すアンテナ部の側断面説明図、第５図は第３図に示すアンテナ部の一部の平面説明図、第６図は通信衛星と移動体との相対的な位置関係の説明
図、第７図は本実施例に係る装置の動作を示すフローチャー
ト図、第８図は第３図に示すアンテナ部の指向特性の説明図、第９図は第１図に示す衛星位置記憶部に記憶されている
衛星位置情報の一例を示す説明図、第10図は第３図に示すアンテナ部を構成する各アンテナ
素子が受信範囲として分担する領域の説明図である。 10……アンテナ部 20……アンテナ切替部 30……方位検出部 40……衛星位置記憶部 50……カレンダ時計部 60……アンテナ選択部＃１、＃２、…＃Ｎ……アンテナ素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星からの電波を受信する移動体用のアン
テナ装置において、衛星の位置が記録された衛星位置記憶部と、移動体の進行方向を検出する方向検出部と、仰角方向に対してブロードな指向性をもち、かつ方位角
方向に狭い指向性をもつアンテナ素子が水平面に複数配
置され、等価的に水平面内で無指向性となるように形成
されたアンテナ部と、衛星の方位角方向の位置情報および移動体の進行方向情
報に基づき、方位角方向の情報の演算によって前記複数
のアンテナ素子の中から最適受信アンテナ素子を選択す
るアンテナ選択部と、選択された最適受信アンテナ素子を受信機に接続するア
ンテナ切替部と、を含み、移動体の移動方向にかかわりなく最適受信特性
を維持することを特徴とする移動体用アンテナ装置。
【請求項２】特許請求の範囲（１）に記載の装置におい
て、前記アンテナ部は、水平面を所定角度で複数に分割し、
各分割範囲を受信範囲として分担するように特定方向に
指向性をもった複数のアンテナ素子を輪状に配置して形
成されたことを特徴とする移動体用アンテナ装置。
【請求項３】特許請求の範囲（１）（２）のいずれかに
記載の装置において、現在の日時を出力するカレンダ時計部を含み、前記アン
テナ選択部は、カレンダ時計部から出力される日時に対
応した衛星位置情報を衛星位置記憶部から読出し、移動
衛星に対する最適受信アンテナ素子を選択するよう形成
されてなることを特徴とする移動体用アンテナ装置。