JPH10276030A

JPH10276030A - 指向性ビームアンテナ装置

Info

Publication number: JPH10276030A
Application number: JP7825797A
Authority: JP
Inventors: Kunitoshi Nishikawa; 訓利西川; Tomoyasu Harada; 知育原田; Toshiaki Watanabe; 俊明渡辺; Masaru Ogawa; 勝小川; Eiji Teramoto; 英二寺本
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナビームの仰角及び方位角を調整可能
で、外乱等が加わってもアンテナビームの仰角の変動が
抑制されるようにする。【解決手段】円板状の基台12の上方には、円筒状で軸
線に沿った一端面が軸線に対して (π/2−θ₁)傾斜した
形状のアンテナ支持台14が配置されている。支持台14は
鉛直方向に沿った第１の回転軸(b−b'線）回りに回転可
能に基台12に支持されており、モータ18が駆動されると
ローラ20を介して回転される。支持台14の上方には、支
持台14の傾斜面に沿って円板状のアンテナ22が配置され
ている。アンテナ22は、利得が所定値以上の範囲がビー
ム状に絞られ、アンテナビームの方向が開口面22A の法
線(a−a'線）から角度θ₂だけ電子的に傾けられてい
る。アンテナ22は前記法線に沿った第２の回転軸回りに
回転可能にアンテナ支持台14に支持されており、モータ
26が駆動されるとローラ28を介して回転される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は指向性ビームアンテ
ナ装置に係り、特に、衛星を利用した通信等における移
動地球局用のアンテナに好適な指向性ビームアンテナ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】衛星を
利用した通信において地球局が車両や船舶等の移動体で
ある場合、地球局用のアンテナとしては、小型軽量で、
移動体の位置や姿勢の変化の影響を受けずに良好に通信
を行えることが要求される。移動体の移動範囲が比較的
狭い場合には、移動体の位置が変化しても、移動体から
見た衛星の垂直面に沿った角度（以下、垂直面に沿った
角度を「仰角」、垂直面内における方向を「仰角方向」
と称する）の変化が小さいので、移動地球局用として、
水平面内において無指向性の低利得のアンテナを、垂直
面内におけるアンテナの利得が最大となる方向が衛星の
仰角に略一致するように固定的に配置した構成のアンテ
ナ装置が用いられている。

【０００３】しかし、より良好な通信品質を得るために
は、利得が高く指向性の鋭い（アンテナビームの主ロー
ブのビーム半値幅が小さい指向特性の）指向性アンテナ
を用い、移動体の位置や姿勢の変化に伴って変化する衛
星の方向に応じて、アンテナビームの方向（アンテナの
ボアサイト（指向主軸）の方向）を変更制御することが
望ましい。

【０００４】アンテナビームの方向を変更可能な移動地
球局用のアンテナ装置としては、例えば特開平6-283919
号公報に開示されているように、円形の平面アンテナ
を、端部の対向する２点で回転可能に支持し、前記２点
を結ぶ軸を中心として平面アンテナを回転させることに
よりアンテナビームの仰角を制御し、更にアンテナ全体
（平面アンテナ及び該平面アンテナを支持している部
材）を鉛直方向に沿った軸を中心として回転させること
によりアンテナビームの水平面内における方向（以下、
水平面に沿った角度を「方位角」、水平面内における方
向を「方位角方向」と称する）を制御するものが知られ
ている。

【０００５】しかしながら、上記構成のアンテナ装置で
は、平面アンテナを支持している２点を結ぶ軸を中心と
して回転させた時の回転角の変化が、そのままアンテナ
ビームの仰角の変化となるため、アンテナビームの仰角
を精度良く制御するためには複雑な仰角制御機構が必要
になるという間題があった。また、上記のアンテナ装置
を車両等の移動体に搭載して使用した場合、移動体の振
動によってアンテナ自体が仰角方向に振動し、アンテナ
ビームの仰角が衛星の方向から偏倚することが頻繁に生
ずるので、実用化は困難であった。

【０００６】また、特開平8-162833号公報には、鉛直方
向に沿った第１回転軸回りに回転可能にアンテナ支持体
が基台に支持され、平面アンテナが、該第１回転軸と非
直交で衛星の仰角と略等しい角度に傾けた第２回転軸回
りに回転可能に前記アンテナ支持体に支持され、アンテ
ナ支持体を第１回転軸回りに回転させる駆動機構が設け
られた構成の衛星通信用車載アンテナ装置が開示されて
いる。

【０００７】上記のアンテナ装置における平面アンテナ
は、アンテナビームの方向が、アンテナの面に垂直な軸
に沿った方向、すなわち第２の回転軸に沿った方向とさ
れている。また、上記のアンテナ装置では、移動体の位
置や向きの変化に応じてアンテナ支持体の第１回転軸回
りの回転のみを能動的に制御する。平面アンテナについ
ては、アンテナ支持体の回転によって生ずる捩れ力によ
り第２の回転軸回りに受動的に回転され、平面アンテナ
と基台との相対回転に伴うケーブル等の捩れの発生が防
止されるようになっている。

【０００８】しかしながら、上記のアンテナ装置では、
平面アンテナの垂直面内における角度が前記第２の回転
軸に直交する角度に固定されており、平面アンテナのア
ンテナビームの仰角も固定されているので、移動体の仰
角方向の姿勢の変化（例えば移動体としての車両が勾配
のある道路を走行している場合等）に伴って移動体から
見た衛星の仰角が変化した場合や、移動体の移動範囲が
衛星の仰角の変化を無視できない程広い場合であって
も、アンテナビームの仰角を制御することができず、衛
星通信の通信品質が低下するという問題があった。

【０００９】本発明は上記事実を考慮して成されたもの
で、アンテナビームの仰角及び方位角を調整可能で、外
乱等が加わってもアンテナビームの仰角の変動を抑制で
きる指向性ビームアンテナ装置を得ることが目的であ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る指向性ビームアンテナ装置は、第１の回
転軸回りに回転可能に基台に支持されたアンテナ支持体
と、アンテナ開口面と交差しかつ前記第１の回転軸に対
して第１の角度だけ傾いた第２の回転軸回りに回転可能
に前記アンテナ支持体に支持され、アンテナビームの方
向が前記第２の回転軸に沿う方向に対して第２の角度だ
け傾けられたアンテナ部と、前記アンテナ支持体を前記
基台に対して前記第１の回転軸回りに回転させる第１の
駆動手段と、前記アンテナ部を前記アンテナ支持体に対
して前記第２の回転軸回りに回転させる第２の駆動手段
と、を有している。

【００１１】本発明では、アンテナ支持体が第１の回転
軸回りに回転可能に基台に支持されていると共に、アン
テナ支持体を基台に対して第１の回転軸回りに回転させ
る第１の駆動手段が設けられており、アンテナ部がアン
テナ支持体に支持されている。このため、本発明に係る
指向性ビームアンテナ装置を、第１の回転軸が鉛直方向
に略沿うように配置したとすると、第１の駆動手段がア
ンテナ支持体を第１の回転軸回りに回転させることによ
り、アンテナビームの方向（アンテナ部の利得が最大と
なる方向）も第１の回転軸回りに水平面内で回転し、ア
ンテナビームの方位角のみを変化させることができる。

【００１２】またアンテナ部は、アンテナ開口面と交差
しかつ第１の回転軸に対して第１の角度だけ傾いた第２
の回転軸回りに回転可能にアンテナ支持体に支持され、
アンテナビームの方向が第２の回転軸に沿う方向に対し
て第２の角度だけ傾けられている。そして、アンテナ部
をアンテナ支持体に対して第２の回転軸回りに回転させ
る第２の駆動手段が設けられている。このため、第２の
駆動手段がアンテナ部を第２の回転軸回りに回転させた
場合、アンテナビームの方向は、第２の回転軸に沿う方
向に対して第２の角度だけ傾いている状態を維持したま
ま第２の回転軸の周囲を回転し、第２の回転軸に直交す
る仮想面とアンテナビームの方向との交点は、第２の回
転軸と前記仮想面の交点を中心とする円を描くことにな
る。

【００１３】従って、本発明に係る指向性ビームアンテ
ナ装置を、第１の回転軸が鉛直方向に略沿うように配置
したとすると、第１の角度をθ₁、第２の角度をθ₂と
したときに、アンテナビームの仰角θは、アンテナ部の
回転に伴ってπ／２−（θ₁＋θ₂）≦θ≦π／２−
（θ₁−θ₂）の範囲で変化するので、第２の駆動手段
がアンテナ部を第２の回転軸回りに回転させることで、
アンテナビームの方向を仰角方向に変化させることがで
きる。そして、アンテナビームを指向させる対象（例え
ば衛星）のアンテナ部から見た仰角及びその変動量を考
慮して第１の角度θ₁及び第２の角度θ₂を定めれば、
アンテナビームを常に指向対象に向けることができる。

【００１４】なお、アンテナ部の回転に伴って、アンテ
ナビームの方向は方位角方向にも変化するが、前述のよ
うに、アンテナ支持体を第１の回転軸回りに回転させた
場合のアンテナビームの方向の変化は方位角方向のみで
あるので、第１の駆動手段によってアンテナ支持体を第
１の回転軸回りに回転させることで、アンテナビームの
方位角を任意に調整することができる。このように、本
発明に係る指向性ビームアンテナ装置は、アンテナビー
ムが常に指向対象を向くように、アンテナビームの方位
角及び仰角を調整することができる。

【００１５】また本発明では、仮にアンテナ部が第２の
回転軸回りに１回転したとしても、アンテナビームの仰
角θは、π／２−（θ₁＋θ₂）≦θ≦π／２−（θ₁
−θ ₂）の範囲（但し、θ₂＜π／２) で変化するのみ
であるので、特開平6-283919号公報に記載のアンテナ装
置と比較して、アンテナ部の回転に対するアンテナビー
ムの仰角θの変化は明らかに小さい（特開平6-283919号
公報に記載のアンテナ装置では、アンテナ部が回転した
角度だけアンテナビームの仰角が変化する）。

【００１６】このように、本発明に係る指向性ビームア
ンテナ装置は、アンテナ部が第２の回転軸回りに回転し
た角度に対するアンテナビームの仰角の変化が小さいの
で、アンテナビームの仰角を所望の角度に精度良く制御
することができる。

【００１７】なお本発明において、アンテナ支持体は、
例えば円筒状で、軸線に沿った一方の端部側の面（又は
前記一方の端部を閉塞する仮想面）が軸線に垂直で、他
方の端部側の面（又は前記他方の端部を閉塞する仮想
面）が軸線に対して（π／２−第１の角度）に相当する
角度を成す形状、すなわち前記他方の端部側が第１の角
度だけ傾斜している形状とすることができる。この場
合、アンテナ支持体の前記一方の端部が基台側に位置す
るようにアンテナ支持体を基台上に配置し、アンテナ支
持体の前記他方の端部上に、該他方の端部の傾斜に沿っ
てアンテナ部を配置することができる。

【００１８】これにより、基台のアンテナ支持体配置面
が略水平であれば、アンテナ支持体の円筒状の軸線が鉛
直方向に略沿うことになり、前記軸線を第１の回転軸と
してアンテナ支持体を回転させれば、アンテナ支持体上
に配置されているアンテナ部のアンテナビームの方位角
のみを変化させることができる。また、第２の回転軸は
アンテナ支持体のアンテナ部側の端面に直交する軸とす
ることができ、前記アンテナ部側の端面に直交する軸回
りにアンテナ部を回転させれば、アンテナビームの仰角
を変化させることができる。

【００１９】上記構成では、アンテナ支持体のアンテナ
部側の端面が第１の角度だけ傾斜しており、このアンテ
ナ部側の端面上に前記傾斜に沿ってアンテナ部を配置し
ているので、アンテナ部の第２の回転軸回りの回転に拘
らず、アンテナ部が常に、アンテナ支持体のアンテナ部
側の端面に全周に亘って支持される（所謂面で支持され
る）ように構成することができる。これにより、外乱等
が加わった場合のアンテナビームの仰角の変動を更に抑
制することができる。

【００２０】また、上記のようにアンテナ支持体やアン
テナ部を回転させることは、アンテナ支持体を基台上で
回転自在に支持する第１の回転支持部、アンテナ部をア
ンテナ支持体上で回転自在に支持する第２の回転支持部
を設けることで達成することができる。第１の回転支持
部、第２の回転支持部として、ベアリング等のように回
転による摩擦の小さい部材を用いれば、アンテナ支持体
を回転させるために第１の駆動手段に要求される駆動
力、アンテナ部を回転させるために第２の駆動手段に要
求される駆動力を低減することができる。

【００２１】また本発明において、アンテナ部として
は、平板状のアンテナ（例えば、ラジアル導波管を用い
たスロットアレーアンテナやマイクロストリップアレー
アンテナ）を用いることが好ましい。これにより、本発
明に係る指向性ビームアンテナ装置を小型軽量に構成す
ることができる。

【００２２】また本発明において、アンテナ部として
は、より具体的には、放射開口面の法線方向に対しアン
テナビームの方向が所定の角度だけ電子的に傾けられた
アンテナを用いることができる。また、放射開口面を傾
けるための部材を含んでアンテナ部を構成することによ
り、アンテナビームの方向を第２の回転軸に沿う方向に
対して第２の角度だけ機械的に傾けるようにしてもよ
い。

【００２３】また本発明において、アンテナ支持体を回
転させる第１の駆動手段は、例えばアンテナ支持体側に
設けることも可能ではあるが、基台側に設けることが好
ましい。これにより、基台に対して回転されるアンテナ
支持体の重量の増加を抑制することができ、アンテナ支
持体を回転させるために第１の駆動手段に要求される駆
動力が小さくて済む。

【００２４】また本発明において、アンテナ部を回転さ
せる第２の駆動手段についても、例えばアンテナ支持
体、或いはアンテナ部に設けることも可能ではあるが、
基台側に設けることが好ましい。これにより、上記と同
様の理由で、アンテナ部を回転させるために第２の駆動
手段に要求される駆動力が小さくて済む。

【００２５】なお、基台側から見たアンテナ部の端部の
位置は、アンテナ支持体の回転に伴って第１の回転軸に
沿った方向及び第１の回転軸に直交する方向に移動（第
１の回転軸が鉛直方向に略沿って配置されているとする
と、鉛直方向及び水平方向に略沿って移動）する。従っ
て、第２の駆動手段を基台側に設け、アンテナ部に接触
して回転させる構成とする場合、第２の駆動手段は、ア
ンテナ部の端部の位置の変化に応じて基台上をスライド
するように構成することが好ましい。これにより、回転
される部分（アンテナ部、アンテナ支持体）の重量を増
加させることなく、アンテナ部を確実に回転させること
ができる。

【００２６】また本発明において、アンテナ部への給電
は、例えば給電線路を用いて、アンテナの給電部に非接
触で給電することが好ましい。具体的には、例えば基台
又はアンテナ支持体に固定され、先端がアンテナ部の回
転中心に設けられた小孔に挿入された給電線路を設け
る。これにより、アンテナ部に対して相対回転するアン
テナ支持体又は基台とアンテナ部とが非接触で結合され
るため、磨耗等による経時劣化が生ずることはなく、通
信性能が経時的に低下することを防止することができ
る。

【００２７】また、アンテナ部への給電は、相対回転す
る部材の間、すなわちアンテナ部とアンテナ支持体の
間、及び基台とアンテナ支持体の問の少なくとも一方に
ロータリジョイントを設け、ロータリジョイントを介し
てアンテナに給電するようにしてもよいし、一端が基台
に固定され、他端がベアリング等の回転保持部材により
アンテナの給電部に回転自在に接続されたフレキシブル
（屈曲自在）な給電線路を設けて給電するようにしても
よい。これにより、特に基台とアンテナ部との傾斜角度
が大きい場合にも、給電部で生ずる損失の増大を抑制で
きる。

【００２８】また、アンテナ部への給電において、アン
テナ支持体に周波数変換回路を配置し、前記周波数変換
回路を介してアンテナ部への給電を行うようにしてもよ
い。なお、上記の周波数変換回路を設けた場合、先端が
アンテナ部の回転中心に設けられた小孔に挿入された給
電プローブを周波数変換回路に設けることでアンテナ部
と結合することが好ましい。これにより、アンテナ部を
受信アンテナとして用いる場合の受信Ｃ／Ｎの劣化を最
小限に抑制することができる。また、アンテナ部から入
力された信号を、周波数変換回路でより低い周波数に変
換する構成とすれば、基台とアンテナ支持体の問にロー
タリジョイントを設けて給電を行う場合に、比較的低周
波の安価なロータリジョイントを用いることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態の一例を詳細に説明する。図１乃至図３には、本
実施形態に係る指向性ビームアンテナ装置１０が示され
ている。指向性ビームアンテナ装置１０は、アンテナ装
置１０全体を支持するための円板状の基台１２を備えて
おり、基台１２の上方には本発明のアンテナ支持体とし
てのアンテナ支持台１４が配置されている。

【００３０】アンテナ支持台１４は、円筒を、前記円筒
の軸線に沿った一方側では前記軸線に垂直に切断すると
共に、前記円筒の軸線に沿った他方側では前記軸線に対
して（π／２−θ₁)の角度で切断し、両端部を閉塞した
形状とされている。なおθ₁は、本発明の第１の角度に
相当している。アンテナ支持台１４は、前記円筒の軸線
に垂直な端面（以下では、この端面を「垂直面」、反対
側の端面を「傾斜面」という）が基台１２側を向き、か
つ垂直面が基台１２の上面と平行となるように（すなわ
ち、前記円筒の軸線（図１及び図２に示すｂ−ｂ’線）
が基台１２の面と垂直になるように）配置されている。

【００３１】基台１２とアンテナ支持台１４との間に
は、第１の回転支持部としての第１のベアリング１６が
配設されている。アンテナ支持台１４は、第１のベアリ
ング１６を介して、前記円筒の軸線を中心として前記軸
線回りに回転可能に基台１２に支持されている。このよ
うに、アンテナ支持台１４の円筒の軸線（ｂ−ｂ’線）
は本発明の第１の回転軸に対応しており、以下ではアン
テナ支持台１４の円筒の軸線（ｂ−ｂ’線）を「第１の
回転軸」と称する。

【００３２】基台１２上には第１のモータ１８が配設さ
れている。第１のモータ１８の回転軸にはゴム等の摩擦
係数の高い材料から成るローラ２０が取付けられてい
る。第１のモータ１８は、ローラ２０がアンテナ支持台
１４の周面に接触するようにアンテナ支持台１４の外周
側に配置されており、第１のモータ１８が駆動される
と、第１のモータ１８の駆動力がローラ２０を介してア
ンテナ支持台１４に伝達され、アンテナ支持台１４は第
１の回転軸回りに回転される。第１のモータ１８及びロ
ーラ２０は、本発明の第１の駆動手段に対応している。

【００３３】また、アンテナ支持台１４の上方には、ア
ンテナ支持台１４の傾斜面の傾斜に沿って円板状のアン
テナ２２（本発明のアンテナ部に相当）が配置されてお
り、アンテナ２２のアンテナ開口面２２Ａは基台１２の
上面に対して角度θ₁だけ傾斜している。

【００３４】図４（Ａ）に示すように、アンテナ２２
は、金属製で偏平な円筒状のラジアル導波管２２Ｃを備
えており、ラジアル導波管２２Ｃの上面（アンテナ開口
面２２Ａ側の面）に誘電体層２２Ｄが形成され、更に誘
電体層２２Ｄの上面に、円板状のアンテナ素子２２Ｅが
多数形成されて構成されている。多数のアンテナ素子２
２Ｅは第１の回転軸を中心として同心円状に配置されて
おり、結合ピン２２Ｆの一端が各々取付けられている。
結合ピン２２Ｆの他端は誘電体層２２Ｄを貫通してラジ
アル導波管２２Ｃの内部まで延長されている。

【００３５】指向性ビームアンテナ装置１０に電磁波が
到来すると、到来した電磁波はアンテナ２２の各アンテ
ナ素子２２Ｅで受信され、各アンテナ素子２２Ｅで受信
された電波はラジアル導波管２２Ｃによって合成され
る。本実施形態では、電磁波の到来方向が、アンテナ開
口面２２Ａの中心を通過するアンテナ開口面２２Ａの法
線（図１及び図２に示すａ−ａ’線）に沿った方向から
角度θ₂だけ傾いた角度のときに、各アンテナ素子２２
Ｅで受信される電磁波が同位相となり利得が最大となる
ように、各アンテナ素子２２Ｅの相対的な回転角度が調
整されている。

【００３６】従って、本実施形態に係るアンテナ２２
は、利得が所定値以上の範囲がビーム状に絞られ、かつ
図１に示すように、アンテナビームの方向（利得が最大
となる方向：アンテナ２２のボアサイト（指向主軸）の
方向）が、アンテナ開口面２２Ａの中心を通過するアン
テナ開口面２２Ａの法線（図１及び図２に示すａ−ａ’
線）に沿った方向から角度θ₂だけ電子的に傾けられ
た、所謂ビームチルトアンテナとされている。なお、角
度θ₂は本発明の第２の角度に相当している。

【００３７】アンテナ支持台１４とアンテナ２２との間
には、第２の回転支持部としての第２のベアリング２４
が配設されている。アンテナ２２は、第２のベアリング
２４を介し、アンテナ開口面２２Ａの法線回りに回転可
能にアンテナ支持台１４に支持されている。このよう
に、アンテナ２２のアンテナ開口面２２Ａの中心を通過
するアンテナ開口面２２Ａの法線（ａ−ａ’線）は本発
明の第２の回転軸に対応しており、以下ではアンテナ開
口面２２Ａの中心を通過するアンテナ開口面２２Ａの法
線（ａ−ａ’線）を「第２の回転軸」と称する。

【００３８】アンテナ支持台１４の傾斜面上には第２の
モータ２６が配設されている。第２のモータ２６の回転
軸にはゴム等の摩擦係数の高い材料から成るローラ２８
が取付けられている。第２のモータ２６は、ローラ２８
がアンテナ２２の周面に接触するようにアンテナ支持台
１４の外周側に配置されている。また、図１及び図３に
示すように、基台１２とアンテナ支持台１４との間に
は、第２のモータ２６に電力を供給するためのスリップ
リング３０が配置されている。

【００３９】スリップリング３０を介して外部から第２
のモータ２６に電力が供給されることによって第２のモ
ータ２６が駆動されると、第２のモータ２６の駆動力が
ローラ２８を介してアンテナ２２に伝達され、アンテナ
２２は第２の回転軸回りに回転される。第２のモータ２
６及びローラ２８は、本発明の第２の駆動手段に対応し
ている。

【００４０】また本実施形態では、前述のようにアンテ
ナ２２としてラジアル導波管給電型のアンテナを用いて
おり、図４（Ｂ）に示すように、アンテナ２２の下面
（ラジアル導波管２２Ｃの下面）には中心部にアンテナ
２２に給電するための小孔２２Ｂが穿設されており、小
孔２２Ｂには同軸ケーブル等から成る給電線路３２の先
端部が挿入されている。

【００４１】図３に示すように、給電線路３２は、基台
１２に取付けられていると共に第１の回転軸に沿って配
設されており、その中間部が、アンテナ支持台１４の垂
直面及び傾斜面上における小孔２２Ｂの直下に相当する
位置（アンテナ支持台１４の回転中心に相当する位置）
に各々穿設された孔（図示省略）を貫通し、同軸ケーブ
ルの中心導体が露出されて成るプローブ３２Ａが、小孔
２２Ｂの内壁と接触しないように小孔２２Ｂ内に挿入さ
れている。従って、プローブ３２Ａと結合ピン２２Ｆは
ラジアル導波管２２Ｃの内部空間を介して結合されてお
り、アンテナ２２への給電は非接触で行われる。

【００４２】次に本実施形態の作用として、アンテナ支
持台１４に対するアンテナ２２の回転角、及び基台１２
に対するアンテナ支持台１４の回転角を変化させること
によるアンテナビームの方向の制御について説明する。

【００４３】本実施形態に係る指向性ビームアンテナ装
置１０は、基台１２の上面が略水平となるように配置さ
れる。このように配置された指向性ビームアンテナ装置
１０に対し、図５（Ａ）、（Ｂ）及び図６に示すよう
に、座標原点Ｏをアンテナ２２の中心に設定し、ｘｙ
平面を基台１２と平行になるように設定し、ｚｘ平面
をアンテナ２２の第２の回転軸ａ−Ｏを含むように設定
する。なお、点Ｐは利得が最大となる点を表しており、
座標原点Ｏから点Ｐに向かう方向がアンテナビームの方
向である。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、アンテナビームの
方位角がｘ軸の正の方向と一致しており、基台１２に対
するアンテナビームの仰角が最も小さくなる状態（すな
わち、仰角がπ／２−θ₁−θ₂となる状態）を示して
いる。以下では、この状態を基準状態と称する。

【００４４】図６は、基準状態から、アンテナ２２を第
２の回転軸ａ−Ｏ回りに回転角φ’だけ回転させた時の
アンテナビームの方向を示している。図６より、アンテ
ナ２２をアンテナ支持台１４に対して回転させること
で、アンテナビームの仰角を変化させることができるこ
とがわかる。この時のアンテナビームの仰角θは、

【００４５】

【数１】

【００４６】となる。図７は、基準状態からのアンテナ
２２の回転角φ’の変化に対するアンテナビームの仰角
θの変化を示している。図７から明らかなように、基準
状態からの第２の回転軸ａ−Ｏ回りのアンテナ２２の回
転角φ’を０〜πまで変化させることにより、アンテナ
ビームの仰角θをπ／２−（θ₁＋θ₂）からπ／２−
（θ₁−θ₂）まで単調に変化させることができる。

【００４７】従って、アンテナビームの仰角θを所望の
角度θ_Mに制御するには、アンテナ２２を、アンテナ支
持台１４に対し、第２の回転軸ａ−Ｏ回りに、次の
（２）式で表わされる回転角φ’だけ基準状態から回転
させればよいことがわかる。

【００４８】

【数２】

【００４９】但し、アンテナ２２をアンテナ支持台１４
に対して第２の回転軸ａ−Ｏ回りに回転角φ’だけ回転
させると、アンテナビームの仰角θだけでなくアンテナ
ビームの方位角ψも変化する。その時のアンテナビーム
の方位角の変化量Δψは、

【００５０】

【数３】

【００５１】となる。アンテナ２２をアンテナ支持台１
４に対して基準状態から回転角φ’だけ回転させた時の
アンテナビームの方位角の変化量Δψは、図８に示すよ
うに単調に変化する。

【００５２】従って、アンテナ支持台１４に対し、アン
テナ２２を第２のモータ２６によって基準状態から
（２）式で表わされる回転角φ’だけ回転させた後、ア
ンテナ２２の回転に伴って生ずるアンテナビームの方位
角ψの変化((３）式で表わされる方位角の変化量Δψ）
を打ち消すように、基台１２に対し、アンテナ支持台１
４を第１のモータ１８によって回転角−Δψだけ回転さ
せることにより、アンテナビームの方位角ψを変化させ
ずにアンテナビームの仰角θのみを所望の角度θ_Mに変
更制御することができる。また、アンテナビームの方位
角ψは、アンテナ支持台１４を第１のモータ１８により
基台１２に対して回転させることで、所望の方位角に変
更制御できることは言うまでもない。

【００５３】アンテナビームを所望の方向に向ける手順
の一例を以下に記す。アンテナ２２をアンテナ支持台１４に対して回転さ
せ、アンテナビームの仰角θが最小の状態にする。

【００５４】第１のモータ１８によりアンテナ支持
台１４を回転させ、アンテナビームの方位角ψを所望の
角度に変更制御する。

【００５５】（２）式に基づき、第２のモータ２６
によりアンテナ２２をアンテナ支持台１４に対して回転
させ、アンテナビームの仰角θを所望の角度θ_Mに変更
制御する。

【００５６】（３）式に基づき、第１のモータ１８
によりアンテナ支持台１４を基台１２に対して回転角−
Δψだけ回転させ、でアンテナ２２を回転させること
によって生じたアンテナビームの方位角ψの変化を打ち
消す。

【００５７】このように、本実施形態に係る指向性ビー
ムアンテナ装置１０によれば、アンテナビームの仰角θ
及び方位角ψを所望の角度に変更制御することができ
る。また、基準状態からのアンテナ２２の角度φが０〜
πまで変化したときのアンテナビームの仰角θの変化量
は２θ₂であり、θ₂＜π／２であるので、アンテナ２
２の回転角φ’の変化に対してアンテナビームの仰角θ
の変化が比較的小さい。従って、アンテナビームの仰角
θを所望の角度に変更制御する際の制御精度が向上す
る。

【００５８】また、上記の実施形態では、アンテナ支持
台１４の傾斜面上に、傾斜面の傾斜に沿ってアンテナ２
２が配置されており、アンテナ２２は第２のベアリング
２４を介してアンテナ支持台１４に支持されているの
で、アンテナ２２のアンテナ開口面２２Ａの傾斜角度
は、その回転角に拘らず、常に角度θ₁に保持される。
従って、振動等の外乱が加わった場合のアンテナビーム
の仰角θの変動は確実に抑制される。

【００５９】また、上記の実施形態では、第１のベアリ
ング１６によってアンテナ支持台１４の回転を支持し、
第２のベアリング２４によってアンテナ２２の回転を支
持する構成であるので、アンテナ支持台１４及びアンテ
ナ２２の回転に対し摩擦によって生ずる抵抗を小さくす
ることができる。従って、第１のモータ１８及び第２の
モータ２６として、発生トルクが比較的小さい小型軽量
のモータを用いることができるので、指向性ビームアン
テナ装置１０の小型軽量化を実現できる。

【００６０】また、上記の実施形態では、アンテナ支持
台１４を回転させるための第１のモータ１８及びローラ
２０を基台１２上に設けているので、第１のモータ１８
によって回転される部分（アンテナ支持台１４やアンテ
ナ２２を含む部分）を軽量化することができ、従って、
第１のモータ１８として、発生トルクが比較的小さい小
型軽量のモータを用いることができるので、指向性ビー
ムアンテナ装置１０の更なる小型軽量化を実現できる。

【００６１】また、上記の実施形態では、アンテナ２２
への給電を、基台１２に取付けられた給電線路３２を用
いて非接触で行っているので、磨耗等による経時劣化が
生ずることはなく、指向性ビームアンテナ装置１０の通
信性能が経時的に低下することを防止できる。

【００６２】次に本発明の他の実施形態について説明す
る。なお、以下で説明する実施形態において、図１乃至
図３に示す指向性ビームアンテナ装置１０と同一の部分
には同一の符号を付し、説明を省略する。

【００６３】図９には、本発明の他の実施形態に係る指
向性ビームアンテナ装置４０が示されている。この指向
性ビームアンテナ装置４０では、アンテナ支持台１４の
上方に傾斜台４２が配置されている。この傾斜台４２
は、アンテナ支持台１４と同様に、円筒を、前記円筒の
軸線に沿った一方側では前記軸線に垂直に切断すると共
に、前記円筒の軸線に沿った他方側では前記軸線に対し
て（π／２−θ₂)の角度で切断し、両端部を閉塞した形
状とされている。

【００６４】傾斜台４２は、前記円筒の軸線に垂直な垂
直面がアンテナ支持台１４の向き、かつアンテナ支持台
１４の傾斜面と平行になるように配置されており、アン
テナ支持台１４の傾斜面と傾斜台４２の垂直面との間に
は、第２の回転支持部としての第２のベアリング２４が
配設されている。傾斜台４２は、第２のベアリング２４
を介し、アンテナ支持台１４の傾斜面に垂直な軸（ａ−
ａ’線：第１の回転軸（ａ−ａ’線）に対して第１の角
度θ₁だけ傾いた回転軸、すなわち第２の回転軸）回り
に回転可能とされている。

【００６５】傾斜台４２の傾斜面上には、傾斜台４２の
傾斜面の傾斜に沿ってアンテナ４４が取付けられてい
る。なお、傾斜台４２及びアンテナ４４は本発明のアン
テナ部に対応している。指向性ビームアンテナ装置４０
のアンテナ４４は、利得が所定値以上の範囲がビーム状
に絞られ、かつ図９に示すように、アンテナビームの方
向がアンテナ開口面４４Ａに垂直な方向とされている。
前述のようにアンテナ４４は傾斜台４２の傾斜面上に取
付けられているので、アンテナビームの方向は、傾斜台
４２により、第２の回転軸に沿う方向に対して角度θ₂
だけ機械的に傾けられている。

【００６６】従って、指向性ビームアンテナ装置１０と
同様に、第２のモータ２６（図示省略）が駆動されるこ
とによって、傾斜台４２及びアンテナ４４が、アンテナ
支持台１４に対して第２の回転軸回りを一体的に回転さ
れると、アンテナビームの仰角θ（及び方位角）が変化
する。また、第１のモータ１８が駆動され、アンテナ支
持台１４が基台１２に対して第１の回転軸（図９のｂ−
ｂ’線）回りに回転されると、アンテナビームの方位角
のみが変化する。

【００６７】次に、図１０を参照して本発明の他の実施
形態について説明する。図１０に示す指向性ビームアン
テナ装置４８は、アンテナ２２の外周の端面が、アンテ
ナ２２の全周に亘ってゴム等の摩擦係数の高い材料によ
り一定の厚みで被覆されて被覆部５０が形成されてい
る。一方、基台１２上のアンテナ支持台１４の外周に相
当する位置には摺動台５２が配置されている。摺動台５
２は基台１２上に形成されたレール（図示省略）に係合
しており、前記レールによりアンテナ支持台１４に対し
て接近離間する方向（図１０の矢印Ａ方向）に摺動移動
可能とされている。

【００６８】摺動台５２には引張コイルばね５４の一端
が係止されており、引張コイルばね５４の他端は、基台
１２上の摺動台５２よりもアンテナ支持台１４に近接し
た位置に設けられた係止部５６に係止されており、摺動
台５２は引張コイルばね５４によってアンテナ支持台１
４に接近する方向に付勢されている。摺動台５２上には
第２のモータ２６が取付けられている。また、摺動台５
２上には、第２のモータ２６のアンテナ支持台１４と反
対側の側部を支持するための支持壁５２Ａが立設されて
いる。第２のモータ２６の回転軸には、ゴム等の摩擦係
数の高い材料から成り、軸線方向の長さがＤ sinθ
₁（但し、Ｄは被覆部５０を含むアンテナ２２の直径）
よりも若干長くされたローラ５７が取付けられている。

【００６９】アンテナ２２のアンテナ開口面２２Ａは、
基台１２の上面（水平面）に対して角度θ₁だけ傾斜し
ているので、被覆部５０を含むアンテナ２２を水平面に
投影すると楕円状の外形になり、基台１２に対してアン
テナ支持台１４及びアンテナ２２が回転すると、この回
転に伴って、アンテナ２２の周方向に沿った各位置にお
いて、被覆部５０を含むアンテナ２２の直径方向端部の
水平方向に沿った位置が変化すると共に、被覆部５０を
含むアンテナ２２の直径方向端部の鉛直方向に沿った位
置（高さ）も、最大でＤ sinθ₁だけ変化する。

【００７０】これに対し、第２のモータ２６が取付けら
れている摺動台５２は、アンテナ支持台１４に対して接
近離間する方向に摺動移動可能で、引張コイルばね５４
によりアンテナ支持台１４に接近する方向に付勢されて
おり、またローラ５７の軸線方向の長さもＤ sinθ₁よ
り若干長くされているので、第１のモータ１８が駆動さ
れ、基台１２に対してアンテナ支持台１４及びアンテナ
２２が回転しても、その回転角に拘らず、ローラ５７の
外周面は被覆部５０に常に接触しかつ押圧されることに
なり、アンテナ２２を第２のモータ２６によりアンテナ
支持台１４に対して回転させることができる。

【００７１】上記では、アンテナ２２を回転させるため
の第２のモータ２６を基台１２上に設けているので、第
１のモータ１８によって回転される部分（アンテナ支持
台１４やアンテナ２２を含む部分）を軽量化することが
できる。従って、第１のモータ１８として、発生トルク
が比較的小さい小型軽量のモータを用いることができる
ので、指向性ビームアンテナ装置を小型軽量化すること
ができる。

【００７２】次に、図１１を参照して本発明の他の実施
形態について説明する。図１１に示す指向性ビームアン
テナ装置６０は、給電線路３２に代えて、基台１２とア
ンテナ支持台１４の間の第１の回転軸の軸上にロータリ
ジョイント６２が設けられており、アンテナ支持台１４
とアンテナ２２の間の第２の回転軸の軸上にロータリジ
ョイント６４が設けられている。

【００７３】ロータリジョイント６２の基台１２側に
は、基台１２に固定された同軸ケーブル６６の端部が接
続されている。ロータリジョイント６２のアンテナ支持
台１４側には同軸ケーブル６８の一端が接続されてお
り、同軸ケーブル６８の他端は、ロータリジョイント６
４のアンテナ支持台１４側に接続されている。また、ロ
ータリジョイント６４のアンテナ２２側は、プローブ７
０を介してアンテナ２２の給電点に接続されている。

【００７４】指向性ビームアンテナ装置１０では、給電
線路３２の先端をアンテナ２２の小孔２２Ｂ内に挿入す
ることによってアンテナ２２への給電を非接触で行って
いたが、特に基台１２に対するアンテナ２２の傾斜角度
が大きい場合には、小孔２２Ｂの内径を大きくする必要
があり、これに伴って給電部における損失が大きくなる
という欠点がある。

【００７５】これに対し、指向性ビームアンテナ装置６
０ではプローブ７０を介してロータリジョイント６４と
アンテナ２２の給電点とが電気的に接続されており、ア
ンテナ２２への給電が、同軸ケーブル６６、ロータリジ
ョイント６２、同軸ケーブル６８、ロータリジョイント
６４及びプローブ７０を介して行われるので、基台１２
に対するアンテナ２２の傾斜角度が大きい場合であって
も給電部における損失が増大することはない。また、基
台１２とアンテナ支持台１４、アンテナ支持台１４とア
ンテナ２２の相対回転は、ロータリジョイント６２、６
４が回転することで吸収されるので、同軸ケーブル６８
等に捩れが生ずることを防止できる。

【００７６】次に、図１２を参照して本発明の他の実施
形態について説明する。図１２に示す指向性ビームアン
テナ装置７４は、給電線路３２に代えて、屈曲自在なフ
レキシブルケーブル７６が設けられている。フレキシブ
ルケーブル７６は、一端が基台１２に固定され、中間部
がアンテナ支持台１４の内部を貫通しており、フレキシ
ブルケーブル７６の他端は、ベアリング７８、プローブ
７０を介してアンテナ２２の給電点と電気的に接続され
ている。

【００７７】この指向性ビームアンテナ装置７４につい
ても、フレキシブルケーブル７６がベアリング７８、プ
ローブ７０を介してアンテナ２２の給電点と電気的に接
続されており、アンテナ２２への給電がフレキシブルケ
ーブル７６、ベアリング７８及びプローブ７０を介して
行われるので、基台１２に対するアンテナ２２の傾斜角
度が大きい場合であっても給電部における損失が増大す
ることはない。また、基台１２に対するアンテナ２２の
回転はベアリング７８が回転することで吸収されるの
で、フレキシブルケーブル７６に捩れが生ずることはな
い。更に、基台１２に対してアンテナ２２が回転した場
合、基台１２に対するアンテナ２２の傾斜の方向が変化
するが、この傾斜の方向の変化はフレキシブルケーブル
７６の中間部が屈曲することで吸収される。

【００７８】次に、図１３に示す本発明の他の実施形態
について説明する。図１３に示す指向性ビームアンテナ
装置８２は、アンテナ支持台１４の傾斜面上に周波数変
換回路８４が取付けられており、この周波数変換回路８
４からは、第２の回転軸に沿ってプローブ８４Ａが突出
しており、プローブ８４Ａの先端は、アンテナ２２の下
面に設けられた小孔２２Ｂ内に挿入されている。周波数
変換回路８４には、アンテナ２２で受信した信号がプロ
ーブ８４Ａを介して入力され、入力された信号の周波数
を、より低い周波数（中間周波数帯域）の信号に変換し
て出力する。

【００７９】また、基台１２とアンテナ支持台１４との
間には、前記中間周波数帯域用のロータリジョイント８
６が設けられている。ロータリジョイント８６の基台１
２側は、基台１２に固定された同軸ケーブル８８の端部
が接続されている。ロータリジョイント８６のアンテナ
支持台１４側には同軸ケーブル９０の一端が接続されて
おり、同軸ケーブル９０の他端は周波数変換回路８４に
接続されている。

【００８０】指向性ビームアンテナ装置８２では、アン
テナ２２で受信した信号を周波数変換回路８４によって
中間周波数帯域の信号に変換しているので、基台１２と
アンテナ支持台１４との相対回転を吸収するためのロー
タリジョイントとして、中間周波数帯域用の比較的安価
なロータリージョイント８６を用いることができる。従
って、指向性ビームアンテナ装置のコストを低減するこ
とができる。

【００８１】また、周波数変換回路８４がアンテナ支持
台１４に取付けられているので、プローブ８４Ａを、第
２の回転軸に沿って配置することができる。これによ
り、基台１２に対するアンテナ２２の傾斜角度に拘ら
ず、小孔２２Ｂの内径を比較的小さくしてもプローブ８
４Ａとの干渉を回避することができるので、仮に基台１
２に対するアンテナ２２の傾斜角度が大きい場合であっ
ても、給電部における損失が大きくなることを防止する
ことができる。

【００８２】なお、本発明に係る指向性ビームアンテナ
装置は、車両等の移動体に搭載して移動地球局のアンテ
ナとして用いることに限定されるものではなく、固定地
球局のアンテナとして用いてもよいし、衛星を利用しな
い他の通信形態の通信に用いることも可能である。

【００８３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第１の回
転軸回りに回転可能に基台に支持されたアンテナ支持体
と、アンテナ開口面と交差しかつ第１の回転軸に対して
第１の角度だけ偏倚した第２の回転軸回りに回転可能に
アンテナ支持体に支持され、アンテナビームの方向が第
２の回転軸に沿う方向に対して第２の角度だけ偏倚され
たアンテナ部と、を設け、第１の駆動手段によりアンテ
ナ支持体を回転させ、第２の駆動手段によりアンテナ部
を回転させるようにしたので、アンテナビームの仰角及
び方位角を調整可能で、外乱等が加わってもアンテナビ
ームの仰角の変動を抑制できる、という優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る指向性ビームアンテナ装置の
概略断面図である。

【図２】指向性ビームアンテナ装置の斜視図である。

【図３】指向性ビームアンテナ装置の概略断面図であ
る。

【図４】（Ａ）は指向性ビームアンテナ装置のアンテナ
を一部破断して示す斜視図、（Ｂ）はアンテナの中心部
付近の断面図である。

【図５】アンテナ及びアンテナ支持台の回転によるアン
テナビームの仰角θの変化を説明するための、（Ａ）は
指向性ビームアンテナ装置の正面図、（Ｂ）は側面図で
ある。

【図６】アンテナ及びアンテナ支持台の回転によるアン
テナビームの仰角θの変化を説明するための、指向性ビ
ームアンテナ装置の斜視図である。

【図７】アンテナの回転角φ’の変化に対するアンテナ
ビームの仰角θの変化を示す線図である。

【図８】アンテナの回転角φ’の変化に対するアンテナ
ビームの方位角の変化量Δψを示す線図である。

【図９】他の実施形態に係る指向性ビームアンテナ装置
の概略側面図である。

【図１０】他の実施形態に係る指向性ビームアンテナ装
置の概略断面図である。

【図１１】他の実施形態に係る指向性ビームアンテナ装
置の概略断面図である。

【図１２】他の実施形態に係る指向性ビームアンテナ装
置の概略断面図である。

【図１３】他の実施形態に係る指向性ビームアンテナ装
置の概略断面図である。

【符号の説明】

１０指向性ビームアンテナ装置１２基台１４アンテナ支持台１８第１のモータ２２アンテナ２６第２のモータ４０指向性ビームアンテナ装置４８指向性ビームアンテナ装置６０指向性ビームアンテナ装置７４指向性ビームアンテナ装置８２指向性ビームアンテナ装置

───────────────────────────────────────────────────── 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)発明者小川勝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)発明者寺本英二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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の回転軸回りに回転可能に基台に支
持されたアンテナ支持体と、アンテナ開口面と交差しかつ前記第１の回転軸に対して
第１の角度だけ傾いた第２の回転軸回りに回転可能に前
記アンテナ支持体に支持され、アンテナビームの方向が
前記第２の回転軸に沿う方向に対して第２の角度だけ傾
けられたアンテナ部と、前記アンテナ支持体を前記基台に対して前記第１の回転
軸回りに回転させる第１の駆動手段と、前記アンテナ部を前記アンテナ支持体に対して前記第２
の回転軸回りに回転させる第２の駆動手段と、を有する指向性ビームアンテナ装置。