WO2004073102A2

WO2004073102A2 - 移動体通信用レンズアンテナ装置

Info

Publication number: WO2004073102A2
Application number: PCT/JP2004/001351
Authority: WO
Inventors: Masatoshi Kuroda; Tetsuo Kishimoto; Yasuhiko Ura
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2004-08-26
Also published as: JP2004266816A; WO2004073102A3

Description

明細書

移動体通信用レンズアンテナ装置技術分野

この発明は、車両、船舶、飛行機等の移動体に搭載し、静止衛星などからの電波を受信する移動体通信用レンズアンテナ装置に関する。背景技術

ル一ネベルグレンズを用いた衛星通信用アンテナとして、例えば、特開 2 0 0 0 - 2 5 7 3 2号公報、特開 2 0 0 0 - 1 6 5 1 3 1号公報、特開 2 0 0 1— 3 5 2 2 1 1号公報、特開 2 0 0 0— 8 3 6 4 5号公報、特開 2 0 0 1 — 4 4 7 4 6号公報および特開 2 0 0 1 - 1 0 2 8 5 7号公報に示されるものがある。

上記公開特許公報のアンテナは、いずれも静止衛星や周回衛星を通信相手にした地上設置用のアンテナであり、設置面の傾きや揺れ動きは、全く考慮されていない。

従って、設置面の位置、方位が変化し、しかも設置面が揺れ動く移動体用としては、適さない。

ルーネベルグレンズを用いたアンテナは、従来の移動体通信用アンテナ (パラボラアンテナ) と違ってひとつのコンパクトなアンテナで同時に複数の電波に対応でき、かつ、どの方向からも指向性の高い高ゲインの電波を受信できるなどの利点があることから、移動体用としても大きな期待が寄せられているが、移動体は、位置、方位が刻々と変化し、また、船舶は、特に、揺れも著しく、このため、従来の地上固定用のレンズァンテナでは、移動による焦点の変動が起こり、電波を安定して捕捉することができない。

なお、アクティブ方式のアンテナは、通信相手の衛星に対するアンテナの位置、方位を計算し、一次放射器を変動した焦点位置に移動させることができるが、頻繁に起こる焦点変動に対して一次放射器の位置を変えて対応しょうとすると、制御機構がかなり複雑になり、アンテナ装置が高価なものになってしまう。また、この方法は、位置変更の応答遅れが考えられ、実用性のあるアンテナ装置を得るのも難しい。発明の開示

この発明は、ルーネベルグレンズを用いたアンテナを機構の複雑化ゃコストァップを抑えて移動体用として使用できるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、球状又は反射板を有する半球状のルーネベルグレンズ、一次放射器及び一次放射器の支持アームを備えるァンテナと、そのアンテナを覆うカバ一と、アンテナの水平化機構を有する水平調整機構と、アンテナの自己位置確認手段と、方位確認手段を含むアンテナの方位調整機構とを具備し、移動体の移動中に前記水平化機構による水平化および、自己位置情報、方位情報に基づく自動方位修正がなされてアンテナの初期姿勢が保たれるようにした移動体通信用レンズァンテナ装置を提供する。

ァンテナの水平化機構は、以下に列挙するものが特に好ましい。

( 1 ) アンテナを容器内の液体に浮かばせて構成されるもの (液体浮遊方式：使用する液体は、粘性流体が好ましい）。

( 2 ) 半球状ルーネベルグレンズアンテナの反射板下にアンテナの重心を下げるウェイトを取り付け、このウェイトを有するアンテナをジンバル機構などを用いて揺動可能に受け支えるもの（起き上がりこぼし方式 1 )。

( 3 ) 上半分を軽量材で、下半分を重量材で各々形成し、上半分と下半分の比誘電率を略同一にした全球型ルーネベルグレンズの下部外面、または、外面が球面のウェイトを下部に取り付けて重心を下げた全球型ル一ネベルグレンズの前記ウェイトの外面を揺動可能に支えるもの (起き上がりこぼし方式 2 )。

これらの水平化機構は、いずれも地球の重力を利用したパッシブな機構であり、簡素である反面、激しい揺れが想定される場合には、問題があるので、必要に応じてアンテナ設置面の傾きを修正するァクティブな傾き修正機構等を併用してもよい。傾き修正で必要になるアンテナの水平確認は、エンコーダや水平センサなどで行える。'

前記自己位置確認手段は、 G P S (汎世界測位システム）装置が最適であるが、ジャイロコンパスでもよい。方位調整機構に付属させる方位確認手段は、地磁気方位計、方位センサなどのほか、複数 G P Sの位置の差を利用して方位を検知するものでもよい。この方位調整機構によるアンテナの方位修正は、適当な駆動系、例えば、モータとギヤを組み合わせたものなどを用いて行える。

このアンテナ装置は、車、船舶、飛行機などの移動体に搭載して静止衛星からの電波を受信するのに適している。図面の簡単な説明

図 1は、この発明のレンズァンテナ装置の実施形態を示す断面図である。

図 2は、図 1のレンズアンテナ装置に採用したアンテナの平面図である。

図 3 ( a ) は、この発明のレンズァンテナ装置の他の例を示す断面図、図 3 ( b ) は、同上のアンテナ装置の 9 0 °回転した位置の簡略断面図、図 3 ( c ) は、同上のァンテナ装置の方位修正機構を示す図である。

図 4は、この発明のレンズァンテナ装置のさらに他の例を示す断面図である。図 5は、この発明のレンズアンテナ装置のさらに他の例を示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下本発明をより詳しく説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。図 1に、この発明の移動体通信用レンズァンテナ装置の実施形態を示す。このアンテナ装置 1は、図 1、図 2に示すアンテナ 2、即ち、反射板 3 aを有する半球状のル一ネベルグレンズ 3、レンズ 3を跨ぐアーチ状の支持アーム 4、この支持アーム 4で支えてレンズの焦点部に配置する一次放射器 5とから成るァンテナ 2と、 7平化機構 6を有するァンテナの水平調整機構と、アンテナの自己位置確認手段 7と、方位確認手段を含む方位調整機構 8と、電波を透過させる力パー 9とで構成される。

水平化機構 6は、容器 6 aに入れた液体 6 上にアンテナ 2を容器内での揺れが許容されるように浮かべた液面浮遊方式の機構を用いている。容器 6 aが i頃いても液体 6 bの液面は、水平に保たれ、このために液面に浮かべたアンテナ 2が常に水平に保たれる。

液体 6 bは、粘度が比較的高く高周波数の振動に反応し難い（液面が波立ち難レものが好ましい。この液体 6 bとして E R流体（電気粘性流体）を使用し、振幅や振動数に合わせて液体の粘度を電気的に制御して液面の動きを抑えるようにしてもよい。

また、容器 6 aとアンテナ設置面との間に制振材、制振マウントなどの制振体 1 0を介在して、アンテナ設置面から容器 6 aに伝わる振動を吸収するようにしてもよい。また、アンテナ 2と容器 6 aとの間の摩擦を制御する機構を備えてもよい。

さらに、振動、傾きを積極的に吸収してアンテナ設置面 Aの動きを抑えるァクティブな傾き修正機構を備えてもよい。その傾き修正機構は、アンテナ設置面 A を傾けようとする力や、エンコーダ、水平センサ（ジャイロ水平儀、水準器など）で人工的に得た水平面に対するァンテナ設置面 Aの傾きを検知し、フィードバック制御を行つて駆動系でカバ一設置面 Bを水平に保つもの等でよく、そのような機能を持つ市販の水平ステ一ジ（多軸自由度位置決め機構）などを利用できる。この傾き修正機構と水平化機構 6を併用した水平調整機構を用いるとァンテナ 2 の水平維持がより確実になる。

アンテナ 2は、バランスウェイト 6 cを用いて重心を調節し、液体 6 bに浮かベたときの姿勢が水平になるようにしている。このアンテナ 2は、支持アーム 4 の仰角と支持アーム 4上での一次放射器 5の位置を変えられるようにしており、目的の通信相手 (これは、常に同じ方向にある）に合うように支持アーム 4の仰角と一次放射器 5の位置の初期設定がなされている。

アンテナの自己位置確認手段 7は、 G P S装置を使用しているが、ジャイロコンパスを用いてもよい。

方位調整機構 8は、地磁気方位計、方位センサ、複数の G P S装置、あるいはこれ等を組合わた方位確認手段 8 aを備えており、移動体の進行方向や位置が変わってアンテナの向きが目的の通信相手からずれたときにずれに基づくフィードバック制御を行ってアンテナ 2をカバー 9と共に水平面内で回転させて通信相手の方向に向ける。アンテナの回転は、方位制御モ一夕 8 bとギヤを組み合わせた方位修正機構によつてなされる。

以上のように構成したアンテナ装置 1は、液面浮遊方式の水平化機構 6により浮遊したアンテナの傾きが防止されてアンテナ 2が常に水平に保たれる。

また、アンテナ装置 1を搭載した移動体の進行方向や位置が変わると、自己位置確認手段 7によって検出される現在位置、方位確認手段 8 aによって検知されるアンテナ方位の倩報を取り込んだ制御部（図示せず）から方位修正機構に作動指令が流れてアンテナを初期姿勢に保っための方位修正が自動的に実行され、ァンテナ 2が通信相手からの電波を受ける姿勢を維持する。また、基準方位を切り換える必要が生じたときには、その切り換えがなされる。従って、通信相手が例えば静止衛星である場合には、移動体の移動方向や位置の変化、さらには、揺れがあっても一次放射器 5が電波の焦点部から大きくずれることがなく、静止衛星からの電波を安定して捕捉することができる。

図 3〜図 5は、水平化機構の他の実施形態である（いずれも起き上がりこぼし方式)。

図 3の水平化機構 1 6は、半球状ルーネベルグレンズアンテナの反射板 3 aの裏面に、方位制御モータ 8 bとギヤ 8 cを組み合わせた方位修正機構 8で回転させる垂直な回転軸 1 6 aと、アンテナの重心を下げるウェイト 1 6 bを取り付け、架台 1 1と回転軸 1 6 aとの間に設けたジンパル機構 1 2でアンテナ 2を 2軸方向揺動自在に受け支えている。

また、図 4の水平化機構 2 6は、全球型ルーネベルグレンズ 3の上半分を軽量材で、下半分を高質量材で各々形成し、上半分と下半分の比誘電率を略同一にし、この全球型ルーネベルグレンズの下部外面を受け具 2 6 bで揺動自在に受け支えている。なお、ルーネベルグレンズ 3の下半分との全面接触は、すべり性が良くないので、受け具 2 6 bは、コロ 1 3と併用するのがよい。

さらに、図 5の水平化機構 3 6は、全球型ルーネベルグレンズ 3の下部にアンテナの重心を下げる外面が球面のウェイト 3 6 aを固定し、このウェイト 3 6 a の外面を受け具 3 6 bおよびすベり用コロ 1 3で揺動自在に受け支えている。図 5のレンズ 3は、必ずしも上半分と下半分の重さに差をつける必要はないが、図 4のレンズと同様、上半分を軽量材で、下半分を高質量材で各々形成するとゥェイト 3 6 aを小型化できて好ましい。図 4、図 5の一次放射器 5は、レンズ 3に固定されており、レンズの動きに伴って動く。

なお、図 4の受け具 2 6 bは、レンズ 3との相対回転が、また、図 5のアンテナの受け具 3 6 bは、ウェイト 3 6 aとの相対回転が阻止されるようにしておく必要がある。

また、図 1のパランスウェイト 6 c、図 3、図 5の重心下げ用のウェイト 1 6 b、 3 6 aは、体積削減のために高質量体を用いるのが好ましい。

図 3〜図 5の水平化機構を採用するアンテナ装置も、アンテナの傾き吸収部の摩擦を制御する機構や、受け具に伝わる振動を減衰させる制振体、あるいはァクティブな傾き修正機構などを併用することができる。産業上の利用可能性

以上述べたように、この発明のレンズアンテナ装置は、水平化機構によってァンテナが常時水平に保たれ、さらに、自己位置確認手段及び方位確認手段からの位匱情報、方位情報に基づいてアンテナの方位が自動的に修正されてアンテナの初期姿勢が維持されるようにしたので、位置及び進行方向の変化と揺れが不可避の移動体に搭載して静止衛星などからの電波を安定して高感度に受信することができる。

また、ルーネベルグレンズを使用しているので、複数の電波に対応でき、アンテナ装置の簡素化や低コスト化も図れる。

• さらに、アンテナの水平維持を自然の力を利用する液面浮遊方式や起き上がりこぼし方式の水平化機構によって行うので、機構が複雑にならず、コスト面でさらに有利になる。

このほか、アンテナの上部に電波の妨げとなる部材が存在しないので、アンテナの電気性能が安定する。また、アンテナを揺動可能に下から受け支えているので、支持構造物の小型化や軽量化なども図れ、使い勝手のよいアンテナを提供できる。

なお、アンテナに伝達される振動を減衰させる機能ゃァクティブな傾き修正機能を付加したものは、アンテナの水平維持がより安定してなされ、きつい揺れが想定される移動体に採用しても通信相手からの電波を確実に捕捉することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 球状又は反射板を有する半球状のルーネベルグレンズ、一次放射器及び一次放射器の支持アームを備えるアンテナと、そのアンテナを覆うカバーと、アンテナの水平化機構を有する水平調整機構ど、アンテナの自己位置確認手段と、方位確認手段を含むアンテナの方位調整機構とを具備し、

移動体の移動中に前記水平化機構による水平化および、自己位置情報、方位情報に基づく自動方位修正がなされてアンテナの初期姿勢が維持されるようにした移動体通信用レンズァンテナ装置。

2 . 前記自己位置確認手段として G P S装置及び/若しくはジャイロコンパスを用いた請求項 1に記載の移動体通信用レンズアンテナ装置。

3 . アンテナを容器内の液体に浮かばせたものを前記水平化機構として用いた請求項 1または 2に記載の移動体通信用レンズアンテナ装置。

4. 前記液体として粘性流体を用いた請求項 3に記載の移動体通信用レンズアンテナ装置。

5 · 半球状ルーネベルグレンズアンテナの反射板下にアンテナの重心を下げるゥエイ卜を取り付け、このウェイトを有するァンテナを揺動可能に受け支えたものを前記水平化機構として用いた請求項 1または 2に記載の移動体逋信用レンズァンテナ装置。

6 . ジンバル機構を用いてアンテナを 2軸方向揺動可能に受け支えた請求項 5に記載の移動体通信用レンズァンテナ装置。

7 . 上半分を軽量材で、下半分を重量材で各々形成し、上半分と下半分の比誘電率を略同一にした全球型ルーネベルグレンズの下部外面、または、外面が球面のウェイトを下部に取り付けて重心を下げた全球型ル一ネベルグレンズの前記ゥェィトの外面を揺動可能に支えたものを前記水平化機構として用いた請求項 1または 2または 6に記載の移動体通信用レンズアンテナ装置。