WO2019202789A1

WO2019202789A1 - アンテナ装置、アンテナ制御方法、およびプログラム

Info

Publication number: WO2019202789A1
Application number: PCT/JP2019/000932
Authority: WO
Inventors: 池松　寛
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2019-10-24
Also published as: US11296406B2; US20200381820A1; JPWO2019202789A1; JP6698977B2

Abstract

平面アンテナ（１１）は、複数のアンテナ素子を有し、目標物に対して電波の送受信を行う。姿勢制御部（１２）は、平面アンテナ（１１）に取り付けられ、平面アンテナ（１１）の姿勢を機械的に制御する。アンテナ制御部（１３）は、平面アンテナ（１１）が、目標物を基準として予め定められた向きを向くように、姿勢制御部（１２）を制御する。走査制御部（１４）は、平面アンテナ（１１）によるビーム走査を制御し、ビーム走査を行った際の受信信号の信号レベルに応じて、各アンテナ素子の励振位相を調節し、平面アンテナ（１１）のビームを目標物に向ける。走査制御部（１４）は、ビーム走査の範囲をグレーティングローブが生じない範囲に制限する。

Description

アンテナ装置、アンテナ制御方法、およびプログラム

　本発明は、アンテナ装置、アンテナ制御方法、およびプログラムに関する。

　航空機には、衛星通信用アンテナが搭載されている。航空機と通信衛星はその相対位置が変化するため、航空機に搭載された衛星通信用アンテナとしては、機械駆動方式のアンテナ、ビーム走査型のアンテナ、機械駆動が可能なビーム走査型のアンテナ等のアンテナの指向方向を調整する機能を有するものが主に使用されている。この種の衛星通信用アンテナの一例が、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示される衛星通信用アンテナは、移動体に搭載されるフェーズドアレイアンテナであって、アンテナのビームの向きを走査可能であると共にアンテナの角度を複数のアクチュエータによって制御可能な構成を有する。

特開２００２－１３５０１９号公報

　衛星通信用アンテナには、高利得化、消費電力の低減、コストの低減等が求められる。そこで、衛星通信用アンテナのアンテナ素子の数を減らすことが考えられる。

　衛星通信用アンテナの装置占有面積が同一だとすると、アンテナ素子の数が減ると、素子間隔は広がることになる。しかし、フェーズドアレーアンテナにおいて、アンテナ素子の間隔が広がると、アンテナの可視領域に、主ビームだけでなく、グレーティングローブと呼ばれる副ビームが含まれることがある。アンテナの可視領域にグレーティングローブが含まれると、主ビームの方向以外の方向において電波の送受信を行うことで、不要輻射が発生し、利得が低下する。

　同様の問題は、航空機に限られず、車両、船舶等の他の移動体に搭載されたフェーズドアレーアンテナから構成される衛星通信用アンテナでも、同様に発生する。

　本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、アンテナ素子数を抑えつつ、上述のグレーティングローブの発生を抑制しながら、ビーム走査を行うことが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係るアンテナ装置は、平面アンテナ、姿勢制御部、アンテナ制御部、および、走査制御部を備える。平面アンテナは、複数のアンテナ素子を有し、目標物に対して電波の送受信を行う。姿勢制御部は、平面アンテナに取り付けられ、平面アンテナの姿勢を機械的に制御する。アンテナ制御部は、平面アンテナが、目標物を基準として予め定められた向きを向くように、姿勢制御部を制御する。走査制御部は、平面アンテナによるビーム走査を制御し、ビーム走査を行った際に目標物から受信した電波から生成される受信信号の信号レベルに応じて、複数のアンテナ素子の励振位相を調節して、平面アンテナのビームを目標物に向ける。走査制御部は、ビーム走査の範囲を、複数のアンテナ素子の間隔に応じて定められる、グレーティングローブが生じない範囲に制限する。

　本発明に係るアンテナ装置によれば、平面アンテナの姿勢を機械的に制御した上で、ビーム走査を行う。アンテナ装置は、ビーム走査の範囲を、アンテナ素子の間隔に応じたグレーティングローブが生じない範囲に制限する。その結果、アンテナ素子数を抑えつつグレーティングローブの発生を抑制しながらビーム走査を行うアンテナ装置を提供することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示すブロック図実施の形態１に係るアンテナ素子の配置例を示す図実施の形態１における走査角を示す図実施の形態１における主ビームおよびグレーティングローブの例を示す図実施の形態１における可視領域に対するグレーティングローブの位置を示す図実施の形態１における可視領域に対するグレーティングローブの位置を示す図実施の形態１に係るアンテナ装置が行うビーム走査処理の一例を示すフローチャート実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の正面図実施の形態２に係るアンテナ装置の正面図実施の形態に係る走査制御部のハードウェア構成図

　以下、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

　（実施の形態１）
　実施の形態１に係るアンテナ装置を、移動体の一例である航空機に搭載され、目標物の一例である通信衛星との通信を行うアンテナ装置を例に説明する。図１に示すアンテナ装置１の説明において、理解を容易にするため、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を有する航空機座標系を設定し、適宜参照する。航空機座標系において、Ｙ軸は、航空機２の進行方向を示し、Ｚ軸は航空機の底面に直交する方向を示し、Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に直交する。なお航空機の底面は、航空機が地上の平坦な場所に停止している際に水平な面とする。図１は、航空機２の進行方向後方から進行方向前方に向かって、アンテナ装置１を見た図である。

　アンテナ装置１は、航空機２の外面２ａに形成された凹部２ｂに設けられる。航空機２および通信衛星はそれぞれ移動するため、航空機２から見た通信衛星の位置は変化する。そこで、アンテナ装置１は、ビーム走査を行って、ビームを通信衛星に向けるよう制御し、通信衛星と通信する。アンテナ装置１は、通信衛星に対して電波の送受信を行うビーム走査型の平面アンテナ１１を有する。平面アンテナ１１には、姿勢制御部１２が取り付けられる。姿勢制御部１２は、凹部２ｂの底面２ｃに固定されている。詳細には、姿勢制御部１２は、平面アンテナ１１をＺ軸方向に支持する少なくとも３つの支持部を有する。支持部のＺ軸方向の長さを調節することで、図２に示すように、平面アンテナ１１を底面２ｃに対して任意の向きに任意の角度だけ傾斜させることが可能である。図２では、平面アンテナ１１は、底面２ｃから、反時計回りに角度ψだけ傾いている。なお底面２ｃは、航空機が地上の平坦な場所に停止している際に水平な面とする。

　アンテナ装置１は、図３に示すように、通信衛星から受信した電波から受信信号を生成し、受信信号を通信機３に送る。通信機３は、増幅器、フィルタ、ミキサ等を備え、受信信号を処理して所望の信号を生成し、外部装置４に出力する。また通信機３は、外部装置４から取得した信号を処理して送信信号を生成し、アンテナ装置１に送る。アンテナ装置１は、送信信号から生成した電波を送信する。

　図３に示すように、アンテナ装置１は、電気的には、上述の平面アンテナ１１および姿勢制御部１２に加えて、姿勢制御部１２を制御するアンテナ制御部１３、平面アンテナ１１のビームを通信衛星に向ける走査制御部１４、および、通信衛星の方向を算出する目標方向算出部１５を備える。
　アンテナ制御部１３、走査制御部１４、および目標方向算出部１５は、航空機２の内部に収容される。アンテナ制御部１３は、平面アンテナ１１が、目標方向算出部１５が算出した通信衛星の方向に向くように、姿勢制御部１２を制御する。換言すれば、アンテナ制御部１３が姿勢制御部１２を制御することで、平面アンテナ１１が通信衛星の方向を向く。走査制御部１４は、平面アンテナ１１によるビーム走査を制御する。またビーム走査を行った際の受信信号の信号レベルに応じて、走査制御部１４は、平面アンテナ１１が有するアンテナ素子の励振位相を調節して、平面アンテナ１１のビームを通信衛星に向ける。なお走査制御部１４は、ビーム走査の範囲を、後述するグレーティングローブが生じない範囲に制限する。アンテナ装置１の各部の詳細について以下に説明する。

　平面アンテナ１１は、図４に示すように、複数のアンテナ素子１１ａを有するフェーズドアレーアンテナから構成される。平面アンテナ１１が有するアンテナ素子１１ａとして、線状アンテナ、スロットアンテナ、マイクロストリップアンテナ等が用いられる。アンテナ素子１１ａは、平面アンテナ１１の主面において、三角配列で配置される。図４の座標系は、平面アンテナ１１の水平面に対する傾斜に応じて、回転するアンテナ座標系である。Ｚ’軸は、アンテナ素子１１ａが配置されるアンテナ面に直交する軸とする。Ｘ’軸およびＹ’軸は、アンテナ素子１１ａの配列方向とする。Ｘ’軸およびＹ’軸は、互いに直交し、かつ、Ｚ’軸に直交する。アンテナ素子１１ａは、Ｘ’軸方向に２ｄｘ、かつ、Ｙ’軸方向に２ｄｙの間隔で配置される。さらに上述のように配置された各アンテナ素子１１ａからＸ’軸方向にｄｘ、かつ、Ｙ’軸方向にｄｙの間隔をあけて、アンテナ素子１１ａが配置される。

　平面アンテナ１１のビーム方向は、図５に示すように、走査角（θ，φ）で表される。角度θは、ビーム方向とＺ’軸とのなす角を示す。また角度φは、ビーム方向およびＺ’軸を含む平面とＸ’軸とのなす角を示す。なおビーム方向およびＺ’軸を含む平面とＹ’軸とのなす角は、（９０°－φ）で表される。平面アンテナ１１において、走査角θが取り得る範囲は、－π／２≦θ≦π／２の範囲である。この範囲を可視領域という。アンテナパターンのゲインは周期的に大きくなり、主ビーム以外にも、グレーティングローブと呼ばれるピーク値が存在する。

　上述のように、姿勢制御部１２は、平面アンテナ１１の裏面と底面２ｃとの間に取り付けられていて、平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御する。アンテナ制御部１３は、平面アンテナ１１を、通信衛星を基準として予め定められた向きに向かせるための、姿勢制御部１２の制御を行う。本実施の形態では、アンテナ制御部１３は、後述する目標方向算出部１５から、航空機２から見た通信衛星の方向を取得し、Ｚ’軸を該通信衛星の方向に延ばすために、姿勢制御部１２を制御する。その結果、Ｚ’軸は、通信衛星の方向に延びる。

　走査制御部１４は、アンテナ素子１１ａごとに設けられた移相器１４１、および、分配／合成回路１４２を有する。アンテナ素子１１ａで受信された電波は、分配／合成回路１４２で合成され、受信信号が生成される。走査制御部１４は、受信信号を通信機３に送る。また走査制御部１４は、通信機３から、送信信号を取得する。送信信号は分配／合成回路１４２で分配されて、各移相器１４１に出力される。走査制御部１４は、各移相器１４１によって励振位相を調節することで、平面アンテナ１１のビーム方向を制御する。

　走査制御部１４は、後述する目標方向算出部１５から、航空機２から見た通信衛星の方向を取得する。そして、走査制御部１４は、航空機２から見た通信衛星の方向に基づき、平面アンテナ１１によるビーム走査を制御する。さらに走査制御部１４は、ビーム走査を行った際に通信衛星から受信した電波から生成される受信信号の信号レベルに応じて、ステップトラック方式に基づき、信号レベルが最も高くなる方向、すなわち、通信衛星の方向を探索する。通信衛星の方向が探索されると、走査制御部１４は、アンテナ素子１１ａの励振位相を調節して、平面アンテナ１１のビームを通信衛星に向ける。

　アンテナ素子１１ａの間隔が広がると、平面アンテナ１１の可視領域に、ゲインのピークを有する主ビームだけでなく、グレーティングローブが含まれることがある。図６に主ビームおよびグレーティングローブの一例を示す。図６の例では、４５°の方向に主ビームが存在するが、－４５°の方向にも主ビームと同程度のゲインのピークを有するグレーティングローブが存在する。図７は、可視領域に対するグレーティングローブの位置を示すグレーティングローブダイアグラムである。図７のＴｘ軸は、ｓｉｎθｃｏｓφを示し、Ｔｙ軸は、ｓｉｎθｓｉｎφを示す。可視領域は、原点を中心とする半径１の円で示される。図７において、目標物の方向、すなわち、電波の到来方向を黒丸で示し、グレーティングローブを白丸で示す。図７に、目標物がθ＝０°、φ＝０°で定まる方向に位置する場合の例を示す。この場合、可視領域にグレーティングローブが含まれない。すなわち、グレーティングローブが生じない。

　図８に、目標物がθ＝θ１、φ＝φ１で定まる方向に位置する場合の例を示す。グレーティングローブは、目標物の位置に応じて、θ＝０°、φ＝０°の状態からグレーティングローブダイアグラム上で共に平行移動する。その結果、可視領域にグレーティングローブが位置する、すなわち、グレーティングローブが生じる。図７および図８に示すように、グレーティングローブダイアグラムにおけるグレーティングローブの間隔は、自由空間波長λを図４に示すｄｘで除算した値、または、自由空間波長λを図４に示すｄｙで除算した値で表される。アンテナ素子１１ａの間隔が広がる、すなわち、ｄｘ，ｄｙが大きくなると、グレーティングローブダイアグラム上でのグレーティングローブの間隔が狭まる。その結果、グレーティングローブが生じない走査角の範囲は狭まる。

　上述のように、グレーティングローブが生じる条件は、アンテナ素子１１ａの間隔に応じて決まる。換言すれば、グレーティングローブが生じない走査角θ，φの範囲は、アンテナ素子１１ａの間隔に応じて予め定められる。そこで走査制御部１４は、平面アンテナ１１のビーム走査の範囲を、可視領域にグレーティングローブが含まれない、すなわち、θおよびφの組み合わせで決定されるグレーティングローブが生じない範囲に制限する。詳細には、走査制御部１４は、平面アンテナ１１の走査角θ，φのそれぞれを、アンテナ素子１１ａの間隔ｄｘ，ｄｙにより定められる最大走査角θ_ＬＭＴ，φ_ＬＭＴ以下の範囲に制限し、ビーム走査を行う。なお走査制御部１４は、θの最大走査角θ_ＬＭＴおよびφの最大走査角φ_ＬＭＴを予め保持している。θ_ＬＭＴおよびφ_ＬＭＴは、平面アンテナ１１の設計段階において、定めることができる。そして、走査制御部１４は、平面アンテナ１１の走査角を、－θ_ＬＭＴ≦θ≦θ_ＬＭＴの範囲、かつ、－φ_ＬＭＴ≦φ≦φ_ＬＭＴの範囲に維持して、ビーム走査を行う。

　上記処理を行うため、走査制御部１４は、走査角θが－θ_ＬＭＴ≦θ≦θ_ＬＭＴの範囲内にあるか否か、および、走査角φが－φ_ＬＭＴ≦φ≦φ_ＬＭＴの範囲内にあるか否かを判定する判定回路を有する。また走査制御部１４は、判定回路が、走査角θが－θ_ＬＭＴ≦θ≦θ_ＬＭＴの範囲内にない、または、走査角φが－φ_ＬＭＴ≦φ≦φ_ＬＭＴの範囲内にないと判定した場合に、電波の送信を停止する停波制御部を有する。なおアンテナ制御部１３の制御によって、Ｚ’軸が通信衛星に向いている場合、走査角θ，φのいずれかのみを調節しながらビーム走査することで、最も受信信号の信号レベルが高くなる方向を探索することが可能である。

　目標方向算出部１５は、図示しない外部機器である慣性航行装置から、通信衛星の位置情報および航空機２の予測位置情報を取得する。そして、目標方向算出部１５は、通信衛星の位置情報および航空機２の予測位置情報に基づいて、航空機２から見た通信衛星の方向を算出する。通信衛星の位置情報は、通信衛星の緯度、経度、および高度を含む。航空機２の位置情報は、航空機２の緯度、経度、および高度を含む。

　上述の構成を有するアンテナ装置１は、Ｚ’軸を通信衛星に向け、平面アンテナ１１のビーム走査の範囲をグレーティングローブが生じない範囲内に維持しながら、ビーム走査を行う。アンテナ装置１の動作を図９を用いて説明する。目標方向算出部１５は、一定の時間間隔で、航空機２から見た通信衛星の方向を算出する（ステップＳ１１）。詳細には、目標方向算出部１５は、通信衛星の位置情報、および、航空機２の予測位置情報に基づいて、航空機２から見た通信衛星の方向を算出する。そして、目標方向算出部１５は、算出した通信衛星の方向をアンテナ制御部１３および走査制御部１４に送る。通信衛星の方向は、方位角および仰角で表される。

　アンテナ制御部１３は、目標方向算出部１５から、航空機２から見た通信衛星の方向を取得すると、該通信衛星の方向に応じてＺ’軸を通信衛星に向けるために、姿勢制御部１２を制御する（ステップＳ１２）。詳細には、アンテナ制御部１３は、姿勢制御部１２が有する支持部のＺ軸方向の長さを調節することで、平面アンテナ１１を傾けてＺ’軸を通信衛星に向ける。

　走査制御部１４は、通信機３から受信信号の信号レベルを示す情報を取得する。走査制御部１４は、平面アンテナ１１のビーム方向を変化させながらビーム走査を行い、ビーム走査した際の受信信号の信号レベルが最も高くなる方向を探索する（ステップＳ１３）。なおビーム走査する際、走査制御部１４は、ビーム走査の範囲をグレーティングローブが生じない範囲に制限する。ステップＳ１３の処理によって、最も信号レベルが高くなる方向、すなわち、通信衛星の方向が探索されると、走査制御部１４は、探索された通信衛星の方向にビームを向け、通信衛星と通信を行う（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、受信信号の信号レベルが、例えば、閾値レベル以下まで低減すると、ステップＳ１１に戻り、上述の処理を繰り返す。

　アンテナ制御部１３に制御された姿勢制御部１２が平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御してから、走査制御部１４が平面アンテナ１１の走査角θをグレーティングローブが発生しない範囲内に維持しながら、ビーム走査することで、グレーティングローブの発生が抑制される。図１０、図１１はそれぞれ、図１、図２にビーム方向を追記したものである。理解を容易にするために、走査角φを一定とし、走査角θのみ調節する場合を例にして説明する。走査角θ＝０の場合のビーム方向Ｄ１を、実線の矢印で示す。走査角θ＝θ_ＬＭＴの場合のビーム方向Ｄ２はおよび走査角θ＝－θ_ＬＭＴの場合のビーム方向Ｄ３を点線の矢印で示す。

　平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御しないアンテナ装置、すなわち、平面アンテナ１１の向きが図１０の状態から変化しない場合は、グレーティングローブを生じさせずにビーム走査できる範囲は、図１０におけるＤ２からＤ３までの範囲に限定される。実施の形態１に係るアンテナ装置１では、図１１に示すように、平面アンテナ１１を水平面に対して傾けた上で、－θ_ＬＭＴ≦θ≦θ_ＬＭＴの範囲でビーム走査を行う。図１１では、Ｙ軸回りに反時計回りに平面アンテナ１１を傾けているが、Ｙ軸回りに時計回りに平面アンテナ１１を傾けることも可能である。Ｙ軸回りに反時計回りに平面アンテナ１１を傾けた場合の走査範囲と、Ｙ軸回りに時計回りに平面アンテナ１１を傾けた場合の走査範囲とをあわせることで、実施の形態１に係るアンテナ装置１は、グレーティングローブを発生させることなく、より広い範囲をビーム走査することが可能である。また図１１に示すように、平面アンテナ１１を底面２ｃに対して傾斜した際に、平面アンテナ１１の一部が凹部２ｂの内部に位置することで、航空機２の空力特性に及ぼす影響を小さくすることが可能である。

　以上説明したとおり、本実施の形態１に係るアンテナ装置１によれば、平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御することで、ビーム走査する際に、ビーム走査の範囲をグレーティングローブが生じない範囲に制限することが可能である。その結果、グレーティングローブの発生を抑制することが可能である。グレーティングローブの発生を抑制することが可能となるため、アンテナ素子１１ａの間隔を広げることが可能となる。またアンテナ制御部１３が平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御してからビーム走査することで、グレーディングローブの発生を抑制しながら、より水平面に近い領域をビーム走査することが可能である。機械的な姿勢の制御を行わない平面アンテナでは、走査角θの絶対値がπ／２に近づくと、ビームの方向から見たアンテナ開口が小さくなり、ビームの電力半値幅が大きくなって、ゲインが低下してしまう。そのため、通信を可能にするには、平面アンテナを大きくしなければならない。一方、実施の形態１に係るアンテナ装置１では、平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御して、Ｚ’軸を目標物に向けるため、平面アンテナ１１の小型化が可能である。

　（実施の形態２）
　実施の形態１のように、アンテナ制御部１３によって、平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御することで、図１２において実線の矢印で示すように、一部のアンテナ素子１１ａのビームは通信衛星に向かって放射されるが、点線の矢印で示すように、他の一部のアンテナ素子１１ａのビームが凹部２ｂの縁によってブロッキングされることがある。

　そこで、実施の形態２に係るアンテナ装置１においては、アンテナ制御部１３は、凹部２ｂの縁によるビームのブロッキングを生じさせない範囲で、平面アンテナ１１の姿勢を機械的に制御する。詳細には、アンテナ制御部１３が姿勢制御部１２を制御することで、複数のアンテナ素子１１ａのビームが、凹部２ｂの縁から離隔した位置を通って、航空機２の外部に放射される。ブロッキングを生じさせない範囲は、平面アンテナ１１をＸ軸回りに回転可能な範囲、および、平面アンテナ１１をＹ軸回りに回転可能な範囲に基づいて定義される。またブロッキングを生じさせない範囲は、凹部２ｂの形状および大きさ、凹部２ｂにおける平面アンテナ１１の位置によって決まる。なおアンテナ制御部１３は、ブロッキングを生じさせない範囲を保持している。アンテナ制御部１３は、ブロッキングを生じさせない範囲において、Ｚ’軸が通信衛星に向くように、姿勢制御部１２を制御する。

　図１３に示すように、平面アンテナ１１のＺ軸方向の下端を、図１２の位置よりも上方に移動することで、いずれのアンテナ素子１１ａのビームも、凹部２ｂの縁によって、ブロッキングされない。

　以上説明したとおり、本実施の形態２に係るアンテナ装置１によれば、複数のアンテナ素子１１ａのビームが凹部２ｂの縁によってブロッキングされることを抑制することが可能である。

　図１４は、実施の形態に係る走査制御部１４のハードウェアの構成例を示す図である。走査制御部１４は、各部を制御するハードウェア構成としてプロセッサ２１、メモリ２２、およびインターフェース２３を備える。これらの装置の各機能は、プロセッサ２１がメモリ２２に記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また走査制御部１４は、最大走査角θ_ＬＭＴ，φ_ＬＭＴをメモリ２２に記憶しておく。インターフェース２３は各装置を接続し、通信を確立させるためのものであり、必要に応じて複数の種類のインターフェースで構成されてもよい。走査制御部１４は、インターフェース２３を介して、目標方向算出部１５と通信機３に接続し、通信を行う。図１４では、プロセッサ２１およびメモリ２２をそれぞれ１つで構成する例を示しているが、複数のプロセッサ２１および複数のメモリ２２が連携して各機能を実行してもよい。

　その他、上記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。

　プロセッサ２１、メモリ２２、およびインターフェース２３を有し、制御処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。たとえば、上述の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read-Only Memory）など）に格納して配布し、上記コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、上述の処理を実行する走査制御部１４を構成してもよい。また、通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に上記コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードすることで走査制御部１４を構成してもよい。

　また、走査制御部１４の機能を、ＯＳ（Operating System）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。

　また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して配信することも可能である。たとえば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS：Bulletin Board System）に上記コンピュータプログラムを掲示し、通信ネットワークを介して上記コンピュータプログラムを配信してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、上述の処理を実行してもよい。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られない。
　例えば、アンテナ装置１の構成は、上述の構成に限られない。一例として、アンテナ素子１１ａの配列の仕方は任意であり、四角配列でもよい。
　アンテナ装置１が搭載される移動体も、車両、船舶等の任意の移動体に搭載可能である。通信先も、通信衛星に限らず、任意の目標物と通信を行うことができ、車両に搭載された通信装置、地上に固定された通信装置等と通信を行う。また、アンテナ装置１と目標物の一方の位置が固定でもよい。

　上述の処理動作・通信動作も例示であり、適宜変更可能である。例えば、図９に示したステップＳ１１－Ｓ１４の処理を実行する順序は適宜変更可能である。例えば、図９におけるステップＳ１１，Ｓ１２の処理を行った後に、ステップＳ１３，Ｓ１４の処理を定められた時間に亘って繰り返し行う、または、定められた回数だけ繰り返し行うことができる。ステップＳ１３，Ｓ１４を繰り返す時間および回数は、例えば目標物および移動体の種類、アンテナ装置１の特性等に応じて任意に定めることができる。また、ステップＳ１４において、受信信号の信号レベルが、例えば、閾値レベル以下まで低減すると、ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３で受信信号強度が閾値を超えるビームの方向を検出できない場合に、ステップＳ１１にリターンするようにしてもよい。上述のように、ステップＳ１３，Ｓ１４を繰り返し、目標物の相対位置の変動に対して、ビームの向きを変えることで、姿勢制御部１２として、応答性の低い小型の姿勢制御機構を用いることができる。

　姿勢制御部１２として、２軸のジンバル機構を例示したが、３軸以上の自由度を有するジンバル機構のように、平面アンテナ１１の姿勢、即ち、アンテナ面の向きを機械的に変更あるいは制御可能な任意の機構を採用しうる。

　アンテナ制御部１３の機能として、アンテナ面の法線方向、すなわち、Ｚ’軸を通信衛星に向ける例を開示したが、これに限定されるものではない。アンテナ制御部１３は、平面アンテナ１１と通信衛星を結ぶ線とＺ’軸との角度を小さくする向きに姿勢制御部１２を制御するだけでもよい。

　実施の形態では、アンテナ制御部１３の機能として、アンテナ面の法線方向、すなわち、Ｚ’軸を通信衛星に向ける例を開示した。これは、励振位相が原点のビームの方向がアンテナ１１のＺ’軸方向であると仮定したものである。励振位相が原点のビームの方向がＺ’軸からある角度だけずれる構成の場合、アンテナ制御部１３は、励振位相が原点のビームの方向を通信衛星に向けるために、Ｚ’軸を通信衛星から定められたその角度だけずれた方向に向けて姿勢制御部１２を制御してもよい。

　走査制御部１４は、可変移相器および振幅調整器によって、アンテナ素子１１ａの励振位相および励振振幅を調節してもよい。この場合、走査制御部１４は、アンテナ素子１１ａごとに設けられた増幅器、周波数変換器、およびＡ－Ｄ（Analog-to-Digital）変換器、ならびに、ディジタル信号処理回路を有し、ディジタル信号処理回路によって、ディジタル領域で励振位相および励振振幅を調節する。

　また走査制御部１４は、姿勢制御部１２の駆動範囲の制約、機械的構造の誤差、制御処理の誤差等によって生じたＺ’軸と通信衛星の方向との差である姿勢誤差の範囲で、通信衛星の方向を探索してもよい。この場合、走査制御部１４は、目標方向算出部１５から取得した通信衛星の方向と姿勢制御部１２から取得したＺ’軸の方向との差に、ならびに生じ得る機械的構造の誤差および制御処理の誤差を加算して姿勢誤差の取り得る値を算出し、姿勢誤差の範囲で、通信衛星の方向を探索すればよい。

　上述の実施の形態では、Ｚ’軸を走査範囲の中心に設定したが、Ｚ’軸を走査範囲の中心に設定する必要はない。また走査制御部１４は、ローブスイッチ方式によって、通信衛星の方向を探索してもよい。目標方向算出部１５は、ジャイロセンサおよびＧＰＳ（Global Positioning System）の少なくとも一方に基づく航空機２の位置情報を用いて、航空機２から見た通信衛星の方向を算出してもよい。

　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

　本出願は、２０１８年４月１８日に出願された、日本国特許出願特願２０１８－８０１７９号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１８－８０１７９号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

　１　アンテナ装置、２　航空機、２ａ　外面、２ｂ　凹部、２ｃ　底面、３　通信機、４　外部機器、１１　平面アンテナ、１１ａ　アンテナ素子、１２　姿勢制御部、１３　アンテナ制御部、１４　走査制御部、１５　目標方向算出部、２１　プロセッサ、２２　メモリ、２３　インターフェース、１４１　移相器、１４２　分配／合成回路。

Claims

　複数のアンテナ素子を有し、目標物に対して電波の送受信を行う平面アンテナと、
　前記平面アンテナに取り付けられ、前記平面アンテナの姿勢を機械的に制御する姿勢制御部と、
　前記平面アンテナが、前記目標物を基準として予め定められた向きを向くように、前記姿勢制御部を制御するアンテナ制御部と、
　前記平面アンテナによるビーム走査を制御し、前記ビーム走査を行った際に前記目標物から受信した電波から生成される受信信号の信号レベルに応じて、前記複数のアンテナ素子の励振位相を調節して、前記平面アンテナのビームを前記目標物に向ける走査制御部と、
　を備え、
　前記走査制御部は、前記ビーム走査の範囲を、前記複数のアンテナ素子の間隔に応じて定められる、グレーティングローブが生じない範囲に制限する、
　アンテナ装置。
　前記アンテナ装置は、移動体に搭載され、
　前記目標物の位置情報および前記移動体の位置情報に基づいて、前記移動体から見た前記目標物の方向を算出する目標方向算出部をさらに備え、
　前記アンテナ制御部は、前記目標方向算出部が算出した前記目標物の方向に応じて前記姿勢制御部を制御する、
　請求項１に記載のアンテナ装置。
　前記アンテナ装置は、前記移動体の外面に形成された凹部に設けられ、
　前記複数のアンテナ素子のビームが、前記凹部の縁から離隔した位置を通って、前記移動体の外部に放射されるように、前記アンテナ制御部は、前記姿勢制御部を制御する、
　請求項２に記載のアンテナ装置。
　前記走査制御部は、前記平面アンテナの向く方向と、前記目標物の方向との差である姿勢誤差の範囲で、前記ビーム走査を行う、
　請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
　複数のアンテナ素子を有し、目標物に対して電波の送受信を行う平面アンテナを、前記目標物を基準として予め定められた向きに向けるように、前記平面アンテナの姿勢を制御し、
　前記平面アンテナによるビーム走査を制御し、前記ビーム走査を行った際に前記目標物から受信した電波から生成される受信信号の信号レベルに応じて、前記複数のアンテナ素子の励振位相を調節して、前記平面アンテナのビームを前記目標物に向け、
　前記ビーム走査の範囲を、前記複数のアンテナ素子の間隔に応じて定められる、グレーティングローブが生じない範囲に制限する、
　アンテナ制御方法。
　コンピュータを、
　複数のアンテナ素子を有し、目標物に対して電波の送受信を行う平面アンテナを、前記目標物を基準として予め定められた向きに向けるように、前記平面アンテナの姿勢を制御するアンテナ制御部、および、
　前記平面アンテナによるビーム走査を制御し、前記ビーム走査を行った際に前記目標物から受信した電波から生成される受信信号の信号レベルに応じて、前記複数のアンテナ素子の励振位相を調節して、前記平面アンテナのビームを前記目標物に向ける走査制御部として機能させ、
　前記ビーム走査の範囲を、前記複数のアンテナ素子の間隔に応じて定められる、グレーティングローブが生じない範囲に制限する、
　ためのプログラム。