(57)【要約】【課題】  移動体に搭載して準天頂通信衛星を追尾するアンテナマウントは、移動体の遥動をキャンセルするよう駆動される多軸の支持機構と、この機構を高速で制御するためのハイパワーの駆動装置を必要としたため、大型で大重量で、大型車両にしか搭載できず、高価であるなどの課題があった。【解決手段】  移動体に搭載した２軸のジンバル機構１０に装荷されたプラットホーム１４にビーム角が２０度程度のアンテナ１５を固定する。プラットホーム１４の下部に電動機で駆動されるコマ１７を取り付ける。これによってアンテナ１５が天頂、あるいは特定の方向を向いた状態でコマ１７を起動すると、移動体の遥動にかかわらずアンテナ１５は天頂あるいは特定の方向を指向する。特別な制御装置を使用せずにアンテナ１５の方向を常に天頂あるいは特定の方向に向けることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体上に、軸方向が略水平方向に固定された第１の軸受けと、前記第１の軸受けに回転自在に軸支された軸受け枠上に、前記第１の軸受けの軸方向に直交するように設けた第２の軸受けと、前記第２の軸受けに回転自在に軸支されたプラットホームとで構成された２軸ジンバル機構、
前記プラットホームに設けられ前記第２の軸受けの軸方向に直交する回転軸を有し駆動手段により回転駆動されるコマ、
前記プラットホーム上に設置され、ビーム指向方向が前記コマの軸方向に一致するように固定されたアンテナを備えたことを特徴とするアンテナマウント。
【請求項２】
前記コマと、前記アンテナとを含む前記プラットホームの重心位置が、前記第２の軸受けの回転軸上で、かつ、前記コマの回転軸上にあるように構成されるとともに、前記プラットホームと、前記コマと、前記アンテナとを含む前記軸受け枠の重心位置が前記第１の軸受けの回転軸上になるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナマウント。
【請求項３】
移動体上に、軸方向が略垂直方向に固定された第３の軸受けと、前記第３の軸受けに回転自在に軸支されたＺ軸軸受け枠上に、前記第３の軸受けの軸方向に直交するように設けられた第１の軸受けと、
前記第１の軸受けに回転自在に軸支された軸受け枠上に、前記第１の軸受けの軸方向に直交するように設けられた第２の軸受けと、
前記第２の軸受けに回転自在に軸支されたプラットホームとで構成された３軸ジンバル機構、
前記プラットホームに設けられ、互いに直交する回転軸を有し駆動手段により回転駆動される複数のコマ、
前記プラットホーム上に固定されたアンテナを備え、前記複数のコマと、前記アンテナとを含む前記プラットホームの重心位置が前記第２の軸受けの回転軸上にあるように構成されるとともに、前記プラットホームと、前記複数のコマと、前記アンテナとを含む前記軸受け枠の重心位置が前記第１の軸受けの回転軸上にあるように構成したことを特徴とするアンテナマウント。
【請求項４】
前記アンテナのビーム方向を前記プラットホームに対し任意の角度に駆動できるビーム指向部、
前記プラットホームの傾斜を検出するセンサ、
このセンサの出力に基づいて前記ビーム指向部により前記アンテナのビーム方向を制御して前記プラットホームの傾斜にもとづく前記アンテナの方向ずれを補正するビーム指向演算部とを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項５】
前記アンテナのビーム方向を前記プラットホームに対し任意の角度に駆動できるビーム指向部と、前記ビーム指向部により前記アンテナのビーム方向を前記アンテナの受信信号強度が最大になる方向に制御するビーム指向演算部とを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項６】
前記アンテナは円偏波アンテナであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項７】
前記アンテナのビームの指向角は天頂から２０度以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項８】
前記コマの駆動手段は電動機であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項９】
前記コマを覆う気密性カバーと、この機密性カバー内の空気を排出するポンプとを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項１０】
前記移動体は人の頭部に使用するヘルメットであり、このヘルメットの頂部に搭載され、前記頭部の傾斜により前記ヘルメットが傾斜しても前記アンテナのビーム方向が天頂を指向するように構成された請求項１または２に記載のアンテナマウント。
【請求項１１】
前記ジンバル機構は、前記移動体に対する前記ビームの指向方向をほぼ固定するとともに、この固定を任意に解除可能な拘束手段を備え、
前記コマの回転があらかじめ定めた回転速度以下のときに、前記拘束手段を作動させて前記アンテナを強制的に前記準天頂通信衛星の方向に向けた後、前記コマを起動し、この起動と同時に前記拘束手段を解除するようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【請求項１２】
前記ジンバル機構は、前記コマの回転速度があらかじめ定めた所定の回転速度以下のとき、前記コマと、前記アンテナとを含む前記プラットホームの重心位置を、前記第２の軸受けの回転軸よりも前記アンテナの設けられていない方の側に移動させる可動重錘を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナマウント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体に搭載して通信衛星とくに準天頂通信衛星を追尾する通信アンテナマウントの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地上の通信設備と通信衛星との間で通信を行うためには、地上設備のアンテナを常に通信衛星に向けていなければならない。通信衛星が静止衛星であって、かつ、地上側の通信設備が大地に固定されている場合にはアンテナはほぼ固定して使用することが出来る。しかし、地上側の通信設備が車両や船舶、航空機などの移動体に搭載され、しかも走行しつつ通信しなければならない場合には、通信衛星が静止衛星であるか否かに関係なく移動体の動揺や方向の転換によりアンテナの方向が通信衛星からはずれてしまうことのないように、たえず通信衛星を追尾しなければならない。
【０００３】
このような場合に用いるアンテナと追尾について特許文献１に開示されている。従来、通信衛星を指向するアンテナは、アンテナを任意の方向に指向させるために移動体に固定した台座の上に設置された２〜３次元の運動が可能なアンテナ架台（以下プラットホームとも言う）に搭載されている。そして移動体が動揺したときには台座又はプラットホームまたはアンテナに設置された動揺検出センサ（例えばジャイロを用いた変位計または加速度計、ＧＰＳなど、地磁気センサ、傾斜計など）の検出信号に基づいて、前述のアンテナ架台を駆動しアンテナを衛星の方向に指向させる。
また、動揺検出センサを使うか使わないかに係わりなく、アンテナの方向がずれ始めたことにより受信信号が弱くなったことを検出して方向を修正する技術（いわゆる電波センサ）も知られている。
【０００４】
以上のような構成とするためには、複雑な多軸の方向制御機構を備え、しかも移動体の揺動角速度にすばやく追従させるための強大で速い応答性を有する精密制御の駆動パワー源が必要なため、アンテナマウントは大型となり、大型車両にしか搭載できず、価格的にも高価となるという課題があった。
【特許文献１】特開平９−２７０６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアンテナマウントは複雑な多軸の方向制御機構を備えなければならず、しかも移動体の揺動角速度にすばやく追従させるための駆動パワーも大きいものが必要なため、アンテナマウントは大型となり、大型車両にしか搭載できず、価格的にも高価となるという課題があった。
この発明は、その見かけ位置が常に天頂付近にある準天頂通信衛星と通信するためのアンテナを搭載するための、より簡素で安価なアンテナマウントを得ようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のアンテナマウントは、移動体上に、軸方向が略水平方向に固定された第１の軸受けと、前記第１の軸受けに回転自在に軸支された軸受け枠上に、前記第１の軸受けの軸方向に直交するように設けた第２の軸受けと、前記第２の軸受けに回転自在に軸支されたプラットホームとで構成された２軸ジンバル機構、
前記プラットホームに設けられ前記第２の軸受けの軸方向に直交する回転軸を有し駆動手段により回転駆動されるコマ、
前記プラットホーム上に設置され、ビーム指向方向が前記コマの軸方向に一致するように固定されたアンテナを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のアンテナマウントは、コマの軸方向保持特性を利用して、特別な制御装置を用いることなく、ジンバル機構に装荷されたプラットホームの姿勢を水平に保つので、このプラットホームに垂直に搭載したアンテナは常に天頂を指向し、簡単な構成で準天頂通信衛星と通信することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
通信衛星の内で準天頂通信衛星は、通信する地域から見える見かけの天頂付近に通信衛星が常にあり、アンテナのビーム指向角度を天頂から２０度程度（日本の場合）のビーム幅に設定し、さらにアンテナゲインと通信装置のゲインが十分であれば、北海道から沖縄に至るどの地域でも、地上に固定したアンテナで常に良好な通信状態を確保することが出来る。本実施の形態１のアンテナマウントは特にこの準天頂通信衛星に用いて最適なアンテナマウントを提供するものである。
【０００９】
図１は実施の形態１の準天頂通信衛星用アンテナに用いるアンテナマウント１０１の構造原理説明図である。以後の説明では移動体は車両であるとして説明する。図において、図示しない車両に固定された２つの脚１に２軸のジンバル機構１０が設置されている。２軸ジンバル機構１０は２つの脚１に回転自在に軸支されたＸ軸１１と、このＸ軸１１の周りに回転自在に支えられた軸受け枠１２と、軸受け枠１２上に水平軸１１に直交するように設けられたＹ軸受けに軸支されたＹ軸１３とを有する。Ｘ軸１１とＹ軸１３とはほぼ同一面内に配置されている。
Ｘ軸軸受けはこの発明に言う第１の軸受けである。
Ｙ軸軸受けはこの発明に言う第２の軸受けである。
【００１０】
Ｙ軸１３にはこのＹ軸１３の周りに回転自在に軸支されたプラットホーム１４が取り付けられている。図２はプラットホーム１４の構造を説明するための断面説明図である。プラットホーム１４は板状であり、その一面にはアンテナ１５がＹ軸１３に直交するように固定されている。アンテナ１５は図ではパラボラ状として図示しているが、その形式は問わない。そして準天頂通信衛星との通信に適した周波数の円偏波を送受信するもので、その前方指向性パターン９９は図３に示すように２０度程度の比較的ブロードのものを用いる。図１にアンテナの指向方向を説明するためプラットホーム１４の上面に垂直なＺＡ軸方向にビーム指向性パターン９９を示している。
プラットホーム１４の他の面には電動機１６（駆動手段）が取り付けられ、その軸には円盤１７（以後の説明ではコマと言う）が取り付けられている。コマ１７の回転軸の方向はプラットホーム１４の面に垂直で、アンテナ１５の指向軸と一致する。そして電動機１６とコマ１７はカバー１８で覆われる。図１では説明の都合上、カバー１８は取り除いた状態を示している。
【００１１】
プラットホーム１４の重心はプラットホームを支える各軸受け間の中央であって、かつ、Ｘ軸１１とＹ軸１３とを含む面内にあるように、かつコマ１７の軸上にあるように、電動機１６やアンテナ１５が配置されている。
電動機１６とコマ１７の回転速度がある程度以下のときには、ジンバル機構１１０は容易に手で動かせるので、移動体の姿勢に関係なくアンテナ１５がほぼ垂直上向きの位置になるように動かすことができる。この状態で、移動体がエンジンを始動させて車体に動揺が生じる前に電動機１６に通電してコマ１７を高速で回転させる。
コマ１７は高速で回転してジャイロ特性を示すようになり、駆動開始前の軸方向を保つようになる。電動機１６が回転するとき図示しない空気ポンプによりカバー１８の内部の空気は外に排出されカバー１８の内部の空気は希薄となりコマ１７の回転抵抗は低減され、電動機１６が受ける回転反力も小さくなり、プラットホーム１４は移動体の揺動を受けてもその面方向を安定に天頂に向かって保持される。
なお、図示しないが、移動体が走行しているとき風によってアンテナの方向がずれることのないように、アンテナ１５とアンテナマウント１０１の全体はいわゆるレドームによって覆われている。
【００１２】
アンテナマウント１０１は、以上のように２軸ジンバル機構１０と、２軸ジンバル機構１０に支えられたプラットホーム１５と、プラットホーム１５の上面に配置されたアンテナ１５と、プラットホーム１４の下面に取り付けられた電動機１６と、電動機１６により駆動されその回転軸がプラットホーム１４の面に垂直なコマ１７とを含んでいる。
アンテナ１５の送受信給電線（図示しない）や、電動機１６への給電線（図示しない）は、２軸ジンバル機構１０の自由な動きを妨げないように各軸の内部を経由して外部に接続されている。また電動機１６の軸にコマ１７を直結せず図示しないギアで増速してからコマを駆動すれば同じ姿勢安定効果をより軽量／小型のコマで得ることが出来る。電動機１６に代えて空気モータなどを用いても良い。
また、電動機１６の静止状態でのプラットホーム１４の水平性を調整するため、プラットホーム１４の周辺部に、電動機１６が停止中に下方へ下がり、電動機１６が起動すると所定の位置へもどる位置調整可能な可動重錘（調整おもり、図示しない）を配置しても良い。このような可動重錘を設けておけば、起動前のアンテナの方向調整が自動的に処理される。
アンテナ１５には板状で軽量ないわゆるプレートアンテナを用い、また電動機１６には厚みの薄いいわゆるディスクモータを用いると、軽量で装置全体の高さを低くすることができ、車載のみならず人が携帯して使用する形式（実施の形態５で説明）とすることができる。
【００１３】
図１のアンテナマウント１０１は特別な制御をしなくても、アンテナ１５が天頂に向かってその姿勢を保ち、アンテナ１５のビーム幅内に準天頂通信衛星を捉えるので、きわめて簡単な構造で安定した通信が可能である。ジャイロは給電線や軸の摩擦、円盤の空気抵抗など、わずかな外力を受け続けることによって長時間では少しずつ方向がずれてくるので、車両が停止しエンジンを停止したときには電動機１６の回転を止め、アンテナ１５を手動で、または重力によって天頂を向く（前述の可動重錘を使用の場合）ようにして方向を修正しておき、エンジンの起動前に再び電動機１６を起動する。このように実施の形態１のアンテナマウントは１個のコマによりＸ軸周り、及びＹ軸周りの揺動を抑制することが出来る。
【００１４】
実施の形態２．
実施の形態１の図１では垂直軸（ＺＡ軸）周りに回転する１個のコマ１７を用いていた。これによりＸ軸周りとＹ軸周りの揺動を抑制できた。移動体が道路を走行する車両の場合には、任意の時刻に停車して方向のリセットが可能なので、実用上これで十分である、しかし移動体の運動がより激しいものである場合（例えば戦車）とか、移動体の運動角度範囲が大きい航空機等の場合には、コマ１７の軸方向のずれが比較的早く生じる懸念と、軸方向のずれが判明しても容易にはリセットできない恐れがあるので、長期に渡り、より安定した方向保持を行う必要がある。実施の形態２のアンテナマウントはこのような動揺の激しい移動体にも使用できるよう考慮したものである。
【００１５】
また、アンテナのＺ軸周りの回転は、アンテナ１５が円偏波アンテナなので原理上は送受信感度に影響しない。しかし、アンテナ１５の取り付け方向が垂直（ＺＡ軸）方向からずれて取り付けられている場合で、かつ、準天頂衛星が天頂からずれている場合には、プラットホーム１４のＺ軸周りの回転によって信号強度が変る。したがってアンテナのＺ軸周りの回転も抑制した方がより安定した通信を行うことが出来る。
【００１６】
本実施の形態のアンテナマウント１０２を図４に示す。ジンバル機構は３軸ジンバル機構１１０となっている。即ち、実施の形態１の図１の２軸ジンバル機構１０に加えて、移動体に設けたＺ軸軸受け２１と、このＺ軸の周りに自在に回転するとともに、Ｘ軸１１の軸受けを備えたＺ軸軸受け枠２０を備えている。
Ｚ軸軸受けはこの発明に言う第３の軸受けである。
この構成により実施の形態１の図１のものに比して、Ｘ軸がＺ軸周りに回転できるようになっている。
プラットホーム１１４がＹ軸１３により保持されている点は実施の形態１と同じで、またプラットホーム１１４の上面には実施の形態１の図１で説明したものと同じアンテナ１５が取り付けられている。プラットホーム１１４は板状であり、アンテナ１５は図２と同様にパラボラでもよいが、その形式は問わない。そして準天頂通信衛星との通信に適した周波数の円偏波を送受信するもので、そのビーム指向性パターンは図３に示したように２０度程度の比較的ブロードなものにしておく。プラットホーム１１４の下方には、回転軸が互いに直交する３つのコマ群１１７が取り付けられている。コマ群１１７の各コマは、それぞれ独立して電動機１１６（３台）により駆動されるようにしてもよいが、１台の電動機で３つのコマを駆動しても良い。３つのコマ１１７の軸の方向は３軸ジンバル機構１１０のＸ，Ｙ，Ｚ軸に一致させても良いが、特に一致させなければならないと言うことはない。
【００１７】
本実施の形態のアンテナマウント１０２は、プラットホーム１１４が電動機駆動開始前の方位を保持するので、例えば日本の北端などで準天頂衛星の位置が天頂よりも南側に偏って観測される地方においては、プラットホーム１１４の上に取り付けるアンテナ１５の向きを垂直から南方向に１０度程度傾けて取り付けることによってより強く信号を受信することができる。
１つのコマは、原理的に、このコマの回転軸に直交する方向の２つの軸周りの動揺を抑制することが出来るので、本実施の形態のアンテナマウント１０２は、３個のコマの内、１つが故障してもプラットホーム１１４の姿勢の安定機能が失われることがないという効果も得られる。
図示しないが、実施の形態１で説明した可動重錘を用い、電動機停止中のみ、重心位置を下げてもよいことは言うまでもない。
【００１８】
実施の形態３．
実施の形態１で説明したように、１個のコマはコマの回転軸に直交し、かつ、互いに直交する２つの軸に関するアンテナマウントの動揺を抑制することが出来る。例えば、Ｚ軸周りに回転するコマはＸ軸周りの動揺と、Ｙ軸周りの動揺とを抑制することが出来る。したがってＸ，Ｙ，Ｚの３軸周りの回転を抑制するためには実施の形態２のように３つのコマを配する必要はなく、互いに直交する少なくとも２個のコマを配すればよく、より簡単な構成とすることができる。
このようにした実施の形態３のアンテナマウント１０３を図５に示す。実施の形態２の図４で説明した３軸ジンバル機構１１０に搭載されたプラットホーム２１４は、実施の形態１の図１で説明したＺＡ軸を回転軸とするコマ１７の他に、Ｙ軸１３を回転軸とするコマ２１７を備えている。
【００１９】
コマ２１７はプラットホーム２１４の下部に、コマ１７をカバーするように設けた台座２１８の更に下面に配置した電動機２１６によって駆動される。
コマ１７はＸ軸周りと、Ｙ軸周りの動揺を抑制し、コマ２１７はＸ軸周りと、Ｚ軸周りの動揺を抑制する。
【００２０】
実施の形態４．
実施の形態１〜実施の形態３で説明したアンテナマウントは、移動体の動揺を受けることが少なく、常に水平を保持できるプラットホームを持つので、このプラットホームの上に、本願の背景技術の項で説明した従来のアンテナマウント、即ち、外部指令によって任意の方向に指向できるとともに、動揺センサ（又は姿勢センサ）の信号によって指向方向を修正されるアンテナを取り付けてもよい。
本実施の形態のアンテナマウントの構成の理解を助けるため図６に構成ブロック図を示す。図６は実施の形態２のアンテナマウント１０２の上部に公知のアンテナシステム（非静止通信衛星を追尾するアンテナシステム）を搭載したものである。図においてビーム指向部１５１はアンテナ１５の指向方向を任意に制御することができる機構部である。ただし、アンテナ１５をどの方向に向けてもその重心位置は変化しないようにバランスウェイトが配置されている。姿勢センサ１５２は、水平面に対するアンテナ１５の指向角度を検出する。この姿勢センサ１５２の信号はビーム指向演算部１５３にフィードバックされ図示しない外部信号に対するアンテナ１５の方向を制御する。
なお、背景技術で説明した受信信号強度が最大になる方向にアンテナの方向を制御してもよい。
【００２１】
実施の形態５．
実施の形態１で説明したアンテナマウントを携帯使用可能とした場合の使用例を図７に示す。このアンテナマウント１０５はアンテナとして薄い板状のプレートアンテナを用い。電動機にはディスクモータを、コマには円盤状のもの（いずれも図示しない）を使用している。アンテナマウント１０５はカメラマン５０が頭にかぶるヘルメット５１の上に搭載され、風除けのレドーム５３の中に収納されている。カメラマン５０の頭の傾斜に関係なくほぼ天頂を指向するものである。カメラ５４で撮影した画像はアンテナから準天頂通信衛星に伝送される。電動機の電源にはカメラの電源が共用される。
【００２２】
実施の形態６．
実施の形態１では重心の位置を変化させることのできる可動重錘について説明した。
もっと簡便な方法としては図８に示すように、移動体８０とプラットホーム１４との間にバネ９０（あるいは電磁石でもよい）をとりつけて、コマ１７が回転していないときのアンテナの方向を調整させてもよい。ここでいうバネあるいは電磁石は本発明に言う拘束手段である。バネあるいは電磁石は作動／解除を任意に調整できるものとする。電磁石の場合は電流を切ることにより、また、バネ９０の場合はバネを引き込んでいる図示しないワイアなどを自由にする公知の技術により解除することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
この発明のアンテナマウントは、準天頂通信衛星との通信に用いるだけでなく、放送用静止衛星に用いたり、あるいはアンテナに代えて望遠鏡、レーダアンテナ、探照灯、測量用機器、カメラなどを搭載して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１のアンテナマウントの構成図である。
【図２】図１の部分詳細説明図である。
【図３】図１のアンテナのビーム特性説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２のアンテナマウントの構成図である。
【図５】本発明の実施の形態３のアンテナマウントの構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４のアンテナマウントのブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態５のアンテナマウントの構成図である。
【図８】本発明の実施の形態６のアンテナマウントの構成図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  脚、    １０  ２軸のジンバル機構、    １１  Ｘ軸、    軸受け枠１２、
１３  Ｙ軸、    １４  プラットホーム、    １５  アンテナ、    １６  電動機、
ＺＡ  プラットホームの面に垂直な軸、    １８  カバー、  
５１  ヘルメット、    ５３  レドーム、    ５４  カメラ、    ９０  拘束手段、
１０５  携帯型アンテナマウント、    １０１  アンテナマウント、
１１０  ３軸ジンバル機構、    １１４  プラットホーム、
１１７  互いに直交する３つのコマ群、    １０２  アンテナマウント、
２１６  電動機、    ２１７  コマ、    １５１  ビーム指向部、
１５２  姿勢センサ、    １５３  ビーム指向演算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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