(57)【要約】アンテナ素子（１２）を配置した面方向と可変なアクティブパネル（１４）を備え、電波入射方向からアンテナを見たときにアクティブパネルが隙間無くかつ互いに重なることなく配置されるよう、入射角に応じてアンテナパネルが基準面（１１）内に相互に平行移動することで、高いアンテナ利得を実現するアンテナである。
2006518145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のアクティブパネル上に配置した複数のアンテナ素子と、支持フレームとを備え、
前記１つ以上のアクティブパネルが前記支持フレームに蝶番運動自在に接続可能であって、
前記アクティブパネルが前記蝶番の周囲に回転可能で、前記蝶番が互いに平行であることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記アクティブパネルが、前記蝶番と同じ平面内に含まれる直線に沿って互いに平行に移動自在であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記アクティブパネルが、共通の電気的焦点へ方向付け自在であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項４】
前記アクティブパネルが望ましい入射角を向いているときに、各々の隣接する前記アクティブパネル同士が実質的に互いに接することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項５】
任意の望ましい入射角において、前記望ましい入射角に垂直な平面への前記アクティブパネルの投影が、任意の隣接する２つのアクティブパネルの投影の間に隙間が無いことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項６】
望ましい入射角において、前記アクティブパネルがこの角度を向いたときに、アクティブパネルの全ての開口の和と同等の開口を有する単独のアンテナと同じアンテナ利得となることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項７】
請求項１のアンテナにおいて、更に少なくとも１つの補助アクティブパネルを備え、
前記少なくとも１つの補助アクティブパネルが、前記アクティブパネルに平行な軸の周囲を、限定された角度範囲で回転自在であることを特徴とするアンテナ。
【請求項８】
前記支持フレームが、前記蝶番の含まれる平面に垂直な軸の周囲を回転自在であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項９】
前記アクティブパネルの前記回転が、アクチュエータによって駆動されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記平行移動が、アクチュエータによって駆動されることを特徴とする請求項２記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記方向付け自在なアクティブパネルの方向が、アクチュエータによって駆動されることを特徴とする請求項３記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記回転自在な支持フレームの回転が、アクチュエータによって駆動されることを特徴とする請求項４記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記アクチュエータが空気圧式直動アクチュエータ、電動式直動アクチュエータ、電動モーターのいずれかであることを特徴とする請求項５乃至８記載のアンテナ。
【請求項１４】
アンテナによって電気信号を受信又は送信する方法であって、
各々がアンテナ素子を備える複数のアンテナパネルを提供し、
前記アンテナパネルを蝶番によって蝶番運動自在に支持し、
前記アンテナパネルを共通焦点に方向付け、前記焦点は送信機又は受信機に向けて方向付け自在であることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記複数のアクティブアンテナパネルが、前記蝶番に垂直な軸の周囲を回転することを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記アクティブアンテナパネルがアクチュエータにより方向付けされることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記アンテナパネルが、少なくとも１つのアクチュエータにより方向付けされ、かつ回転することを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
実質的に上述した通りに、請求項１乃至１３の何れかに従うアンテナ。
【請求項１９】
実質的に図面で示した通りに、請求項１乃至１３の何れかに従う方法。
【請求項２０】
実質的に上述した通りに、請求項１４乃至１７の何れかに従う方法。
【請求項２１】
実質的に図面で示した通りに、請求項１４乃至１７の何れかに従う方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ、より具体的には低姿勢受信／送信アンテナに関するものであり、衛星通信システムにおいて利用することができ、また国際的なサービスエリアを実現するために携帯端末に組み込み、及び／又は地上無線通信においてアンテナの寸法に制約のあるプラットフォームで使用することを目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星は、広い地理的地域の任意の地点との、音声、映像、データ、視聴覚等の信号を含む電気信号の中継あるいは通信に一般に利用されている。ある場合には、衛星は、地上局と、通常は航空機の内部に設置される航空機搭載端末との間の電気信号の中継あるいは通信に利用される。一例として、人工衛星を利用した航空または移動信号配信システムは、１つまたは複数の個別の音声／映像／データ信号を１つの狭帯域または広帯域信号にコンパイルし、コンパイルした信号を搬送波周波数帯で変調し、さらに変調した信号を１つまたは複数の例えば静止衛星に送信（アップリンク）する。人工衛星は、受信した信号を増幅し、異なる搬送波周波数帯にシフトして、周波数シフトした信号を航空機の受信ユニットや地上移動端末に送信（ダウンリンク）する。
【０００３】
同様に、個々の航空機搭載端末または移動端末は、人工衛星を経由して、基地局その他の受信ユニットに信号を送信する。
【発明の開示】
【０００４】
本発明は、低姿勢受信／送信アンテナに関するものである。低姿勢アンテナは、ミリ波その他の放射を単一の電気的加重点（electrical summation point）に焦点を合わせたアンテナ素子のアレイからなる。アンテナ素子は、特定の入射角でアンテナに当たる同調波長の放射がコヒーレントに集められるように物理的に配列される。この構造は、十分に高いアンテナ利得を得るようにアンテナ素子によって集められた信号を和回路網が合計し、比較的低出力の衛星または地上無線ネットワークでのこのアンテナの使用を可能にする。
【０００５】
本発明の一態様によれば、アンテナは、アクティブパネルの集合体中に配置された複数のアンテナ素子を備える。素子の各々は特定の入射角で素子に当たる放射を集めて、関連する加重素子（summation element）に導くように、各素子は基準面に対して特定の入射角で配置される。アンテナ素子は、サブアレイの状態に配置される。各サブアレイには行と列があり、各サブアレイ内の素子は共通の平面（以下、「アクティブパネル」という。）内に配置される。隣接するサブアレイ上の素子は、互いに後退した隣接するアクティブパネルの上に移し換えることもできる。
【０００６】
各サブアレイは、アクティブパネル上に配置されたアンテナ素子から構成され、前記アンテナ素子は、素子のサブアレイの行と列、その他の適当な配列に並べられる。
【０００７】
望ましくは、隣接するサブアレイは、アクティブパネル間の間隙により分離され、アクティブパネル間の距離は入射角によって変化する。このようにして、全てのアクティブパネルが入射角を向いたときに、どのアクティブパネルも他のアクティブパネルにより隠されたり覆われたりすること無く、アンテナのアクティブパネルは所望の入射角からは連続しているように見える。
【０００８】
アンテナは、そのアンテナが関与するビームを方向付けるための１つまたは複数の装置を含む。特に、機械的あるいは電動の手段が、アンテナビームを方位角方向に方向付けるためにアクティブパネルを方位角方向に回転させ、及び／又は、受信及び送信双方についてアンテナビームを仰角方向に方向付けるようアクティブパネルを傾斜させる。
【０００９】
本発明の別の一態様によれば、受信／送信アンテナは、電波ビーム方向に向いたアンテナビームと、アンテナ受信機／送信機に隣接した、信号の受送信の間にそのアンテナが関与するビーム方向を変更させるための機械装置を有するアンテナ受信機／送信機とを備える。
【００１０】
望ましくは、その機械装置は電波ビーム方向の範囲に渡ってビーム方向を変化させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施態様に従って作られ、動作する低姿勢受信／送信アンテナについて説明する。低姿勢受信／送信アンテナは、ミリ波（ＭＭＷ：Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ Ｗａｖｅ）静止軌道衛星通信システムでの使用を目的に構築されたように記載されている。しかし、その技術分野における通常の知識を有する者にとっては、以下に開示する原理によって多くの種類のアンテナが構築可能であることが明らではある。これらのアンテナは、いわゆる「Ｃバンド」システム（３．７ＧＨｚと４．２ＧＨｚの間の搬送波周波数で伝送する。）に限らず、例えばマルチチャネル多地点配信システム（ＭＭＤＳ）、ローカル多地点配信システム（ＬＭＤＳ）、携帯電話システム他の寸法制限のため低姿勢アンテナを必要とする無線通信システム等の地上無線配信システムを含む他の所望の衛星又は地上の音声、映像、データ、視聴覚等の信号配信システムにおいて使用することができる。
【００１２】
実際に、本発明のアンテナは、ここで開示する原理に従って構築することができ、準ミリ波やテラ波通信システム等のＭＭＷ領域よりも短い波長で、あるいは、マイクロ波通信システム等のＭＭＷ領域より長い波長で動作する通信システムにおいて利用することができる。
【００１３】
次に、図１及び図２には、本発明の実施態様によるアンテナ１０が図示されている。アンテナ１０は、アクティブパネル１４の上に、望ましくは整列して配置された複数のアンテナ素子１２を含む。アンテナ素子１２は、アンテナ１０が用いられる周波数領域での動作に使える任意の種類のアンテナ受信及び／又は送信ユニットから構成することができる。アンテナ素子１２は、所望の実質的に平面の形状、望ましくは直方平面をもつアクティブパネル１４の上に配置される。アンテナ素子１２は、アクティブパネル１４の上に任意のパターンで配置される。任意のパターンには、例えば３×５、２×４、５×８配列などに限らず、円、楕円、あるいは擬似乱数パターンといった非直交パターン等も含まれる。
【００１４】
望ましくはアンテナ素子１２は、例えばアンテナ１０が設計された信号波長（λ）の半分の直径の放射素子であり、上述のような直交パターンでアクティブパネル上に配置されることが望ましい。
【００１５】
アンテナ素子１２のアレイは、アンテナ素子１２の各々の電気的焦点が図１に示す基準面１１に対して実質的に入射角αをなす方向を向くように、アクティブパネル１４上に配置される。図１及び図２に示すように、アンテナ素子１２は、アクティブパネル１４に垂直で、アクティブパネル１４の実質的に中心を通る線１７に実質的に並行な方向を向く。アンテナ素子１２の各アレイは、基準面１１に対して入射角α１で入射する放射を受信する。送信の実施態様においては、各アンテナ素子１２は、基準面１１に対する出射角α１で放射を送信する。
【００１６】
図１及び図２に示す実施態様では、アンテナ１０は波長約２４ｍｍ、即ち１２．５ＧＨｚの信号を受信するように同調されている。アクティブパネル１４の幅をｄＬと表記する。
【００１７】
図１及び図２において、隣接するアクティブパネル１４の対応する点の間の水平距離は次式で与えられる。
Ｄ＝ｄＬ／ｓｉｎ（α）
ここで、
α；アクティブパネルの垂線１７と基準面１１のなす角。通常は、基準面１１はアンテナ１０が取り付けられる移動プラットフォームの本体に平行となる。
ｄＬ；アクティブパネル１４の幅
【００１８】
アンテナ１０の方向が放射の方向を正しく追跡しているときは、アクティブパネル１４の垂線１７と基準面１１のなす角αは、基準面１１と放射源とがなす角α１に実質的に等しくなる。
【００１９】
アンテナ１０の中にあるｎ個のアクティブパネル１４において、アンテナ１０の全長Ｄ’は  Ｄ’＝（ｎ−１）＊Ｄ＋ｄＬ＊ｓｉｎ（α）  から得られる。
【００２０】
距離Ｄは、入射角αからアンテナを見たときに、実質的にアクティブパネル１４が隣接するアクティブパネル１４のどこをも部分的に又は完全に覆わないように決定する。更に、角度αからは、全てのアクティブパネル１４が互いにほとんど境を接しているように見える。傾斜角αに幅を持たせるため、アクティブパネル１４の軸１６は、全てのアクティブパネル１４の軸１６が実質的に互いに平行かつ支持機構に垂直になるように、そして基準面１１に平行な方向へスライド自在に支持機構に取り付けられる。これにより、距離Ｄが調整される。この距離Ｄの調整は、先に明示したように、隣接するアクティブパネル１４の外郭の重なりが全てのαの値に対して維持されるよう受信／送信角αの適合に従うためのものである。
【００２１】
これまでに、前述の原理に従って構成されたアンテナがアレイ面同士の部分的な重なりに起因するアンテナビームの利得損失を解消することを明らかにした。更に、全てのアクティブパネル１４の焦点が  入射角αでアンテナ１０に当たる放射に対して完全に開放されているため、アンテナ１０の全体にわたるアクティブパネルの開口全体、即ちアンテナの全開口が大きく、アンテナ１０は比較的高いアンテナ利得を有する。このため、アンテナ１０は衛星通信のような低エネルギー通信システムで使用することができる。また、前述の原理に従って構成されたアンテナは、前記望ましい入射角に垂直な面への前記アクティブパネルの投影(projection)の間に生じるギャップあるいは間隔を原因とする、いわゆるグレーティングローブ(grating lobe)を解消する。
【００２２】
基準面に垂直かつ実質的に基準面の中心で基準面に交差する中心軸のまわりにアンテナを回転させることにより、アンテナ１０の方位角を変えることができる。同様にして、アクティブパネル１４を同期して傾けて、間隔Ｄを調整することで、アンテナ１０の仰角も変えることができる。アンテナ１０の方位角と仰角、及び間隔Ｄは、手動あるいは自動で設定される。設定には、例えば空気圧式直動アクチュエータ、電動式直動アクチュエータ、あるいは適当な伝動装置を備えたモーター等の適当なアクチュエータが使用される。
【００２３】
アンテナ１０は回転運搬手段の上に設置され、これによってアンテナ１０を基準面１１に垂直な軸の周囲に回転させて任意の方位角に合わせられるようになる。
【００２４】
適当な制御可能な駆動手段を使用することによって、アンテナ１０のビームを方位角と仰角を任意に組み合わせた方向に方向付けることができる。これにより、移動する放射源や受信機と信号を受送信するために、静止又は移動する放射源／受信機に向けてアンテナを動かすことができる。
【００２５】
図３は、本発明の実施態様により作られ、動作するアンテナ３０を図示する。アンテナ３０は有限個のアクティブパネル３４からなる。図３の例には２つのアクティブパネルがある。アクティブパネル３４は、上述の動作原理に従って傾斜軸３２の周囲を回転して傾く。アンテナ３０はまた、１つ以上の補助アクティブパネル３５を含み、やはりその傾斜軸３６の周囲を回転して傾く。仰角αがあらかじめ定めた範囲内にあるときには、補助アクティブパネル３５もアクティブパネル３４の動作原理に従って傾斜する。この配置は、例えば、構造上の制約等によりアンテナ３０の全長が制限され、そのためアクティブパネル３４と隣接する補助アクティブパネル３５との間隔が上述の仰角αの範囲についての規定に従えない場合に有用である。
【００２６】
望ましくは、アンテナ３０の個々の用途に必要と認められる最大のビームステアリング範囲に対応できるアクチュエータを使用する。駆動アクチュエータには、空気圧式直動アクチュエータ、電動式直動アクチュエータ、適当な伝動装置を備えたモーター、その他の適当な種類のものを使用する。
【００２７】
明らかに、個々のアンテナに必要な最大ビームステアリングは、受信する信号の入射角（受信アンテナの場合）あるいは受信機の位置（送信アンテナの場合）の予想される変化量、およびアンテナビームの幅によって決まる。ここで、アンテナビームの幅はアンテナのサイズや開口の関数である。開口が大きいほどビーム幅は狭くなる。
【００２８】
次に、図４について説明する。この図は、本発明の実施態様によるアンテナの構成と動作を示す線図であり、低姿勢アンテナ４０の実施例を開示したものである。アクチュエータ４１、ガイドレール４２、アンテナアクティブパネル４３、補助アンテナアクティブパネル４５、伸縮棒４４、そしてスライド自在な支持手段４７が用いられている。伸縮棒４４とアンテナアクティブパネル４３のなす角度は、所定の角度（図４の実施例では約９０°）に固定される。アクチュエータ４１が作動すると、伸縮棒４４を長さ方向に伸縮させ、２つのアクティブパネル４３は実質的に互いに平行を保ったまま角度αを変化させる。同様に、アクチュエータ４１は中心軸４８の周囲を回転すると、アクティブパネル４３を実質的に互いに平行に保ったまま角度αが変化するように、伸縮棒とガイドレール４２のなす相対角度が変化する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施態様によるシステム実施例の２次元の線図である。
【図２】本発明の実施態様によるシステム実施例の３次元の斜視図である。
【図３】本発明の実施態様によるシステム実施例の３次元の線図である。
【図４】本発明の実施態様によるアンテナ配置（調整）の動作を示した線図である。
【符号の説明】
【００３０】
０１０、０３０  アンテナ
０１１、０３１  基準面
０１２  アンテナ素子
０１４、０３４、０４３  アクティブパネル
０１６、０３２  アクティブパネルの回転（傾斜）軸
０１７  アクティブパネルの垂線
０３５、０４５  補助アクティブパネル
０３６  補助アクティブパネルの回転（傾斜）軸
０４０  低姿勢アンテナ
０４１  アクチュエータ
０４２  ガイドレール
０４４  伸縮棒
０４７  スライド自在な支持手段
０４８  アクチュエータの回転中心軸
【図１】
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【図２】
2006518145.tif 000004
【図３】
2006518145.tif 000005
【図４】
2006518145.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持フレームと、
支持フレームに対してビーム方向が可変な複数のアンテナパネルと、
送信機又は受信機を追尾するために、隣接するアンテナパネル同士がビーム方向に垂直な平面上内で互いに実質的に接するように適合されたアクチュエータとを備え、
ビーム方向からは何れのアンテナパネルも部分的に又は完全に覆われることがないことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
アンテナパネルが支持フレームへ可動に固定されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
アンテナパネルが支持フレームへ蝶番を介して蝶番運動自在に接続されたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記アンテナパネルが前記蝶番の周囲を回転自在で、かつ前記蝶番が互いに平行であることを特徴とする請求項３記載のアンテナ。
【請求項５】
アンテナパネルが、前記蝶番と同じ平面内にある直線に沿って互いに平行に移動自在であることを特徴とする請求項３記載のアンテナ。
【請求項６】
少なくとも１つの補助アクティブパネルを備え、前記少なくとも１つの補助アクティブパネルがアンテナパネルに平行な軸の周囲を、アンテナパネルの回転角に対して限定された範囲でのみ回転自在であることを特徴とする請求項４記載のアンテナ。
【請求項７】
前記アクチュエータが、全てのアンテナパネルの開口の和と同程度の開口を有する単独のアンテナと実質的に同じアンテナ利得をもつように、ビーム方向を変化させるよう適合されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項８】
前記支持フレームがアクチュエータの制御のもとに回転自在であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項９】
前記アクチュエータが空気圧式アクチュエータから成ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記アクチュエータが電動式アクチュエータから成ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記アクチュエータが直動式アクチュエータから成ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記アクチュエータがモーターから成ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１３】
各アンテナパネル上に複数のアンテナ素子が配置されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１４】
アンテナパネルのビーム方向にパネルの焦点を有することを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１５】
前記複数のアンテナパネルが少なくとも４つのアンテナパネルから成ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
【請求項１６】
アンテナにより電気信号を受信又は送信する方法であって、
ビーム方向が可変な複数のアンテナパネルを提供し、
アンテナパネルのビーム方向を送信機又は受信機の方向に向け、
送信機又は受信機を追尾するためにアンテナパネルのビーム方向を変化させ、
ここで、ビーム方向は、各々の隣接するアンテナパネル同士がビーム方向に垂直な平面上で互いに実質的に接するように変えられ、ビーム方向からは何れのアンテナパネルも部分的に又は完全に覆われないことを特徴とする方法。
【請求項１７】
アクチュエータが前記アンテナパネルを方向付けることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも１つのアクチュエータが前記アンテナパネルを回転させることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
航空機にアンテナパネルを搭載するステップを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【国際調査報告】
2006518145.tif 000007