(57)【要約】【課題】静止衛星から電波を受けるルーネベルグレンズを用いた移動体通信用電波レンズアンテナ装置において、移動体の移動、揺れに対応させた一次放射器の位置制御が誤作動無く行われるようにして制御の信頼性を高めることを課題としている。【解決手段】ルーネベルグレンズ２と反射板３と一次放射器４と放射器保持用支持アーム５とから成るアンテナ部１、支持アーム５の仰角調整機構８、アンテナ部の水平調整機構９、アンテナ装置の自己位置確認手段１０、方位確認手段１１、方位調整機構１２、及び仰角調整機構８と方位調整機構１２を制御して一次放射器４を電波の焦点に移動させる制御装置１３を備える移動体通信用電波レンズアンテナ装置において、アンテナ部１に傾斜センサ１４を取り付け、アンテナ部１の水平度が規定範囲から外れたときに制御装置１３による全ての制御を停止させるようにした。【選択図】図１
2007006266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
捕捉した電波を集束するルーネベルグレンズと、レンズの焦点部に配置する一次放射器と、この一次放射器を保持する支持アームとから成るアンテナ部、前記支持アームの仰角調整機構、前記アンテナ部の水平調整機構、アンテナ装置の自己位置確認手段、方位確認手段、方位調整機構、及び前記自己位置確認手段と方位確認手段からの確認信号に基づいて前記仰角調整機構と方位調整機構を制御して前記一次放射器を電波の焦点に移動させる制御装置を備える移動体通信用電波レンズアンテナ装置において、
前記アンテナ部に傾斜センサを取り付け、前記アンテナ部の水平度が規定範囲から外れたときに前記制御装置による全ての制御を停止させるようにしたことを特徴とする移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【請求項２】
前記自己位置確認手段として、汎地球測位システム装置を用いた請求項１に記載の移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【請求項３】
前記支持アームの根元部を、前記ルーネベルグレンズの中心を中心とする円弧の軌道に沿って所定角度範囲で正回り方向と逆回り方向に回転させるアーム回転機構を設けた請求項１又は２に記載の移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【請求項４】
前記アーム回転機構で前記方位調整機構を構成し、アンテナの方位調整を、前記アンテナ部を非回転の状態にして行うようにした請求項３に記載の移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【請求項５】
前記ルーネベルグレンズを半球状レンズにして電波の反射板と組み合わせ、さらに前記円弧の軌道を前記反射板に設け、前記支持アームの両端の根元部を前記反射板の裏側に貫通させて連結部材で互いに連結し、前記連結部材の長手中央部にレンズ中心を支点にして連結部材を回転させるモータを設けて前記アーム回転機構を構成した請求項３又は４に記載の移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【請求項６】
前記ルーネベルグレンズを半球状レンズにして電波の反射板と組み合わせ、前記仰角調整機構を、前記支持アームの両端の根元部にそれぞれ設ける支軸と、前記反射板の裏側に配置する駆動軸と、この駆動軸を回転させるモータと、前記支持アームの両端の根元部の支軸に前記駆動軸の回転をそれぞれ伝える動力伝達要素とで構成した請求項１〜５のいずれかに記載の移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【請求項７】
重心の偏りによって前記アンテナ部が傾いて起こる一次放射器の焦点からの位置ずれを、支持アームの方位、仰角、一次放射器の位置を変化させて補正する機能を付与した請求項１〜６のいずれかに記載の移動体通信用電波レンズアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、船舶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移動体通信用電波レンズアンテナ装置、詳しくは、一次放射器の位置制御の誤動作を防止して制御の信頼性を高めた電波レンズアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ルーネベルグレンズを用いた電波レンズアンテナ装置の従来技術として、例えば、下記特許文献１、２に開示されるものがある。
【０００３】
特許文献１が開示しているレンズアンテナ装置は、半球レンズのアジマス軸周りに放射器の位置を調整して電波ビームの方位角を制御する方位角調整手段と、半球レンズのエレベーション軸周りに放射器の位置を調整して電波ビームの仰角を制御する方位角調整手段を具備しており、周回衛星の追尾が可能である。その機能を利用して特許文献１のレンズアンテナ装置を、船舶などの移動体に搭載することが考えられる。
【０００４】
しかしながら、特許文献１のレンズアンテナ装置は、地上に設置することを想定したものであって、移動体に搭載するときに不可欠の揺れを吸収する機能がない。そのために、揺れが発生する場所では通信相手からの電波をまともに受信することができない。
【０００５】
一方、特許文献２が開示している電波レンズアンテナ装置は、移動体に搭載するものであり、アンテナを水平に保つ水平調整機構、アンテナの自己位置確認手段、方位確認手段、方位調整機構、自己位置確認手段と方位確認手段からの確認信号に基づいて仰角調整機構と方位調整機構の動きを制御して一次放射器を移動体の移動に伴って変動する電波の焦点に移動させる制御装置などを備えている。
【０００６】
このアンテナ装置は、傾いたアンテナが水平調整機構の働きによって自動的に水平姿勢に戻るが、アンテナが傾いたときに一次放射器の位置が電波の焦点から一時的にずれ、受信が不安定になる。その原因がアンテナの傾きに起因するものなのか、方位のずれに起因するものなのかを区別するすべがなく、そのために、受信が不安定になる原因を誤認して装置が誤作動し、無駄な位置制御が実行される懸念があった。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３２２３０号公報
【特許文献２】特開２００４−２６６８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、移動体の移動や揺れによって変動する電波の焦点位置に一次放射器を移動させる位置制御機能を付与した移動体通信用電波レンズアンテナ装置に見られる上記の不具合、即ち、受信が不安定になる原因を誤認することによる誤作動を防止して制御の信頼性を高めることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明においては、捕捉した電波を集束するルーネベルグレンズと、レンズの焦点部に配置する一次放射器と、この一次放射器を保持する支持アームとから成るアンテナ部、前記支持アームの仰角調整機構、前記アンテナ部の水平調整機構、アンテナ装置の自己位置確認手段、方位確認手段、方位調整機構、及び前記自己位置確認手段と方位確認手段からの確認信号に基づいて前記仰角調整機構と方位調整機構を制御して前記一次放射器を電波の焦点に移動させる制御装置を備える移動体通信用電波レンズアンテナ装置において、
前記アンテナ部に傾斜センサを取り付け、アンテナ部の水平度が規定範囲から外れたときに前記制御装置による全ての制御を停止させるようにした。なお、このアンテナ装置に採用する傾斜センサは、装置の簡素化の面で重力を利用するものが好ましい。
【００１０】
前記自己位置確認手段は、車などのナビゲーションシステムに多用されている汎地球測位システム装置(所謂ＧＰＳ)を好適に使用することができる。
【００１１】
この発明の移動体通信用電波レンズアンテナ装置は、以下に挙げる形態のものも考えられる。
（１）支持アームの根元部を、レンズの中心を中心とする円弧の軌道に沿って所定角度範囲で正回り方向と逆回り方向に回転させるアーム回転機構を設けたもの。
（２）前記アーム回転機構で前記方位調整機構を構成し、アンテナの方位調整を、アンテナ部を非回転の状態にして行うようにしたもの。
（３）ルーネベルグレンズを半球状レンズにして電波の反射板と組み合わせ、さらに前記円弧の軌道を前記反射板に設け、前記支持アームの両端の根元部を前記反射板の裏側に貫通させて連結部材で互いに連結し、連結部材の長手中央部にレンズ中心を支点にして連結部材を回転させるモータを設けて前記（１）又は（２）のアーム回転機構を構成したもの。
（４）ルーネベルグレンズを半球状レンズにして電波の反射板と組み合わせ、前記仰角調整機構を、前記支持アームの両端の根元部にそれぞれ設ける支軸と、前記反射板の裏側に配置する駆動軸と、この駆動軸を回転させるモータと、前記支持アームの両端の根元部の支軸に駆動軸の回転をそれぞれ伝える動力伝達要素とで構成したもの。
（５）重心の偏りによってアンテナ部が傾いて起こる一次放射器の焦点からのずれを、支持アームの方位、仰角、一次放射器の支持アーム上での位置を変えて補正するようにしたもの。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の電波レンズアンテナ装置は、アンテナ部の水平度が規定範囲から外れたときに傾斜センサが作動し、そこからの信号に基づいて全ての制御が停止する。アンテナ部が規定範囲から外れるほど傾いたときには電波の受信状態が悪くなり、電波の受信が不安定になった原因が方位のずれのみにあると考えた制御を行うと、誤った制御が実行されて一次放射器を電波の焦点に保つ目的が果たされないが、傾斜センサの作動信号に基づいて全ての制御を停止させれば、無駄な制御が実行されることがない。また、無駄な制御がなされないので、一次放射器が予期せぬ位置に移動するなどの事態も起こらず、アンテナ部の水平度が回復したときの制御の再開も容易になる。
【００１３】
なお、上記（１）のアーム回転機構を設けたものは、アンテナ部の全体を回転させる方位調整機構を組み合わせて方位の微調整をアーム回転機構で行うことができる。また、このアーム回転機構のみで方位調整機構を構成し、アンテナ部を非回転の状態にして一次放射器の位置調整を行うこともできる。アンテナ部の全体を回転させようとすると容量の大きいモータが必要になるが、容量の大きいモータは、高価な上に高い制御精度を求めるのも難しい。アーム回転機構のみで方位調整機構を構成するものは、その容量の大きいモータを使わずに済む。
【００１４】
また、上記（３）の構造を持つアンテナ装置は、支持アームの両端が連結され、しかも、アーム回転力がアーム両端に加えられるので、支持アームがアジマス軸を中心にして回転するときの支持アームの歪が抑制される。また、上記（４）の構造を持つアンテナ装置も、仰角調整時に同一駆動軸から支持アームの両端に回転力が加えられるので、支持アームがエレベーション軸(両端の支軸）を中心にして回転するときの支持アームの歪が抑制され、両者とも、支持アーム回転による一次放射器の方位調整精度が高まる。
【００１５】
さらに、上記（５）の機能を付与したアンテナ装置は、アンテナ部の重心の偏りによる傾きが発生したときに、傾きによって変動した電波の焦点位置に一次放射器が動かされるので、重心の偏りによるアンテナ部の傾きに起因した受信感度の悪化が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の電波レンズアンテナ装置の実施の形態を、添付図面の図１〜図４に基づいて説明する。例示の移動体通信用電波レンズアンテナ装置は、船舶などに搭載される。この電波レンズアンテナ装置は、半球状のルーネベルグレンズ(以下、単にレンズと言う)２、このレンズと組み合わせる電波の反射板３、レンズの焦点部に配置する一次放射器４および一次放射器４を保持する支持アーム５を備えたアンテナ部１と、これらを支持する架台６を有する。アンテナ部１は必要に応じてカバー７を設けて覆うことができる。
【００１７】
また、支持アーム５の仰角調整機構８と、アンテナ部１を水平に保つ水平調整機構９と、アンテナ装置の自己位置確認手段１０と、方位確認手段１１と、方位調整機構１２と、自己位置確認手段１０と方位確認手段１１からの確認信号に基づいて仰角調整機構８と方位調整機構１２の動きを制御して一次放射器４を移動体の移動に伴って変動する電波の焦点に移動させる制御装置１３と、アンテナ部１の傾きを検出する傾斜センサ１４を備えている。
【００１８】
支持アーム５はレンズ２の表面に沿うアーチ状のアームを用いており、この支持アーム５を反射板３上に設置し、この支持アーム５に一次放射器４を取り付けている。
【００１９】
一次放射器４の取り付け数は任意に設定できる。また、支持アーム５上で一次放射器４の位置を微調整するモータ駆動の微調整機構を具備させることもできる。
【００２０】
レンズ２を跨がせたこの支持アーム５の両端の根元部に水平な支軸８ａを設け、その両端の支軸８ａをそれぞれブラケット８ｂで支持し、片側の支軸を回転させる仰角モータ８ｃを付属させて支持アーム５の仰角を変化させる仰角調整機構８を構成している。
【００２１】
水平調整機構９は、反射板３の裏側に設けた半球部材９aを架台６上に設けた座９ｂで揺動可能に支え、さらに、半球部材９ａに取り付けた垂直軸９ｃにアンテナの重心位置を下げるウエイト９ｄを取り付けてジンバル機構を構成し、そのジンバル機構の働きでアンテナ部１の傾きが自動的に修正されてアンテナ部１が常時水平に保たれるものを例示した。これはパッシブ型であるが、アクティブ型の水平調整機構を用いてもよい。
【００２２】
自己位置確認手段１０は、ＧＰＳ装置が好ましいが、ジャイロコンパスを使用することも可能である。また、方位確認手段１１は、受信電波のレベルを検出する受信レベルセンサ１１ａでよく、ここではその受信レベルセンサ１１ａを制御系に含ませて電波の受信レベルがピークになる方向にアンテナ部１を向けるようにしたが、地磁気方位計、方位センサ、複数のＧＰＳ装置などでもよい。また、これらを併用したものでもよい。
【００２３】
方位調整機構１２は、半球部材９aの外周にリングギヤ１２ａを取り付け、そのリングギヤ１２ａに噛合したピニオン１２ｂを方位角モータ１２ｃで回転させてアンテナ部１をレンズ２の軸心（アジマス軸）を中心にして回転させるものを設けている。
【００２４】
制御装置１３は、自己位置確認手段１０と方位確認手段１１からの確認信号に基づいて仰角調整機構８を制御し、支持アーム５を、支軸８ａを支点にして回転させる。また、自己位置確認手段１０と方位確認手段１１からの確認信号に基づいて方位調整機構１２を制御し、アンテナ部１をレンズ２の軸心を中心にして回転させる。この制御装置１３からの指令に基づく仰角調整機構８と方位調整機構１２の制御は、アンテナ部１の傾きが規定範囲を超えて傾斜センサ１４が作動したときに停止され、アンテナ部１の傾きが規定範囲に戻るとその制御が再開される。
【００２５】
以上の如く構成した電波レンズアンテナ装置は、船舶などの移動体に搭載し、初期設定を行った後に実用に供する。初期設定は、先ず、各モータの原点を探知し、その後にアンテナ装置の位置と通信相手の静止衛星の位置情報を入力する。それらの情報に基づいて制御装置１３が支持アーム５の仰角、一次放射器４の支持アーム５上での位置を演算し、仰角調整機構８と方位調整機構１２と微調整機構に演算結果に基づく制御指令を流して支持アーム５に取り付けた一次放射器４の仰角と方位と支持アーム５上での位置を調整する。このとき、受信レベルセンサ１１ａの出力を監視して一次放射器４で受信した電波の受信レベルがピーク値を示す位置を確認し、ピーク値を示したところでアンテナ部１の回転を停止させて初期設定を完了する方法を採ると設定がし易い。
【００２６】
なお、支持アーム５の仰角調整と支持アーム５上での一次放射器４の位置調整を行うと、アンテナ部１の重心に偏りが生じてアンテナ部１が傾くことが考えられる。その重心の偏りによるアンテナ部１の傾きによって一次放射器４の位置が電波の焦点からずれると受信感度が低下するので、重心の偏りによるアンテナ部の傾きの影響が大きくなるときには、支持アームの方位、仰角、一次放射器の位置を変化させてその位置ずれを補正する機能を付与しておくのがよい。受信レベルセンサ１１ａがあると、このときの制御も電波の受信レベルを確認しながら行うことができる。
【００２７】
図３は、支持アーム５を、レンズ中心を中心にして所定角度範囲で正回り方向と逆回り方向に回転させるアーム回転機構１５を示している。例示のアーム回転機構１５は、反射板３にレンズ中心を中心とする円弧の軌道１５ａを設け、その軌道１５ａに沿って支持アーム５の両端の根元部を移動させるものにしており、回転駆動源となるモータ１５ｄ(図４参照)を備えている。
【００２８】
アーム回転機構１５は、既述の方位調整機構１２と組み合わせて用いてもよいし、方位調整機構１２に代わる方位調整手段として設けてもよい。方位調整機構１２と組み合わせて用いるものは、方位の微調整をアーム回転機構１５で行い、アーム回転機構１５の調整能力を越える調整が要求されたときにのみ方位調整機構１２を作動させる方法を採ることができる。また、アーム回転機構１５のみで方位調整を行うものは、アンテナ部１を非回転の構造にしてアンテナ部を回転させる容量の大きなモータを持たないものにすることができる。
【００２９】
アーム回転機構１５を設けるものは、図４に示すように、支持アーム５の両端の根元部（図のそれは、軌道１５ａに沿って移動するブラケット８ｂを保持したスライダ１５ｂ）を反射板３の裏側に貫通させて連結部材１５ｃで互いに連結し、連結部材１５ｃの長手中央部にレンズ中心を支点にして連結部材１５ｃを回転させるモータ１５ｄと動力伝達要素１５ｅ(図のそれはベベルギヤ)を設けてアーム回転機構１５を構成すると、支持アーム５をそのアームの両端に回転力を加えて回転時の支持アームの歪を抑制することができ、支持アームの片側のみに回転力を加える構造に比べてアーム回転による方位調整の精度がよくなる。
【００３０】
図５は仰角調整機構８の変形例を示している。この図５の仰角調整機構８は、レンズ２と組み合わせた反射板３の裏側に駆動軸８ｄと、仰角モータ８ｃと、仰角モータ８ｃの回転を駆動軸８ｄに伝えて駆動軸８ｄを回転させる動力伝達要素８ｅ（図のそれは歯車）と、支持アーム５の両端の根元部の支軸８ａに駆動軸８ｄの回転をそれぞれ伝える動力伝達要素８ｆ（図のそれも歯車）とで構成しており、支持アーム５の両端が同一駆動軸によって同時に同期して回転駆動される。従って、片側の支軸８ａのみに回転力を加える構造に比べてアーム回転による仰角調整の精度がよくなる。
【００３１】
初期位置設定後のアンテナ装置は、これ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１０によって検知される現在位置、方位確認手段１１によって検知されるアンテナの方位情報を取り込んだ制御装置１３から仰角調整機構８と方位調整機構１２に作動指令が流れ、一次放射器４をレンズ２で集束した電波の焦点に保つための仰角調整、方位調整が実行される。また、アンテナ部１の傾きが規定範囲を超えて傾斜センサ１４が作動すると、仰角調整、方位調整に制御が停止し、アンテナ部１の傾きが規定範囲に戻るとその制御が再開される。これにより、誤認による無駄な制御が行われなくなり、制御の信頼性が高まる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の電波レンズアンテナ装置の実施形態を示す正面視断面図
【図２】図１のアンテナ装置のカバーを外した状態の平面図
【図３】アーム回転機構の一例を示す平面図
【図４】アーム回転機構の一例を示す部分破断側面図
【図５】（ａ）仰角調整機構の変形例を示す部分破断側面図、（ｂ）仰角調整機構の駆動系の平面図
【符号の説明】
【００３３】
１          アンテナ部
２          ルーネベルグレンズ
３          反射板
４          一次放射器
５          支持アーム
５ａ        アーム部品
６          架台
８          仰角調整機構
８ａ        支軸
８ｂ        ブラケット
８ｃ        仰角モータ
８ｄ        駆動軸
８ｅ、８ｆ  動力伝達要素
９          水平調整機構
９ａ        半球部材
９ｂ        座
９ｃ        垂直軸
９ｄ        ウエイト
１０          自己位置確認手段
１１        方位確認手段
１１ａ      受信レベルセンサ
１２        方位調整機構
１２ａ      ギヤ
１２ｂ      ピニオン
１２ｃ      方位角モータ
１３        制御装置
１４        傾斜センサ
１５        アーム回転機構
１５ａ      軌道
１５ｂ      スライダ
１５ｃ      連結部材
１５ｄ      モータ
１５ｅ      動力伝達要素
【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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