JP2549470B2

JP2549470B2 - 揺動補償型アンテナ装置

Info

Publication number: JP2549470B2
Application number: JP3057070A
Authority: JP
Inventors: 光一江口
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1991-03-20
Filing date: 1991-03-20
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPH04291805A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、方位周りには広く仰角
周りには狭いビーム、いわゆるファンビーム指向性を有
するアンテナを備える揺動補償型アンテナ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】（１）技術背景従来から、船舶等において衛星通信のために指向性アン
テナが用いられている。船舶衛星通信は、歴史的には１
９７６年米国のマリサット衛星により開始されたもので
あり、１９８２年以降は国際的な組織であるインマルサ
ットに引き継がれて実施されている。このような船舶衛
星通信を行うためには、所定の指向性を有するアンテナ
を必要とする。

【０００３】例えば、１９８７年６月現在のインマルサ
ット標準Ａ船舶地球局の技術基準によると、船舶地球局
のＧ／Ｔは−４ｄＢＫ以上と規定されており、この基準
に適合するアンテナをパラボラアンテナとして構成しよ
うとする場合、直径８０ｃｍ程度の寸法が求められる。

【０００４】（２）追尾及び揺動補償船舶衛星通信には、もっぱら、揺動補償型アンテナ装置
が用いられている。この揺動補償型アンテナ装置は、衛
星追尾機能に加え揺動補償機能を有する装置である。

【０００５】すなわち、船舶の移動体に搭載されたアン
テナが衛星からの電波を良好に受信し続けるためには、
当該アンテナを駆動して衛星を追尾させる必要がある。
また、このようなアンテナ駆動及びその制御機能は、揺
動補償を行うように構成することが可能である。例え
ば、船舶は海上の波浪によって揺動し、この揺動分を補
償することにより良好な衛星追尾を実現できる。船舶の
揺動には、例えばロール、ピッチ等がある。ロールは横
揺れ、ピッチは縦揺れに相当し、両者を補償するために
はアンテナを機械的にまたは電子的に横、縦に駆動する
必要がある。このため、従来から、揺動補償等の目的で
アンテナを駆動する技術が各種開発されている。

【０００６】（３）第１従来例図２０には、第１従来例に係る揺動補償型アンテナ装置
の構成が示されている。この図に示される従来例は、特
開昭５１−１１５７５７号公報に記載されている装置で
ある。この装置は、いわゆるペンシルビーム指向性を有
するパラボラアンテナ１０と、このパラボラアンテナ１
０を所定方向に回動可能に支持する第１の軸１２と、第
１の軸１２を回動可能に支持する第２の軸１４と、第２
の軸１４を方位方向に回動可能に支持する第３の軸１６
と、第３の軸１６上に配置搭載される姿勢センサ１８
と、を備えている。すなわち、この従来例においては、
軸１６の回動によって軸１４，１２及びパラボラアンテ
ナ１０が方位方向に回動され、軸１４の回動により軸１
２及びパラボラアンテナが所定方向に回動され、軸１２
の回動により軸１４の回動方向とは垂直な方向にパラボ
ラアンテナ１０が回動される。

【０００７】また、姿勢センサ１８は、軸１４及び１２
のそれぞれの回動方向についての揺動成分を検出するセ
ンサである。この従来例に係る装置は、先に述べたよう
に船舶衛星通信等に用いられるため、船舶の揺動によっ
て姿勢が変化する。姿勢センサ１８は、軸１６の回動に
伴って回転するため、船舶の揺動成分のうち方位方向の
成分を除外した成分を検出できる。より具体的には、軸
１４，１２のそれぞれの周りの揺動成分を検出可能であ
る。この検出の結果は、軸１２，１４の制御に用いら
れ、船舶の揺動を補償しつつパラボラアンテナ１０によ
る衛星の追尾が実行されることになる。

【０００８】（４）二軸機械軸の装置このように、アンテナとしてパラボラアンテナ等を用い
る場合、その駆動に係る軸を３個設け、それらを全て機
械軸として構成することが可能である。しかし、そのよ
うな構成とすると、機械的設計が複雑となり、装置が高
価格となり易い。このような問題点を解決するために
は、軸構成を改良し、２個の機械軸で足りるようにすれ
ばよい。

【０００９】このような装置、すなわち二軸機械軸の装
置としては、例えば「海事衛星通信ディジタル船舶局用
アンテナシステムの小型軽量化について」（塩川他、電
子通信学会、ＳＡＮＥ８４−１９、ｐｐ１７−２４）等
に開示されている装置がある。この文献に開示されてい
る装置は、いわゆる４０ｃｍφのショートバックファイ
ヤー（ＳＢＦ）アンテナであり、ビーム幅が±１５°の
ものである。

【００１０】このような構成によれば、比較的簡易な機
械的構成で揺動補償型アンテナ装置を実現できる。

【００１１】しかし、このような構成においては、特異
点が発生するという問題点が生ずる。特異点は、例えば
天頂方向に現れ、揺動条件下でアンテナがこの方向を向
いている場合に追尾誤差を発生させる点である。この特
異点に対処するためには、アンテナやそれを支持するフ
レーム等に軽量かつ堅牢な材料を使用し、アンテナ等を
駆動するモータの負荷を低減する手段や、また、モータ
として比較的高性能のＡＣサーボモータを採用し、これ
に応じて高性能のＡＣサーボ制御回路を採用し高性能の
サーボ系によりアンテナを駆動するという手段がある。
さらには、制御ソフトウェアの改良により、特異点近傍
の追尾誤差を軽減する等の手段もある。

【００１２】しかし、このような対策は、特別の材料、
高価格な回路を採用すること等を求めるため、装置の高
価格化を免れない。また、これらの対策を施した場合で
も、特異点近傍での追尾誤差が約１０°とのデータが存
在する。

【００１３】（５）電子軸を有する装置このような問題点を解決する手段としては、複数の軸の
うちいずれかを電子軸とするのが有効である。電子軸
は、いわゆるフェーズドアレイアンテナにより実現し得
るものである。

【００１４】フェーズドアレイアンテナは、複数のアン
テナ素子をアンテナ基板上に電極として正方格子状に配
置しつつ被着形成することで、平板状のアンテナとして
構成されるものである。例えば、各アンテナ素子毎に移
相器（phase shifter ）を設け、各アンテナ素子に係る
信号の移相量を制御すれば、アンテナのビーム指向特性
を所定の特性に切り換え実現することができる。また、
本願出願人が先に提案している特願平２−３３９３１７
号記載の装置のように、行列配置されたアンテナ素子の
各行毎に移相器を設けるようにすれば、比較的簡易な構
成で電子軸を実現することができる。

【００１５】（６）揺動補償原理このように、二軸機械軸一軸電子軸とすることにより、
特異点における追尾誤差を低減しつつ比較的簡易かつ安
価な構成で揺動補償を実行することができる。しかし、
この揺動補償に当って、二乃至三軸の制御が必要となる
という問題点がある。

【００１６】一般に、船舶の揺動は、図２１に示される
ような座標変換として表される。ただし、船舶が静止し
ている状態で、すなわち揺動していない状態での座標系
をＸ⁽⁰⁾Ｙ⁽⁰⁾Ｚ⁽⁰⁾であるとする。ここで、Ｘ⁽⁰⁾が
船首方向を、Ｚ⁽⁰⁾が天頂方向を、それぞれ表してい
る。

【００１７】すると、船舶の縦揺れであるピッチｐが生
じた場合、座標系がＸ⁽¹⁾Ｙ⁽¹⁾Ｚ⁽¹⁾に移動する。移
動後の各軸のうち、Ｙ⁽¹⁾軸はＹ⁽⁰⁾軸と同一の軸であ
り、Ｘ⁽¹⁾及びＺ⁽¹⁾軸はそれぞれＹ⁽⁰⁾軸周りにＸ
⁽⁰⁾及びＺ⁽⁰⁾軸をピッチｐだけ旋回した位置にある。

【００１８】さらに、船舶の横揺れであるロールｒが生
じた場合、座標系はＸ⁽²⁾Ｙ⁽²⁾Ｚ⁽²⁾に変化する。こ
の場合、Ｘ⁽²⁾軸はＸ⁽¹⁾軸と同一の軸であり、Ｙ⁽²⁾
及びＺ⁽²⁾軸はそれぞれＹ⁽¹⁾及びＺ⁽¹⁾軸をＸ⁽¹⁾軸
を中心にロールｒだけ旋回させた位置に移動する。

【００１９】従って、ロールｒ及びピッチｐを含む船舶
の揺動は、ロールｒ及びピッチｐの合成である揺動角ｕ
として表現できることになる。

【００２０】この揺動角ｕを船舶の揺動に伴うアンテナ
方向の変化を表すものとして把握するならば、この揺動
角ｕは、仰角（エレベーション；ＥＬ）方向の成分ｑ_１
と、ＥＬ方向に垂直（クロスエレベーション；ＸＥＬ）
方向の成分ｑ_２と、に分解することができる。各成分ｑ
_１及びｑ_２は、ロールｒ及びピッチｐに基づき行列演算
により求めることができる。

【００２１】従って、船舶の揺動に伴うアンテナ方位の
変化を補償して衛星Ｓを追尾し続けようとする場合、ロ
ールｒ及びピッチｐを検出する手段及びその検出結果に
基づいて成分ｑ_１及びｑ_２を求める手段を設けてやれば
よい。例えば機械軸または電子軸としてＥＬ軸及びＸＥ
Ｌ軸を構成するとすれば、ＥＬ軸の制御を成分ｑ_１に基
づき、ＸＥＬ軸の制御を成分ｑ_２に基づき、それぞれ行
えばよい。

【００２２】しかし、このような制御は、行列演算を伴
う点で複雑な内容のものとなる。従って、その演算を省
略乃至削減することができれば、装置構成を簡素としか
つ制御が容易で安価な揺動補償型アンテナ装置を実現で
きる。このような制御を実現するためには、いわゆるフ
ァンビーム指向性を有するアンテナを使用すればよい。

【００２３】（７）第２従来例図２２には、いわゆるファンビーム指向性を有するアレ
イアンテナを使用した第２従来例に係る揺動補償型アン
テナ装置の実体構成が示されている。図２２は概略断面
図であり、実際には厚みを有する部材（レドーム等）の
厚みを省略した断面として描かれている。

【００２４】この図に示される揺動補償型アンテナ装置
は、アンテナ素子２０が４個縦列配置されたアレイアン
テナ２２を備える構成である。このアレイアンテナ２２
は、後述するようなファンビーム指向性を有するアンテ
ナである。また、アレイアンテナ２２は仰角軸２４によ
り支持されており、その支持方向はアンテナ素子２０の
配列が仰角軸２４周りとなるような方向である。

【００２５】仰角軸２４は、方位軸フレーム２６によっ
て回動可能に支持されている。仰角軸２４の一端にはギ
ア２８が、方位軸フレーム２６には仰角軸モータ３０
が、それぞれ取り付けられており、ギア２８と仰角軸モ
ータ３０との間はベルト３２により連結されている。従
って、仰角軸モータ３０の駆動により仰角軸２４が回転
し、これによりアレイアンテナ２２が仰角軸２４周りに
回転する。

【００２６】方位軸フレーム２６は、方位軸３４と一体
に構成されている。方位軸３４は、支持脚３６に回動可
能に保持されており、かつその下端にはギア３８が設け
られている。一方で、支持脚３６には方位軸モータ４０
が取り付けられており、方位軸モータ４０とギア３８の
間がベルト４２によって連結されている。従って、方位
軸モータ４０が駆動すると、これにより方位軸３４が回
転し、アレイアンテナ２２は方位軸３４周りに回転する
ことになる。

【００２７】支持脚３６は、方位軸フレーム２６、アレ
イアンテナ２２等を偏心支持する機能を有している。す
なわち、レドームベース４４の底面の中心からややずれ
た位置において方位軸フレーム２６等を支持する機能を
有している。これにより、レドームベース４４の底面に
は蝶番４６によって開閉可能なように十分な大きさのア
クセスハッチ４８を設けることができる。アクセスハッ
チ４８は、アレイアンテナ２２及びその周辺回路等の保
守、点検等を行う作業者が腕等を差し入れるためのハッ
チであり、これにより装置の保守性等が確保される。

【００２８】レドームベース４４は、いわゆるレドーム
５０の底面を構成する部材である。レドーム５０は、例
えばＦＲＰ等の電波を透過可能な部材で形成されてお
り、アレイアンテナ２２等の構成を降雨等から保護する
部材である。通常、船舶衛星通信用のアレイアンテナ２
２により送受信される電波は１．５ＧＨｚ近傍であるた
め、レドーム５０を形成する材料としてもこの周波数帯
の電波を透過可能な材料が選択される。

【００２９】図２３及び図２４には、アレイアンテナ２
２のアンテナパターンがそれぞれ示されている。これら
の図のうち、図２３に示されるアンテナパターンは仮想
ＸＥＬ軸周りのアンテナパターンであり、図２４に示さ
れるアンテナパターンはＥＬ軸周りのアンテナパターン
である。

【００３０】ここで、仮想ＸＥＬ軸とは、ＥＬ軸に垂直
な方向の軸として仮想された軸をいい、図２２において
は実際には存在しない。より具体的には、アンテナ素子
２０の配列方向と垂直な方向である。また、ＥＬ軸は仰
角軸２４に相当する。

【００３１】これらの図から明瞭に理解されるように、
アレイアンテナ２２の指向性は、仮想ＸＥＬ軸周りに広
く、ＥＬ軸周りに狭いビーム幅を有する特性である。こ
のような特性は一般にファンビーム指向性と呼ばれる。
このような特性とすると、先に図２１に示した成分ｑ₁
及びｑ₂のうち、ｑ₂については揺動補償を行う必要が
なくなる。これは、成分ｑ₂が仮想ＸＥＬ軸周りの成分
であること、及びアレイアンテナ２２の仮想ＸＥＬ軸周
りのアンテナパターンが広い広角ビーム幅のパターンで
あることによるものである。

【００３２】従って、図２２に示される従来例によれ
ば、成分ｑ₁のみについて演算、制御等を行うのみでよ
く、比較的簡易に揺動補償を実行することが可能とな
る。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにファンビーム指向性を有するアレイアンテナを用い
た場合でも、ＥＬ軸周りの成分ｑ₁を行列演算により求
める必要があるという問題点があった。すなわち、制御
に係る演算が複雑であるという問題点があった。本発明
は、このような問題点を解決することを課題としてなさ
れたものであり、ファンビーム指向性を有するアンテナ
に第１従来例における姿勢センサ１８に相当する部材を
組み合せ、ＥＬ軸周りの揺動成分の補償に係る演算を簡
易化すると共に、当該姿勢センサ１８に相当する部材の
構成を簡素化することを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の請求項１記載の揺動補償型アンテナ
装置は、方位軸フレームと共に回転するように設置さ
れ、かつ、移動体の揺動のうち仰角軸周りの揺動成分を
検出する揺動検出手段を備え、仰角軸周りの揺動成分を
アンテナの仰角に加減し、これを目標として仰角軸を駆
動することを特徴とする。

【００３５】さらに、請求項２記載の揺動補償型アンテ
ナ装置は、方位軸の回動に同期して同じ角度だけ回動す
る補助回転台を備え、請求項１記載の揺動検出手段と同
様の揺動検出手段をこの補助回転台に固定することを特
徴とする。

【００３６】また、請求項３記載の揺動補償型アンテナ
装置は、アンテナが、仰角軸周りにアンテナ素子が並ぶ
ようＮ（Ｎ：２以上の自然数）個のアンテナ素子が縦列
配置されたアレイアンテナであることを特徴とする。

【００３７】請求項４記載の揺動補償型アンテナ装置
は、アンテナが、仰角軸周りの方向を列として、Ｎ行Ｍ
列（Ｎ，Ｍ：２以上の自然数）にアンテナ素子が配列さ
れたアレイアンテナであり、アレイアンテナの各列ごと
に設けられ対応する列に属するアンテナ素子の合成出力
を信号出力する受信機フロントエンドと、各受信機フロ
ントエンドから出力される信号を同相合成する同相合成
回路と、を備え、仰角軸と垂直な軸周りにアンテナの指
向性を連続的に変化させることを特徴とする。

【００３８】また、請求項５及び７記載の揺動補償型ア
ンテナ装置は、方位軸フレームに固定され、かつ、移動
体の揺動のうち仰角軸周りの成分を検出する揺動検出手
段を備え、仰角軸周りの揺動成分を補償するようアンテ
ナのビーム傾きを加減することを特徴とする。

【００３９】さらに、請求項６記載の揺動補償型アンテ
ナ装置は、方位軸の回動に同期して同じ角度だけ回動す
る補助回転台を備え、請求項５記載の揺動検出手段と同
様の揺動検出手段をこの補助回転台に固定することを特
徴とする。

【００４０】さらに、請求項８記載の揺動補償型アンテ
ナ装置は、アンテナが、請求項３記載のアンテナと同様
のアレイアンテナであり、さらにＮ個のアンテナ素子の
うちＮ個またはＮ−１個のアンテナ素子に係る送信及び
／または受信信号を移相させるＮ個またはＮ−１個の移
相器と、実現すべき仰角周りのビーム傾きを示す移相器
駆動信号に応じて移相器の移相量を制御する移相器駆動
回路と、を備え、仰角軸周りの揺動成分の値に応じて移
相器駆動信号を移相器駆動回路に供給することを特徴と
する。

【００４１】そして、請求項９記載の揺動補償型アンテ
ナ装置は、揺動検出手段が、移動体の仰角方向の傾斜角
を検出する傾斜計と、移動体の仰角周りの角速度を検出
する角速度検出器と、傾斜計の出力と角速度検出器の出
力を合成し仰角軸周りの揺動成分として出力する合成フ
ィルタと、を含み、合成フィルタが、傾斜計の出力を濾
波する第１のフィルタと、角速度検出器の出力を濾波す
るよう第１のフィルタと相補的な伝達関数を有する第２
のフィルタと、第１のフィルタの出力と第２のフィルタ
の出力を加算する加算器と、を含むことを特徴とする。

【００４２】

【作用】本発明の請求項１においては、アンテナの指向
性がいわゆるファンビーム指向性である。従って、先に
図２１に基づき説明したように、移動体の揺動のうち仰
角周りの成分ｑ₂についてのみ揺動補償を行えばよく、
図２３に示されるような広角ビーム幅を有する仮想ＸＥ
Ｌ軸周りについては揺動補償に係る演算を行う必要がな
い。

【００４３】また、これに加え、請求項１においては成
分ｑ_１が揺動検出手段により直接検出される。すなわ
ち、揺動検出手段は、移動体の揺動のうち仰角軸周りの
揺動成分ｑ_１を検出するものである。従って、その検出
結果を仰角軸の駆動制御に直接使用することができる。
例えば、アンテナの追尾目標たる衛星の無揺動時の仰角
を水平面を基準としてｅｌと表すこととすると、天頂を
基準とした仰角軸周りの制御量θは、 θ＝９０−ｅｌ＋ｑ_１と表される。従って、請求項１においては、仰角軸周り
の揺動成分、すなわち一軸のみの成分を検出しこの検出
結果をアンテナの仰角に加減することで揺動補償が可能
となる。

【００４４】請求項２においては、請求項１と異なり、
揺動検出手段が方位軸フレームと共に回転するのではな
く補助回転台に固定される。この補助回転台は、方位軸
の回動に同期して同じ角度だけ回動するため、揺動検出
手段の検出動作は請求項１と同様のものになる。この結
果、請求項１と同様の作用が得られ、さらに、揺動検出
手段の別体構成が可能となる。

【００４５】請求項３においては、請求項１または２に
係るアンテナがアンテナ素子の縦列配置に係るアレイア
ンテナとして構成される。このような構成のアレイアン
テナにおいては、複数のアンテナ素子が縦列配置される
仰角周りについては、各アンテナ素子の特性が合成され
るため全体としてビーム幅の狭いアンテナパターンが得
られる。逆に、仰角軸と垂直な方向、すなわち仮想ＸＥ
Ｌ軸周りにおいては、アンテナ素子が一列であるため広
角のビーム幅を有するアンテナパターンが得られる。す
なわち、請求項３により、簡易な構成でファンビーム指
向性を有するアンテナが実現されることになる。

【００４６】請求項４においては、請求項１又は２に係
るアンテナがアンテナ素子をＮ行Ｍ列配置したアレイア
ンテナとして構成される。このような構成のアンテナに
おいては、請求項３記載のアンテナと同様の指向性が実
現されるが、ただし、Ｍ列配置しているため請求項３よ
り仮想ＸＥＬ軸周りのビーム幅は狭くなる。請求項４に
おいては、このようなビームを仮想ＸＥＬ軸周りに連続
的に変化させることで、請求項３と等価なファンビーム
指向性が実現される。すなわち、各列ごとに生成される
受信信号が同相合成され、仮想ＸＥＬ軸が電子的に実現
される。

【００４７】また、請求項５及び７においては、仰角軸
周りの揺動成分ｑ_１の補償が仰角軸の駆動ではなくアン
テナのビーム傾きの加減により行われる。すなわち、請
求項５及び７において用いられるアンテナは仰角周りの
ビーム傾きが切替可能なアンテナであり、これを切り換
えることにより、アンテナの姿勢を変更することなく揺
動補償が実行される。

【００４８】請求項６においては、請求項５における揺
動検出手段が補助回転台に固定される。これにより、請
求項２と同様の作用が得られる。

【００４９】請求項８においては、仰角軸周りのビーム
切替が可能なアンテナが、移相器を有するアレイアンテ
ナとして実現される。すなわち、アレイアンテナを構成
するＮ個のアンテナ素子の全てまたは１個を除いた残り
の素子について、移相器が設けられ、この移相器の移相
量の制御によってビーム傾きが切り換えられる。これに
より、仰角軸周りにビーム傾きが切替可能なアンテナが
簡易に実現される。

【００５０】請求項９においては、揺動検出手段が傾斜
計、角速度センサ及び合成フィルタから構成される。こ
れらのうち、傾斜計により移動体の仰角方向の傾斜角
が、角速度センサにより移動体の仰角周りの角速度が、
それぞれ検出される。従って、移動体の仰角方向の傾斜
角について言えば、傾斜計は伝達関数１であり、角速度
センサは伝達関数ｓである。但しここでｓはラプラス演
算子である。傾斜計の出力及び角速度センサの出力は、
それぞれ合成フィルタを構成する第１または第２のフィ
ルタに入力される。ここで、第２のフィルタは第１のフ
ィルタと相補的な伝達関数を有している。すなわち、傾
斜計及び第１のフィルタの伝達関数と、角速度センサ及
び第２のフィルタの伝達関数と、を加算すると１となる
よう第１及び第２のフィルタの伝達関数が設定されてい
る。従って、第１のフィルタの出力と第２のフィルタの
出力を加算することにより、周波数特性の平坦な揺動成
分ｑ_１が検出される。これにより、傾斜計と角速度セン
サの双方を併用しつつより正確な仰角軸周りの揺動成分
ｑ_１の検出が行われる。

【００５１】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づいて説明する。なお、図１８乃至図２４に示される
従来例と同様の構成には同一の符号を付し説明を省略す
る。

【００５２】（１）実施例の実体構成図１には、本発明の一実施例に係る揺動補償型アンテナ
装置の実体構成が示されている。この図は、図２２と同
様に断面を概略図示したものであり、第２従来例の構成
に一軸揺動検出器５２を付加した構成である。

【００５３】一軸揺動検出器５２は、この実施例におい
ては方位軸フレーム２６上に載置されている。従って、
方位軸３４の回動により方位軸フレーム２６と共に回転
する。また、後述するように、一軸揺動検出器５２は仰
角軸２４周りの揺動成分を検出する方向に配置されてお
り、その出力に基づき仰角軸モータ３０の制御が行われ
る。

【００５４】（２）第１実施例の回路構成図２には、本発明の第１実施例に係る揺動補償型アンテ
ナ装置の全体回路構成が示されている。この回路は、図
１に示される実体構成により実現可能なものであり、ア
レイアンテナ２２、駆動制御部５４、方位・仰角入力部
５６及びアンテナ出力処理部５８から構成されている。
アレイアンテナ２２は、図１に示されるように４個のア
ンテナ素子２０が縦列配置された構成であり、図２３及
び２４に示されるようなアンテナパターンを実現するも
のである。駆動制御部５４は、アレイアンテナ２２を衛
星仰角及び衛星方位に基づき駆動することにより衛星を
追尾させる回路であり、揺動補償機能をも備えている。
また、方位・仰角入力部５６は、ジャイロコンパス等か
ら移動体方位（装置が搭載される船舶等の移動体の方
位）を取り込み、衛星の仰角及び相対方位を駆動制御部
５４に供給する回路である。アンテナ出力処理部５８
は、アレイアンテナ２２の出力を取り込み所定の処理を
施してステップトラック角の生成等を行う回路である。

【００５５】以下、各部構成及び動作について説明す
る。

【００５６】（２．１）アレイアンテナ図３には、本実施例におけるアレイアンテナ２２の回路
構成が示されている。この図に示されるように、アレイ
アンテナ２２はアンテナ素子２０を４個縦列配置した構
成である。

【００５７】一般に、アレイアンテナは、アンテナ素子
が配置されたアンテナ基板及びこのアンテナ基板と誘電
体を介して積層された給電基板を有している。図３にお
けるアンテナ素子２０は、実際にはアレイアンテナ２２
のアンテナ基板上に電極として形成されるものであり、
各アンテナ素子２０に係る結線は給電基板上において行
われる。この実施例におけるアレイアンテナ２２は、４
個のアンテナ素子２２に加え、合成器６０を有してい
る。

【００５８】すなわち、この実施例においては、各アン
テナ素子２０の出力が合成器６０によって合成され、ア
ンテナ出力処理部５８に出力される。従って、この実施
例においては、仰角軸２４周りに単一のアンテナパター
ン、例えば図２１に示されるようなアンテナパターンが
得られる。

【００５９】（２．２）駆動制御部図４には、この実施例における駆動制御部５４の構成が
示されている。

【００６０】駆動制御部５４は、図２２に示される仰角
（ＥＬ）軸２４及びＥＬ軸モータ３０を備えている。ま
た、同様に、方位（ＡＺ）軸３４及びこれを駆動するＡ
Ｚ軸モータ４０を備えている。言換えれば、駆動制御部
５４は、アレイアンテナ２２を機械的に駆動する機能を
備えた回路である。

【００６１】また、駆動制御部５４においては、ＥＬ軸
２４の角度を検出するＥＬ軸角度検出手段６２が設けら
れている。ＥＬ軸角度検出手段６２は、例えばロータリ
ーエンコーダ等により構成される部材である。同様に、
ＡＺ軸３４の角度を検出すべくＡＺ軸角度検出手段６４
が設けられている。

【００６２】ＥＬ軸角度検出手段６２及びＡＺ軸角度検
出手段６４の検出結果は、それぞれＥＬ軸制御回路６６
及びＡＺ軸制御回路６８に入力される。ＥＬ軸制御回路
６６には、ＥＬ軸制御用演算手段７０が前置されてい
る。ＥＬ軸制御用演算手段７０は、方位・仰角入力部５
６から追尾対象となる衛星の仰角、すなわち衛星仰角を
取り込み、ＥＬ軸モータ３０を制御すべくＥＬ軸制御量
を演算する手段である。ＥＬ軸制御量演算手段７０の演
算結果は、ＥＬ軸制御回路６６に与えられ、これに基づ
きＥＬ軸制御回路６６がＥＬ軸モータ３０を制御する。
ＥＬ軸モータ３０は、これに応じてＥＬ軸２４を回転さ
せ、その角度がＥＬ軸角度検出手段６２により検出され
フィードバック量としてＥＬ軸制御回路６６に与えられ
る。すなわち、ＥＬ軸に係るサーボループが形成されて
いる。

【００６３】一方、ＡＺ軸制御回路６８は、方位・仰角
入力部５６から衛星の相対方位を取り込む。ＡＺ軸制御
回路６８は、この方位に基づきＡＺ軸モータ４０を制御
し、ＡＺ軸モータ４０はこれらに応じてＡＺ軸３４を回
転させる。ＡＺ軸３４の角度はＡＺ軸角度検出手段６４
により検出され、フィードバック量としてＡＺ軸制御回
路６８に与えられる。すなわち、ＡＺ軸３４についても
サーボループが形成されている。なお、衛星の相対方位
を取り込むのみでよくＥＬ軸制御量演算手段７０に対応
する部材を必要としないのは、アレイアンテナ２２が図
２３に示されるパターンを有することによる。

【００６４】さらに、この実施例の駆動制御部５４は、
一軸揺動検出器５２を備えている。一軸揺動検出器５２
は、前述のように方位軸フレーム２６上に搭載されてお
り、仰角軸２４周りの揺動成分を検出するセンサであ
る。一軸揺動検出器５２の出力は、ＥＬ軸制御量演算手
段７０に与えられ、ＥＬ軸制御量演算手段７０は前述の
衛星仰角と共に一軸揺動検出器５２の出力を用いてＥＬ
軸制御量を演算する。ここに、ＥＬ軸制御量の演算式
は、先に述べたように、 θ＝９０°−ｅｌ＋ｑ₁ である。但し、θはＥＬ軸制御量、ｅｌは衛星仰角、ｑ
₁は一軸揺動検出器５２の検出結果たる仰角軸２４周り
の揺動成分である。

【００６５】（２．３）一軸揺動検出器図５には、一軸揺動検出器５２の構成が、図６にはその
伝達関数モデルが、それぞれ示されている。

【００６６】本実施例における一軸揺動検出器５２は、
傾斜計７２、角速度検出器７４及び合成フィルタ７６か
ら構成されている。傾斜計７２は、移動体の傾斜を測定
し傾斜信号として合成フィルタ７６に出力するセンサで
ある。例えば、レベルセンサ、振り子式傾斜計等を用い
ることができる。

【００６７】図７には、いわゆる振り子式傾斜計の一例
構成が示されている。この図に示されるように、振り子
式傾斜計においては、２個の抵抗Ｒ及び磁気抵抗素子Ｒ
_X及びＲ_Yがブリッジ接続されており、支点７８により
振り子状に支持されたマグネット８０が磁気抵抗素子Ｒ
_X及びＲ_Yに近接配置されている。この状態で船体が揺
動すると、マグネット８０がこれに応じて振れるため、
磁気抵抗素子Ｒ_X及びＲ_Yの抵抗値が変化する。従っ
て、ブリッジの平衡状態が崩れ、端子ＡとＢの間に出力
電位ｅが発生する。この出力電位ｅは、船舶の揺動を表
すものであり、図５における傾斜信号に相当する。

【００６８】一方角速度検出器７４は、移動体の角速度
を検出するセンサである。角速度検出器７４として例え
ばソリッドステートタイプのものを用いることができ、
角速度検出器７４の出力たる角速度信号は合成フィルタ
７６に与えられる。

【００６９】ここで、傾斜計７２の角速度検出器７４及
び合成フィルタ７６の伝達関数は、図６のように表され
る。すなわち、傾斜計７２及び角速度検出器７４への入
力を所定方向についての移動体の揺動成分であるとすれ
ば、傾斜計７２の伝達関数は１、角速度検出器７４の伝
達関数はｓとなる。従って、両者を併用して移動体の揺
動成分を検出しようとする場合、単に加算しただけでは
移動体の揺動成分（揺動検出角）を得ることができな
い。従って、これに対応すべく、合成フィルタ７６は、
伝達関数ω_a／（ｓ＋ω_a）を有するフィルタＡ８２
と、伝達関数１／（ｓ＋ω_a）を有するフィルタＢ８４
と、両フィルタＡ８２及びＢ８４の出力を加算する加算
器８６と、を含んでいる。但し、ω_aは遮断角周波数で
ある。

【００７０】従って、傾斜計７２とフィルタＡ８２の合
計伝達関数はω_a／（ｓ＋ω_a）となり、角速度検出器
７４とフィルタＢ８４の合計伝達関数はｓ／（ｓ＋
ω_a）となる。これによって、加算器８６出力段から見
た伝達関数は、ω_a／（ｓ＋ω_a）＋ｓ／（ｓ＋ω_a）
＝１となる。言換えれば、傾斜計７２及びフィルタＡ８
２に係る伝達関数と、角速度検出器７４及びフィルタＢ
８４に係る伝達関数と、は互いに相補的である。

【００７１】なお、図６においては伝達関数をアナログ
的に表示しているが、これはディジタル的に実現しても
かまわない。すなわち、フィルタＡ８２及びフィルタＢ
８４はディジタルフィルタであっても良い。但し、この
場合には傾斜計７２及び角速度検出器７４からの出力が
ディジタル信号としてまたはディジタル信号に変換され
て合成フィルタ７６に入力される必要がある。

【００７２】（２．４）方位・仰角入力部図８には、本実施例における方位・仰角入力部５６の構
成が示されている。

【００７３】この図に示されるように、方位・仰角入力
部５６は衛星方位仰角入力手段８８を備えている。衛星
方位仰角入力手段８８は、例えばＧＰＳ等の航法装置か
ら衛星の方位及び仰角に係る情報を入力する手段であ
る。衛星方位仰角入力手段８８により取り込まれる衛星
方位はいわゆる絶対方位、すなわち地球の経線を基準と
した方位である。一方で、駆動制御部５４に供給すべき
方位は衛星の相対方位であるため、本実施例の方位・仰
角入力部５６においては絶対方位を相対方位に加算する
動作が実行される。

【００７４】このような動作を実行すべく、方位・仰角
入力部５６は、ジャイロコンパス等の装置から移動体方
位入力を取り込む。この移動体方位入力は、装置の搭載
に係る船舶等の移動体の方位変化を示す情報であり、こ
れを経線を基準として逐次累積加算することにより現在
の移動体方位が得られる。このような加算を実行するた
め、現在の移動体方位を格納する移動体方位レジスタ９
０と、移動体方位レジスタ９０の前段に配置され逐次移
動体方位レジスタ９０の出力を移動体方位入力と加算す
る加算器９２と、が設けられている。

【００７５】移動体方位レジスタ９０に格納された移動
体方位は、衛星方位仰角入力手段８８によって入力され
る衛星の絶対方位から減算される。この減算処理を実行
すべく移動体方位レジスタ９０の後段には加算器９４が
設けられいる。そして、衛星方位仰角入力手段８８によ
って入力される衛星仰角を一時格納すべく衛星仰角レジ
スタ９６が設けられ、加算器９４によって求められる衛
星の相対方位を一時格納すべく衛星方位レジスタ９８が
設けられている。

【００７６】衛星仰角レジスタ９６及び衛星方位レジス
タ９８にそれぞれ格納される衛星仰角及び衛星の相対方
位は、駆動制御部５４に供給され、これに応じアレイア
ンテナ２２による衛星の追尾が実行される。

【００７７】なお、衛星仰角レジスタ９６及び移動体方
位レジスタ９２については、いわゆるステップトラック
制御が実行される。ステップトラック制御は後述するア
ンテナ出力処理部５８からのステップトラック角により
行われるものである。

【００７８】（２．５）アンテナ出力処理部図９には、方位・仰角入力部５６におけるステップトラ
ック制御を実行するためのアンテナ出力処理部５８の構
成が示されている。アンテナ出力処理部５８は、アレイ
アンテナ２２に係る無線機の一部を構成する回路であ
る。すなわち、本実施例に係る揺動補償型アンテナ装置
は、移動体等の船舶において、衛星通信に係る電波の送
受信、または衛星放送に係る電波の受信に用いられる。
このため、当該揺動補償型アンテナ装置は、受信及び必
要な場合には送信に係る回路と接続されあるいは一体に
構成されている。図９に示される回路は、衛星通信に係
る送受信装置または衛星放送に係る受信装置の一部、特
に方位誤差の検出に関連する構成のみを示したものであ
る。

【００７９】図９に示されるアンテナ出力処理部５８
は、受信機１００、受信レベル信号発生手段１０２及び
ステップトラック制御回路１０４から構成されている。
受信機１００は、アレイアンテナ２２からの出力を取り
込む装置である。受信機１００は、例えばＬＮＡ等の構
成を含んでおり、その少なくとも一部構成はアレイアン
テナ２２のアンテナ基板背面に配置されている。通常、
アンテナ出力は微小レベルの信号であるためこれを取り
出すためには所定のレベルまで増幅してやる必要があ
る。このために、少なくともＬＮＡを含む受信機フロン
トエンドがアレイアンテナ２２に近接した位置に配置さ
れる。なお、本実施例はいわゆるＲＦ伝送、ＩＦ伝送の
いずれについても適用できるものである。

【００８０】受信レベル信号発生手段１０２は、受信機
１００の出力に応じて受信レベル信号を発生させる手段
である。受信機１００の出力は、いわゆる搬送波対雑音
電力比Ｃ／Ｎ０を表す出力である。受信機１００は、ア
ンテナ出力をより低い周波数に変換し、いわゆるＩＦ信
号として受信信号レベル信号発生手段１０２に供給し、
受信レベル信号発生手段１０２はこのＩＦ信号を取り込
んで、ＩＦ信号に含まれるキャリアのレベル等から搬送
波対雑音電力比Ｃ／Ｎ０を推定する。受信レベル信号発
生手段１０２は、推定したＣ／Ｎ０に対して単調増加と
なるような値の受信レベル信号を生成する。生成された
受信レベル信号は、ステップトラック制御回路１０４に
入力される。

【００８１】ステップトラック制御回路１０４は、受信
レベル信号発生手段１０２によって生成される受信レベ
ル信号に基づき仰角及び方位に係るステップトラック角
を生成する。すなわち、ステップトラック制御回路１０
４から出力されるステップトラック角は、前述の衛星仰
角レジスタ９６及び移動体方位レジスタ９０にそれぞれ
供給される。ステップトラック角がこれらのレジスタ９
６及び９０に与えられるとその内容が微調整される。

【００８２】言換えれば、ステップトラック角は、衛星
仰角レジスタ９６及び移動体方位レジスタ９０の内容を
受信レベル信号の値に応じて微調整するものである。従
って、ステップトラック角の大きさは所定の微小角度で
あり、その符号は、受信レベル信号の値がより大となる
ような符号に設定される。なお、このステップトラック
制御回路１０４の具体的な構成については、例えば特願
平２−１７５０１４号、特願平２−２４０４１３号等の
本願出願人先提案に基本的に開示済みであるので、ここ
では省略する。

【００８３】（２．６）第１実施例の動作次に、本実施例に係る揺動補償型アンテナ装置の全体動
作について説明する。本実施例においては、まず、衛星
方位仰角手段８８により衛星の仰角及び絶対方位が取り
込まれる。取り込まれた衛星仰角は、衛星仰角レジスタ
９６に取り込まれ、必要に応じてステップトラック制御
を受けつつさらに駆動制御部５４のＥＬ軸制御量演算手
段７０に供給される。一方、衛星の絶対方位は、移動体
方位レジスタ９０の後段に配置された加算器９４に供給
される。加算器９４には、ジャイロコンパス等により得
られる移動体方位入力を積分した値、すなわち移動体方
位が供給されており、衛星の絶対方位から移動体方位が
減算され衛星の相対方位が求められる。この方位は、衛
星方位レジスタ９８に格納され、さらに駆動制御部５４
のＡＺ軸制御回路６８に供給される。なお、移動体方位
レジスタ９０についても必要に応じてステップトラック
が施される。

【００８４】さらに、駆動制御部５４においては、方位
・仰角入力部５６から供給される衛星仰角及び相対方位
に応じてＥＬ軸モータ３０及びＡＺ軸モータ４０が制御
され、ＥＬ軸２４及びＡＺ軸３４が回動される。すなわ
ち、アレイアンテナ２２に係る機械軸が駆動される。こ
の駆動により、アレイアンテナ２２の姿勢は、追尾目標
たる衛星を捕捉できる姿勢となる。なお、アレイアンテ
ナ２２の出力によりアンテナ出力処理部５８のステップ
トラック制御回路１０４においてステップトラック角が
生成され方位・仰角入力部５６に与えられる。

【００８５】このような追尾制御を行っている際に搭載
に係る船舶に揺動が生じた場合、本実施例においては、
一軸揺動検出器５２により当該揺動のうちＥＬ軸２４周
りの成分が検出される。この検出結果は、先に述べたよ
うに相補的な伝達関数を実現する合成フイルタによって
得られるものであり、一定の正確性が担保されたもので
ある。一軸揺動検出器５２の出力は、ＥＬ軸制御量演算
手段７０に与えられ、衛星仰角に係る減算により、ＥＬ
軸制御量が演算されることになる。言換えれば、一軸揺
動検出器５２の出力に係る減算を行うのみで、当該揺動
成分を補うようＥＬ２４が回動されることになる。

【００８６】従って、本実施例においては、従来に比べ
極めて簡易な演算アルゴリズムで移動体の揺動補償を実
行することができる。これは、アレイアンテナ２２によ
りいわゆるファンビーム指向性が実現されており、か
つ、方位軸フレーム２６上に一軸揺動検出器５２がＥＬ
軸２４周りの揺動手段を検出するよう載置されているこ
とによる。また、この実施例における揺動検出手段が一
軸揺動検出器５２として、すなわちＥＬ軸２４周りの揺
動成分のみを検出するように構成されているため、例え
ば図２０に示される姿勢センサ１８のように２以上の方
向について駆動成分の検出を行う必要がなく、約１／２
のコストにより実現される安価な揺動検出手段により前
述の効果が実現されることになる。さらに、アンテナ素
子２０の個数を適当に、例えば４〜５個に設定すること
で、海面反射の影響を軽減できる。

【００８７】（３）第２実施例図１０には、本発明の第２実施例に係る揺動補償型アン
テナ装置の構成が示されている。この図に示される回路
は、例えば図２に示される第１実施例の回路構成に比
べ、駆動制御部５４がアレイアンテナ２２に移相器制御
信号を出力する点で異なる。この移相器制御信号は、ア
レイアンテナ２２における移相量を制御する信号であ
る。

【００８８】図１１には、本実施例におけるアレイアン
テナ２２の構成が示されている。この図に示されるアレ
イアンテナ２２は、３個のアンテナ素子２０が縦列配置
された構成であり、かつ、上端及び下端のアンテナ素子
２０について移相器１０６−１及び１０６−３が設けら
れた構成である。

【００８９】すなわち、この実施例においては、移相器
１０６−１及び１０６−３の移相量の制御によって、ア
レイアンテナ２２のアンテナパターンをＥＬ軸２４周り
に切り替えることができる。このようなビームの切替を
可能にするため、移相器１０６−１及び１０６−３を駆
動する移相器駆動回路１０８が設けられている。

【００９０】移相器駆動回路１０８は、後述するように
駆動制御部５４から供給される移相器制御信号に応じて
移相器１０６−１及び１０６−３の制御を実行する。具
体的には、移相器１０６−１及び１０６−３のビット数
に応じてディジタル信号を供給する。移相器１０６−１
及び１０６−３の出力は、中央のアンテナ素子２０の出
力と合成器６０において合成されアンテナ出力処理部５
８に出力されるが、このとき移相器駆動回路１０８によ
り移相器１０６−１及び１０６−３が制御されると、例
えば図１２に示されるようにアレイアンテナ２２のＥＬ
軸２４周りのアンテナパターンが切り替えられる。な
お、この実施例においては、移相器１０６−１及び１０
６−３に係るビット数が２ビットであり、アンテナパタ
ーンが３種類切り替えられるものとしている。このよう
な切替は、ＥＬ軸２４周りにおいて行われることから、
補助ＥＬ軸と呼ぶことができる。すなわち、実際のＥＬ
軸２４はＥＬ軸モータ３０によって回転駆動される機械
的なものであり、移相器１０６−１及び１０６−３の制
御によるビームの切替はこれを補助するものであるとい
うことができる。この実施例においては、専ら、この補
助ＥＬ軸によって揺動補償を実行している。

【００９１】図１３には、アレイアンテナ２２の移相器
駆動回路１０８に移相器制御信号を供給する駆動制御部
５４の構成が示されている。

【００９２】この実施例に係る駆動制御部５４は、前述
の第１実施例における駆動制御部５４と異なり、一軸揺
動検出器５２の出力がＥＬ軸制御回路６６に与えられる
のではなく、移相器制御量演算手段１１０に与えられ
る。移相器制御量演算手段１１０は、一軸揺動検出器５
２の出力に応じ、移動体の揺動のうちＥＬ軸２４周りの
成分を補償すべく移相器制御信号を生成し移相器駆動回
路１０８に供給する。すなわち、この実施例において
は、ＡＺ軸３４及びＥＬ軸２４は、アレイアンテナ２４
を追尾のために駆動するのみであり、揺動補償は専ら移
相器制御量演算手段１１０の出力である移相器制御信号
によって行われている。

【００９３】従って、この実施例においても、先に説明
した第１実施例と同様の効果を得ることができる。加え
て、移動体の揺動補償を移相制御のみによって実現可能
なため、ＡＺ軸３４、ＥＬ軸２４の制御に係るサーボル
ープを比較的低速なものとすることができる。これは、
衛星仰角の変化や衛星の相対方位の変化が船舶の方位
（移動体方位）の変化、移動等によって生ずるものであ
り、揺動よりも低速であることによる。これにより、駆
動制御部５４の構成を安価なものとしつつ、かつ、揺動
に対するレスポンスを比較的高速に保つことができる。

【００９４】（４）第３実施例図１４には、本発明の第３実施例に係る揺動補償型アン
テナ装置の構成、特に補助回転台の構成が示されてい
る。

【００９５】この実施例の実体構成及び全体回路構成
は、例えば図２に示される第１実施例の構成または図１
０に示される第２実施例の構成のいずれであっても良
い。この実施例が特徴とする点は、一軸揺動検出器５２
が方位軸フレーム２６上に載置されるのではなく、補助
回転台上に配置されることにある。

【００９６】図１４に示される補助回転台は、モータ１
１２及び回転台１１４を備えている。モータ１１２は、
回転台１１４を方位軸３４に同期して同じ角度で回転さ
せるモータである。一軸揺動検出器５２は、回転台１１
４上に固定されている。

【００９７】このようにすると、一軸揺動検出器５２を
レドーム５０内に配置する必要がない。例えば、船室内
に別体配置することが可能となる。このようにすると、
一軸揺動検出器５２をより穏やかな環境条件（温度、振
動条件等）の下に設置することができ、かつ、レドーム
５０を小型化することができる。

【００９８】（５）第４実施例図１５には、本発明の第４実施例に係る揺動補償型アン
テナ装置の構成、特にその方位・仰角入力部５６の構成
が示されている。本実施例の実体構成は、例えは図１に
示されるように一軸揺動検出器５２を方位軸フレーム２
６上に載置する構成であっても良く、また図１４に示さ
れるように回転体１１４上に載置する構成であっても良
い。また、揺動補償がＥＬ軸２４について行われてもま
た補助ＥＬ軸について行われていてもかまわない。この
実施例が特徴とする点は、方位・仰角入力部５６として
いわゆる相対方位に係る構成を採用した点にある。

【００９９】すなわち、図１５に示されるように、本実
施例は衛星方位仰角入力手段８８に代え探索制御手段１
１６を有している。探索制御手段１１６は、電源投入、
サーチ指令等に応じていわゆる探索動作を実行する。な
お、この探索制御手段１１６の構成は、例えば本願出願
人の先提案に係る特願平２−２４０４１３号に示されて
いる方位探索制御回路の構成を応用したものである。こ
の実施例においては、探索制御手段１１６の出力が衛星
仰角レジスタ９６及び衛星方位レジスタ９８に入力さ
れ、衛星仰角及び衛星の相対方位の両者について探索制
御が実行される。衛星の相対方位について探索制御が実
行されることにより、第１実施例のように衛星の絶対方
位から移動体方位を減算して衛星の相対方位を求める必
要がなくなるため、この実施例においては移動体方位レ
ジスタ９０及び加算器９４が廃止され、かつ、加算器９
２は移動体方位レジスタ９８の内容を逐次加算更新する
よう設けられている。ステップトラック制御は、衛星仰
角レジスタ９６及び衛星方位レジスタ９８について行わ
れる。

【０１００】図１６には、図１５に示される方位・仰角
入力部において探索制御を実行するためキャリア検出信
号（ＣＤ）を生成する機能を設けたアンテナ出力処理部
５８の構成が示されている。すなわち、この実施例のア
ンテナ出力処理部５８においては、受信機１００から出
力されるＩＦ信号を取り込みキャリアを検出してＣＤを
出力する復調器１１８が設けられている。復調器１１８
から出力されるＣＤは、所望の信号が一定のレベル以上
で受信できているかどうかを表す信号であり、探索制御
手段１１６はこれに応じて探索制御を実行する。なお、
復調器１１８におけるキャリア検出動作も、一般の復調
器における基本動作の１つであり、例えばＰＬＬによる
方法などで実現される。

【０１０１】従って、本実施例においても、前述の第１
乃至第３実施例と同様の効果を得ることができる。

【０１０２】（６）第５実施例以上の説明においては、アレイアンテナ２２が、ＥＬ軸
２４周りに３〜４個のアンテナ素子２０を配置した構成
のものであった。しかし、本発明はこのような配置に限
定されるものではない。例えば、１列ではなく２列にア
ンテナ素子２０を配置しても良い。ただし、この場合に
は、仮想ＸＥＬ軸周りのビーム幅が一列の場合に比べ狭
くなるため、揺動がある程度影響しやすくなる。しか
し、反面、アンテナ素子２０の個数を同一とし従って合
成利得を同程度とした場合と比較すると、アレイアンテ
ナ２２がより低背となる。従って、補償すべき揺動成分
の大きさが小さい船舶、例えば内水路用の船舶や大型船
舶等について、かかる構成が有効なものであると言え
る。

【０１０３】図１７には、本発明の一実施例に係る揺動
補償型アンテナ装置の実体構成が概略図示されている。
この図に示される装置におけるアレイアンテナ２２は、
アンテナ素子２０を４行２列に配置した構成である。

【０１０４】また、図１８及び図１９には、このような
実体構成による本発明の第５実施例の回路構成が示され
ている。特に、図１８にはアレイアンテナ２２の回路構
成が、図１９には同相合成回路の一例構成が、それぞれ
示されている。

【０１０５】この実施例は、ほぼ第１実施例と同様の回
路構成を有しているが、アレイアンテナ２２として図１
７のような４行２列素子配置の構成を使用するため、当
該アレイアンテナ２２の出力処理に係る構成が異なる。
これは、具体的には、２列配置の構成とした結果仮想Ｘ
ＥＬ軸周りのビーム幅が狭くなっても、これにかかわら
ず、等価的に１列配置の場合と同様のファンビーム指向
性を実現するためである。

【０１０６】図１８に示されるように、この実施例のア
レイアンテナ２２は、アンテナ素子２０の各列ごとに合
成器６０を有しており、各合成器６０の出力（アンテナ
出力Ａ及びＢ）を取り込み増幅等の処理を行って出力す
る２個の受信機フロントエンド１２０を有している。受
信機フロントエンド１２０は、ＬＮＡ等を含み、アンテ
ナ２２近傍に配置され、受信機１００の一部機能を分離
分担する。さらに、アレイアンテナ２２は、各受信機フ
ロントエンド１２０の出力を取り込み所定の中間周波数
（ＩＦ）に変換する周波数変換器１２２と、周波数変換
器１２２から出力されるＩＦ信号Ａ及びＢを同相合成し
て受信機１００に供給する同相合成回路１２４と、を有
している。

【０１０７】すなわち、この実施例においては、各列の
受信出力がＩＦ信号に変換された後、各列に係るＩＦ信
号ＡとＢとが同相に調整され合成される。従って、受信
時において、利得が向上する。例えば、６個のアンテナ
素子２０を１列配置した場合に比べ、８個のアンテナ素
子２０を２列配置した場合、アンテナ素子２０個数の増
加により合成利得が増大する。また、仰角回りに並ぶア
ンテナ素子２０の個数が６個から４個に低減して装置が
低背・小型化する。列当りのアンテナ素子２０個数を同
一とした場合、２列配置では１列配置に比べ、受信利得
が最大３ｄＢの増加となる。

【０１０８】このような効果を実現するために、同相合
成回路１２４は、例えば図１９に示されるような構成と
なる。この図に示される同相合成回路１２４は、ＩＦ信
号Ａ及びＢにそれぞれ対応して設けられたミキサ１２６
及び１２８と、ミキサ１２６及び１２８の出力を合成し
てＩＦ信号として出力する合成器１３０と、を有してい
る。ミキサ１２８には所定周波数・所定位相の信号を供
給する局部発振器１３２が接続されている。また、ミキ
サ１２６の出力位相とＩＦ信号Ｂの位相を比較し位相差
を表す信号を出力する位相比較器１３４と、位相比較器
１３４の出力のうち位相差を表す信号を取り出すループ
フィルタ１３６と、ループフィルタ１３６の出力信号値
（電圧）に応じて発振位相が制御され局部発振器１３２
と同一周波数で発振する電圧制御局部発振器（ＶＣＯ）
１３８と、を有している。ミキサ１２６とＶＣＯ１３８
はＩＦ信号Ａについての移相器１４０を構成する。

【０１０９】すなわち、ＩＦ信号Ａ及びＢは、それぞれ
ミキサ１２６又は１２８において局部発振器１３２又は
ＶＣＯ１３８の発振出力と合成され、合成器１３０にお
いて合成出力される。ここに、局部発振器１３２の発振
出力とＶＣＯ１３８の発振出力は、周波数は同一である
が、位相については、前者が固定であるのに対し後者が
可変である。ＶＣＯ１３８の出力位相は、ミキサ１２６
の出力位相がミキサ１２８の出力位相と同一となるよ
う、位相比較の結果に応じて調整される。

【０１１０】従って、この実施例によれば、受信時にお
いて同相合成により仮想ＸＥＬ軸周りで衛星を電子的に
追尾することができ、仮想ＸＥＬ軸周りのビーム幅が狭
いにもかかわらず、１列素子配置の場合と同様のファン
ビーム指向性を等価的に実現できる。追尾範囲は、アン
テナ素子２０単独でのビーム幅、Ｃ／Ｎ０、同相合成回
路１２４の性能等で定まる。なお、位相比較を行う必要
があるところから、かかる効果は受信時においてのみ期
待できる。

【０１１１】（７）その他また、以上の説明においては、ＡＺ軸３４とレドーム５
０とを別体に構成している。しかし、これは一体に構成
しても同様の効果を得ることができる。ＡＺ軸３４とレ
ドーム５０とを一体構成した装置としては、本願出願人
が先に提案した特願平３−０４０２９７号の装置があ
る。言換えれば、この先提案に係る装置の方位軸構造を
本発明の装置に応用することができる。この場合、レド
ーム５０の小型化が可能になる。

【０１１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、ファンビーム指向性を有するアンテナを２個
の機械軸にて回動可能に支持し、方位軸フレームに仰角
軸周りの揺動成分を検出する揺動検出手段を固定する構
成としたため、簡易な制御アルゴリズムで揺動補償を実
行することができ、揺動検出手段の構成をより簡易なも
のとすることができ、安価かつ小型な揺動補償型アンテ
ナ装置を実現することができる。

【０１１３】また、請求項２によれば、揺動検出手段を
補助回転台に固定するようにしたため、揺動検出手段の
別体配置が可能となり、より降雨等に強い装置が実現で
きる。請求項３によれば、ファンビーム指向性がアレ
イアンテナにより簡易かつ小型の構成で実現できる。

【０１１４】また、請求項４によれば、ファンビーム指
向性がアレイアンテナにより簡易かつ小型に実現でき
る。加えて、アンテナ素子がＭ列配置されているため、
アンテナをより低背の形状とすることができる。Ｍ列配
置により仮想ＸＥＬ軸周りのビーム幅が狭くなるが、同
相合成により請求項３とほぼ等価なファンビーム指向性
が得られる。

【０１１５】請求項５及び７によれば、揺動検出手段を
方位軸フレームに固定し、揺動検出手段により検出され
る仰角軸周りの揺動成分をアンテナの仰角のビーム切替
によって補償するようにしたため、請求項１と同様の効
果が得られると共に、機械軸の動作をより低速のものと
することができ、装置構成の簡素化、安価化がより顕著
に実現される。

【０１１６】請求項６によれば、揺動検出手段を補助回
転台に固定するようにしたため、請求項５において得ら
れる効果に加え請求項２における効果をも得ることがで
きる。請求項８によれば、ファンビーム指向性を有し、
かつ仰角周りのビーム傾きが切替可能なアンテナをアレ
イアンテナにより実現すことができるため、装置構成を
小型にしかつ安価にすることができる。

【０１１７】請求項９によれば、相補的な伝達関数を実
現しつつ傾斜計及び角速度検出器の双方を用いて揺動成
分の検出を行うようにしたため、簡易な構成でより正確
な揺動検出を行うことができ、装置構成の小型、安価化
がより顕著となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る揺動補償型アンテナ装
置の実体構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る揺動補償型アンテナ
装置の全体回路構成を示すブロック図でる。

【図３】第１実施例におけるアレイアンテナの構成を示
す図である。

【図４】第１実施例における駆動制御部の構成を示すブ
ロック図である。

【図５】第１実施例における一軸揺動検出器の構成を示
すブロック図である。

【図６】図５に示される一軸揺動検出器の伝達関数モデ
ルを示す図である。

【図７】図５に示される一軸揺動検出器における傾斜計
の構成を示す回路図である。

【図８】第１実施例における方位・仰角入力部の構成を
示すブロック図である。

【図９】第１実施例におけるアンテナ出力処理部の構成
を示すブロック図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係る揺動補償型アンテ
ナ装置の全体回路構成を示すブロック図である。

【図１１】第２実施例におけるアレイアンテナの構成を
示す図である。

【図１２】図１１に示されるアレイアンテナにより得ら
れる補助ＥＬ軸周りのアンテナパターンを示す図であ
る。

【図１３】第２実施例における駆動制御部の構成を示す
ブロック図である。

【図１４】第３実施例における補助回転体の構成を示す
側面図である。

【図１５】第４実施例における方位・仰角入力部の構成
を示すブロック図である。

【図１６】第４実施例におけるアンテナ出力処理部の構
成を示すブロック図である。

【図１７】本発明の一実施例に係る揺動補償型アンテナ
装置の実体構成を示す概略断面図である。

【図１８】第５実施例におけるアレイアンテナの構成を
示す図である。

【図１９】第５実施例における同相合成回路の構成を示
すブロック図である。

【図２０】第１従来例に係る揺動補償型アンテナ装置の
構成を示す斜視図である。

【図２１】ＥＬ軸及びＸＥＬ軸を有する揺動補償型アン
テナ装置における揺動補償原理を示す座標関係図であ
る。

【図２２】第２従来例に係る揺動補償型アンテナ装置の
実体構成を示す概略断面図である。

【図２３】ファンビーム指向性を有するアレイアンテナ
における仮想ＸＥＬ軸周りのアンテナパターンを示す図
である。

【図２４】ファンビーム指向性を有するアレイアンテナ
におけるＥＬ軸周りのアンテナパターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

２０アンテナ素子２２アレイアンテナ２４仰角軸（ＥＬ軸）２６方位軸フレーム３０仰角軸モータ（ＥＬ軸モータ）３４方位軸（ＡＺ軸）４０方位軸モータ（ＡＺ軸モータ）５２一軸揺動検出器５４駆動制御部５６方位・仰角入力部５８アンテナ出力処理部７０ＥＬ軸制御量演算手段７２傾斜計７４角度検出器７６合成フィルタ８２フィルタＡ８４フィルタＢ８６加算器１０６−１，１０６−２移相器１０８移相器駆動回路１１０移相器制御量演算手段１１２モータ１１４回転台１２０受信機フロントエンド１２４同相合成回路１３０合成器１３２局部発振器１３４位相比較器１３８電圧制御局部発振器（ＶＣＯ）Ｓ衛星ｒロールｐピッチｕ揺動角ｑ₁ 揺動角の仰角成分（ＥＬ軸周りの揺動成分）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】方位周りには広く仰角周りには狭いビー
ム幅となるファンビーム指向性を有するアンテナと、ア
ンテナを仰角方向に回動可能に支持する仰角軸と、仰角
軸を回動可能に保持する方位軸フレームと、方位軸フレ
ームを回動可能に支持する方位軸と、アンテナを仰角軸
周りに回動させる仰角軸駆動手段と、方位軸フレームを
回動させることによりアンテナを方位軸周りに回動させ
る方位軸駆動手段と、アンテナが搭載される船舶等の移
動体の揺動を検出する揺動検出手段と、追尾対象たる衛
星との送信及び／又は受信に係る電波がアンテナにより
捕捉されるよう方位軸駆動手段及び仰角軸駆動手段を制
御し、かつ、検出される揺動を補償するよう仰角軸駆動
手段を制御する制御手段と、を有する揺動補償型アンテ
ナ装置において、揺動検出手段が、方位軸と共に回転するように設置さ
れ、かつ、移動体の揺動のうち仰角軸周りの揺動成分を
検出し、制御手段が、仰角軸周りの揺動成分をアンテナの仰角に
加減することにより揺動補償制御を行うことを特徴とす
る揺動補償型アンテナ装置。
【請求項２】方位周りには広く仰角周りには狭いビー
ム幅となるファンビーム指向性を有するアンテナと、ア
ンテナを仰角方向に回動可能に支持する仰角軸と、仰角
軸を回動可能に保持する方位軸フレームと、方位軸フレ
ームを回動可能に支持する方位軸と、アンテナを仰角軸
周りに回動させる仰角軸駆動手段と、方位軸フレームを
回動させることによりアンテナを方位軸周りに回動させ
る方位軸駆動手段と、アンテナが搭載される船舶等の移
動体の揺動を検出する揺動検出手段と、追尾対象たる衛
星との送信及び／又は受信に係る電波がアンテナにより
捕捉されるよう方位軸駆動手段及び仰角軸駆動手段を制
御し、かつ、検出される揺動を補償するよう仰角軸駆動
手段を制御する制御手段と、を有する揺動補償型アンテ
ナ装置において、方位軸の回動に同期して同じ角度だけ回動する補助回転
台を備え、揺動検出手段が、補助回転台に固定され、かつ、移動体
の揺動のうち仰角軸周りの揺動成分を検出し、制御手段が、仰角軸周りの揺動成分をアンテナの仰角に
加減することにより揺動補償制御を行うことを特徴とす
る揺動補償型アンテナ装置。
【請求項３】請求項１又は２記載の揺動補償型アンテ
ナ装置において、アンテナが、仰角軸周りにアンテナ素子が並ぶようＮ
（Ｎ：２以上の自然数）個のアンテナ素子が縦列配置さ
れたアレイアンテナであることを特徴とする揺動補償型
アンテナ装置。
【請求項４】請求項１又は２記載の揺動補償型アンテ
ナ装置において、アンテナが、仰角軸周りの方向を列として、Ｎ行Ｍ列
（Ｎ，Ｍ：２以上の自然数）にアンテナ素子が配列され
たアレイアンテナであり、アレイアンテナの各列ごとに設けられ対応する列に属す
るアンテナ素子の合成出力を信号出力する受信機フロン
トエンドと、各受信機フロントエンドから出力される信号を同相合成
する同相合成回路と、を備え、仰角軸と垂直な軸周りにアンテナの指向性を連続的に変
化させることを特徴とする揺動補償型アンテナ装置。
【請求項５】方位周りには広く仰角周りには狭いビー
ム幅となるファンビーム指向性を有し仰角周りのビーム
傾きが切り替え可能なアンテナと、アンテナを仰角方向
に回動可能に支持する仰角軸と、仰角軸を回動可能に保
持する方位軸フレームと、方位軸フレームを回動可能に
支持する方位軸と、アンテナを仰角軸周りに回動させる
仰角軸駆動手段と、方位軸フレームを回動させることに
よりアンテナを方位軸周りに回動させる方位軸駆動手段
と、アンテナカ搭載される船舶等の移動体の揺動を検出
する揺動検出手段と、追尾対象たる衛星との送信及び／
又は受信に係る電波がアンテナにより捕捉されるよう方
位軸駆動手段及び仰角軸駆動手段を制御し、かつ、検出
される揺動を補償するようアンテナのビーム傾きを切り
替える制御手段と、を有する揺動補償型アンテナ装置に
おいて、揺動検出手段が、方位軸と共に回転するように設置さ
れ、かつ、移動体の揺動のうち仰角軸周りの揺動成分を
検出し、制御手段が、仰角軸周りの揺動成分を補償するようアン
テナの仰角周りのビーム傾きを加減することを特徴とす
る揺動補償型アンテナ装置。
【請求項６】方位周りには広く仰角周りには狭いビー
ム幅となるファンビーム指向性を有し仰角周りのビーム
傾きが切り替え可能なアンテナと、アンテナを仰角方向
に回動可能に支持する仰角軸と、仰角軸を回動可能に保
持する方位軸フレームと、方位軸フレームを回動可能に
支持する方位軸と、アンテナを仰角軸周りに回動させる
仰角軸駆動手段と、方位軸フレームを回動させることに
よりアンテナを方位軸周りに回動させる方位軸駆動手段
と、アンテナが搭載される船舶等の移動体の揺動を検出
する揺動検出手段と、追尾対象たる衛星との送信及び／
又は受信に係る電波がアンテナにより捕捉されるよう方
位軸駆動手段及び仰角軸駆動手段を制御し、かつ、検出
される揺動を補償するようアンテナのビーム傾きを切り
替える制御手段と、を有する揺動補償型アンテナ装置に
おいて、方位軸の回動に同期して同じ角度だけ回動する補助回転
台を備え、揺動検出手段が、補助回転台に固定され、かつ、移動体
の揺動のうち仰角軸周りの揺動成分を検出し、制御手段が、仰角軸周りの揺動成分を補償するようアン
テナの仰角周りのビーム傾きを加減することを特徴とす
る揺動補償型アンテナ装置。
【請求項７】方位周りには広く仰角周りには狭いビー
ム幅となるファンビーム指向性を有し仰角周りのビーム
傾きが切り替え可能なアンテナと、アンテナを仰角方向
に回動可能に支持する仰角軸と、仰角軸を回動可能に保
持する方位軸フレームと、方位軸フレームを回動可能に
支持する方位軸と、方位軸フレームを回動させることに
よりアンテナを方位軸周りに回動させる方位軸駆動手段
と、アンテナが搭載される船舶等の移動体の揺動を検出
する揺動検出手段と、追尾対象たる衛星との送信及び／
又は受信に係る電波がアンテナにより捕捉されるよう方
位軸駆動手段を制御し、かつ、検出される揺動を補償す
るようアンテナのビーム傾きを切り替える制御手段と、
を有する揺動補償型アンテナ装置において、揺動検出手段が、方位軸と共に回転するように設置さ
れ、かつ、移動体の揺動のうち仰角軸周りの揺動成分を
検出し、制御手段が、仰角軸周りの揺動成分を補償するようアン
テナの仰角周りのビーム傾きを加減することを特徴とす
る揺動補償型アンテナ装置。
【請求項８】請求項５乃至７記載の揺動補償型アンテ
ナ装置において、アンテナが、仰角軸周りに並ぶよう縦列配置されたＮ
（Ｎ：２以上の自然数）個のアンテナ素子と、Ｎ個のア
ンテナ素子のうちＮ個又はＮ−１個のアンテナ素子に係
る送信及び／又は受信信号を移相させるＮ個又はＮ−１
個の移相器と、実現すべき仰角周りのビーム傾きを示す
移相器駆動信号に応じて移相器の移相量を制御する移相
器駆動回路と、を備え、制御手段が、仰角軸周りの揺動成分の値に応じて移相器
駆動信号を移相器駆動回路に供給することを特徴とする
揺動補償型アンテナ装置。
【請求項９】請求項１乃至８記載の揺動補償型アンテ
ナ装置において、揺動検出手段が、移動体の仰角方向の傾斜角を検出する
傾斜計と、移動体の仰角周りの角速度を検出する角速度
検出器と、傾斜計の出力と角速度検出器の出力を合成し
仰角軸周りの揺動成分として出力する合成フィルタと、
を含み、合成フィルタが、傾斜計の出力を濾波する第１のフィル
タと、角速度検出器の出力を瀘波するよう第１のフィル
タと相補的な伝達関数を有する第２のフィルタと、第１
のフィルタの出力と第２のフィルタの出力を加算する加
算器と、を含むことを特徴とする揺動補償型アンテナ装
置。