JP2579070B2 - アレイアンテナ及び揺動補償型アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、送受信する電波の波長
によってアンテナ素子の大きさが決定され、このアンテ
ナ素子が市松模様状に配置されたアレイアンテナと、船
舶等の移動体に搭載されインマルサットシステム等の衛
星通信・衛星放送に使用されるアンテナ装置、特に移動
体の揺動の影響を除去する揺動機能を備えた揺動補償型
アンテナ装置と、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】また、パラボラアンテナを降雨等から保護
し、耐候性を確保するためには、このアンテナを覆うレ
ドームが必要である。このレドームの直径は、パラボラ
アンテナの寸法が直径８０ｃｍ程度であるため、例えば
１．２ｍ程度が必要とされる。 レドームは、有底椀状
の部材であり、少なくとも衛星通信に係る波長の電波
（１．５ＧＨｚ近傍）を通過するような材質で形成され
る。一般的には、ＦＲＰが用いられる。更に、その底部
には、アンテナの保守、修理等の作業のために開口たる
アクセスハッチが設けられる。

【０００５】（２）追尾及び揺動補償 このような構成を有するアンテナ装置の一種として、揺
動補償型アンテナ装置が知られている。この揺動補償型
アンテナ装置は、衛星の追尾機能に加え揺動補償機能を
有する装置である。

【０００６】すなわち、船舶等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。

【０００７】（３）３軸機械軸の装置 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。

【０００８】３軸構成の一例としては、いわゆるＡＺ−
ＥＬ−ＸＥＬマウントがある。

【０００９】ここで、ＡＺ軸とは、アジマス軸を表し、
アンテナの方位に係る軸である。また、ＥＬ軸とは、エ
レベーション軸を表し、アンテナの仰角に係る軸であ
る。更に、ＸＥＬ軸とは、クロスエレベーション軸を表
し、ＥＬ軸の回動面と垂直な面内における角度に係る軸
である。

【００１０】このようなマウントに代表される３軸構成
のアンテナ装置において、全ての軸を機械軸として構成
すると、機構的設計が複雑となり、装置が高価格となり
易い。このため、軸の個数を低減し、２個の機械軸で装
置を実現する提案がなされている。

【００１１】（４）２軸機械軸の装置 このような装置としては、例えば「２軸Ａｚ−Ｅｌアン
テナマウントの制御方式」（結城他、電子通信学会、Ｓ
ＡＮＥ８３−５３、ｐｐ１−６）、「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、ｐ
ｐ１７−２４）等に開示されているＡＺ−ＥＬマウント
がある。

【００１２】このような構成によっても、揺動を補償し
つつ衛星を追尾することができる。しかし、このような
マウントにおいては、特異点が発生するという問題点が
ある。

【００１３】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Ａ
Ｃサーボ制御回路を採用して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。更には、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。 しかし、このような対策は、特別
な材料、高価格な回路を採用すること等を求めるため、
装置の高価格化をまぬがれない。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。

【００１４】（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って実現し
得るものである。

【００１５】このような電子軸を有する装置としては、
例えば“PhasedArray Antenna forMARISAT Communicati
ons”，Folkebolinder,Microwave Journal,1978.12 pp3
9-42に開示されている装置がある。この装置は、この軸
は、ＡＺ軸を機械軸とし、ＥＬ軸を２枚の平板状アンテ
ナ（アレイアンテナ）の上に形成された複数のアレイア
ンテナの移相によって実現する装置である。

【００１６】すなわち、アレイアンテナ上に行列配置さ
れたアンテナ素子にそれぞれ移相器を接続し、この移相
器によって各アンテナ素子に係る信号の移相量を制御す
る。この移相量の制御により、アンテナのビーム指向特
性を所定の特性に切り替え変更することができる。

【００１７】従って、この移相器制御によって仰角方向
にビーム指向特性を変化させれば、ＥＬ軸を電子軸とし
て実現することができることになる。また、この方向と
垂直な方向にビーム指向特性を変化されることができる
ため、更に１軸が電子軸で実現されることになる。

【００１８】しかしながら、このように電子軸を用いた
場合でも、各アンテナ素子毎に移相器を設けなければな
らないため、装置構成が肥大・複雑化し、装置価格が高
価格化するため、用途が限定されたものとなるという問
題点が生じる。

【００１９】このような問題点を解決し得る装置として
は、例えば特開昭５１−１１０９５５号公報に記載され
た装置がある。この公報においては、アレイアンテナを
使用する衛星通信用船舶アンテナが数種類示されてい
る。このアレイアンテナを用いる装置のうち、一の装置
は、ＡＺ軸及びＥＬ軸を機械軸として構成し、複数のア
レイアンテナの出力を合成して、ビームパターンを調整
するものである。このような構成によれば、装置構成が
簡易小型になり、装置価格の低価格化、保守の容易化等
の効果が得られる。

【００２０】更に、電子軸を用いたアンテナ装置の別の
例としては、本願出願人が先に「アンテナの揺動補償方
式及び揺動補償型アンテナ装置」（特願平２−３３９３
１７号）として提案したものがある。この提案において
は、先に掲げた２個の例と異なり、ＡＺ軸及びＥＬ軸を
有するマウントではなく、Ｘ１−Ｙ−Ｘ２マウントに係
る装置が示されており、Ｘ１軸及びＹ軸を機械軸とし
て、Ｘ２軸を電子軸として構成されている。従って、こ
の本願出願人先提案に係る技術においても、装置構成の
簡易化、装置価格の低価格化を実現できる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
いずれの従来例においても、使用されるアレイアンテナ
はアンテナ素子を格子状に配列したものであった。この
ようなアンテナ素子配列は、いわゆるＡＺ−ＥＬ−ＸＥ
Ｌマウントにおいて、ＡＺ軸及びＥＬ軸を機械軸とし
て、ＸＥＬ（クロスエレベーション）軸を電子軸として
実現する場合に、移相器の制御角度範囲が大きくなって
しまうという問題点が生ずる。

【００２２】図１７には、いわゆる（２，２，２）素子
配列のアレイアンテナの構成が示されている。

【００２３】この図に示されるように、各アンテナ素子
１０は、アンテナ基板１２上において正方格子状に配置
されている。水平方向の各アンテナ素子１０間の間隔
は、この図においてはｄｘで表わされており、垂直方向
はｄｙで表わされている。各アンテナ素子１０の直径
は、原理的に約λ／２（λ：波長）に設定されており、
従ってこの図に示される配置では、アンテナ素子１０同
士の重複を避けるため、ｄｘ及びｄｙはλ／２を越えた
値としなければならない。

【００２４】一方、図１８には、ＡＺ−ＥＬ−ＸＥＬマ
ウントの軸構成が示されている。この図に示されるマウ
ントは、ＡＺ軸、ＥＬ軸及びＸＥＬ軸を有している。Ａ
Ｚ軸は方位方向の軸であり、ＥＬ軸は仰角方向の軸であ
る。ＸＥＬ軸はＥＬ軸に対して垂直な方向の軸である。
ＡＺ軸及びＥＬ軸をアレイアンテナ１２を回動させる機
械軸として構成し、アレイアンテナ１２上のアンテナ素
子１０の送受信信号を所定量単位で移相させてＥＬ軸の
回動方向と垂直にビームを切換えてやれば、電子制御に
よるＸＥＬ軸を有するＡＺ−ＥＬ−ＸＥＬマウントが実
現される。例えば、図１７に示されるアレイアンテナ１
２の長手方向がＥＬ軸と平行となるように当該ＥＬ軸に
アレイアンテナ１２を取り付け、縦に並ぶアンテナ素子
１０の対単位で移相器（ＰＳ：Phase Shifter ）を設
け、当該移相器に対して所定量の移相を切換え指示する
ことにより、ビームパターンをＸＥＬ軸について切換え
ることができる。すなわち、ＸＥＬ軸が電子的に実現さ
れる。

【００２５】このように、ＡＺ軸及びＥＬ軸を機械軸、
ＸＥＬ軸を図１７に示されるようなアレイアンテナ１２
による電子軸としてそれぞれ実現した場合、これにより
得られるアンテナパターンは図１９に示されるようなも
のとなる。

【００２６】すなわち、各アンテナ素子１０に係る移相
量（移相器制御量）を０°とした場合のアンテナパター
ンをＡ０、中心の２個のアンテナ素子１０に対して左右
の各２個のアンテナ素子１０の移相量を９０°としたと
きのアンテナパターンはＡ１と、それぞれ表すことにす
る。

【００２７】これら各アンテナパターンＡ０及びＡ１に
おいて、メインローブ（ビーム）を基準とするならば、
第１サイドローブは約４５°ずれた位置に発生し、第２
サイドローブは約１１０°離れた位置に発生する。ま
た、例えばアンテナパターンＡ０に係る第１サイドロー
ブはメインローブに対して−１５ｄＢ程度のレベルであ
り、アンテナパターンＡ１の場合には、−１０ｄＢ程度
のレベルである。

【００２８】このように顕著なサイドローブが発生する
と、アンテナの効率が低下するばかりではなく、不要な
（方向の）雑音を受信したり、望ましくない方向へ不要
な電力を放射して他のシステムへの妨害を与えること等
が懸念される。このことを避けるため、衛星通信（また
は放送）システム等に利用されるアンテナに対して一般
にそのシステム毎にアンテナのサイドローブの規定が設
けられている。

【００２９】従来の格子状配列のアレイアンテナに電子
ＸＥＬ軸の機能をもたせようとした場合、必ずしも衛星
システムの規定するサイドローブの基準を満たせるとは
限らない。一般に移相器の制御量が大きい場合には、サ
イドローブの発生が顕著となる。すなわち、電子ＸＥＬ
軸の傾きを大きくすればするほど、サイドローブの発生
が顕著になる傾向にある。例えば、追尾目標である衛星
が船首尾方向で、かつ天頂付近にあるときに揺動が発生
すると、ＸＥＬ軸を最も顕著に傾けねばならない。一般
に、揺動補償型アンテナ装置において、補償すべき移動
体の揺動としては、例えば船舶においてロール：±２５
°以内、ピッチ：±１５°以内にする必要があるといわ
れている（文献：INMARSAT-M SYSTEM DEFINITION MANUA
L(issue2)MODULE 2 3.6.2.2 Recommended Environmenta
lConditions for Maritime Class MESS）。先に掲げた
状況においては、このようなロール及びピッチに関する
基準の限界に近い程度、ＸＥＬ軸（すなわちビーム）を
傾ける必要があり、従来の格子状配列のアレイアンテナ
では、サイドローブに関する要求基準を満たさないおそ
れがある。

【００３０】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、アンテナ素子の配
列を改良することにより、サイドローブの発生が少な
く、ビームの傾きの制御が簡易に実現可能なアレイアン
テナを提供することを目的とする。また、このアレイア
ンテナを用いてより好適に衛星を追尾し、かつ移動体の
揺動を補償することが可能な揺動補償型アンテナ装置を
提供することを目的とする。

【００３１】

【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、本願出願人は、以下のような構成のアレイア
ンテナを提案する。

【００３２】すなわち、本願出願人は、アンテナ素子の
配列が市松模様状であることを特徴とするアレイアンテ
ナを提案する。

【００３３】また、各アンテナ素子の個数が中央列で最
大となるよう列毎に重み付け設定されたことを特徴とす
るアレイアンテナを提案する。さらに、隣接する列の間
隔が動作波長で０．５５波長未満であり、Ｎが奇数であ
り、中央の列を除く列に設けられた移相器が可変移相器
であることを特徴とするアレイアンテナを提案する。

【００３４】また、レドームの側面にＥＬ軸を取り付
け、ＡＺ軸がレドームの底面においてアレイアンテナ、
ＥＬ軸及びレドームを支持するアレイアンテナを提案す
る。更に、アンテナに接続され、当該アンテナにより送
信及び／または受信される信号を伝達するケーブルを中
空のＡＺ軸を介して外部に引き出すアレイアンテナを提
案する。

【００３５】更に、このようなアレイアンテナを利用し
て本願出願人が提供する揺動補償型アンテナ装置は、次
のような構成を有する。

【００３６】すなわち、衛星の仰角及び相対方位を求め
る衛星情報入力手段と、移動体の揺動量を検出する揺動
検出手段と、ＡＺ軸を回転駆動させるＡＺ軸モータと、
ＥＬ軸を回転駆動させるＥＬ軸モータと、各アンテナ素
子により送信及び／または受信される信号を移相させる
複数の移相器と、衛星の相対方位に応じてＡＺ軸モータ
に回転角を指示し、ＡＺ軸の回転量を制御するＡＺ軸制
御手段と、衛星の仰角及び相対方位並びに移動体の揺動
量に応じてＥＬ軸モータに回転角を指示し、ＥＬ軸の回
転量を制御するＥＬ軸制御手段と、衛星の仰角及び相対
方位並びに移動体の揺動量に応じて移相器の移相量を求
め、アレイアンテナのビーム方向を制御する電子ＸＥＬ
軸制御手段と、を備え、アレイアンテナが搭載される移
動体の揺動を補償しつつ、衛星を追尾する構成を有す
る。

【００３７】

【作用】本発明のアレイアンテナにおいては、アンテナ
素子間の水平方向距離及び垂直方向距離について、アン
テナ素子の寸法により発生する制限が緩和される。

【００３８】すなわち、アンテナ面上におけるアンテナ
素子の配列は、通常、それぞれ隣接するアンテナ素子が
重なり合わないよう、また一般的には隣接するアンテナ
素子間の干渉をも考慮して、一定の間隔をもって配置さ
れる。しかし、本発明においては、隣接する列に属する
素子が段違いに配列されることになるため、アンテナ素
子寸法によって規制される方向がアンテナ面上の水平方
向または垂直方向に対して斜めの方向となる。従って、
水平方向及び垂直方向に沿ってみれば、アンテナ素子寸
法に係る配置制限が緩和されたこととなる。

【００３９】従って本発明においては、必要に応じ、隣
接する列間の距離をより小さくとることが可能となる。
例えば請求項３に示されるように隣接する列間の距離を
０．５５波長未満にすることが可能になる。このような
距離設定は、当然アレイアンテナにより実現すべきアン
テナパターンのサイドローブを抑制する作用を奏する。
また、同時に、ビームがより広くなるという作用を奏す
る。

【００４０】すなわち、ある送受信レベルを確保しよう
とする場合、ビームの幅の拡がりにより、より広い角度
範囲をカバーすることが可能になる。また、例えば移相
器の制御によってビームの傾き変更を行おうとする場合
に、水平方向のアンテナ素子間距離を小さくできるた
め、同じ角度だけビームを傾けようとした場合でも、移
相器の制御量を小さくすることができる。すなわち、移
相器の制御量をφ、ビームの傾きをθ、波長をλとした
場合、 φ＝（ｄｘ・ｓｉｎθ・２π）／λ［ラジアン］ … （１） となる。

【００４１】従って、同じ傾きθに対する移相器制御量
φが、水平方向距離ｄｘに比例して小さな値となる。

【００４２】このように、本発明においては、サイドロ
ーブの抑制及びビームの広がりにより、ＸＥＬ軸に係る
制御がより簡易に行えることとなる。

【００４３】請求項２においては、各列におけるアンテ
ナ素子の個数が重み付け配置されるため、この重み付け
によりビームパターンの調整が可能になる。例えば中央
の列に属するアンテナ素子の個数を、両端の列に属する
アンテナ素子の個数より大とすることによりサイドロー
ブがより抑圧され、前述の作用がより顕著なものとな
る。

【００４４】請求項３においては、アンテナ素子の個数
Ｎが奇数に設定され、中央の列に属するアンテナ素子の
個数が最大とされる。従って、請求項２に係る作用がよ
り顕著となる。また、素子数が最も多い中央列について
は可変移相器を設けていないため、可変移相器の個数低
減によるコスト低減に加え、可変移相器の切り替えに起
因する過渡的な位相の変動（位相ジャンプと呼称するこ
ともある）の低減という作用も得られる。この作用は、
中央列のアンテナ素子数が最大ではあるが両端の列のそ
れより多くない場合（すなわち各列のアンテナ素子数が
等しい場合）にも得られる。列毎に重み付けすることに
より、アンテナ形状を楕円形に近付けることが可能にな
り、アンテナの最大径を低減してレドーム等の小型化を
図ることができる。

【００４５】更に、請求項４においては、ＥＬ軸がレド
ームにとりつけられるため、ＡＺ軸がレドームごとアレ
イアンテナ全体を回転させる。この結果、アンテナ基板
を支持するための格別の構成、例えばフレームを省略で
きる。すなわち、レドームがこのフレームの機能を担う
ため、フレームが不要となる。これにより、より小型形
状とすることができる。 請求項５においては、ＡＺ軸を
介してケーブルが引き出される。従って、小型な形状の
装置からも簡易なケーブル引出が可能となる。

【００４６】請求項６に係る揺動補償型アンテナ装置に
おいては、まず衛星情報入力手段により、衛星の仰角及
び相対方位が求められる。相対方位は、探索により求め
ても、絶体方位及び移動体方位から求めてもよい。一方
で、揺動検出手段により移動体の揺動量が検出される。
揺動量とは、例えばロール、ピッチである。このように
して得られる衛星の仰角及び相対方位並びに移動体の揺
動量は、ＡＺ軸制御手段、ＥＬ軸制御手段及び電子ＸＥ
Ｌ軸制御手段に与えられる。これらの各手段において
は、それぞれＡＺ軸モータの回転角、ＥＬ軸モータの回
転角、及び移相器の移相量が求められる。このようにし
て求められた値は、それぞれＡＺ軸モータ、ＥＬ軸モー
タ及び移相器の指令値として与えられ、この結果、移動
体の揺動成分を補償しつつ、アレイアンテナが衛星を追
尾する。但し、この場合において、ＡＺ軸制御手段は、
衛星の相対方位に応じてＡＺ軸モータに回転角を指示す
る。すなわち、ＡＺ軸モータは専ら衛星の追尾に用いら
れ、ＥＬ軸モータ及び移相器は衛星の追尾及び移動体の
揺動補償に用いられることになる。このような動作は、
アレイアンテナのビームがブロードであることによりよ
り好適なものとなる。

【００４７】従って、この請求項６に係る揺動補償型ア
ンテナ装置においては、請求項１乃至５に記載されるア
レイアンテナを用いて好適に衛星の追尾及び揺動補償が
行われる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面に
基づき説明する。

【００４９】（１）実施例のアンテナ素子配列 図１には、本発明の一実施例に係る（２，２，２）素子
配列のアレイアンテナの構成が示されている。

【００５０】この図に示されるアンテナ素子配列は、各
列に２個ずつのアンテナ素子１０が段違いに配置される
構成である。すなわち、アンテナ基板１２上には６個の
アンテナ素子１０が市松模様状に配置される。この図に
示されるように、各アンテナ素子１０間の水平距離をｄ
ｘ、垂直距離をｄｙとそれぞれ表わすこととすると、水
平距離ｄｘはそれぞれ次のような範囲で設定可能とな
る。

【００５１】ｄｘ＜０．５５λ すなわち、アンテナ素子１０間の干渉を排除して良好な
アンテナ受信特性を得るためには、このような範囲で水
平距離ｄｘを設定することが好適である。なお、アンテ
ナ素子１０間の距離（図において斜め方向の距離）ｄ＝
（（ｄｘ）² ＋（ｄｙ）² ）^1/2 はλ／２を越える値と
するのが一般的である。

【００５２】このような設定が可能になることでより小
型なアレイアンテナを得ることが可能になる。例えば、
隣接するアンテナ素子１０間の間隔ｄを０．１４（ｍ）
としたい場合、図１７に示される従来例ではｄｘ及びｄ
ｙを共に０．１４（ｍ）としなければならなかった。し
かし、本実施例では、これをより小さなｄｘ及びｄｙで
実現できる。例えば、ｄｘ＝０．０８（ｍ），ｄｙ＝
０．１１（ｍ）とすれば、ｄはほぼ０．１４（ｍ）とな
る。従って、隣接するアンテナ素子１０間の距離ｄを保
ちつつ、ｄｘ及びｄｙを小さくしてアレイアンテナを小
型にすることが可能になる。

【００５３】なお、先に掲げた式で水平距離ｄｘを０．
５５λにより制限したのは、サイドローブ抑圧の効果を
考慮したものである。

【００５４】図２には、本発明におけるアンテナ素子配
列の他の一例が示されている。この図に示される素子配
列は（２，３，２）の素子配列である。すなわち、左右
の列には２個のアンテナ素子１０が、中央の列には３個
のアンテナ素子１０が、それぞれ属するように配列が行
われたものである。このような配列であっても、前述の
水平距離ｄｘ、垂直距離ｄｙに係る設定可能範囲は同様
となる。さらに、中央列のアンテナ素子数が両端の列の
それより多いため、アンテナ形状が楕円形に近付き、ア
ンテナの最大径の低減及び後述のレドームの小型化とい
う効果を得ることができる。

【００５５】（２）アレイアンテナ 図３には、ＸＥＬ軸を電子軸として実現するアレイアン
テナ１４の回路構成が示されている。

【００５６】この図に示されるアレイアンテナ１４は、
アンテナ素子１０を（２，３，２）配列するアンテナ基
板１２を備えている。但し、（２，２，２）配列等でも
以下の説明は全く同様のものとなる。このアンテナ素子
１０は、アレイアンテナ１４のアンテナ基板１２上に電
極として被着形成されている。アンテナ基板１２は、通
常、絶縁物を介して背面の給電基板と積層されている。
各アンテナ素子１０に係る回路は、この給電基板上に配
置形成される。

【００５７】各アンテナ素子１０は、給電基板上に設け
られている回路のうち、合成器１６−１、１６−２及び
１６−３にそれぞれ各列毎に接続されている。すなわ
ち、各合成器１６は、自己の担当する列に係るアンテナ
素子１０の信号出力を合成する。この３個の合成器１６
のうち、アンテナ素子１０配列の両端の列に係る合成器
１６−１及び１６−３は、それぞれ移相器１８−１及び
１８−３に接続されている。移相器１８−１及び１８−
３は、移相器駆動回路２０から供給される信号により、
合成器１６−１または１６−３から供給される信号を移
相させる。移相器１８−１、合成器１６−２及び移相器
１８−３の出力は、共に合成器２２に供給される。合成
器２２はこれらの出力を合成し、後述するアンテナ出力
処理部に供給する。

【００５８】移相器駆動回路２０は、移相器制御信号に
応じて移相器１８−１及び１８−３を駆動する回路であ
る。移相器制御信号は、このアレイアンテナ１４におい
て実現すべきビーム指向特性に対応する値を有する信号
であり、移相器駆動回路２０は、このビーム指向特性を
実現すべく移相器１８−１及び１８−３の制御を実行す
ることになる。

【００５９】図４及び図５には、この実施例におけるア
レイアンテナ１４のビーム制御の一例がアンテナパター
ンとして示されている。

【００６０】図４に係る制御例は、移相器１８−１及び
１８−３を２ビットの移相器とした場合の例である。す
なわち、移相器１８−１及び１８−３は、移相器駆動回
路２０から供給される２ビットのディジタル信号の値に
応じ、移相量が制御される移相器である。

【００６１】このディジタル信号、すなわち移相器駆動
回路２０から移相器１８−１及び１８−３に供給される
信号の値は、ビーム番号と１対１に対応付けられてい
る。

【００６２】ビーム番号は、アレイアンテナ１４の各ビ
ーム毎に付せられた番号である。例えば、ビームＢ0
は、ビームの傾きが０°の時に利得最大となるビームで
あり、ビームＢ1 は−１５°近傍で利得最大となるビー
ムである。ビームＢ0 を実現しようとする場合、移相器
１８−１には０°を示すディジタル信号を供給し、移相
器１８−３にも０°を示すディジタル信号を供給する。
また、ビームＢ1 を実現するためには移相器１８−１に
＋５０°を示すディジタル信号を供給し、移相器１８−
３には−５０°を示すディジタル信号を供給する。

【００６３】このようにして得られるビームの傾きの変
化は、図３における列の配列方向に沿った変化である。
すなわち、アンテナ素子１０配列の各列毎にその出力が
合成され両端の列については移相が施されるため、アン
テナ素子１０の列配列方向に沿ってビームの指向特性が
変化する。この方向は、後述する仰角軸の回動面と垂直
な方向に設定されているため、ＸＥＬ軸が電子的に実現
されることになる。

【００６４】更に、図４に示されるビームパターンは、
移相器１８−１及び１８−３に対する制御ビット数を２
ビットとしたときに実現されるものである。図１乃至図
３に記載される構成のアレイアンテナ１４において、移
相器１８−１及び８−３のビット数が小さいことは、実
現されるアンテナパターンの個数が少ないことに対応す
る。アンテナパターンの個数が少ないと、例えば、図１
７に示される従来例のように、隣接するビーム間の落ち
込みが大きく、揺動補償に必要な角度範囲（例えば±２
５°）をカバーすることが困難になる。この実施例にお
いては、（２，２，２）素子配列の場合には図４に示さ
れるように、（２，３，２）素子配列の場合には図５に
示されるように、図１９に示される従来のアンテナパタ
ーンに比べ、ビームが広い範囲をカバーしているため、
このような落ち込みが特性上、影響を及ぼさなくなる。
すなわち、本実施例においては、従来に比べ、より少な
いビット数の移相器１８−１及び１８−３をもって、必
要な角度範囲をカバーすることができる。

【００６５】なお、図４及び図５に示されるビームパタ
ーンは、ビームの切換方向、すなわち、ＸＥＬ軸回動方
向に沿ったパターンである。これと垂直な方向、すなわ
ち仰角方向においては、図１７に示される従来例に比
べ、よりビームが鋭くなる。これは、アレイアンテナ１
４が従来に比べ、より縦長になることに起因する。この
結果、本実施例においては、従来例に比べ、海面反射に
強くなる。海面反射とは、衛星から送信される電波が海
面において反射され、船舶に搭載されるアレイアンテナ
１４に受信される現象である。

【００６６】また、この実施例においては、移送器１８
のロスを小さくすることができる。すなわち、移送器制
御量φが小さいため、移相器のロスを小さく抑えること
ができる。この結果、６〜７個のアンテナ素子１０をア
レイにした場合、１４ｄｂｉ乃至１５ｄｂｉの利得を実
現できる。

【００６７】（３）実施例の実体構成 図６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。

【００６８】この図に示される実施例では、アンテナ素
子１０が（２，３，２）配列されたアレイアンテナ１４
を用いている。アレイアンテナ１４の背面には、例えば
受信機フロントエンドや、移相器１８、合成器１６，２
２などが配置される（図示せず）。後述するように、ア
レイアンテナ１４背面の移相器の制御によってＸＥＬ軸
が電子軸として実現される。

【００６９】このアレイアンテナ１４は、仰角軸２４に
より方位軸フレーム２６に回動可能に支持されている。
方位軸フレーム２６には、仰角軸モータ２８が取り付け
られており、この仰角軸モータ２８は、ギヤ３０及び３
２、ベルト３４により仰角軸２４の一端に連結されてい
る。従って、仰角軸モータ２８が回転駆動すると、仰角
軸２４を中心にアレイアンテナ１４が回転する。すなわ
ち、仰角軸モータ２８は、ＥＬ軸を機械的に実現するモ
ータである。

【００７０】方位軸フレーム２６は、方位軸３６と一体
形成されている。方位軸３６は、方位軸フレーム２６の
下部に設けられており、偏心支持脚３８に対し回動可能
に固定されている。すなわち、方位軸２６が回転する
と、方位軸フレーム２６、従ってアレイアンテナ１４が
回転し、その方位が変化する。

【００７１】支持脚３８には、方位軸モータ４０が取り
付けられている。方位軸モータ４０は、ギヤ４２及び４
４、ベルト４６により、方位軸３６に連結されている。
従って、方位軸モータ４０が回転駆動すると、方位軸３
６が回転する。言い換えれば方位軸モータ４０は、ＡＺ
軸たる機械軸に係る方位軸３６を駆動させるモータであ
る。

【００７２】また、この実施例においては、支持脚３８
がレドーム４８の底面に取り付け固定されている。レド
ーム４８は、アレイアンテナ１４が送受信する電波を透
過可能な材質から形成される。一般的な材質とては、Ｆ
ＲＰが挙げられる。

【００７３】レドーム４８は、有底椀状の形状を有して
おり、その底面（レドームベース５０）のやや偏心した
位置において、支持脚３８が取り付けられている。支持
脚３８は、逆Ｌ字状の形状を有しており、従って、アレ
イアンテナ１２及びその周辺の部材をレドームベース５
０に偏心支持する機能を有している。この偏心支持の結
果、レドームベース５０の中央部（アレイアンテナ１４
の直下部）には一定面積を有する空間が生ずる。この空
間において、本実施例においては、アクセスハッチ５２
が設けられている。

【００７４】アクセスハッチ５２は、アレイアンテナ１
４の保守・点検等に係る開口である。すなわち、作業者
がこのアクセスハッチ５２から腕等を差し入れて、アレ
イアンテナ１４及びその周辺の構成の保守点検等を実行
する。アクセスハッチ５２は、蝶番５４により開閉可能
である。

【００７５】従って、本実施例においては、アンテナと
して小型なアレイアンテナ１４を用いてレドーム４８を
小型化させつつ、当該アレイアンテナ１４の保守、点検
等の作業をアクセスハッチ５０により可能としている。

【００７６】この実施例においては、先に述べたよう
に、方位軸モータ３０により方位軸２６が、仰角軸モー
タ２８により仰角軸２４が、それぞれ回転する。従っ
て、この実施例においては、いわゆるＡＺ軸が方位軸３
６及び方位軸モータ４０により機械軸として、また、い
わゆるＥＬ軸が仰角軸２４及び仰角軸モータ２８により
やはり機械軸として、それぞれ実現されている。更に、
この実施例においては、アレイアンテナ１４上に行列配
置されているアンテナ素子の移相によって、ＸＥＬ軸が
電子的に実現されている。すなわち、本実施例に係る装
置の軸構成はいわゆるＡＺ−ＥＬ−ＸＥＬマウントであ
り、この図に示される３つの軸、すなわちＡＺ軸、ＥＬ
軸及びＸＥＬ軸の内、ＡＺ軸及びＥＬ軸は先に述べたよ
うに機械軸として、ＸＥＬ軸は電子軸として実現されて
いる。

【００７７】図７及び図８には本発明の他の実施例に係
る移動補償型アンテナ装置の実体構成が示されている。
図７はこの装置の略断面図であり、図８は背面図であ
る。これらの図に示される実体構成は、仰角軸２４をレ
ドーム４８の側面に固定し、レドーム４８を回転式レド
ームとした構成である。

【００７８】すなわち、レドーム４８は、下部が方位回
転台５４に固定され。方位軸モータ４０によってこの方
位回転台５４が回動される構成を有している。

【００７９】方位回転台５４は、内部に方位軸３６が挿
通される管状の部材であり、方位回転台５４の周囲には
方位軸モータ４０により走行するベルト４６が懸けられ
ている。従って、方位軸モータ４０が駆動すると、方位
軸３６が固定していることにより方位回転台５４が回転
し、これに伴ってレドーム４８が回転する。方位回転台
５４の回転範囲は、例えば±１００〜２７０°以上に設
定されており、更に回転の限界に至った場合に自動的に
反転し、必要な角度を確保する自動反転機能を有してい
る。

【００８０】方位軸３６は、この構成においては中空構
造を有している。すなわち、レドーム４８内部には、例
えば電源ユニット（ＰＳＵ）５６、アンテナ制御ユニッ
ト（ＡＣＵ）５８、アンテナ素子１０等の給電・受電が
必要な部材が配置されており、方位軸３６の中空部に
は、これらに接続されるケーブルが挿通される。このた
め、方位軸３６を固定支持する部材にケーブル穴が設け
られている。なお、ＰＳＵ５６は装置に電源電圧を供給
するユニットであり、ＡＣＵ５８はアンテナ素子１０に
係る移相量の制御等の必要な制御動作を実行するユニッ
トである。

【００８１】更に、この構成においては、仰角軸２４に
係る回転を検出する仰角軸角度検出器６０がアレイアン
テナ１４の側面に設けられており、方位軸３６に係る回
転角度を検出する方位軸角度検出器６２がレドームベー
スに設けられている。仰角軸角度検出器６０は、仰角軸
モータ２８によるＥＬ軸のサーボ制御のために用いら
れ、方位軸角度検出器６２は方位軸モータ４０によるＡ
Ｚ軸のサーボ制御に用いられる。すなわち、仰角軸角度
検出器６０によって検出されるアレイアンテナ１４の仰
角方向の傾きに応じて仰角軸モータ２８が回転駆動さ
れ、方位軸角度検出器６２によって検出されるレドーム
４８の角度（方位）に応じて、方位軸モータ４０が回転
駆動される。

【００８２】この実施例においては、アクセスハッチ５
２は、レドーム４８の強化部４８−２に設けられてい
る。すなわち、この実施例におけるレドーム４８は、仰
角軸２４の固定に係る部分近傍を境目として、上部４８
−１及び強化部４８−２に分離形成されており、少なく
とも上部４８−１はＦＲＰ等の部材で形成され、強化部
４８−２は仰角軸２４の固定が可能なように構成されて
いる。強化部４８−２の下部は、逆円錐台状に徐々に径
が狭まっていく構成を有しており、アクセスハッチ５２
は従って、レドーム４８の中心軸からみて斜め下方に開
口するハッチとして形成されることになる。

【００８３】従って、このような構成によれば、図６に
示される構成に比べ、より小型にレドーム４８を実現で
き、かつ、本発明の特徴に係る作用・効果を維持するこ
とができる。

【００８４】（４）第１実施例の回路構成 次に、このような実体構成を有し市松模様状のアレイア
ンテナ１４を備える揺動補償型アンテナ装置の実施例に
ついて説明する。図９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。

【００８５】この図に示されるように、本実施例は、先
に述べた構成を有するアレイアンテナ１４と、アレイア
ンテナ１４の機械軸である方位軸３６及び仰角軸２４を
駆動する機械軸駆動部５６と、機械軸駆動部５６にＥＬ
軸制御量を供給すると共に、アレイアンテナ１４におけ
る移相器１８の移相量を示す移相器制御量を演算する制
御量演算部５８と、ジャイロコンパス等の装置から移動
体の方位を入力し、衛星仰角及び相対方位を求めて制御
量演算部５８に供給する方位・仰角入力部６０と、アレ
イアンテナ１４の合成器２２からの出力を取り込み、所
定の処理を施してステップトラック角を出力するアンテ
ナ出力処理部６２と、搭載に係る移動体、例えば船舶の
揺動を検出する揺動検出手段６４と、から構成されてい
る。

【００８６】以下、各部に分け説明する。

【００８７】（４．１）機械軸駆動部 図１０には、機械軸駆動部５６の回路構成が示されてい
る。

【００８８】この図に示されるように、機械軸駆動部５
６は、方位軸３６を駆動するＡＺ軸駆動手段６６と、仰
角軸２４を駆動するＥＬ軸駆動手段６８と、を備えてい
る。また、方位軸３６の角度を検出するＡＺ軸角度検出
手段７０と、仰角軸２４の角度を検出するＥＬ軸角度検
出手段７２と、が設けられ、それぞれＡＺ軸駆動手段６
６及びＥＬ軸駆動手段６８に接続されている。

【００８９】ＡＺ軸駆動手段６６及びＥＬ軸駆動手段６
８は、それぞれ方位軸モータ４０及び仰角軸モータ２８
を含み、方位仰角入力部６０から供給されるＡＺ軸制御
量及び制御量演算部５８から供給されるＥＬ軸制御量に
応じて方位軸３６または仰角軸２４を駆動する手段であ
る。なお、ＡＺ軸制御量は、移動体に対する衛星の相対
方位（以下、単に相対方位という）に等しい。また、Ａ
Ｚ軸角度検出手段７０は図７において方位軸角度検出器
６２として、ＥＬ軸角度検出手段７２は仰角軸角度検出
器６０として、それぞれ設けられている。これらは、例
えばロータリエンコーダ等の装置によって実現可能なも
のである。

【００９０】ＡＺ軸制御量が供給されると、ＡＺ軸駆動
手段６６はこれに応じてモータ４０を回転駆動させ、方
位軸３６を回転させる。方位軸３６の角度変化はＡＺ軸
角度検出手段７０により検出され、ＡＺ軸駆動手段６６
は、ＡＺ軸角度検出手段７０により検出された角度に基
づき方位軸３６の角度を調整する。すなわち、ＡＺ軸駆
動手段６６及びＡＺ軸角度検出手段７０は、方位軸３６
に係るサーボループを形成している。

【００９１】同様に、ＥＬ軸駆動手段６８は、制御量演
算部５８から供給されるＥＬ軸制御量に応じて仰角軸２
４を駆動し、更にＥＬ軸角度検出手段７２は仰角軸２４
の角度を検出してＥＬ軸駆動手段６８に供給する。

【００９２】従って、機械軸駆動部５６により、アレイ
アンテナ１４に係る機械軸（ＡＺ軸及びＥＬ軸）が駆動
される。

【００９３】（４．２）制御量演算部 図１１には、制御量演算部５８の構成が示されている。

【００９４】この図に示されるように、制御量演算部５
８は、ＥＬ軸制御量演算手段７４及び移相器制御量演算
手段７６を備えている。ＥＬ軸制御量演算手段７４はＥ
Ｌ軸制御量を、移相器制御量演算手段７６は移相器制御
量を、それぞれ演算する手段である。

【００９５】これらの制御量の演算は、方位・仰角入力
部６０から供給される衛星仰角及び衛星方位に基づき実
行される。衛星仰角は、この実施例に係る装置が搭載さ
れる移動体、例えば船舶が存在する地点において、衛星
を仰いだ時の角度である。また、衛星方位は、移動体を
基準ととした衛星の方位、すなわち相対方位であり、例
えば経線を基準にとる絶対方位ではない。

【００９６】更に、ＥＬ軸制御量演算手段７４及び移相
器制御量演算手段７６は、揺動検出手段６４からロー
ル、ピッチに係る情報を取り込む。ここで、ロールと
は、装置が搭載される船舶等の横揺れを表す成分であ
り、ピッチは縦揺れを表す成分である。ＥＬ軸制御量演
算手段７４及び移相器制御量演算手段７６は、このロー
ル及びピッチに応じ、アレイアンテナ１４の仰角を制御
し、更にビーム指向特性を切り替えるべく、各制御量の
演算を行う。

【００９７】この実施例においては、専ら方位軸３６の
回動によって衛星の相対方位に追従し、更に仰角軸２４
の回動及びビーム指向特性の切換えによって、移動体の
揺動を補償するよう、各制御量の演算が行われる。この
演算は、移動体に固定されている極座標系が揺動により
他の極座標系に変化する状態に基づくオイラー変換とし
て表わされる基本計算式に基づいて行われるものであ
る。ここではその詳細は省略するが、本発明の特徴とす
るところのビームの広がりによって、ＡＺ軸制御量とし
て衛星の相対方位を直ちに用いることができる点に注目
する必要がある。 （４．３）方位・仰角入力部 図１２には、制御量演算部５８に衛星仰角及び方位に係
る情報を供給する方位・仰角入力部６０の構成が示され
ている。

【００９８】この方位・仰角入力部６０は、ＧＰＳ等の
航法装置から移動体の位置を入力し格納する手段を有し
ている。すなわち、この方位・仰角入力部６０において
は、移動体の緯度及び経度並びに衛星の位置を取り込ん
で衛星の仰角及び絶対方位を演算する衛星方位仰角入力
手段７８が設けられている。すなわち、衛星の位置が既
知であれば、この位置と、緯度及び経度と、を用いて衛
星の仰角及び絶対方位を求めることができる。ここに、
絶対方位とは、経線を基準とした衛星の方位である。

【００９９】衛星方位仰角入力手段７８によって求めら
れた衛星仰角は、衛星仰角レジスタ８０に供給される。
衛星仰角レジスタ８０は、衛星方位仰角入力手段７８か
ら供給される衛星仰角を一時記憶し、制御量演算部５８
に供給する。なお、この衛星仰角レジスタ８０について
は、後述のステップトラック回路よりステップトラック
が実行される。このステップトラックにより、アレイア
ンテナ１４の方位・仰角及びビーム指向特性が切り替え
られ、アンテナ出力処理部６２における受信レベルが良
好となるよう装置の動作が調整される。このステップト
ラック回路の構成については、本願出願人の先出願に係
る特願平２−２４０４１３号等に示されている。

【０１００】一方、この方位・仰角入力部６０において
は、移動体方位レジスタ８２及び衛星方位レジスタ８４
が設けられている。移動体方位レジスタ８２は、搭載に
係る移動体の方位（移動体方位）を格納するレジスタで
ある。すなわち、ジャイロコンパス等の出力は、移動体
方位の変化を表わしており、これを逐次加算することに
より移動体方位が得られる。この逐次加算のため、コン
パス入力は、移動体方位レジスタ８２に前置された加算
器８６に入力される。この加算器８６は、移動体方位レ
ジスタ８２に格納されている移動体方位と、コンパス入
力と、を加算し、加算の結果により移動体方位レジスタ
８２の内容を更新する。

【０１０１】移動体方位レジスタ８２の後段には、加算
器８８が設けられている。この加算器８８には、移動体
方位レジスタ８２の内容の他、衛星方位仰角入力手段７
８によって求められる衛星の絶対方位が入力される。こ
の加算器８８は、衛星方位仰角入力手段７８によって入
力された衛星の絶対方位から移動体方位レジスタ８２の
内容すなわち移動体方位を減算し、衛星の相対方位を求
める。加算器８８によって求められた衛星の相対方位
は、衛星方位レジスタ８４に一時記憶され、更に制御量
演算部５８及び機械軸駆動部５６に供給される。従っ
て、この実施例に係る方位・仰角入力部６０において
は、ＧＰＳ等によって得られる緯度及び経度により、衛
星仰角及び衛星の相対方位が求められ、コンパス入力に
より移動体方位の修正を通じて衛星の相対方位が修正さ
れることとなる。

【０１０２】なお、移動体方位レジスタ８２にも、衛星
仰角レジスタ８０と同様に、ステップトラックが行われ
る。

【０１０３】（４．４）アンテナ出力処理部 図１３には、この実施例において用いられるアンテナ出
力処理部６２の構成が示されている。

【０１０４】アンテナ出力処理部６２は、アレイアンテ
ナ１４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１３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。

【０１０５】この図に示されるアンテナ出力処理部６２
は、受信機９０、受信レベル信号発生手段９２及びステ
ップトラック制御回路９４を有している。

【０１０６】受信機９０は、アレイアンテナ１４からの
出力を取り込む装置である。受信機９０は、例えばＬＮ
Ａ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１４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１４に近接した
位置に配置される。

【０１０７】なお、受信機フロントエンドのみをアレイ
アンテナ１４の背面に、受信機９０の他の構成部分を例
えばレドーム４８底面等に、それぞれ配置して行われる
信号の伝送は、一般にＲＦ伝送と呼ばれ、一方、受信機
９０の全体をアレイアンテナ１４の背面に配置して行わ
れる信号の伝送は一般にＩＦ伝送と呼ばれる。本発明
は、このいずれの伝送でも適用可能であるため、図１３
においては両者を区別していない。

【０１０８】受信機９０の後段に設けられる受信レベル
信号発生手段９２は、受信機９０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９０は、アン
テナ出力の周波数をより低い周波数に変換し、いわゆる
ＩＦ信号として出力する。受信レベル信号発生手段９２
は、このＩＦ信号取り込んで、ＩＦ信号に含まれるキャ
リアのレベル等からＣ／Ｎ0 を推定し、この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。ここで、Ｃは搬送波出力を、Ｎ0 は１Ｈｚ当りの
雑音電力を、それぞれ表している。従って、Ｃ／Ｎ0 は
搬送波対雑音電力比と呼ばれる。

【０１０９】受信レベル信号発生手段９２により得られ
る受信レベル信号は、後続するステップトラック制御回
路９４に入力される。ステップトラック制御回路９４
は、受信レベル信号の値に応じ、仰角及び方位に係るス
テップトラック角を生成し、出力する回路である。ステ
ップトラック制御回路９４から出力されるステップトラ
ック角は、衛星仰角レジスタ８０及び移動体方位レジス
タ８２にそれぞれ供給され、各レジスタ８０及び８２の
内容を微調整させる。この微調整に係る角度がステップ
トラック角であり、ステップトラック角にはプラスまた
はマイナスの符号が付されている。この符号は、受信レ
ベル信号発生手段９２により得られる受信レベル信号の
値に応じ、この受信レベル信号の値をより増大させる方
向に決定されるものである。なお、このステップトラッ
ク制御回路９４の構成については、例えば特願平２−１
７５０１４号、特願平２−２４０４１３号等の本願出願
人の先提案に基本的に開示済であるので、ここでは省略
する。

【０１１０】（５）第１実施例の動作 次に、このような回路構成を有する本実施例の動作につ
いて説明する。

【０１１１】まず、方位・仰角入力部６０には、ジャイ
ロコンパス等の装置から移動体方位が入力され、移動体
方位レジスタ８２に格納される。移動体方位レジスタ８
２については、ステップトラックが施される。また、方
位・仰角入力部６０においては、衛星方位仰角入力手段
７８により衛星の仰角及び絶対方位が得られる。得られ
た情報のうち衛星の仰角は、衛星仰角レジスタ８０に供
給され、必要に応じてステップトラック角による修正を
受けつつ制御量演算部５８に出力される。一方、衛星の
絶対方位は加算器８８に供給され、この加算器８８にお
いて衛星の絶対方位から移動体方位が減算され、衛星方
位レジスタ８４に相対方位として供給される。

【０１１２】衛星仰角レジスタ８０及び衛星方位レジス
タ８４に格納されている衛星仰角及び衛星の相対方位
は、共に制御量演算部５８及び機械軸駆動部５６に供給
される。この場合、ＥＬ軸制御量演算手段７４及び移相
器制御量演算手段７６は、衛星仰角及び衛星の相対方位
に基づき衛星の追尾に係る演算を実行する。また、各制
御量演算手段７４及び７６には、揺動検出手段６４の出
力が取り込まれ、この出力に基づき揺動補償に係る制御
量演算が実行される。

【０１１３】この制御量演算は、専ら方位軸３６によっ
て衛星方位の変化分を補償し、仰角軸２４及びビーム切
換によって仰角及び揺動を補償するよう行われる。すな
わち、方位・仰角入力部６０から出力される情報のう
ち、衛星の相対方位はそのままＡＺ軸制御量として機械
軸駆動部５６のＡＺ軸駆動手段６６に入力される。ま
た、この相対方位に加え、衛星仰角は制御量演算部５８
に入力され、ＥＬ軸制御量及び移相器制御量が求められ
る。ＥＬ軸制御量は、機械軸駆動部５６のＥＬ軸駆動手
段６８に入力され、移相器制御量はアレイアンテナ１４
の移相器駆動回路２０に移相器制御信号として入力され
る。

【０１１４】ＡＺ軸駆動手段６６及びＥＬ軸駆動手段６
８は、それぞれ衛星の相対方位及びＥＬ軸制御量に基づ
き、方位軸３６及び仰角軸２４を駆動制御し、アレイア
ンテナ１４の移相器駆動回路２０は移相器制御信号に応
じて移相器１８−１及び１８−３の移相量をデジタル信
号により制御して、これにより、衛星の追尾及び移動体
の揺動補償が実行されることになる。

【０１１５】（６）第１実施例の効果 このような構成を有する本実施例により、ＸＥＬ軸に係
る制御、すなわち移相器１８−１及び１８−３の移相量
の制御が簡易になる。これは、本実施例に係るアレイア
ンテナ１４がブロードなビームを有しているため、これ
により頻繁なビーム切換えが不要となることによる。移
相器駆動回路２０から出力されるディジタル信号のビッ
ト数を低減することができる。

【０１１６】更に、この実施例においては、アレイアン
テナ１４の構成が小型・簡易であり、装置を安価に構成
することが可能になる。すなわち、各アンテナ素子１０
毎に移相器１８を設けるようにしていないため、移相器
１８の配置及びその制御に係る回路構成が簡易となり、
装置価格が安価になる。またアレイアンテナは、パラボ
ラアンテナ等に比べ突出した放射器がないため、この面
からも装置の小型化が可能になる。アンテナ素子１０の
個数が中央列で最大となるよう重み付けした場合、すな
わち（２，３，２）配列等の場合、ビームパターンの調
整の他、中央列に係る移相が固定されているため位相ジ
ャンプの低減という効果も得られる。位相ジャンプは、
可変移相器をＰＩＮダイオード等を用いて構成した場合
に位相切換時に過渡的に生じる現象であり、顕著な場合
にはディジタルデータの送受信の際ビットエラーの原因
となる。本実施例においては、最も素子１０の個数が多
い中央列について位相切り替えを行っていないため、位
相ジャンプが著しく抑制される。なお、この効果は素子
１０の個数が中央列で比較的多ければ得られるものであ
り、（２，２，２）配列のように各列の素子１０の個数
が等しい配列でも得られる。さらに、（２，３，２）配
列のように中央列のアンテナ素子１０数が両端の列のそ
れより多い場合、アンテナ１２形状が楕円形に近付き、
アンテナ１２の最大径の低減及びレドーム４８の小型化
という効果を得ることができる。また、中央の列におい
て可変移相器を用いない（固定移相器を用いる）こと
は、費用の低減となる。更に、このアレイアンテナ１４
を偏心支持する場合には、レドーム４８の底面にアクセ
スハッチ５２を設けることが可能となるため、小型なア
レイアンテナ１４を有するアンテナ装置においても保守
性等の高い装置が実現できる。この効果は、仰角軸２４
をレドーム４８に直接取り付けた場合でも同様に得られ
るものであり、この場合には更にフレーム等の省略によ
るレドーム４８の小型化という効果を得ることができ
る。

【０１１７】（７）第２実施例の回路構成 図１４には、本発明の第２実施例に係る揺動補償型アン
テナ装置の全体回路構成が示されている。

【０１１８】この実施例が前述の第１実施例と最も異な
る点は、方位・仰角入力部５４が探索制御によって衛星
の相対方位を求める点にある。この実施例におけるアレ
イアンテナ１４、機械軸駆動部５６、揺動検出手段６４
は、第１実施例と全く同一の構成であるため、その説明
を省略する。

【０１１９】（７．１）方位・仰角入力部 図１５には、この実施例における方位・仰角入力部６０
の構成が示されている。この図に示される方位・仰角入
力部６０は、第１実施例における方位・仰角入力部６０
と同様に、衛星仰角レジスタ８０、衛星方位レジスタ８
４及び加算器８６を有している。但し、この実施例の場
合、衛星方位レジスタ８４は必要に応じてステップトラ
ックによる制御を受ける。これは、この実施例における
衛星の相対方位の更新が、移動体方位の更新としではな
く、衛星の相対方位の直接的更新によるためである。す
なわち、この実施例に係る方位・仰角入力部６０におい
ては、移動体方位レジスタ８２が設けられておらず、更
に衛星の絶対方位に係る情報も入力されていない。

【０１２０】従って、この実施例においては、衛星方位
レジスタ８４の内容が、加算器８６によるコンパス入力
との加算により逐次更新される。一方、衛星仰角レジス
タ８０及び衛星方位レジスタ８４には、探索制御によっ
て得られた衛星の仰角及び衛星の相対方位が格納される
ことになる。このため、この実施例においては、探索制
御手段９６が設けられている。

【０１２１】探索制御手段９６は、装置への電源の投
入、外部からのサーチ指令、及び後述するアンテナ出力
処理部６２の復調器によって生成されるキャリア検出信
号（ＣＤ）に応じ、探索制御を実行する。この探索制御
手段９６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、衛星の仰角と、衛星の相対方位と、の両者について
探索制御を実行する必要がある。

【０１２２】従って、この実施例においては、移動体の
位置に係る緯度及び経度を用いることなく、衛星の相対
方位が求められている。

【０１２３】（７．２）アンテナ出力処理部 図１６には、アンテナ出力制御部６２の構成が示されて
いる。この実施例におけるアンテナ出力処理部５８は、
第１実施例における構成に加え、受信機１０２の出力を
取り込む復調器９８を備えている。復調器９８は、受信
機９０の出力であるＩＦ信号を取り込み、ＣＤを生成す
る回路である。

【０１２４】この復調器９８において行われるキャリア
検出動作は、一般の復調器における基本動作の１つであ
り、例えばＰＬＬによる方法など多数の方法が開発また
は実用化されている。キャリア検出の結果であるＣＤ
は、所望の信号を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、復調器９８は、これを探索制
御手段９６に供給し、探索制御の基礎となる情報として
提供する。

【０１２５】（８）第２実施例の動作 次に、この実施例の動作について、特に第１実施例との
動作の相違に着目して説明する。

【０１２６】この実施例においては、電源投入等に応
じ、探索制御手段９６による探索が実行される。すなわ
ち、探索制御手段９６は、探索制御角を生成し衛星仰角
または衛星の相対方位としてそれぞれ衛星仰角レジスタ
８０及び８４に供給する。衛星仰角レジスタ８０及び衛
星方位レジスタ８４に探索制御手段９６から探索角が供
給されると、制御量演算部５８は、衛星仰角レジスタ８
０及び衛星方位レジスタ８４から衛星の仰角及び相対方
位を読み込み、追尾に係る制御量を演算する。この結果
得られた制御量に基づき、機械軸駆動部５６が制御さ
れ、方位軸３６及び仰角軸２４が回動する。また、移相
器制御量演算手段７６により求められた移相器制御量が
移相器制御信号としてアレイアンテナ１４の移相器駆動
回路２０に供給され、ＸＥＬ軸に係る探索が実行され
る。探索は、例えば天頂から開始し、水平線で終了する
らせんに沿ってビーム方向が変化するよう行われる。

【０１２７】探索時においてアレイアンテナ１４から得
られる出力は、受信機９０及び復調器９８を介してＣＤ
として探索制御手段９６に供給される。探索制御手段９
６は、所定のＣＤが得られるまで探索を実行し、その後
通常の動作に移行する。

【０１２８】通常の動作においては、ジャイロコンパス
等に係る方位入力が、加算器８６に供給される。加算器
８６に方位入力が供給されると、この入力が衛星方位レ
ジスタ８４の内容に加算され、当該衛星方位レジスタ８
４の内容、すなわち衛星の相対方位が更新される。この
更新された相対方位及び衛星仰角レジスタ８０に格納さ
れている衛星仰角は、制御量演算部５８及び機械軸駆動
部５６に供給され、衛星の追尾に係る制御量が演算され
る。この時、制御量演算部５８には、揺動検出手段６４
から移動体の揺動に係るロール、ピッチの情報が供給さ
れ、所定のアルゴリズムにより揺動補償に係る制御量が
演算される。すなわち、この場合においては、ＡＺ−Ｅ
Ｌ−ＸＥＬマウントのうちＥＬ及びＸＥＬに係る制御量
が求められる。

【０１２９】このようにして求められた制御量は、ＥＬ
軸については機械軸駆動部５６に供給され、ＸＥＬ軸に
ついてはアレイアンテナ１４の移相器駆動回路２０に供
給される。

【０１３０】（９）第２実施例の効果 従って、この実施例によれば、ＧＰＳ等からの移動***
置入力を用いることなく、衛星の追尾及び揺動補償を実
行することができる。

【０１３１】（１０）その他 以上の説明においては、方位入力に係る装置としてジャ
イロコンパス等を仮定しているが、これはジャイロコン
パスでなくともかまわない。また、レドーム３８の支持
については何ら触れていないが、これは通常の方法、例
えば支柱により船舶の甲板上に固定するようにすれば良
い。また、実願平２−８９７１３号に開示されている支
持構造を応用できる。

【０１３２】

【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、アンテナ基板上におけるアンテナ素子の配列
を市松模様状としたため、水平方向におけるアンテナ素
子の距離が小さくなり、従って、サイドローブが小さ
く、ビームの広がりが大きいアンテナパターンが得られ
る。この結果、アレイアンテナを小型にしつつ、かつ、
ＸＥＬ軸に係る制御が簡素となり、安価なアレイアンテ
ナが得られる。

【０１３３】また、請求項２によれば、アンテナ素子個
数の重み付け設定により、所望のアンテナパターンを実
現できる。

【０１３４】更に、請求項２又は３によれば、アンテナ
素子の個数が中央列で最大となるよう重み付けされるた
め、所望のアンテナパターンを実現できる。特に、中央
列に属するアンテナ素子の個数を、両端の列に属するア
ンテナ素子の個数より大とすることによりサイドローブ
が抑圧され、前述の効果がより顕著となる。また、素子
数が最も多い中央列については可変移相器を設けずある
いは固定移相器を設けるのみで足りるため、可変移相器
の個数低減によるコスト低減、可変移相器の切り替えに
起因する位相ジャンプの低減という効果も得られる。こ
の効果は、各列のアンテナ素子数が等しい場合にも得ら
れる。中央列のアンテナ素子数が両端の列のそれより多
い場合、アンテナ形状を楕円形に近付けることが可能に
なり、アンテナの最大径を低減してレドーム等を小型化
できる。 請求項４によれば、ＥＬ軸をレドームに取り付
け、レドームごとＡＺ軸として回転させることとしたた
め、レドーム内の容積が小さくて足り、従って小型な装
置が得られる。

【０１３５】また、請求項５によれば、アンテナ素子に
係る信号伝達用のケーブルを中空のＡＺ軸を通して外部
に引き出すことにしたため、レドームの回転に対するケ
ーブルの（張力の）影響を最少にとどめられ、また、よ
り集積性の高い装置が得られる。

【０１３６】更に、請求項６によれば、請求項１乃至５
に記載のアレイアンテナを使用して、良好な衛星の追尾
及び移動体の揺動補償を行うことができる。更に、この
場合において、アレイアンテナのビームをブロードに構
成できるため、より好適に追尾及び揺動補償を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアレイアンテナの構
成、特に（２，２，２）素子配列の構成を示す平面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例に係るアレイアンテナの構
成、特に（２，３，２）素子配列の構成を示す平面図で
ある。

【図３】本実施例におけるアレイアンテナの回路構成を
示す平面図である。

【図４】図１に示される構成でのアンテナパターンを示
す図である。

【図５】図２に示される構成でのアンテナパターンを示
す図である。

【図６】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７】本発明の一実施例に係る揺動補償型アンテナ装
置の構成を示す概略断面図である。

【図８】図７に示される実施例の背面構成を示す背面図
である。

【図９】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ある。

【図１０】この実施例における機械軸駆動部の構成を示
すブロック図である。

【図１１】この実施例における制御量演算部の構成を示
すブロック図である。

【図１２】この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１３】この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１４】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１５】この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】この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】一従来例に係るアレイアンテナの構成、特に
（２，２，２）素子配列の構成を示す平面図である。

【図１８】いわゆるＡＺ−ＥＬ−ＸＥＬ軸構成を示す図
である。

【図１９】図１７に示されるアレイアンテナによるアン
テナパターンを示す図である。

【符号の説明】

１０ アンテナ素子 １４ アレイアンテナ １８−１，１８−３ 移相器 ２４ 仰角軸 ２８ 仰角軸モータ ３６ 方位軸 ３８ 支持脚 ４０ 方位軸モータ ５６ 機械軸駆動部 ５８ 制御量演算部 ６０ 方位・仰角入力部 ６２ アンテナ出力処理部 ６４ 揺動検出手段 ６６ ＡＺ軸駆動手段 ６８ ＥＬ軸駆動手段 ７４ ＥＬ軸制御量演算手段 ７６ 移相器制御量演算手段 ７８ 衛星方位仰角入力手段 ８０ 衛星仰角レジスタ ８２ 移動体方位レジスタ ８４ 衛星方位レジスタ ８６ 加算器 ８８ 加算器 ９０ 受信機 ９２ 受信レベル信号発生手段 ９６ 探索制御手段 ＡＺ アジマス ＥＬ エレベーション ＸＥＬ クロスエレベーション

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のアンテナ素子が配置されたアンテナ
   と、アンテナを仰角方向に回動可能に支持するエレベー
   ション軸と、アンテナ及びエレベーション軸を一体とし
   て方位方向に回動可能に支持するアジマス軸と、各アン
   テナ素子により送信及び／又は受信される信号を移相さ
   せるよう、仰角方向に沿うＮ（Ｎ：複数）列のうち、Ｎ
   又はＮ−１列のアンテナ素子群毎に設けられた複数の移
   相器と、を有する２軸機械軸のアレイアンテナにおい
   て、 アンテナにおけるアンテナ素子の配列が、市松模様状で
   あることを特徴とするアレイアンテナ。
2. 【請求項２】請求項１記載のアレイアンテナにおいて、 仰角方向に沿う各列に属するアンテナ素子の個数が、中
   央列で最大となるようビームパターンに応じ重み付け設
   定されたことを特徴とするアレイアンテナ。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のアレイアンテナにお
   いて、隣接する列の間隔が動作波長で０．５５波長未満であ
   り、 Ｎが奇数であり、 中央の列を除く列に設けられた移相器が可変移相器であ
   る ことを特徴とするアレイアンテナ。
4. 【請求項４】請求項１，２又は３記載のアレイアンテナ
   において、少なくともアンテナ及びエレベーション軸を覆うよう所
   定周波数の電波を透過させる材質で形成され、側面には
   エレベーション軸が取り付けられるレドームを有し、 アジマス軸が、レドームの底面においてアレイアンテ
   ナ、エレベーション軸及びレドームを支持する ことを特
   徴とするアレイアンテナ。
5. 【請求項５】請求項１乃至４記載のアレイアンテナにお
   いて、アンテナに接続され、当該アンテナ素子により送信及び
   ／又は受信される信号を伝達するケーブルを有し、 アジマス軸が中空であり、 アジマス軸を介してケーブルが外部に引き出される こと
   を特徴とするアレイアンテナ。
6. 【請求項６】請求項１乃至５記載のアレイアンテナと、 衛星の仰角及び相対方位を求める衛星情報入力手段と、 移動体の揺動量を検出する揺動検出手段と、 アジマス軸を回転駆動させるアジマス軸モータと、 エレベーション軸を回転駆動させるエレベーション軸モ
   ータと、 衛星の相対方位に応じてアジマス軸モータに回転角を指
   示し、アジマス軸の回転量を制御するアジマス軸制御手
   段と、 衛星の仰角及び相対方位並びに移動体の揺動量に応じて
   エレベーション軸モータに回転角を指示し、エレベーシ
   ョン軸の回転量を制御するエレベーション軸制御手段
   と、 衛星の仰角及び相対方位並びに移動体の揺動量に応じて
   移相器の移相量を求め、アレイアンテナのビーム方向を
   制御する電子クロスエレベーション軸制制手段と、 を備え、 アレイアンテナが搭載される移動体の揺動を補償しつ
   つ、衛星を追尾することを特徴とする揺動補償型アンテ
   ナ装置。