JP3149156B2 - 移動体搭載用マイクロ波アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用の衛星放送受信
アンテナ装置に代表される追尾型の移動体搭載用マイク
ロ波アンテナ装置に係り、特に、坂道走行時などにおい
て静止衛星の相対位置が仰角方向に変化した場合の対応
策に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の移動体に搭載されて衛星放送
受信に用いられる追尾型のマイクロ波アンテナ装置は、
移動体が走行中のときも放送衛星（静止衛星）からの電
波が受信できなければならないので、アンテナのメイン
ビームを該放送衛星の方位角および仰角に一致させるよ
うな指向制御を行う必要がある。

【０００３】そのため、従来技術として、メインビーム
をアンテナ面に対して垂直方向に設定した平面アンテナ
と、この平面アンテナを機械的に方位角方向および仰角
方向に回転可能な駆動機構とを備え、方位角追尾と仰角
追尾の両方が行えるようにしたアンテナ装置が知られて
いるが、この種のアンテナ装置は、衛星放送受信時に平
面アンテナを水平面に対して斜めに傾けなければなら
ず、装置の高さが１５０ｍｍ程度になってしまうので、
自動車等の移動体上に搭載する場合に屋根からの突出量
が大きすぎて、移動体の美観を損ねるばかりでなく、走
行時に大きな風圧を受けて空力特性の劣化等を招来する
という不具合があった。また、方位角追尾と仰角追尾の
両方を行うため追尾機構の複雑化が避けられず、それゆ
え、製造コストが高く、且つ装置の重量も５〜５０Ｋｇ
と重くなって小型車への搭載が困難であるという問題も
あった。

【０００４】そこで従来、この種のアンテナ装置の小型
軽量化や低コスト化を図るため、例えば特開平５−１５
２８２４号公報に記載されている本発明者による先願技
術のように、アンテナのメインビームの仰角を予め放送
衛星の方向に概略一致させておき、方位角のみを追尾す
るようにしたアンテナ装置が提案されている。すなわ
ち、かかる従来技術は、平面アンテナを移動体上に略水
平に設置した状態で放送衛星からの電波を受信できるよ
うにするため、平面アンテナのメインビームのアンテナ
面に対する傾き角を放送衛星の仰角に概略一致させてお
くことにより、平面アンテナを方位角方向にのみ回転駆
動するだけで放送衛星を追尾できるようになっている。
その結果、移動体の屋根からの装置の突出量を５０ｍｍ
程度に抑えることができて、移動体の美観を大きく損な
う心配がなくなるとともに、空力特性の劣化も最小限に
抑えられ、また、方位角のみの簡単な追尾機構で済むた
め製造コストが安く、装置の重量も２ｋｇ程度と軽くな
って小型車への搭載が容易になる等、種々のメリットが
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、小型軽
量化や低コスト化に有利な上述した従来のアンテナ装置
も、移動体が坂道を走行しているときに、平面アンテナ
のメインビームが衛星方向からずれて受信感度が劣化し
やすいという不具合があった。また、放送衛星の仰角は
日本国内でも受信地域によって約２０度異なるが、平面
アンテナのメインビームの仰角方向のビーム幅は約１０
度なので、かかる従来のアンテナ装置を搭載した移動体
が日本国内のどこにあっても衛星放送を受信できるとい
うわけではなく、例えば東日本と西日本とでは、アンテ
ナ面に対するメインビームの傾き角が異なる別のアンテ
ナ装置を使用しなければならず、汎用性に欠けるという
不具合があった。

【０００６】本発明はこのような従来技術の不備に鑑み
てなされたもので、その目的は、小型軽量化や低コスト
化に有利であり、且つ坂道走行時にも良好な受信感度が
得られ、しかも広範囲な地域で使用できて汎用性に富
む、移動体搭載用マイクロ波アンテナ装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の上述した目的
は、それぞれのメインビームの方位角を一致させた状態
で移動体上に略水平に設置される一対の平面アンテナ
と、これら一対の平面アンテナを互いに同期させて方位
角方向に回転させる回転駆動手段とを備え、一方の前記
平面アンテナのメインビームをそのアンテナ面に対して
第１の傾き角（例えば放送衛星の仰角よりも若干大きな
角度）に設定するとともに、他方の前記平面アンテナの
メインビームをそのアンテナ面に対して前記第１の傾き
角とは異なる第２の傾き角（例えば放送衛星の仰角より
も若干小さな角度）に設定することによって達成され
る。そして、前記一対の平面アンテナのうちいずれか一
方を選択して受信回路に接続するアンテナ切換えスイッ
チと、該受信回路に接続されている一方の平面アンテナ
の受信信号の強度が所定値よりも小さいとき、前記アン
テナ切換えスイッチに他方の平面アンテナを選択して前
記受信回路に接続させるための自動切換え信号を出力す
る制御手段とを備え、前記アンテナ切換えスイッチにて
接続される平面アンテナが前記自動切換え信号に応じて
選択される構成にしておけば好ましい。

【０００８】

【作用】上述したように、アンテナ面に対するメインビ
ームの傾き角が異なる一対の平面アンテナを互いに同期
させて方位角方向に回転させる構成にしておけば、衛星
方向に対するメインビームの仰角方向のずれが少ない方
の平面アンテナを適宜接続することができるので、例え
ば移動体が南北に大きく移動したり坂道にさしかかって
放送衛星の相対位置が仰角方向に変化したとしても、接
続する平面アンテナを切換えることで常に良好な受信感
度が得られるようになる。しかも、これら一対の平面ア
ンテナは、方位角方向に同期回転させるので、駆動モー
タや回転制御機構を別々に設ける必要がなく、よって追
尾機構の複雑化が回避できて小型軽量化や低コスト化に
有利となる。

【０００９】また、上述したように、アンテナ切換えス
イッチにて接続される平面アンテナが自動切換え信号に
応じて選択される構成にしておけば、受信感度を確認し
たうえでの手動によるアンテナ切換え操作が不要となる
ので、操作性が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係る移動体搭載
用アンテナ装置の概略平面図、図２は同実施例の回路構
成を示すブロック図である。これらの図において、符号
１はアンテナ部２とＬＮＢ３とからなるアンテナ機構を
総括的に示し、このアンテナ機構１は、受信機４や受信
強度検出装置５や制御装置６やモータドライバ７やモー
ド選択スイッチ８等の外部機器と接続されて受信システ
ムを構成している。そして、前記アンテナ部２は、一対
の平面アンテナ２０，２１と、これらの平面アンテナ２
０，２１を方位角方向に回転駆動するためのモータ（ス
テッピングモータ）２２と、このモータ２２の駆動軸に
取着したプーリ２３と、複数の回転ガイド２５と、プー
リ２３に巻き掛けられた２本のベルト２６，２７等によ
り構成されており、モータ２２を制御する信号がモータ
ドライバ７から入力端子２４に供給されるようになって
いる。また、前記ＬＮＢ３は、低雑音増幅器３０，３１
と、電子スイッチ（アンテナ切換えスイッチ）３２と、
ミキサ３３と、局部発振器３４と、中間周波増幅器３５
と、チョークコイル３６と、コンデンサ３７と、中間周
波信号（ＢＳ−ＩＦ信号）出力端子３８等により構成さ
れている。

【００１２】ここで、アンテナ部２について詳述する
と、平面アンテナ２０，２１はいずれも、本発明者が先
に提案した特開平５−１５２８２４号公報記載のアンテ
ナとほぼ同等の構成である。つまり、円形の平面アンテ
ナ２０は、外周部の複数個所が回動自在な回転ガイド２
５に支持されているとともに、この外周部にベルト２６
が巻き掛けられており、該ベルト２６をプーリ２３を介
してモータ２２で駆動することにより、平面アンテナ２
０は方位角方向（周方向）に正逆回転できるようになっ
ている。同様に、円形の平面アンテナ２１も、回転ガイ
ド２５に支持されている外周部にベルト２７が巻き掛け
られており、該ベルト２７やプーリ２３を介して、モー
タ２２が平面アンテナ２１を方位角方向に正逆回転でき
るようになっている。その結果、これら一対の平面アン
テナ２０，２１は、モータ２２により、方位角方向に互
いに同期して回転することになる。また、これら一対の
平面アンテナ２０，２１は、図１中に矢印で示している
ように、それぞれのメインビームの方位角を一致させた
状態で、移動体上に略水平に設置される。

【００１３】ただし、平面アンテナ２０と平面アンテナ
２１とでは、図３に示すように、アンテナ面に対するメ
インビームの傾き角が異なっている。すなわち、本実施
例の場合、平面アンテナ２０のメインビームのアンテナ
面に対する傾き角θ１を４２度に設定し、平面アンテナ
２１のメインビームのアンテナ面に対する傾き角θ２を
３４度に設定しており、θ１＞θ２なる関係が成立して
いる。ちなみに、東京における放送衛星の仰角は３８度
なので、このアンテナ装置を搭載した移動体が東京また
はその周辺地域にあるとすれば、一方の平面アンテナ２
０のメインビームの傾き角θ１は放送衛星の仰角よりも
若干大きく、他方の平面アンテナ２１のメインビームの
傾き角θ２は放送衛星の仰角よりも若干小さくなる。

【００１４】このように、本実施例では、アンテナ面に
対するメインビームの傾き角が異なる２つの平面アンテ
ナ２０，２１を、それぞれのメインビームの方位角を一
致させた状態で移動体上に略水平に設置して、１つのモ
ータ２２で両アンテナ２０，２１を方位角方向に同期回
転させるように構成しているので、これら一対の平面ア
ンテナ２０，２１は、それぞれのメインビームを仰角方
向に所定角度（８度）ずらした状態を保ち、且つそれぞ
れのメインビームの方位角を常に合致させた状態で、同
じ向きに回転駆動されることになる。

【００１５】さて、平面アンテナ２０または平面アンテ
ナ２１で受信された１２ＧＨｚ帯の衛星放送の電波は、
ＬＮＢ３により約１ＧＨｚ帯のＢＳ−ＩＦ信号に周波数
変換され、受信機４に入力される。受信機４は、映像や
音声の復調を行うとともに、受信強度検出装置５に検波
出力を供給する。受信強度検出装置５は、検波出力から
受信強度に比例した直流電圧である受信強度信号Ｖａを
作り出す。この受信強度信号Ｖａは制御装置６に供給さ
れ、この制御装置６において、受信強度信号Ｖａの強度
をしきい値Ｖｔ以上に保つための制御方法が選択され、
この制御方法を実行すべく、ステッピングモータ２２の
回転・停止を制御する信号が制御装置６からモータドラ
イバ７に供給される。これにより、例えば移動体が旋回
しているときにも、衛星放送の電波を受信している平面
アンテナを適宜回動させて、そのメインビームが常に衛
星方向を向くように制御するという方位角方向の追尾が
行える。また、後述するように、受信機４に接続されて
衛星放送の電波を受信している一方の平面アンテナの受
信強度が所定値よりも小さいときには、他方の平面アン
テナを受信機４に接続させるための信号が制御装置６か
らモード選択スイッチ８に出力されて、放送衛星の仰角
方向の相対位置変化に対応できるようになっている。

【００１６】次に、平面アンテナ２０，２１およびＬＮ
Ｂ３の動作について、さらに詳細に説明すると、平面ア
ンテナ２０の出力は低雑音増幅器３０に供給され、平面
アンテナ２１の出力は低雑音増幅器３１に供給される
が、これらの出力は電子スイッチ３２によりいずれかが
選択されて、選択された１２ＧＨｚ帯の出力がミキサ３
３により局部発振器３４からの信号と混合され、約１Ｇ
Ｈｚ帯のＢＳ−ＩＦ信号に変換される。そして、このＢ
Ｓ−ＩＦ信号は、中間周波増幅器３５を経て、端子３８
から受信機４に供給される。こうしてＬＮＢ３から受信
機４へＢＳ−ＩＦ信号が供給される一方で、受信機４か
らはＬＮＢ３を動作させるための直流が電子スイッチ３
２に供給される。この直流は、電圧がＥ１またはＥ２で
あって、チョークコイル３６を介して電子スイッチ３２
に供給され、この電子スイッチ３２は、電圧がＥ１のと
きに図２のＡ側に切換えられ、電圧がＥ２のときに図２
のＢ側に切換えられるようになっている。つまり、電子
スイッチ３２に供給される直流の電圧を切換えることに
より、受信機４に接続される平面アンテナがいずれか一
方（平面アンテナ２０または２１）に選択されるように
なっている。このとき、電圧がＥ１またはＥ２に変化し
ても、電子スイッチ３２が切換えられるだけで、ＬＮＢ
３の他の構成要素の動作は変化しない。

【００１７】ところで、受信機４から電子スイッチ３２
に供給される直流の電圧は、この受信機４に接続されて
いるモード選択スイッチ８を操作することによって随時
切換えることができる。すなわち、このモード選択スイ
ッチ８は、図２に示すように「ＡＮＴ１」と「ＡＮＴ
２」と「自動」という３つの接点を持っており、該スイ
ッチ８を「ＡＮＴ１」に設定した場合、ＬＮＢ３の端子
３８に電圧Ｅ１が印加されて、電子スイッチ３２は平面
アンテナ２０を選択する（第１の限定モード）。同様
に、該スイッチ８を「ＡＮＴ２」に設定した場合には、
ＬＮＢ３の端子３８に電圧Ｅ２が印加されて、電子スイ
ッチ３２は平面アンテナ２１を選択する（第２の限定モ
ード）。そして、該スイッチ８を「自動」に設定した場
合には、衛星放送の電波の受信状態に応じて電圧Ｅ１ま
たはＥ２が出力され、電子スイッチ３２は平面アンテナ
２０，２１のうちいずれか一方を自動的に選択する（自
動切換えモード）。

【００１８】ここで、モード切換えスイッチ８を「自
動」に設定した場合のアンテナ自動切換え動作の一例
を、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。な
お、制御装置６には、受信強度信号Ｖａの大きさを比較
判定するために、図５に示すように２つのしきい値Ｖ
ｔ，Ｖｓが予め設定されており、このうち、しきい値Ｖ
ｔは、受信強度がこれ以上あれば良好に受信できるとい
う電圧であり、しきい値Ｖｓは、辛うじて受信できると
いう限界値である。

【００１９】図４において、初期条件として、電子スイ
ッチ３２が平面アンテナ２０（ＡＮＴ１）を選択してい
るものとすると、まず、ステップＳ１の受信強度検出工
程において、この平面アンテナ２０で得られる受信強度
信号Ｖａの大きさＶａ１を検出する。この受信強度Ｖａ
１は制御装置６に供給され、ステップＳ２の強度比較工
程において、前記しきい値ＶｔやＶｓと比較される。そ
の結果、Ｖａ１≧Ｖｔであれば、良好に受信されている
と判断できるので、モータ２２を駆動せずにステップＳ
１の受信強度検出工程へ戻るが、Ｖｓ≦Ｖａ１＜Ｖｔの
場合には、受信状態がやや悪いので、モータ２２を駆動
して平面アンテナ２０を方位角方向に回転させるという
ステップＳ３の衛星追尾工程を行ってから、ステップＳ
１の受信強度検出工程へ戻る。

【００２０】また、ステップＳ２においてＶａ１＜Ｖｓ
の場合には、受信状態が極めて悪いので、それまで選択
していた平面アンテナ２０に代えて、電子スイッチ３２
に平面アンテナ２１を選択させるというステップＳ４の
アンテナ切換え工程に進む。次いで、ステップＳ５の受
信強度検出工程において、この平面アンテナ２１で得ら
れる受信強度信号Ｖａの大きさＶａ２を検出し、さらに
ステップＳ６の強度比較工程において、この受信強度Ｖ
ａ２をアンテナ切換え動作を行う直前の受信強度Ｖａ１
と比較する。その結果、Ｖａ２＞Ｖａ１であれば、平面
アンテナ２１（ＡＮＴ２）を選択した状態のまま、ステ
ップＳ１の受信強度検出工程に戻るが、Ｖａ２≦Ｖａ１
の場合は、アンテナ切換え動作を行って受信状態を悪化
させてしまったことになるので、ステップＳ７のアンテ
ナ切換え工程に進んで再び平面アンテナ２０（ＡＮＴ
１）を選択した後、ステップＳ１の受信強度検出工程に
戻る。

【００２１】なお、ステップＳ４やＳ７におけるアンテ
ナ切換え動作は、制御装置６が自動切換え信号をモード
選択スイッチ８に供給し、この自動切換え信号に応じて
該スイッチ８がＬＮＢ３の端子３８に電圧Ｅ１またはＥ
２を印加することによって実行されるが、該スイッチ８
が「ＡＮＴ１」または「ＡＮＴ２」に設定されていると
きには、自動切換え信号は無視される。

【００２２】したがって、移動体がほとんど平坦な限ら
れた地域のみを走行する場合には、モード選択スイッチ
８を「ＡＮＴ１」（第１の限定モード）または「ＡＮＴ
２」（第２の限定モード）に設定して、受信感度が良好
ないずれか一方の平面アンテナ２０または２１のみを限
定して使用することにより、アンテナ切換え動作に伴う
ノイズを回避することができる。

【００２３】また、モード選択スイッチ８を「自動」に
設定しておけば、移動体が南北に大きく移動したり坂道
にさしかかって放送衛星の相対位置が仰角方向に変化し
た場合にも、衛星方向に対するメインビームの仰角方向
のずれが少ない方の平面アンテナが自動的に選択される
ので、手動によるアンテナ切換え操作を行わなくとも常
に良好な受信感度が得られる。

【００２４】しかも、上述したアンテナ装置は、一対の
平面アンテナ２０，２１を方位角方向に同期回転させる
構成なので、駆動モータや回転制御機構を平面アンテナ
２０，２１ごとに設ける必要がなく、そのため追尾機構
の複雑化が回避できて小型軽量化や低コスト化に有利で
あり、小型車への搭載にも支障をきたさない。なお、こ
のアンテナ装置の各平面アンテナ２０，２１は、本発明
者が先に提案した特開平５−１５２８２４号公報記載の
ものとほぼ同等の構成なので、高周波電力損失が少ない
等の利点がそのまま継承されることは言うまでもない。

【００２５】ちなみに、本実施例では、メインビームの
アンテナ面に対する傾き角を、平面アンテナ２０が４２
度で平面アンテナ２１が３４度に設定してあり、メイン
ビームの仰角方向のビーム幅が約１０度であるから、こ
のアンテナ装置は、放送衛星の仰角が２９度〜４７度の
受信地域（日本国内であれば北海道中部から鹿児島県ま
での広い範囲）において、衛星放送受信が可能である。
また、放送衛星の仰角が３８度の東京で使用する場合、
傾斜角が９度以下の通常の坂道を移動体が走行している
ときにも衛星放送を受信できるので、このアンテナ装置
により受信感度を常に良好な状態に保つことができる。

【００２６】そして、第１または第２の限定モードを選
択する場合には、放送衛星の仰角が大きい地域では平面
アンテナ２０により良好に受信でき、仰角が小さい地域
では平面アンテナ２１により良好に受信できることか
ら、日本国内での衛星放送受信にあてはめると、西日本
では第１の限定モードを選択すればよく、東日本では第
２の限定モードを選択すればよい。

【００２７】なお、本実施例では、アンテナ切換え動作
を受信強度がしきい値Ｖｓよりも小さいときに行う構成
としているが、受信強度がＶｓ以上であってもしきい値
Ｖｔ未満のときにはアンテナ切換え動作を行うように構
成してもよい。その場合、映像の垂直同期期間に平面ア
ンテナを切換えるようにしておけば、受信映像を乱れさ
せることなく、受信強度がより大きい平面アンテナを選
択できる。

【００２８】また、本実施例では、平面アンテナ２０，
２１のそれぞれのメインビームをアンテナ面に対して異
なる傾き角に設定しているが、これとほぼ同等の構成で
２偏波対応アンテナ装置に発展させることもできる。例
えば、平面アンテナ２０を右旋円偏波用とし、平面アン
テナ２１を左旋円偏波用とした場合、スイッチ８により
両円偏波を切換えて使用できる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による移動
体搭載用マイクロ波アンテナ装置は、静止衛星に対する
メインビームの仰角方向のずれが少ない平面アンテナを
適宜選択できるので、放送衛星の相対位置が仰角方向に
変化したとしても、選択する平面アンテナを自動もしく
は手動で切換えることにより良好な受信感度が維持で
き、そのため坂道走行時の受信状況が改善されるととも
に、広範囲な地域で使用できて汎用性が高まるという優
れた効果を奏する。また、このアンテナ装置に配設した
一対の平面アンテナは、互いに同期させて方位角方向に
回転させるので、駆動モータや回転制御機構を別々に設
ける必要がなく、そのため追尾機構の複雑化が回避でき
て、小型軽量化や低コスト化に有利であるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る移動体搭載用アンテナ
装置の概略平面図である。

【図２】同実施例の回路構成を示すブロック図である。

【図３】同実施例における一対の平面アンテナのメイン
ビームのアンテナ面に対する傾き角を示す説明図であ
る。

【図４】同実施例におけるアンテナ自動切換え動作を説
明するためのフローチャートである。

【図５】同実施例で制御装置に設定されているしきい値
と受信強度の経時変化とを示す説明図である。

【符号の説明】

１ アンテナ機構 ２ アンテナ部 ３ ＬＮＢ ４ 受信機 ５ 受信強度検出装置 ６ 制御装置 ８ モード選択スイッチ ２０，２１ 平面アンテナ ２２ モータ（ステッピングモータ） ２６，２７ ベルト ３２ 電子スイッチ（アンテナ切換えスイッチ） ３８ 中間周波信号出力端子 θ１，θ２ （アンテナ面に対するメインビームの）傾
き角

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれのメインビームの方位角を一致
   させた状態で移動体上に略水平に設置される一対の平面
   アンテナと、これら一対の平面アンテナを互いに同期さ
   せて方位角方向に回転させる回転駆動手段とを備え、一
   方の前記平面アンテナのメインビームをそのアンテナ面
   に対して第１の傾き角に設定するとともに、他方の前記
   平面アンテナのメインビームをそのアンテナ面に対して
   前記第１の傾き角とは異なる第２の傾き角に設定したこ
   とを特徴とする移動体搭載用マイクロ波アンテナ装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、衛星放送受信
   用のアンテナ装置であって、放送衛星の仰角よりも前記
   第１の傾き角を大きく設定するとともに、該放送衛星の
   仰角よりも前記第２の傾き角を小さく設定したことを特
   徴とする移動体搭載用マイクロ波アンテナ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２の記載において、前記
   一対の平面アンテナのうちいずれか一方を選択して受信
   回路に接続するアンテナ切換えスイッチと、該受信回路
   に接続されている一方の前記平面アンテナの受信信号の
   強度が所定値よりも小さいとき、前記アンテナ切換えス
   イッチに他方の前記平面アンテナを選択して前記受信回
   路に接続させるための自動切換え信号を出力する制御手
   段とを備えたことを特徴とする移動体搭載用マイクロ波
   アンテナ装置。
4. 【請求項４】 請求項３の記載において、前記アンテナ
   切換えスイッチにて接続される前記平面アンテナが前記
   自動切換え信号に応じて選択される自動切換えモード
   と、該自動切換え信号の有無に拘らず一方に指定される
   第１の限定モードと、該自動切換え信号の有無に拘らず
   他方に指定される第２の限定モードとからなる、３つの
   モードの切換えを行うためのモード選択スイッチを備え
   たことを特徴とする移動体搭載用マイクロ波アンテナ装
   置。