JP3566598B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の通信用衛星を同時に追尾することが可能なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信用衛星は、現在すでに約２００個が比較的低高度において地球上を周回している。このため、地球上のどの地点においても、少なくとも数個の衛星と交信することが可能である。通信用衛星を利用したシステムとして、イリジウムシステムやスカイブリッジシステムが提案されている。
【０００３】
通信用衛星のための従来のアンテナ装置としては、パラボラアンテナ装置やフェーズトアレイアンテナ装置が広く用いられている。
【０００４】
パラボラアンテナ装置の例を図８及び図９に示す。図８に示すパラボラアンテナ装置１００は、地面あるいは建物上に鉛直に設立したポスト１０１と、このポスト１０１の上端部にポスト１０１と平行にかつポスト１０１周りに回動可能に取り付けられた回動軸１０２と、この回動軸１０２に外嵌された歯車１０２ｇと、この歯車１０２ｇと噛合すると共に回動モータ（図示せず）によって回転駆動される歯車１０３とを備えている。
【０００５】
電波集束部１２０の上部が、回動軸１０２の上端部にブラケット１１１を介して上下回動自在に取り付けられ、電波集束部１２０の下部が、電波集束部１２０の下部が、回動軸１０２の下方部に取り付けたシリンダユニット１１２のロッド１１２ａの先端に取り付けられている。電波集束部１２０による電波集束位置には、給電部１３０が設けられている。
【０００６】
このようなパラボラアンテナ装置１００は、回動モータを駆動させることにより、歯車１０３、１０２ｇを介して回動軸１０２を回動させて電波集束部１２０の方位角を制御することができる。一方、シリンダユニット１１２を伸軸作動させることにより、電波集束部１２０の仰角を制御することができる。これにより、パラボラアンテナ装置１００は、通信用衛星を追尾して、電波集束部１２０を通信用衛星に向け、通信用衛星が出力する電波を良好な通信状態で受信する、あるいは、通信用衛星に向けて電波を良好な通信状態で送信することができる。
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のパラボラアンテナ装置１００では、一つの電波集束部１２０が一つの給電部１３０に対応して構成されている。したがって、追尾する衛星の数が複数ある場合には、追尾する衛星の数に応じた複数のパラボラアンテナ装置１００が必要である。例えば二つの衛星を追尾するためには、二つのパラボラアンテナ装置１００が必要である。
【０００８】
二つのパラボラアンテナ装置１００は、お互いに、電波集束部１２０と衛星との間の障害物とならないように配置される必要がある。例えば、電波集束部１２０が直径４５ｃｍの円形に構成されている場合には、一方の電波集束部１２０が他方の電波集束部１２０に「影」を形成しないようにするためには、図９に示すように、両電波集束部１２０が略水平に配置されると共に、略３ｍ程度離して配置される必要がある。
【０００９】
しかしながら、図９に示すような装置は、設置に広いスペースが必要であり、一般家庭に普及しにくいものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、複数の通信用衛星を同時に追尾することが可能な従来のアンテナ装置では、設置に広いスペースが必要であった。このため、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ装置が要望されているが、このようなアンテナ装置の製造において、その製作、組立を容易にする方法も要望されている。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ装置を提供するに際し、その製作、組立を容易で、しかも電気的特性に優れた方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係るアンテナ装置は、電波ビームを集束するための球体レンズと、この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置と、前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置と、少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上半球表面を覆うレドームとを具備し、前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支持するようにしたものである。
【００１３】
この構成によれば、一つの球体レンズに複数の給電部が配置可能であるため、複数の通信用衛星を追尾することができ、かつ小スペースに設置可能となるが、さらに球体レンズを支持具を本体内に設ける必要がないので、よりいっそうコンパクトなものにすることができる。しかも、球体レンズの支持具が不要なため、支持具によって電波ビームが乱されることがなくなり、低仰角まで電波ビームを振らせることが可能となり、実質上、複数の給電装置の可動範囲を球体レンズの半球下面のほぼ全域まで広げることが可能となる。
【００１４】
上記発泡材は、球体レンズの誘電率より低い材質とする。これにより、電波ビームへの影響をほぼなくすことができる。
【００１５】
上記球体レンズと発泡材層との間、発泡材層とレドームとの間の少なくともいずれか一方には、電波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合する複数の凹部と凸部を形成しておく。この構造によれば、電波ビームに影響を与えることなく、球体レンズと発泡材層との間、発泡材層とレドームとの間の接合強度を増大することができる。
【００１６】
上記アンテナ装置において、球体レンズとレドームの一体形成方法としては、前記球体レンズとレドームを位置決めした状態で両者の空間に発泡材料を充填する。この方法によれば、例えば設置場所にて球体レンズとレドームを一定形成することができるので、各部品の可搬性が良好であり、組み立てが容易で、現場での作業も容易になる。
【００１７】
組立方法としては、レドームを逆さにした状態で球体レンズを位置決めした後に、発泡材料を充填して球体レンズとレドームを一体形成した後、本体所定位置にレドームを固定する。この方法によれば、充填作業が容易になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１及び図２は、本発明の一実施の形態によるアンテナ装置１１を示す概略構成図で、図１は一部切断して示す斜視図、図２は部分的な断面図である。
【００２０】
図１及び図２において、本発明の一実施形態のアンテナ装置１１は、略円形の固定ベース１２と、第１回転軸Ｙ周りに回転可能に固定ベース１２上に取り付けられた略円形の回転ベース１３と、第１回転軸Ｙ上に中心がくるように配置された球状レンズ１４とを備えている。
【００２１】
固定ベース１２は、地面あるいは建物上に固定される基台１２１に、周面側から中央に向かう数本のアーム１２２を形成し、各アームの先端にプーリによるベアリング１２３を取り付けて構成される。また、基台１２１には、回転ベース１３を回転駆動するためのモータ１５と、後述の一対の自走給電装置１６、１７の給電及び位置駆動制御を行う給電駆動制御装置１８が載置される。モータ１５は回転軸を図中上方に向けて取り付けられ、その回転軸にはローラ１９が取り付けられる。
【００２２】
回転ベース１３は、円筒状の支持体１３１の底部に上記ベアリング１２３と勘合し、回転ベース１３全体を回転自在に支持する突円部１３２が一体形成され、周面にはモータ１５の回転軸に取り付けられたローラ１９と当接して、ローラ１９の回転により回転ベース１３全体を回転させるための突円部１３３が一体形成される。さらに、支持体１３１の側面には、第１回転軸Ｙを中心として対向する位置に一対のアーム１３４、１３５が一体形成される。これらのアーム１３４、１３５は、支持体１３１から球体レンズ１４の周面に沿って延設されたＵ字形状であり、先端部は、球体レンズ１４の中心を通り、第１回転軸とは垂直な第２回転軸Ｘ上に位置する。
【００２３】
上記一対のアーム１３４、１３５の各先端部には、それぞれ第２回転軸Ｘ上に貫通孔が形成される。これらの貫通孔には、ガイドレール２０の両端部に固定された支持ピン２１、２２が挿通される。ガイドレール２０は、球体レンズ１４の中心から一定の距離となるように半円弧状に形成されたもので、上記支持ピン２１、２２が一対のアーム１３４、１３５の貫通孔に挿通されることによって第２回転軸Ｘ上で回動自在に軸支される。
【００２４】
上記ガイドレール２０の一方の端部に固定された支持ピン２１は、アーム１３４の貫通孔に挿通され、その端部にワッシャリング２３が装着されて抜き出されないように処理され、他方の端部に固定された支持ピン２２は、アーム１３５の貫通孔に挿通され、その端部にプーリ２４が装着される。また、アーム１３５の貫通孔を形成した下方には、その貫通孔と平行してもう一つの貫通孔が形成され、この貫通孔に回転軸を挿通させた状態で仰角調整用モータ２５が装着される。このモータ２５の回転軸先端には、上記プーリ２４より径小のプーリ２６が装着され、プーリ２４、２６間はベルト２７がかけられる。これにより、モータ２５の回転はプーリ２６、ベルト２７、プーリ２４を介して支持ピン２２に減速されて伝達され、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ回りに回動させる。
【００２５】
上記ガイドレール２０には、上記一対の自走給電装置１６、１７が自走自在に装着される。その自走機構については、種々の方法があるが、ここでは本発明に直接関係しないので割愛する。各自走給電装置１６、１７はそれぞれカールコード２８、２９によって給電駆動制御装置１８に接続され、当該制御装置１８からの駆動制御信号に応じてガイドレール２０上を自走し、指定位置で停止する。各自走給電装置１６、１７には、ビーム方向が球体レンズ１４の中心方向に向くようにアンテナ素子３０、３１が装着され、上記給電駆動制御装置１８からの給電により、球体レンズ１４の中心点方向に電波を放射し、その方向からの電波を受信する。
【００２６】
以上のような構造物に対し、その周囲全体は椀型のレドーム３３で覆われ、そのレドーム３３の底部は基台１２１の周縁部と接合される。このレドーム３３は、電波透過性を有するとともに熱伝導率の低い材質、例えば樹脂によって構成される。
【００２７】
ここで球体レンズ１４は、球状誘電体レンズとも呼ばれ、同心の球面に誘電体が積層されて構成され、これを通過する略平行な電波を一点に集束させることができるものである。図３は、球体レンズ１４の作用を示す概略図である。図３に示す場合、球体レンズ１４は４層構造であるが、誘電体の層数はこれに限定されない。また一般に、積層される誘電体の各誘電率は、外側にいくほど低くなっている。このように各層の誘電率が異なることになり、透過電波を光学系レンズと同じように屈折させることができる。各層には、例えばポリスチレン（発泡スチロール）等による発泡材が使用され、その発泡率を変えることで誘電率を変化させている。
【００２８】
その他、給電駆動制御装置１８は、図示しないホスト装置に接続され、衛星の位置に関する情報が入力されるようになっている。
【００２９】
次に、上記構成によるアンテナ装置の作用について図４及び図５を用いて説明する。図４は、自走給電装置の位置決め制御の概略を示す斜視図であり、図５は、自走給電装置の位置決め制御の概略を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、選択された通信可能な２つの衛星４１、４２の大まかな位置ｓｌ、ｓ２が、ホスト装置から制御装置１８に入力される（ＳＴＥＰ１１）。
【００３１】
制御装置１８は、図４に示すように、入力された２つの衛星の位置ｓ１、ｓ２から球体レンズ１４の中心を通って延びるａ１、ａ２上に２つの自走給電装置１６、１７の各々を配置するために、自走給電装置１６、１７（より詳細には、それらのアンテナ素子３０、３１）の配置されるベき２つの位置Ｐ１、Ｐ２を演算する（ＳＴＥＰ１２）。
【００３２】
次に、制御装置１８は、自走給電装置１６、１７の配置されるべき２つの位置Ｐ１、Ｐ２と球体レンズ１４の中心Ｏとを含む第１仮想平面Ｓと、球体レンズ１４の中心Ｏを通り回転ベース１３の第１回転軸Ｙと直交する第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置されるよう、回転モータ１５を駆動して回転ベース１３を回転させる（ＳＴＥＰ１３）。
【００３３】
回転ベース１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１３の回転と同時に給電駆動制御装置１８は仰角調整用のモータ２５を駆動させ、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて、ガイドレール２０を位置Ｐ１、Ｐ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ１４）。
【００３４】
仰角調整モータ２５の駆動に続いて、あるいは仰角調整モータ２５の駆動と同時に、制御装置１８は自走給電装置１６、１７をガイドレール２０上で自走させ、位置Ｐ１、Ｐ２に移動させる。（ＳＴＥＰ１５）。これにより、自走給電装置１６、１７の初期位置決めが達成される。
【００３５】
２つの周回衛星４１、４２は、地平線（水平線）から現れて地平線（水平線）に沈むまで約１０分という速さで、その軌道上を周回移動する。本実施の形態によるアンテナ装置１１は、このように比較的高速に位置を変える衛星ｓ１、ｓ２を、以下のように追尾する。
【００３６】
初期位置決めが達成された後、２つの衛星４１、４２のうち一方の衛星、例えば衛星４１のより正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）が探索される（第１探索工程：ＳＴＥＰ２１）。衛星４１の位置の探索は、例えば以下のように行われる。
【００３７】
まず、仰角調整モータ２５を双方向に微小量回転させてガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに微小に双方向に回転させると共に、ガイドレール２０上で衛星４１に対応して位置決めされている自走給電装置１６を双方向に微小距離移動させる。これにより、自走給電装置１６は２次元の微小球面内を移動する。
【００３８】
この微小球面内の移動の間に、衛星４１と自走給電装置１６との通信状態がより良好である地点Ｑ１を探索する。通信状態の良否は、受信信号の強度などを監視することで判断することができる。地点Ｑ１は、衛星４１のより正確な位置から球体レンズ１４の中心Ｏを通って延びる軸線上の位置に対応していると考えることができる。すなわち、地点Ｑ１の探索により、衛星４１のより正確な位置を知ることができる。
【００３９】
次に、第１探索工程で探索された一方の衛星４１の位置と第１探索工程による位置変化探索前の他方の衛星４２の位置とから球体レンズ１４の中心Ｏを通って延びる各軸線上の位置が演算される。この場合、２つの位置Ｑ１、Ｐ２が確認される（ＳＴＥＰ２２）。
【００４０】
そして、自走給電装置１６、１７が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１、Ｐ２と球体レンズの中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓと、第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置されるよう回転モータ１５が駆動されて回転ベース１３が回転される（ＳＴＥＰ２３）。
【００４１】
回転ベース１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１３の回転と同時に、制御装置１８は仰角調整モータ２５を駆動させ、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて位置Ｑ１、Ｐ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ２４）。
【００４２】
仰角調整モータ２５の駆動に続いて、あるいは仰角調整モータ２５の駆動と同時に、制御装置１８は自走給電装置１６、１７をガイドレール２０に沿って位置Ｑ１、Ｐ２に移動させる（ＳＴＥＰ２５）。これにより自走給電装置１７の位置Ｐ２を保存しつつ、自走給電装置１６の追尾位置決めが達成される。このような制御形態は非干渉制御と呼ばれるものである。
【００４３】
自走給電装置１６の追尾位置決めが達成された後、２つの衛星４１、４２のうち他方の衛星４２のその時点のより正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）が探索される（第２探素工程：ＳＴＥＰ３１）。衛星４２の位置の探索は、衛星４１の位置の探索と同様に行われる。
【００４４】
第２探索工程で探索された衛星４２の位置と第２探索工程による位置探索前（第１探索工程による位置探索後）の衛星４１の位置とから球体レンズ１４の中心Ｏを通って延びる各軸線上の位置が演算される。この場合、２つの位置Ｑ１、Ｑ２が確認される。（ＳＴＥＰ３２）。
【００４５】
そして、自走給電装置１６、１７が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１、Ｑ２と球体レンズ１４の中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓと、第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置されるよう回転モータ１５が駆動されて回転ベース１３が回転される。（ＳＴＥＰ３３）。
【００４６】
回転ベース１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１３の回転と同時に、制御装置１８は仰角調整モータ２５を駆動させ、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて、ガイドレール２０を位置Ｑ１、Ｑ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ３４）。
【００４７】
仰角調整モータ２５の駆動に続いて、あるいは仰角調整モータ２５の駆動と同時に、制御装置１８は自走給電装置１６、１７をガイドレール２０に沿って位置Ｑ１、Ｑ２に移動させる（ＳＴＥＰ３５）。これにより、自走給電装置１６の位置Ｑ１を保存しつつ、すなわち、非干渉的に自走給電装置１７の追尾位置決めが達成される。
【００４８】
以後、自走給電装置１６の追尾位置決めと自走給電装置１７の追尾位置決めを交互に連続に行っていくことで、２つの衛星４１、４２をほぼ連続的に追尾していくことが可能である。２つの衛星４１、４２が接近し追い越していく場合には、その追い越し時点で自走給電装置１６、１７間で追尾対象となる衛星を交換し合うことで、容易に追尾制御することが可能となる。
【００４９】
このように位置決めされる自走給電装置１６、１７から電波が放射されると、放射電波は球体レンズ１４の層状誘電体を順次通過することにより進行方向をほぼ平行に変換されて、平行電波として衛星４１、４２に送信される（図３参照）。
【００５０】
一方、衛星４１、４２から平行に入射した電波は、球体レンズ１４を通過することでその焦点位置に配置された自走給電装置１６、１７に向けて集束され、自走給電装置１６、１７によって効率よく受信される（図３参照）。
【００５１】
以上のように、上記構成によるアンテナ装置は、１つの球体レンズ１４に対向して２つの自走給電装置１６、１７が配置され、互いにその移動が干渉しないようになされているため、２つの衛星４１、４２を同時に追尾することができると共に、小スペースに設置することが可能であるという特徴を有するものである。
【００５２】
ここで問題となるのは、球体レンズ１４の保持構造である。すなわち、球体レンズ１４は比較的重く、球形であるため保持しにくく、さらに、保持具が必ず電波通過面をブロッキングするため、球体レンズ１４の電気的特性劣化を引き起こすことから、仕様環境に耐えうる強度剛性を有し、かつ電気的特性を良好に保つ保持構造が要求される。
【００５３】
従来考えられている手法として、球体レンズを両側から挟んで保持するサポート方法と、球体レンズに心棒を挿通させ、この心棒を保持する心棒使用方法がある。
【００５４】
サポート方法の場合、球体レンズの質量を保持するものは、たとえ電波透過性のよい材質を用いたとしても、電気的劣化がかなり大きくなってしまう。また、サポートは軸対称に位置していないため、球体レンズの特徴である電気的軸対称性がサポートの影響に崩れてしまう。さらに、球体レンズは、その表面における発泡材の発泡率が高いため、全質量を保持できるほどの表面強度を有していない。
【００５５】
一方、心棒使用の場合、球体レンズ内部の層と同一の材質、かつ同一の発泡率で製作することが可能で、かつ球体レンズ全体を保持できる強度を持つことが可能であるが、それでも球体レンズの電気的特性を劣化させる。また、心棒は軸対称に位置させることができないため、球体レンズの特徴である電気的対称性が崩れる。
【００５６】
そこで、本発明は、球体レンズ１４の上方に位置するレドーム３３に着目し、図１及び図２に示すように、球体レンズ１４とレドーム３３との間に発泡材を充填させて発泡材層３４を形成することで両者を結合し、これによって球体レンズ１４をレドーム３３から保持するようにしたものである。
【００５７】
発泡材層３４に使用する発泡材は、ポリスチレン（発泡スチロール）の他、発泡ウレタン、発泡ポリエチレンなどが利用できる。レドーム３３自体は、通常、硝子繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）が使用されるが、場合によってはポリエチレンを使用することも可能である。これは電気的特性と成型性、機械的特性との兼ね合いで決まる。但し、発泡材層３４の誘電率は、球体レンズ１４の誘電率よりも低くする必要がある。
【００５８】
レドーム３３は、電気的特性が満足するならば、その曲率を必ずしも球体レンズ１４に合わせる必要はなく、楕円半断面であってもよい。
【００５９】
また、図ではレドーム３３の板厚を均一に表現しているが、電波透過面外である下部は、板厚を増大して強度を確保するようにしてもよい。
【００６０】
上記発泡材層３４による球体レンズ１４とレドーム３３との結合は、組立現場で行うと、球体レンズ１４と自走給電装置１６、１７との位置精度を出すことが可能となる。
【００６１】
上記発泡材層３４の形成方法を図６に示す。
【００６２】
図６（ａ）に示す方法では、まず、平板周辺にレドーム３３を位置固定する縁部５１ａが形成され、中央に球体レンズ１４の位置及び高さを設定する支持台５１ｂが形成された位置合わせ用保持具５１を用い、支持台５１ｂに球体レンズ１４を載置し、上からレドーム３３をかぶせて縁部５１ａで位置を固定する。このとき、球体レンズ１４とレドーム３３との間に隔壁用の平板リング５２をセットしておく。レドーム３３の天井部には予めインジェクション用の穴をあけておき、この穴から発泡材を圧入する。発泡材の硬化後、平板リング５２を取り外し、保持具５３から降ろすことで発泡材層形成作業が完了する。これにより、球体レンズ１４とレドーム３３との間に発泡材層３４が形成され、両者を結合することができる。
【００６３】
図６（ｂ）に示す方法では、レドーム３３を逆さにして、凹面保持具５３に載置し、レドーム３３の内側底部に、球体レンズ１４の位置合わせ用に１個または複数個のカップ状突起部材５４を配置して、その上に球体レンズ１４を載置する。そして、球体レンズ１４とレドーム３３との間に隔壁用の平板リング５５をセットする。平板リング５５の一部には予めインジェクション用の穴をあけておき、この穴から発泡材を圧入する。発泡材の硬化後、平板リング５５を取り外し、保持具５３から降ろすことで発泡材層形成作業が完了する。これにより、球体レンズ１４とレドーム３３との間に発泡材層３４が形成され、両者を結合することができる。
【００６４】
図６（ｂ）に示した方法では、発泡材層３４内に突起部材５４が残るが、その材質を電波透過性の高いものにすると共に、カップ状とすることで、電気的影響をよりいっそう低減することができる。
【００６５】
ここで、球体レンズ１４と発泡材層３４との結合、レドーム３３と発泡材層３４との結合を高めるため、図７（ａ）に示すように、予め球体レンズ１４及びレドーム３３の発泡材層接合面にそれぞれ小突起部Ａを多数形成しておくと、発泡材の充填後、より強固に両者を結合することができる。また、小突起部の代わりに、図７（ｂ）に示すように、予め球体レンズ１４及びレドーム３３の発泡材層接合面に溝部Ｂを形成しておくと、接合面の面積を増大することができ、接合強度をよりいっそう高めることができる。
【００６６】
以上のように、本発明は、球体レンズ１４を発泡材層３４を介してレドーム３３と接合することで、回転ベース１３に何ら保持構造物を用意することなく球体レンズ１４を保持することができる。この場合、以下の特徴的効果が得られる。
【００６７】
レドーム３３が球体レンズ１４を支持するので、特別な支持具を必要としない。電気的劣化はレドーム３３しかなく、支持具の劣化分がない。レドーム３３はもとより電気的劣化が少なく、かつ電波透過率が均一であるため、透過電波にほとんど影響を与えない。
【００６８】
レドーム３３が球体レンズ１４を取り囲むように全体で保持する構造であるため、一部分に偏りが生じることがなく、球体レンズの特徴である電気的軸対称性を確保することができる。
【００６９】
レドーム３３と球体レンズ１４との間に挟まれる発泡材層３４は、球体レンズの最外層の誘電率より十分低い誘電率に設定されているので、球体レンズ１４の電気的劣化を引き起こさない。
【００７０】
発泡材層３４及び球体レンズ１４がレドーム３３の内面に密着されていることにより、薄板構造であるレドーム上半面の補強の役割を果たす。また、その効果によって従来のものよりレドーム板厚を薄くことが可能となるため、電気的劣化をより少なくすることができる。
【００７１】
発泡材層３４は傷つきやすい球体レンズ表面を保護する役割を果たす。このことは、製造時あるいは組立時の破損防止としての効果がある。また、球体レンズ１４はかなりの重量を有し、かつ球形であり、製造時、組立時の扱いに窮するが、レドーム３３と一体とすることにより、取り扱いが容易となる。
【００７２】
発泡材層３４は断熱材として機能するため、日射による内部温度の常用を抑制する効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小スペースに設置可能であり、さらにその製作、組立が容易なアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。
【図２】同実施形態の部分的な断面図。
【図３】同実施形態で用いる球体レンズの作用を示す概略図
【図４】同実施形態で用いる自走給電装置の位置決め制御の概略を示す斜視図。
【図５】同実施形態で用いる自走給電装置の位置決め制御の概略を示すフローチャート。
【図６】同実施形態で用いる発泡材層の形成方法を示す断面図。
【図７】同実施形態で用いる球体レンズと発泡材層との結合、レドームと発泡材層との結合を高める手法を説明するための断面図。
【図８】従来の通信用衛星追尾用に用いられるパラボラアンテナ装置の構造を示す平面図。
【図９】図７に示すパラボラアンテナ装置を用いて複数の通信用衛星を追尾する場合のシステム構成を示す平面図。
【符号の説明】
１１…アンテナ装置
１２…固定ベース
１２１…基台
１２２…アーム
１２３…ベアリング
１３…回転ベース
１３１…支持体
１３２、１３３…突円部
１３４、１３５…アーム
１４…球体レンズ
１５…モータ
１６、１７…自走給電装置
１８…給電駆動制御装置
１９…ローラ
２０…ガイドレール
２１、２２…支持ピン
２３…ワッシャリング
２４、２６…プーリ
２５…仰角調整用モータ
２７…ベルト
２８、２９…カールコード
３０、３１…アンテナ素子
３３…レドーム
３４…発泡材層
４１、４２…周回衛星
５１…位置合わせ用保持具
５１ａ…縁部
５１ｂ…支持台
５２…平板リング
５３…凹面保持具
５４…カップ状突起部材
５５…平板リング
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の通信用衛星を同時に追尾することが可能なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信用衛星は、現在すでに約２００個が比較的低高度において地球上を周回している。このため、地球上のどの地点においても、少なくとも数個の衛星と交信することが可能である。通信用衛星を利用したシステムとして、イリジウムシステムやスカイブリッジシステムが提案されている。
【０００３】
通信用衛星のための従来のアンテナ装置としては、パラボラアンテナ装置やフェーズトアレイアンテナ装置が広く用いられている。
【０００４】
パラボラアンテナ装置の例を図８及び図９に示す。図８に示すパラボラアンテナ装置１００は、地面あるいは建物上に鉛直に設立したポスト１０１と、このポスト１０１の上端部にポスト１０１と平行にかつポスト１０１周りに回動可能に取り付けられた回動軸１０２と、この回動軸１０２に外嵌された歯車１０２ｇと、この歯車１０２ｇと噛合すると共に回動モータ（図示せず）によって回転駆動される歯車１０３とを備えている。
【０００５】
電波集束部１２０の上部が、回動軸１０２の上端部にブラケット１１１を介して上下回動自在に取り付けられ、電波集束部１２０の下部が、電波集束部１２０の下部が、回動軸１０２の下方部に取り付けたシリンダユニット１１２のロッド１１２ａの先端に取り付けられている。電波集束部１２０による電波集束位置には、給電部１３０が設けられている。
【０００６】
このようなパラボラアンテナ装置１００は、回動モータを駆動させることにより、歯車１０３、１０２ｇを介して回動軸１０２を回動させて電波集束部１２０の方位角を制御することができる。一方、シリンダユニット１１２を伸軸作動させることにより、電波集束部１２０の仰角を制御することができる。これにより、パラボラアンテナ装置１００は、通信用衛星を追尾して、電波集束部１２０を通信用衛星に向け、通信用衛星が出力する電波を良好な通信状態で受信する、あるいは、通信用衛星に向けて電波を良好な通信状態で送信することができる。
【０００７】
しかしながら、上記のような従来のパラボラアンテナ装置１００では、一つの電波集束部１２０が一つの給電部１３０に対応して構成されている。したがって、追尾する衛星の数が複数ある場合には、追尾する衛星の数に応じた複数のパラボラアンテナ装置１００が必要である。例えば二つの衛星を追尾するためには、二つのパラボラアンテナ装置１００が必要である。
【０００８】
二つのパラボラアンテナ装置１００は、お互いに、電波集束部１２０と衛星との間の障害物とならないように配置される必要がある。例えば、電波集束部１２０が直径４５ｃｍの円形に構成されている場合には、一方の電波集束部１２０が他方の電波集束部１２０に「影」を形成しないようにするためには、図９に示すように、両電波集束部１２０が略水平に配置されると共に、略３ｍ程度離して配置される必要がある。
【０００９】
しかしながら、図９に示すような装置は、設置に広いスペースが必要であり、一般家庭に普及しにくいものであった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、複数の通信用衛星を同時に追尾することが可能な従来のアンテナ装置では、設置に広いスペースが必要であった。このため、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ装置が要望されているが、このようなアンテナ装置の製造において、その製作、組立を容易にする方法も要望されている。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小スペースに設置可能なアンテナ装置を提供するに際し、その製作、組立を容易で、しかも電気的特性に優れた方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明に係るアンテナ装置は、電波ビームを集束するための球体レンズと、この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置と、前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置と、少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上半球表面を覆うレドームとを具備し、前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支持するようにしたものである。
【００１３】
この構成によれば、一つの球体レンズに複数の給電部が配置可能であるため、複数の通信用衛星を追尾することができ、かつ小スペースに設置可能となるが、さらに球体レンズを支持具を本体内に設ける必要がないので、よりいっそうコンパクトなものにすることができる。しかも、球体レンズの支持具が不要なため、支持具によって電波ビームが乱されることがなくなり、低仰角まで電波ビームを振らせることが可能となり、実質上、複数の給電装置の可動範囲を球体レンズの半球下面のほぼ全域まで広げることが可能となる。
【００１４】
上記発泡材は、球体レンズの誘電率より低い材質とする。これにより、電波ビームへの影響をほぼなくすことができる。
【００１５】
上記球体レンズと発泡材層との間、発泡材層とレドームとの間の少なくともいずれか一方には、電波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合する複数の凹部と凸部を形成しておく。この構造によれば、電波ビームに影響を与えることなく、球体レンズと発泡材層との間、発泡材層とレドームとの間の接合強度を増大することができる。
【００１６】
上記アンテナ装置において、球体レンズとレドームの一体形成方法としては、前記球体レンズとレドームを位置決めした状態で両者の空間に発泡材料を充填する。この方法によれば、例えば設置場所にて球体レンズとレドームを一定形成することができるので、各部品の可搬性が良好であり、組み立てが容易で、現場での作業も容易になる。
【００１７】
組立方法としては、レドームを逆さにした状態で球体レンズを位置決めした後に、発泡材料を充填して球体レンズとレドームを一体形成した後、本体所定位置にレドームを固定する。この方法によれば、充填作業が容易になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１及び図２は、本発明の一実施の形態によるアンテナ装置１１を示す概略構成図で、図１は一部切断して示す斜視図、図２は部分的な断面図である。
【００２０】
図１及び図２において、本発明の一実施形態のアンテナ装置１１は、略円形の固定ベース１２と、第１回転軸Ｙ周りに回転可能に固定ベース１２上に取り付けられた略円形の回転ベース１３と、第１回転軸Ｙ上に中心がくるように配置された球状レンズ１４とを備えている。
【００２１】
固定ベース１２は、地面あるいは建物上に固定される基台１２１に、周面側から中央に向かう数本のアーム１２２を形成し、各アームの先端にプーリによるベアリング１２３を取り付けて構成される。また、基台１２１には、回転ベース１３を回転駆動するためのモータ１５と、後述の一対の自走給電装置１６、１７の給電及び位置駆動制御を行う給電駆動制御装置１８が載置される。モータ１５は回転軸を図中上方に向けて取り付けられ、その回転軸にはローラ１９が取り付けられる。
【００２２】
回転ベース１３は、円筒状の支持体１３１の底部に上記ベアリング１２３と勘合し、回転ベース１３全体を回転自在に支持する突円部１３２が一体形成され、周面にはモータ１５の回転軸に取り付けられたローラ１９と当接して、ローラ１９の回転により回転ベース１３全体を回転させるための突円部１３３が一体形成される。さらに、支持体１３１の側面には、第１回転軸Ｙを中心として対向する位置に一対のアーム１３４、１３５が一体形成される。これらのアーム１３４、１３５は、支持体１３１から球体レンズ１４の周面に沿って延設されたＵ字形状であり、先端部は、球体レンズ１４の中心を通り、第１回転軸とは垂直な第２回転軸Ｘ上に位置する。
【００２３】
上記一対のアーム１３４、１３５の各先端部には、それぞれ第２回転軸Ｘ上に貫通孔が形成される。これらの貫通孔には、ガイドレール２０の両端部に固定された支持ピン２１、２２が挿通される。ガイドレール２０は、球体レンズ１４の中心から一定の距離となるように半円弧状に形成されたもので、上記支持ピン２１、２２が一対のアーム１３４、１３５の貫通孔に挿通されることによって第２回転軸Ｘ上で回動自在に軸支される。
【００２４】
上記ガイドレール２０の一方の端部に固定された支持ピン２１は、アーム１３４の貫通孔に挿通され、その端部にワッシャリング２３が装着されて抜き出されないように処理され、他方の端部に固定された支持ピン２２は、アーム１３５の貫通孔に挿通され、その端部にプーリ２４が装着される。また、アーム１３５の貫通孔を形成した下方には、その貫通孔と平行してもう一つの貫通孔が形成され、この貫通孔に回転軸を挿通させた状態で仰角調整用モータ２５が装着される。このモータ２５の回転軸先端には、上記プーリ２４より径小のプーリ２６が装着され、プーリ２４、２６間はベルト２７がかけられる。これにより、モータ２５の回転はプーリ２６、ベルト２７、プーリ２４を介して支持ピン２２に減速されて伝達され、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ回りに回動させる。
【００２５】
上記ガイドレール２０には、上記一対の自走給電装置１６、１７が自走自在に装着される。その自走機構については、種々の方法があるが、ここでは本発明に直接関係しないので割愛する。各自走給電装置１６、１７はそれぞれカールコード２８、２９によって給電駆動制御装置１８に接続され、当該制御装置１８からの駆動制御信号に応じてガイドレール２０上を自走し、指定位置で停止する。各自走給電装置１６、１７には、ビーム方向が球体レンズ１４の中心方向に向くようにアンテナ素子３０、３１が装着され、上記給電駆動制御装置１８からの給電により、球体レンズ１４の中心点方向に電波を放射し、その方向からの電波を受信する。
【００２６】
以上のような構造物に対し、その周囲全体は椀型のレドーム３３で覆われ、そのレドーム３３の底部は基台１２１の周縁部と接合される。このレドーム３３は、電波透過性を有するとともに熱伝導率の低い材質、例えば樹脂によって構成される。
【００２７】
ここで球体レンズ１４は、球状誘電体レンズとも呼ばれ、同心の球面に誘電体が積層されて構成され、これを通過する略平行な電波を一点に集束させることができるものである。図３は、球体レンズ１４の作用を示す概略図である。図３に示す場合、球体レンズ１４は４層構造であるが、誘電体の層数はこれに限定されない。また一般に、積層される誘電体の各誘電率は、外側にいくほど低くなっている。このように各層の誘電率が異なることになり、透過電波を光学系レンズと同じように屈折させることができる。各層には、例えばポリスチレン（発泡スチロール）等による発泡材が使用され、その発泡率を変えることで誘電率を変化させている。
【００２８】
その他、給電駆動制御装置１８は、図示しないホスト装置に接続され、衛星の位置に関する情報が入力されるようになっている。
【００２９】
次に、上記構成によるアンテナ装置の作用について図４及び図５を用いて説明する。図４は、自走給電装置の位置決め制御の概略を示す斜視図であり、図５は、自走給電装置の位置決め制御の概略を示すフローチャートである。
【００３０】
まず、選択された通信可能な２つの衛星４１、４２の大まかな位置ｓｌ、ｓ２が、ホスト装置から制御装置１８に入力される（ＳＴＥＰ１１）。
【００３１】
制御装置１８は、図４に示すように、入力された２つの衛星の位置ｓ１、ｓ２から球体レンズ１４の中心を通って延びるａ１、ａ２上に２つの自走給電装置１６、１７の各々を配置するために、自走給電装置１６、１７（より詳細には、それらのアンテナ素子３０、３１）の配置されるベき２つの位置Ｐ１、Ｐ２を演算する（ＳＴＥＰ１２）。
【００３２】
次に、制御装置１８は、自走給電装置１６、１７の配置されるべき２つの位置Ｐ１、Ｐ２と球体レンズ１４の中心Ｏとを含む第１仮想平面Ｓと、球体レンズ１４の中心Ｏを通り回転ベース１３の第１回転軸Ｙと直交する第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置されるよう、回転モータ１５を駆動して回転ベース１３を回転させる（ＳＴＥＰ１３）。
【００３３】
回転ベース１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１３の回転と同時に給電駆動制御装置１８は仰角調整用のモータ２５を駆動させ、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて、ガイドレール２０を位置Ｐ１、Ｐ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ１４）。
【００３４】
仰角調整モータ２５の駆動に続いて、あるいは仰角調整モータ２５の駆動と同時に、制御装置１８は自走給電装置１６、１７をガイドレール２０上で自走させ、位置Ｐ１、Ｐ２に移動させる。（ＳＴＥＰ１５）。これにより、自走給電装置１６、１７の初期位置決めが達成される。
【００３５】
２つの周回衛星４１、４２は、地平線（水平線）から現れて地平線（水平線）に沈むまで約１０分という速さで、その軌道上を周回移動する。本実施の形態によるアンテナ装置１１は、このように比較的高速に位置を変える衛星ｓ１、ｓ２を、以下のように追尾する。
【００３６】
初期位置決めが達成された後、２つの衛星４１、４２のうち一方の衛星、例えば衛星４１のより正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）が探索される（第１探索工程：ＳＴＥＰ２１）。衛星４１の位置の探索は、例えば以下のように行われる。
【００３７】
まず、仰角調整モータ２５を双方向に微小量回転させてガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに微小に双方向に回転させると共に、ガイドレール２０上で衛星４１に対応して位置決めされている自走給電装置１６を双方向に微小距離移動させる。これにより、自走給電装置１６は２次元の微小球面内を移動する。
【００３８】
この微小球面内の移動の間に、衛星４１と自走給電装置１６との通信状態がより良好である地点Ｑ１を探索する。通信状態の良否は、受信信号の強度などを監視することで判断することができる。地点Ｑ１は、衛星４１のより正確な位置から球体レンズ１４の中心Ｏを通って延びる軸線上の位置に対応していると考えることができる。すなわち、地点Ｑ１の探索により、衛星４１のより正確な位置を知ることができる。
【００３９】
次に、第１探索工程で探索された一方の衛星４１の位置と第１探索工程による位置変化探索前の他方の衛星４２の位置とから球体レンズ１４の中心Ｏを通って延びる各軸線上の位置が演算される。この場合、２つの位置Ｑ１、Ｐ２が確認される（ＳＴＥＰ２２）。
【００４０】
そして、自走給電装置１６、１７が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１、Ｐ２と球体レンズの中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓと、第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置されるよう回転モータ１５が駆動されて回転ベース１３が回転される（ＳＴＥＰ２３）。
【００４１】
回転ベース１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１３の回転と同時に、制御装置１８は仰角調整モータ２５を駆動させ、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて位置Ｑ１、Ｐ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ２４）。
【００４２】
仰角調整モータ２５の駆動に続いて、あるいは仰角調整モータ２５の駆動と同時に、制御装置１８は自走給電装置１６、１７をガイドレール２０に沿って位置Ｑ１、Ｐ２に移動させる（ＳＴＥＰ２５）。これにより自走給電装置１７の位置Ｐ２を保存しつつ、自走給電装置１６の追尾位置決めが達成される。このような制御形態は非干渉制御と呼ばれるものである。
【００４３】
自走給電装置１６の追尾位置決めが達成された後、２つの衛星４１、４２のうち他方の衛星４２のその時点のより正確な位置（位置変化後の位置の意味を含む）が探索される（第２探素工程：ＳＴＥＰ３１）。衛星４２の位置の探索は、衛星４１の位置の探索と同様に行われる。
【００４４】
第２探索工程で探索された衛星４２の位置と第２探索工程による位置探索前（第１探索工程による位置探索後）の衛星４１の位置とから球体レンズ１４の中心Ｏを通って延びる各軸線上の位置が演算される。この場合、２つの位置Ｑ１、Ｑ２が確認される。（ＳＴＥＰ３２）。
【００４５】
そして、自走給電装置１６、１７が次に配置されるべき２つの位置Ｑ１、Ｑ２と球体レンズ１４の中心Ｏとを含む新たな第１仮想平面Ｓと、第２仮想平面Ｈとの交線上に第２回転軸Ｘが配置されるよう回転モータ１５が駆動されて回転ベース１３が回転される。（ＳＴＥＰ３３）。
【００４６】
回転ベース１３の回転に続いて、あるいは回転ベース１３の回転と同時に、制御装置１８は仰角調整モータ２５を駆動させ、ガイドレール２０を第２回転軸Ｘ周りに回転させて、ガイドレール２０を位置Ｑ１、Ｑ２に重ね合わせる（ＳＴＥＰ３４）。
【００４７】
仰角調整モータ２５の駆動に続いて、あるいは仰角調整モータ２５の駆動と同時に、制御装置１８は自走給電装置１６、１７をガイドレール２０に沿って位置Ｑ１、Ｑ２に移動させる（ＳＴＥＰ３５）。これにより、自走給電装置１６の位置Ｑ１を保存しつつ、すなわち、非干渉的に自走給電装置１７の追尾位置決めが達成される。
【００４８】
以後、自走給電装置１６の追尾位置決めと自走給電装置１７の追尾位置決めを交互に連続に行っていくことで、２つの衛星４１、４２をほぼ連続的に追尾していくことが可能である。２つの衛星４１、４２が接近し追い越していく場合には、その追い越し時点で自走給電装置１６、１７間で追尾対象となる衛星を交換し合うことで、容易に追尾制御することが可能となる。
【００４９】
このように位置決めされる自走給電装置１６、１７から電波が放射されると、放射電波は球体レンズ１４の層状誘電体を順次通過することにより進行方向をほぼ平行に変換されて、平行電波として衛星４１、４２に送信される（図３参照）。
【００５０】
一方、衛星４１、４２から平行に入射した電波は、球体レンズ１４を通過することでその焦点位置に配置された自走給電装置１６、１７に向けて集束され、自走給電装置１６、１７によって効率よく受信される（図３参照）。
【００５１】
以上のように、上記構成によるアンテナ装置は、１つの球体レンズ１４に対向して２つの自走給電装置１６、１７が配置され、互いにその移動が干渉しないようになされているため、２つの衛星４１、４２を同時に追尾することができると共に、小スペースに設置することが可能であるという特徴を有するものである。
【００５２】
ここで問題となるのは、球体レンズ１４の保持構造である。すなわち、球体レンズ１４は比較的重く、球形であるため保持しにくく、さらに、保持具が必ず電波通過面をブロッキングするため、球体レンズ１４の電気的特性劣化を引き起こすことから、仕様環境に耐えうる強度剛性を有し、かつ電気的特性を良好に保つ保持構造が要求される。
【００５３】
従来考えられている手法として、球体レンズを両側から挟んで保持するサポート方法と、球体レンズに心棒を挿通させ、この心棒を保持する心棒使用方法がある。
【００５４】
サポート方法の場合、球体レンズの質量を保持するものは、たとえ電波透過性のよい材質を用いたとしても、電気的劣化がかなり大きくなってしまう。また、サポートは軸対称に位置していないため、球体レンズの特徴である電気的軸対称性がサポートの影響に崩れてしまう。さらに、球体レンズは、その表面における発泡材の発泡率が高いため、全質量を保持できるほどの表面強度を有していない。
【００５５】
一方、心棒使用の場合、球体レンズ内部の層と同一の材質、かつ同一の発泡率で製作することが可能で、かつ球体レンズ全体を保持できる強度を持つことが可能であるが、それでも球体レンズの電気的特性を劣化させる。また、心棒は軸対称に位置させることができないため、球体レンズの特徴である電気的対称性が崩れる。
【００５６】
そこで、本発明は、球体レンズ１４の上方に位置するレドーム３３に着目し、図１及び図２に示すように、球体レンズ１４とレドーム３３との間に発泡材を充填させて発泡材層３４を形成することで両者を結合し、これによって球体レンズ１４をレドーム３３から保持するようにしたものである。
【００５７】
発泡材層３４に使用する発泡材は、ポリスチレン（発泡スチロール）の他、発泡ウレタン、発泡ポリエチレンなどが利用できる。レドーム３３自体は、通常、硝子繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）が使用されるが、場合によってはポリエチレンを使用することも可能である。これは電気的特性と成型性、機械的特性との兼ね合いで決まる。但し、発泡材層３４の誘電率は、球体レンズ１４の誘電率よりも低くする必要がある。
【００５８】
レドーム３３は、電気的特性が満足するならば、その曲率を必ずしも球体レンズ１４に合わせる必要はなく、楕円半断面であってもよい。
【００５９】
また、図ではレドーム３３の板厚を均一に表現しているが、電波透過面外である下部は、板厚を増大して強度を確保するようにしてもよい。
【００６０】
上記発泡材層３４による球体レンズ１４とレドーム３３との結合は、組立現場で行うと、球体レンズ１４と自走給電装置１６、１７との位置精度を出すことが可能となる。
【００６１】
上記発泡材層３４の形成方法を図６に示す。
【００６２】
図６（ａ）に示す方法では、まず、平板周辺にレドーム３３を位置固定する縁部５１ａが形成され、中央に球体レンズ１４の位置及び高さを設定する支持台５１ｂが形成された位置合わせ用保持具５１を用い、支持台５１ｂに球体レンズ１４を載置し、上からレドーム３３をかぶせて縁部５１ａで位置を固定する。このとき、球体レンズ１４とレドーム３３との間に隔壁用の平板リング５２をセットしておく。レドーム３３の天井部には予めインジェクション用の穴をあけておき、この穴から発泡材を圧入する。発泡材の硬化後、平板リング５２を取り外し、保持具５３から降ろすことで発泡材層形成作業が完了する。これにより、球体レンズ１４とレドーム３３との間に発泡材層３４が形成され、両者を結合することができる。
【００６３】
図６（ｂ）に示す方法では、レドーム３３を逆さにして、凹面保持具５３に載置し、レドーム３３の内側底部に、球体レンズ１４の位置合わせ用に１個または複数個のカップ状突起部材５４を配置して、その上に球体レンズ１４を載置する。そして、球体レンズ１４とレドーム３３との間に隔壁用の平板リング５５をセットする。平板リング５５の一部には予めインジェクション用の穴をあけておき、この穴から発泡材を圧入する。発泡材の硬化後、平板リング５５を取り外し、保持具５３から降ろすことで発泡材層形成作業が完了する。これにより、球体レンズ１４とレドーム３３との間に発泡材層３４が形成され、両者を結合することができる。
【００６４】
図６（ｂ）に示した方法では、発泡材層３４内に突起部材５４が残るが、その材質を電波透過性の高いものにすると共に、カップ状とすることで、電気的影響をよりいっそう低減することができる。
【００６５】
ここで、球体レンズ１４と発泡材層３４との結合、レドーム３３と発泡材層３４との結合を高めるため、図７（ａ）に示すように、予め球体レンズ１４及びレドーム３３の発泡材層接合面にそれぞれ小突起部Ａを多数形成しておくと、発泡材の充填後、より強固に両者を結合することができる。また、小突起部の代わりに、図７（ｂ）に示すように、予め球体レンズ１４及びレドーム３３の発泡材層接合面に溝部Ｂを形成しておくと、接合面の面積を増大することができ、接合強度をよりいっそう高めることができる。
【００６６】
以上のように、本発明は、球体レンズ１４を発泡材層３４を介してレドーム３３と接合することで、回転ベース１３に何ら保持構造物を用意することなく球体レンズ１４を保持することができる。この場合、以下の特徴的効果が得られる。
【００６７】
レドーム３３が球体レンズ１４を支持するので、特別な支持具を必要としない。電気的劣化はレドーム３３しかなく、支持具の劣化分がない。レドーム３３はもとより電気的劣化が少なく、かつ電波透過率が均一であるため、透過電波にほとんど影響を与えない。
【００６８】
レドーム３３が球体レンズ１４を取り囲むように全体で保持する構造であるため、一部分に偏りが生じることがなく、球体レンズの特徴である電気的軸対称性を確保することができる。
【００６９】
レドーム３３と球体レンズ１４との間に挟まれる発泡材層３４は、球体レンズの最外層の誘電率より十分低い誘電率に設定されているので、球体レンズ１４の電気的劣化を引き起こさない。
【００７０】
発泡材層３４及び球体レンズ１４がレドーム３３の内面に密着されていることにより、薄板構造であるレドーム上半面の補強の役割を果たす。また、その効果によって従来のものよりレドーム板厚を薄くことが可能となるため、電気的劣化をより少なくすることができる。
【００７１】
発泡材層３４は傷つきやすい球体レンズ表面を保護する役割を果たす。このことは、製造時あるいは組立時の破損防止としての効果がある。また、球体レンズ１４はかなりの重量を有し、かつ球形であり、製造時、組立時の扱いに窮するが、レドーム３３と一体とすることにより、取り扱いが容易となる。
【００７２】
発泡材層３４は断熱材として機能するため、日射による内部温度の常用を抑制する効果が得られる。
【００７３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の通信用衛星の追尾が可能で、しかもコンパクトで比較的小スペースに設置可能であり、さらにその製作、組立が容易なアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図。
【図２】同実施形態の部分的な断面図。
【図３】同実施形態で用いる球体レンズの作用を示す概略図
【図４】同実施形態で用いる自走給電装置の位置決め制御の概略を示す斜視図。
【図５】同実施形態で用いる自走給電装置の位置決め制御の概略を示すフローチャート。
【図６】同実施形態で用いる発泡材層の形成方法を示す断面図。
【図７】同実施形態で用いる球体レンズと発泡材層との結合、レドームと発泡材層との結合を高める手法を説明するための断面図。
【図８】従来の通信用衛星追尾用に用いられるパラボラアンテナ装置の構造を示す平面図。
【図９】図７に示すパラボラアンテナ装置を用いて複数の通信用衛星を追尾する場合のシステム構成を示す平面図。
【符号の説明】
１１…アンテナ装置
１２…固定ベース
１２１…基台
１２２…アーム
１２３…ベアリング
１３…回転ベース
１３１…支持体
１３２、１３３…突円部
１３４、１３５…アーム
１４…球体レンズ
１５…モータ
１６、１７…自走給電装置
１８…給電駆動制御装置
１９…ローラ
２０…ガイドレール
２１、２２…支持ピン
２３…ワッシャリング
２４、２６…プーリ
２５…仰角調整用モータ
２７…ベルト
２８、２９…カールコード
３０、３１…アンテナ素子
３３…レドーム
３４…発泡材層
４１、４２…周回衛星
５１…位置合わせ用保持具
５１ａ…縁部
５１ｂ…支持台
５２…平板リング
５３…凹面保持具
５４…カップ状突起部材
５５…平板リング
Claims (6)
- 電波ビームを集束するための球体レンズと、
この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置と、
前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置と、
少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上半球表面を覆うレドームとを具備し、
前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支持するようにしたことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記発泡材は、前記球体レンズの誘電率より低い材質であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 前記球体レンズと発泡材層との間、発泡材層とレドームとの間の少なくともいずれか一方には、前記電波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合する複数の凹部と凸部を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
- 電波ビームを集束するための球体レンズと、
この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置と、
前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置と、
少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上半球表面を覆うレドームとを具備し、
前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支持するようにしたアンテナ装置に用いられ、
前記球体レンズとレドームを位置決めした状態で両者の空間に発泡材料を充填することで前記球体レンズとレドームを発泡材の層を介して一体形成することを特徴とするアンテナ装置の球体レンズとレドームの一体形成方法。 - 前記球体レンズと発泡材層との間、発泡材層とレドームとの間の少なくともいずれか一方に、前記電波ビームの波長より十分小さい深さで互いに嵌合する複数の凹部と凸部を形成しておくことを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置の球体レンズとレドームの一体形成方法。
- 電波ビームを集束するための球体レンズと、
この球体レンズの下半球表面から略一定の間隔をおいて互いに独立して移動自在に支持される複数の給電装置と、
前記複数の給電装置を任意の位置に移動させる駆動装置と、
少なくとも前記球体レンズの電波ビーム形成面となる上半球表面を覆うレドームとを具備し、
前記球体レンズと前記レドームとを発泡材の層を介して一体形成して、前記レドームにより前記球体レンズを支持するようにしたアンテナ装置に用いられ、
前記レドームを逆さにした状態で前記球体レンズを位置決めし、発泡材料を充填して前記球体レンズとレドームを発泡材の層を介して一体形成した後、本体所定位置にレドームを固定することを特徴とするアンテナ装置の組立方法。
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