JP3970302B2 - 移動体衛星通信装置 - Google Patents
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Description
しかし、航空機等の移動体に搭載されるレドーム付きアンテナにおいては、レドーム高さに制限を受けるため上記のような入射角一定の半球状曲面は採用できず、従って電波のレドーム通過による損失、特性劣化を甘受せざるを得なかった。
すなわち第1図は航空機搭載のレドーム付きアンテナの一例を示す概略図であり、アンテナ1とレドーム2は機体3外に装荷されるため極力空気抵抗の少ない、図のような流線形状を持った異方性レドームとなる。このため、電波がレドームを透過する際、第2図に示すようにアンテナから放射された電波出力に減衰が生じたり、偏波面にズレが生じることになる。例えばレドーム通過前には水平偏波H1、垂直偏波V1の偏波面を有していた電波は、レドーム通過によりH2、V2のようにある位相角だけその偏波面がシフトしたり、またレドーム通過によりV2のようにその出力が減衰することがあった。この偏波面のズレや出力の減衰の程度はレドームの位置・形状はもちろんその時の電波の周波数、指向性によっても大きく影響を受ける。
第3図は例えば特開2002−141849に記載された偏波面制御回路を有する従来の移動体衛星通信装置の構成図を示している。図において、レドーム2は前述した異方性レドームであり、アンテナ装置1は周知の主反射鏡4、副反射鏡5、ホーンアンテナ6から構成されている。7、8は互いに90°の位相を保って2系統に分割・合成する90°位相合成器、9a、9b、10a、10bは2系統に分割された制御系にそれぞれ挿入され、上記90°位相合成器7、8の出力信号を位相シフトする可変移相器、11a、11bは上記可変移相器9a、9bの出力信号を増幅する高出力増幅器(HPA)、12a、12bは後述する90°位相合成器14の出力信号を増幅する低雑音増幅器(LNA)、13は上記高出力増幅器11a、11bの出力信号を位相合成する90°位相合成器、14は後述するダイプレクサ15、16からの選択信号を位相合成する90°位相合成器、15、16は送受切り替えと信号の分波・合波を行うダイプレクサ、17は正モードトランスデューサとも呼ばれ、信号回路とアンテナとのインターフエースとしての機能を行う偏分波器、18はアンテナの偏波角調整をはじめとするアンテナの衛星追尾制御を行うアンテナ制御回路である。
次にこの回路の動作について説明する。移動体衛星通信装置が航空機に搭載されている場合、衛星との相対位置関係が時々刻々変化するためアンテナ1の偏波角を調整してビームの方向を常に衛星に向ける必要がある。今、第3図の送信側Tx端子に、衛星へ送信するべき送信信号が入力されると、90°位相合成器7により互いに直交成分を有する2系統に分割され、可変移相器9a、9bによりそれぞれの位相を独立に制御されるようになっている。アンテナ制御回路18は、航空機の絶対位置情報と衛星の位置情報とに基づいてアンテナの指向方向を計算し、好ましいアンテナの偏波角となるように可変移相器9a、9b、10a、10bの位相量を調整する。なお、アンテナからの出力電波すなわち等価等方放射電力(以下EIRPと称す)は設定指令値により決まる一定値に保たれている。
このような従来のアンテナシステムでは、異方性レドームを透過する際の電波の減衰や、偏波面のズレに対する影響については全く考慮されておらず、従ってこれに対して何等の対策も打たれていなかった。
更に、上記発明において、上記送信側に設けられた可変位相器にそれぞれ直列接続され上記可変位相器の通過電力を増幅する高電力増幅器と、上記アンテナ制御回路内に上記増幅器の飽和特性の影響に対する補正データを記憶した第3の補正テーブルとを備え、これを参照して上記可変位相器と第1の可変減衰器を制御するようにしたものである。
第2図はレドーム透過による損失、偏波特性変化の状態を説明する図である。
第3図は従来のアンテナの姿勢制御に関する移動体衛星通信装置の構成図である。
第4図はこの発明の実施の態様による移動体衛星通信装置の構成図である。
第5図はレドーム補正テーブルの一例を示す概要説明図である。
第6図は高出力増幅器の出力飽和特性を示す特性図である。
また、アンテナ制御回路28では、従来と同様に、航空機の絶対位置情報と衛星の位置情報とに基づいてアンテナの指向方向を計算し、好ましいアンテナの偏波角となるように可変移相器9a、9b、10a、10bの位相量を調整する衛星追尾機能回路102を有していることはもちろんであるが、この発明ではアンテナから放射された電波のレドーム透過の際の減衰とか、偏波面のズレの問題に対して以下のように対処している。
すなわち、予め、アンテナの偏波角および電波周波数に対応して、アンテナの指向性(pointing angle)の変化に対するレドーム特性データを測定しておき、これから計算したレドーム補正用データ(offset settings)としてアンテナ制御回路28のレドーム補正テーブル101に保有していることである。更に詳しくは、ある周波数f及び偏波角θに対するアンテナの指向性(向き)を種々に変化させて、レドームのない時に比べてレドームの影響による位相角のズレ及び通過振幅の変動を測定する。通過振幅の変動も測定するのは、位相が変わるとそれにつれて位相器の通過振幅も変わるからである。この測定をもとに、送信側補正位相角ΔΦL、受信側補正位相角ΔΦR、送信側補正振幅値ΔAL、受信側補正振幅値ΔARを書き込んだレドーム補正テーブルを作成する。このレドーム補正用データは別途コンピュータに保存しておくか、また可搬記録媒体22(これはどのような媒体でも良い)に記憶しておき、このレドーム補正用データを前記コンピュータあるいは記憶媒体22から、アンテナ制御回路28のレドーム補正テーブル101にデータ伝送あるいはダウンロードしておくものである。
第5図は上記レドーム補正テーブル101の一例を示す概念図であり、周波数f1、f2、f3・・及び種々の偏波角θに対応して送信側補正位相角ΔΦL、受信側補正位相角ΔΦR、送信側補正振幅値ΔAL、受信側補正振幅値ΔARを書き込んだテーブルとした例である。例えば図において、偏波角θが仰角(EL)0°、方位角(AZ)0°のとき送信側補正位相角(オフセット)を10°、受信側補正位相角を20°、送信側補正振幅値1dB、受信側補正振幅値2dBというように記録されている。図から明らかなように、従来から行っている通常の衛星追尾機能回路102の出力と上記レドーム補正テーブル101の出力とを合成回路103で合成したものが制御ユニット104に入る。
ところで、上述した各系統における可変減衰器19a、19bによる送信電力の変更は、アンテナから放射される全電力EIRPに無視できない影響を与える結果となる。送信アンテナから空間のすべての方向に放射される電波の強さである等価等方放射電力(EIRP)は、次式で表される。
EIRP=アンテナ利得+送信機の出力電力−レドーム損失
すなわち、アンテナ利得、送信機の出力電力、及びレドーム損失がEIRPを決定する重要なファクタになっている。
この発明の最良の実施形態では、送信信号Txの入力端に送信機全体の振幅制御を行う可変減衰器21を設け、アンテナ制御回路28にこの可変減衰器21を制御するEIRP制御回路を設けている。このEIRP制御回路はレドーム損失テーブル105、アンテナ利得テーブル106、合成回路107、108等により構成され、上述した可変減衰器19a、19bによるEIRPへの影響を、レドーム損失及びアンテナ利得の形で補正するものである。すなわち、レドーム損失テーブル105及びアンテナ利得テーブル106内に、可変減衰器19a、19bによるEIRPへの影響を補正値として持ち、合成回路107、108により、これらを参照して共通の可変減衰器21にEIRP指令を与え、送信機全体の振幅制御を行うものである。
なお、この場合の可変減衰器21の振幅変化量(ΔATT)と上記レドームの振幅補正値ΔAL、ΔARとの関係は次式で表される。
ΔATT=−log{(10(ΔAL/10)+10(ΔAR/10))/2}
上記の式において、ΔATT、ΔAL、ΔARは、いずれもdB値であり、例えばΔAL=+2dB、ΔAR=−2dBである場合、ΔATTは−0.45dBとなる。
これにより、上述したレドーム補正テーブルによるレドーム補正を、そのレドーム補正によるEIRPへの影響が出ないようにしながら行うことができるので、より高性能なレドーム補正が実現できることとなる。
更にこの発明の最良の実施形態では、このアンテナ制御回路28に増幅器補正テーブル109を備え、上述した高出力増幅器11a、11bに有する高出力飽和特性のレドームへの影響を解消している。
すなわち、高出力増幅器11a、11bには、第6図に示すように高出力領域でその出力特性が飽和する傾向がある。出力特性が飽和すると位相器9a、9bからの通過位相θも低下してしまい、これが上述した全体の送受制御系に振幅、位相の両面で影響を与えてしまう。第4図の増幅器補正テーブル109はこの飽和特性によって生ずる振幅、位相への影響を補正するデータを持っている。高出力増幅器11a、11bの出力はそれぞれモニターされ、これを検波器及びA/D変換器からなる制御回路110を介して増幅器補正テーブル109に取り込み、その時の出力電力値に応じた補正テーブル上の値を参照して送信側補正位相角ΔΦL´、送信側補正振幅値ΔAL´、受信側補正位相角ΔΦR´、受信側振幅値ΔAR´を指令値として制御ユニット104に出力するものである。
制御ユニット104としては、従来の衛星追尾機能回路102による各種制御指令(ΦL、AL、ΦR、AR)に加えて、上記レドーム補正テーブル101及び増幅器補正テーブル109を参照しながら制御指令を出力することとなり、制御ユニット104からは最終的に送信側可変位相器9a、9bを制御する補正位相角ΦL´、送信側減衰器19a、19bを制御する補正振幅値AL´、受信側可変位相器10a、10bを制御する補正位相角ΦR´、受信側減衰器20a、20bを制御する補正振幅値AR´を制御指令値として出力するものである。従って、これにより、増幅器の飽和特性をも考慮した、より高精度なレドーム補正が実現できるものである。
Claims (5)
- 移動体に搭載され異方性レドームを有するアンテナ、上記アンテナに接続され少なくとも送受各2系統の制御系を構成する90°位相合成器、上記各2系統のそれぞれの制御系内に挿入された可変位相器、上記可変位相器にそれぞれ直列接続された第1の可変減衰器、上記移動体と衛星との相互位置関係に応じてアンテナの姿勢制御を行うアンテナ制御回路を備えた移動体衛星通信装置において、上記アンテナ制御回路内にアンテナの周波数、偏波角に対するレドーム補正データを記憶した第1の補正テーブルを備え、上記第1の補正テーブルを参照して上記可変位相器と第1の可変減衰器を制御するようにすると共に、上記送信側90°位相合成器の入力側に挿入された第2の可変減衰器と、上記アンテナ制御回路内に上記第1の可変減衰器の制御によるEIRPへの影響を補正値として持つ第2の補正テーブルとを備え、上記第2の補正テーブルを参照して上記第2の可変減衰器を制御するようにしたことを特徴とする移動体衛星通信装置。
- 上記第1の補正テーブルのレドーム補正データは、周波数f及び偏波角θに対するアンテナの指向性(向き)を種々に変化させて、レドームの影響による位相角のズレ及び通過振幅の変動を測定することによって得られることを特徴とする請求項1記載の移動体衛星通信装置。
- 上記第2の補正テーブルは、アンテナ利得テーブルとレドーム損失テーブルとからなり、上記各テーブル内に上記第1の可変減衰器によるEIRPへの影響を補正値として持たせたことを特徴とする請求項1記載の移動体衛星通信装置。
- 上記送信側に設けられた可変位相器にそれぞれ直列接続され上記可変位相器の通過電力を増幅する高電力増幅器と、上記アンテナ制御回路内に上記増幅器の飽和特性の影響に対する補正データを記憶した第3の補正テーブルとを備え、これを参照して上記可変位相器と第1の可変減衰器を制御するようにしたことを特徴とする請求項1記載の移動体衛星通信装置。
- 上記第3の補正テーブルは、上記増幅器の飽和特性によって生ずる上記レドーム補正データへの影響を振幅、位相の補正値として有することを特徴とする請求項4記載の移動体衛星通信装置。
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