JPS62203402A

JPS62203402A - 移動衛星通信用アンテナ装置

Info

Publication number: JPS62203402A
Application number: JP4526086A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Shiokawa; 塩川　孝泰; Masayuki Yasunaga; 安永　正幸
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1986-03-04
Publication date: 1987-09-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）本発明は、電子的にアンテナビームを走査することので
きるアンテナ装置に係り、特に移動衛星通信に適用して
有効な移動体衛星通信用アンテナ装置に関する。

（従来技術とその問題点）船舶、航空機、車輪等の移動体を対象とする移動衛星通
信においては、移動体の動揺にかかわらず、移動体に設
置したアンテナビームは常に衛星方向を指向している必
要がある。これは静止衛星のみならず、将来、その尋人
が検討されている移動衛星を用いる場合においても同様
のことが云える。この場合、衛星追尾方式としては、移
動体の動揺情報に基づいて機械的にアンテナの指向方向
を制御する方式と電子的にアンテナビームの指向方向を
制御する方式がある。

両者を比較した場合、次のような特徴が上げられる。ま
ず、前者は、通信品質を満足するアンテナ本体を動揺補
正を行うための２軸、３軸、４軸等のマウント上に搭載
し、諸動揺情報、移動体の位置情報に基づき機械的に各
軸を制御し、常にアンテナビームを衛星に向けるもので
ある。一方、後者は、このような機械的駆動の部分（マ
ウント）を−切有することなく、諸動揺情報、移動体の
位置情報によりアンテナビームを電子的に走査するもの
である。後者は前者に比し、小型、軽量化が期待でき、
かつ、機械的駆動部分を一切有しないため、運用保守の
点でも利点を有したアンテナシステムと云える。

一般に、電子走査アンテナシステムは、第１図に示す如
き平面配列アンテナであり、各素子アンテナｌには、可
変移相器２、可変減衰器３が付加され、合成回路４によ
り合成され、可変移相器２又は可変減衰器３を制御する
ことにより、アンテナビームを例えば第１図の放射パタ
ーン５，６．７の如く電子的に走査することができる。

しかしながら、この平面配列アンテナでは、アンテナビ
ームの走査角度には限界があり、大きな走査角度を必要
とする場合には円柱１球１円錐等の構造に素子アンテナ
を配列する方が適している。

−例として、海事衛星通信に着目した場合、インマルサ
ノトの勧告値によれば船舶は最悪値でローリング±３０
°、ピッチング±１０”が想定されている。このことは
、例えば衛星仰角が５°の場合に、アンテナビームを常
に衛星方向に指向させるためには、垂直角で±１１５°
、水平角で全方位制御が可能であることを必要とするこ
とになる。このように広範囲のビーム走査は、やはり単
一の平面配列アンテナのみでは不可能であり、このよう
な性能を満足し、かつ小型のアンテナシステムとしては
、一般に球面配列アンテナが挙げられる。

従来、このアンテナについては、第２図の如く素子アン
テナ１を球Ｓの上に極座標θ、φ面上に規則的に配列し
たアンテナ等の主に理論的検討が報告されているが、給
電回路の複雑さ等との理由により、実用化された例は筆
者等の検討によればまだ余り無いようである。

また、第２図に示される球面配列アンテナは、Ｚ軸に対
してほぼ対称な配列構造になっているため、Ｚ軸方向付
近でのビーム走査は比較的容易であるが、任意の方向に
対してビームを走査するためには、素子アンテナ１の可
変移相器２および可変減衰器３はかなり複雑な制御をす
る必要がある。

又、第２図から明らかなように各素子アンテナの配列間
も座標（θ、φ）により不揃いであるので、ビーム走査
時の利得はＺ軸に対して広角度に走査した場合にはその
低下は著しい。

（発明の目的と特徴）本発明は、上述した従来技術に鑑みなされたもので、広
角のビーム走査が可能な球面配列アンテナシステムの構
成を簡易化した移動衛星通信用アンテナ装置を提供する
ものであり、その特徴は、正２０面体もしくは切隅２０
面体を素子アンテナの配列の基本とする球面配列を用い
、球面上で素子アンテナを結んでできる擬似球面５角形
および擬似球面６角形の配列をサブアレイとして該サブ
アレイを切替えることによりビームを走査することにあ
る。

（実施例）以下本発明の実施例について説明する。

先ず、第３図および第４図により素子アンテナの配列に
ついて説明する。

第３図は、正２０面体９の頂点に外接する珠玉にマイク
ロストリップアンテナ１ａを配列した球面配列アンテナ
である。各素子は正２０面体の各頂点及び頂点を結ぶ円
弧の中央に配置され、球面９上に約４２素子配列される
。又、第４図は正１２面体と正２０面体の組合わせによ
る切隅正２０面体１０の各頂点に約９２素子の素子アン
テナ１を配列した配列アンテナである。これら正２０面
体。

切隅２０面体を基本とする球面配列の場合には、任意の
方向に対して比較的類似の配列構造であるため、第２図
の従来例に比較して、電気的性能を余り劣化させること
な（広角度にビーム走査が期待できる特徴を有している
。すなわち、正２０面体上に擬似球面５角形サブアレイ
１１と擬似球面６角形サブアレイ１２を用いる第５図（
ａｌの例、もしくは擬似球面６角形サブアレイ１２を用
いる第５図（ｂ）の例、又は第６図の切り隅２０面体上
に擬似球面５角形サブアレイ１１と擬似球面６角形サブ
アレイ１２ａ、１２ｂを用いた配列の一例に示される如
く、擬似球面５角形サブアレイ１１、擬似球面６角形サ
ブアレイ１２の配列等として、これを順次切り替えるこ
とにより可能となる。第７図は正２０面体配列の場合の
ビーム走査パターン１４の一例である。

次にこのようなサブアレイを用いた移動衛星通信用アン
テナ装置の構成について第８図に示す。

第８図は受信系を示したもので、１は素子アンテナであ
り、送受分離型を適用する。１５は第１段低雑音場幅器
、１６はｎ×７のスイッチマトリックスである。サブア
レイが擬似球面５角形配列の場合は＃７はダミーとなる
。又、１７は各サブアレイについて必要な電気的性能を
合成するビーム合成回路、１８は第２段低雑音場幅器で
ある。なお、アレイアンテナを衛星通信に通用可能とす
るため、素子アンテナとして送受分離型を用いてグイプ
レクサ等による挿入損を低減すると共に第１段低雑音場
幅器をアレイアンテナに近接し、Ｇ／Ｔの劣化を最少限
度に抑えたのもこのアンテナの特徴である。又、１９は
予め定められたサブアレイの組合わせを用い、動揺検出
器２０．　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　（航行）装置２１よ
りの情報に基づき、必要なサブアレイを決定し、それに
基づき、スイッチマトリックス１６を動作させる制御回
路である。

次に第９図はビーム合成回路１７をさらに詳細に示した
ものである。擬似球面５角形又は６角形サブアレイの中
心素子よりの入力は線２４を通り、合成器２５に直接入
力する。また、他の素子アンテナからの入力は固定移相
器２２．固定減衰器２３を介して合成器に入力する。こ
の際、各移相器２２．各減衰器２３は各素子とも同じで
あり、又擬似球面５角形、６角形サブアレイの両場合と
も同じとする。

ここで、固定減衰器２３は最適値でも若干量であるため
、省略する構成でも良い。

なお、擬似球面５角形サブアレイの場合には＃７は不必
要であり、スイッチマトリックスよりの入力は無い。

以上は受信系について概略構成図を示した。一方、送信
系については素子アンテナが送受分離型であるため、別
系統となるが、低雑音増幅器１５゜１８を除き、ビーム
合成回路１７の後に低雑音増幅器１８にかえて送信器が
付加された構成となる。

ここで、送受信分離型のアンテナ素子１の構成例につい
述べる。第１０図は円形マイクロストリップアンテナの
例である。図において、２６は誘電体、２７は上部円形
ディスク、２８は下部円形ディスク、２９は地板、３０
は上部円形ディスク２７の地絡線、３１は円形空洞、３
２．３３は給電線、３４．３５は給電端子である。この
アンテナにおいて、送信周波数が受信周波数より高い場
合に、上部アンテナは送信用。

下部アンテナは受信用として機能するものである。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば広角のビー
ム走査が可能な球面配列アンテナシステムを実現するも
のであり、特に移動衛星通信に適用して極めて有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は従来の電子走査アンテ
ナシステムにおける素子アンテナの配列を示す正面図、
回路接続図及び放射パターン図、第２図は従来の電子走
査アンテナの素子アンテナの配列を示す斜視図、第３図
、第４図、第５図（ａｌ　（ｂｌ及び第６図は本発明の
実施例に用いられる素子アンテナの配列例を示す斜視図
、第７図は本発明のアンテナ装置の指向性を示す特性図
、第８図は本発明のアンテナ装置を用いる受信系の１例
を示すブロック図、第９図は第８図の受信系に用いられ
ているビーム合成回路の１例を示すブロック図、第１０
図は本発明に用いるアンテナ素子の１例を示す断面図で
ある。 ■・・・素子アンテナ、　　２・・・可変移相器、３・
・・可変減衰器、　４・・・合成回路、５．６．７・・
・放射パターン、　Ｓ・・・球、９・・・正２０面体、
　１ａ・・・マイクロストリップアンテナ、　１０・・
・切隅正２０面体、　１１・・・擬似球面５角形サブア
レイ、　１２．１２ａ、　１２ｂ・・・擬似球面６角形
サブアレイ、　１４・・・ビーム走査パターン、　１５
・・・第１段低雑音場幅器、　１６・・・スイッチマト
リックス、　１７・・・ビーム合成回路、ｌ８・・・第
２段低雑音場幅器、　　１９・・・制御回路、２０・・
・動揺検出器、　　２１・・・航行装置、　２２・・・
固定移相器、　２３・・・固定減衰器、　２４・・・線
、２５・・・合成器、　２６・・・誘電体、　２７・・
・上部円形ディスク、　２８・・・下部円形ディスク、
　２９・・・地板、３０・・・上部円形ディスク２７の
地絡線、　３１・・・円形空洞、　３２．３３・・・給
電線、３４．３５・・・給電端子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）切隅２０面体の各頂点に該切隅２０面体の外接す
る球面に沿うように各素子アンテナを配置するか又は正
２０面体の各頂点および隣接する２頂点間の円弧の中央
とに該２０面体に外接する球に沿うように各素子アンテ
ナを配置せしめ、各素子アンテナを中心として擬似球面
５角形もしくは擬似６角形を形成する関係にある他の素
子アンテナとで各サブアレイを構成し、該個々のサブア
レイとビームの指向方向とを予め関係付けておき、ビー
ムの指向すべき方向に応じて前記個々のサブアレイを切
替えることを特徴とする移動衛星通信用アンテナ装置。