JPH0149204B2 - - Google Patents

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JPH0149204B2
JPH0149204B2 JP1828284A JP1828284A JPH0149204B2 JP H0149204 B2 JPH0149204 B2 JP H0149204B2 JP 1828284 A JP1828284 A JP 1828284A JP 1828284 A JP1828284 A JP 1828284A JP H0149204 B2 JPH0149204 B2 JP H0149204B2
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JP
Japan
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antenna
axis
satellite
tracking
position information
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JP1828284A
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Japanese (ja)
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JPS60163504A (en
Inventor
Takayasu Shiokawa
Yoshio Karasawa
Hironori Juki
Matsuichi Yamada
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KDDI Corp
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Kokusai Denshin Denwa KK
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole
    • H01Q3/08Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole for varying two co-ordinates of the orientation

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は衛星通信用アンテナに係り、特には小
型移動体に搭載して有効な移動体用衛星通信アン
テナ装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a satellite communication antenna, and particularly to a satellite communication antenna device for a mobile body that is effective when mounted on a small mobile body.

(従来の技術) 従来から、移動衛星通信、特に船舶と陸上、船
舶と船舶との間で通信を行う海事衛星通信は急速
な発展を遂げてきている。このような移動体通信
においては、移動体のローリングやピツチング等
の動揺、地理的位置の移動に拘らず、常にアンテ
ナを衛星の方向に指向させることが必要である。
このためには、アンテナのマウント方式と追尾方
式とが問題となる。
(Prior Art) Mobile satellite communications, particularly maritime satellite communications that communicate between ships and land and between ships, have been rapidly developing. In such mobile communications, it is necessary to always point the antenna in the direction of the satellite, regardless of rolling, pitching, or other agitation of the mobile body, or movement of the geographical position.
For this purpose, the antenna mounting method and tracking method become problems.

マウン方式は一般に、第1図aに示すAz−El
軸による2軸制御方式、bに示すX−Y軸による
2軸制御方式、cに示すX−Az−El軸による3
軸制御方式、dに示すX−Y−Az−El軸による
4軸制御方式に分類される。このうちdに示す4
軸制御方式が、1゜〜2゜程度と良好な動揺補正精度
を有することから従来の海事衛星通信に採用され
てきている。しかし、マウント方式は軸数が多く
なるに従い、動揺補正精度は向上するが、その反
面、システムの重量・寸法が大きくなること、ま
た高価になること等の欠点を有している。
The mounting method is generally Az-El shown in Figure 1a.
2-axis control method using axes, 2-axis control method using X-Y axes shown in b, 3-axis control method using X-Az-El axes shown in c
The axis control system is classified into a four-axis control system using the X-Y-Az-El axes shown in d. Of these, 4 shown in d
The axis control method has been adopted in conventional maritime satellite communications because it has a good perturbation correction accuracy of about 1° to 2°. However, as the number of axes increases in the mounting method, the accuracy of vibration correction improves, but on the other hand, it has drawbacks such as increased weight and size of the system, and increased cost.

一方、追尾方式には、衛星からの到来電波を利
用してアンテナの追尾方向を自動的に決定する自
己追尾方式と、衛星の位置情報、移動体の位置情
報から計算により追尾方向を決定するプログラム
方式に大別される。このうち従来の海事衛星通信
には、自己追尾方式が採用されているが自己追尾
方式は使用するアンテナの電力半値ビ−ム幅が狭
い場合に適用可能であり、この場合良好な追尾特
性を示すが、反面システムが複雑になること、ま
た高価になること等の欠点を有している。
On the other hand, tracking methods include a self-tracking method that automatically determines the antenna's tracking direction using incoming radio waves from the satellite, and a program that determines the tracking direction by calculation from the satellite's position information and the moving object's position information. Broadly divided into methods. Among these methods, conventional maritime satellite communication uses a self-tracking method, but the self-tracking method can be applied when the half-power beam width of the antenna used is narrow, and in this case it shows good tracking characteristics. However, it has drawbacks such as the system becoming complicated and expensive.

以上のように、従来の海事衛星通信のアンテナ
装置は、4軸制御によるマウント方式と自己追尾
による追尾方式が採用されており、その形状も高
さ1.5m、直径1.5m(レドームを含む)で重量は
200Kg程度となつている。このような大型かつ高
価なアンテナ装置を必要とすることから、従来の
海事衛星通信は数千トン以上の船舶に実質上限ら
れ、小型船舶には、利用できないという大きな欠
点を有している。
As mentioned above, conventional maritime satellite communication antenna devices employ a mounting method using four-axis control and a tracking method using self-tracking, and their shape is 1.5 m in height and 1.5 m in diameter (including the radome). The weight is
It weighs around 200Kg. Since such a large and expensive antenna device is required, conventional maritime satellite communication has a major drawback in that it is essentially limited to ships weighing several thousand tons or more, and cannot be used for small ships.

これに対してインマルサツト(国際海事衛星通
信機構)においては、1990年頃より、小型船舶に
も設備することのできる小型システムの導入が検
討されている。このようなシステムに対して要求
されることは、小型、軽量、低廉であり、かつシ
ステム構成が簡単で操作が容易であることが求め
られる。
In response, since around 1990, Inmarsat (International Maritime Satellite Communications Organization) has been considering the introduction of a compact system that can be installed on small ships. Such a system is required to be small, lightweight, and inexpensive, and also to have a simple system configuration and easy operation.

また、近く国内でも開始される放送衛星からの
放送電波を陸上又は海上の移動体上で受信する場
合にも同様のアンテナ装置が要望される。
A similar antenna device is also required when a mobile body on land or sea receives broadcast radio waves from a broadcasting satellite which will soon be launched in Japan.

(発明の目的) 本発明は、上述した従来技術の欠点に鑑みなさ
れたものであり、将来の小型船舶による衛星通信
に適用可能な移動体用衛星通信アンテナ装置を堤
供することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the drawbacks of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide a satellite communication antenna device for a mobile object that can be applied to satellite communication by small ships in the future.

(発明の構成及び作用) 以下本発明を図示の実施例を参照しながら説明
する。
(Structure and operation of the invention) The present invention will be described below with reference to illustrated embodiments.

第2図は本発明によるアンテナシステムであつ
て、2はEl軸、3はAz軸であり、ベルト8,9
によつて、El駆動モータ6とAz駆動モータ4の
動力を伝達するものである。5はAz角検出器、
7はEl角検出器であり、駆動モータ4,6をそれ
ぞれ制御するための位置情報用として使用するも
のである。1はアンテナ本体であり、El軸2上で
低雑音増幅器10、ダイプレクサ11等とにより重
量バランスを考えた構造となつている。
FIG. 2 shows an antenna system according to the present invention, in which 2 is the El axis, 3 is the Az axis, and belts 8, 9
The power of the El drive motor 6 and the Az drive motor 4 is transmitted by this. 5 is an Az angle detector,
Reference numeral 7 denotes an El angle detector, which is used for position information for controlling the drive motors 4 and 6, respectively. Reference numeral 1 denotes the antenna body, which has a structure in which a low noise amplifier 10, a diplexer 11, etc. are arranged on the El axis 2, taking into consideration the weight balance.

ここで採用しているAz−El方式の2軸の構造
はEl軸2を支えるアーム15が図のようなU字構
造であるため、アンテナの取り付けが容易である
ことゝ同時に、どのような形状のアンテナであつ
ても重量バランスが取り易く、バランス用の重り
が不用である。従つて通常のAz−Elマウントに
比してAz軸3への負担が軽減されるため、Az軸
駆動モータ4の小型化も図られ、その結果として
アンテナシステムの軽量化が図られている。又、
通常のAz〔−Elマウントにおいては、そのマウン
トの形状の性格により、El軸は一般には仰角0゜の
水平の状態から仰角90゜までの駆動範囲となつて
いるので、El軸はアンテナをその指向方向が天頂
方向を越えて移動するように駆動することができ
ない。本発明による第2図の構造であれば、El軸
の駆動範囲は±90゜までに設定できるので、El軸
2は天頂方向を越えても駆動が可能となり、Az
−Elマウントで一般的〕に問題となるジンバルロ
ツクやAzリミツトによる指向誤差の軽減に効果
を上げることができる。
The two-axis structure of the Az-El system adopted here is that the arm 15 supporting the El axis 2 has a U-shaped structure as shown in the figure, making it easy to attach the antenna. It is easy to balance the weight even with the antenna, and no balancing weight is required. Therefore, since the load on the Az axis 3 is reduced compared to a normal Az-El mount, the Az axis drive motor 4 can be made smaller, and as a result, the antenna system can be made lighter. or,
In a normal Az[-El mount, due to the shape of the mount, the El axis generally has a driving range from a horizontal state with an elevation angle of 0° to an elevation angle of 90°. It is not possible to drive the pointing direction beyond the zenith direction. With the structure shown in Fig. 2 according to the present invention, the drive range of the El axis can be set up to ±90°, so the El axis 2 can be driven even beyond the zenith direction, and the Az
-It is effective in reducing pointing errors caused by gimbal lock and Az limit, which are common problems with El mounts.

なお、12は送信機、13は放熱用フイン、1
4はレドームベースである。放熱フイン13を図
示のように配置することにより、レドームベース
14及びフイン13の双方から放熱が可能となる
ため効率の良い構成となつている。
In addition, 12 is a transmitter, 13 is a heat dissipation fin, 1
4 is a radome base. By arranging the heat dissipating fins 13 as shown in the figure, heat can be dissipated from both the radome base 14 and the fins 13, resulting in an efficient configuration.

アンテナ本体1としては、パラボラアンテナ、
シヨートバツクフアイヤアンテナ、4素子へリカ
ルアンテナ等を用いることができるが、上述した
ように小型軽量化の観点からは、シヨートバツク
フアイヤアンテナと4素子ヘリカルアンテナが有
効である。
As the antenna body 1, a parabolic antenna,
A short backfire antenna, a four-element helical antenna, etc. can be used, but as mentioned above, a short backfire antenna and a four-element helical antenna are effective from the viewpoint of reducing size and weight.

第3図a,bに、シヨートバツクフアイヤアン
テナの一例を示す。図において、30は主反射
板、31は副反射板、32はクロスダイポール給
電素子、33は円筒形のリムである。電波は2つ
の反射板30と31との間で多重反射することに
より、アンテナ軸方向に鋭い指向性を示す。特に
図のように直径D1の主反射板30に直径D2、深
さhsの凹部34を付けることにより、高利得化が
図れ小型化を可能とする。
Figures 3a and 3b show an example of a short-backfire antenna. In the figure, 30 is a main reflecting plate, 31 is a sub-reflecting plate, 32 is a cross dipole feeding element, and 33 is a cylindrical rim. The radio waves exhibit sharp directivity in the antenna axis direction due to multiple reflections between the two reflecting plates 30 and 31. In particular, by providing a concave portion 34 with a diameter D 2 and a depth h s in the main reflecting plate 30 with a diameter D 1 as shown in the figure, a high gain can be achieved and miniaturization can be achieved.

また、第4図に、4素子ヘリカルアンテナを示
す。このアンテナの特徴はそれぞれのアンテナ素
子36が単独に金属円筒(リム)37内に収容さ
れており、このリム37の高さを調整することに
より、アンテナ素子36間の相互結合を抑圧し、
特性を改善しているものである。なお、38は整
合回路、39は合成回路である。
Further, FIG. 4 shows a four-element helical antenna. The feature of this antenna is that each antenna element 36 is individually housed in a metal cylinder (rim) 37, and by adjusting the height of this rim 37, mutual coupling between the antenna elements 36 is suppressed.
It has improved characteristics. Note that 38 is a matching circuit, and 39 is a combining circuit.

次に、アンテナマウント軸の制御について、第
5図を参照にして説明する。第5図において、1
は第2図に示されるアンテナ本体、4,6はそれ
ぞれAz軸駆動モータとEl軸駆動モータ、21は
ジヤイロで船の進行方向に対する情報が出力され
る。22,23はそれぞれ船舶の動揺であるロー
リング角検出器とピツチング角検出器で船舶の動
揺に応じた角度情報が出力される。34は船舶の
航行による位置情報の変化を出力する位置情報出
力装置で、NNSS等がこれに相当する。現用シス
テムでは、衛星追尾をステツプトラツクによる自
己追尾により行つているが、この方式を小型アン
テナシステムに適用することは先にも述べたよう
に、技術的、経済的、構造的観点から問題があ
る。このため、ここではNNSS等より船舶の正確
な位置情報を入手し、どの衛星を指向しているの
かを予め与えておくことにより、船舶に動揺がな
い場合の衛星仰角と衛星方位とを知り、その情報
とジヤイロ21、ローリング角検出器22、ピツ
チング角検出器23よりの信号と共に演算器20
で正確にアンテナを衛星方向に指向させるのに必
要なAz軸とEl軸との駆動角度を計算し、その指
令に基づいてそれぞれの駆動モータ4,6が制御
される。
Next, control of the antenna mount axis will be explained with reference to FIG. 5. In Figure 5, 1
2 is the antenna body shown in FIG. 2, 4 and 6 are Az-axis drive motors and El-axis drive motors, respectively, and 21 is a gyro which outputs information regarding the direction of travel of the ship. Reference numerals 22 and 23 are a rolling angle detector and a pitching angle detector, respectively, which are the oscillations of the ship, and output angle information corresponding to the oscillation of the ship. Reference numeral 34 denotes a position information output device that outputs changes in position information due to navigation of the ship, and corresponds to NNSS or the like. In current systems, satellite tracking is performed by self-tracking using a step track, but as mentioned earlier, applying this method to a small antenna system is problematic from a technical, economic, and structural perspective. . Therefore, by obtaining accurate position information of the ship from NNSS, etc., and specifying which satellite it is pointing to in advance, we can know the satellite elevation angle and satellite direction when the ship is not moving. The information and signals from the gyro 21, the rolling angle detector 22, and the pitching angle detector 23 are sent to the computing unit 20.
The drive angles of the Az and El axes required to accurately point the antenna toward the satellite are calculated, and the respective drive motors 4 and 6 are controlled based on the commands.

なお、Az軸3とEl軸2の回転角度α′、β′はそ
れぞれ次式で与えられる。
Note that the rotation angles α' and β' of the Az axis 3 and El axis 2 are given by the following equations, respectively.

α′=sin-1{−sinPcosγcosαcosβ +sinγcosαsinβ +cosγcosPsinα} β′=tan-1{sinPsinγcosαcosβ+cosαsinβco
sγ−sinαsinγcosP/cosPcosαcosβ+sinPsinα} ただし α:衛星方位角 β:衛星仰角 P:Pitching角 γ:Rolling角 近年のマイコン技術の進歩により、演算器20
も高速かつ低価格な物が提供できるようになり、
結果として第2図で示される小型なアンテナ装置
も容易に実現することができる。
α′=sin -1 {−sinPcosγcosαcosβ +sinγcosαsinβ +cosγcosPsinα} β′=tan -1 {sinPsinγcosαcosβ+cosαsinβco
sγ−sinαsinγcosP/cosPcosαcosβ+sinPsinα} Where α: Satellite azimuth angle β: Satellite elevation angle P: Pitching angle γ: Rolling angle With recent advances in microcomputer technology, the computing unit 20
We are now able to provide high-speed and low-cost products,
As a result, the small antenna device shown in FIG. 2 can be easily realized.

(効果) 以上詳細に説明のように、本発明によれば、U
字型のアームを用いているためにアンテナの取付
が容易であるとともにEl軸に対する重量バランス
をとることが容易であり、バランス用の重りは不
要である。さらに、U字型アームを支持するAz
軸への負担も軽減される。また、制御の面からみ
て〔も、U字型のアームを用いているので、El軸
の回転角を天頂を越えて拡大し、ジンバルロツク
による指向誤差の改善をすることができるので、
高速〕精密制御が可能である。従つて、本発明の
アンテナ装置は小型にして高性能であり、船舶用
に適するのは勿論であるが、航空機及び陸上の移
動体に設置して放送受信を含む衛星通信を行う場
合に極めて優れた効果を発揮するものである。
(Effects) As explained in detail above, according to the present invention, U
The use of a letter-shaped arm makes it easy to mount the antenna and balance the weight against the El axis, eliminating the need for a balancing weight. Furthermore, Az supporting the U-shaped arm
The load on the shaft is also reduced. Also, from a control point of view, since a U-shaped arm is used, the rotation angle of the El axis can be expanded beyond the zenith, and pointing errors due to gimbal lock can be improved.
[High speed] Precise control is possible. Therefore, the antenna device of the present invention is small in size and has high performance, and is suitable for use on ships, but it is also extremely suitable when installed on aircraft and land-based mobile objects for satellite communication including broadcast reception. It has a very effective effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図a,b,c,dは従来のアンテナ装置の
制御を説明するための制御軸構成図、第2図は本
発明のアンテナの構造例を示す正面図、第3図
a,bは本発明に用いるアンテナの一例を示す斜
視図及び正面図、第4図a,bは本発明に用いる
アンテナの他の例を示す平面図及び正面図、第5
図は本発明に用いるアンテナ制御系の一例を示す
ブロツク図である。 1……アンテナ本体、2……El軸、3……Az
軸、4……Az駆動モータ、5……Az角検出器、
6……El軸駆動モータ、7……El角検出器、8,
9……ベルト、10……低雑音増幅器、11……
ダイプレクサ、12……送信機、13……放熱用
フイン、14……レドームベース、15……アー
ム、20……演算器、21……ジヤイロ、22…
…ローリング角検出器、23……ピツチング角検
出器、24……位置情報出力装置、30……主反
射板、31……副反射板、32……クロスダイポ
ール給電素子、33,37……リム、34……凹
部、36……アンテナ素子、38……整合回路、
39……合成回路。
Fig. 1 a, b, c, and d are control axis configuration diagrams for explaining the control of a conventional antenna device, Fig. 2 is a front view showing an example of the structure of the antenna of the present invention, and Fig. 3 a, b are FIGS. 4a and 4b are a perspective view and a front view showing an example of the antenna used in the present invention; FIGS.
The figure is a block diagram showing an example of an antenna control system used in the present invention. 1...Antenna body, 2...El axis, 3...Az
Axis, 4...Az drive motor, 5...Az angle detector,
6...El axis drive motor, 7...El angle detector, 8,
9...Belt, 10...Low noise amplifier, 11...
Diplexer, 12...Transmitter, 13...Radiation fin, 14...Radome base, 15...Arm, 20...Arithmetic unit, 21...Gyroscope, 22...
...Rolling angle detector, 23...Pitching angle detector, 24...Position information output device, 30...Main reflector, 31...Sub-reflector, 32...Cross dipole feeding element, 33, 37...Rim , 34... recess, 36... antenna element, 38... matching circuit,
39...Synthesis circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 El軸をU字型のアームで支持して該El軸をア
ンテナ中心軸に近づけたAz−El2軸マウントを備
えるとともに、移動体の位置情報と該移動体の動
揺情報とによりアンテナを衛星方向に指向せしめ
るため前記El軸と前記Az軸を駆動制御する制御
機能とを備えたことを特徴とする移動体用衛星通
信アンテナ装置。
1 Equipped with an Az-El 2-axis mount in which the El axis is supported by a U-shaped arm and the El axis is brought closer to the antenna center axis, and the antenna is directed toward the satellite based on the position information of the moving object and the motion information of the moving object. 1. A satellite communication antenna device for a mobile object, comprising a control function for driving and controlling the El axis and the Az axis to direct the antenna to the antenna.
JP1828284A 1984-02-06 1984-02-06 Satellite communication antenna system for mobile body Granted JPS60163504A (en)

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JPH0834373B2 (en) * 1988-09-30 1996-03-29 アンリツ株式会社 Antenna mount device
JP2842963B2 (en) * 1992-03-11 1999-01-06 日本無線株式会社 Mobile antenna device

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