JPH0620164B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は海事衛星通信等に使用されるアンテナ装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来のアンテナ装置は、例えば第２図に示す如く構成さ
れている。即ち、このアンテナ装置は、同図に示す如
く、アンテナ、ジンバル等からなり、アンテナマウント
とも言われ、主として、船上に装備される機構部(1)と
船内に装備される制御部(2)とから構成される。同図に
おいて(3)は基台で、それに支柱（3A）が植立され、そ
の上端にフォーク状の部分（3B）が取り付けられてい
る。部分（3B）の両脚にロール軸々受(4)，（４′）
（（４′）は図示せず）が設けられている。この基台
(3)が船体上に取付けられる。(5)はロールジンバルで、
ロール軸々受(4)，（４′）と対応する位置に、ロール
軸(6)，（６′）が夫々固設され、これ等が上記ロール
軸々受(4)，（４′）に夫々回動的に嵌合される。ロー
ルジンバル(5)はロール軸(6)，（６′）と夫々90゜離れ
た位置にピッチ軸々受(7)，（７′）を有し、これ等に
ピッチジンバル(8)の対応位置に固設されたピッチ軸
(9)，（９′）が夫々回動的に嵌合される。ピッチジン
バル(8)は、ブリッジ（8-1 ）を介して上方に突出する
円筒部（10′）を有し、その内部に方位軸々受（9-1
），（ 9-1′）を互いに上下に離して固設する。

（10）は方位軸で、これは上記円筒部（10′）内の方位
軸々受（9-1 ），（ 9-1′）に回動的に嵌合すると共
に、下端に方位歯車（11）が、又上端にコ字状部材（1
2）が夫々固設される。該コ字状部材（12）は、上記ロ
ール軸(6)，（６′）又はピッチ軸(9)，（９′）と同一
の高さの所に、仰角軸（13），（13′）を有する。これ
等仰角軸（13），（13′）は、夫々一端はアンテナ（1
4）が取付けられている取付部材（15），（15′）の対
応位置に設けた、仰角軸々受（16），（16′）に夫々回
動的に嵌合する。（17）は方位軸（10）と平行な軸のま
わりに高速で回転するフライホィールを内蔵するフライ
ホィールユニットで、ピッチジンバル(8)に固定され
る。このフライホィールユニット（17）を設けたこと
で、ピッチジンバル(8)、コ字状部材（12）、アンテナ
（14）等からなる部分は、ジャイロケースの一部を構成
し、これ等全体がジャイロとなる。

（18）はピッチトルカで、基台(3)のフォーク状の部分
（3B）のロール軸々受（４′）の位置に取付けられ、上
記フライホィールユニット（17）に対して、非接触時に
上記ロール軸(6)，（６′）のまわりに、その入力電流
に比例したトルクを加え、その結果、ピッチジンバル
(8)以内をピッチ軸(9)，（９′）のまわりにプリセッシ
ョンさせる作用を行う。（19）はロールトルカで、ピッ
チジンバル(5)のピッチ軸々受（７′）の位置に取付け
られ、上記フライホィールユニット（17）に対して非接
触的に上記ピッチ軸(9)，（９′）のまわりにその入力
電流に比例したトルクを加え、その結果、ピッチジンバ
ル(8)以内をロール軸(6)，（６′）のまわりにプリセッ
ションさせる作用を行う。（20）はロール傾斜計で、ピ
ッチジンバル(8)上に取付けられ、ピッチジンバル(8)の
ロール軸(6)，（６′）まわりの傾斜を検出し、その出
力は増幅器（22）を介して、上記ロールトルカ（19）に
フィードバックされ、ピッチジンバル(8)をロール軸
(6)，（６′）まわりに関して、常に水平に保持する。
（21）はピッチ傾斜計で、ピッチジンバル(8)上に取付
けられ、ピッチジンバル(8)のピッチ軸(9)，（９′）ま
わりの傾斜を検出し、その出力は増幅器（23）を介して
ピッチトルカ（18）にフィードバックされ、ピッチジン
バル(8)をピッチ軸(9)，（９′）まわりに関して常に水
平に保持する。即ち、上記２個のフィードバックループ
により、ピッチジンバル(8)は常に水平に保持され、そ
の結果、方位軸（10）は常時、鉛直に保持されることに
なる。

コ字状部材（12）のピッチジンバル(8)に対する方位角
は、その回転子（図示せず）が方位歯車（11）と噛合し
ているブリッジ（8-1 ）上に設けた方位角発信器（24）
によって検出され、制御部(2)に送られる。又、アンテ
ナ（14）のコ字状部材（12）に対する仰角も、その回転
子（図示せず）が一方の仰角軸（13）に固定した仰角歯
車（25）に噛合している一方の取付部材（15）に設けた
仰角発信器（26）によって検出され、同時に制御部(2)
に送られる。制御部(2)においては、ジャイロコンパス
（図示せず）からの船首方位、衛星の方位角、仰角等を
もとに演算を行い、ブリッジ（8-1 ）上に設けた方位サ
ーボモータ（27）及び取付部材（15）に設けた仰角サー
ボモータ（28）に、増幅器（27A ）及び（28A ）を介し
て命令を与え、アンテナ（14）を所要の衛星方向に指向
させる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来のアンテナ装置にあっては、
ピッチジンバルをロール軸及びピッチ軸まわりに水平を
保持するための２個の水平制御系、衛星方向にアンテナ
を指向させるための方位制御系、アンテナの仰角を制御
するための仰角制御系の４つの制御系統が必要であり、
システムが高価であり、信頼性も低下する。又、中央部
にフライホィールの取付けられたピッチジンバルがあ
り、その周囲にロールジンバル、ロール軸々受を有する
基台に取り付けたフォーク状部分、コ字状部材等が配置
され、その外側に大口径のアンテナが配置されるため、
機構部が大型となり、取付場所の制限、装備の困難等、
各種の問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、アンテナ軸(X-X) を有するアンテナ(14)と、
アンテナ(14)をアンテナ軸(X-X) に直交する仰角軸(1
3),(13′)の周りに回転可能に支持する方位ジンバル(4
0)と、方位ジンバル(40)を仰角軸(13),(13′)に直交す
る方位軸(10)の周りに回転可能に支持する基台(3) と、
スピン軸を有しスピン軸がアンテナ軸(X-X) と平行にな
るようにアンテナ(14)に固定されたフライホイールユニ
ット(17)と、アンテナ(14)に固定されアンテナ軸(X-X)
と平行な入力軸を有する加速度計(44)と、入力信号に比
例したトルクを方位ジンバル(40)の方位軸(10)の周りに
非接触的に付与するレベルトルカ(49)と、方位ジンバル
(40)に取りつけられ入力信号に比例したトルクをアンテ
ナ(14)の仰角軸(13),(13′)の周りに非接触的に付与す
る方位トルカ(45)と、基台(3)に対する方位ジンバル(4
0)の方位軸(10)周りの回転角を指示する回転角信号を発
生する方位発信器(46)と、アンテナ(14)の仰角軸(13),
(13′)の周りの回転を制御するためのレベル拘束ループ
と、アンテナ(14)の方位軸(10)の周りの回転を制御する
ための方位拘束ループと、を有し、 レベル拘束ループはアンテナ軸(X-X) の水平面に対する
傾斜角を指示する傾斜角信号を発生するために用いられ
る加速度計(44)と加速度計(44)より出力された傾斜角に
衛星の高度角を減算する第１の加算器(53)と第１の加算
器(53)の出力を入力する上記レベルトルカ(49)とを有し
アンテナ(14)の仰角を衛星の高度角に一致させるように
機能し、 方位拘束ループは方位発信器(46)と船首方位角と方位発
信器(46)より出力されたアンテナ方位角との和を衛星の
方位角より減算する第２の加算器(54)と第２の加算器(5
4)の出力を入力する方位トルカ(45)とを有しアンテナ(1
4)の方位を衛星の方位角に一致させるように機能するこ
とを特徴とするアンテナ装置である。

〔作用〕

アンテナ軸と略々平行なスピン軸を有するフライホィー
ル及び加速度計を直接アンテナに取付け、これ等をアン
テナ軸と直交し且つ水平な軸のまわりに方位ジンバルに
より回動的に支持すると共に、方位ジンバルを基台によ
り鉛直軸（方位軸）のまわりに回動的に支持する。加速
度計の出力から衛星高度角を差し引いてこれを方位軸に
設けたレベルトルカにフィードバックし、アンテナの仰
角を衛星高度角に常時一致させる。又、アンテナの方位
信号から船首方位及び衛星方位を差し引いた信号を、仰
角軸（水平軸）に設けた方位トルカにフィードバック
し、アンテナを常時正しい衛星方位に保持するものであ
る。

〔実施例〕

第１図は本発明のアンテナ装置の一実施例を示す斜視図
である。同図において、第２図と同一符号は互いに同一
素子を示すものとする。扨て、この例では、基台(3)に
円筒部（10′）を直接植立し、その内部の方位軸々受
（9-1 ），（ 9-1′）に方位軸（10）を嵌合し、その上
端にアーム（40-1）を介して、方位ジンバル（40）を方
位軸（10）の軸線まわりに回動的に支持する。方位ジン
バル（40）の上部に設けたフォーク状部分（40-A）に、
２個の仰角軸々受（16），（16′）を設け、これ等に、
アンテナ（14）の取付けられるフォーク状の取付金具
（42）の両脚（15），（15′）の対応する位置に設けた
仰角軸（13），（13′）が夫々回動的に嵌合する。

取付金具（42）はアンテナ（14）と反対側に、フライホ
ィール（17-1）を内蔵するフライホィールユニット（1
7）と、その入力軸をアンテナ（14）の軸と平行にした
第１の加速度計（44）及び上記仰角軸（13），（13′）
とその入力軸を平行にした第２の加速度計（48）を夫々
に固設する。方位ジンバル（40）のフォーク状部分（40
-A）の仰角軸（13′）の位置に、フライホィールユニッ
ト（17）に仰角軸（13），（13′）のまわりに非接触的
にトルクを加える方位トルカ（45）が固設される。又、
方位軸（10）の上端に、方位ジンバル（40）に方位軸
（10）のまわりに非接触的にトルクを加えるレベルトル
カ（49）及び基台(3)に対する方位ジンバル（40）の方
位角を検出発信する方位発信器（46）がそれぞれ固設さ
れる。

次に本例のアンテナ装置の動作を説明する。取付金具(4
2)にはスピン軸がアンテナ軸(x-x)の平行となるように
フライホイールユニット(17)が装着されており、取付金
具(42)及びアンテナ(14)は全体として１つのジャイロユ
ニットを構成している。従って、仰角軸軸受(16),(1
6′)及び方位軸軸受(9),(9′)において摩擦トルクが発
生しないなら、アンテナ(14)はジャイロの作用によって
角運動量保存の法則に従い、船体の動揺とは無関係にア
ンテナ軸(x-x) は慣性空間に対して一定の方向を指向す
る。しかしながら、実際には仰角軸軸受(16),(16′)及
び方位軸軸受(9),(9′)における摩擦トルク等によりス
ピン軸はドリフトする。最初に、アンテナ軸(X-X) が衛
星方向を指向してしたとしても、時間の経過とともに、
斯かるドリフトによってアンテナ軸(X-X) は衛星方向を
指向しなくなり、所謂指向誤差が生ずる。

本例のアンテナ装置には斯かるアンテナ軸(x-x) の指向
誤差を補正するために２つの制御ループが設けられてい
る。斯かる制御ループはレベル制御系即ちレベル拘束ル
ープと方位制御系即ち方位拘束ループである。

レベル制御系即ちレベル拘束ループはアンテナ軸(X-X)
と平行な入力軸を有する加速度計(44)、アークサイン演
算器(47)、第１の加算器(53)、第１の増幅器(50)及びレ
ベルトルカ(49)を有する。本例では、加速度計(44)は水
平面に対するアンテナ軸(X-X) の傾斜角度を検出するた
めに使用されている。加速度計(44)によって出力された
傾斜角信号はアンテナ軸(X-X) の仰角θの正弦値を含
む。

図３に本例の加速度計(44)の原理を簡略的に示す。加速
度計(44)はアンテナ軸(X-X) に平行な入力軸を有するよ
うに取り付けられ、従って、その出力Ａは図示のように
Ａ＝ｇｓｉｎθである。尚、実際には船体の動揺による
交番加速度が重畳されるが、斯かる交番加速度がフィル
タ等により略ゼロとなる。

こうして、加速度計(44)の出力である仰角θの正弦値信
号はアークサイン演算器(47)に供給され、そこでアーク
サイン演算がなされてアンテナ軸(X-X) の仰角θが求め
られる。尚、本例では加速度計(44)及びアークサイン演
算器(47)によって仰角θが求められたが、その代わりに
仰角θを直接検出するための傾斜計を用いてもよい。

第１の加算器(53)では、アークサイン演算器(47)より出
力されたアンテナ軸(X-X) の仰角θに対して図示しない
衛星高度角設定器より出力された衛星高度角θ_Ｓが減算
され、仰角偏差θ−θ_Ｓが求められる。斯かる仰角偏差
θ−θ_Ｓは第１の増幅器(50)を経由してレベルトルカ(4
9)に供給される。レベルトルカ(49)によって方位軸(10)
周りに入力信号に比例したトルクが加えられるが、斯か
るトルクは仰角軸(13),(13′)を介してフライホイール
(17-) に加えられることとなる。その結果、仰角軸(1
3),(13′)周りのアンテナ軸(X-X) のプリセッションに
よる角度変化が発生し、アンテナ仰角θが変化する。斯
かる動作は仰角偏差θ−θ_Ｓがゼロになるまで継続され
る。

同様に、方位制御系即ち方位拘束ループはアンテナ(14)
の方位角を検出する方位発信器(46)、第２の加算器(5
4)、第２の増幅器(51)及び方位トルカ(45)を有する。

図４を参照して第２の加算器(54)の動作を説明する。第
２の加算器(54)では、ジャイロコンパス又はマグネット
コンパスより供給された船首方位φ_Ｃと方位発信器(53)
より供給されたアンテナ方位φ_Ａの和φ_Ｃ＋φ_Ａが目標
とする衛星方位φ_Ｓと比較される。斯かる衛星方位φ_Ｓ
は図示しない衛星方位設定器より供給される。両者の差
が方位偏差である。この方位拘束ループは方位偏差φ_Ｓ
−（φ_Ｃ＋φ_Ａ）がゼロになるようにアンテナ(14)を仰
角軸(13),(13′)周りに回転制御するように機能する。

〔発明の効果〕

本発明によるアンテナ装置の効果は次の通りである。従
来のアンテナ装置におけるロールジンバル及びピッチジ
ンバルが不要となり、大幅な小型化、低コスト化が可能
となる。又、歯車系、サーボモータ、角度発信器、増幅
器等のコンポーネントが半減したため、装置全体の信頼
性を向上出来る。加えて、小型化したことにより、装備
スペースが狭くてすみ、又全体が軽量化されたことによ
り、取付場所の強度を余り必要としないこと等、装備工
事を大幅に簡素化出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアンテナ装置の例、第２図は従来のア
ンテナ装置の例、第３図は加速度計の動作を説明する
図、第４図は加算器の動作を説明する図である。 図に於て、(3)は基台、（10）は方位軸、（13），（1
3′）は仰角軸、（14）はアンテナ、（17）はフライホ
ィールユニット、（40）は方位ジンバル、（40-A）はフ
ォーク状部分、（44）は加速度計、（45）は方位トル
カ、（46）は方位発信器、（47）はアークサイン演算
器、（49）はレベルトルカ、(53),(54)は加算器を夫々
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アンテナ軸を有するアンテナと、該アンテ
   ナを上記アンテナ軸に直交する仰角軸の周りに回転可能
   に支持する方位ジンバルと、該方位ジンバルを上記仰角
   軸に直交する方位軸の周りに回転可能に支持する基台
   と、スピン軸を有し該スピン軸が上記アンテナ軸と平行
   になるように上記アンテナに固定されたフライホイール
   ユニットと、上記アンテナに固定され上記アンテナ軸と
   平行な入力軸を有する加速度計と、入力信号に比例した
   トルクを上記方位ジンバルの方位軸の周りに非接触的に
   付与するレベルトルカと、上記方位ジンバルに取り付け
   られ入力信号に比例したトルクを上記アンテナの上記仰
   角軸の周りに非接触的に付与する方位トルカと、上記基
   台に対する上記方位ジンバルの上記方位軸周りの回転角
   を指示する回転角信号を発生する方位発信器と、上記ア
   ンテナの上記仰角軸の周りの回転を制御するためのレベ
   ル拘束ループと、上記アンテナの上記方位軸の周りの回
   転を制御するための方位拘束ループと、を有し、 上記レベル拘束ループはアンテナ軸の水平面に対する傾
   斜角を指示する傾斜角信号を発生するために用いられる
   上記加速度計と上記加速度計より出力された傾斜角に衛
   星の高度角を減算する第１の加算器と該第１の加算器の
   出力を入力する上記レベルトルカとを有し上記アンテナ
   の仰角を衛星の高度角に一致させるように機能し、 上記方位拘束ループは上記方位発信器と船首方位角と上
   記方位発信器より出力されたアンテナ方位角との和を衛
   星の方位角より減算する第２の加算器と該第２の加算器
   の出力を入力する上記方位トルカとを有し上記アンテナ
   の方位を衛星の方位角に一致させるように機能すること
   を特徴とするアンテナ装置。