JPS6214504A - アンテナ装置 - Google Patents

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】 〔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の衛星方
向への指向装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のアンテナ指向装置は、例えば第４図に示す如く構
成されている。即ち、この指向装置は、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（４１，
（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（４１，（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（６１，（６’）と夫々９
０’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＋９１．　　（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（１２）が夫々固設される。該コ字状部材（
１２）は、上記ロール軸（６１、（６’）又はピッチ軸
（９）、　　（９’）と同一の高さの所に、仰角軸（１
３）　。

（１３’）を有する。これ等仰角軸（１３）　、　　（
１３’）は、夫々一端はアンテナ（１４）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イールを内蔵するフライホイールユ
ニットで、ピッチジンバル（８）に固定される。

このフライホイールユニット（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、上記フライホイールユニット（１７）に対して、非
接触時に上記ロール軸（６１、（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、ピンチ
ジンバル（８）以内をピッチ軸（９）。

（９′）のまわりにプリセツ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
イールユニット（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
ツションさせる作用を行う、　　（２０）はロール傾斜
針で、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＋６１．　　（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！６１　、　　（６’）ま
わりに関して、常に水平に保持する。（２１）はピッチ
傾斜針で、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、ピンチ
ジンバル（８）をピッチ軸（９１、（９’）まわりに関
して常に水平に保持する。即ち、上記２（１１ｉ１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指向装置にあって
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
央部にフライホイ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、基台と、支持機構とアンテナとよりなるアン
テナ指向装置において、上記支持機構を上記基台に対し
て垂直な方位軸のまわりに回動的に支持すると共に、上
部に上記方位軸と直交する水平軸々受を有するフォーク
状部材を構成した方位ジンバルと、上記水平軸々受に回
動的に嵌合する水平軸が固設され該水平軸と直交するア
ンテナ軸を有するアンテナ支持部材と、該アンテナ支持
部材に固定され、上記水平軸と平行な入力軸を有する第
１のジャイロと、上記アンテナ支持部材に固定され、上
記アンテナ軸と上記水平軸の双方に直交する入力軸を有
する第２のジャイロと、上記アンテナ支持部材に固定さ
れ上記アンテナ軸の水平面に対する傾斜に対応した出力
を発生ずる加速度計と、上記基台に対する上記方位ジン
バルの上記方位軸まわりの回転角を発信する方位発信器
とより構成し、上記加速度計の出力信号から衛星の高度
角に対応した値を減じた信号を上記第１のジ・ヤイロの
実質的なトルカにフィードバックすると共に、上記方位
発信器の出力信号、船首方位及び衛星方位角に対応した
信号とを演算した信号を上記第２のジャイロの実質的な
トルカにフィードバッタしたアンテナ指向装置である。

〔作用〕

アンテナ軸と直交する入力軸を有する仰角ジャ　　　　
　　１イロの出力を仰角サーボモータに、方位ジャイロ
の出力を方位サーボモータにそれぞれ入力し、アンテナ
をアンテナ軸と直交する２個の軸のまわりに船体運動か
ら安定化させる。入力軸をアンテナ軸と平行となるよう
にアンテナに直接取付けた加速度計の出力から衛星高度
角を差し引いたものを、ジャイロの等価的なトルカにフ
ィードバックし、アンテナの仰角を衛星高度に一致させ
る。アンテナの船体に対する方位を発信する方位発信器
の出力に衛星方位角及びジャイロコンパスからの船首方
位角を加減算したものを方位ジャイロの等価的なトルカ
にフィードバックし、アンテナを衛星方位に一致させる
。

〔実施例〕

第１図は本発明のアンテナ指向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。

同図に示す本発明の一例においては、基台（３）にブリ
ップ部（３−１）を設け、その上に上方に突出する如く
円筒部（１０’）を植立し、その内部に配した２個の方
位軸々受（９−１）　、　　（９−１’）に方位軸（１
０）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）を上記方位軸（１０）の軸線の
まわりに回動的に支持する。方位ジンバル（４０）の上
端にフォーク状部分（４０−２）を固定する。このフォ
ーク状部分（４０−２）は、上記方位軸（１０）と直交
し且つ水平方向に２個の仰角軸々受（１６）　、　　（
１６’）を有する。アンテナ（１４）を取付けるコ字状
の取付金具（４１）の両脚（４１−１）　。

（４１−１’）の対応する位置に設けた仰角軸（１３）
。

（１３’）が仰角軸々受（１Ｂ）　、　　（１６’）に
夫々回動的に嵌合する。この取付金具（４１）に、仰角
軸（１３）　。

（１３’）のまわりのアンテナ（１４）の角度を検出す
る仰角ジャイロ（４４）と、仰角軸（１３）　、　　（
１３’）及びアンテナ（１４）の軸（Ｘ−Ｘ）の双方に
直交する軸のまわりのアンテナ（１４）の角度を検出す
る方位ジャイロ（４５）と、アンテナ（１４）の仰角軸
（１３）　、　　（１３’）まわりの傾斜角を検出する
第１の加速度計（４６）及びアンテナ（１４）のアンテ
ナ軸（Ｘ−Ｘ　）まわりの傾斜角を検出する第２の加速
度計（４７）を夫々固設する。

又、取付金具（４１）は、一方の仰角軸（１３）と同軸
的の仰角歯車（４８）を有する。方位ジンバル（４０）
のフォーク状部分（４０−２）の対応位置に固設した仰
角サーボモータ（４９）の回転軸に設けたピニオン（５
０）が、上記仰角歯車（４８）と噛合している。一方、
方位軸（１ｏ）の下端部に方位歯車（１１）を取り付け
、基台（３）のブリッジ部（３−１＞上に方位サーボモ
ータ（５２）及び方位発信器（５３）を取り付け、それ
等の回転軸に設けたビニオン（図示せず）を方位歯Ｎ（
１１）と夫々噛合させる。

仰角ジャイロ（４４）　、方位ジャイロ（４５）に振動
ジャイロ、レートジャイロ等の微分型のジャイロを用い
た場合の制御ループを第１図に合わせて示す。仰角ジャ
イロ（４４）の出力は、積分器（５４）、増幅器（５５
）を介して仰角サーボモータ（４９）にフィードバック
され、船体の角運動に対して仰角軸（１３）　、　　（
１３’）まわりのアンテナ（１４）の角速度をゼロに保
持する。

一方、第１の加速度計（４６）の出力は、アークサイン
演算器（５７）を介し、それより手動設定等による衛星
高度角θＳに対応した信号を減じた後、減衰器（５６）
を通して積分器（５４）に入力される。

このループは、アンテナ（１４）の仰角θを衛星高度角
θＳに一致させる時定数を持ったループで、減衰器（５
６）には、仰角ジャイロ（４４）のドリフト変動を補償
するため、積分特性を具備させることも出来る。

一方、方位ジャイロ（４５）の出力は、積分器（５８）
、増幅器（５９）を通して方位サーボモータ（５２）に
フィードバックされ、アンテナ（１４）を、アンテナ軸
（Ｘ−Ｘ）及び仰角軸（１３）　、　　（１３’）の双
方に直交する軸のまわりに船体の角運動に対して安定化
させる。一方、アンテナの方位に対応した方位発信器（
５３）の出力から、マグネットコンパス或はジャイロコ
ンパスからの船首方位φＣ及び手動設定等による衛星方
位φＳが差し引かれた後、その信号を減衰器（６０）を
通して積分器（５８）に入力する。このループは、アン
テナ方位φを、衛星方位φＳに一致させる時定数をもっ
たループで、減衰器（６０）は方位ジャイロ（４５）の
ドリフト変動を補償するため、積分特性を具備させるこ
とも出来る。即ち、第１図において、減衰器（５６）。

（６０）の出力端は、積分型ジャイロのトルカに相当す
ることになる。

尚、仰角ジャイロ（４４）　、方位ジャイロ（４５）と
して、従来の機械式ジャイロ、チューンドドライジャイ
ロ（ＴＤＧ　）等の二軸自由度タイプのジャイロ、或い
はレート積分ジャイロ等の、出力が角速度でな（、角度
であるようなジャイロを使用する場合には、それ等のピ
ックアップ出力を積分器（５４）　、　　（５８）を通
さず、直接、増幅器（５５）　。

（５９）に入力すると共に、減衰器（５６）　、　　（
６０）の出力は、対応するジャイロのトルカに入力すれ
ば良いことになり、ジャイロの方式に制限されない。

又、仰角及び方位サーボモータ（４９）　、　　（５２
）として、ギアードタイブのものを示したが、その代わ
りに歯車系を必要としない直接駆動型のものを使用して
も良いし、ステップモータ、パルスモータ等も使用口Ｊ
能なことは勿論である。

更に、方位発信器（５３）としては、シンクロ電機が一
般的であるが、ポテンショメータ、エンコーダ等の同様
の機能のものであれば、使用可能である。

又、第１図のレベル制御系は、アークサイン演算器（５
７）を用い、アンテナ軸（Ｘ−Ｘ　）の傾斜角を正弦関
数から線型化したが、逆に衛星高度角θＳの方に正弦計
算を行う方法によっても同様の機能となる。

尚、アンテナの感度変化を利用して、アンテナを正しく
衛星方向に指向させるステップトランク等の方法が実用
化されているが、これ等のフィードバックループを、本
発明に併用できることは勿論である。

又、第２の加速度計（４７）の出力は、図示せずも信号
系路を介してレベル制御系及び方位制御系に送られ、ア
ンテナ軸（Ｘ−Ｘ　）まわりの船体傾斜の影響を補正す
るために用いられる。

〔発明の効果〕

本発明によるアンテナ指向装置の効果は次の通りである
。従来のアンテナ指向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。

又、トルクの大きいサーボモータで方位ジンバルやアン
テナを駆動するタイプのため、アンテナからの信号を送
る同軸ケーブル等の剛性が受信性能へ与える影響を、完
全になくすることが出来る。

加えて、仰角系には加速度計によるフィードバックルー
プ、方位系にはジャイロコンパスによるフィードバック
ループをそれぞれ設けたため、仰角ジャイロ、方位ジャ
イロにレートジャイロ等の低価格、低精度のジャイロを
使用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアンテナ指向装置の一例の路線的斜視
図、第２図は従来のアンテナ指向装置の路線的斜視図で
ある。 図に於て、（３）は基台、（１０）は方位軸、（１１）
は方位歯車、（１３）　、　　（１３’）は仰角軸、（
１４）はアンテナ、（４０）は方位ジンバル、（４０−
２）はフォーク状部分、（４１）は取付金具、（４４）
は仰角ジャイロ、（４５）　は方位ジャイロ、（４６）
　、　　（４７）は加速度計　、（４８）は仰角歯車、
（４９）は仰角サーボモータ、（５０）はビニオン、（
５２）は方位サーボモータ、（５３）は方位発信器、（
５４）　。 （５８）は積分器、（５５）　、　　（５９）は増幅器
、（５６）　。 （６０）は減衰器、（５７）はアークサイン演算器を夫
々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基台と、支持機構とアンテナとよりなるアンテナ指向装
   置において、上記支持機構を上記基台に対して垂直な方
   位軸のまわりに回動的に支持すると共に、上部に上記方
   位軸と直交する水平軸々受を有するフォーク状部材を構
   成した方位ジンバルと、上記水平軸々受に回動的に嵌合
   する水平軸が固設され該水平軸と直交するアンテナ軸を
   有するアンテナ支持部材と、該アンテナ支持部材に固定
   され、上記水平軸と平行な入力軸を有する第１のジャイ
   ロと、上記アンテナ支持部材に固定され、上記アンテナ
   軸と上記水平軸の双方に直交する入力軸を有する第２の
   ジャイロと、上記アンテナ支持部材に固定され上記アン
   テナ軸の水平面に対する傾斜に対応した出力を発生する
   加速度計と、上記基台に対する上記方位ジンバルの上記
   方位軸まわりの回転角を発信する方位発信器とより構成
   し、上記加速度計の出力信号から衛星の高度角に対応し
   た値を減じた信号を上記第１のジャイロの実質的なトル
   カにフィードバックすると共に、上記方位発信器の出力
   信号、船首方位及び衛星方位角に対応した信号とを演算
   した信号を上記第２のジャイロの実質的なトルカにフィ
   ードバックしたことを特徴とするアンテナ指向装置。