WO2016194127A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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    • H04B1/06—Receivers

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device for satellite communication mounted on a mobile object such as an aircraft.
  • An antenna device for satellite communication mounted on an aircraft is attached to the upper part of the aircraft body, which increases air resistance.
  • An antenna mounted on an aircraft is required to reduce drag (referred to as drag) due to air resistance (referred to as low drag).
  • the antenna elements are mounted on a base that rotates one azimuth angle. Therefore, when the diameter of the base is reduced, the distance between the antenna elements is reduced. When the interval is narrow, when the antenna is directed at a low elevation angle, interference and blocking between the antenna elements increase, and the antenna gain decreases. When the distance between the antenna elements is increased, interference and blocking between the antenna elements at a low elevation angle are reduced, but the base becomes longer in the arrangement direction of the antenna elements. As a result, the diameter of the base that rotates the azimuth is increased. As the diameter of the base increases, the width of the antenna device as viewed from the direction of travel of the mounted aircraft increases, and the cross-sectional area toward the nose increases even if the height of the antenna device is low. That is, there is a problem that there is a trade-off relationship between a decrease in antenna gain due to interference or blocking between antenna elements and a reduction in the cross-sectional area in the nose direction.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems.
  • the antenna In an antenna apparatus in which a cross-sectional area in the nose direction is reduced by forming a single antenna by a plurality of antenna elements, the antenna has a low elevation angle. It is an object of the present invention to obtain an antenna device that can maintain the antenna gain even when the antenna is directed.
  • An antenna device includes an antenna that receives a radio wave from a satellite and generates a reception signal, and an antenna driving unit that changes a directivity direction that is a direction of the antenna, and is arranged in a row. Having an antenna unit. Furthermore, a direction command value generation unit that generates a direction command value that is a command value given to the antenna drive unit so that the direction in which the satellite exists and the pointing direction match, and the phase of the reception signal generated by the plurality of antennas A phase difference calculation unit that calculates a phase difference that is a difference between the two and a signal synthesis device that synthesizes a plurality of received signals based on the phase difference.
  • the antenna gain can be maintained even when the antenna is directed at a low elevation angle, and the cross-sectional area of the antenna device viewed from the front in the traveling direction of the moving body can be reduced.
  • FIG. 1 It is a side view in the state where the height of the antenna device in which two antennas as a second comparative example rotate around the same azimuth axis is maximized. It is a figure explaining the state in which the shielding of the antenna has generate
  • FIG. It is a figure explaining the relationship between the antenna azimuth at the altitude angle which antenna shielding generate
  • FIG. It is a functional block diagram of the antenna apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • the antenna units 30 ⁇ / b> A and 30 ⁇ / b> B are installed on the antenna installation surface at the top of the nose of the aircraft 70.
  • the direction perpendicular to the antenna installation surface is called the aircraft vertical direction.
  • the nose-side antenna unit 30A has an antenna 1A that receives a radio wave from a satellite and generates a reception signal, an amplifier 2A that amplifies the reception signal output by the antenna 1A, and a direction in which the antenna 1A faces.
  • the aft-side antenna unit 30B includes an antenna 1B, an amplifier 2B, an antenna driving unit 3B, and an airframe fixing unit 71B.
  • the antenna 1A and the antenna 1B have the same configuration, and the term “antenna 1” is used when both the antennas 1A and 1B are concerned.
  • the amplifier 2 and the like are also expressed in the same manner.
  • the antenna device 100 includes a phase difference calculation unit 4 that calculates a phase difference between reception signals generated by the two antennas 1A and 1B, and a direction that generates a direction command value of the directivity direction of the antenna 1 given to the antenna drive unit 3.
  • the command value generation unit 5 and a signal synthesis device 40 that synthesizes the received signals that are output and amplified by the two antennas 1A and 1B based on the phase difference calculated by the phase difference calculation unit 4 are further provided.
  • the signal output from the signal synthesizer 40 is demodulated by a demodulator 50 (not shown).
  • the signal synthesizer 40 includes two phase shifters 6A and 6B that adjust so that the phases of the two input signals are synchronized, and a synthesizer 7 that synthesizes the signals whose phases are synchronized by the phase shifters 6A and 6B. And have.
  • the phase shifter 6A adjusts the phase of the signal received by the antenna 1A.
  • the phase shifter 6B adjusts the phase of the signal received by the antenna 1B. Since the received signals of the antennas 1A and 1B are adjusted by the phase shifters 6A and 6B so that the phases match each other, the synthesizer 7 synthesizes the received signal and doubles the received signal strength.
  • an antenna gain equivalent to that obtained when a signal from a satellite is received by one antenna having an opening area twice that of the antenna 1A and the antenna 1B can be obtained. Since the purpose is to reduce the phase difference to zero, only the phase on one side may be adjusted so that one of the phase shifters 6A and 6B is not provided. A necessary number of phase shifters may be provided at necessary locations so that the phases of a plurality of received signals can be matched based on the phase difference.
  • the antenna 1 is desirably a planar antenna in order to make full use of the effects of the present invention.
  • the planar antenna has no physical restriction on the shape of the aperture surface unlike the parabolic antenna, and the aperture surface shape can be freely determined.
  • a planar antenna even if the antenna has the same aperture area and antenna gain, it can be a horizontally long rectangular planar antenna. By making it horizontally long, the height of the antenna 1 can be kept low even when a low elevation angle is directed.
  • an antenna device with a reduced height can be realized as shown in FIGS.
  • the amplifier 2 amplifies the received signal input from the antenna 1 and outputs the amplified signal to the subsequent phase shifter 6.
  • the amplifier 2 is installed on the back surface of the antenna 1 so that the signal-to-noise ratio of the received signal does not deteriorate as much as possible. Amplifiers may be installed at other positions.
  • the width of the antenna device is increased by the supporting member.
  • the altitude axis 31 is arranged behind the antenna 1. It is good also as a structure which supports a planar antenna from the side.
  • the altitude angle changing unit 32 and the azimuth changing unit 33 have a motor that generates a driving force to be rotated and a driving force transmission mechanism that is rotated by the driving force generated by the motor, although not shown.
  • the antenna driving unit 3 includes a drive control unit 34 (not shown) that controls the motor so that the azimuth angle and altitude angle of the antenna, that is, the antenna directing direction matches the direction command value.
  • the direction command value may be determined by a hybrid method combining an open method and a closed loop method.
  • the direction command value for the drive control unit 34 is given by any of these methods, and the drive control unit 34 drives the antenna so that the antenna is directed in the direction in which the satellite exists within an allowable deviation from the direction command value.
  • the unit 3 is driven.
  • the phase difference calculation unit 4 calculates a phase difference between the reception signals necessary for optimally combining the reception signals output from the antennas 1 ⁇ / b> A and 1 ⁇ / b> B, and outputs the phase difference to the signal synthesis device 40.
  • a method of calculating the phase difference will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a path length difference between radio waves received by a plurality of antennas included in the antenna device according to the first embodiment.
  • the azimuth angle ⁇ is an angle between the azimuth direction component obtained by projecting the antenna directivity direction 82 perpendicularly to the antenna installation surface and the nose direction 81.
  • the altitude angle ⁇ is an angle between the aircraft vertical direction 83 and the antenna directing direction 82.
  • the inter-unit distance which is the distance between the centers of the azimuth axes of the antenna units 30A and 30B, is represented by a variable L.
  • a directivity direction distance that is a distance obtained by projecting the inter-unit distance L into the directivity direction 82 of the antenna is represented by a variable D.
  • D L * cos ⁇ (1)
  • the path length difference E of the signals from the satellites received by the antennas 1A and 1B has the following relationship with the pointing direction distance D.
  • E D * sin ⁇ (2)
  • the following formula is obtained by combining the formula (1) and the formula (2). That is, the path length difference E is determined from the azimuth angle ⁇ and the altitude angle ⁇ .
  • E L * cos ⁇ * sin ⁇ (3)
  • the phase difference ⁇ of the signals from the satellites received by the antennas 1A and 1B is obtained by dividing the path length difference E by the signal wavelength ⁇ .
  • FIG. 7 is a plan view of the antenna device according to Embodiment 1 in a state where the antenna is oriented in a direction perpendicular to the installation surface.
  • FIG. 8 is a side view of the antenna device according to Embodiment 1 in a state where the height is maximum.
  • FIG. 9 is a front view of the antenna device according to Embodiment 1 in a state where the height is maximum. 7 to 9 are diagrams in the case where the antenna 1 faces the nose direction. As can be seen from the front view of FIG. 9, it is one of the features of the present invention that even if a plurality of antenna units are arranged in the traveling direction of the airframe, the cross-sectional area in the nose direction is that of one antenna unit. is there.
  • the width of the antenna 1 is expressed by a variable W 0 and the height is expressed by a variable H 0 .
  • the distance between the center of the altitude axis that changes the altitude angle ⁇ of the antenna 1 and the aperture plane that receives the radio waves of the antenna 1 (referred to as altitude axis distance) is expressed by a variable d 0 .
  • the altitude axis 31 is provided at a position where a straight line including the center of the altitude axis 31 and perpendicular to the aperture plane of the antenna 1 and the aperture plane bisects the aperture plane in the height direction.
  • the height from the antenna installation surface at the center of the altitude axis 31 is half of the height H 0 of the antenna 1.
  • the antenna space 84 is a disk-shaped space. It represents the diameter of the antenna space 84 in variable W 1, expressing the height variable H 1.
  • W 1 the diameter of the antenna space 84 in variable W 1
  • H 1 the height variable H 1.
  • the diameter W 1 of the antenna space 84 can be calculated by the following formula.
  • the diameter of the azimuth angle changing unit 33 is expressed as the same as the diameter of the antenna space 84.
  • W 1 ⁇ (W 0 2 + H 0 2 + d 0 2 ) (4)
  • the inter-unit distance L needs to allow each antenna unit 30 to rotate without any problem, and needs to satisfy the following. L ⁇ W 1 (5)
  • the height H1 of the antenna space can be calculated by the following formula.
  • H 1 H 0/2 + ⁇ ((H 0/2) 2 + d 0 2) (6)
  • S 1 S 1 can be calculated by the following expression.
  • the antenna device has a feature that the cross-sectional area S 1 in the nose direction does not depend on the distance L between the antenna units 30.
  • the first comparative example is a single antenna having the same opening area.
  • FIG. 10 is a plan view in a state where one antenna having the same opening area as the first comparative example faces a direction perpendicular to the installation surface.
  • FIG. 11 is a side view in a state where the height of one antenna having the same opening area as the first comparative example is maximized.
  • the antenna device 100X as the first comparative example has one antenna 1X.
  • the width of the antenna 1X is the same W 0 as in the first embodiment, the height is 2H 0 which is twice the height, and the altitude axial distance is d 0 .
  • the diameter of the antenna space in the first comparative example is expressed by a variable W 2
  • the height of the antenna space is expressed by a variable H 2
  • the cross-sectional area in the nose direction is expressed by a variable S 2 .
  • the antenna space diameter W 2 , height H 2 and nose cross-sectional area S 2 in the first comparative example can be calculated by the following equations.
  • the antenna device 100 of the present invention has the following.
  • the calculation for the antenna device 100X of the first comparative example is as follows.
  • the reduction ratio ⁇ 2 of the cross-sectional area in the nose direction relative to the first comparative example is as follows.
  • the cross-sectional area in the nose direction can be reduced to about 48% and less than half of the first comparative example.
  • FIG. 12 is a plan view of the antenna device in which the two antennas as the second comparative example rotate around the same azimuth axis in a state in which the antenna faces a direction perpendicular to the installation surface.
  • the antenna device 100Y of the second comparative example includes a front antenna 1YA and a rear antenna 1YB.
  • FIG. 12 shows a state where the antennas 1YA and 1YB are directed in the direction in which the width of the antenna viewed from the nose direction is maximized.
  • FIG. 13 is a side view of the antenna device in which the two antennas as the second comparative example rotate around the same azimuth axis in the maximum height.
  • the antennas 1YA and 1YB are the same as the antennas 1A and 1B.
  • an interval L exists between the two antennas 1YA and 1YB.
  • the reduction ratio ⁇ 3 of the cross-sectional area in the nose direction for the second comparative example is as follows.
  • the cross-sectional area in the nose direction can be reduced to about 62% with respect to the second comparative example.
  • the inter-unit distance L is increased so as to reduce the shielding of the antenna at a low elevation angle, the reduction rate of the nose cross-sectional area of the present invention when compared with the second comparative example increases.
  • the cross-sectional area in the nose direction can be reduced as compared with the conventional antenna device having the same opening area.
  • the cross-sectional area for the nose can be reduced also when the antenna is divided into three or more.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a state where the antenna is shielded in the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 14 as shown in the upper plan view, there is a shielding portion 85 where shielding occurs.
  • the shielding portion 85 is hatched.
  • the height of the portion where the front and rear antennas overlap when viewed from the antenna directivity direction is referred to as the overlap height.
  • the width of the portion where the antennas overlap is called the overlapping width.
  • Duplicate height represented by the variable G H1 it represents the overlapping width variable G W1, representing the area of the shielding part variable G S1.
  • the minimum altitude angle at which shielding occurs in the second comparative example is called the shielding start altitude angle and is represented by a variable ⁇ s0.
  • the shielding start altitude angle ⁇ s0 is also the minimum altitude angle at which an overlapping portion occurs in the height direction when the azimuth angle ⁇ is 0 degrees in the antenna device 100 of the present invention.
  • the shielding start azimuth angle ⁇ S that is the azimuth angle ⁇ at which the overlapping portion occurs in the height direction at the altitude angle ⁇ where the overlapping portion occurs in the height direction can be calculated by the following equation.
  • ⁇ S 0 for ⁇ ⁇ ⁇ s0 (16)
  • ⁇ S cos ⁇ 1 (H 0 / (L * cos ⁇ )) for ⁇ ⁇ s0 (17)
  • the angle between the azimuth direction component of the directivity direction 82 (the direction in which the antenna directivity direction 82 is projected on the antenna installation surface) and the nose direction 81 is the azimuth angle ⁇ . It is.
  • the length of the line segment connecting the upper left corners of the antennas 1A and 1B is the unit distance L, and this line segment is parallel to the nose direction 81.
  • the intersection of the antenna 1B with a straight line passing through the upper end in the drawing of the antenna 1A and parallel to the directivity direction 82 and the antenna 1B is located at a position at a lower distance in the drawing by L * sin ⁇ from the upper end in the drawing of the antenna 1B.
  • the overlap width Gw1 can be calculated by the following formula.
  • G W1 max (0, W 0 -L * sin ⁇ ) (18)
  • the shielding end azimuth angle ⁇ F which is the maximum azimuth angle ⁇ at which the front and rear antennas overlap in the width direction can be calculated by the following equation.
  • the shielding end azimuth angle ⁇ F decreases as the unit distance L increases.
  • ⁇ F sin ⁇ 1 (W 0 / L) (19)
  • the azimuth angle ⁇ is large, that is, when the angle difference between the aircraft traveling direction and the azimuth angle component in the pointing direction is large, shielding is not generated regardless of the altitude angle ⁇ . This is a feature of the present invention not found in the technology.
  • G S1 G H1 *
  • G W1 Max (0, H 0 -L * cos ⁇ * cos ⁇ ) * max (0, W 0 -L * sin ⁇ ) (20)
  • the expression (20) for calculating the area G S1 shielding portion of the first embodiment also includes azimuth alpha. That is, when the azimuth angle ⁇ is changed, a change in the area G S1 shielding portion.
  • the ratio of the area G S1 of the shielded portion of the antenna to the aperture area of the antenna is called a shielding rate, and is expressed by a variable K 1 ( ⁇ , ⁇ ).
  • the antenna utilization factor of the whole antenna in consideration of shielding is expressed by a variable M 1 ( ⁇ , ⁇ ).
  • the shielding factor K 1 ( ⁇ , ⁇ ) and the antenna utilization factor M 1 ( ⁇ , ⁇ ) can be calculated by the following equations.
  • the area G S1 of the shielding portion is also expressed as G S1 ( ⁇ , ⁇ ) to indicate that it is a function of the azimuth angle ⁇ and the altitude angle ⁇ .
  • K 1 ( ⁇ , ⁇ ) G S1 ( ⁇ , ⁇ ) / (H 0 * W 0 ) (22)
  • M 1 ( ⁇ , ⁇ ) 1.0-0.5 * K 1 ( ⁇ , ⁇ ) (23)

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Abstract

アンテナ装置１００は、衛星からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナ１Ａ、１Ｂと、およびアンテナ１Ａ、１Ｂが向く方向である指向方向を変更するアンテナ駆動部３Ａ、３Ｂとを有し、一列に配置された複数のアンテナユニット３０Ａ、３０Ｂと、衛星が存在する方向と指向方向とが一致するように、アンテナ駆動部３Ａ、３Ｂに与えられる指令値である方向指令値を生成する方向指令値生成部５と、複数のアンテナ１Ａ、１Ｂが生成する受信信号の位相の差である位相差を算出する位相差算出部４と、位相差に基づき複数の受信信号を合成する信号合成装置４０とを備える。

Description

アンテナ装置
　この発明は、航空機などの移動体に搭載される衛星通信用のアンテナ装置に関する。
　航空機に搭載される衛星通信用のアンテナ装置は、航空機の機体の上部に取付けられ、空気抵抗を増大させる要因となる。航空機に搭載されるアンテナでは、空気抵抗による抗力（ドラッグと呼ぶ）を低減すること（低ドラッグ化と呼ぶ）が求められている。
　空気抵抗抗力を小さくするには、搭載された航空機の進行方向の前方から見たアンテナ装置の断面積（機首向断面積と略す）をできるだけ小さくすることが必要である。アンテナ性能を変更せずにアンテナの機首向断面積を小さくする技術としては、複数の半円筒形アンテナ要素を回転可能なベースの上に載せたものがある（特許文献１参照）。すべてのアンテナ要素の仰角は同じになるように制御され、複数のアンテナ要素を広範囲な方向に向けることができる。このように構成されたアンテナ装置は、等価な開口径を持つ単一のアンテナで構成されたアンテナ装置と比較して、機首向断面積を小さくすることができる。
特開２００５－５１０１０４号公報
　従来技術では、アンテナ要素のすべてを１個の方位角を回転させるベースに搭載している。そのため、ベースの直径を小さくすると、アンテナ要素間の間隔が狭くなる。間隔が狭いと、アンテナが低い仰角を指向する場合には、アンテナ要素間の干渉やブロッキングが大きくなり、アンテナ利得が低下する。アンテナ要素間の間隔を広げると、低い仰角でのアンテナ要素間の干渉やブロッキングは軽減されるが、ベースがアンテナ要素の配置方向に長くなる。その結果、方位角を回転させるベースの直径が大きくなる。ベースの直径が大きくなると、搭載された航空機の進行方向から見たアンテナ装置の幅が広くなり、アンテナ装置の高さは低くても、機首向断面積が大きくなる。すなわち、アンテナ要素間の干渉やブロッキングによるアンテナ利得の低下と、機首向断面積を小さくすることとがトレードオフ関係にあるという課題がある。
　この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、複数のアンテナ要素によって単一のアンテナを構成することで機首向断面積を小さくするアンテナ装置において、アンテナが低い仰角を指向する場合でもあっても、アンテナ利得を維持できるアンテナ装置を得ることを目的とする。
　この発明に係るアンテナ装置は、衛星からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナと、およびアンテナが向く方向である指向方向を変更するアンテナ駆動部とを有し、一列に配置された複数のアンテナユニットを有する。さらに、衛星が存在する方向と指向方向とが一致するように、アンテナ駆動部に与えられる指令値である方向指令値を生成する方向指令値生成部と、複数のアンテナが生成する受信信号の位相の差である位相差を算出する位相差算出部と、位相差に基づき複数の受信信号を合成する信号合成装置とを備える。
　この発明によれば、アンテナが低い仰角を指向する場合でもあってもアンテナ利得を維持でき、かつ移動体の進行方向前方から見たアンテナ装置の断面積を小さくできる。
この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の側面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の平面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の背面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の機能ブロック図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置が有する複数のアンテナが受信する電波の経路長差を説明する図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナが設置面に垂直な方向を向いている状態での平面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の高さが最大になる状態での側面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置の高さが最大になる状態での正面図である。 第１の比較例としての同じ開口面積を有する１個のアンテナが設置面に垂直な方向を向いている状態での平面図である。 第１の比較例としての同じ開口面積を有する１個のアンテナの高さが最大になる状態での側面図である。 第２の比較例としての２個のアンテナが同じ方位軸の回りを回転するアンテナ装置のアンテナが設置面に垂直な方向を向いている状態での平面図である。 第２の比較例としての２個のアンテナが同じ方位軸の回りを回転するアンテナ装置の高さが最大になる状態での側面図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの遮蔽が発生している状態を説明する図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの遮蔽が発生する高度角でのアンテナの方位角とアンテナ利用率の関係を説明する図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの遮蔽が発生する別の高度角でのアンテナの方位角とアンテナ利用率の関係を説明する図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの方位角を変化させて平均したアンテナ利用率と仰角の関係を説明する図である。 この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の機能ブロック図である。
　実施の形態１
　図１は、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の側面図である。図２は、実施の形態１に係るアンテナ装置の平面図である。図３は、実施の形態１に係るアンテナ装置の正面図である。図４は、実施の形態１に係るアンテナ装置の背面図である。図５は、実施の形態１に係るアンテナ装置の機能ブロック図である。この実施の形態１に係るアンテナ装置１００では、２個のアンテナユニット３０Ａ、３０Ｂが航空機７０の機首上部に、機体と平行に一列に決められた間隔で配置されている。アンテナユニットは、３個以上を１列に決められた間隔で配列してもよい。なお、機体の方向と機体の進行方向とは、同じ方向である。機体の方向を機首方向とも呼ぶ。
　アンテナユニット３０Ａ、３０Ｂは、機体７０の機首上部にあるアンテナ設置面に設置される。アンテナ設置面に垂直な方向を機体垂直方向と呼ぶ。機首側のアンテナユニット３０Ａは、衛星からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナ１Ａと、アンテナ１Ａが出力する受信信号を増幅する増幅器２Ａと、アンテナ１Ａが向く方向である指向方向を変更するアンテナ駆動部３Ａと、アンテナ駆動部３Ａを航空機７０に固定する移動体固定部である機体固定部７１Ａとを有する。機尾側のアンテナユニット３０Ｂも同様に、アンテナ１Ｂと、増幅器２Ｂと、アンテナ駆動部３Ｂと、機体固定部７１Ｂとを有する。なお、アンテナ１Ａとアンテナ１Ｂは同一の構成であり、アンテナ１Ａ、１Ｂの両方に関する場合は、アンテナ１と表記する。増幅器２なども同様に表記する。
　アンテナ装置１００は、２個のアンテナ１Ａ、１Ｂが生成する受信信号の位相差を算出する位相差算出部４と、アンテナ駆動部３に与えられるアンテナ１の指向方向の方向指令値を生成する方向指令値生成部５と、位相差算出部４が算出する位相差に基づき２個のアンテナ１Ａ、１Ｂが出力し増幅された受信信号を合成する信号合成装置４０とをさらに備える。信号合成装置４０が出力する信号は、復調装置５０（図示せず）により復調される。
　信号合成装置４０は、入力される２個の信号の位相が同期するように調整する２個の位相器６Ａ、６Ｂと、位相器６Ａ、６Ｂで位相が同期された信号を合成する合成器７とを有する。位相器６Ａは、アンテナ１Ａで受信した信号の位相を調整する。位相器６Ｂは、アンテナ１Ｂで受信した信号の位相を調整する。
　アンテナ１Ａ、１Ｂの受信信号が位相器６Ａ、６Ｂにより位相が一致するように調整されているため、合成器７では最大合成され受信信号強度が２倍になる。こうして、アンテナ１Ａおよびアンテナ１Ｂの２倍の開口面積を有する１個のアンテナで衛星からの信号を受信した場合と同等のアンテナ利得を得ることができる。
　なお、位相差をゼロにすることが目的なので、一方の側の位相だけを調整することにして、位相器６Ａ、６Ｂのどちらかを備えないようにしてもよい。位相差に基づき複数の受信信号の位相を合わせることができるように、必要な数の位相器を必要な箇所に設ければよい。
　アンテナ１は、この発明の効果を最大限に利用するために、平面アンテナを使用することが望ましい。平面アンテナは、パラボラアンテナのような開口面形状の物理的な制約がなく、自由に開口面形状を決めることができる。平面アンテナを使用することで、開口面積およびアンテナ利得が同じアンテナであっても、横長の長方形の平面アンテナにできる。横長にすることで、低仰角を指向した場合でもアンテナ１の高さを低く抑えることができる。平面アンテナを使用したアンテナユニットを機体の方向に並べることで、図１から図４に示すように、高さを低くしたアンテナ装置を実現できる。
　増幅器２は、アンテナ１から入力する受信信号を増幅して後段の位相器６に出力する。増幅器２は、受信信号の信号ノイズ比ができるだけ悪化しないように、アンテナ１の背面に設置する。他の位置に増幅器を設置してもよい。
　アンテナ駆動部３は、アンテナ１の長手方向に平行かつアンテナ設置面に平行な高度軸３１の回りにアンテナ１を回転可能に支持する高度角変更部３２と、アンテナ設置面に垂直な方位軸の回りに高度角変更部３２を機体固定部７１に対して回転可能に支持する方位角変更部３３とを有する。なお、方位軸と高度軸は互いに垂直である。ここで、高度角は、機体垂直方向と指向方向の間の角度である。仰角は、アンテナ設置面と指向方向との間の角度である。
　平面アンテナを横から支持すると、支持する部材によりアンテナ装置の幅が大きくなる。アンテナ装置１００の幅を大きくしないために、高度軸３１をアンテナ１の背後に配置する構成としている。平面アンテナを横から支持する構成としてもよい。
　高度角変更部３２と方位角変更部３３は、図示しないが、回転させる駆動力を発生するモータと、モータが発生する駆動力により回転させる駆動力伝達機構を有する。アンテナ駆動部３は、アンテナの方位角および高度角すなわちアンテナの指向方向を方向指令値に一致するようにモータを制御する駆動制御部３４（図示せず）とを有する。
　方向指令値生成部５は、機体７０（厳密には、アンテナ設置面）に対する相対的な衛星が存在する方向である方向指令値を生成する。方向指令値を生成する上で、方向指令値生成部５は、電波を受信する衛星の位置情報と、ＧＰＳ(Grobal positioning system)などにより取得した航空機の位置情報と、航空機に搭載されている慣性航法装置から取得する航空機の姿勢角度（ヨー角、ピッチ角、ロール角）を使用する。このように、何らかのデータに基づきアンテナの指向方向を決める方法を、オープン方式と呼ぶ。別の方法として、衛星から送信されてアンテナ装置が受信する信号の信号強度を測定し、信号強度が最大になるようにフィードバック制御でアンテナの指向方向を決めるクローズドループ方式がある。あるいは、オープン方式とクローズドループ方式とを組合わせたハイブリッド方式により、方向指令値を決めてもよい。これらのいずれかの方式により駆動制御部３４に対する方向指令値が与えられて、駆動制御部３４が、方向指令値から許容できる偏差以内でアンテナが衛星が存在する方向を指向するように、アンテナ駆動部３を駆動する。
　位相差算出部４は、アンテナ１Ａ、１Ｂから出力される受信信号を最適に合成するために必要な、各受信信号の間の位相差を演算し、信号合成装置４０に出力する。図６を使用して、位相差の算出方法を説明する。図６は、実施の形態１に係るアンテナ装置が有する複数のアンテナが受信する電波の経路長差を説明する図である。方位角αは、アンテナの指向方向８２をアンテナ設置面に垂直に投影した方位方向成分と機首方向８１との間の角度である。高度角βは、機体垂直方向８３とアンテナの指向方向８２との間の角度である。アンテナユニット３０Ａ，３０Ｂの方位軸の中心間の距離であるユニット間距離を変数Ｌで表す。ユニット間距離Ｌをアンテナの指向方向８２に射影した距離である指向方向距離を変数Ｄで表す。図６の上部の平面図から分かるように、指向方向距離Ｄとユニット間距離Ｌの間には、以下の関係がある。
　　　Ｄ＝Ｌ*ｃｏｓα　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)
　図６の下部の側面図から分かるように、アンテナ設置面とアンテナの指向方向８２の間の角度もβになる。したがって、アンテナ１Ａ、１Ｂが受信する衛星からの信号の経路長差Ｅは、指向方向距離Ｄとの間に以下の関係がある。
　　　Ｅ＝Ｄ*ｓｉｎβ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)
　式(1)と式(2)とを組み合わせて、以下の式が得られる。つまり、経路長差Ｅは、方位角αと高度角βとから決まる。
　　　Ｅ＝Ｌ*ｃｏｓα*ｓｉｎβ　　　　　　　　　　　　　　 (3)
　アンテナ１Ａ、１Ｂが受信する衛星からの信号の位相差δは、経路長差Ｅを信号の波長λで割ることにより得られる。
　アンテナ装置１００の大きさに関して検討する。図７は、実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナが設置面に垂直な方向を向いている状態での平面図である。図８は、実施の形態１に係るアンテナ装置の高さが最大になる状態での側面図である。図９は、実施の形態１に係るアンテナ装置の高さが最大になる状態での正面図である。図７から図９は、アンテナ１が機首方向を向いている場合の図である。図９の正面図から分かるように、複数のアンテナユニットを機体の進行方向に並べても、機首向断面積は１個分のアンテナユニットのものとなることが、この発明の特長の１つである。
　アンテナ１の幅を変数Ｗ０で表現し、高さを変数Ｈ０で表現する。アンテナ１の高度角βを変更する高度軸の中心とアンテナ１の電波を受信する開口面との距離（高度軸距離と呼ぶ）を変数ｄ０で表現する。高度軸３１の中心を含みアンテナ１の開口面に垂直な平面と開口面が交差する直線が開口面を高さ方向に２分するような位置に、高度軸３１は設ける。高度軸３１の中心のアンテナ設置面からの高さは、アンテナ１の高さＨ０の半分とする。
　アンテナ１の方位角αを全方位３６０度の範囲で変化させ、高度角βを－９０度から９０度の範囲で変化させた場合に、アンテナ１が存在する可能性がある空間（アンテナ空間と呼ぶ）について検討する。アンテナ空間８４の境界を図８と図９に点線で示す。アンテナ空間８４は円盤状の空間になる。アンテナ空間８４の直径を変数Ｗ１で表現し、高さを変数Ｈ１で表現する。側面図において高度軸３１の中心から最も遠いアンテナ１の開口面の端部と高度軸３１の中心を結ぶ直線がアンテナ設置面と平行になる場合に、アンテナ１の当該端部は方位軸の中心からの距離が最大になる。したがって、アンテナ空間８４の直径Ｗ１は、以下の式で計算できる。なお、図７などの平面図に示すように、方位角変更部３３の直径をアンテナ空間８４の直径と同じにして表現する。
　　　Ｗ１＝√(Ｗ０ ２＋Ｈ０ ２＋ｄ０ ２)　　　　　　　　　　　　(4)
　ここで、ユニット間距離Ｌは、それぞれのアンテナユニット３０が支障なく回転できるようにする必要があり、以下を満足する必要がある。
　　　Ｌ≧Ｗ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(5)
　図８に示すように、高度軸３１の中心から最も遠いアンテナ１の開口面の端部が高度軸３１の中心を含みアンテナ設置面に垂直な平面上に位置する時に、当該端部はアンテナ設置面からの距離が最大になる。したがって、アンテナ空間の高さＨ１は、以下の式で計算できる。
　　　Ｈ１＝Ｈ０/２＋√((Ｈ０/２)２＋ｄ０ ２)　　　　　　　　　(6)
　機首方向から見た場合のアンテナ空間の断面積である機首向断面積を変数Ｓ１で表現すると、Ｓ１は以下の式で計算できる。厳密にはアンテナ空間の断面形状は角が丸いが、簡単のため長方形として計算する。
　　　Ｓ１＝Ｗ１*Ｈ１
　　　　　＝√(Ｗ０ ２＋Ｈ０ ２＋ｄ０ ２)*(Ｈ０/２＋√((Ｈ０/２)２＋ｄ０ ２))　(7)
　式(7)から分かるように、この発明に係るアンテナ装置では、機首向断面積Ｓ１がアンテナユニット３０間の距離Ｌによらないという特長を持つ。
　この発明により機首向断面積Ｓ１が小さくできることを説明するために、２つの比較例で機首向断面積を計算する。第１の比較例は、同じ開口面積を有する１個のアンテナである。図１０は、第１の比較例としての同じ開口面積を有する１個のアンテナが設置面に垂直な方向を向いている状態での平面図である。図１１は、第１の比較例としての同じ開口面積を有する１個のアンテナの高さが最大になる状態での側面図である。第１の比較例であるアンテナ装置１００Ｘは、１個のアンテナ１Ｘを有する。アンテナ１Ｘの幅はこの実施の形態１と同じＷ０であり、高さは２倍の２Ｈ０であり、高度軸距離はｄ０である。第１の比較例でのアンテナ空間の直径を変数Ｗ2で表現し、アンテナ空間の高さを変数Ｈ2で表現し、機首向断面積を変数Ｓ2で表現する。
　第１の比較例でのアンテナ空間の直径Ｗ2、高さＨ2および機首向断面積Ｓ2は、以下の式で計算できる。
　　　Ｗ２＝√(Ｗ０ ２＋４Ｈ０ ２＋ｄ０ ２)　　　　　　　　　　　　　　 (8)
　　　Ｈ２＝Ｈ０＋√(Ｈ０ ２＋ｄ０ ２)　　　　　　　　　　　　　　　　 (9)
　　　Ｓ２＝Ｗ２*Ｈ２
　　　　　＝√(Ｗ０ ２＋４Ｈ０ ２＋ｄ０ ２)*(Ｈ０＋√(Ｈ０ ２＋ｄ０ ２))　 (10)
　数値例により、この発明により機首向断面積が、第１の比較例よりも小さくなることを示す。アンテナの幅Ｗ０＝1.00ｍ、高さＨ０＝0.30ｍ、高度軸距離ｄ０＝0.10ｍの場合で計算すると、この発明のアンテナ装置１００では以下のようになる。
　　　Ｗ１＝√(1.00２＋0.30２＋0.10２)＝1.049ｍ　
　　　Ｈ１＝0.30/２＋√((0.30/２)２＋0.10２)＝0.330ｍ
　　　Ｓ１＝Ｗ１*Ｈ１＝1.049*0.330＝0.346ｍ２
　第１の比較例のアンテナ装置１００Ｘに対して計算すると、以下のようになる。
　　　Ｗ２＝√(1.00２＋4*0.30２＋0.10２)＝1.170ｍ　
　　　Ｈ２＝0.30＋√(0.30２＋0.10２)＝0.616ｍ
　　　Ｓ２＝Ｗ２*Ｈ２＝1.170*0.616＝0.721ｍ２
　第１の比較例に対する機首向断面積の減少率γ２は、以下のようになる。第１の比較例に対して約４８％と半分未満に、機首向断面積を小さくできる。
　　　γ２＝Ｓ１／Ｓ２＝0.346／0.721＝0.480
　なお、高度軸距離ｄ０がより小さくなれば、減少率γ２はより小さくなる。ｄ０＝０ｍであれば、γ２＝0.448になる。
　第２の比較例として、特許文献１のように、１個の方位軸の回りに回転する台座に２個のアンテナを載せる場合について検討する。図１２は、第２の比較例としての２個のアンテナが同じ方位軸の回りを回転するアンテナ装置のアンテナが設置面に垂直な方向を向いている状態での平面図である。第２の比較例のアンテナ装置１００Ｙは、前側のアンテナ１ＹＡと後側のアンテナ１ＹＢとを有する。図１２は、機首方向から見たアンテナの幅が最大になる方向をアンテナ１ＹＡ、１ＹＢが指向している状態である。図１３は、第２の比較例としての２個のアンテナが同じ方位軸の回りを回転するアンテナ装置の高さが最大になる状態での側面図である。アンテナ１ＹＡ、１ＹＢはアンテナ１Ａ、１Ｂと同じである。ここで、２個のアンテナ１ＹＡ、１ＹＢの間には、間隔Ｌが存在する。
　第２の比較例でのアンテナ空間の直径を変数Ｗ３で表現し、アンテナ空間の高さを変数Ｈ３で表現し、機首向断面積を変数Ｓ３で表現する。
　第２の比較例でのアンテナ空間の直径Ｗ３、高さＨ３および機首向断面積Ｓ３は、以下の式で計算できる。
　　Ｗ３＝√(Ｗ０ ２＋(Ｌ＋√(Ｈ０ ２＋ｄ０ ２))２)　　　　　　　　　 (11)
　　Ｈ３＝Ｈ１＝Ｈ０/２＋√((Ｈ０/２)２＋ｄ０ ２)　　　　　　　　　(12)
　　Ｓ３＝Ｗ３*Ｈ３
　　　　＝√(Ｗ０ ２＋(Ｌ＋√(Ｈ０ ２＋ｄ０ ２))２)
　　　　　　　*(Ｈ０/２＋√((Ｈ０/２)２＋ｄ０ ２))　　　　　　　　 (13)
　第１の比較例と同様に、アンテナの幅Ｗ０＝1.00ｍ、高さＨ０＝0.30ｍ、高度軸距離ｄ０＝0.10ｍの場合で計算する。アンテナ間の距離Ｌは、この発明と比較できるようにＬ＝Ｗ１として計算する。なお、この発明に係るアンテナ装置の場合には、アンテナユニット３０が回転できるように、アンテナユニット間の距離Ｌは、アンテナ空間の直径Ｗ１以上である必要がある。
　Ｌ＝Ｗ１の場合での第２の比較例について計算した結果は、以下のようになる。
　　　Ｗ３＝√(1.00２＋(1.049＋√(0.30２＋0.10２))＝1.692ｍ
　　　Ｈ３＝Ｈ１＝0.330ｍ
　　　Ｓ３＝Ｗ３*Ｈ３＝1.692*0.330＝0.558ｍ２
　Ｌ＝Ｗ１の場合では、第２の比較例に対する機首向断面積の減少率γ３は、以下のようになる。第２の比較例に対して約６２％に、機首向断面積を小さくできる。
　　　γ３＝Ｓ１／Ｓ３＝0.346／0.6558＝0.620
　Ｌ＝Ｗ１の場合の第２の比較例は、低仰角での遮蔽がこの発明と同程度であると想定する場合である。この発明の方が、機首向断面積を第２の比較例の半分近くまで小さくできることが分かる。
　Ｌ＝１.５Ｗ１の場合には、第２の比較例のアンテナ空間の幅Ｗ３は、Ｗ３＝2.177ｍになる。この発明でのアンテナ空間の幅Ｗ１はユニット間距離Ｌに依存しないので、Ｌ＝１.５Ｗ１としても変化しない。よって、Ｌ＝１.５Ｗ１の場合には、γ３＝0.4818と半分未満になる。低仰角でのアンテナの遮蔽が少なくなるように、ユニット間距離Ｌを大きくするほど、第２の比較例と比較した場合のこの発明の機首向断面積の減少率が大きくなる。
　このように、この発明によれば、同じ開口面の面積を有する従来のアンテナ装置と比較して、機首向断面積を低減できる。ここでは、アンテナを２つに分割した場合を示したが、３個以上に分割する場合にも、機首向断面積を低減できる。
　次に、この発明では、アンテナが低仰角を指向する場合に、方位角により前方のアンテナが後方のアンテナを遮蔽する面積が変化し、全体として遮蔽を低減できることを示す。図１４は、実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの遮蔽が発生している状態を説明する図である。図１４では、上側の平面図に示すように、遮蔽が発生している遮蔽部分８５が存在する。遮蔽部分８５には、ハッチングを施している。
　アンテナ装置１００で、アンテナの指向方向から見た際の前後のアンテナが重複する部分の高さを、重複高さと呼ぶ。また、アンテナが重複する部分の幅を、重複幅と呼ぶ。重複高さを変数ＧＨ１で表現し、重複幅を変数ＧＷ１で表現し、遮蔽部分の面積を変数ＧＳ１で表現する。
　図１４の下部の側面図に示すように、機体面垂直方向８３とアンテナ指向方向８２との間の角度が高度角βなので、アンテナ１Ａ、１Ｂの上端を結ぶ線とアンテナの開口面との間の角度もβとなる。したがって、アンテナ１Ａの上端のすぐ上を通る電波は、アンテナ１Ｂの開口面の上端からＬ*ｃｏｓα*ｃｏｓβだけ下の位置に到達する。この位置とアンテナ１Ｂの上端との間の距離が、アンテナ１Ｂの高さＨ０以上であれば、前後のアンテナは指向方向から見て重ならない。よって、重複高さＧＨ１は以下の式で計算できる。
　　　ＧＨ１＝max(０, Ｈ０－Ｌ*ｃｏｓα*ｃｏｓβ)　　　　　　　(14)
　第２の比較例で遮蔽が発生する最小の高度角を遮蔽開始高度角と呼び、変数βs0で表す。遮蔽開始高度角βs0は、この発明のアンテナ装置１００において、方位角αが０度の場合に高さ方向で重複する部分が発生する最小の高度角でもある。遮蔽開始高度角βs0は、以下の式で計算できる。
　　　βs0＝ｃｏｓ-1(Ｈ０/Ｌ)　　　　　　　　　　　　　　　　　(15)
　高さ方向で重複する部分が発生する高度角βにおいて、高さ方向で重複する部分が発生する方位角αである遮蔽開始方位角αＳは、以下の式で計算できる。
　　　αＳ＝０　　　　　　　　　　　　　for β≧βs0　　　　　(16)
　　　αＳ＝ｃｏｓ-1(Ｈ０/(Ｌ*ｃｏｓβ))　for β＜βs0　　　　　(17)
　図１４の上部の平面図に示すように、指向方向８２の方位方向の成分（アンテナの指向方向８２をアンテナ設置面に投影した方向）と機首方向８１との間の角度は、方位角αである。アンテナ１Ａ、１Ｂの図における左上の角どうしを結ぶ線分の長さはユニット間距離Ｌとなり、この線分は機首方向８１と平行である。アンテナ１Ａの図における上端を通り指向方向８２に平行な直線とアンテナ１Ｂとの交点は、アンテナ１Ｂの図における上端から、Ｌ*ｓｉｎαだけ図における下側の距離の位置に存在する。このアンテナ１Ａにより遮蔽される範囲の境界が、アンテナ１Ｂの開口面よりも図における下側に位置する場合に、重複幅ＧＷ１はゼロになる。よって、重複幅Ｇｗ１は以下の式で計算できる。
　　　ＧＷ１＝max(０, Ｗ０－Ｌ*ｓｉｎα)　　　　　　　　　　　　(18)
　式(18)から、方位角αが大きいと、アンテナの幅方向での前後のアンテナ間で重複する部分が存在しないことが分かる。前後のアンテナが幅方向で重複する部分が発生する最大の方位角αである遮蔽終了方位角αＦは、以下の式で計算できる。ユニット間距離Ｌを大きくするほど、遮蔽終了方位角αＦが小さくなる。
　　　αＦ＝ｓｉｎ－１(Ｗ０/Ｌ)　　　　　　　　　　　　　　　　　(19)
　式(19)に示すように、方位角αが大きい、すなわち航空機の進行方向と指向方向の方位角成分との角度差が大きい場合に、高度角βによらず遮蔽が発生しないことが、従来技術にはなかったこの発明の特長である。
　式(14)と式(18)を組合せると、遮蔽部分の面積ＧＳ１は、以下の式で計算できる。
　　　ＧＳ１＝ＧＨ１*ＧＷ１
　　　　　　＝max(０, Ｈ０－Ｌ*ｃｏｓα*ｃｏｓβ)
　　　　　　　　*max(０, Ｗ０－Ｌ*ｓｉｎα)　　　　　　　　　　　(20)
　αＳ≧αＦになると遮蔽が発生しなくなるので、遮蔽が発生する高度角βには下限が存在する。どこかの方位角αで遮蔽が発生する高度角βの下限である遮蔽下限高度角βsmは、以下の式で計算できる。
　　　βsm＝ｃｏｓ-1(Ｈ０/√(Ｌ２－Ｗ０ ２))　　　　　　　　　　　　(21)
　実施の形態１の遮蔽部分の面積ＧＳ１を計算する式(20)には、方位角αも含まれる。つまり、方位角αが変化すると、遮蔽部分の面積ＧＳ１が変化する。アンテナの遮蔽部分の面積ＧＳ１のそのアンテナの開口面積に対する割合を遮蔽率と呼び、変数Ｋ１(α,β)で表現する。遮蔽を考慮したアンテナ全体のアンテナ利用率を、変数Ｍ１(α,β)で表現する。遮蔽率Ｋ１(α,β)とアンテナ利用率Ｍ１(α,β)は、以下の式で計算できる。遮蔽部分の面積ＧＳ１も、方位角αと高度角βの関数であることを示すためＧＳ１(α,β)と表記する。
　　　Ｋ１(α,β)＝ＧＳ１(α,β)/(Ｈ０*Ｗ０)　　　　　　　　　　　(22)
　　　Ｍ１(α,β)＝１.０－０.５*Ｋ１(α,β)　　　　　　　　　　(23)
　第２の比較例のアンテナ装置での遮蔽面積について検討する。第２の比較例のアンテナ装置での重複高さを変数ＧＨ２で表現し、重複幅を変数ＧＷ２で表現し、遮蔽部分の面積を変数ＧＳ２で表現する。第２の比較例では、指向方向距離Ｄは方位角αによらずＬで一定である。そのため、重複高さＧＨ２は、以下の式で計算できる。
　　　ＧＨ２＝max(０, Ｈ０－Ｌ*ｃｏｓβ)　　　　　　　　　　　　(24)
　第２の比較例では、方位軸の回りに回転しても常に前方のアンテナの指向方向の真後ろに後方のアンテナが存在する。そのため、重複幅ＧＷ２は、以下の式で計算できる。
　　　ＧＷ２＝Ｗ０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(25)
　したがって、遮蔽部分の面積変数ＧＳ２は、以下の式で計算できる。
　　　ＧＳ２＝ＧＨ２*ＧＷ２
　　　　　＝max(０, Ｈ０－Ｌ*ｃｏｓβ)*Ｗ０　　　　　　　　　　(26)
　第２の比較例のアンテナ装置での遮蔽面積ＧＨ２は高度角βに依存し方位角αに依存しないので、遮蔽率Ｋ２とアンテナ利用率Ｍ２は、高度角βだけの関数として、以下のように表現できる。
　　　Ｋ２(β)＝ＧＳ２(β)/(Ｈ０*Ｗ０)　　　　　　　　　　　　(27)
　　　Ｍ２(β)＝１．０－０．５*Ｋ２(β)　　　　　　　　　　　(28)
　アンテナ装置１００では、遮蔽開始高度角βｓ０では、０＜α＜αＦの範囲では遮蔽が発生する。第２の比較例のアンテナ装置では、遮蔽開始高度角βｓ０では、方位角αによらず、遮蔽は発生しない。したがって、高度角βが遮蔽開始高度角βｓ０付近では、方位角によっては、この発明のアンテナ装置の遮蔽率の方が第２の比較例よりも大きくなる場合がある。図１５を使用して、方位角αによりどの程度、この発明のアンテナ装置のアンテナ利用率が低下するかを説明する。図１５は、実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの遮蔽が発生する高度角でのアンテナの方位角とアンテナ利用率の関係を説明する図である。図１５では、高度角βは、Ｌ＝Ｗ１の場合の遮蔽開始高度角βｓ０（＝７９.５度、仰角で１０.５度）である。実線で示すグラフ９１は、この発明のアンテナ利用率Ｍ１である。破線で示すグラフ９２は、第２の比較例でのアンテナ利用率Ｍ２である。図１５から分かるように、方位角αが４０度付近で、この発明のアンテナ利用率Ｍ１が約９６％まで低下する。アンテナ利用率Ｍ１の低下しても、約９６％以上を確保できれば、運用上で問題ではない。
　高度角βがより大きい場合として、高度角βが、Ｌ＝１.５Ｗ１の場合のアンテナ装置１００の遮蔽開始高度角βｓ０（＝８２.３度、仰角で７.７度）である場合を図１６に示す。図１６は、実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの遮蔽が発生する別の高度角でのアンテナの方位角とアンテナ利用率の関係を説明する図である。図１６において、実線で示すグラフ９３は、アンテナ装置１００（Ｌ＝Ｗ１の場合）のアンテナ利用率Ｍ１である。破線で示すグラフ９４は、第２の比較例のアンテナ利用率Ｍ２である。一点鎖線で示すグラフ９５は、アンテナ装置１００（Ｌ＝１.５Ｗ１の場合）のアンテナ利用率Ｍ１である。アンテナ装置１００（Ｌ＝Ｗ１の場合）のアンテナ利用率Ｍ１は、方位角αが０度では約８４％に低下する。しかし、αが大きくなるとアンテナ利用率Ｍ１はほぼ直線状に大きくなり、αが約７１度以上ではアンテナ利用率は１００％になる。アンテナ装置１００（Ｌ＝１.５Ｗ１の場合）のアンテナ利用率Ｍ１は、αが約４０度以下の範囲で、最も低下した場合で約９８％まで低下する。第２の比較例でのアンテナ利用率Ｍ２は、方位角αによらず、約８４％である。この発明により、方位角αが大きい場合にアンテナ利用率が改善することが分かる。この発明では、ユニット間距離Ｌを大きくすると、機首向断面積を大きくすることなく、アンテナ利用率の低下を小さくできることが分かる。
　方位角αの分布確率がどの方位でも同じと仮定して、異なる方位角αでの遮蔽部分の面積ＧＳ１の平均により、遮蔽部分の面積の大きさを評価する。
　遮蔽部分の平均面積ＧＳＡは、下に示す式で計算できる。なお、方位角αに関しては、前後のアンテナの位置関係は、正負対称かつ９０度(＝π/２[rad])に対しても対称なので、αの積分範囲は０からπ/２[rad]とする。
　　　ＧＳＡ＝(1/π)∫ＧＳ１ｄα　　　　　　　　　　　　　　　(29)
　導出の過程は省略するが、どこかの方位角αで遮蔽が発生する高度角β（≧βsm）での遮蔽部分の平均面積ＧＳＡは、以下の式で計算できる。
　　ＧＳＡ＝(２/π)*Ｈ０*Ｗ０
　　　　　　*(αF－αＳ－(Ｌ/Ｗ０)*(ｃｏｓαＳ－ｃｏｓαF)
　　　　　　　－(Ｗ０/Ｈ０)*(ｃｏｓβ/2)
　　　　　　　＋(Ｌ*ｃｏｓβ/Ｈ０)*ｓｉｎαＳ
　　　　　　　－(Ｌ２*ｃｏｓβ/(２Ｈ０*Ｗ０))*ｓｉｎ２αＳ )　　(30)
　方位角αが０度で高さ方向に重複する部分が発生する高度角β（≧βs0）での遮蔽部分の平均面積ＧＳＡは、以下の式で計算できる。
　　ＧＳＡ＝(２/π)*Ｈ０*Ｗ０
　　　　　　　*(αF－(Ｌ/Ｗ０)*(１－ｃｏｓαF)－(Ｗ０/Ｈ０)*(ｃｏｓβ/2))　(31)
　遮蔽部分の平均面積ＧＳＡから求める遮蔽率ＫＡ１とアンテナ利用率ＭＡ１を以下のように定義する。
　　　ＫＡ１(β)＝ＧＳＡ(β)/(Ｈ０*Ｗ０)　　　　　　　　　　　(32)
　　　ＭＡ１(β)＝１.０－０.５*ＫＡ１(β)　　　　　　　　　　(33)
　遮蔽部分の平均面積が仰角に対してどのように変化するかを考察する。図１７は、実施の形態１に係るアンテナ装置でアンテナの方位角を変化させて平均したアンテナ利用率と仰角の関係を説明する図である。図１７において、実線で示すグラフ９６は、アンテナ装置１００（Ｌ＝Ｗ１の場合）のアンテナ利用率ＭＡ１である。破線で示すグラフ９７は、第２の比較例（Ｌ＝Ｗ１の場合）のアンテナ利用率Ｍ２である。一点鎖線で示すグラフ９８は、アンテナ装置１００（Ｌ＝１.５Ｗ１の場合）のアンテナ利用率ＭＡ１である。二点鎖線で示すグラフ９９は、第２の比較例（Ｌ＝１.０２Ｈ０の場合）のアンテナ利用率Ｍ２である。Ｌ＝１.０２Ｈ０の場合は、第２の比較例での機首向断面積をできるだけ小さくする場合である。なお、Ｌ＝１.０２Ｈ０としている理由は、アンテナには厚みがあるので、Ｌ＝Ｈ０の場合には、隣接するアンテナが干渉して、アンテナが設置面垂直方向を向くことができないからである。
　Ｌ＝Ｗ１の場合での第２の比較例のアンテナ利用率Ｍ２は、仰角が１６度（高度角βで７４度）より小さくなると急激に低下して、仰角が０度（高度角βで９０度）では、５０％まで低下する。また、Ｌ＝１.０２Ｈ０の場合では、仰角が８０度（高度角βで１０度）ぐらいから低下しはじめ、サインカーブで減少して仰角が３０度（高度角βで６０度）では、７５％まで低下する。第２の比較例では、機首向断面積を小さくすると前後のアンテナの間の遮蔽が大きくなる。仰角が１６度（高度角βで７４度）以上では遮蔽が発生しないようにすると、機首向断面積がこの発明の場合の１.５倍程度になる。このように、第２の比較例では、機首向断面積の減少と遮蔽の発生を抑制することとが、トレードオフの関係にある。
　これに対して、この発明ではＬ＝Ｗ１の場合は、仰角が０度（高度角βで９０度）でもアンテナ利用率ＭＡ１が約８３％となる。これは、方位角αが大きいと遮蔽が発生せず、遮蔽が発生する場合でも遮蔽面積が小さくなるからである。さらに、Ｌ＝１.５Ｗ１にすると、仰角が０度（高度角βで９０度）でもアンテナ利用率ＭＡ１が９０％以上を維持できる。
　このように、この発明では、前後のアンテナを別の方位軸で回転させることにより、方位角が大きくなると、前後のアンテナの重なりが発生しなくなる。そのため、第２の比較例よりも、この発明の方が、アンテナが低仰角を指向する場合のアンテナの遮蔽による有効な開口面の面積の減少が小さくなる。すなわち、アンテナの利用率すなわちアンテナ利得が低下する場合でも、アンテナ利得を許容できる下限以上にある状態を維持できる。
　この発明によれば、仰角が０度に近いすなわち低仰角をアンテナが指向している場合でも、アンテナ利用率が８０％程度以上を確保できることが分かる。第２の比較例ではアンテナ利用率の低下が大きくなる低仰角の場合に、この発明によるアンテナ利用率の改善率が大きくなる。第２の比較例でアンテナの遮蔽が始まる付近の高度角では、この発明の方がアンテナ利用率が低下するが、最大に低下した場合でも９６％程度は確保できるので、アンテナ装置の運用上では問題にならない。
　この実施の形態では、衛星からの電波を受信するアンテナ装置について説明したが、送受共用のアンテナ装置でも、受信に関してはこの発明を適用できる。航空機の場合で説明したが、車両、船舶など他の種類の移動体に対しても適用できる。高速で移動し、空気抵抗抗力をできるだけ小さくする必要がある移動体に適用すれば、この発明の効果は大きくなる。車両に搭載する場合でも、アンテナを搭載した状態での車高を低くする必要がある場合には、この発明が有効である。航空機以外の移動体の場合でも、移動体の進行方向から見たアンテナ装置の断面積を機首向断面積と呼ぶ。
　２個のアンテナユニットを使用する場合を示したが、３個以上のアンテナユニットを使用してもよい。アンテナユニットおよびアンテナはすべて同じものである方が、機首向断　
面積を最小化できる、製造コストを低減できるなどの点で有利である。しかし、必ずしもすべて同じアンテナユニットでなくてもよい。アンテナユニットとしては異なる部分がある場合でも、アンテナは同じ大きさである方が望ましい。アンテナ装置を設置する空間に制約がある場合は、制約に合わせて異なる大きさのアンテナユニットを使用してもよい。例えば、最も機首側のアンテナユニットだけを小さくするなどしてもよい。複数のアンテナユニットを機首方向に平行に配置したが、ずれ角が小さければ、平行でなくてもよい。
　３個以上のアンテナユニットを使用する場合には、各アンテナユニットの方位軸の中心が１直線上にある方が機首向断面積を最小化できるので望ましい。直線からの方位軸のずれがそれほど大きくなければ、１直線上でなくてもよい。すべてのアンテナユニットを通る直線が引けるように、アンテナユニットを１列に配置すればよい。ユニット間距離は同じである方が望ましいが、同じでなくてもよい。
　以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
　実施の形態２
　実施の形態２は、アンテナが受信した電波から生成したアナログ信号をデジタル信号に変換してから合成する場合である。図１８は、この発明の実施の形態２の機能ブロック図である。実施の形態１の場合の図５と異なる点だけを説明する。
　アンテナ装置１００Ａは、アンテナユニット３０Ａに対して設けられた周波数変換器８ＡおよびＡ／Ｄ変換器９Ａ、アンテナユニット３０Ｂに対して設けられた周波数変換器８ＢおよびＡ／Ｄ変換器９Ｂを有する。周波数変換器８Ａは、アンテナユニット３０Ａが出力する信号をより低い周波数に周波数変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器９Ａは、周波数変換器８Ａから出力されるアナログの受信信号をデジタル受信信号にアナログデジタル変換して、デジタル受信信号を出力する。同様に、周波数変換器８Ｂは、アンテナユニット３０Ｂが出力する信号をより低い周波数に周波数変換して出力する。Ａ／Ｄ変換器９Ｂは、周波数変換器８Ｂから出力される受信信号をアナログデジタル変換して、デジタル受信信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器９は、周波数変換器８から出力される受信信号を決められたサンプリング周期で決められたビット数のデジタル信号であるデジタル受信信号に変換する連続離散変換器である。
　アンテナ装置１００Ａは、位相差算出部４が算出する位相差に基づき、Ａ／Ｄ変換器９ＡおよびＡ／Ｄ変換器９Ｂから出力される受信信号のデジタル受信信号を、位相を合わせて電子的に合成演算する復調演算部１５を有する。
　周波数変換器８は、衛星からの受信信号の周波数をより低い周波数に周波数変換し、後段のＡ／Ｄ変換器９でデジタル受信信号に変換しやすくする。
　復調演算部１５は、Ａ／Ｄ変換器９ＡおよびＡ／Ｄ変換器９Ｂから出力されるデジタル受信信号を、位相差算出部４が算出する位相差を用いて、位相を変化させる位相シフト演算を行ってから加算することで受信信号の合成を行った後に、データの復調演算を実行する。
　実施の形態２は、受信信号の合成がデジタル信号に対する信号処理でなされるため、位相器が不要になり装置が簡素化される。また、アナログ信号を処理する位相器に比べて、デジタル信号を処理する場合には、位相を移動できる範囲が大きくなる。
　なお、本願発明はその発明の精神の範囲内において各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の変形や省略が可能である。
　１００、１００Ａ、１００Ｘ、１００Ｙ　アンテナ装置
　３０Ａ、３０Ｂ　アンテナユニット
　７０　機体
　７１Ａ、７１Ｂ　機体固定部（移動体固定部）
　１Ａ、１Ｂ、１Ｘ、１ＹＡ、１ＹＢ　アンテナ
　２Ａ、２Ｂ　増幅器
　３Ａ、３Ｂ　アンテナ駆動部
　３１Ａ、３１Ｂ　高度軸
　３２Ａ、３２Ｂ　高度角変更部
　３３Ａ、３３Ｂ　方位角変更部
　３４　駆動制御部
　４　位相差算出部
　５　方向指令値生成部
　４０　信号合成装置
　６Ａ、６Ｂ　位相器
　７　合成器
　５０　復調装置
　８１　機首方向
　８２　指向方向
　８３　機体面垂直方向
　８４　アンテナ空間
　８５　遮蔽部分
　９１、９２、９３、９４、９５、９６，９７、９８、９９　グラフ
　８Ａ、８Ｂ　周波数変換器
　９Ａ、９Ｂ　Ａ／Ｄ変換器９Ａ
　１５　復調演算部

Claims (7)

  1. 　衛星からの電波を受信して受信信号を生成するアンテナと、前記アンテナが向く方向である指向方向を変更するアンテナ駆動部とを有し、一列に配置された複数のアンテナユニットと、
    　前記衛星が存在する方向と前記指向方向とが一致するように、前記アンテナ駆動部に与えられる指令値である方向指令値を生成する方向指令値生成部と、
    　複数の前記アンテナが生成する前記受信信号の位相の差である位相差を算出する位相差算出部と、
    　前記位相差に基づき複数の前記受信信号を合成する信号合成装置とを備えたアンテナ装置。
  2. 　前記アンテナユニットは、前記アンテナ駆動部を移動体に固定する移動体固定部を有し、
    　前記方向指令値生成部は、前記移動体の位置および姿勢と前記衛星の位置に基づき前記方向指令値を生成することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記アンテナ駆動部は、前記アンテナの長手方向に平行な高度軸の回りに前記アンテナを回転可能に支持する高度角変更部と、前記高度軸に垂直な方位軸の回りに前記高度角変更部を前記移動体固定部に対して回転可能に支持する方位角変更部とを有することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　複数の前記アンテナユニットは、前記移動体の進行方向に平行な一本の直線上にそれぞれの前記方位軸が存在するように配置されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 　複数の前記アンテナユニットが有する前記アンテナが同じ大きさであることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のアンテナ装置。
  6. 　前記信号合成装置は、前記位相差に基づき複数の前記受信信号の位相を合わせることができるように設けられた位相器と、前記位相器が出力する位相が調整された前記受信信号を合成する合成器とを有することを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のアンテナ装置。
  7. 　前記信号合成装置は、前記受信信号を決められたサンプリング周期で決められたビット数のデジタル信号であるデジタル受信信号に変換する前記アンテナごとに設けられた複数の連続離散変換器と、複数の前記デジタル受信信号を前記位相差に基づいて合成する復調演算部とを有することを特徴とする請求項１から請求項５までの何れか１項に記載のアンテナ装置。
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