JP6068129B2 - アンテナ指向システム - Google Patents

Description

本発明はアンテナシステムの分野に関する。特には、方向調節式アンテナのための指向システムに関する。

一定の走査角で相対移動する標的と交信するために方向調節式（あるいは追尾式）アンテナを利用することは当該技術分野では良く知られている。特に宇宙飛行体産業において、アンテナが飛行体に搭載されている場合には、好適にはこのような方向調節式ＲＦ（無線周波信号）アンテナは、正確な指向性、高利得、低質量および高信頼性を備えている必要がある。

人工衛星は、他の人工衛星または飛行体との交信、感知、等々を行うためにしばしば２自由度の指向装置を含んでいる。両者間の距離が長いため、指向精度および解像度は非常に重要な要素である。

これら指向装置のペイロード（ｐａｙｌｏａｄ；ロケットや宇宙船に搭載される乗員、計器類など、その荷重）は可変である。ペイロードにはアンテナ全体、アンテナの一部、センサー、等々が含まれる。

多様で異なる指向装置が過去に考案された。最も構造が単純なものは連結状態で構成される２つのロータリアクチュエータ（ＲＡ）であり、例えば、図１ａおよび図１ｂで示すようなリフレクタのごときペイロードを保持するものである。特に、比較的に小さな走査角度が要求される場合、例えば、±３０°未満では、これらのタイプの指向装置は多くの弱点を有する。あるいは少なくとも２、３の弱点を有する。それら弱点とは、例えば、以下のものである。
・大型；
・重くて構造的に非効率；
・高コスト；
・低精度；
・低解像度；
・低信頼性；
・保持／放出機構（ＨＲＭ）の必要性；
・発射のための固定された所定の格納位置の必要性；
・ハーネス（ＲＦロータリジョイント、電気配線、等々）の移動の必要性；及び／又は、
・リフレクタ指向機構の場合、ＲＦ性能の低下。

従って、改良されたアンテナ指向システムの需要が存在する。

特開２０１２−０４４５９６号公報、要約

よって、本発明の目的は、改良されたアンテナ指向システムの提供である。

本発明のアンテナ指向システムの利点とは以下のものである。
・小型；
・軽くて構造的に効率的；
・低コスト；
・高精度；
・高解像度；
・高信頼性；
・保持／放出機構（ＨＲＭ）の必要性の排除；
・発射のための格納位置の直前選択可能；
・ハーネス（ＲＦロータリジョイント、電気配線、等々）の移動の必要性を排除；及び／又は、
・リフレクタ指向機構の場合、ＲＦ性能の向上。

上記の最初の３つの利点は、ロータリアクチュエータを使用するときには主要な利点となる。

本発明の１形態によれば、取付面に対してペイロードを選択的に動かすためのアンテナ指向システムが提供される。このアンテナ指向システムは以下の要素を含む。すなわち、本発明のアンテナ指向システムは、取付面に取付られるように設計されている固定部に対して動くクランクを有した少なくとも１つのロータリアクチュエータと、その第１端にて移動部に可動式に接続しており、その第２端にてペイロードに可動式に接続するように設計されている接続ロッドと、ペイロードを取付面に可動式に取付るフレキシブルな取付構造部と、を含んでいる。

このフレキシブルな取付構造部は、ユニバーサルジョイントを採用することが便利であり、このユニバーサルジョイントベアリングは、屈曲部、等々を含んでおり、好適にはペイロードの幾何学中心の近傍に位置する。

１実施例においては、２つのロータリアクチュエータが存在し、本質的に接続ロッドの２つの第２端部はペイロードの周囲に隣接して接続しており、これら２つのロータリアクチュエータはフレキシブルな取付構造部の回転中心に対して相互に角度的に離れており、典型的にはその角度は、フレキシブルな取付構造部の周囲でのペイロードの角移動範囲を全体的に利用できる角度である。

１実施例では、接続ロッドの第２端部がペイロードの対応する第１取付点と第２取付点に可動式に接続している状態で、それぞれの接続ロッドに接続する第１ロータリアクチュエータと第２ロータリアクチュエータが存在する。

典型的には、これら第１取付点および第２取付点は、フレキシブルな取付構造部の回転中心に対して相互に角度的に離れており、これら第１取付点と第２取付点は実質的にペイロードの周囲に隣接している。

有利には、第１取付点と第２取付点はフレキシブルな取付構造部の回転中心に対して相互に９０°離れている。

本発明の他の目的と利点は、添付の図面を利用した以下の詳細な説明から理解されるであろう。

以上の通り、本発明のアンテナ指向システムは、取付面に取付られるように設計されている固定部に対して動くクランクを有した少なくとも１つのロータリアクチュエータと、その第１端にて移動部に可動式に接続しており、その第２端にてペイロードに可動式に接続するように設計されている接続ロッドと、ペイロードを取付面に可動式に取付るフレキシブルな取付構造部と、を含んでいるから、改良されたアンテナ指向システムが提供されたのである。

本発明のアンテナ指向システムが有している、
・小型；
・軽くて構造的に効率的；
・低コスト；
という、少なくとも３つの利点は、ロータリアクチュエータを使用するときには主要な利点となる。

添付図面においては、要素の同一番号は同一要素を表す。
従来式の２軸ジンバル指向システムに搭載されたアンテナリフレクタの側面図である。 従来式の２軸ジンバル指向システムに搭載されたアンテナリフレクタの背面図である。 アンテナリフレクタのペイロードを可動に支持した本発明のアンテナ指向システムの１実施例を表す斜視図である。 図２の実施例のロータリアクチュエータの拡大上方斜視図である。 図２の実施例のユニバーサルジョイントの一部切り欠き拡大上方斜視図である。 図２の実施例の一部切り欠き上面図である。

添付図面を参考にして説明されている本発明の好適実施例は、あくまで本発明の例示を目的としたものであり、本発明の限定は全く意図されていない。

図２と図３には、小型の高解像度／高トルクアンテナ指向システム１０の実施例の概略図が図示されている。本実施例の場合には、アンテナ指向システム１０はリフレクタを指向するものであるが、このリフレクタは、衛星軌道に存在する他の宇宙飛行体に取付面１４で表されている部分に取り付けられたＲＦ（無線周波数信号）アンテナ１２の一部である。

アンテナ指向システム１０は、アンテナリフレクタ構造部のごときペイロード構造部２６を動かすため、クランク２２および接続ロッド２４と共にロータリアクチュエータ２０を含んでおり、ペイロード構造部２６はユニバーサルジョイント構造部等のフレキシブルな取付構造部２８によってその場で可動式に保持されている。完成したアンテナ指向システム１０の１例は図２において図示されている。

この実施例のアンテナ指向システム１０では、図４に示すように、一般的にユニバーサルジョイントである取付構造部２８において直交する第１回転軸３０と第２回転軸３１は、リフレクタであるペイロード構造部２６の幾何学中心の近傍の点で交差し、その回転中心Ｒを定めるため、ＲＦ性能は改善されている。このアンテナ指向システム１０は、２つのロータリアクチュエータ２０を使用して２つの回転自由度で駆動する。これら両方のロータリアクチュエータ２０は、自身の固定部をベースプレート（取付面１４）に固定しており、ＲＦロータリジョイント、電気配線、等々の移動ハーネス要素を排除している。クランク２２は両方のロータリアクチュエータ２０の出力部に提供されている。クランク２２を備えたロータリアクチュエータ２０は図３に示されている。

長形の接続ロッド２４は、図３に示すように、クランク２２のシャフト２３に近い位置に可動式に接続された第１端３２と、ペイロード構造部２６に可動式に接続された反対側（シャフト２３から遠い位置）の第２端３４とを有しているものであり、この第２端３４は、図２に示すように、その周囲の取付点２７にてペイロード構造部２６に接続される。典型的には、第１端３２と第２端３４は、それぞれの接続要素間でその角移動を許すために、球状ベアリング３５、屈曲体、等々を介して接続されている。

ペイロード構造部２６は、図４で図示すように、典型的には、表面（取付面１４）に固定可能な１つ、または２つの静止ブラケット３６を含み、少なくとも１つの第１ベアリング４０、屈曲体、等々を介して第１回転軸３０の周囲で十字部３８に可動式に支持されるものである。また、このペイロード構造部２６は、これから延びているか、そこに固定されている少なくとも１つのベアリング４４、屈曲体、等々を介して、第２回転軸３１の周囲で十字部３８に可動式に支持されている。さらに、このペイロード構造部２６は、１つ、または２つの移動ブラケット４２を含んでいるユニバーサルジョイント（取付構造部２８）を使用して、表面（取付面１４）に可動式に取付られている。

図５で明示するように、それぞれの接続ロッド２４の２つの第２端３４を接続する２つの取付点２７は、典型的には、角Ａで示すようにフレキシブルな取付構造部２８の回転中心Ｒに対して相互に角度的に離れている。典型的には、角Ａは、フレキシブルな取付構造部２８の周囲でペイロード構造部２６の角移動範囲の全体を利用するに十分な大きさである。この目的で、角Ａは好適には約９０°である。

このアンテナ指向システムは一定範囲の特異性を備えて解説されているが、開示内容はあくまで本発明の例示であり、本発明は、ここで説明し、図示する実施例の特徴には限定されず、本発明は「請求の範囲」のスコープおよび発明の精神内のそれらの変形および修正を含んでいることは理解されるべきである。

１０ アンテナ指向システム
１２ アンテナ
１４ 取付面
２０ ロータリアクチュエータ
２２ クランク
２３ シャフト
２４ 接続ロッド
２６ ペイロード構造部
２７ 取付点
２８ 取付構造部
３０ 第１回転軸
３１ 第２回転軸
３２ 第１端
３４ 第２端
３５ 球状ベアリング
３６ 静止ブラケット
３８ 十字部
４０・４４ ベアリング
４２ 移動ブラケット
Ａ 角
Ｒ 回転中心

Claims (8)

1. 取付面に対してペイロードを選択的に動かすアンテナ指向システムであって、
   前記取付面に取付けられる固定部に対して回転可能且つ可動である移動部を有しており、前記移動部がクランクを支持している少なくとも１つのロータリアクチュエータと、
   第１端にて前記クランクに可動式に接続されており、第２端にて前記ペイロードに可動式に接続されるように適用される接続ロッドであって、前記第１端が前記クランクに対して全方向で角移動し、前記接続ロッドの前記第２端が前記ペイロードに対して全方向で角移動する接続ロッドと、
   前記ペイロードを前記取付面に可動式に取付るためのフレキシブルな取付構造部と、
   を含んでいることを特徴とするアンテナ指向システム。
2. 前記ロータリアクチュエータを２つとし、その前記各接続ロッドの第２端は、前記ペイロードの対応する各取付点に可動式に接続されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ指向システム。
3. 前記各取付点は、前記取付構造部の回転中心に対して相互に角度的に離れていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ指向システム。
4. 前記各取付点は、前記ペイロードの周辺に隣接していることを特徴とする請求項３記載のアンテナ指向システム。
5. 前記各取付点は、前記取付構造部の回転中心に対して相互に略９０°離れていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ指向システム。
6. 前記取付構造部は、前記ペイロードの幾何学中心に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ指向システム。
7. 前記取付構造部は、ユニバーサルジョイントであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ指向システム。
8. 前記接続ロッドの前記第１端及び前記第２端が、前記クランク及び前記ペイロードに対して、それぞれの球状ベアリングを介して、角移動することを特徴とする請求項１記載のアンテナ指向システム。