JP2001513966A - 直線偏波信号の送信および／または受信用アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、一方の方向に回る円偏波の少なくとも第１の放射素子（２４，２６）と他方の方向に回る円偏波の少なくとも第２の放射素子（２８，３０）を含む直線偏波の信号を受信および／または送信するアンテナに関する。反対の方向の円偏波を有する放射素子によって供給される実質的に等しい振幅の信号が結合されて、直線偏波を有する信号を供給する。この直線偏波の方向は、結合された信号の間の位相定数（Δψ）に依存する。移相器（３２）がアンテナの偏波の方向を調整する。調整はコンピュータ支援で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 直線偏波信号の送信および／または受信用アンテナ 本発明は直線偏波信号を送信および／または受信するアンテナに関する。 電気通信分野においては、異なる偏波の信号を送信するために特別の搬送波周 波数か使用されることが多い。このことは、同じ搬送波で異なる情報を送信する ２つのチャネルを提供する。円偏波である場合には、１つのチャネルは右回り円 偏波信号に割当て、他方のチャネルは反対方向の偏波、すなわち左回り円偏波の 信号に割当てられる。偏波が直線の場合には、一方のチャネルは「平行」（また は「水平」）偏波の信号を送信し、他方のチャネルは「垂直」（または「鉛直」 ）偏波の信号を送信する。 アンテナは、特に地上アンテナは、通常同じ方向の、特定偏波の信号を受信お よび／または送信するように設計されている。したがって、アンテナは送信元の 方を正しくポインティングしていなければならず、直線偏波の場合には、直線偏 波信号を 最大に受信するように軸回りの向き決めをしなければならない。 アンテナが静止衛星からの信号を受信するように設計されている場合には、例 えば、アンテナの軸は衛星の方をポインティングしていなければならず、軸回り の向き決めは受信信号を最大にするようになっていなければならない。 直線偏波信号用のアンテナは、特に注意して設置しなければならない。特に、 設置に欠陥のある場合には、アンテナは要求される偏波と垂直偏波の両方で送信 し、垂直偏波により干渉信号が送信され、その信号が、垂直偏波を受信するよう に作られた他の受信機で受信されるようになる。一般に、規格によって、直線偏 波で特定の方向に送信するアンテナは、垂直直線偏波をある限度を超えないレベ ルにして送信することが要求される。アンテナの角度の方向が最適方向から約１ °はずれるだけで、この限度のレベルに達する。 現在まで、アンテナの偏波は手操作で調整されていた。 このような調整の結果は必ずしも満足なものではなかった。 更に、それは時間と共に変ることがある。 また、アンテナの調整は、受信信号が期待される品質である ことを確認することでだけ検証される。例えば、テレビ信号が受信される時に、 画像の品質が満足であるときに調整が正しいと考えられる。この種の検証では時 には不十分である。特に、送信アンテナの場合には、そうである。 本発明は、これらの欠点を改善する。そのアンテナが受信および／または送信 することを目的にしている直線偏波に関するアンテナの向きを、簡単に、好まし くは自動的に調整する手段を備えたアンテナを提供する。 本発明によるアンテナは、１つの方向に回る円偏波の少なくとも第１の放射素 子と他の方向に回る円偏波の少なくとも第２の放射素子を含み、反対方向に回る 円偏波の放射素子によって供給される実質的に等しい振幅を持つ信号が結合され て直線偏波信号を供給し、その直線偏波の方向が結合された信号の間の調整可能 な位相ずれの関数であることを特徴とする。 本発明は、同じ振幅を持つ反対方向に回る円偏波の２つの信号の結合によって 、信号間の位相差の半分に等しい角度θでアンテナの軸に対して傾いている直線 偏波信号が与えられるという観察に基づいている。この性質は下に説明される。 したがって、本発明は、機械的な調整に比べて簡単で確実な 方法で、受信または送信される信号の直線偏波の方向の関数として、アンテナの 向きを調整する手段を与える。 調整を行うために、垂直偏波（または、直交偏波）信号が検出され、直交偏波 の信号レベルを最小にする位相ずれが選ばれる。直交偏波を最小にすることに基 づく調整は、要求される偏波を最大にすることに基づく調整よりもずっと正確で ある。 調整は容易に自動化できる。 もし送信信号の周波数帯が受信信号の周波数帯に近ければ、受信信号を使用し た調整は送信に対しても同様に有効である。例えば、４ギガヘルツの搬送波周波 数で受信し、６ギガヘルツの搬送波周波数で送信する場合には、受信の調整は送 信についても同様に有効である。 調整は、送信機局、例えば静止衛星、からの基準信号か、受信されるペイロー ド信号を使用して行う。後者の場合には、調整を自動的に、かつ連続的に行うこ とができる。例えば、通話の開始の度に行うことができる。 本発明の１つの実施形態では、直線偏波の方向に関する、アンテナの向きの正 しい調整を得ることができないことを示す手段が設けられる。例えば、受信直交 偏波信号の最小が所定の閾 値を超えた場合に、警報信号が送信される。使用者にこの状態を知らせるのは使 用者にとり好ましいことである。と言うのは、このような状況では、有害な信号 を送信する危険があるからである。この機能に代わるものとして、またはこの機 能を補うものとして、最小直交偏波信号が閾値を超えた時に自動的に送信を禁止 する手段を設けることができる。 左回りまたは右回り円偏波の放射素子の数は、１つに限定されない。もっと多 くてもよい。ただ１つの制限は、左回り円偏波の素子の数が右回り円偏波の素子 の数に等しくなければならないこと、および反対方向の偏波を有する素子に加え られる信号は実質的に同じ振幅でなければならないことである。 それぞれの方向に回る円偏波の素子の数が２以上である時に、これらの素子を 、ポインティング、すなわちアンテナの軸の方向を微調整するアクティブアンテ ナとして使用することができる。 アンテナの軸上で信号を最大にするかまたはアンテナの軸上で最小にすること でポインティングを調整することができる。 例えば、最小にするためには、特に信号をゼロにするためには、４つの放射素 子に同じ振幅で、規則正しく間隔を空けた位 相（例えば０°、９０°、１８０°および２７０°）を持つ信号を供給する。 好ましい実施形態は、反射形アンテナに関し、放射素子は反射器の焦点にある 。 本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して行われる本発明のある 実施形態についての説明から明らかになる。ここで、 第１図は、本発明によるアンテナを使用する電気通信システムを示す図である 。 第２図は、本発明を応用するアンテナの図である。 第３図と第４図は、本発明によるアンテナの一部を示す図である。 第５図は、本発明によるアンテナの動作方法を説明するために使用される図で ある。 第６図は、また、本発明によるアンテナの動作方法の１つの態様を説明するた めに使用される図である。 図を参照して説明される例は、電気通信システムに関し、静止衛星１０が、各 々がアンテナ１２、１４、他を有する複数の地上局と通信する（第１図）。送信 されるデータは、例えば、 電話通話を構成する。６ギガヘルツの搬送波周波数で各地上局１２、１４から衛 星１０に信号が送信され、４ギガヘルツの搬送波周波数で衛星から地上局に信号 が送信される。 次の説明において、「アップリンク信号」という表現は、時には、地上局によ って衛星に送信される信号のために使用され、「ダウンリンク信号」という表現 は、時には、衛星１０から地上局に送信される信号のために使用される。 これらの信号は全て直線偏波である。直線偏波信号は、伝播 平行に伝播する信号である。信号の偏波のこの性質が、ある特定の搬送波周波数 で２つの直交偏波を使って異なる種類のデー 鉛直でもなくとも、一方の偏波はしばしば「水平」偏波と呼ばれ、垂直または直 交偏波はしばしば「鉛直」偏波と呼ばれる。 本発明が解決しようとする１つの問題は、要求される偏波、例えば水平偏波の 信号を受け取るアンテナ１２、１４の調整を容易にするということである。 一般に、アンテナは、その焦点Ｆに（受信／送信用の）放射素子を備える反射 器１８を含む（第２図）。アンテナ１２の軸 ２０は、もちろん通信する局に向かっていなければならない。すなわち、この場 合は、衛星１０に向かっていなければならない。方向１６に合っていなければな らない（第１図）軸２０の方向を調整することは、アンテナを「ポインティング する」として知られている。 更には、アンテナが要求される偏波Ｈを受信し直交偏波Ｖを受信しないように 、放射素子を、反射器１８の焦点Ｆにある支持物２２の軸２０の回りで向き決め しなければならない。 本発明は、この調整を行う簡単で有効な手段を提供する。 この目的のために、右回り円偏波放射素子２４、２６および左回り円偏波放射 素子２８，３０が支持物２２に設けられている（第３図）。放射素子２４，２６ は共に、位相ずれφを調整可能にする移相器３２を介して加算器３６の第１入力 ３４に接続されている。加算器３６の第２入力３８は、放射素子２８，３０が供 給する左回り円偏波信号を受け取る。 下に説明されるように、直線偏波信号は加算器３６の出力に得られ、その直線 偏波信号は平板２２の面の軸Ｏｘに対して特定の角度θの方向を向いている。角 度θは、加算器３６の入力３４と３８の信号間の位相ずれΔψの関数である。 ている信号である。この伝播軸の回りの回転が特定の方向に、右か左かに、起き る。 加算器３６の第１入力３４の信号が、次式の複素値で表される偏波ベクトルＥ₁ を有する。 (１）E₁=（x+jy）e^{j Δψ} 上の式において、平板２２（第５図および第６図）の平面の軸のｘＯｙ系にお いてｘは電界ベクトルの横座標であり、ｙは電界ベクトルの縦座標である。ｊは 複素数でありｊ²＝−１である。Δψは移相器３２で与えられた位相ずれである 。 次の複素値を持つ偏波ベクトルＥ₂の信号が加算器３６の入力３８で得られる 。 （２）E₂=x-jy ベクトルＥ₂の成分ｘおよびｙはベクトルＥ₁のそれらと同じである。というの は、これらの信号の振幅は同じであるからである。 これら２つの値の和、すなわちベクトルＥ₁とＥ₂の和は、次式で与えられる横 軸Ｘと縦軸Ｙを有するベクトルとなる。 第５図）が一定の振幅を持ち、軸Ｏｘに対してθ＝Δψ／２の角度であることを 示している。明らかに、位相ずれΔψを調整することで、アンテナの偏波の好ま しい方向が変る。 アンテナは、偏波方向がアンテナの設置される場所に対応するように一般に工 場で設定される。すなわち、水平偏波または鉛直偏波が軸Ｏｘに対して特定の角 度になるように、前以って _o／２に等しい。 移相器３２によって、アンテナの設置中または設置後に精密な調整を行うこと ができるようになる。調整は次のようにして行われる。 アンテナに関連する回路が、先ず第１に送信される信号の入力、すなわち偏波 Ｈを持つ信号の入力および第２に受信信号のための１つまたは２つの出力、すな わち偏波Ｈを持つ信号のた めの出力と場合によっては偏波Ｖを持つ信号のための出力を含むことが多い。 調整のために、アンテナが調整されなければならない偏波に垂直な偏波にアン テナを接続する。この例では、アンテナは偏波Ｈに対して調整されなければなら ないので、アンテナは偏波Ｖの受信入力に接続され、受信信号を最小にするよう に調整が行われる。垂直偏波最小の近傍で、知られているように変化の勾配が非 常に急峻になり、すなわち、調整を非常に精密に行うことができる。一方で対照 的に、規定の偏波の最大の近くでは変化が緩やかである。このため、この最大の 近傍で調整を行っても、精密な調整はできない。 垂直偏波最小で、位相ずれの値がΔψ₁である。偏波Ｈの位相ずれを得るため に、１８０°の位相ずれが加えられる（すなわち、電界ベクトルの９０°の回転 ）。 調整は自動的に行われるのが好ましく、例えば、通常の使用のための入力Ｈか ら調整のための入力Ｖに受信信号を切り換えるスイッチ、移相器３２によって導 入される位相ずれを自動的に変える手段、および加算器３６の出力の最小信号を 検出する微分回路を使用し、さらに、微分回路によって与えられる最小 に対応する位相ずれの値Δψ₁、１８０°を加えたもの、をメモリに格納する手 段を使用する。調整が行われた時に、スイッチは受信信号を入力Ｖから入力Ｈに 戻す。注意しなければならないことは、外部からアクセスできる入力Ｖを設ける ことは絶対に必要なものではないことである。 調整は、例えば、静止衛星１０により送信される基準信号を使用して、一回限 りで行われる。 または、調整はペイロード信号を使用して、すなわち、通常の信号の１つ、例 えば受信電話信号を使用して行われる。 あるシステムでは、局１２がアップリンク信号を静止衛星１０に送信する時に 、局は、交差の後で、引き替えに静止衛星１０から送信信号に対応するダウンリ ンク信号を受信する。この場合に、戻り信号を使用して調整することによって、 送信のための偏波調整が最適化される。本発明の効果的な実施形態では、警報信 号を送信するためにおよび／または万一動作不良の場合には送信を停止させるた めに、アンテナの正しい動作を監視するために調整手順が使用される。 さらに精密にするために、回路は周期的に自動的にアンテナ偏波の向きを調整 する。最小直交偏波信号が閾値を超える場合 には、警報が送信され、および／または送信が禁止される。この場合に、アンテ ナは直交偏波に対する干渉信号を送信するが、これはある用途では受入れられな いものである。 第３図に示される放射素子を備えるアンテナはアクティブアンテナである。こ れらの放射素子を使用してポインティングの微調整、すなわちアンテナが送信ま たは受信する方向の微調整を行うことができる。 左回り円偏波を有する２つの放射素子と右回り円偏波を有する２つの放射素子 だけについて説明したが、本発明がこの数に限定されないことは言うまでもない 。各種類の放射素子の数は１以上である。この数および放射素子の分布は原理的 には反射器の構成と要求される指向性の関数である。放射素子の配列は、反射器 が円形構造か第２図のような偏心構造か、または二重反射器アンテナ用のものか によって異なる。 第３図に表される素子は、受信用放射素子である。同様の素子が送信用に設け られる。 第４図に示される例では、放射素子は長方形の板状基板２２上に堆積されてい る。それらは、固体の「パッチ」導体の形をしている。移相器３２と可算器３４ および回路の他の部品が別 の基板４０に配置され、放射素子と基板４０上の回路の間の結合は接触なしに行 われている。 放射素子はポインティングおよび偏波方向を電子的に調整できるようにするア クティブアンテナを形成するが、これらの機能を電動式システム（図示せず）と 結合してアンテナの方向を静止衛星の方向にポインティングするように連動させ ることができる。ここで、電子的な調整は主として微調整である。 ペイロードデータを運ばないペイロード信号の受信時間中に、アンテナを自動 的にかつ周期的に調整することができる。パケットの形のディジタル信号の送信 には、例えば、パケットの送信の間に、このような時間が含まれている。 本発明は、送信／受信用アンテナに限定されない。反対方向に回る円偏波の実 質的に等しい振幅をもつ信号が結合されることを特徴とする直線偏波信号を生成 する方法にも関する。直線偏波に方向を付けるために、結合信号に位相ずれを持 たせることが好ましい。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年３月１７日（１９９９．３．１７） 【補正内容】 請求の範囲 １．直線偏波信号を受信および／または送信するアンテナであって、前記直線偏 波は反対の方向に回る円偏波の実質的に等しい振幅を持つ２つの成分から、それ らの信号の間の調整可能な相対的な位相ずれ（Δψ）の調整の後に前記２つの成 分を結合することによって合成され、前記ずれの値が前記直線偏波の方向を決定 し、一方の方向に回る円偏波の複数ｎ個の放射素子と、反対の方向に回る円偏波 の複数ｎ個の放射素子、およびアンテナのポインティング方向を変えるために前 記素子を使用する手段を含むことを特徴とするアンテナ。 ２．前記相対的な位相ずれ（Δψ）を自動的に変える手段、受信信号を測定する 手段および受信信号が最適化された時に位相ずれの変化を停止させる手段を含む ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のアンテナ。 ３．要求される偏波に対して垂直な偏波を持つ前記受信信号を最小にするように 、前記位相ずれが調整されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のアンテ ナ。 ４．前記調整に、受信されたペイロード信号が使用されること を特徴とする請求の範囲第２項または第３項に記載のアンテナ。 ５．前記位相ずれが自動的にかつ周期的に調整されることを特徴とする請求の範 囲第２項から第４項のいずれか一項に記載のアンテナ。 ６．一方の方向に回る円偏波の信号を放射素子（２４，２６）から受け取る入力 を有する調整可能な移相器（３２）の出力によって供給される信号を一方の入力 （３４）で受け取る加算器（３６）を含み、前記加算器（３６）の他方の入力（ ３８）が、他方の方向に回る円偏波の前記放射素子（２８，３０）からの信号を 移相ずれなしで受け取ることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のいずれ か一項に記載のアンテナ。 ７．前記要求される偏波に垂直な偏波を有する前記最小受信信号が閾値を超える ときに警報信号の送信および／または送信の禁止を行う手段を含むことを特徴と する請求の範囲第３項に記載のアンテナ。 ８．前記放射素子が反射器（１８）の焦点にある基板（２２）に配置されている ことを特徴とする請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項に記載のアンテナ 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．直線偏波信号を受信および／または送信するアンテナであって、一方の方向 に回る円偏波の少なくとも１つの第１の放射素子（２４，２６）と他方の方向に 回る円偏波の少なくとも１つの第２の放射素子（２８，３０）を含み、反対方向 に回る円偏波の前記放射素子によって供給される実質的に等しい振幅の信号が結 合して直線偏波信号を供給し、その直線偏波の方向が前記結合された信号の問の 調整可能な位相ずれ（Δφ)の関数であることを特徴とするアンテナ。 ２．一方の方向に回る円偏波の少なくとも２つの素子と他方の方向に回る円偏波 の少なくとも２つの素子を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のアン テナ。 ３．アンテナのポインティング方向（１６）を調整するために前記放射素子を使 用する手段が設けられていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載のアンテ ナ。 ４．反対方向に回る円偏波の前記信号の間の前記位相ずれが前記アンテナの偏波 方向を調整するために調整可能であることを特徴とする請求の範囲第１項から第 ３項のいずれか一項に記載 のアンテナ。 ５．前記位相ずれを自動的に変える手段、前記受信信号を測定する手段および受 信信号が最適化されたときに前記位相ずれの変化を停止させる手段を含むことを 特徴とする請求の範囲第４項に記載のアンテナ。 ６．要求される偏波に対して垂直な偏波を持つ前記受信信号を最小にするように 、前記位相ずれが調整されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載のアンテ ナ。 ７．前記調整に、受信されたペイロード信号が使用されることを特徴とする請求 の範囲第５項または第６項に記載のアンテナ。 ８．前記位相ずれか自動的にかつ周期的に調整されることを特徴とする請求の範 囲第５項から第７項のいずれか一項に記載のアンテナ。 ９．一方の方向に回る円偏波の信号を放射素子（２４，２６）から受け取る入力 を有する調整可能な移相器（３２）の出力によって供給される信号を一方の入力 （３４）で受け取る加算器（３６）を含み、前記加算器（３６）の他方の入力（ ３８）が、他方の方向に回る円偏波の前記放射素子（２８，３０）から の信号を移相ずれなしで受け取ることを特徴とする請求の範囲第１項から第８項 のいずれか一項に記載のアンテナ。 １０．前記要求される偏波に垂直な偏波を有する前記最小受信信号が閾値を超え るときに警報信号の送信および／または送信の禁止を行う手段を含むことを特徴 とする請求の範囲第６項に記載のアンテナ。 １１．前記放射素子が反射器（１８）の焦点にある基板（２２）に配置されてい ることを特徴とする請求の範囲第１項から第１０項のいずれか一項に記載のアン テナ。 １２．直線偏波信号を生成する方法であって、実質的に同じ振幅を持つ反対の方 向に回る円偏波の信号が結合され、これらの信号の各々が少なくとも１つのそれ ぞれの放射素子によって供給されること、および円偏波信号がその反対方向に回 る円偏波の信号に対して位相がずれており、直線偏波の方向がこの位相ずれの関 数であることを特徴とする方法。 １３．一方の方向に回る円偏波の前記信号が少なくとも２つの放射素子によって 供給され、他方の方向に回る円偏波の前記信号が少なくとも２つの放射素子によ って供給されること、およびこれらの放射素子が、方向付け、すなわち前記アン テナの軸 の方向を微調整するためにアクティブアンテナで使用されることを特徴とする請 求の範囲第１２項に記載の方法。