JP2002026601A - 交差偏波制御装置 - Google Patents

交差偏波制御装置

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JP2002026601A
JP2002026601A JP2000208346A JP2000208346A JP2002026601A JP 2002026601 A JP2002026601 A JP 2002026601A JP 2000208346 A JP2000208346 A JP 2000208346A JP 2000208346 A JP2000208346 A JP 2000208346A JP 2002026601 A JP2002026601 A JP 2002026601A
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polarization
angle
reception level
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data
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JP2000208346A
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Yasunori Yoshino
康則 吉野
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】ノイズの影響を軽減して精度よく最適値を求め
る。 【解決手段】分波器2は水平偏波出力端および垂直偏波
出力端を有し、偏波回転機構3により回転駆動されるこ
とにより、受信信号Srの偏波面を相対的に可変させ
る。角度検出器4は分波器2の回転角度を検出する。切
替器5は分波器2の水平偏波出力端および垂直偏波出力
端のいずれか一方を選択する。受信機6は、切替器5に
より選択された出力端からの受信レベルを検出する。演
算制御器7の演算ユニット(CPU)72は、偏波回転
機構3を制御して所定角度範囲で分波器2を回転させ、
回転角度に対する水平および垂直偏波の受信レベルデー
タをそれぞれ取得してメモリ74に蓄積し、蓄積された
データに基づき、受信レベルが最大となる分波器2の最
適角度を最小二乗法により演算し、分波器2を最適角度
に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は衛星通信地球局アン
テナの交差偏波制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】衛星通信では、直交する水平および垂直
の2つの直線偏波を使用して周波数帯域の有効利用を図
っている。
【0003】通信衛星と衛星通信地球局との間で通信を
行うときは、通信衛星のアンテナの偏波面と衛星通信地
球局のアンテナの偏波面とを一致させる必要がある。も
し、一致させない場合は、他の偏波を使用している通信
に干渉を与えたり、干渉を受けたりする。
【0004】衛星通信地球局から通信衛星を見たときの
電波の偏波面は、その衛星通信地球局の設置場所によっ
て偏波面が傾斜するため、通信衛星の位置および衛星通
信地球局の位置が変化する毎に、偏波面を一致させて最
適状態に調整する必要がある。
【0005】従来例として、例えば、特開平2−194
381号公報に掲載されている「可動地球局のアンテナ
設定装置」によれば、アンテナの偏波角度をアンテナ駆
動装置により連続的に可変し、偏波角度に対応した受信
レベルを受信機で検出し、その検出結果をディスプレィ
装置に視覚的に表示し、受信レベルの最大値と最小値と
を判定し、その判定結果に基づきアンテナの偏波角度を
最適値に調整するようにしている。
【0006】また、他の従来例として、特開平7−99
408号公報(特第2590706号)に掲載されてい
る「衛星通信地球局アンテナの交差偏波調整装置」で
は、偏波回転機構を用いて、任意の2点での水平、垂直
偏波の受信レベルから演算処理することにより最適偏波
角度を求める技術や、水平偏波受信レベルおよび垂直偏
波受信レベルの両者が一致する2ポイントを、偏波回転
機構を用いて求め、その2ポイントの中間点を最適値と
する技術が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来例の前者
では、受信レベルの最大値と最小値とを視覚的に直接判
定している。しかし、受信レベルの最大値付近では変化
率が緩やかであるため、視覚により最大値の判断は個人
差が生じて正確に判定することは困難である。一方、受
信レベルの最小値付近ではノイズ成分が多く受信状態が
不安定であり、あるいは受信不可能となるため、最小値
の判定が困難になるという問題点を有している。
【0008】また、従来例の後者では、偏波回転機構を
用いて任意の2点での水平、垂直偏波の受信レベルを検
出して演算処理する場合、任意の2点のサンプリングデ
ータに含まれるノイズ量にばらつきが生じ、角度誤差が
発生する可能性がある。また、偏波回転機構を用いて水
平偏波受信レベルおよび垂直偏波受信レベルの両者が一
致する2ポイントを探す場合は、サンプル誤差が一定範
囲内に収まるように、偏波回転機構を回しながら狭帯域
フィルタを用いてゆっくりとレベルサンプルする必要が
あるため、偏波回転機構の回転速度を緩やかに回転させ
なければならず、時間がかかるという問題点がある。
【0009】本発明の目的は、このような問題に鑑みな
されたものであり、高速に受信レベルのデータを取得し
て、ノイズの影響を軽減して精度よく最適値を求めるこ
とができる衛星通信地球局アンテナの交差偏波調整装置
を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の交差偏波制御装
置は、アンテナに設置されて受信信号の水平偏波信号成
分および垂直偏波信号成分を水平偏波出力端および垂直
偏波出力端からそれぞれ出力する分波器と、この分波器
を回転させて前記受信信号の偏波面を相対的に可変させ
る偏波回転機構と、前記アンテナに対する前記分波器の
回転角度を検出する角度検出器と、前記分波器の水平偏
波出力端および垂直偏波出力端のいずれか一方を選択す
る切替器と、この切替器により選択された出力端からの
信号の受信レベルを検出する受信機と、前記偏波回転機
構および前記切替器をそれぞれ制御すると共に前記回転
角度に対する前記受信レベルのデータに基づき前記分波
器の最適角度を演算して設定する演算制御手段とを備え
る交差偏波制御装置において、前記演算制御手段は、前
記分波器を所定の回転角度範囲で回転させ、前記回転角
度に対する前記水平および垂直偏波出力端からの受信レ
ベルのデータを取得し、前記データに基づき最小二乗法
により前記最適角度を算出する。
【0011】この場合、前記演算制御手段は、前記分波
器を所定の回転角度範囲で回転させ、前記回転角度に対
する前記水平および垂直偏波出力端からの受信レベルの
データをそれぞれ取得し、前記水平偏波受信レベルデー
タに基づき最小二乗法により最適角度を算出し、前記垂
直偏波受信レベルデータに基づき最小二乗法により最適
角度を算出し、その平均値を前記最適角度としてもよい
し、あるいは、前記回転角度に対する前記水平偏波出力
端からの受信レベルのデータと前記垂直偏波出力端から
の受信レベルのデータとを回転角度毎に積算し、この積
算したデータに基づき最小二乗法により前記最適角度を
算出するようにしてもよい。
【0012】また、前記演算制御手段は、前記受信レベ
ルのデータを回転角度毎に蓄積するメモリと、このメモ
リに蓄積されたデータに基づき前記最適角度を算出する
演算ユニット(CPU)とを有する。前記演算ユニット
(CPU)は、前記メモリに蓄積された前記水平偏波出
力端からの受信レベルのデータと前記垂直偏波出力端か
らの受信レベルのデータとを回転角度毎に積算して前記
メモリに蓄積し、この積算したデータに基づき前記最適
角度を算出する。
【0013】更に、前記演算ユニット(CPU)は、前
記メモリに蓄積されたデータに基づき、最小二乗法によ
り前記受信レベルが0になる角度を推定することにより
前記最適角度を算出する。
【0014】また更に、前記演算制御手段は、前記分波
器の同じ回転角度において前記分波器の水平偏波出力端
および垂直偏波出力端を交互に選択するように前記切替
器を制御して回転角度に対するそれぞれの受信レベルの
データを取得してもよい。
【0015】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。
【0016】図1は、本発明の一実施形態を示すブロッ
ク図である。図1において、衛星通信地球局のアンテナ
1に設置されて受信信号Srの水平偏波信号成分および
垂直偏波信号成分を水平偏波出力端および垂直偏波出力
端からそれぞれ抽出出力する分波器2と、駆動制御信号
Sdに応じて分波器2を回転させて受信信号Srの偏波
面を相対的に可変させる偏波回転機構3と、アンテナ1
に対する分波器2の回転角度を検出して角度信号Sxを
出力する角度検出器4と、分波器2の水平偏波出力端お
よび垂直偏波出力端のいずれか一方を切替信号Ssに応
じて選択する切替器5と、この切替器5により選択され
た分波器2の出力端からの受信レベルを検知して受信レ
ベルに比例した電圧値Vrを出力する受信機6と、電圧
値Vrおよび角度信号Sxに基づき分波器2が最適角度
になるように偏波回転機構3に駆動制御信号Sdを送出
して制御する演算制御器7とを備えている。
【0017】演算制御器7は、受信レベルに比例した電
圧値Vrをデジタル値に変換するA/D変換器71と、
偏波回転機構3および切替器5を制御し最適値を最小二
乗法により演算して最適状態に設定制御する演算ユニッ
ト(CPU)72と、演算ユニット(CPU)72から
出力される演算結果をアナログ変換し駆動制御信号Sd
として偏波回転機構3に送出するD/A変換器73と、
演算ユニット(CPU)72における演算処理に必要な
データ(回転角度に対する受信レベルのデータ)を蓄積
するメモリ74とを有している。
【0018】図2は演算制御器7の動作例を示すフロー
チャートである。
【0019】まず最初に、通信衛星を捕捉して電波を受
信できるように衛星通信地球局アンテナ1の方向を設定
する(ステップ101)。この場合、偏波回転機構3を
初期状態とし、つまり、角度検出器4が検出する分波器
2の回転角度が0度を示すように初期設定し、受信する
偏波出力を選択するように切替器5を設定する。例え
ば、受信する偏波面を垂直偏波(V垂直)とする場合
は、分波器2の垂直偏波出力端側を切替器5に選択させ
るように切替信号Ssを送出する。
【0020】そして、図示しないアンテナ駆動手段によ
り、受信機6が検出する受信レベルが最大となる方向に
衛星通信地球局アンテナ1を駆動し設定させる。なお、
アンテナ駆動手段は、アンテナ方向を全空域にサーチし
て受信レベル最大の方向に設定してもよいし、方位セン
サや傾斜計などの各センサ出力に基づいてサーチ範囲を
絞った後、受信レベル最大の方向に設定するようにして
もよいが、本発明とは直接関係がないので、図示および
詳細な説明は省略する。
【0021】さて、ステップ101によって衛星通信地
球局アンテナ1が通信衛星の方向に設定させた後、演算
制御器7の演算ユニット(CPU)72は、切替器5に
分波器2の垂直偏波出力端を選択させ(ステップ10
2)、角度検出器4からの角度信号Sxに基づき、偏波
回転機構3に駆動制御信号Sdを送出して分波器2を回
転させながら、分波器2の回転角度に対する垂直偏波受
信レベルのデータを取得してメモリ74に蓄積する(ス
テップ103)。ここで、メモリ74には、例えば、図
4(a)に示すようなデータが蓄積される。
【0022】所定の角度範囲での垂直偏波受信レベルの
データ取得が終了したならば(ステップ104)、分波
器2の他方の出力端(こでは水平偏波出力端)を切替器
5に選択させる(ステップ105)。
【0023】そして、角度信号Sxに基づき偏波回転機
構3を駆動制御して分波器2を逆方向に回転させなが
ら、同様に、分波器2の回転角度に対する水平偏波受信
レベルのデータを取得してメモリ74に蓄積し(ステッ
プ106)、所定の角度範囲での水平偏波受信レベルの
データ取得が終了する(ステップ107)。ここで、メ
モリ74には、例えば、図4(b)に示すようなデータ
が蓄積される。図4(a),(b)では、受信レベルの
最大値を1に規格化し、角度範囲を0度から360度と
している。
【0024】なお、回転角度に対する受信レベルのデー
タ取得に際して、衛星通信地球局アンテナ1が通信衛星
の方向に正しく指向していない場合には、垂直偏波受信
レベルのピークレベルと水平偏波受信レベルのピークレ
ベルとに差が生じる。この場合には、図2におけるステ
ップ101の処理を再度実行した後、再度、回転角度に
対する受信レベルのデータ取得を行うことになる。しか
し、本発明とは直接関係がないので、図2には、この処
理の記述を省略している。
【0025】その後、メモリ74に蓄積されたデータに
基づき、受信レベルが最大になる最適角度を演算し(ス
テップ108)、分波器2が最適角度になるように偏波
回転機構3を駆動制御する(ステップ109)。
【0026】次に、演算ユニット(CPU)72におけ
る演算処理の一例について説明する。
【0027】いま、分波器2の回転角度Xが0度(初期
設定値)のときに、分波器2の垂直偏波出力端から垂直
偏波を最大レベルで受信できたとすれば、図4(a)に
示したように、回転角度Xに対する垂直偏波受信レベル
Yvは、cos(X)の絶対値で表すことができ、受信
レベルの最大値を1とすれば、Yv=│cos(X)│
で表すことができる。
【0028】また、分波器2の水平偏波出力端からの回
転角度Xに対する水平偏波受信レベルYhは、同様に、
図4(b)に示したように、Yh=│sin(X)│で
表すことができる。
【0029】ここで、受信レベルYv,Yhは、レベル
が低いほどノイズ成分が多く含まれているという特徴を
もつ。
【0030】いま、受信レベルの最大値をA、分波器2
の回転角度をX、受信電波の垂直偏波面と分波器2の初
期設定位置との角度差をθ(θ<±90度)とすれば、
分波器2の垂直偏波出力端からの垂直偏波の受信レベル
Yvは、Yv=A・│cos(X−θ)│ ……(1)
で表すことができる。
【0031】また、分波器2の水平偏波出力端からの水
平偏波の受信レベルYhは、Yh=A・│sin(X−
θ)│ ……(2)で表すことができる。
【0032】本発明は、取得したデータを用いて、最小
二乗法により垂直偏波受信レベルYvが0になる角度お
よび水平偏波受信レベルYhが0になる角度をそれぞれ
推定して角度差θを求め、更にその平均値を求めること
により、ノイズの影響や角度毎のレベル検出誤差の影響
を軽減して、精度よく受信レベルが最大となる最適角度
に分波器を設定できるようにする。
【0033】さて、垂直偏波受信レベルYvの場合、式
(1)において、cos(X+θ)>0となる領域を考
えて変形すると、Yv=Acos(X)・cosθ+A
sin(X)・sinθ ……(2)となる。
【0034】ここで、α=Acosθ、β=Asin
θ、B=cos(X)、C=sin(X)、γを振幅オ
フセットとすれば、Yv=αB+βC+γ ……(3)
を得る。
【0035】この式(3)において、回転角度Xに対す
る垂直偏波受信レベルYvのデータに基づき、B、Cは
直ちに決定される。また、最小二乗法を用いてYv=0
となるα、βを求め、θを決定することができる。
【0036】同様に、水平偏波受信レベルYhの場合に
ついても、最小二乗法を用いてθを決定することができ
る。
【0037】このように、垂直および水平偏波の受信レ
ベルのデータに基づき、最小二乗法により角度差θを推
定し、その平均値を求めることにより、ノイズの影響や
角度毎のレベル検出誤差の影響を軽減して、精度よく最
適角度に分波器2を設定することができる。
【0038】なお、図4(a)に示した垂直偏波受信レ
ベルYvの場合、回転角度Xが0〜360度の範囲にお
いて、ピークを示す波形が2回存在することから、最小
二乗法を用いてθを演算できるデータ範囲としては、9
0±約80度および270±約80度の2つの範囲があ
る。従って、これら2つの範囲についてそれぞれθを求
めて、270±約80度を使用して計算したθには18
0度のオフセットを考慮した後、その平均を採ってθを
決定してもよい。また、2つの範囲のいずれか1つにつ
いてθを求めてもよい。
【0039】次に演算ユニット(CPU)72における
θの演算処理の他の一例について説明する。図3はその
処理を示すフローチャートである。図3は、図2のステ
ップ108に示される演算処理の他の一例を示してお
り、その他の動作は、図2のステップ101からステッ
プ109の動作に準ずる。
【0040】まず、回転角度毎に垂直偏波受信レベルY
vと水平偏波受信レベルYhとの積を演算し、回転角度
に対するYv・Yhのデータをメモリ74に蓄積する
(ステップ201)。ここで、図4(c)に示したよう
データがメモリ74に蓄積される。
【0041】この図4(c)に示した波形は、図4
(a)、(b)に示した波形と比較して、ノイズがほぼ
一様に分布しているという特徴を有する。
【0042】さて、2cos(X)・sin(X)=s
in(2X)であるから、垂直偏波受信レベルYvと水
平偏波受信レベルYhとの積Yの最大値をB、分波器2
の回転角度をX、受信電波の垂直偏波面と分波器2の初
期設定位置との角度差をθ(θ<±90度)とすれば、
Y=Yv・Yh=B|sin(2X+θ)| ……
(3) となる。
【0043】また、sin(2X+θ)>0となる領域
を考えて、式(1)を変形すると、 Y=Bsin(2X)・cosθ+Bcos(2X)・sinθ ……(4) となる。
【0044】ここで、α=Bcosθ、β=Bsin
θ、B=cos(2X)、C=sin(2X)、γを振
幅オフセットとすれば、式(3)と同様な式、Y=αB
+βC+γ となるので、積Yのデータに基づき最小二
乗法により、θを決定することができる。
【0045】ところで、図4(c)に示したように、垂
直偏波受信レベルYvと水平偏波受信レベルYhとの積
Yの変化をみると、90度周期で同じパターンが4回繰
り返されている。従って、実際に処理するデータは任意
の90度分でよい。実際の演算に際しては、図4(c)
に示した受信レベルの積Yの波形の最大付近を中心に約
±40度の範囲のデータを用いて最小二乗法でθを演算
すればよい(ステップ202)。
【0046】そして、必要により、任意の回転角度Xn
の垂直偏波受信レベルのサンプル値図4(a)を参照し
て、90*m(ここで、m=0,1,2,3)をθに加
算して補正を行い、最終的なオフセット値θを決定す
る。
【0047】なお、図4では、回転角度に対する受信レ
ベルのデータ取得は0〜360度の範囲としているが、
最小二乗法の演算に使用するデータ範囲に限定するよう
にしてもよい。
【0048】また、上述した説明では、回転角度に対す
る受信レベルのデータ取得に際し、分波器の一方の偏波
出力端を選択してデータ取得した後、他方の偏波出力端
を選択してデータ取得している。このため、垂直偏波お
よび水平偏波の合計2回について偏波回転機構を駆動し
ているので、駆動時間が長くなる。
【0049】この駆動時間を短縮する方法として、同じ
回転角度において切替器を高速に切り替えて、垂直偏波
および水平偏波の受信レベルをそれぞれ検出するように
してもよい。この場合、切替器を高速に切替える手段と
して、ダイオードスイッチ等の電子的な切替器が好まし
い。また、偏波回転機構3の駆動と切替器5の切替動作
とを同期させる必要があるため、演算制御器7の演算ユ
ニット(CPU)72において偏波回転機構3および切
替器を同期して制御するように構成する。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、垂
直および水平偏波の受信レベルのデータに基づき、最小
二乗法により演算することにより、ノイズの影響や角度
毎のレベル検出誤差の影響を軽減して精度よく最適角度
を求めることができる。
【0051】また、角度毎のレベル検出誤差が許容され
るので、従来例のように狭帯域フィルタを用いてレベル
サンプルの帯域を狭める必要がなく、高速にレベルサン
プルを行うことが可能となり。従って、最適角度を求め
るのに必要な時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す図である。
【図2】図1に示した演算制御器7の動作を示すフロー
チャートである。
【図3】最適角度を求める演算処理の他の一例を示すフ
ローチャートである。
【図4】回転角度に対する受信レベルを示す図である。
【符号の説明】
1 アンテナ 2 分波器 3 偏波回転機構 4 角度検出器 5 切替器 6 受信機 7 演算制御器 72 演算ユニット(CPU) 74 メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J012 CA21 5J021 AA01 BA01 BA07 CA06 DA04 DB04 EA03 FA13 FA30 FA31 FA32 HA07 JA05 5K022 DD03 DD36 5K062 AA09 AB05 AB06 AB09 AB16 AC01 AG01 BA06

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンテナに設置されて受信信号の水平偏
    波信号成分および垂直偏波信号成分を水平偏波出力端お
    よび垂直偏波出力端からそれぞれ出力する分波器と、こ
    の分波器を回転させて前記受信信号の偏波面を相対的に
    可変させる偏波回転機構と、前記アンテナに対する前記
    分波器の回転角度を検出する角度検出器と、前記分波器
    の水平偏波出力端および垂直偏波出力端のいずれか一方
    を選択する切替器と、この切替器により選択された出力
    端からの信号の受信レベルを検出する受信機と、前記偏
    波回転機構および前記切替器をそれぞれ制御すると共に
    前記回転角度に対する前記受信レベルのデータに基づき
    前記分波器の最適角度を演算して設定制御する演算制御
    手段とを備える交差偏波制御装置において、 前記演算制御手段は、前記分波器を所定の回転角度範囲
    で回転させ、前記回転角度に対する前記水平および垂直
    偏波出力端からの受信レベルのデータをそれぞれ取得
    し、前記水平偏波受信レベルデータに基づき最小二乗法
    により最適角度を算出し、前記垂直偏波受信レベルデー
    タに基づき最小二乗法により最適角度を算出し、その平
    均値を前記最適角度とすることを特徴とする交差偏波制
    御装置。
  2. 【請求項2】 アンテナに設置されて受信信号の水平偏
    波信号成分および垂直偏波信号成分を水平偏波出力端お
    よび垂直偏波出力端からそれぞれ出力する分波器と、こ
    の分波器を回転させて前記受信信号の偏波面を相対的に
    可変させる偏波回転機構と、前記アンテナに対する前記
    分波器の回転角度を検出する角度検出器と、前記分波器
    の水平偏波出力端および垂直偏波出力端のいずれか一方
    を選択する切替器と、この切替器により選択された出力
    端からの信号の受信レベルを検出する受信機と、前記偏
    波回転機構および前記切替器をそれぞれ制御すると共に
    前記回転角度に対する前記受信レベルのデータに基づき
    前記分波器の最適角度を演算して設定制御する演算制御
    手段とを備える交差偏波制御装置において、 前記演算制御手段は、前記回転角度に対する前記水平偏
    波出力端からの受信レベルのデータと前記垂直偏波出力
    端からの受信レベルのデータとを回転角度毎に積算し、
    この積算したデータに基づき最小二乗法により前記最適
    角度を算出することを特徴とする交差偏波制御装置。
  3. 【請求項3】 前記演算制御手段は、前記受信レベルの
    データを回転角度毎に蓄積するメモリと、このメモリに
    蓄積されたデータに基づき前記最適角度を算出する演算
    ユニット(CPU)とを有することを特徴とする請求項
    1記載の交差偏波制御装置。
  4. 【請求項4】 前記演算制御手段は、前記受信レベルの
    データを回転角度毎に蓄積するメモリと、このメモリに
    蓄積されたデータに基づき前記最適角度を算出する演算
    ユニット(CPU)とを有し、前記演算ユニット(CP
    U)は、前記メモリに蓄積された前記水平偏波出力端か
    らの受信レベルのデータと前記垂直偏波出力端からの受
    信レベルのデータとを回転角度毎に積算して前記メモリ
    に蓄積し、この積算したデータに基づき前記最適角度を
    算出することを特徴とする請求項2記載の交差偏波制御
    装置。
  5. 【請求項5】 前記演算ユニット(CPU)は、前記メ
    モリに蓄積されたデータに基づき最小二乗法により前記
    受信レベルが0になる角度を推定することにより前記最
    適角度を算出することを特徴とする請求項3または4記
    載の交差偏波制御装置。
  6. 【請求項6】 前記演算制御手段は、前記分波器の同じ
    回転角度において前記分波器の水平偏波出力端および垂
    直偏波出力端を交互に選択するように前記切替器を制御
    して回転角度に対するそれぞれの受信レベルのデータを
    取得することを特徴とする請求項1また2記載の交差偏
    波制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7804546B2 (en) 2005-09-26 2010-09-28 Funai Electric Co., Ltd. Antenna system and television receiver

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