JP2004254179A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アンテナに接続された2本の線路からなる伝送線路2、3と、各線路を伝搬する垂直偏波および水平偏波の各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、右旋円偏波および左旋円偏波の各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成する90°ハイブリッド回路1と、90°ハイブリッド回路1に入力される各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、90°ハイブリッド回路1の出力信号の振幅を検出する振幅検出器8、9、10、11と、各線路の伝搬信号の振幅と出力信号の振幅とに基づいて、伝送線路2、3の線路間の位相差を演算する位相演算装置12とを備えた。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に通信、レーダ等に使用するマイクロ波送受信用のアンテナ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の各給電点の振幅位相の制御を行う2点給電の給電構造を持ったアンテナ装置は、1対の右旋円偏波、左旋円偏波をアンテナより取り出し、アッテネータにより振幅を一致させ、移相器により適当な位相差を与えて3db−90度ハイブリッドで合成させている。これにより直線偏波給電点から任意の偏波方向を持つ直交直線偏波を得る。
このような装置において振幅および位相を制御する装置は一般的に誤差を持っているため、正確な制御を行うためには、その伝送線路の振幅および位相を検出し、較正もしくはフィードバック制御を行うことが有効である(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−121933号公報(第3頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように、振幅を検出することは比較的簡単な構成で可能であるが、位相を検出するためには、例えば変調をかけていた場合のためにキャリア検出回路が必要となる。このため、構成上複雑となり、その検出精度も上げにくく、正確な制御を行うことが難しいという問題点があった。
【0005】
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、位相検出機構を用いることなく、簡単な構成で2線路間の振幅位相差を算出することのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、アンテナに接続された2本の線路からなる伝送線路と、各線路の伝搬信号を分解および合成する90°ハイブリッド回路と、90°ハイブリッド回路に入力される各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、90°ハイブリッド回路の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、各線路の伝搬信号の振幅と出力信号の振幅とに基づいて、伝送線路の線路間の位相差を演算する位相演算装置とを備え、90°ハイブリッド回路は、各線路を伝搬する伝搬信号が垂直偏波および水平偏波の場合には、各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、伝搬信号が右旋円偏波および左旋円偏波の場合には、各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1を示す2本の伝送線路で1対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
図1において、第1の伝送線路2および第2の伝送線路3の2本の伝送線路で1対の伝送線路を構成する。第1の伝送線路2には電界の大きさが「EV」の垂直偏波信号が伝搬され、第2の伝送線路3には電界の大きさが「EH」の水平偏波信号が伝搬される。
90°ハイブリッド回路1は、伝送線路13、14により、第1の伝送線路2および第2の伝送線路3に接続される。接続箇所に設置されたカップラ(方向性結合器)4、5は、第1および第2の伝送線路2、3を伝送線路13、14に分岐させる。
さらに、90°ハイブリッド回路1と伝送線路13、14との間には、各伝送線路13、14の伝送する信号の振幅をそれぞれ検出する振幅検出器8、9が、伝送線路15、16およびカップラ6、7により接続される。
90°ハイブリッド回路1の出力端子は、振幅検出器10、11に接続される。
また、90°ハイブリッド回路1の入力端子側に接続された振幅検出器8、9と、出力端子側に接続された振幅検出器10、11とは、位相演算装置12に接続される。
【0008】
次に、この発明の実施の形態1による動作について説明する。
カップラ4、5は、第1の伝送線路2および第2の伝送線路3の伝搬信号を一定の割合で分配する。
カップラ4、5において分配された伝搬信号は、それぞれ伝送線路13、14を伝送し、カップラ6、7でさらにある一定の割合で分配される。
カップラ6、7で分配された伝搬信号の一方は、90°ハイブリッド回路1に入力され、他方は、振幅検出器15、16に入力される。
90°ハイブリッド回路1は、伝送線路13の垂直偏波信号を右旋円偏波成分と左旋円偏波成分とに分解する。同様に、水平偏波信号を右旋円偏波成分と左旋円偏波成分とに分解する。
次に、垂直偏波信号の電界EVの右旋円偏波成分と、伝送線路14の水平偏波信号の電界EHの右旋円偏波成分とを合成して出力する。また、伝送線路13の垂直偏波信号の電界EVの左旋円偏波成分と、伝送線路14の水平偏波信号の電界EHの左旋円偏波成分とを合成して出力する。
【0009】
90°ハイブリッド回路1の入力端子側に接続された一方の振幅検出器8は、垂直偏波信号の振幅(電界)の大きさ|EV|を検出する。また、他方の振幅検出器9は、水平偏波信号の振幅の大きさ|EH|を検出する。
また、90°ハイブリッド回路1の出力端子側に接続された一方の振幅検出器10は、合成された右旋円偏波成分の振幅の大きさ|ER|を検出する。また、他方の振幅検出器11は、合成された左旋円偏波成分の振幅の大きさ|EL|を検出する。
各振幅検出器8、9、10、11からの検出信号が位相演算装置12に入力される。
【0010】
位相演算装置12は、90°ハイブリッド回路1の前後に接続された振幅検出器8、9、10、11からの各振幅値(検出信号)に基づいて、第1の伝送線路2の垂直偏波信号と第2の伝送線路3の水平偏波信号との位相差を演算する。
ここで、伝送線路13、14の90°ハイブリッド回路1の入力端子側の電界比Fは、以下の式(1)のように表すことができる。
F=EV/EH=|F|exp(jf) ・・・ (1)
また、90°ハイブリッド回路1の出力端子側の電界比Dは、以下の式(2)のように表すことができる。
D=ER/EL=|D|exp(jg) ・・・ (2)
さらに、入力端子側の電界比Fと出力端子側の電界比Dとの関係は、以下の式(3)のように表すことができる。
【数1】
【0011】
なお、式(1)の|F|は、振幅検出器8、9で検出された振幅の比(振幅比)である。同様に、式(2)の|D|は、振幅検出器10、11で検出された振幅の比(振幅比)である。
例えば、式(1)の位相差t=exp(jf)を演算する場合、以下の式(4)を解くことで得ることができる。
【数2】
すなわち、式(4)に基づいて位相差を演算することにより、第1の伝送線路2の垂直偏波信号と、第2の伝送線路3の水平偏波信号との振幅位相差を得ることができ、位相演算装置12は、振幅位相差を(振幅)位相情報として出力する。
【0012】
このように、伝送線路間の位相差を測定するための機構を設けることなく、振幅の測定機構のみを用いて、第1の伝送線路2と第2の伝送線路3との間の振幅位相差を得ることができるので、伝送線路間の振幅および位相を正確に制御することができる。
【0013】
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2を示す2本の伝送線路で構成される1対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
図2において、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23で構成される伝送線路には、それぞれ右旋円偏波信号、左旋円偏波信号が、紙面右側から左側の方向に伝搬されている。
90°ハイブリッド回路21は、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23で構成される伝送線路内に挿入されている。
90°ハイブリッド回路21の入力端子側には、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23がカップラ24、25により伝送線路33、34にそれぞれ分岐されて振幅検出器28、29が接続される。また、90°ハイブリッド回路21の出力端子側には、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23がカップラ26、27により伝送線路35、36にそれぞれ分岐されて振幅検出器30、31が接続される。
また、各振幅検出器28、29、30、31の他方は、位相演算装置32に接続される。
【0014】
第1の伝送線路22を紙面右側から左側に伝搬される右旋円偏波信号と、第2の伝送線路23を紙面右側から左側に伝搬される左旋円偏波信号とは、90°ハイブリッド回路21に入力される。
なお、カップラ24、25において、右旋円偏波信号および左旋円偏波信号が分配され、振幅検出器28、29でそれぞれの振幅の大きさ|ER|、|EL|が検出される。
90°ハイブリッド回路21は、右旋円偏波信号の電界ERの垂直偏波成分と、左旋円偏波信号の電界ELの垂直偏波成分とを合成して出力する。また、右旋円偏波信号の電界ERの水平偏波成分と、左旋円偏波信号の電界ELの水平偏波成分とを合成して出力する。
【0015】
この場合も上記実施の形態1と同様に、90°ハイブリッド回路21前後での信号の電界比の関係は、式(1)から式(3)と同様に示すことができ、位相演算装置32は、式(4)に基づいて、第1の伝送線路22と第2の伝送線路23との間の振幅位相差を演算し、(振幅)位相情報として出力する。
このように、別途90°ハイブリッド回路を設けなくとも、90°ハイブリッド回路21の前後で第1の伝送線路22および第2の伝送線路23の振幅比を測定することにより、第1の伝送線路22と第2の伝送線路23との間の振幅位相差を得ることができる。
【0016】
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3を示す偏波共用アンテナに装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。なお、図3において、前述(図2参照)と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
図3において、第1の伝送線路22と第2の伝送線路23とには偏波共用アンテナ42が接続される。
また、位相演算装置32は、振幅位相制御装置41が接続され、振幅位相制御装置41は、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23に挿入される。
第1の伝送線路22および第2の伝送線路23は、それぞれ右旋円偏波信号、左旋円偏波信号が、紙面右側から左側の方向へ伝搬される。第1の伝送線路22および第2の伝送線路23は、偏波共用アンテナ42に接続される。
【0017】
90°ハイブリッド回路1の入力および出力に接続された振幅検出器28、29、30、31からの検出値は、位相演算装置32に入力される。
位相演算装置32は、式(1)〜式(4)に基づいて、第1の伝送線路22と第2の伝送線路23との間の位相差を演算し、振幅位相制御装置41に出力する。
振幅位相制御装置41は、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23の伝搬信号が、所望の偏波特性を得る給電信号となるように、位相演算装置32から出力された位相差に基づいて、第1の伝送線路22の伝搬信号および第2の伝送線路23の伝搬信号の振幅、位相を制御する。
【0018】
90°ハイブリッド回路21は、振幅位相制御装置41で振幅、位相を制御された伝搬信号を入力し、偏波共用アンテナ42に出力する。
偏波共用アンテナ42は、第1の伝送線路22および第2の伝送線路23で構成される1対の給電線路によって励振される。
このように、偏波共用アンテナ42の給電信号を簡便な構造のフィードバック制御により、低交差偏波を得る、高精度な偏波制御の可能なアンテナ装置を得ることができる。
なお、本実施の形態3では、90°ハイブリッド回路が伝送線路に挿入された場合について述べたが、上記実施の形態1のような構成でもよい(図1参照)。
【0019】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アンテナに接続された2本の線路からなる伝送線路と、各線路を伝搬する垂直偏波および水平偏波の各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、右旋円偏波および左旋円偏波の各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成する90°ハイブリッド回路と、90°ハイブリッド回路に入力される各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、90°ハイブリッド回路の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、各線路の伝搬信号の振幅と出力信号の振幅とに基づいて、伝送線路の線路間の位相差を演算する位相演算装置とを備えたので、伝送線路間の位相差を測定するための機構を設けることなく、振幅の測定機構のみを用いて、伝送線路間の振幅位相差を得ることができ、伝送線路間の振幅および位相を正確に制御することのできるアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す2本の伝送線路で構成される1対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
【図2】この発明の実施の形態2を示す2本の伝送線路で構成される1対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
【図3】この発明の実施の形態3を示す偏波共用アンテナに装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
1 90°ハイブリッド回路、2 第1の伝送線路、3 第2の伝送線路、4、5、6、7 カップラ、8、9、10、11 振幅検出器、12 位相演算装置、13、14、15、16 伝送線路、21 90°ハイブリッド回路、22第1の伝送線路、23 第2の伝送線路、24、25、26、27 カップラ、28、29、30、31 振幅検出器、32 位相演算装置、33、34、35、36 伝送線路、41 振幅位相制御装置、42 偏波共用アンテナ。
Claims (3)
- アンテナに接続された2本の線路からなる伝送線路と、
前記各線路の伝搬信号を分解および合成する90°ハイブリッド回路と、
前記90°ハイブリッド回路に入力される前記各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、前記90°ハイブリッド回路の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、
前記各線路の伝搬信号の振幅と前記出力信号の振幅とに基づいて、前記伝送線路の線路間の位相差を演算する位相演算装置とを備え、
前記90°ハイブリッド回路は、前記各線路を伝搬する伝搬信号が垂直偏波および水平偏波の場合には、前記各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、前記伝搬信号が右旋円偏波および左旋円偏波の場合には、前記各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成することを特徴とするアンテナ装置。 - 前記90°ハイブリッド回路は、前記伝送線路に挿入され、前記伝送線路に前記同一偏波方向毎の合成信号を伝搬信号として出力することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。
- 前記各線路の伝搬信号の振幅と前記線路間の位相差とに基づいて、前記各線路の伝搬信号の振幅および位相を制御する振幅位相制御装置を備え、
前記90°ハイブリッド回路は、前記振幅位相制御装置で制御された伝搬信号を合成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンテナ装置。
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