JP2005020254A - Antenna polarization angle error detecting device - Google Patents

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JP2005020254A
JP2005020254A JP2003180868A JP2003180868A JP2005020254A JP 2005020254 A JP2005020254 A JP 2005020254A JP 2003180868 A JP2003180868 A JP 2003180868A JP 2003180868 A JP2003180868 A JP 2003180868A JP 2005020254 A JP2005020254 A JP 2005020254A
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polarization angle
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Tomihiko Yoshida
富彦 吉田
Kohei Ohata
浩平 大幡
Yuichi Sagawa
雄一 佐川
Masazumi Ueha
正純 上羽
Akira Yamaguchi
陽 山口
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To highly precisely detect the polarization angle error at a point near the zero point of the polarization angle error with a simple structure. <P>SOLUTION: A linear polarization signal received by an antenna (1) is separated into a main polarization signal and an orthogonal polarization signal in a polarization separator (2). A phase shifter (3) gives a phase-shift amount which changes in time to the orthogonal polarization signal, and a mixer (5) mixes the two polarization signals. A polarization angle error detection part (10) detects the polarization angle error of the antenna (1) based on an output signal of the mixer (5) and the phase shift amount by the phase shifter (3). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部から到来する直線偏波信号に対するアンテナの偏波角度の誤差を検出するアンテナ偏波角度誤差検出装置に関し、特に、直線偏波を使用する衛星通信の分野において、車両や船舶などの移動体に搭載されるアンテナの自動偏波追尾装置に好適に用いられるものに関する。
【0002】
【従来の技術】
衛星通信では、一般的に、直交する2つの偏波をそれぞれ別々の通信路として用いている。図6は、アンテナの偏波角度の誤差(以下、偏波角度誤差と称す)と、主偏波信号および交差偏波信号の信号レベルとの関係を示す図である。通常の使用において、図6の主偏波信号101とこれに直交する交差偏波信号102との分離度(以下、交差偏波識別度と称す)は、30dB程度確保される必要がある。このため、偏波角度誤差の許容範囲は、交差偏波識別度が30dB確保される範囲103となる。
【0003】
受信信号強度がPであり偏波角度誤差がψであるとき、主偏波信号の強度はP・cosψで表され、交差偏波信号の強度はP・sinψで表される。それぞれの偏波信号の偏波角度誤差に対する感度は、それぞれを偏波角度誤差ψで微分すると得られ、偏波角度誤差ψが微小であるとき、主偏波信号の偏波角度誤差感度は(−P・ψ)となり、交差偏波信号の偏波角度誤差感度はPとなる。
【0004】
ここで、偏波角度誤差ψが微小であるとき、すなわちψ≒0であるとき、主偏波信号の偏波角度誤差感度は、交差偏波信号と比較して非常に低くなる。このため、従来では、偏波角度誤差の検出には交差偏波信号の受信レベルが使われている。しかし、例えば信号対雑音比(S/N:Signal to Noise Ratio)が10dBである信号の場合、要求される範囲103内で、交差偏波信号102が雑音104に埋もれてしまう。そこで、低域濾過器により雑音を低減することとしている。
【0005】
この種のアンテナ偏波角度誤差検出装置としては、例えば図7に示されるものが知られている。図7では、アンテナ201で受信した信号を偏波分離器202で主偏波信号と交差偏波信号とに分離する。そして、交差偏波信号について、低域濾過器203を通過させ、通過後の信号レベルをレベル検出器204で検出する。この信号レベルは偏波角度誤差を示すので、図7のアンテナ偏波角度誤差検出装置を利用する自動偏波追尾装置は、当該信号レベルが最小となるように偏波軸を回転させる制御等を行う。
【0006】
また、モノパルス受信機で行っている方法に見られるように、主偏波信号を利用して同期検波を行う方式がある(例えば、非特許文献1参照)。この方式で用いられる代表的な回路を図8に示す。モノパルス方式では、主偏波信号と交差偏波信号とのそれぞれに対して、局発信号301と混合器302、303で周波数変換し、同期検波回路304で同期検波を行って直流成分を取り出す。これにより得られた直流成分のレベルは、偏波角度誤差の大きさに対応する。なお、非特許文献1における和信号と差信号とは、ここでいう主偏波信号と交差偏波信号とに対応する。
【0007】
また、特許文献1には、他の方式が示されている。特許文献1に示される方式で用いられる回路を図9に示す。この方式は、異なる周波数の局発信号を使用する点で、非特許文献1に示される方式と相違し、検波後の信号は局発信号の周波数差の周波数を持つ信号となる。ただし、わずかに周波数の異なる局発信号を生成することは困難であるため、高い周波数の局発信号403に、低い周波数の局発信号404を混合し、周波数の異なる局発信号を生成する。低域濾過器409通過後の信号の周波数は、局発信号404の周波数となる。
【0008】
【非特許文献1】
電子情報通信学会, “アンテナ工学ハンドブック,” p.187, 1980.
【特許文献1】
特開平10−142307号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図7に示される方式では、偏波角度誤差が小さい場合に、交差偏波信号102の信号レベルが非常に小さく雑音104に埋もれるため、交差偏波信号の検出に時間がかかる、すなわち応答が悪いという問題がある。また、変調波を用いて偏波角度誤差を検出する場合、信号のレベルが常時変動しているため、高精度に偏波角度誤差を検出することが困難である。このため、無変調のビーコン信号を狭帯域濾過器で切り出し、雑音成分を除去する方法が考えられる。しかし、ビーコン受信機と呼ばれる狭帯域受信機の受信可能な限界C/Nは40dBc/Hz程度である。例えば、一般的な衛星通信のビーコン信号を1m程度のアンテナで受信した場合、55dBc/Hz程度である。交差偏波の漏れを−30dBに抑えなければならないことを考慮すると、交差偏波成分のC/Nは55−30=25dBc/Hzを超えることはなく、ビーコン受信機でもビーコン波の交差偏波成分は雑音に埋もれ、レベル情報を検出できない。また、上記ビーコン受信機は、PLLループ帯域が1kHz程度のものを使っており、雑音の影響を低減するために100Hzのループ帯域を実現した場合でも、受信可能な限界C/Nは30dBc/Hz程度でしかなく、交差偏波成分の検出が不可能であるとともに、狭帯域化によるロック動作が不安定になるなど実現が困難である。
【0010】
図8に示される方式では、直流出力を取り出すため雑音の影響を低減できるものの、ゼロ点付近では検波後の出力信号が微弱なため、実用上は増幅器を用いる必要があるが、直流増幅器ではオフセット電圧やドリフトの問題があり、高精度に偏波角度誤差を検出することが困難である。
【0011】
図9に示される方式では、混合器405、406、407、408を多用しているために、部品点数が増え、回路規模や消費電力が大きくなるという問題がある。さらに、低周波発生器404を設置することによってコストが増大する。簡易な局発信号として矩形波がよく使用されるが、その場合、低周波の奇数逓倍波が発生するため、図9の構成では濾過器が複雑となる。
【0012】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、偏波角度誤差のゼロ点付近においても高精度に偏波角度誤差を検出することができるアンテナ偏波角度誤差検出装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するための第1の発明は、アンテナにより受信された直線偏波信号を互いに直交する2つの偏波信号に分離する偏波分離器と、当該偏波分離器により分離された一方の偏波信号に時間的に変化する移相量を与える移相器と、当該移相器により移相された一方の偏波信号と他方の偏波信号とを混合する混合器と、当該混合器の出力信号と前記移相器による移相量とに基づいて、前記直線偏波信号に対する前記アンテナの偏波角度の誤差を検出する偏波角度誤差検出部と、を有するアンテナ偏波角度誤差検出装置である。
【0014】
また、第2の発明は、第1の発明において、前記移相器は、前記2つの偏波信号の位相差が0°と180°とで交互に切り替わるように移相し、前記偏波角度誤差検出部は、前記混合器の出力信号から低周波数成分を取り出す低域濾過器と、当該低域濾過器の出力信号を増幅する直流増幅器と、前記位相差が0°であるときの前記直流増幅器の出力信号と前記位相差が180°であるときの前記直流増幅器の出力信号との差を算出する偏波角度誤差算出部と、を有するものである。
【0015】
また、第3の発明は、第1の発明において、前記移相器は、時間的に連続的に変化する移相量を与え、前記偏波角度誤差検出部は、前記混合器の出力信号から前記移相器による位相回転周波数を持つ信号を選択的に取り出す帯域通過濾過器と、当該帯域通過濾過器の出力信号を増幅する交流増幅器と、当該交流増幅器の出力信号の振幅を前記移相器による位相回転に同期して読み取る偏波角度誤差読取部と、を有するものである。
【0016】
また、第4の発明は、第1の発明において、前記移相器は、時間的に連続的に変化する移相量を与え、前記偏波角度誤差検出部は、前記混合器の出力信号から低周波数成分を取り出す低域濾過器と、当該低域濾過器の出力信号を増幅する前後にキャパシタを備える交流増幅器と、当該交流増幅器の出力信号の振幅を前記移相器による位相回転に同期して読み取る偏波角度誤差読取部と、を有するものである。
【0017】
また、第5の発明は、第1の発明において、前記移相器は、時間的に連続的に変化する移相量を与え、前記偏波角度誤差検出部は、前記混合器の出力信号を増幅する交流増幅器と、当該交流増幅器の出力信号に含まれる前記移相器による位相回転周波数を持つ信号の振幅を直流信号に変換する周波数変換器と、当該周波数変換器の出力信号から前記直流信号を取り出す低域濾過器と、を有するものである。
【0018】
また、第6の発明は、第5の発明において、前記移相器は、前記一方の偏波信号の位相を一定の位相回転周波数で回転させ、前記周波数変換器は、前記交流増幅器の出力信号の位相を前記一定の位相回転周波数で前記移相器とは逆に回転させるものである。
【0019】
また、第7の発明は、第5の発明において、前記移相器は、前記一方の偏波信号の位相を一定の位相回転周波数で回転させ、前記周波数変換器は、前記一定の位相回転周波数を持つ交流信号を発生させ、当該交流信号と前記交流増幅器の出力信号とを混合するものである。
【0020】
また、第8の発明は、第1〜7のいずれかの発明において、前記偏波分離器から前記混合器までの信号経路に設けられ、自動的に所望の信号強度まで前記偏波信号を増幅または減衰させる少なくとも1つの自動増幅率制御器をさらに有するものである。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置についての好適な実施形態を第1の実施形態から第4の実施形態に分けて詳細に説明する。
【0022】
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。図1において、アンテナ偏波角度誤差検出装置は、アンテナ1、偏波分離器2、移相器3、増幅器4、混合器5、および偏波角度誤差検出部10を有する。本実施形態では、偏波角度誤差検出部10は、低域濾過器11、直流増幅器12、および偏波角度誤差算出部13を備える。
【0023】
以下、図1に示されるアンテナ偏波角度誤差検出装置における信号の流れ、および、当該装置の動作について説明する。
【0024】
外部から到来する直線偏波信号は、アンテナ1により受信され、偏波分離器2によって互いに直交する主偏波信号と交差偏波信号とに分離される。交差偏波信号は、移相器3に供給され、移相器3により時間的に変化する移相量が与えられる。この移相量については後述する。交差偏波信号は、信号レベルが小さいので、増幅器4によって増幅された後に混合器5に供給される。混合器5では、増幅器4から出力される交差偏波信号と偏波分離器2から出力される主偏波信号とが混合される。混合器5の出力信号は偏波角度誤差検出部10に供給され、偏波角度誤差検出部10は、混合器5の出力信号と移相器3の移相量とに基づいて、直線偏波信号に対するアンテナ1の偏波角度の誤差を検出する。
【0025】
具体的には、混合器5の出力信号は低域濾過器11に供給され、低域濾過器11により混合器5の出力信号から低周波成分が取り出される。ここで、偏波角度誤差がゼロの付近では、低域濾過器11の出力信号のレベルは非常に小さい。そこで、直流増幅器12は、低域濾過器11の出力信号を増幅する。直流増幅器12の出力信号は偏波角度誤差算出部13に供給され、偏波角度誤差算出部13は、直流増幅器12の出力信号と移相器3の移相量とに基づいて、アンテナ1の偏波角度の誤差を算出する。
【0026】
ここで、直流増幅器12の出力信号には、直流増幅器12のオフセット電圧やドリフトによる誤差が含まれる。そこで、このオフセット電圧やドリフトの影響を除去するために、移相器3および偏波角度誤差算出部13は、次のように動作する。以下の説明では、アンテナ1により受信される信号はP・cos(ωt)であり、偏波角度誤差はψであるとする。このとき、主偏波信号は、
P・cosψ・cos(ωt)
となり、交差偏波信号は、
P・sinψ・cos(ωt)
となる。
【0027】
移相器3は、混合器5に供給される主偏波信号と交差偏波信号との位相差が0°と180°とで交互に切り替わるように、交差偏波信号を移相する。より具体的には、移相器3は、混合器5で2つの偏波信号の間に位相差がない場合は、移相量を0°と+180°または−180°とで交互に切り替え、位相差がある場合は、位相調整量と(位相調整量+180°)または(位相調整量−180°)とで交互に切り替える。
【0028】
上記の移相により、混合器5には、交差偏波信号
P・sinψ・cos(ωt)
と、180°移相された交差偏波信号
−P・sinψ・cos(ωt)
とが、交互に供給される。
【0029】
混合器5の出力信号は、位相差が0°であるとき、
(P/4)・sin(2ψ)・{cos(2ωt)+1}
となり、位相差が180°であるとき、
−(P/4)・sin(2ψ)・{cos(2ωt)+1}
となる。
【0030】
低域濾過器11の出力信号は、位相差が0°であるとき、
(P/4)・sin(2ψ)
となり、位相差が180°であるとき、
−(P/4)・sin(2ψ)
となる。
【0031】
そして、直流増幅器12の増幅率をG、オフセット電圧をVofとすると、直流増幅器12の出力信号は、位相差が0°であるとき、
=G・{(P/4)・sin(2ψ)+Vof
となり、位相差が180°であるとき、
=G・{−(P/4)・sin(2ψ)+Vof
となる。
【0032】
偏波角度誤差算出部13は、位相差が0°であるときの直流増幅器12の出力信号Sと、位相差が180°であるときの直流増幅器12の出力信号Sとの差をとり、
−S=G・(P/2)・sin(2ψ)
を偏波角度誤差を示す値として算出する。この値は、Vofを含まず、オフセット電圧やドリフトの影響が除去されている。
【0033】
本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置によれば、以下の効果が得られる。
(イ)直流増幅器12のオフセット電圧やドリフトを補償でき、これらによる誤差を含まない偏波角度誤差を検出することができる。
(ロ)2つの偏波信号を混合するので、雑音の影響を軽減でき、一方の偏波信号が雑音に埋もれた場合であっても、偏波角度誤差を検出することができる。
(ハ)局発信号が不要であるので、発振器の位相雑音や周波数確度の誤差、温度変化による周波数変動、回路への信号の回り込みなどの影響を受けない。
(ニ)変調による受信レベルの変動も、2つの偏波信号の混合によって消去できるため、安定して偏波角度誤差を検出することができる。
(ホ)簡易な移相器を使用することでコストと回路規模を削減できる。
(ヘ)偏波角度の誤差を高精度に推定することが可能であるため、直線偏波を使った衛星通信において、移動体に搭載するアンテナの偏波軸の自動追尾を高精度に行うことが可能となる。
【0034】
(第2の実施形態)
以下、図面を用いて本実施形態について説明するが、第1の実施形態と共通する部分については説明を省略し、同一の符号を用いることとする。
【0035】
図2は、本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、偏波角度誤差検出部20は、帯域通過濾過器21、交流増幅器22、および偏波角度誤差読取部23を備える。
【0036】
本実施形態では、移相器3は、交差偏波信号に対し、時間的に連続的に変化する移相量を与える。これにより、混合器5の出力信号に含まれる偏波角度誤差を示す信号は交流信号となる。
【0037】
偏波角度誤差検出部20において、帯域通過濾過器21は、混合器5の出力信号から、移相器3による位相回転周波数を持つ信号、すなわち偏波角度誤差を示す交流信号を選択的に取り出す。帯域通過濾過器21により取り出された交流信号は、交流増幅器22により増幅され、偏波角度誤差読取部23に出力される。偏波角度誤差読取部23は、交流増幅器22の出力信号の振幅を移相器3による位相回転に同期して読み取り、偏波角度誤差を示す値として検出する。
【0038】
以下、上記の信号の流れ、および、装置の動作について、数式を用いてより具体的に説明する。
【0039】
アンテナ1により受信される信号がP・cos(ωt)であり、偏波角度誤差がψであるとき、主偏波信号は、
P・cosψ・cos(ωt)
となり、交差偏波信号は、
P・sinψ・cos(ωt)
となる。
【0040】
移相器3の移相量がωtである場合、すなわち移相器3によって交差偏波信号の位相を位相回転周波数(ω/2π)で回転させた場合、交差偏波信号は、P・sinψ・cos((ω+ω)t)
となる。
【0041】
混合器5の出力信号は、
(P/4)・sin(2ψ)・{cos((2ω+ω)t)+cos(ωt)}
となる。帯域通過濾過器21は、この信号から位相回転周波数(ω/2π)を持つ交流信号である、
(P/4)・sin(2ψ)・cos(ωt)
を選択的に取り出す。
【0042】
交流増幅器22の増幅率をGとすると、交流増幅器22の出力信号は、
・(P/4)・sin(2ψ)・cos(ωt)
となる。
【0043】
偏波角度誤差読取部23は、交流増幅器22の出力信号の振幅を位相回転に同期して読み取り、
・(P/4)・sin(2ψ)
を偏波角度誤差を示す値として検出する。
【0044】
本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置によれば、上記(ロ)〜(ヘ)の効果に加えて、以下の効果が得られる。
(ト)偏波信号に時間的に連続的に変化する移相量を与え、混合器5の出力信号に含まれる偏波角度誤差を示す信号を交流信号とするので、オフセット電圧やドリフトによる誤差を生じさせない交流増幅器によって偏波角度誤差を示す信号を増幅することができ、偏波角度誤差を精度よく検出することができる。
(チ)移相器3の位相速度は容易に可変であるので、混合器5の出力周波数の変更が容易となる。
(リ)移相器3の移相量を時間的に連続的に変化させるので、逓倍波やイメージの発生が抑制されるため、偏波角度誤差を示す信号を取り出す際のフィルタが簡易となる。
【0045】
なお、本実施形態において、帯域通過濾過器21の代わりに低域濾過器を挿入するとともに、交流増幅器22の前後にキャパシタを挿入することとしても、同様の効果を得ることができる。この場合、低域通過器の出力信号に含まれる直流成分はキャパシタによって除去される。
【0046】
(第3の実施形態)
以下、図面を用いて本実施形態について説明するが、第1の実施形態と共通する部分については説明を省略し、同一の符号を用いることとする。
【0047】
図3は、本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、偏波角度誤差検出部30は、交流増幅器31、周波数変換器32、および低域濾過器33を備える。
【0048】
本実施形態では、移相器3は、交差偏波信号に対し、時間的に連続的に変化する移相量を与える。これにより、混合器5の出力信号に含まれる偏波角度誤差を示す信号は交流信号となる。
【0049】
偏波角度誤差検出部30において、交流増幅器31は、混合器5の出力信号を増幅し、周波数変換器32に出力する。周波数変換器32は、交流増幅器31の出力信号に含まれる移相器3による位相回転周波数を持つ信号の振幅を直流信号に変換し、低域濾過器33に出力する。低域濾過器33は、周波数変換器33の出力信号に含まれる直流信号を取り出し、偏波角度誤差を示す値として検出する。
【0050】
以下、上記の信号の流れ、および、装置の動作について、数式を用いてより具体的に説明する。
【0051】
第2の実施形態と同様に、アンテナ1により受信される信号がP・cos(ωt)であり、偏波角度誤差がψであるとし、移相器3によって交差偏波信号の位相を位相回転周波数(ω/2π)で回転させることとする。このとき、混合器5の出力信号は、
(P/4)・sin(2ψ)・{cos((2ω+ω)t)+cos(ωt)}
となる。
【0052】
交流増幅器31の増幅率をGとすると、交流増幅器31の出力信号は、
・(P/4)・sin(2ψ)・{cos((2ω+ω)t)+cos(ωt)}
となる。
【0053】
周波数変換器32が移相器である場合、交流増幅器31の出力信号の位相を位相回転周波数(−ω/2π)で回転させると、周波数変換後の信号は、
・(P/4)・sin(2ψ)・{cos(2ωt)+1}
となる。すなわち、交流増幅器31の出力信号に含まれる位相回転周波数(ω/2π)を持つ信号の振幅が、直流信号である、
・(P/4)・sin(2ψ)
に変換される。この直流信号は、低域濾過器33によって偏波角度誤差を示す値として取り出される。
【0054】
また、周波数変換器32が、位相回転周波数(ω/2π)をもつ交流信号を発生させ、当該交流信号と交流増幅器31の出力信号とを混合するものである場合、周波数変換後の信号は、
・(P/8)・sin(2ψ)・{cos((2ω+2ω)t)+cos(2ωt)+cos(2ωt)+1}
となる。すなわち、交流増幅器31の出力信号に含まれる位相回転周波数(ω/2π)を持つ信号の振幅が、直流信号である、
・(P/8)・sin(2ψ)
に変換される。この直流信号は、低域濾過器33によって偏波角度誤差を示す値として取り出される。
【0055】
本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置によれば、上記(ロ)〜(リ)の効果に加えて、以下の効果が得られる。
(ヌ)混合器5の出力信号を移相器3の位相回転周波数で周波数変換するので、偏波角度誤差を示す信号が取り扱いの容易な直流信号として得られる。
(ル)混合器5の出力信号の周波数を移相器3の位相回転周波数で周波数変換するので、偏波角度誤差を示す信号と雑音信号とを容易に分離でき、雑音の影響を低減できる。
【0056】
(第4の実施形態)
本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置は、上記第1〜3の実施形態に係るものとほとんど同じであるが、偏波分離器2から混合器5までの信号経路に、自動的に所望の信号強度まで偏波信号を増幅または減衰させる少なくとも1つの自動増幅率制御器(AGC:Automatic Gain Control 回路ともいう)が設けられていることを特徴とするものである。以下、図面を用いて本実施形態について説明するが、第1〜3の実施形態と共通する部分については説明を省略し、同一の符号を用いることとする。
【0057】
図4は、本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。図4に示されるアンテナ偏波角度誤差検出装置は、図1に示される第1の実施形態に係るものとほとんど同じであるが、自動増幅率制御器41、42を備えている点で異なる。自動増幅率制御器41、42は、偏波分離器2から混合器5までの信号経路に設けられている。自動増幅率制御器41は主偏波信号の経路に挿入されており、自動増幅率制御器42は交差偏波信号の経路に挿入されている。
【0058】
なお、図4では、自動増幅率制御器41、42は、図1に示される第1の実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置に挿入されているが、第2または第3の実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置に挿入されてもよい。また、両方の偏波信号の経路に設けられているが、いずれか一方の偏波信号の経路に設けられてもよい。
【0059】
本実施形態では、主偏波信号および交差偏波信号は、それぞれ自動増幅率制御器41、42によって増幅された後に、混合器5に供給される。
【0060】
図5に、偏波角度誤差信号出力のシミュレーション結果を示す。ここでは、C/Nを15dBとした。図5において、横軸は偏波角度誤差であり、縦軸はアンテナ偏波角度誤差検出装置によって検出された偏波角度誤差信号出力である。また、出力Xは本実施形態に係る装置の出力であり、出力Yは第1の実施形態に係る装置の出力である。すなわち、出力XはAGC付きの場合の結果であり、出力YはAGC無しの場合の結果である。
【0061】
図5より、それぞれ偏波角度誤差に対応した信号レベルが得られていることが確認できる。また、雑音環境下においても、偏波角度誤差を高精度に検出できることが分かる。さらに、自動増幅率制御器41、42を用いた本実施形態では、偏波角度誤差に対する感度が大幅に向上し、高精度に偏波角度誤差を検出できることが確認できる。
【0062】
本実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置によれば、上記の(イ)〜(ル)の効果に加えて、以下の効果が得られる。
(ヲ)自動増幅率制御器42によって交差偏波信号を増幅するので、交差偏波信号に対する感度を上げることができる。
(ワ)大きな偏波角度誤差を生じた場合は、主偏波信号が弱くなり、感度が低下するが、自動増幅率制御器41によって主偏波信号を増幅するので、当該感度低下を回避することができる。
【0063】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記第1〜4の実施形態に限定されない。
【0064】
例えば、上記の実施形態では、移相器3によって交差偏波信号が移相されるが、主偏波信号が移相されてもよいし、両方の偏波信号が移相されてもよい。
【0065】
また、必要に応じて増幅器が挿入されてもよいし、観測には不要な帯域で増幅器を飽和させないために、必要に応じて低域濾過器や帯域通過濾過器が挿入されてもよい。
【0066】
【発明の効果】
本発明によれば、2つの偏波信号を混合するので、雑音の影響を低減することができる。また、局発信号や多くの混合器が不要であるので、簡易な構成となる。さらに、一方の偏波信号に時間的に変化する移相量を与え、当該移相量に基づいて偏波角度誤差を検出するので、増幅器のオフセット電圧やドリフトによる影響を回避することができる。これらの結果、簡易な構成で、偏波角度誤差のゼロ点付近においても高精度に偏波角度誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。
【図2】第2の実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。
【図3】第3の実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。
【図4】第4の実施形態に係るアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。
【図5】偏波角度誤差信号出力のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】偏波角度誤差と、主偏波信号および交差偏波信号の信号レベルとの関係を示す図である。
【図7】従来のアンテナ偏波角度誤差検出装置の構成を示すブロック図である。
【図8】非特許文献1に示される方式で用いられる代表的な回路の構成を示すブロック図である。
【図9】特許文献1に示される方式で用いられる回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 アンテナ
2 偏波分離器
3 移相器
4 増幅器
5 混合器
10、20、30 偏波角度誤差検出部
11、33 低域濾過器
12 直流増幅器
13 偏波角度誤差算出部
21 帯域通過濾過器
22、31 交流増幅器
23 偏波角度誤差読取部
32 周波数変換器
41、42 自動増幅率制御器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna polarization angle error detection device that detects an error in the polarization angle of an antenna with respect to a linearly polarized signal coming from the outside. In particular, in the field of satellite communication using linear polarization, a vehicle, a ship, etc. It is related with what is used suitably for the automatic polarization-tracking apparatus of the antenna mounted in the mobile body.
[0002]
[Prior art]
In satellite communication, generally, two orthogonal polarized waves are used as separate communication paths. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the antenna polarization angle error (hereinafter referred to as polarization angle error) and the signal levels of the main polarization signal and the cross polarization signal. In normal use, the degree of separation between the main polarization signal 101 of FIG. 6 and the cross polarization signal 102 orthogonal thereto (hereinafter referred to as cross polarization discrimination) needs to be about 30 dB. For this reason, the allowable range of the polarization angle error is a range 103 in which a cross polarization discrimination degree of 30 dB is ensured.
[0003]
When the received signal strength is P and the polarization angle error is ψ, the strength of the main polarization signal is represented by P · cos ψ, and the strength of the cross polarization signal is represented by P · sin ψ. The sensitivity to the polarization angle error of each polarization signal is obtained by differentiating each by the polarization angle error ψ. When the polarization angle error ψ is very small, the polarization angle error sensitivity of the main polarization signal is ( −P · ψ), and the polarization angle error sensitivity of the cross polarization signal is P.
[0004]
Here, when the polarization angle error ψ is very small, that is, when ψ≈0, the polarization angle error sensitivity of the main polarization signal is very low compared to the cross polarization signal. For this reason, conventionally, the reception level of the cross polarization signal is used to detect the polarization angle error. However, for example, in the case of a signal having a signal-to-noise ratio (S / N: Signal to Noise Ratio) of 10 dB, the cross polarization signal 102 is buried in the noise 104 within the required range 103. Therefore, noise is reduced by a low-pass filter.
[0005]
As this type of antenna polarization angle error detection device, for example, the one shown in FIG. 7 is known. In FIG. 7, a signal received by the antenna 201 is separated into a main polarization signal and a cross polarization signal by a polarization separator 202. Then, the cross-polarized signal is passed through the low-pass filter 203, and the signal level after passing is detected by the level detector 204. Since this signal level indicates a polarization angle error, the automatic polarization tracking device using the antenna polarization angle error detection device of FIG. 7 performs control to rotate the polarization axis so that the signal level is minimized. Do.
[0006]
Further, as seen in the method performed by the monopulse receiver, there is a method of performing synchronous detection using the main polarization signal (see, for example, Non-Patent Document 1). A typical circuit used in this method is shown in FIG. In the monopulse method, the main polarization signal and the cross polarization signal are frequency-converted by the local oscillation signal 301 and the mixers 302 and 303, and the synchronous detection circuit 304 performs synchronous detection to extract a DC component. The level of the DC component thus obtained corresponds to the magnitude of the polarization angle error. Note that the sum signal and the difference signal in Non-Patent Document 1 correspond to the main polarization signal and the cross polarization signal here.
[0007]
Further, Patent Document 1 discloses another method. A circuit used in the system disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. This method is different from the method shown in Non-Patent Document 1 in that a local oscillation signal having a different frequency is used, and a signal after detection is a signal having a frequency difference between the local oscillation signals. However, since it is difficult to generate local oscillation signals with slightly different frequencies, a local oscillation signal 404 with a low frequency is mixed with a local oscillation signal 404 with a low frequency by mixing a local oscillation signal 404 with a high frequency. The frequency of the signal after passing through the low-pass filter 409 is the frequency of the local oscillation signal 404.
[0008]
[Non-Patent Document 1]
IEICE, “Antenna Engineering Handbook,” p. 187, 1980.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-142307
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method shown in FIG. 7, when the polarization angle error is small, the signal level of the cross polarization signal 102 is very small and buried in the noise 104, so that it takes time to detect the cross polarization signal, that is, the response There is a problem that is bad. Further, when the polarization angle error is detected using a modulated wave, it is difficult to detect the polarization angle error with high accuracy because the signal level constantly fluctuates. For this reason, a method of cutting out an unmodulated beacon signal with a narrow-band filter and removing a noise component is conceivable. However, the limit C / N that can be received by a narrowband receiver called a beacon receiver 0 Is about 40 dBc / Hz. For example, when a beacon signal for general satellite communication is received by an antenna of about 1 m, it is about 55 dBc / Hz. Considering that cross-polarization leakage must be suppressed to -30 dB, C / N of cross-polarized component 0 55−30 = 25 dBc / Hz is not exceeded, and even in the beacon receiver, the cross-polarized component of the beacon wave is buried in noise and level information cannot be detected. Further, the beacon receiver uses a PLL loop band of about 1 kHz, and even if a 100 Hz loop band is realized in order to reduce the influence of noise, the limit C / N that can be received. 0 Is only about 30 dBc / Hz, it is impossible to detect the cross-polarized wave component, and the lock operation due to the narrow band becomes unstable, which is difficult to realize.
[0010]
In the system shown in FIG. 8, although the influence of noise can be reduced because the DC output is taken out, the output signal after detection is weak near the zero point, so that it is necessary to use an amplifier practically. There are problems of voltage and drift, and it is difficult to detect the polarization angle error with high accuracy.
[0011]
In the system shown in FIG. 9, since the mixers 405, 406, 407, and 408 are frequently used, there is a problem that the number of parts increases and the circuit scale and power consumption increase. Further, the installation of the low frequency generator 404 increases the cost. A rectangular wave is often used as a simple local oscillation signal. In this case, since a low-frequency odd multiple wave is generated, the configuration of FIG. 9 complicates the filter.
[0012]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is an antenna polarization angle error that can detect a polarization angle error with high accuracy even near the zero point of the polarization angle error with a simple configuration. It is to provide a detection device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A first invention for solving the above-described problems and achieving the object includes a polarization separator that separates a linearly polarized signal received by an antenna into two orthogonally polarized signals, and the polarization separation A phase shifter that gives a phase shift amount that changes with time to one polarization signal separated by the phase shifter, and one polarization signal and the other polarization signal phase-shifted by the phase shifter A polarization angle error detection unit that detects an error in the polarization angle of the antenna with respect to the linearly polarized signal based on the output signal of the mixer and the amount of phase shift by the phase shifter; This is an antenna polarization angle error detection device.
[0014]
In a second aspect based on the first aspect, the phase shifter shifts the phase so that the phase difference between the two polarization signals is alternately switched between 0 ° and 180 °, and the polarization angle The error detection unit includes a low-pass filter that extracts a low-frequency component from the output signal of the mixer, a direct-current amplifier that amplifies the output signal of the low-pass filter, and the direct current when the phase difference is 0 ° A polarization angle error calculating unit that calculates a difference between the output signal of the amplifier and the output signal of the DC amplifier when the phase difference is 180 °.
[0015]
In a third aspect based on the first aspect, the phase shifter gives a phase shift amount that changes continuously in time, and the polarization angle error detection unit is based on an output signal of the mixer. A band pass filter for selectively extracting a signal having a phase rotation frequency by the phase shifter, an AC amplifier for amplifying an output signal of the band pass filter, and an amplitude of the output signal of the AC amplifier as the phase shifter A polarization angle error reading unit that reads in synchronization with the phase rotation of
[0016]
In a fourth aspect based on the first aspect, the phase shifter gives a phase shift amount that changes continuously in time, and the polarization angle error detection unit is based on an output signal of the mixer. A low-pass filter that extracts low-frequency components, an AC amplifier that includes a capacitor before and after amplifying the output signal of the low-pass filter, and the amplitude of the output signal of the AC amplifier is synchronized with the phase rotation by the phase shifter. A polarization angle error reading unit.
[0017]
In a fifth aspect based on the first aspect, the phase shifter gives a phase shift amount that changes continuously in time, and the polarization angle error detection unit outputs the output signal of the mixer. An amplifying amplifier, a frequency converter for converting the amplitude of a signal having a phase rotation frequency by the phase shifter included in the output signal of the ac amplifier into a dc signal, and the dc signal from the output signal of the frequency converter A low pass filter.
[0018]
In a sixth aspect based on the fifth aspect, the phase shifter rotates the phase of the one polarization signal at a constant phase rotation frequency, and the frequency converter outputs an output signal of the AC amplifier. Is rotated at the constant phase rotation frequency in the opposite direction to the phase shifter.
[0019]
According to a seventh aspect based on the fifth aspect, the phase shifter rotates the phase of the one polarization signal at a constant phase rotation frequency, and the frequency converter includes the constant phase rotation frequency. Is generated, and the AC signal and the output signal of the AC amplifier are mixed.
[0020]
Further, an eighth invention is the invention according to any one of the first to seventh inventions, wherein the polarization signal is provided in a signal path from the polarization separator to the mixer and automatically amplifies the polarization signal to a desired signal strength. Alternatively, it further includes at least one automatic gain controller for damping.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of an antenna polarization angle error detection device according to the present invention will be described below in detail from the first embodiment to the fourth embodiment with reference to the accompanying drawings.
[0022]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an antenna polarization angle error detection device according to the present embodiment. In FIG. 1, the antenna polarization angle error detection apparatus includes an antenna 1, a polarization separator 2, a phase shifter 3, an amplifier 4, a mixer 5, and a polarization angle error detection unit 10. In the present embodiment, the polarization angle error detection unit 10 includes a low-pass filter 11, a DC amplifier 12, and a polarization angle error calculation unit 13.
[0023]
Hereinafter, the flow of signals in the antenna polarization angle error detection apparatus shown in FIG. 1 and the operation of the apparatus will be described.
[0024]
A linearly polarized signal coming from the outside is received by the antenna 1 and separated into a main polarization signal and a cross polarization signal orthogonal to each other by the polarization separator 2. The cross polarization signal is supplied to the phase shifter 3, and a phase shift amount that changes with time is given by the phase shifter 3. This amount of phase shift will be described later. Since the cross-polarized signal has a low signal level, it is amplified by the amplifier 4 and then supplied to the mixer 5. In the mixer 5, the cross polarization signal output from the amplifier 4 and the main polarization signal output from the polarization separator 2 are mixed. The output signal of the mixer 5 is supplied to the polarization angle error detection unit 10, and the polarization angle error detection unit 10 performs linear polarization based on the output signal of the mixer 5 and the phase shift amount of the phase shifter 3. An error in the polarization angle of the antenna 1 with respect to the signal is detected.
[0025]
Specifically, the output signal of the mixer 5 is supplied to the low-pass filter 11, and a low-frequency component is extracted from the output signal of the mixer 5 by the low-pass filter 11. Here, when the polarization angle error is near zero, the level of the output signal of the low-pass filter 11 is very small. Therefore, the DC amplifier 12 amplifies the output signal of the low-pass filter 11. The output signal of the DC amplifier 12 is supplied to the polarization angle error calculation unit 13, and the polarization angle error calculation unit 13 is based on the output signal of the DC amplifier 12 and the phase shift amount of the phase shifter 3. Calculate the error of the polarization angle.
[0026]
Here, the output signal of the DC amplifier 12 includes an error due to the offset voltage or drift of the DC amplifier 12. Therefore, in order to remove the influence of the offset voltage and drift, the phase shifter 3 and the polarization angle error calculation unit 13 operate as follows. In the following description, the signal received by the antenna 1 is P · cos (ω 1 t) and the polarization angle error is ψ. At this time, the main polarization signal is
P ・ cosψ ・ cos (ω 1 t)
And the cross polarization signal is
P · sinψ · cos (ω 1 t)
It becomes.
[0027]
The phase shifter 3 shifts the phase of the cross polarization signal so that the phase difference between the main polarization signal and the cross polarization signal supplied to the mixer 5 is alternately switched between 0 ° and 180 °. More specifically, when there is no phase difference between the two polarization signals in the mixer 5, the phase shifter 3 switches the phase shift amount between 0 ° and + 180 ° or −180 ° alternately, When there is a phase difference, the phase adjustment amount and (phase adjustment amount + 180 °) or (phase adjustment amount−180 °) are alternately switched.
[0028]
Due to the above phase shift, the mixer 5 has a cross polarization signal.
P · sinψ · cos (ω 1 t)
And 180 ° phase-shifted cross-polarized signal
-P · sinψ · cos (ω 1 t)
Are supplied alternately.
[0029]
When the phase difference of the output signal of the mixer 5 is 0 °,
(P 2 / 4) · sin (2ψ) · {cos (2ω 1 t) +1}
When the phase difference is 180 °,
-(P 2 / 4) · sin (2ψ) · {cos (2ω 1 t) +1}
It becomes.
[0030]
When the output signal of the low-pass filter 11 has a phase difference of 0 °,
(P 2 /4).sin(2ψ)
When the phase difference is 180 °,
-(P 2 /4).sin(2ψ)
It becomes.
[0031]
The gain of the DC amplifier 12 is set to G 1 , The offset voltage is V of Then, when the phase difference of the output signal of the DC amplifier 12 is 0 °,
S 1 = G 1 ・ {(P 2 / 4) · sin (2ψ) + V of }
When the phase difference is 180 °,
S 2 = G 1 ・ {-(P 2 / 4) · sin (2ψ) + V of }
It becomes.
[0032]
The polarization angle error calculation unit 13 outputs the output signal S of the DC amplifier 12 when the phase difference is 0 °. 1 And the output signal S of the DC amplifier 12 when the phase difference is 180 °. 2 And take the difference
S 1 -S 2 = G 1 ・ (P 2 / 2) ・ sin (2ψ)
Is calculated as a value indicating the polarization angle error. This value is V of The effects of offset voltage and drift are eliminated.
[0033]
According to the antenna polarization angle error detection device of the present embodiment, the following effects can be obtained.
(A) It is possible to compensate for the offset voltage and drift of the DC amplifier 12, and it is possible to detect a polarization angle error that does not include an error due to these.
(B) Since two polarization signals are mixed, the influence of noise can be reduced, and even if one polarization signal is buried in noise, a polarization angle error can be detected.
(C) Since a local signal is not required, it is not affected by phase noise of the oscillator, frequency accuracy error, frequency fluctuation due to temperature change, and signal sneaking into the circuit.
(D) Since fluctuations in the reception level due to modulation can be eliminated by mixing two polarization signals, the polarization angle error can be detected stably.
(E) Cost and circuit scale can be reduced by using a simple phase shifter.
(F) Because it is possible to estimate the error of the polarization angle with high accuracy, automatic tracking of the polarization axis of the antenna mounted on the moving body should be performed with high accuracy in satellite communications using linearly polarized waves. Is possible.
[0034]
(Second Embodiment)
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. However, the description of the parts common to the first embodiment is omitted, and the same reference numerals are used.
[0035]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the antenna polarization angle error detection device according to the present embodiment. In the present embodiment, the polarization angle error detection unit 20 includes a band-pass filter 21, an AC amplifier 22, and a polarization angle error reading unit 23.
[0036]
In the present embodiment, the phase shifter 3 gives a phase shift amount that changes continuously in time to the cross-polarized signal. As a result, the signal indicating the polarization angle error included in the output signal of the mixer 5 becomes an AC signal.
[0037]
In the polarization angle error detection unit 20, the bandpass filter 21 selectively extracts a signal having a phase rotation frequency by the phase shifter 3, that is, an AC signal indicating a polarization angle error, from the output signal of the mixer 5. . The AC signal extracted by the band pass filter 21 is amplified by the AC amplifier 22 and output to the polarization angle error reading unit 23. The polarization angle error reading unit 23 reads the amplitude of the output signal of the AC amplifier 22 in synchronization with the phase rotation by the phase shifter 3 and detects it as a value indicating the polarization angle error.
[0038]
Hereinafter, the flow of the signal and the operation of the apparatus will be described more specifically using mathematical expressions.
[0039]
The signal received by the antenna 1 is P · cos (ω 1 t), and the polarization angle error is ψ, the main polarization signal is
P ・ cosψ ・ cos (ω 1 t)
And the cross polarization signal is
P · sinψ · cos (ω 1 t)
It becomes.
[0040]
The amount of phase shift of the phase shifter 3 is ω 2 t, that is, the phase of the cross polarization signal is changed by the phase shifter 3 to the phase rotation frequency (ω 2 / 2π), the cross polarization signal is P · sinψ · cos ((ω 1 + Ω 2 ) T)
It becomes.
[0041]
The output signal of the mixer 5 is
(P 2 / 4) · sin (2ψ) · {cos ((2ω 1 + Ω 2 ) T) + cos (ω 2 t)}
It becomes. The band pass filter 21 calculates the phase rotation frequency (ω 2 / 2π) is an AC signal,
(P 2 / 4) · sin (2ψ) · cos (ω 2 t)
Selectively.
[0042]
The amplification factor of the AC amplifier 22 is G 2 Then, the output signal of the AC amplifier 22 is
G 2 ・ (P 2 / 4) · sin (2ψ) · cos (ω 2 t)
It becomes.
[0043]
The polarization angle error reading unit 23 reads the amplitude of the output signal of the AC amplifier 22 in synchronization with the phase rotation,
G 2 ・ (P 2 /4).sin(2ψ)
Is detected as a value indicating a polarization angle error.
[0044]
According to the antenna polarization angle error detection device according to the present embodiment, in addition to the effects (b) to (f), the following effects can be obtained.
(G) Since a signal indicating a polarization angle error included in the output signal of the mixer 5 is used as an AC signal by giving a phase shift amount that changes continuously in time to the polarization signal, an error due to an offset voltage or drift The signal indicating the polarization angle error can be amplified by the AC amplifier that does not cause the polarization angle error, and the polarization angle error can be detected with high accuracy.
(H) Since the phase speed of the phase shifter 3 is easily variable, the output frequency of the mixer 5 can be easily changed.
(I) Since the amount of phase shift of the phase shifter 3 is continuously changed in time, generation of a multiplied wave and an image is suppressed, so that a filter for extracting a signal indicating a polarization angle error is simplified. .
[0045]
In the present embodiment, the same effect can be obtained by inserting a low-pass filter instead of the band-pass filter 21 and inserting capacitors before and after the AC amplifier 22. In this case, the DC component included in the output signal of the low pass device is removed by the capacitor.
[0046]
(Third embodiment)
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings. However, the description of the parts common to the first embodiment is omitted, and the same reference numerals are used.
[0047]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the antenna polarization angle error detection device according to this embodiment. In the present embodiment, the polarization angle error detection unit 30 includes an AC amplifier 31, a frequency converter 32, and a low-pass filter 33.
[0048]
In the present embodiment, the phase shifter 3 gives a phase shift amount that changes continuously in time to the cross-polarized signal. As a result, the signal indicating the polarization angle error included in the output signal of the mixer 5 becomes an AC signal.
[0049]
In the polarization angle error detection unit 30, the AC amplifier 31 amplifies the output signal of the mixer 5 and outputs it to the frequency converter 32. The frequency converter 32 converts the amplitude of the signal having the phase rotation frequency by the phase shifter 3 included in the output signal of the AC amplifier 31 into a DC signal and outputs it to the low-pass filter 33. The low-pass filter 33 takes out a DC signal included in the output signal of the frequency converter 33 and detects it as a value indicating a polarization angle error.
[0050]
Hereinafter, the flow of the signal and the operation of the apparatus will be described more specifically using mathematical expressions.
[0051]
As in the second embodiment, the signal received by the antenna 1 is P · cos (ω 1 t), and the polarization angle error is ψ, and the phase shifter 3 converts the phase of the cross polarization signal to the phase rotation frequency (ω 2 / 2π). At this time, the output signal of the mixer 5 is
(P 2 / 4) · sin (2ψ) · {cos ((2ω 1 + Ω 2 ) T) + cos (ω 2 t)}
It becomes.
[0052]
The amplification factor of the AC amplifier 31 is G 3 Then, the output signal of the AC amplifier 31 is
G 3 ・ (P 2 / 4) · sin (2ψ) · {cos ((2ω 1 + Ω 2 ) T) + cos (ω 2 t)}
It becomes.
[0053]
When the frequency converter 32 is a phase shifter, the phase of the output signal of the AC amplifier 31 is converted into the phase rotation frequency (−ω 2 / 2π), the signal after frequency conversion is
G 3 ・ (P 2 / 4) · sin (2ψ) · {cos (2ω 1 t) +1}
It becomes. That is, the phase rotation frequency (ω 2 The amplitude of the signal having / 2π) is a DC signal,
G 3 ・ (P 2 /4).sin(2ψ)
Is converted to This DC signal is taken out by the low-pass filter 33 as a value indicating a polarization angle error.
[0054]
Further, the frequency converter 32 has a phase rotation frequency (ω 2 / 2π), and when the AC signal and the output signal of the AC amplifier 31 are mixed, the signal after frequency conversion is
G 3 ・ (P 2 / 8) · sin (2ψ) · {cos ((2ω 1 + 2ω 2 ) T) + cos (2ω 1 t) + cos (2ω 2 t) +1}
It becomes. That is, the phase rotation frequency (ω 2 The amplitude of the signal having / 2π) is a DC signal,
G 3 ・ (P 2 /8).sin(2ψ)
Is converted to This DC signal is taken out by the low-pass filter 33 as a value indicating a polarization angle error.
[0055]
According to the antenna polarization angle error detection device according to the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (b) to (b).
(Nu) Since the output signal of the mixer 5 is frequency-converted with the phase rotation frequency of the phase shifter 3, a signal indicating the polarization angle error is obtained as a DC signal that is easy to handle.
(L) Since the frequency of the output signal of the mixer 5 is frequency-converted with the phase rotation frequency of the phase shifter 3, the signal indicating the polarization angle error and the noise signal can be easily separated, and the influence of noise can be reduced.
[0056]
(Fourth embodiment)
The antenna polarization angle error detection device according to the present embodiment is almost the same as that according to the first to third embodiments, but automatically in the signal path from the polarization separator 2 to the mixer 5. At least one automatic gain controller (also referred to as an AGC: Automatic Gain Control circuit) for amplifying or attenuating the polarization signal to a desired signal intensity is provided. Hereinafter, although this embodiment is described using drawings, explanation is omitted about the portion which is common in the 1st-3rd embodiment, and the same numerals are used.
[0057]
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the antenna polarization angle error detection device according to the present embodiment. The antenna polarization angle error detection device shown in FIG. 4 is almost the same as that according to the first embodiment shown in FIG. 1, but differs in that automatic amplification factor controllers 41 and 42 are provided. The automatic amplification factor controllers 41 and 42 are provided in the signal path from the polarization separator 2 to the mixer 5. The automatic gain controller 41 is inserted in the path of the main polarization signal, and the automatic gain controller 42 is inserted in the path of the cross polarization signal.
[0058]
In FIG. 4, the automatic gain controllers 41 and 42 are inserted in the antenna polarization angle error detection device according to the first embodiment shown in FIG. 1, but in the second or third embodiment. May be inserted into the antenna polarization angle error detection device according to the above. Moreover, although provided in the path | route of both polarization signals, you may provide in the path | route of any one polarization signal.
[0059]
In the present embodiment, the main polarization signal and the cross polarization signal are amplified by the automatic gain controllers 41 and 42, respectively, and then supplied to the mixer 5.
[0060]
FIG. 5 shows a simulation result of the polarization angle error signal output. Here, C / N was set to 15 dB. In FIG. 5, the horizontal axis represents the polarization angle error, and the vertical axis represents the polarization angle error signal output detected by the antenna polarization angle error detection device. The output X is the output of the device according to the present embodiment, and the output Y is the output of the device according to the first embodiment. In other words, the output X is the result with AGC, and the output Y is the result without AGC.
[0061]
From FIG. 5, it can be confirmed that signal levels corresponding to polarization angle errors are obtained. It can also be seen that the polarization angle error can be detected with high accuracy even in a noisy environment. Furthermore, in the present embodiment using the automatic gain controllers 41 and 42, it can be confirmed that the sensitivity to the polarization angle error is greatly improved and the polarization angle error can be detected with high accuracy.
[0062]
According to the antenna polarization angle error detection device of the present embodiment, the following effects can be obtained in addition to the effects (A) to (L).
(E) Since the cross polarization signal is amplified by the automatic gain controller 42, the sensitivity to the cross polarization signal can be increased.
(W) When a large polarization angle error occurs, the main polarization signal becomes weak and the sensitivity is reduced, but the main polarization signal is amplified by the automatic gain controller 41, so that the sensitivity reduction is avoided. be able to.
[0063]
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said 1st-4th embodiment.
[0064]
For example, in the above embodiment, the cross polarization signal is phase-shifted by the phase shifter 3, but the main polarization signal may be phase-shifted, or both polarization signals may be phase-shifted.
[0065]
In addition, an amplifier may be inserted as necessary, or a low-pass filter or a band-pass filter may be inserted as necessary in order not to saturate the amplifier in a band unnecessary for observation.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the two polarization signals are mixed, the influence of noise can be reduced. In addition, since a local oscillation signal and many mixers are not required, the configuration is simple. Further, since the phase shift amount that changes with time is given to one polarization signal and the polarization angle error is detected based on the phase shift amount, the influence of the offset voltage and drift of the amplifier can be avoided. As a result, the polarization angle error can be detected with high accuracy even in the vicinity of the zero point of the polarization angle error with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an antenna polarization angle error detection device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an antenna polarization angle error detection device according to a second embodiment.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an antenna polarization angle error detection device according to a third embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an antenna polarization angle error detection device according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of a polarization angle error signal output.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a polarization angle error and signal levels of a main polarization signal and a cross polarization signal.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional antenna polarization angle error detection device.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a typical circuit used in the method shown in Non-Patent Document 1.
9 is a block diagram showing a configuration of a circuit used in the method disclosed in Patent Document 1. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Antenna
2 Polarization separator
3 Phase shifter
4 Amplifier
5 Mixer
10, 20, 30 Polarization angle error detector
11, 33 Low-pass filter
12 DC amplifier
13 Polarization angle error calculator
21 Band-pass filter
22, 31 AC amplifier
23 Polarization angle error reading unit
32 Frequency converter
41, 42 Automatic gain controller

Claims (8)

アンテナにより受信された直線偏波信号を互いに直交する2つの偏波信号に分離する偏波分離器と、
当該偏波分離器により分離された一方の偏波信号に時間的に変化する移相量を与える移相器と、
当該移相器により移相された一方の偏波信号と他方の偏波信号とを混合する混合器と、
当該混合器の出力信号と前記移相器による移相量とに基づいて、前記直線偏波信号に対する前記アンテナの偏波角度の誤差を検出する偏波角度誤差検出部と、を有することを特徴とするアンテナ偏波角度誤差検出装置。
A polarization separator that separates the linearly polarized signal received by the antenna into two orthogonally polarized signals;
A phase shifter that gives a phase shift amount that changes with time to one polarization signal separated by the polarization separator;
A mixer for mixing one polarization signal phase-shifted by the phase shifter and the other polarization signal;
A polarization angle error detection unit that detects an error in the polarization angle of the antenna with respect to the linearly polarized signal based on the output signal of the mixer and the amount of phase shift by the phase shifter. An antenna polarization angle error detection device.
前記移相器は、前記2つの偏波信号の位相差が0°と180°とで交互に切り替わるように移相し、
前記偏波角度誤差検出部は、
前記混合器の出力信号から低周波数成分を取り出す低域濾過器と、
当該低域濾過器の出力信号を増幅する直流増幅器と、
前記位相差が0°であるときの前記直流増幅器の出力信号と前記位相差が180°であるときの前記直流増幅器の出力信号との差を算出する偏波角度誤差算出部と、を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。
The phase shifter shifts the phase so that the phase difference between the two polarization signals is alternately switched between 0 ° and 180 °,
The polarization angle error detector is
A low pass filter for extracting low frequency components from the output signal of the mixer;
A DC amplifier for amplifying the output signal of the low-pass filter;
A polarization angle error calculating unit that calculates a difference between the output signal of the DC amplifier when the phase difference is 0 ° and the output signal of the DC amplifier when the phase difference is 180 °. The antenna polarization angle error detection device according to claim 1.
前記移相器は、時間的に連続的に変化する移相量を与え、
前記偏波角度誤差検出部は、
前記混合器の出力信号から前記移相器による位相回転周波数を持つ信号を選択的に取り出す帯域通過濾過器と、
当該帯域通過濾過器の出力信号を増幅する交流増幅器と、
当該交流増幅器の出力信号の振幅を前記移相器による位相回転に同期して読み取る偏波角度誤差読取部と、を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。
The phase shifter provides a phase shift amount that changes continuously in time,
The polarization angle error detector is
A band-pass filter for selectively extracting a signal having a phase rotation frequency by the phase shifter from an output signal of the mixer;
An AC amplifier that amplifies the output signal of the bandpass filter;
The antenna polarization angle error detection device according to claim 1, further comprising: a polarization angle error reading unit that reads the amplitude of the output signal of the AC amplifier in synchronization with the phase rotation by the phase shifter.
前記移相器は、時間的に連続的に変化する移相量を与え、
前記偏波角度誤差検出部は、
前記混合器の出力信号から低周波数成分を取り出す低域濾過器と、
当該低域濾過器の出力信号を増幅する前後にキャパシタを備える交流増幅器と、
当該交流増幅器の出力信号の振幅を前記移相器による位相回転に同期して読み取る偏波角度誤差読取部と、を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。
The phase shifter provides a phase shift amount that changes continuously in time,
The polarization angle error detector is
A low pass filter for extracting low frequency components from the output signal of the mixer;
An AC amplifier including a capacitor before and after amplifying the output signal of the low-pass filter;
The antenna polarization angle error detection device according to claim 1, further comprising: a polarization angle error reading unit that reads the amplitude of the output signal of the AC amplifier in synchronization with the phase rotation by the phase shifter.
前記移相器は、時間的に連続的に変化する移相量を与え、
前記偏波角度誤差検出部は、
前記混合器の出力信号を増幅する交流増幅器と、
当該交流増幅器の出力信号に含まれる前記移相器による位相回転周波数を持つ信号の振幅を直流信号に変換する周波数変換器と、
当該周波数変換器の出力信号から前記直流信号を取り出す低域濾過器と、を有することを特徴とする請求項1に記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。
The phase shifter provides a phase shift amount that changes continuously in time,
The polarization angle error detector is
An AC amplifier for amplifying the output signal of the mixer;
A frequency converter for converting the amplitude of a signal having a phase rotation frequency by the phase shifter included in the output signal of the AC amplifier into a DC signal;
The antenna polarization angle error detection device according to claim 1, further comprising: a low-pass filter that extracts the DC signal from the output signal of the frequency converter.
前記移相器は、前記一方の偏波信号の位相を一定の位相回転周波数で回転させ、
前記周波数変換器は、前記交流増幅器の出力信号の位相を前記一定の位相回転周波数で前記移相器とは逆に回転させることを特徴とする請求項5に記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。
The phase shifter rotates the phase of the one polarization signal at a constant phase rotation frequency,
6. The antenna polarization angle error detection device according to claim 5, wherein the frequency converter rotates the phase of the output signal of the AC amplifier at the constant phase rotation frequency opposite to the phase shifter. .
前記移相器は、前記一方の偏波信号の位相を一定の位相回転周波数で回転させ、
前記周波数変換器は、前記一定の位相回転周波数を持つ交流信号を発生させ、当該交流信号と前記交流増幅器の出力信号とを混合することを特徴とする請求項5に記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。
The phase shifter rotates the phase of the one polarization signal at a constant phase rotation frequency,
6. The antenna polarization angle error according to claim 5, wherein the frequency converter generates an AC signal having the constant phase rotation frequency and mixes the AC signal with an output signal of the AC amplifier. Detection device.
前記偏波分離器から前記混合器までの信号経路に設けられ、自動的に所望の信号強度まで前記偏波信号を増幅または減衰させる少なくとも1つの自動増幅率制御器をさらに有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のアンテナ偏波角度誤差検出装置。It further comprises at least one automatic gain controller provided in a signal path from the polarization separator to the mixer, and automatically amplifies or attenuates the polarization signal to a desired signal strength. The antenna polarization angle error detection device according to claim 1.
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