JP2008141273A - 2-frequency double crossed polarization slotted waveguide array antenna and double crossed polarization communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送信と受信が同じ周波数で同時併行交信できる直交偏波交信を2回線同時に行うことのできる直交偏波導波管スロットアレーアンテナとそれを用いた通信システムの技術に関する。 The present invention relates to an orthogonally polarized wave waveguide slot array antenna capable of simultaneously performing orthogonally polarized wave communication capable of simultaneous transmission and reception at the same frequency on two lines, and a communication system technology using the same.
一方の無線局と他方の無線局とが同じ周波数で送信と受信が同時併行でできるシステムとしては以下のような直交偏波通信システムが知られている(例えば特許文献1参照)。
即ち、図4に示すように、両側の無線局(基地局A、B)はそれぞれ、同じ周波数で動作し偏波面が交差する送信アンテナと受信アンテナを具備し、一方側の無線局(基地局A)の送信アンテナ4Aの偏波面と他方側の無線局(基地局B)の受信アンテナ3Bの偏波面が垂直偏波で揃うようにし、他方側の無線局(基地局B)の送信アンテナ4Bの偏波面と一方側の無線局(基地局A)の受信アンテナ3Aの偏波面が水平偏波で揃うようにして設けられているシステムである。
The following orthogonal polarization communication system is known as a system in which one radio station and the other radio station can simultaneously transmit and receive at the same frequency (see, for example, Patent Document 1).
That is, as shown in FIG. 4, the radio stations on both sides (base stations A and B) each have a transmitting antenna and a receiving antenna that operate at the same frequency and whose planes of polarization intersect, and one radio station (base station) The polarization plane of the transmission antenna 4A of A) and the polarization plane of the reception antenna 3B of the other radio station (base station B) are aligned vertically, and the transmission antenna 4B of the radio station (base station B) on the other side is aligned. And the polarization plane of the receiving antenna 3A of the radio station (base station A) on one side are arranged so as to be aligned with horizontal polarization.
そのため、アンテナの周波数特性自体が同じであっても、送信アンテナから送信した電波は自局の受信アンテナでは受信されにくい。即ち、送信アンテナから受信アンテナへの回り込みは抑制される。 Therefore, even if the frequency characteristics of the antenna itself are the same, the radio wave transmitted from the transmitting antenna is difficult to be received by the receiving antenna of the local station. That is, sneaking from the transmitting antenna to the receiving antenna is suppressed.
これに対して、一方側の無線局の送信アンテナの偏波面と他方側の無線局の受信アンテナの偏波面が揃えられ、他方側の無線局の送信アンテナの偏波面と一方側の受信アンテナの偏波面が揃えられているので互いに、相手方無線局からの送信波は受信アンテナで良く受信される。
偏波面を上記のように揃えた結果、両無線局の送信アンテナ同士の偏波面は、揃っていないので相手方無線局からの送信電波は送信アンテナでは受信されにくい。
On the other hand, the polarization plane of the transmission antenna of one radio station and the polarization plane of the reception antenna of the other radio station are aligned, and the polarization plane of the transmission antenna of the other radio station and the reception antenna of one side are aligned. Since the planes of polarization are aligned, the transmission waves from the counterparty radio station are well received by the receiving antenna.
As a result of aligning the polarization planes as described above, the planes of polarization of the transmission antennas of both radio stations are not uniform, so that the transmission radio wave from the counterpart radio station is not easily received by the transmission antenna.
以上の結果、一方側の無線局と他方側の無線局が同一の周波数で送信しても、自局の受信アンテナは、自局の送信電波の受信を抑制し、相手局の送信電波を良く受信するということになる。
従って、自局と相手局の送信周波数が同じであっても、換言すれば、それぞれの無線局において、送信周波数と受信周波数が同じであっても送受同時併行の双方向交信が可能となる。
Therefore, even if the transmission frequency of the local station and the partner station is the same, in other words, in each radio station, it is possible to perform bidirectional communication simultaneously with transmission and reception even if the transmission frequency and the reception frequency are the same.
以上のような直交偏波通信システムは、有限の電波資源の有効活用上極めて効果的なシステムであるため、本願発明者、出願人らは、上記直交偏波通信システムを2重化することを考えた。
その第1の構成は、基地局Aも基地局Bも図4の構成に同じ構成を追加して単純に2倍の構成としたものであり、第2の構成は、基地局Aにおいては追加した受信アンテナは垂直偏波、追加した送信アンテナは水平偏波とし、基地局Bにおいては追加した送信アンテナは垂直偏波、追加した受信アンテナは水平偏波とする構成である。
The orthogonal polarization communication system as described above is an extremely effective system for effective utilization of limited radio resources. Therefore, the inventors of the present application and the applicants described that the orthogonal polarization communication system is duplicated. Thought.
In the first configuration, both the base station A and the base station B are simply doubled by adding the same configuration to the configuration in FIG. 4, and the second configuration is added in the base station A. The received antenna is vertically polarized, the added transmitting antenna is horizontally polarized, the added transmitting antenna is vertically polarized in the base station B, and the added receiving antenna is horizontally polarized.
しかしながら、上記の各構成では以下の問題を生ずる。
まず、上記第1の構成においては、いずれの基地局においても送信アンテナと受信アンテナの偏波面は交差しているが2つの送信アンテナの偏波面は同じであるし、2つの受信アンテナの偏波面は同じである。
従って、いずれかの基地局の各別の送信装置に接続されている2つの送信アンテナから送信した2つの電波は相手方基地局の各別の受信機に接続されている2つの受信アンテナでともに受信され混合した状態で2つの受信機へ入力されることになり、いわゆる混信状態になるという問題がある。
However, the above-described configurations cause the following problems.
First, in the first configuration, the polarization planes of the transmission antenna and the reception antenna intersect in any base station, but the polarization planes of the two transmission antennas are the same, and the polarization planes of the two reception antennas. Are the same.
Therefore, two radio waves transmitted from two transmitting antennas connected to different transmitting devices of either base station are received together by two receiving antennas connected to different receivers of the counterpart base station. In this state, the signals are mixed and input to the two receivers, resulting in a so-called interference state.
また、前記第2の構成においては、基地局Aでは追加受信アンテナが垂直偏波で、図4の送信アンテナ4Aが垂直偏波であるから同じ偏波であり、追加受信アンテナが自局の送信アンテナ4Aからの電波を受けてしまい、また、追加送信アンテナは水平偏波であるから、これから送信した電波が図4の受信アンテナ3Aに受信されてしまうという自局内での回り込みという問題がある。 Further, in the second configuration, since the additional receiving antenna is vertically polarized in the base station A and the transmitting antenna 4A in FIG. 4 is vertically polarized, it has the same polarization, and the additional receiving antenna is the transmission of its own station. Since the radio wave is received from the antenna 4A, and the additional transmission antenna is horizontally polarized, there is a problem that the radio wave transmitted from this time is received by the reception antenna 3A in FIG.
これらの問題は、図4の元々の構成で用いる周波数と追加構成が用いる周波数を大きく離してしまえば解決される問題であるが、それでは電波資源の無駄のない活用という点から見れば好ましい解決策ではない。 These problems can be solved if the frequency used in the original configuration of FIG. 4 and the frequency used by the additional configuration are greatly separated, but this is a preferable solution from the viewpoint of efficient use of radio resources. is not.
本発明の課題は、上記背景技術の問題点に鑑みて、電波資源をできるだけ無駄なく活用しつつ、交差偏波通信の2重化を行うことができるアンテナおよびそれを用いた通信システムを実現することにある。 In view of the problems of the background art described above, an object of the present invention is to realize an antenna capable of duplexing cross polarization communication and a communication system using the antenna while utilizing radio wave resources as efficiently as possible. There is.
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の各構成を有する。
本発明の第1の構成は、4個の導波管スロットアレーアンテナが開口面を同一方向に向けて2行2列の田の字状に配列され、各アンテナの偏波面は、行方向および列方向で隣り合うアンテナ間では直交し、使用周波数は行間又は列間で異なっていることを特徴とする2周波複直交偏波導波管スロットアレーアンテナである。
In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configurations.
In the first configuration of the present invention, four waveguide slot array antennas are arranged in a 2-row and 2-column square shape with the aperture faces in the same direction. The dual-frequency double-orthogonal polarization waveguide slot array antenna is characterized in that the antennas adjacent to each other in the column direction are orthogonal to each other and the used frequency is different between rows or columns.
本発明の第2の構成は、一方の無線局と他方の無線局のそれぞれに前記第1の構成の2周波複直交偏波導波管スロットアレーアンテナを有し、両アンテナは対向しており、一方の無線局が送信アンテナとして用いる周波数の異なる2つのアンテナの偏波面と他方の無線局が受信アンテナとして用いる周波数の異なる2つのアンテナの偏波面とが使用周波数毎に同じであり、一方の無線局が受信アンテナとして用いる周波数の異なる2つのアンテナの偏波面と他方の無線局が送信アンテナとして用いる周波数の異なる2つのアンテナの偏波面とが使用周波数毎に同じであり、両無線局の各2ずつの送信アンテナおよび受信アンテナにはそれぞれアンテナの使用周波数に対応する送信装置および受信装置が接続されていることを特徴とする複直交偏波通信システムである。 The second configuration of the present invention has the dual-frequency double-orthogonal polarization waveguide slot array antenna of the first configuration in each of one radio station and the other radio station, and both antennas are opposed to each other. The polarization planes of two antennas with different frequencies used by one radio station as transmitting antennas and the polarization planes of two antennas with different frequencies used by the other radio station as receiving antennas are the same for each frequency used, and one radio station The polarization planes of two antennas having different frequencies used by the station as reception antennas and the polarization planes of two antennas having different frequencies used by the other radio station as transmission antennas are the same for each frequency used, and each of the two radio stations has two polarization planes. Each of the transmitting antenna and the receiving antenna is connected to a transmitting device and a receiving device corresponding to the frequency used by the antenna, respectively. A wave communication system.
本発明第1の構成では、4個の導波管スロットアレーアンテナを用いているが、この導波管スロットアレーアンテナは、他のアンテナに較べて周波数帯域特性が狭いという特性がある。即ち、情報伝送に必要な帯域は充分確保できるが、その帯域から外れると急峻に減衰するという特性がある。 In the first configuration of the present invention, four waveguide slot array antennas are used, but this waveguide slot array antenna has a characteristic that frequency band characteristics are narrower than other antennas. That is, there is a characteristic that a sufficient band for information transmission can be secured, but abruptly attenuates when the band deviates from the band.
このような導波管スロットアレーアンテナが、開口面を同じ方向に向けて2行2列の田の字状に配列され、行方向および列方向に隣り合うアンテナの偏波面が直交するように配列されているのでアイソレーションがとれるとともに、同じ偏波のもの同士でも対角線状の配置となり、縦或いは横並びの場合よりもアイソレーションがとれ、且つ行ごと或いは列ごとに使用周波数がずれているので、行或いは列単位で2組の直交偏波アンテナが構成でき、前記周波数のずれは、導波管スロットアレーアンテナの周波数帯域特性が狭いところから、他のアンテナを2個用いて使用周波数を離して両周波数信号間のアイソレーションを得ようする場合の周波数離間幅に較べて離間幅が小さくて済み、周波数占有幅が小さくて済むので、電波資源の有効活用に資すると言う効果がある。 Such waveguide slot array antennas are arranged in a 2-row and 2-column rice field with the opening surfaces facing in the same direction, and the polarization planes of adjacent antennas in the row and column directions are orthogonal to each other. Since it is isolated, it can be diagonally arranged even with the same polarization, and it can be isolated more than vertically or horizontally, and the use frequency is shifted for each row or column. Two sets of orthogonally polarized antennas can be constructed in units of rows or columns, and the frequency shift is due to the fact that the frequency band characteristics of the waveguide slot array antenna are narrow. Effective use of radio resources because the separation width is small compared to the frequency separation width when obtaining isolation between both frequency signals and the frequency occupation width is small. There is an effect to say that contribute to use.
本発明第2の構成は、第1の構成のアンテナを一方の無線局と他方の無線局に用いた複直交偏波通信システムであって、2組の直交偏波通信システムを構成しているが、両者間では使用周波数が異なるため、各無線局内において、偏波面が同じである送信アンテナから自局受信アンテナへの回り込みは実用上無視し得るし、相手局の2つの送信アンテナからの送信に対する受信に対しては、偏波面が同じであっても使用周波数が異なる電波は受信しないので混信は事実上無視することができ、2組の直交偏波通信システムが成立し、且つ第1の構成のアンテナを用いていることによる、電波資源の有効活用に資すると言う効果がある。 The second configuration of the present invention is a multi-orthogonal polarization communication system using the antenna of the first configuration for one radio station and the other radio station, and constitutes two sets of orthogonal polarization communication systems. However, since the frequency used is different between the two, in each radio station, the wraparound from the transmitting antenna having the same polarization plane to the receiving antenna of the own station can be practically ignored, and transmission from the two transmitting antennas of the partner station is possible. For reception of radio waves, radio waves having different frequencies are not received even if the plane of polarization is the same, so that interference can be virtually ignored, and two sets of orthogonal polarization communication systems are established, and the first There is an effect that it contributes to the effective utilization of radio wave resources by using the antenna of the configuration.
本発明の2周波直交偏波導波管スロットアレーアンテナの形成に当たっては、4個のアンテナの開口面が同一寸法の正方形になるようにしこの正方形が田の字状に並んだ形になるように一体形成するものとし、導波管の形成は、アンテナ4個分大の基体の一面側を田の字に区分し、各区分領域毎にその部分の偏波と周波数に合わせた給電導波路および放射用導波路となる溝を設け、この基体に、各給電導波路に対応させてスロットが打ち抜かれたスロットアレー板を被せて固定し、4個のアンテナが一体となった導波管スロットアレーアンテナを形成するのが最良の実施形態である。 In forming the dual-frequency orthogonally polarized wave waveguide slot array antenna of the present invention, the four antennas are integrated so that the opening surfaces of the four antennas are squares of the same size, and the squares are arranged in a square shape. The waveguide is formed by dividing one side of the base of four antennas into a square shape, and for each divided region, a feed waveguide and radiation matched to the polarization and frequency of that portion. A waveguide slot array antenna in which four antennas are integrated by providing a groove serving as a waveguide for use, and covering and fixing the base plate with a slot array plate in which slots are punched corresponding to the respective feed waveguides. Is the best embodiment.
このように構成することにより、基体をダイカストで製造することができ大量生産低価格が実現できることになる。
また、2つの使用周波数の間隔は、導波管スロットアレーアンテナの狭帯域性を活用して、自局内での回り込みや、交信の際の混信が事実上無視し得る限度でできる限り狭く設定することが、有限の周波数帯を無駄なく活用するうえで最良の実施形態である。
With such a configuration, the base body can be manufactured by die casting, and mass production and low cost can be realized.
Also, the interval between the two operating frequencies is set as narrow as possible by utilizing the narrow bandwidth of the waveguide slot array antenna so that sneak in the local station and interference during communication can be virtually ignored. This is the best embodiment for utilizing a finite frequency band without waste.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の2周波複直交偏波導波管スロットアレーアンテナの開口面を示す正面図である。
この正面図ではスロット2が設けられたスロットアレー板3が見えているのみであるが、この背後には給電導波路および放射用導波路用の溝が設けられた基体が密着されている。
基体は、図に示すように区切られた田の字状の4つの領域となっており、各領域毎にその部分で構成される各スロットアレーアンテナ1a〜1dの偏波面および使用周波数に対応した給電導波路溝および放射用導波路溝が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a front view showing an opening surface of a dual-frequency double-orthogonal polarization waveguide slot array antenna of the present invention.
In this front view, only the
As shown in the figure, the base body is divided into four regions in a square shape, and each region corresponds to the polarization plane and the operating frequency of each of the slot array antennas 1a to 1d formed by that portion. A feeding waveguide groove and a radiating waveguide groove are formed.
スロットアレー板3の各領域に対応する部分のスロット2の列は、この放射用導波路溝に対応して設けられている。図中、各スロットアレーアンテナ1a〜1dの中央に示された実直線はそのスロットアレーアンテナの偏波面を示す線であり、f1、f2は各スロットアレーアンテナの使用周波数を示している。
具体的には、図1の左右方向を水平方向と仮定するなら、スロットアレーアンテナ1aは水平偏波で使用周波数はf1、スロットアレーアンテナ1bは垂直偏波で使用周波数は同じくf1、従って、この2つのアンテナが1組の直交偏波スロットアレーアンテナを構成する。
A row of
Specifically, assuming that the horizontal direction in FIG. 1 is the horizontal direction, the slot array antenna 1a is horizontally polarized and the frequency used is f 1 , the
同様に、スロットアレーアンテナ1cは垂直偏波で使用周波数はf2、スロットアレーアンテナ1dは水平偏波で使用周波数は同じくf2であり、この2つのアンテナでもう1組の直交偏波スロットアレーアンテナを構成している。
Similarly, the
本発明の2周波複直交偏波スロットアレーアンテナは、このように4個の導波管スロットアレーアンテナが開口面を同一方向に向けて2行2列の田の字状に配列された構成となっており、各アンテナの偏波面は行方向および列方向で隣り合うアンテナ間で直交するようになっている。 The dual-frequency double-orthogonal polarization slot array antenna of the present invention has a configuration in which four waveguide slot array antennas are arranged in a 2-row, 2-column-shaped square shape with the opening surfaces directed in the same direction. The plane of polarization of each antenna is orthogonal between adjacent antennas in the row and column directions.
また、偏波面の同じスロットアレーアンテナ1aと1d同士、および1bと1c同士は対角状に配置されることになり、縦並び或いは横並びの場合よりもアイソレーションが得られることになる。
このとき、隣り合うアンテナのスロット配列の対称中心線同士を一致させることにより直交偏波間のアイソレーションを向上できる。
周波数は、図1では行間で異なっているが、列間で異ならせるようにしてもよい。
Further, the
At this time, it is possible to improve the isolation between the orthogonal polarizations by matching the symmetrical center lines of the slot arrangements of adjacent antennas.
The frequency is different between rows in FIG. 1, but may be different between columns.
図2は、図1の2周波複直交偏波導波管スロットアンテナ1を一方の無線局と他方の無線局に設置し、それぞれに送信装置および受信装置を接続した図である。
両アンテナは対向させて設けられている。一方の無線局の送信装置4から周波数f1で出力された信号はスロットアレーアンテナ1aから送信され、他方の無線局の同一偏波面のスロットアレーアンテナ1aで受信され、受信装置10へ入力される。同様に送信装置5から周波数f2で出力された信号は受信装置11へ入力される。
FIG. 2 is a diagram in which the two-frequency double-orthogonal polarization
Both antennas are provided facing each other. A signal output from the
そして、送信装置4からの信号が受信装置11に入力したり、送信装置5からの信号が受信装置10へ入力したりすることはない。偏波面が異なるからである。
このとき、スロットアレーアンテナ1aから送信された電波は、スロットアレーアンテナ1bの偏波面が異なるから受信装置8へは回り込まないし、スロットアレーアンテナ1dは周波数が異なっているので受信装置9へも回り込まない。同様に送信装置5の送信信号は、スロットアレーアンテナ1bへは偏波面が同じであっても周波数が異なるから受信装置8へは回り込まず、スロットアレーアンテナ1dへは、周波数が同じであっても偏波面が異なるから受信装置9へは回り込まない。
以上の送受信関係および、回り込みが生じないことについては他方の無線局における送信装置6、7からの送信についても全く同様である。
Then, a signal from the
At this time, the radio wave transmitted from the slot array antenna 1a does not enter the receiving
The above transmission / reception relationship and the fact that no wraparound occurs are exactly the same for transmission from the
こうして、送信装置4から受信装置10への送信および送信装置6から受信装置8への送信は周波数f11波で同時送受信が可能であり、送信装置5から受信装置11への送信および送信装置7から受信装置9への送信は周波数f21波で同時送受信が可能となる。
そして、周波数f1とf2との回り込みや混信を実用上無視し得るための間隔は、導波管スロットアレーアンテナが他のアンテナに較べて狭帯域であるので、小さくすることができ、全体での必要周波数帯域幅は小さくできるので周波数帯の無駄のない活用に資することができる。
以上、図2の場合は、1つの無線局における2つの送信の偏波を異ならせた場合であるが、2つの送信の偏波を同じにしても図2の場合と同様な効果が得られる。
Thus, transmission from the
Further, since the waveguide slot array antenna has a narrower band than other antennas, the spacing for practically ignoring the sneaking and interference between the frequencies f 1 and f 2 can be reduced. Therefore, the necessary frequency bandwidth can be reduced, which contributes to the efficient use of the frequency band.
As described above, the case of FIG. 2 is a case where the polarizations of two transmissions in one radio station are made different, but the same effect as in the case of FIG. 2 can be obtained even if the polarizations of the two transmissions are the same. .
図3は、無線局における2つの送信の偏波を同じにし、これに応じて2つの受信の偏波を同じにした場合の接続を示す図である。
この場合、自局内における送信アンテナと受信アンテナ間では、2組とも偏波が異なるので自局内の回り込みの問題は生じない。
また、2つの受信アンテナは同じ偏波ではあるが、使用周波数がf1とf2というように異なるから相手局からの受信に際し混信のおそれもない。
従って、各スロットアレーアンテナ1a〜1dと送信装置、受信装置の接続関係は図2および図3のいずれでもよいことになる。
FIG. 3 is a diagram illustrating a connection in the case where the two transmissions have the same polarization in the radio station, and the two receptions have the same polarization.
In this case, since the two sets of polarized waves are different between the transmitting antenna and the receiving antenna in the own station, the problem of wraparound in the own station does not occur.
In addition, although the two receiving antennas have the same polarization, the use frequencies are different such as f 1 and f 2 , so there is no possibility of interference when receiving from the other station.
Therefore, the connection relationship between each of the slot array antennas 1a to 1d, the transmission device, and the reception device may be any of FIG. 2 and FIG.
また、各送信装置および受信装置を小型化することにより接続すべき導波管スロットアレーアンテナの背面に密着実装することができ、伝送線路を極限的に短くすることができるとともに、アンテナが送信装置や受信装置の放熱器の役割を果すことになり極めて良好な結果を得ることができる。 Further, each transmitter and receiver can be miniaturized so that they can be tightly mounted on the back of the waveguide slot array antenna to be connected, the transmission line can be extremely shortened, and the antenna can be used as a transmitter. And it plays the role of a radiator of the receiving device, and an extremely good result can be obtained.
1 2周波複直交偏波導波管スロットアレーアンテナ
1A、1B 受信装置
1a〜1d スロットアレーアンテナ
2 スロット
2A、2B 送信装置
3 スロットアレー板
3A、3B 受信アンテナ
4〜7 送信装置
4A、4B 送信アンテナ
8〜11 受信装置
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