JP2019080128A - Circularly polarized omnidirectional antenna, array antenna, and polarization diversity communication system using the same - Google Patents

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Abstract

To provide a low-profile circularly polarized antenna that can be easily colinear arrayed.SOLUTION: An antenna 1 is disposed such that dipole antennas whose phases are inverted with each other are offset with respect to the horizontal plane to be point symmetrical with respect to a feeding point at a predetermined distance apart as at least one pair. The dipole antenna has a shape having current components in the vertical and horizontal directions when viewed from two orthogonal directions in the horizontal plane, and is fed by a feeding part from the central feeding point.EFFECT: The antenna becomes omnidirectional in the circular polarization horizontal plane at low profile. Also, when the antennas is formed in a co-linear array, a polarization diversity system can be easily configured.SELECTED DRAWING: Figure 1A

Description

本発明は無線通信技術に関わるものであり、特に、円偏波無指向性アンテナ及びそれを用いて、左右二つの円偏波を切り替える偏波ダイバーシティ通信システムに関するものである。   The present invention relates to wireless communication technology, and more particularly to a circularly polarized non-directional antenna and a polarization diversity communication system using the same to switch left and right two circularly polarized waves.

移動局と、固定された基地局との間を無線通信にて接続し、移動局側の情報を基地局側に送信するという環境において、移動局と基地局との位置関係が変わることや、様々な障害物による反射等が原因で、フェージング(マルチパス)などが発生し、通信距離・通信の安定性の大きな妨げになっている。このフェージング対策として、通信のマージンを補完するために、送信出力の増大を行えばコストがかかり、一方、受信感度が落ちた通信状態のままでは、伝送レートが低下してしまうなどの課題がある。そこで、受信感度の落ちた通信路ではなく、別の通信路に切り替えることにより、通信を途切れることなく続けるダイバーシティ方式がある。   In the environment where the mobile station and the fixed base station are connected by wireless communication and information on the mobile station side is transmitted to the base station side, the positional relationship between the mobile station and the base station changes, Due to reflections from various obstacles, fading (multipath) and the like occur, which greatly hinders communication distance and communication stability. As a countermeasure against this fading, if the transmission output is increased in order to supplement the communication margin, there is a problem that the transmission rate is lowered in the communication state where the reception sensitivity is lowered while the communication sensitivity is lowered. . Therefore, there is a diversity scheme in which communication is continued without interruption by switching to another channel instead of the channel with lowered reception sensitivity.

例えば、河川などに設けられた水位計内に移動局があり、その水位計の情報を基地局に送信し、基地局側で水位計の情報(水位、位置情報)を収集することが考えられる。水位が変わることにより、水位計と基地局との位置関係が変わり、水面や、地面又はその他の建物などからの反射波のほうが強く受信され、フェージング(マルチパス)障害が生じる。このようなケースにおいて、円偏波を用いて送受信を行えば、反射波は、逆旋偏波となるため分離度よく、直達波を選択することができる。それでも、反射波が大きくなり、直達波が小さくなった場合には、移動局側のアンテナを別のアンテナに切り替え送信することにより、最も通信に有利な電波により送受信が可能となる。この時、切り替えに用いる通信路は、逆旋偏波の通信路としておくと、元の通信路との混信が少なく、通信が途切れることない。このような、偏波の異なる電波を用いる通信技術を偏波ダイバーシティという。   For example, it is conceivable that there is a mobile station in a water gauge provided in a river or the like, information of the water gauge is transmitted to the base station, and information (water level, position information) of the water gauge is collected at the base station side. . As the water level changes, the positional relationship between the water level gauge and the base station changes, and reflected waves from the water surface, the ground, or other buildings are more strongly received, resulting in fading (multipath) interference. In such a case, if transmission and reception are performed using circularly polarized waves, the reflected waves are reversely polarized waves, so that direct waves can be selected with a high degree of separation. Nevertheless, when the reflected wave becomes large and the direct wave becomes small, by switching the antenna on the mobile station side to another antenna for transmission, transmission and reception can be performed using radio waves most advantageous for communication. At this time, when the communication channel used for switching is a communication channel of reverse rotation polarization, interference with the original communication channel is small and communication is not interrupted. Such communication technology using radio waves with different polarizations is called polarization diversity.

従来、円偏波を用いた通信に用いられてきた円偏波無指向性アンテナは、ヘリカルアンテナが主としても用いられてきた。このヘリカルアンテナは、図12のような形状を有する進行波型のアンテナで、アンテナのヘリカル部に流れる電流は、ヘリカル部に沿って旋回しながら前方に進む進行波の電流となる。そして、その電流から円偏波の進行波電磁界が前方に向かって放射される(エンドファイアモード)。特許文献1〜5には、従来の進行波型のヘリカルアンテナが開示されている。   Heretofore, helical antennas have been mainly used as circularly polarized non-directional antennas used for communication using circularly polarized waves. This helical antenna is a traveling wave antenna having a shape as shown in FIG. 12, and the current flowing through the helical portion of the antenna becomes the current of the traveling wave traveling forward while turning along the helical portion. Then, from the current, a circularly polarized traveling wave electromagnetic field is emitted forward (end fire mode). Patent Documents 1 to 5 disclose conventional traveling wave helical antennas.

特開2004−356929号公報JP 2004-356929 A 特許2717741号公報Patent 2717741 実開昭61−42112号公報Japanese Utility Model Application Publication No. 61-42112 特開昭63−30006号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-30006 特公平7−58858号公報Japanese Examined Patent Publication 7-58858

ところで、上記のヘリカルアンテナは、ヘリカルの形状を正確に実現しなくてはならず、そのための加工・固定方法が困難で、製造コストがかさんでいた。また、進行波型のヘリカルアンテナは、その形状からコーリニアアレイ化することも困難であるという課題があった。   By the way, in the above-mentioned helical antenna, it is necessary to realize a helical shape accurately, and the processing and fixing method therefor are difficult, and the manufacturing cost is high. In addition, the traveling wave helical antenna also has a problem that it is difficult to form a colinear array because of its shape.

本発明のアンテナは、上記課題を解決するために、以下の特徴を備える。
本発明は、水平面無指向性円偏波アンテナであって、
また、本発明のアレイアンテナは、上記アンテナを素子アンテナとして交互に同軸状に積層したアンテナユニットを、90°ずつ回転して同軸状に複数積層したことを特徴とする。
また、本発明の偏波ダイバーシティ通信システムは上記水平面無指向性円偏波アンテナを用いたことを特徴とする。
The antenna of the present invention has the following features in order to solve the above problems.
The present invention is a horizontal omnidirectional circularly polarized antenna, wherein
The array antenna according to the present invention is characterized in that an antenna unit in which the above-mentioned antennas are alternately laminated coaxially as element antennas is coaxially laminated by rotating 90 ° each.
The polarization diversity communication system of the present invention is characterized by using the above-mentioned horizontal omnidirectional circular polarization antenna.

本発明によれば、ダイポールアンテナを所定の間隔を隔てて、水平面に対して所定の立ち上がり角度で少なくとも1対対向して設けるという単純な構成を採用することで、ロープロファイルな水平面内無指向性の円偏波アンテナを実現するとともに、製造コストを下げることが可能となる。また、アンテナの形状はヘリカルアンテナのように正確に円形にする必要性がなく、さらに四角いケース等に効率よく内蔵させることも可能である。
また、従来は、アレイ化した場合の隣接アンテナ間の結合量を小さくすることがなかなかできなかったが、本発明のアンテナでは、アンテナ間結合量を小さくすることが可能となり、隣り合う異偏波の素子アンテナの間隔を短く出来るため、アレイアンテナ全体としても小型化が可能となる。
そして、トータルとして、安価で、安定した通信が可能な偏波ダイバーシティ通信システムの提供が可能となる。
According to the present invention, by adopting a simple configuration in which dipole antennas are provided at a predetermined interval and at least one pair facing each other at a predetermined rising angle with respect to a horizontal surface, low profile non-directionality in a horizontal surface It is possible to realize a circularly polarized antenna and reduce the manufacturing cost. Further, the shape of the antenna does not have to be exactly circular as in the case of a helical antenna, and can be efficiently incorporated in a square case or the like.
Also, conventionally, it has been difficult to reduce the amount of coupling between adjacent antennas when arrayed, but with the antenna of the present invention, it becomes possible to reduce the amount of coupling between antennas, and adjacent cross polarization Since the distance between the element antennas can be shortened, the entire array antenna can be miniaturized.
As a total, it is possible to provide a polarization diversity communication system capable of inexpensive and stable communication.

本発明の実施例1の円偏波無指向性アンテナの上面図Top view of the circularly polarized omnidirectional antenna according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施例1の円偏波無指向性アンテナの正面図Front view of a circularly polarized omnidirectional antenna according to a first embodiment of the present invention 本発明の実施例1の円偏波無指向性アンテナの側面図Side view of the circularly polarized omnidirectional antenna according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施例1の円偏波無指向性アンテナの上斜視図Upper perspective view of the circularly polarized omnidirectional antenna according to the first embodiment of the present invention 本発明の実施例1の円偏波無指向性アンテナの下斜視図Lower perspective view of the circularly polarized omnidirectional antenna according to the first embodiment of the present invention 本発明の円偏波無指向性アンテナの変形例Modification of the circularly polarized omnidirectional antenna of the present invention 本発明の実施例1のアンテナの水平面内の軸比を示すグラフGraph showing axial ratio in horizontal plane of antenna of Example 1 of the present invention 本発明の実施例2の円偏波無指向性アンテナの上斜視図Upper perspective view of the circularly polarized omnidirectional antenna according to the second embodiment of the present invention 本発明の実施例2の円偏波無指向性アンテナの下斜視図Lower perspective view of the circularly polarized omnidirectional antenna according to the second embodiment of the present invention 本発明の実施例2の円偏波無指向性アンテナの上面図Top view of the circularly polarized omnidirectional antenna of the second embodiment of the present invention 本発明の実施例2の円偏波無指向性アンテナの正面図Front view of a circularly polarized omnidirectional antenna according to a second embodiment of the present invention 本発明の実施例2の円偏波無指向性アンテナの側面図Side view of the circularly polarized omnidirectional antenna of the second embodiment of the present invention 本発明の実施例2の円偏波無指向性アンテナの下面図Bottom view of circularly polarized omnidirectional antenna according to Example 2 of the present invention 本発明の実施例2のアンテナの指向特性を示すグラフGraph showing the directivity characteristic of the antenna of Example 2 of the present invention 本発明の実施例3の円偏波無指向性アンテナのコーリニアアレイの概観図Overview of collinear array of circularly polarized omnidirectional antenna according to the third embodiment of the present invention アレイアンテナの給電の説明図Illustration of feeding of array antenna 隣接する素子アンテナの結合量を示すグラフGraph showing the coupling amount of adjacent element antennas 本発明の実施例4のコーリニアアレイアンテナの概観図Overview of collinear array antenna according to the fourth embodiment of the present invention 各素子アンテナの向きを変化させた時の結合量を示すグラフGraph showing the amount of coupling when the direction of each element antenna is changed 本発明の実施例4のアレイアンテナの指向性(軸比、利得)を示すグラフGraph showing directivity (axial ratio, gain) of the array antenna of Example 4 of the present invention 偏波ダイバーシティによる通信システムの説明図Illustration of communication system by polarization diversity 従来のヘリカルアンテナの概観図Overview of conventional helical antenna

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施例に限定されるものではなく、その技術思想に包含される全てのものに及ぶものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, but extends to all the things included in the technical concept.

<円偏波無指向性アンテナ>
円偏波無指向性アンテナの外観を図1に示す。図1Aは、アンテナ1の上面図、図1Bは、アンテナ1の正面図、図1Cは、アンテナ1の側面図である。また、図1Dは、アンテナ1を左斜め上から見た図、図1Eは、アンテナ1を左斜め下から見た図である。
アンテナ1は、水平面内にある絶縁体である基板状のスペーサ50の上面側にホット側素子21,22が設けられ、それぞれホット側給電部A1,A2 により、ホット側給電点10と接続される(図1A)。
<Circular polarized non-directional antenna>
The appearance of a circularly polarized omnidirectional antenna is shown in FIG. 1A is a top view of the antenna 1, FIG. 1B is a front view of the antenna 1, and FIG. 1C is a side view of the antenna 1. Further, FIG. 1D is a view of the antenna 1 as viewed obliquely from the upper left, and FIG. 1E is a view of the antenna 1 as viewed from the lower left.
The antenna 1 has hot side elements 21 and 22 provided on the upper surface side of a substrate-like spacer 50 which is an insulator in a horizontal plane, and is connected to the hot side feeding point 10 by the hot side feed parts A1 and A2, respectively. (Figure 1A).

また、基板状のスペーサ50の下面側には、コールド側素子31,32が設けられそれぞれコールド側給電部B1,B2 によりコールド側給電点13と接続される(図1E)。ホット側給電点10、コールド側給電点13は、それぞれ給電線路40である平行線路のホット側、コールド側との接続点である。図1A〜Eから分かるように、ホット側素子21,22は、ホット側給電点10を、コールド側素子31,32は、コールド側給電点13を中心として点対称形となっている(図1B〜C)。
ホット側素子21,22は、連続する第1水平部21A, 22A、斜行部21B, 22B、第2水平部21C,22Cから構成される。同様に、コールド側素子31,32は、連続する第1水平部31A, 32A、斜行部31B, 32B、第2水平部31C,32Cから構成される。
第1水平部に続く斜行部は、水平面に対して所定の角度オフセットしている。この角度は、アンテナのサイズ、形状によってきまる。
Further, cold side elements 31 and 32 are provided on the lower surface side of the substrate-like spacer 50, and are connected to the cold side feeding point 13 by the cold side feeding portions B1 and B2 (FIG. 1E). The hot side feed point 10 and the cold side feed point 13 are connection points with the hot side and the cold side of the parallel line which is the feed line 40, respectively. As can be seen from FIGS. 1A to 1E, the hot side elements 21 and 22 have a hot side feeding point 10, and the cold side elements 31 and 32 are point symmetrical with respect to the cold side feeding point 13 (FIG. 1B). ~ C).
The hot side elements 21 and 22 are composed of continuous first horizontal portions 21A and 22A, oblique portions 21B and 22B, and second horizontal portions 21C and 22C. Similarly, the cold side elements 31 and 32 are formed of continuous first horizontal portions 31A and 32A, oblique portions 31B and 32B, and second horizontal portions 31C and 32C.
The oblique portion following the first horizontal portion is offset by a predetermined angle with respect to the horizontal plane. This angle depends on the size and shape of the antenna.

図1のアンテナの設計パラメータは、一例として、次のようなものがある。長さを使用周波数帯域の中心周波数における自由空間波長λで規格化すると、横(x)方向のサイズは、0.21λ、縦(y)方向のサイズが、0.18λ、スペーサ50からの高さ(z)方向が0.08λ、ホット側素子及びコールド側素子の線長は0.23λで、斜行部の角度は、水平面に対して、35°となる(図1A、C)。このときに円偏波で水平面内無指向性が得られる。
なお、斜行部の角度を逆(図1の例の場合は、-35°)にすると、逆旋偏波が送出されることとなる。
次に、図1のアンテナの動作について定性的な説明する。図1A,Bを参照すると、正面方向(0度)からは、ホット側素子21とコールド側素子32のアンテナ素子対が1つのダイポールアンテナを形成し、ホット側素子22とコールド側素子31のアンテナ素子対がもう1つのダイポールアンテナを形成している。それらアンテナ素子対が、0.18λ離れてスペーサ端部に2対、対向して設けられ70°の角度でクロスしているターンスタイル(クロスダイポール)アンテナと見ることもできる。よって、正面方向に円偏波が放出されることが分かる。
The design parameters of the antenna of FIG. 1 are, for example, as follows. When the length is normalized with the free space wavelength λ at the center frequency of the operating frequency band, the size in the horizontal (x) direction is 0.21 λ, the size in the vertical (y) direction is 0.18 λ, and the height from the spacer 50 ( z) The direction length is 0.08λ, the wire length of the hot side element and the cold side element is 0.23λ, and the angle of the oblique portion is 35 ° with respect to the horizontal plane (FIG. 1A, C). At this time, omnidirectionality in the horizontal plane can be obtained by circular polarization.
When the angle of the oblique portion is reversed (-35 ° in the case of the example of FIG. 1), reverse rotation polarization is transmitted.
Next, the operation of the antenna of FIG. 1 will be described qualitatively. 1A and 1B, the antenna element pair of the hot side element 21 and the cold side element 32 forms one dipole antenna from the front direction (0 degree), and the antenna of the hot side element 22 and the cold side element 31 The element pair forms another dipole antenna. It can also be viewed as a turn-style (cross dipole) antenna in which the antenna element pairs are opposed to each other at an angle of 70. Therefore, it can be seen that circularly polarized waves are emitted in the front direction.

一方、図1A,Cを参照すると、側面方向(90度)からは、ホット側素子21とコールド側素子31のアンテナ素子対が1つのダイポールアンテナを形成し、ホット側素子22とコールド側素子32のアンテナ素子対がもう1つのダイポールアンテナを形成し、それらアンテナ素子対が、クロスしているターンスタイル(クロスダイポール)アンテナと見ることもできる。よって、側面方向に円偏波が放出されることが分かる。
その他の中間の方向については説明を省略するが、同様に水平面内で円偏波無指向性であることが定性的にも分かる。
なお、本アンテナの形状は、各コールド側素子、ホット側素子は、水平面内の少なくとも2方向(横(x)、縦(y))から見て垂直(高さ(z軸))、水平方向(横(x軸)、縦(y軸))に電流成分が一致するような形状であればよい。また、特性として、水平面内の水平偏波、垂直偏波成分が一致するようになる形状であればよい。また、ダイポールアンテナを水平面に対して所定の角度オフセットし、所定の間隔を隔て給電点を中心として点対称になるよう配置するものであれば、どのような形状のものでも良い。
具体的には、図1Fに、ホット側素子、コールド側素子の形状の変形例を示す。アンテナ上面から見たときに、0度(縦(y軸))に関して線対称な形状であり、0度(y軸)方向、及び90度(横(x軸))方向から見ても長さを有している形状であれば、鉤型、斜線、円弧、多角形等のどのような形状でもよい。そして、ホット側素子とコールド側素子は基板である水平面に表側、裏側に所定の角度でオフセットすることにより、水平面の直交方向いずれから見ても、ホット側素子、コールド側素子の電流成分が、垂直(z軸)方向、水平方向(x,y軸)の両方向いずれも一致するような形状であるものは、本発明の範囲に含まれる。
また、本実施例は、基板上に給電部、ホット側素子、コールド側素子を設けたが、基板の位置にあたる水平面に対して、各給電部、素子が所定の位置関係で配置されれば、必ずしも基板は必要が無い。
On the other hand, referring to FIGS. 1A and 1C, the antenna element pair of the hot side element 21 and the cold side element 31 forms one dipole antenna from the side direction (90 degrees), and the hot side element 22 and the cold side element 32. One antenna element pair forms another dipole antenna, and these antenna element pairs can also be viewed as cross-turned (cross dipole) antennas. Thus, it can be seen that circularly polarized light is emitted in the side direction.
The description of the other intermediate directions is omitted, but it is also qualitatively understood that circularly polarized non-directional in the horizontal plane as well.
The shape of this antenna is vertical (height (z-axis)) and horizontal direction when viewed from at least two directions (horizontal (x) and vertical (y)) in the horizontal plane for each cold-side element and hot-side element It may be any shape as long as the current component matches (horizontal (x-axis), vertical (y-axis)). Further, as a characteristic, it is sufficient that the horizontal polarization and the vertical polarization component in the horizontal plane be matched. Any shape may be used as long as the dipole antenna is offset at a predetermined angle with respect to the horizontal plane and arranged at predetermined intervals so as to be point symmetric with respect to the feeding point.
Specifically, FIG. 1F shows a modification of the shapes of the hot side element and the cold side element. When viewed from the top of the antenna, it has a line-symmetrical shape with respect to 0 degree (longitudinal (y-axis)), and the length also when viewed from 0 degree (y-axis) and 90 degrees (horizontal (x-axis)) direction As long as it has a shape, it may be any shape such as a bowl shape, a diagonal line, a circular arc, or a polygon. Then, the hot side element and the cold side element are offset at a predetermined angle on the front side and the rear side at the front side and the back side as a substrate, so that the current components of the hot side element and the cold side element It is within the scope of the present invention to have a configuration in which both the vertical (z-axis) direction and the horizontal (x, y-axis) direction coincide with each other.
Further, although the feed portion, the hot side element and the cold side element are provided on the substrate in the present embodiment, if the respective feed portions and elements are arranged in a predetermined positional relationship with respect to the horizontal plane corresponding to the position of the substrate, There is no need for a substrate.

続いて、実施例1のアンテナの水平面内の円偏波の軸比について測定結果を図2に示す。
中心周波数(fc)では、その値は、1[dB]以下となっており、水平面内に到るところ良好な円偏波が送出されていることが分かる。また、中心周波数に対して上下10%の比帯域においても軸比が2[dB]以下となっており、十分に良好な円偏波になっていることが分かる。
Then, the measurement result is shown in FIG. 2 about the axial ratio of the circular polarization in the horizontal surface of the antenna of Example 1. FIG.
At the center frequency (fc), the value is 1 [dB] or less, and it can be seen that good circular polarization is transmitted in the horizontal plane. In addition, the axial ratio is 2 [dB] or less also in the relative bandwidth of 10% above and below the central frequency, and it can be seen that the circularly polarized wave is sufficiently good.

実施例1では、平行給電線を用い、ホット側、コールド側をそれぞれ給電線路40から供給するアンテナについて説明した。実施例2では、スペーサ50のプリント配線基板上に形成されたマイクロストリップラインを用いて、ホット側給電点10の1点給電で、それぞれ2つのホット側素子、コールド側素子を給電するアンテナについて説明する。
実施例2の円偏波無指向性アンテナの外観は、図3A〜Fに示す。
図3Aは、アンテナを斜め上方より見た図、図3Bは、アンテナを斜め下方より見た図、図3Cは上面図、図3Dは正面図、図3Eは側面図、図3Fは下面図である。
In the first embodiment, an antenna in which the hot feed side and the cold feed side are supplied from the feed line 40 using the parallel feed line has been described. In the second embodiment, an antenna for feeding two hot-side elements and two cold-side elements at one point feeding of the hot-side feeding point 10 using a microstrip line formed on the printed wiring board of the spacer 50 will be described. Do.
The appearance of the circularly polarized omnidirectional antenna of Example 2 is shown in FIGS.
3A is a view of the antenna viewed obliquely from above, FIG. 3B is a view of the antenna viewed obliquely from below, FIG. 3C is a top view, FIG. 3D is a front view, FIG. 3E is a side view, and FIG. is there.

図3A,Bを参照すると、ホット側素子121,122は、プリント配線基板表面側から斜め上方に向かって、5つ折りで円弧状に形成されている。反対に、コールド側素子131,132は、プリント配線基板裏面側から斜め下方に向かって、5つ折りで円弧状に形成されている。ホット側素子121,122は、それぞれ、接続点121A、122Aで給電ラインA1,A2と接続されている。
また、コールド側素子131,132は、それぞれ、接続点131B、132Bで給電ラインB1,B2と接続されている。そして、給電ラインA1,A2,B1,B2は、共通の給電点Oの1点で給電ケーブルのホット側に接続されている。
Referring to FIGS. 3A and 3B, the hot-side elements 121 and 122 are formed in an arc shape in a five-fold manner from diagonally upward from the surface side of the printed wiring board. On the contrary, the cold-side elements 131 and 132 are formed in an arc shape in a five-fold manner from diagonally downward from the back surface side of the printed wiring board. The hot elements 121 and 122 are connected to the feed lines A1 and A2 at connection points 121A and 122A, respectively.
The cold-side elements 131 and 132 are connected to the feed lines B1 and B2 at connection points 131B and 132B, respectively. The feed lines A1, A2, B1 and B2 are connected to the hot side of the feed cable at one point of the common feed point O.

給電ケーブルのコールド側は、プリント配線基板の裏面のグランド51に接続され、給電ラインA1,A2,B1,B2を、プリント配線基板の表面に形成することにより、ストリップラインを構成している。
また、ホット側素子及びコールド側素子の両方が、給電ケーブルのホット側に接続されてため、ホット側素子と、コールド側素子の励振を180°位相反転させなければならない。そのため、ホット側給電ラインA1,A2よりコールド側給電ラインB1,B2が使用周波数帯域の中心周波数におけるストリップラインの管内波長をλとするとλ/2だけ配線長さを長くするためにミアンダ配線部B1M,B2Mを設けている。
以上のように、ストリップラインで給電系を構成した。
The cold side of the feed cable is connected to the ground 51 on the back surface of the printed wiring board, and the feed lines A1, A2, B1 and B2 are formed on the surface of the printed wiring board to form a strip line.
Further, since both the hot side element and the cold side element are connected to the hot side of the feed cable, the excitation of the hot side element and the cold side element must be 180 ° phase-reversed. Therefore, the hot side power supply line A1, A2 from the cold side power supply line B1, B2 meander line in order to lengthen only the wiring length when the guide wavelength of the stripline and λ g λ g / 2 at the center frequency of the use frequency band Parts B1M and B2M are provided.
As described above, the feed system was configured by the strip line.

次に、実施例2のアンテナの具体的な設計形状を説明する。
図3Cの上面図を参照すると、アンテナの円形の直径は、自由空間波長λで規格化すると、0.21λである。ホット側素子、コールド側素子は長さ0.25λ(1/4λ)となっている。また、図3Eを参照すると、ホット側素子、コールド側素子はそれぞれプリント配線基板からの高さが0.08λで、その時それぞれの素子は、プリント配線基板と約20°の角度を有している。
Next, a specific design shape of the antenna of the second embodiment will be described.
Referring to the top view of FIG. 3C, the circular diameter of the antenna is 0.21 λ, normalized to the free space wavelength λ. The hot side element and the cold side element have a length of 0.25 λ (1/4 λ). Further, referring to FIG. 3E, the hot side element and the cold side element each have a height of 0.08 λ from the printed wiring board, and each element has an angle of about 20 ° with the printed wiring board at that time.

次に、上記設計パラメータで作られたアンテナの指向特性を図4に示す。
実線が水平面内指向性で、きわめて平坦で水平面内無指向性であることが分かる。これに対して、一点鎖線の垂直面内指向性は、垂直方向である。0°,180°で非常にシャープに利得が落ちている。このアンテナ単体では、垂直面内指向性は、±50°(-3dB)であり、水平面方向に主として円偏波を放射していることが分かる。
Next, the directivity characteristic of the antenna made from the above design parameters is shown in FIG.
It can be seen that the solid line is directional in the horizontal plane, extremely flat and omnidirectional in the horizontal plane. On the other hand, the vertical in-plane directivity of the dashed-dotted line is the vertical direction. The gain drops very sharply at 0 ° and 180 °. With this single antenna, the directivity in the vertical plane is ± 50 ° (−3 dB), and it can be seen that circular polarization is mainly radiated in the horizontal direction.

<コーリニアアレイアンテナ>
次に実施例1のアンテナをコーリニアアレイ化したものについて説明する。
図5は、図1に示した円偏波無指向性アンテナ3つを縦に積層してアレイ化する様子を示している。なお、図中右旋水平、左旋垂直と記載されているが、これは図7で改め説明するが、それぞれ右旋偏波アンテナでホット、コールド側素子を折り返しダイポールとすることで、水平偏波アンテナとして用いること、左旋偏波アンテナでホット、コールド側素子の斜行部の角度を大きくすることにより、垂直偏波アンテナとして用いることを表している。
図5の中部素子アンテナ100Mの形状は、折り返しダイポールアンテナで、水平面内の全方向において垂直偏波成分より、水平偏波成分が大きくなるように、ダイポールアンテナの素子形状及び前記立ち上がり角度を設定している。また、上部素子アンテナ100Tと、下部素子アンテナ100Bの形状は、水平面内の全方向において水平偏波成分より、垂直偏波成分が大きくなるように、ダイポールアンテナの素子形状及び前記立ち上がり角度を設定している。
図5の上部素子アンテナ100Tと、下部素子アンテナ100Bは、同じ垂直偏波(左旋アンテナ)の電波が同相で励振され、中部素子アンテナ100Mとその他のアンテナは,別の水平偏波(右旋アンテナ)の電波が励振される。各アレイ素子アンテナは、図6に示すようにトーナメント方式により各素子アンテナが同相で励振されるように配線されている。図6は、8素子のアレイアンテナの構成例を示している。このトーナメント方式の分配を各素子アンテナの基板内に設けられた分配ラインD1〜D6を用いて行っている。なお、図5は、図6の破線部の構成を図示している。図5では、上部、下部素子アンテナ100T,100Bに対して、中部素子アンテナの分配ラインD3を用いて給電することについて説明する。
<Colinear array antenna>
Next, a collinear array antenna of the first embodiment will be described.
FIG. 5 shows how three circularly polarized nondirectional antennas shown in FIG. 1 are vertically stacked and arrayed. In the figure, right-handed horizontal and left-handed vertical are described, but this will be explained in a retrospective manner in Fig. 7. However, by making the hot-side and cold-side elements into folded dipoles with the right-handed polarization antenna, respectively, horizontal polarization The use as an antenna, and the use as a vertical polarization antenna by increasing the angle of the oblique portion of the hot and cold side elements with a left-handed polarization antenna, are represented.
The shape of the middle element antenna 100M in FIG. 5 is a folded dipole antenna, and the element shape of the dipole antenna and the rising angle are set so that the horizontal polarization component becomes larger than the vertical polarization component in all directions in the horizontal plane. ing. Further, the shapes of the upper element antenna 100T and the lower element antenna 100B are set to the element shape and the rising angle of the dipole antenna so that the vertical polarization component becomes larger than the horizontal polarization component in all directions in the horizontal plane. ing.
In the upper element antenna 100T of FIG. 5 and the lower element antenna 100B, radio waves of the same vertical polarization (left-handed antenna) are excited in phase, and the middle element antenna 100M and the other antennas are different horizontally polarized waves (right-handed antenna ) Is excited. Each array element antenna is wired such that each element antenna is excited in phase by the tournament method as shown in FIG. FIG. 6 shows a configuration example of an eight-element array antenna. This tournament type distribution is performed using distribution lines D1 to D6 provided in the substrate of each element antenna. FIG. 5 illustrates the configuration of the broken line in FIG. In FIG. 5, power feeding to the upper and lower element antennas 100T and 100B using the distribution line D3 of the middle element antenna will be described.

まず、図5の上部素子アンテナ100Tには、ホット側素子121T,122Tが、ホット側給電A1T,A2Tを介してホット側給電点10Tから給電される。同様に、下部素子アンテナ100Bには、ホット側素子121B,122Bが、ホット側給電A1B,A2Bを介してホット側給電点10Bから給電される。
中部素子アンテナ100Mの基板表面には、分配ラインD3,D4が設けられている。なお、この分配ラインD3,D4はインピーダンス整合をとるために、配線長は、λg/4に設定されている。なお、図中の中部のアンテナ100M のアンテナ素子部は、上部、下部素子アンテナ100T,100Bと異なり、水平偏波を主偏波とするため折り返しダイポールアンテナとなっている。
励振源からトーナメント方式で分配されてきた給電ラインは、分配ラインD3の給電点FD2に接続される。そして、分配ラインD3の別の端部のFD1から、上部素子アンテナ100Tの給電点10T及び下部素子アンテナ100Bの給電点10Bへ接続される。このようにして、左旋偏波の上部素子アンテナ100Tと下部素子アンテナ100Bに給電が行われる。
一方、右旋偏波のアンテナ100Mについては、上部素子アンテナ100Tに設けられた分配ラインD2の端部FD3から中部素子アンテナ100Mの給電点10Mに接続される。
図6に示すように分配ラインD2,D3を素子アンテナ100T,M,B上に配置することで巧みにアレイアンテナが構成されている。
First, the hot elements 121T and 122T are fed to the upper element antenna 100T of FIG. 5 from the hot feed point 10T via the hot feeds A1T and A2T. Similarly, to the lower element antenna 100B, the hot elements 121B and 122B are fed from the hot feed point 10B via the hot feeds A1B and A2B.
Distribution lines D3 and D4 are provided on the substrate surface of the middle element antenna 100M. The wiring length of the distribution lines D3 and D4 is set to λ g / 4 in order to achieve impedance matching. Unlike the upper and lower element antennas 100T and 100B, the antenna element portion of the antenna 100M in the middle of the figure is a folded dipole antenna in order to use horizontal polarization as main polarization.
The feed line distributed in a tournament manner from the excitation source is connected to the feed point FD2 of the distribution line D3. Then, the FD 1 at the other end of the distribution line D3 is connected to the feeding point 10T of the upper element antenna 100T and the feeding point 10B of the lower element antenna 100B. In this manner, power is supplied to the upper element antenna 100T and the lower element antenna 100B of the left-handed polarization.
On the other hand, the antenna 100M of right-handed polarization is connected from the end portion FD3 of the distribution line D2 provided on the upper element antenna 100T to the feeding point 10M of the middle element antenna 100M.
By arranging the distribution lines D2 and D3 on the element antennas 100T, M and B as shown in FIG. 6, an array antenna is skillfully constructed.

図7(a)には、隣り合う円偏波アンテナを水平、垂直の直線偏波アンテナとして励振した場合のアンテナの結合量を示す。もともと、実施例1の素子アンテナは、垂直面内指向性は垂直方向がほとんど放射しないことから、各素子アンテナの分離がとれている(図4)。そして、本発明の円偏波アンテナの分離が高いので、それを示すために敢えて、水平、垂直の直線偏波で励振した。2つの素子アンテナの距離は、0.6λである。図7(a)からは、点線で表される同一偏波同士(例えば、左旋偏波アンテナ(ex.上部素子アンテナ100T)を垂直偏波で励振し、別の左旋偏波アンテナ(ex.下部素子アンテナ100B)で垂直偏波を受信した場合)であっても、中心周波数(fc)に対して上下10%の比帯域において、結合量は-15〜-20[dB]程度と非常に小さくなっている。実線で表される異なる偏波同士(例えば、左旋偏波アンテナ(ex.上部素子アンテナ100T)を垂直偏波で励振し、右旋偏波アンテナ(ex.中部素子アンテナ100M)で水平偏波を受信した場合)では、-35〜-42[dB]という非常に低い結合量となっている。これは、通常の垂直偏波ダイポールアンテナと、水平偏波ダイポールアンテナとを隣接した場合の結合量が-20[dB]程度であるから、さらに20[dB]も低いこととなる。本発明のアンテナが、形状としてロープロファイルであって、さらに放射方向が水平方向であることから、縦方向にアレイ化するのに好適であることが示された。
また、異偏波でありながら、同様の指向性が得られることから、MIMO用アンテナとしても利用可能である。
FIG. 7A shows the coupling amount of adjacent circularly polarized antennas when excited as horizontally and vertically linearly polarized antennas. Originally, in the element antenna of Example 1, the vertical in-plane directivity hardly radiates in the vertical direction, so that the element antennas are separated (FIG. 4). And since the separation of the circularly polarized antenna of the present invention is high, it was excited with horizontal and vertical linearly polarized waves to show it. The distance between the two element antennas is 0.6λ. From FIG. 7 (a), the same polarized waves (for example, left-handed polarized antenna (ex. Upper element antenna 100T) represented by dotted lines are excited with vertical polarization, and another left-handed polarized antenna (ex. Lower) Even when vertically polarized waves are received by the element antenna 100B), the coupling amount is as small as about -15 to -20 [dB] in a ratio band of 10% above and below the center frequency (fc). It has become. The different polarizations (for example, left-handed polarization antenna (ex. Upper element antenna 100T)) are excited with vertical polarization, and horizontally polarized waves are generated with the right-handed polarization antenna (ex. Middle element antenna 100M). In the case of reception), the coupling amount is very low such as -35 to -42 [dB]. This is because the coupling amount in the case where the normal vertically polarized dipole antenna and the horizontally polarized dipole antenna are adjacent to each other is about -20 [dB], which is further lower by 20 [dB]. It has been shown that the antenna of the present invention is suitable for arraying in the vertical direction because the shape is low profile and the radiation direction is horizontal.
Moreover, the same directivity can be obtained while having different polarization, and therefore, it can also be used as a MIMO antenna.

図7(b)は、次に右旋・左旋の両方の円偏波アンテナをそれぞれ垂直・水平偏波アンテナとして励振した場合の水平面内指向性を示している。実線は右旋偏波アンテナを垂直偏波で励振したときの垂直偏波利得(主偏波)を、点線は、右旋偏波アンテナを垂直偏波で励振したときの水平偏波利得(交差偏波)を、一点鎖線は、左旋偏波アンテナを水平偏波で励振したときの水平偏波利得(主偏波)を、二点鎖線は、左旋偏波アンテナを水平偏波で励振したときの垂直偏波利得(交差偏波)を表している。いずれも、主偏波と交差偏波で、利得が7〜8[dB]程度とれていることが読み取れる。
各アンテナの偏波分離度は高くないが、このアンテナを素子アンテナとしてアレイ化する際に、右旋偏波アンテナを垂直偏波で励振し、左旋偏波アンテナを水平偏波で励振することとすることにより、互いの素子アンテナの結合量を低減させることが可能である。
FIG. 7 (b) shows the directivity in the horizontal plane when the circularly polarized antenna for both right-handed and left-handed rotation is excited as a vertical / horizontally polarized antenna. The solid line indicates the vertical polarization gain (main polarization) when the right-handed polarization antenna is excited with vertical polarization, and the dotted line indicates the horizontal polarization gain (crossing when the right-handed polarization antenna is excited with vertical polarization When the left-handed polarization antenna is excited with horizontal polarization, the one-dot chain line excites the horizontal polarization gain (main polarization) when the left-handed polarization antenna is excited with horizontal polarization, and when the two-dot chain line is excited with the left-handed polarization antenna. Vertical polarization gain (cross polarization) of In both cases, it can be read that the gain is about 7 to 8 [dB] in the main polarization and the cross polarization.
Although the degree of polarization separation of each antenna is not high, when arraying this antenna as an element antenna, the right-handed polarization antenna is excited with vertical polarization and the left-handed polarization antenna is excited with horizontal polarization. By doing this, it is possible to reduce the coupling amount of the element antennas of each other.

次に、右旋偏波用アンテナと90°回転した左旋偏波用アンテナを1組積層して1アンテナユニットを構成し、さらに各アンテナユニットを90°ずつ回転して4アンテナユニットを同軸状に積層することにより8つの素子アンテナのコーリニアアレイアンテナを構成したものを、図8に示す。図8(a)は、斜め下から見た概観図、図8(b)は斜め上から見た概観図である。
図8のように各ユニット毎90°ずつ回転することにより、それぞれの素子アンテナ特性が重ね合わされることにより、水平面内指向性の偏差を無くし水平面内で均一かつ良好な軸比の特性を得ることが可能である。
なお、図8のコーリニアアレイアンテナは、自由空間波長λで規格化すると、1ユニットの高さが0.34λで、ユニット間隔が0.45λである。
図9は、右旋、左旋の異なる偏波のアンテナを同一の方向に間隔0.2λで配置した場合(破線)と、図8のように、各素子アンテナを90°ずつ回転し、間隔0.17λで配置した場合(実線)との結合量を、中心周波数(fc)に対して上下10%の比帯域において比較している。
実施例4のように素子アンテナを90°ずつ回転して配置を用いることにより、素子アンテナの間隔を小さくしても良好な分離特性が得られていることが分かる。
Next, a right-handed polarization antenna and a pair of left-handed polarized antennas rotated 90 ° are stacked to form one antenna unit, and each antenna unit is further rotated 90 ° to make the four antenna units coaxial. A configuration in which a collinear array antenna of eight element antennas is configured by stacking is shown in FIG. FIG. 8 (a) is a schematic view seen from diagonally below, and FIG. 8 (b) is a schematic view seen from diagonally above.
As shown in FIG. 8, by rotating each unit by 90 °, each element antenna characteristic is superimposed, thereby eliminating deviation of directivity in the horizontal plane and obtaining uniform and favorable axial ratio characteristics in the horizontal plane. Is possible.
In the co-linear array antenna of FIG. 8, the height of one unit is 0.34 λ and the unit interval is 0.45 λ when normalized with the free space wavelength λ.
In FIG. 9, when antennas with different polarizations of right-handed and left-handed rotation are arranged in the same direction at an interval of 0.2λ (dotted line), each element antenna is rotated by 90 ° as shown in FIG. The amount of coupling with the arrangement in (solid line) is compared in a relative bandwidth of 10% above and below the center frequency (fc).
It can be seen that, by using the arrangement by rotating the element antennas by 90 ° as in Example 4, good separation characteristics are obtained even if the distance between the element antennas is reduced.

次に、実施例4のアンテナの放射特性について図10を用いて説明する。
図10(a)は、実施例4のアンテナの水平面内の軸比を表している。中心周波数(fc)は一点鎖線で、周波数が(fc-10%)が実線、周波数が(fc+10%)が点線で表されている。
これら全てにおいて、2[dB]を下回っている。一般的に軸比は、3[dB]位までは許容されるところ、本実施例は、十分な特性が得られていることが分かる。また、アンテナを90°ずつオフセットして配置することで水平面内指向性の偏差が抑制されて、均一な特性がえられていることが分かる。
次に図10(b)は、4段のコーリニアアレイの指向特性を表している。点線が水平面内指向性で、実線が垂直面内指向性である。垂直面内指向性では、0°、180°で非常にシャープに利得が落ちており、放射方向が水平方向となっていることが分かる。
Next, the radiation characteristic of the antenna of the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10A shows the axial ratio in the horizontal plane of the antenna of the fourth embodiment. The center frequency (fc) is indicated by an alternate long and short dash line, where the frequency is indicated by a solid line (fc-10%) and the frequency is indicated by a dotted line (fc + 10%).
In all these, it is less than 2 [dB]. Generally, the axial ratio is acceptable up to about 3 [dB], and it can be seen that sufficient characteristics are obtained in the present embodiment. Further, it can be understood that the deviation of the directivity in the horizontal plane is suppressed by arranging the antennas offset by 90 °, and uniform characteristics can be obtained.
Next, FIG. 10 (b) shows the directivity of the four-stage collinear array. The dotted line is directivity in the horizontal plane, and the solid line is directivity in the vertical plane. In the vertical in-plane directivity, the gain drops very sharply at 0 ° and 180 °, and it can be seen that the radiation direction is horizontal.

<ダイバーシティ通信システム>
次に、本発明の実施例である円偏波アンテナが適用された右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナを備えるダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図を図11に示す。図11(a)はダイバーシティ通信システムの構成を示すブロック図であり、図11(b)はそのダイバーシティ通信機の構成を示すブロック図である。
地上無線通信回線ではフェージングが存在し、通信距離および通信の安定性に対して大きな妨げになっている。このフェージングに対してマージンを補完するために、送信出力の増大を行うとコストが高くなる。また、送信出力を変更しなければ、伝送レートが制限されるようになる。ダイバーシティは、無線技術の一つであり、電波の相互干渉によるフェージングの影響を防ぐために、複数のアンテナから電波を受信し、質の良い信号を選択したり、信号を合成したりして通信の質や信頼性を上げる技術である。ダイバーシティには、距離を離して設置した複数のアンテナで受信する空間ダイバーシティ、複数の異なった偏波を受信するアンテナを設置する偏波ダイバーシティ、信号伝送を一定時間ずらして複数回行う時間ダイバーシティなどがある。
<Diversity communication system>
Next, FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a diversity communication system including an antenna capable of transmitting and receiving right-handed and left-handed circularly polarized waves to which a circularly polarized antenna according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 11A is a block diagram showing the configuration of the diversity communication system, and FIG. 11B is a block diagram showing the configuration of the diversity communication device.
In terrestrial radio communication links, fading is present, which greatly hinders communication distance and communication stability. In order to compensate for this fading, increasing the transmission power increases the cost. Also, if the transmission power is not changed, the transmission rate will be limited. Diversity is one of the radio technologies, and in order to prevent the effects of fading due to mutual interference of radio waves, radio waves are received from a plurality of antennas, signals of high quality are selected, signals are combined, and so on. It is a technology that raises quality and reliability. The diversity includes space diversity for receiving with a plurality of antennas installed at a distance, polarization diversity for installing antennas for receiving a plurality of different polarizations, and time diversity with a plurality of times of signal transmission offset is there.

図11(a)に示すダイバーシティ通信システムは、右旋の円偏波と左旋の円偏波とを用いる偏波ダイバーシティによるダイバーシティ通信を行うようにされた構成例を示している。このダイバーシティ通信システムは、右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナ140-1を備えるダイバーシティ通信機230-1と、右旋および左旋の円偏波を送受信できるアンテナ140-2を備えるダイバーシティ通信機230−2とを備えている。アンテナ140-1およびアンテナ140-2に、本発明に係るアンテナ1を適用することができる。   The diversity communication system shown in FIG. 11A shows a configuration example in which diversity communication is performed by polarization diversity using right-handed circular polarization and left-handed circular polarization. This diversity communication system includes a diversity communication device 230-1 including an antenna 140-1 capable of transmitting and receiving circularly polarized waves in right and left rotations, and a diversity communication including an antenna 140-2 capable of transmitting and receiving circularly polarized waves in right and left rotations. And a machine 230-2. The antenna 1 according to the present invention can be applied to the antenna 140-1 and the antenna 140-2.

ダイバーシティ通信機230-1及びダイバーシティ通信機230-2の構成は同様とされていることから、代表としてダイバーシティ通信機230-1の構成を示すブロック図を図11(b)に示して説明する。ダイバーシティ通信機230-1は、例えば水位計などからのデータを符号化および変調して送信信号を送出する送信機233と、受信信号を復調および複合化して元のデータとする受信機234と、送信と受信とを切り替える送・受切替器232と、アンテナ140-1が送受信する円偏波の旋回方向を右旋と左旋とで切り替えるアンテナ切替器231と、各部の制御を行うマイクロコントローラ235とで構成されている。
ダイバーシティ通信機230-1の動作を説明するが、各部の動作はマイクロコントローラ235により制御されている。送信時においては、送・受切替器232が送信に切り替えられることから、送信機233より送出された送信信号は、送・受切替器232を介してアンテナ切替器231に送られる。アンテナ切替器231では、例えば右旋の円偏波アンテナに切り替えられて、アンテナ140-1から右旋の円偏波で送信信号が送信される。送信された右旋の円偏波の送信信号は、受信側のダイバーシティ通信機230-2におけるアンテナ240-2で受信され、アンテナ切替器231により右旋の円偏波アンテナで受信された受信信号が送・受切替器232に送られるように切り替えられる。送・受切替器232では受信信号を受信機234に供給するよう切り替える。受信機234で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達している場合は受信可と判断されて、元のデータを受信することができる。
Since the configurations of diversity communication device 230-1 and diversity communication device 230-2 are the same, a block diagram showing the configuration of diversity communication device 230-1 as a representative is shown in FIG. 11 (b) and described. Diversity communication unit 230-1 includes, for example, a transmitter 233 that encodes and modulates data from a water level meter and the like to send out a transmission signal, and a receiver 234 that demodulates and decodes a reception signal to obtain original data, A transmitter / receiver switch 232 for switching between transmission and reception, an antenna switch 231 for switching the turning direction of circular polarization transmitted and received by the antenna 140-1 by right rotation and left rotation, and a microcontroller 235 for controlling each part It consists of
Although the operation of the diversity communication device 230-1 will be described, the operation of each part is controlled by the microcontroller 235. At the time of transmission, since the transmission / reception switch 232 is switched to transmission, the transmission signal transmitted from the transmitter 233 is sent to the antenna switch 231 via the transmission / reception switch 232. The antenna switching device 231 is switched to, for example, a right-handed circularly polarized antenna, and a transmission signal is transmitted from the antenna 140-1 with right-handed circular polarization. The transmitted signal of the right-handed circularly polarized wave transmitted is received by the antenna 240-2 in the diversity communication device 230-2 on the receiving side, and the received signal received by the antenna switch 231 with the circularly polarized antenna of the right-handed rotation Are switched to be sent to the sending / receiving switch 232. The transmission / reception switch 232 switches to supply the reception signal to the receiver 234. If the reception level of the signal received by the receiver 234 has reached a predetermined reception level, it is determined that reception is possible, and the original data can be received.

また、受信機234で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達していない場合は、受信側のダイバーシティ通信機230-2において、左旋の円偏波アンテナで受信された受信信号が送・受切替器232に送られるようにアンテナ切替器231が切り替えられる。これにより、受信機234で受信された信号の受信レベルが、規定の受信レベルに達している場合は受信可と判断して、元のデータを受信することができる。これは、円偏波は反射されると逆旋の偏波になると共に、1回反射された電波のレベルは比較的大きく、逆旋の偏波を受信した方が、受信レベルが高くなる場合があるからである。
このように、ダイバーシティ通信システムでは、以下の(1)ないし(4)の組み合わせで通信を行うことができ、規定の受信レベルが得られるまで以下の(1)ないし(4)の組み合わせに順次切り替えて通信を行うようにしてもよい。
(1)[送信側]右旋円偏波:[受信側]右旋円偏波
(2)[送信側]右旋円偏波:[受信側]左旋円偏波
(3)[送信側]左旋円偏波:[受信側]左旋円偏波
(4)[送信側]左旋円偏波:[受信側]右旋円偏波
なお、ダイバーシティ通信システムでは、規定の受信レベルが得られた際に、受信側が送信側に通信が確立したことを報せるデータを送信するようにしてもよい。
Also, if the reception level of the signal received by the receiver 234 has not reached the specified reception level, the reception signal received by the left-handed circularly polarized antenna in the diversity communication device 230-2 on the reception side is The antenna switching device 231 is switched so as to be sent to the transmission / reception switching device 232. As a result, when the reception level of the signal received by the receiver 234 has reached a predetermined reception level, it is determined that reception is possible, and the original data can be received. This is because when the circularly polarized wave is reflected, it becomes a reverse polarized wave, and the level of the radio wave reflected once is relatively large, and the received level becomes higher if the reverse polarized wave is received. Because there is
Thus, in the diversity communication system, communication can be performed by the combination of the following (1) to (4), and switching to the combination of the following (1) to (4) is sequentially performed until a prescribed reception level is obtained: Communication may be performed.
(1) [Transmission side] Right-handed circular polarization: [Reception side] Right-handed circular polarization (2) [Transmission side] Right-handed circular polarization: [Reception side] Left-handed circular polarization (3) [Transmission side] Left-handed circular polarization: [reception side] left-handed circular polarization (4) [transmission side] left-handed circular polarization: [reception side] right-handed circular polarization When a specified reception level is obtained in the diversity communication system Alternatively, the receiver may transmit data to notify the transmitter that communication has been established.

上記したダイバーシティ通信システムでは、降雨や降雨による地面の変化および水田や河川の水位の変化、もしくは、潮位の変化などにより生じるフェージングの影響を低減することが可能である。このことから、水位計のデータを送信する場合には、上記したダイバーシティ通信システムを用いると特に効果を発揮することになる。また、右旋と左旋の円偏波アンテナの物理的な位置が異なることから、空間ダイバーシティとしても機能するため、伝搬路の相関性が下がり、偏波ダイバーシティおよび空間ダイバーシティの双方の効果が得られ、フラットフェージングだけでなく、車等の遮蔽等に基づく選択性フェージングにも効果を発揮し安定した通信が可能となる。なお、本発明の、本発明の円偏波アレイアンテナ1を、図11の第1局のアンテナ140-1、第2局のアンテナ140-2に適用した通信システムについて説明したが、本発明のアンテナを両方の局に適用しなくても十分に効果を発揮するものである。   In the above-described diversity communication system, it is possible to reduce the effects of fading caused by rainfall or changes in the ground due to rainfall, changes in the water level of paddy fields or rivers, or changes in tide level. From this, when transmitting the water gauge data, the use of the above-described diversity communication system is particularly effective. In addition, since the physical positions of the circularly polarized antennas for right-handed and left-handed ones are different, they also function as space diversity, so the correlation of the propagation path is lowered, and the effects of both polarization diversity and space diversity are obtained. Not only flat fading, but also selective fading based on shielding of a car or the like is effective, and stable communication becomes possible. The communication system in which the circular polarization array antenna 1 of the present invention of the present invention is applied to the antenna 140-1 of the first station and the antenna 140-2 of the second station of FIG. 11 has been described. Even if the antenna is not applied to both stations, the effect is sufficiently exhibited.

10 ホット側給電点
13 コールド側給電点
21,22 ホット側素子
31,32 コールド側素子
50 スペーサ
10 hot side feed point
13 cold side feed point
21, 22 hot side element
31, 32 Cold side element
50 Spacer

Claims (17)

ダイポールアンテナを所定の間隔を隔てて、水平面に対して所定の立ち上がり角度で少なくとも1対対向して設けた水平面内無指向性円偏波アンテナ。   An omnidirectional circularly polarized antenna in a horizontal plane provided with a dipole antenna at a predetermined interval and at least one pair facing each other at a predetermined rising angle with respect to the horizontal plane. 前記ダイポールアンテナは、水平面内の全方向において水平偏波、垂直偏波成分が一致するように、ダイポールアンテナの素子形状及び前記立ち上がり角度を設定したことを特徴とする請求項1に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   2. The horizontal plane according to claim 1, wherein the dipole antenna has an element shape of the dipole antenna and the rising angle so that horizontal polarization and vertical polarization components match in all directions in the horizontal plane. Directional circularly polarized antenna. 前記ダイポールアンテナは、点対称になるよう配置し、
前記ダイポールアンテナは、水平面内の少なくとも2方向から見て垂直、水平方向の電流成分が一致する形状としたことを特徴とする請求項1に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。
The dipole antennas are arranged in point symmetry,
The horizontal omnidirectional circularly polarized antenna according to claim 1, wherein the dipole antenna has a shape in which current components in the vertical and horizontal directions coincide with each other when viewed from at least two directions in the horizontal plane.
前記ダイポールアンテナは、水平面内の全方向において水平偏波成分より、垂直偏波成分が大きくなるように、ダイポールアンテナの素子形状及び前記立ち上がり角度を設定したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   4. The dipole antenna according to claim 1, wherein an element shape of the dipole antenna and the rising angle are set such that the vertical polarization component is larger than the horizontal polarization component in all directions in the horizontal plane. The horizontal nondirectional circularly polarized antenna according to any one of the above. 前記ダイポールアンテナは、水平面内の全方向において垂直偏波成分より、水平偏波成分が大きくなるように、ダイポールアンテナの素子形状及び前記立ち上がり角度を設定したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   4. The dipole antenna according to claim 1, wherein an element shape of the dipole antenna and the rising angle are set such that a horizontal polarization component becomes larger than a vertical polarization component in all directions in a horizontal plane. The horizontal nondirectional circularly polarized antenna according to any one of the above. 前記ダイポールアンテナは、基板を挟んで直流的に分離して設けられ、ホット側素子は基板表面側に、コールド側素子は基板裏面側にオフセットして設けたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   The dipole antenna is provided so as to be separated in a direct current sandwiching the substrate, the hot side element is provided on the substrate surface side, and the cold side element is provided on the substrate back surface side so as to be offset. The horizontal nondirectional circularly polarized antenna according to any one of the above. 前記1対のダイポールアンテナは、前記基板上の給電点を中心として点対称位置に配置され、
該給電点からそれぞれ給電部を介して給電されることを特徴とする請求項6に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。
The pair of dipole antennas are arranged in point symmetry with respect to a feeding point on the substrate,
The horizontal omnidirectional circularly polarized antenna according to claim 6, wherein each of the feeding points is fed through a feeding unit.
ホット側給電部は、給電線のホット側と、コールド側給電部は、給電線のコールド側から給電されることを特徴とする請求項6〜7の何れか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   The horizontal side nondirectionality according to any one of claims 6 to 7, wherein the hot side feed section feeds power from the hot side of the feed line and the cold side feed section feeds from the cold side of the feed line. Circularly polarized antenna. 前記各給電部は、給電線のホット側から給電され、前記コールド側給電部には、ホット側給電部に対し位相を反転する配線部を設けたことを特徴とする請求項6〜7の何れか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   Each of the feeding parts is fed from the hot side of the feeding wire, and the cold-side feeding part is provided with a wiring part which reverses the phase with respect to the hot-side feeding part. The horizontal omnidirectional circularly polarized antenna according to any one of the items 1 to 4. 前記ダイポールアンテナは折り返しダイポールアンテナであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナ。   The horizontal omnidirectional circularly polarized antenna according to any one of claims 1 to 7, wherein the dipole antenna is a folded dipole antenna. 右旋偏波用、左旋偏波用の請求項1〜10の何れか1項に記載の水平面無指向性円偏波アンテナを素子アンテナとして同軸状に1組積層してアンテナユニットを構成し、
前記アンテナユニットを同軸状に積層したことを特徴とするアレイアンテナ。
An antenna unit is configured by coaxially laminating one set of the horizontal surface omnidirectional circular polarization antenna according to any one of claims 1 to 10 for right-handed polarization and left-handed polarization as an element antenna,
An array antenna characterized in that the antenna units are coaxially stacked.
分配ラインを前記素子アンテナの基板上に形成し、他の素子アンテナに給電することを特徴とする請求項11に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to claim 11, wherein a distribution line is formed on a substrate of the element antenna, and the other element antenna is fed. 前記アンテナユニットを90°ずつ回転して同軸状に積層したことを特徴とする請求項11〜12のいずれか1項に記載のアレイアンテナ。   The array antenna according to any one of claims 11 to 12, wherein the antenna unit is coaxially stacked by rotating the antenna unit by 90 °. 左旋円偏波と右旋円偏波との偏波ダイバーシティ通信システムに用いることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の水平面内無指向性円偏波アンテナ。   11. The in-horizontal surface omnidirectional circularly polarized antenna according to any one of claims 1 to 10, which is used in a polarization diversity communication system of left-handed circularly polarized light and right-handed circularly polarized light. 垂直偏波と水平偏波との偏波ダイバーシティ通信システムに用いることを特徴とする請求項1〜10の何れか1項に記載の水平面内無指向性円偏波アンテナ。   11. The in-horizontal surface omnidirectional circularly polarized antenna according to any one of claims 1 to 10, which is used in a polarization diversity communication system of vertical polarization and horizontal polarization. 請求項1〜10の何れか1項に記載の水平面内無指向性円偏波アンテナを用いた偏波ダイバーシティ通信システム。   A polarization diversity communication system using an omnidirectional circular polarization antenna in a horizontal plane according to any one of claims 1 to 10. 請求項11〜13の何れか1項に記載のアレイアンテナを用いた偏波ダイバーシティ通信システム。   A polarization diversity communication system using the array antenna according to any one of claims 11 to 13.
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