JP2020155983A - 直交アンテナ装置及びその受信信号合成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】到来電波の偏波面及び直交アンテナを構成する２つのアンテナの偏波面の角度に応じて最大の受信強度を得ることができる直交アンテナ装置及びその受信信号合成方法を提供する。【解決手段】直交アンテナ装置１は、第１のアンテナ１１と、第１のアンテナ１１に直交する第２のアンテナ１２と、第１のアンテナ１１の受信信号の位相と、第２のアンテナ１２の受信信号の位相とが一致するよう第１のアンテナ１１の受信信号の位相及び第２のアンテナ１２の受信信号の位相を調整する移相器１３と、位相が調整された第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルの比率に応じて調整された合成比で合成する合成器１４を有する。【選択図】 図１
Description
本発明は、直交アンテナ装置及びその受信信号合成方法に関する。
例えば特許文献１に開示されているように、アンテナ近傍の物体等による反射の影響を抑え、到来電波の詳細な偏波情報を分析し、測定するのに直交アンテナが用いられている。特許文献１の偏波測定装置は、直交する直線偏波面を有する２つのアンテナにより構成される素子アンテナからの各出力の位相を制御し、その偏波成分を切り換える移相器と、位相が制御された信号を合成する２合成器と、受信ビームを指向させたい方位に対応した位相差を持たせた状態で合成する合成器とを有している。さらに特許文献１の偏波測定装置は、偏波成分を時分割で水平、垂直、右旋、左旋と切り替えて到来電波を受信するアクティブ・フェーズド・アレイ・アンテナ（ＡＰＡＡ）と、該ＡＰＡＡにより受けた到来電波の偏波成分の受信信号強度を時分割で測定する受信機とを具備している。
しかしながら特許文献１の構成では、アンテナ近傍の物体等による反射の影響を抑え、到来電波の詳細な偏波情報を分析し、測定することは可能であるが、特許文献１には、例えば直交アンテナを構成する２つのアンテナの偏波面の角度に応じて受信強度を最大限に強める構成までは開示されていない。
本発明は、到来電波の偏波面及び直交アンテナを構成する２つのアンテナの偏波面の角度に応じて最大の受信強度を得ることができる直交アンテナ装置及びその受信信号合成方法を提供することを主な目的としている。
本発明の１つの側面による直交アンテナ装置は、第１のアンテナと、前記第１のアンテナに直交する第２のアンテナと、前記第１のアンテナの受信信号の位相と、前記第２のアンテナの受信信号の位相とが一致するよう前記第１のアンテナの受信信号の位相及び前記第２のアンテナの受信信号の位相を調整する移相器と、前記位相が調整された前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号を、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号のレベルの比率に応じて調整された合成比で合成する合成器と、を有する。
また本発明の１つの側面による受信信号合成方法は、第１のアンテナの受信信号の位相と、前記第１のアンテナに直交する第２のアンテナの受信信号の位相とが一致するよう前記第１のアンテナの受信信号の位相及び前記第２のアンテナの受信信号の位相を調整し、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号のレベルの比率に応じて合成比を調整し、前記位相が調整された前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号を、調整された前記合成比で合成する。
本発明の上記側面によれば、直交アンテナを構成する２つのアンテナの偏波面の角度に応じて最大の受信強度を得ることができる。
次に例示的な第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態の直交アンテナ装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、直交アンテナ装置１は、第１のアンテナ１１と、第２のアンテナ１２と、移相器１３と、合成器１４を備えている。
第１のアンテナ１１は、受信偏波面が平面のアンテナである。第１のアンテナ１１は、水平面に対して所定の角度、回転した受信偏波面をもつ。
また第２のアンテナ１２は、第１のアンテナ１１と同様、受信偏波面が平面のアンテナである。第２のアンテナ１２は、受信偏波面が、第１のアンテナ１１の受信偏波面に直交するアンテナである。第２のアンテナは、第１のアンテナ１１と同様の角度、垂直面に対して回転した受信偏波面をもつ。
また移相器１３は、第１のアンテナ１１の受信信号の位相と第２のアンテナ１２の受信信号の位相との位相差を検知する。また移相器１３は、第１のアンテナ１１の受信信号のレベルと第２のアンテナ１２の受信信号のレベルとの比率を検知する。移相器１３は、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号の位相が一致するよう、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号の少なくとも一方の位相を調整する。
また合成器１４が第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を合成する合成比は、移相器１３によって検知される第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルの比率に応じて調整される。
図２は、第１の実施形態の第１の構成における例を示す図である。第１の構成は、図２に示すように、到来電波の電界面が水平面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合の構成である。到来電波の電界面が水平面であり第１のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合、第１のアンテナの受信信号のレベルは、到来電波の電圧ベクトル成分の１/cos４５°となる。また到来電波の電界面が水平面であり、第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合、第１のアンテナと同様、第２のアンテナの受信信号のレベルは到来電波の電圧ベクトル成分の１/cos４５°となる。したがって本構成では、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルは１：１の比率になる。したがって、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を合成する合成器１４の合成比は１：１の合成比に調整される。本構成例では、合成器１４は、移相器１３によって位相が一致するよう調整された第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を、調整された１：１の合成比で電圧ベクトル合成を行う。このような構成により、到来電波の電界面が水平面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合において、最大限に受信強度を強めることができる。
図３は、第１の実施形態の第２の構成における例を示す図である。第２の構成は、図３に示すように、到来電波の電界面が垂直面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合の構成である。到来電波の電界面が垂直であり、第１のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合、第１のアンテナの受信信号のレベルは、到来電波の電圧ベクトル成分の１／cos４５°となる。また到来電波の電界面が垂直であり第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合、第１のアンテナと同様、第２のアンテナの受信信号のレベルは到来電波の電圧ベクトル成分の１/cos４５°となる。したがって本構成では、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルは１：１の比率になる。したがって第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を合成する合成器１４の合成比は１：１の合成比に調整される。合成器１４は、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を、調整された１：１の合成比で電圧ベクトル合成を行う。このような構成により、到来電波の電界面が垂直面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合において、最大限に受信強度を強めることができる。
図４は、第１の実施形態の第３の構成における例を示す図である。第３の構成は、図４に示すように、到来電波の電界面が水平面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が３０度の場合の構成である。到来電波の電界面が水平面であり、第１のアンテナの受信偏波面の回転角が３０度の場合、第１のアンテナの受信信号のレベルは、到来電波の電圧ベクトル成分の１／cos３０°となる。また到来電波の電界面が水平面であり第２のアンテナの受信偏波面の回転角が３０度の場合、第２のアンテナの受信信号のレベルは到来電波の電圧ベクトル成分の１/cos６０°、すなわち１／２となる。したがって本構成では、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルは√３：１の比率になる。したがって受信信号を合成する合成器１４の合成比は√３：１の合成比に調整される。合成器１４は、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を、調整された√３：１の合成率で電圧ベクトル合成を行う。このような構成により、到来電波の電界面が水平面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が３０度の場合において、最大限に受信強度を強めることができる。
図５は、第１の実施形態の第４の構成における例を示す図である。第４の構成は、図５に示すように、到来電波の電界面が水平面から１５度回転した面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合の構成である。到来電波の電界面が水平面から１５度回転した面であり、第１のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合、第１のアンテナの受信信号のレベルは、到来電波の電圧ベクトル成分の１／cos３０°となる。また到来電波の電界面が水平面から１５度回転した面であり第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合、第２のアンテナの受信信号のレベルは到来電波の電圧ベクトル成分の１/cos６０°、すなわち１／２となる。したがって本構成では、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルは√３：１の比率になる。したがって受信信号を合成する合成器１４の合成比は√３：１の合成比に調整される。合成器１４は、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号を、調整された√３：１の合成比で電圧ベクトル合成を行う。このような構成により、到来電波の電界面が水平面から１５度回転した面であり、水平面に対する第１のアンテナの受信偏波面の回転角及び垂直面に対する第２のアンテナの受信偏波面の回転角が４５度の場合において、最大限に受信強度を強めることができる。
図６は、第１の実施形態の受信信号合成方法を示すフローチャートである。
まず移相器１３が、第１のアンテナ１１と、第１のアンテナ１１に直交する第２のアンテナ１２の受信信号の位相が一致するよう第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号の位相を調整する（ステップＳ１）。
また第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルの比率に応じて第１のアンテナ及び第２のアンテナの受信信号の合成比が調整される（ステップＳ２）。合成器１４は、位相が調整された第１のアンテナ及び第２のアンテナの受信信号を、調整された合成比で合成する（ステップＳ３）。
図７は、図１の合成器の第１の構成を示す図である。第１の構成の合成器１５は、いわゆるハイブリッドカプラ合成器を有する構成である。合成器１５は、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号の合成比にあわせて、例えば図７に示すように、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号に接続される信号ライン１５１、１５２を構成する銅板間の距離を変える距離変更部１５３を備えてもよい。また距離変更部１５３は、例えば、合成器１５の各信号ラインを構成する銅板を絶縁体(樹脂など)で外部から押したり、引いたりする駆動部（図示せず）を備えてもよい。また駆動部としてモーターが使用されてもよい。
図８は、図１の合成器の第２の構成を示す図である。第２の構成の合成器１６は、いわゆるトランスフォーマー型合成器を有する構成である。合成器１６は、図８に示すように、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号の合成比にあわせて第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号に接続される信号ラインのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部を備えている。
具体的には、合成比が１：１の場合、例えば、合成器１６の入力側の２本の信号ライン１６１、１６２のインピーダンスを５９．５オームとし、出力側の信号ライン１６３のインピーダンスが４２オームとされている。ここで合成器１６の合成比を１：２に調整する場合、インピーダンス調整部は、入力側の一方の信号ライン１６１のインピーダンスを例えば７１．８オームに上げ、入力側の他方の信号ライン１６２のインピーダンスを例えば５０．８オームに下げ、出力側の信号ライン１６３のインピーダンスを４１オームに上げることが可能に構成されている。
インピーダンス調整部は、例えば、入力側の一方の信号ライン１６１のＧＮＤを信号ライン１６１から遠ざけて、インピーダンスを例えば７１．８オームに上げる。またインピーダンス調整部は、入力側の他方の信号ライン１６２のＧＮＤを信号ライン１６２に近づけてインピーダンスを例えば５０．８オームに下げる。またインピーダンス調整部は、出力側の信号ライン１６３のＧＮＤを信号ライン１６３から遠ざけてインピーダンスを４１オームに上げる。
合成器１６は、例えば、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号に接続される各信号ラインのGNDを構成する銅板を絶縁体(樹脂など)で外部から押したり、引いたりする駆動部によりインピーダンスを調整できるよう構成されてもよい。また駆動部としてモーターが使用されてもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、第１のアンテナ１１と、第１のアンテナ１１に直交する第２のアンテナ１２の受信信号の位相が一致するよう第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号の位相が調整される。そして、第１のアンテナ１１及び第２のアンテナ１２の受信信号のレベルの比率に応じて第１のアンテナ及び第２のアンテナの受信信号の合成比が調整され、位相が調整された第１のアンテナ及び第２のアンテナの受信信号が、調整された合成比で合成される。
この構成により、直交アンテナを構成する２つのアンテナの偏波面の角度に応じて受信強度を強めることができる。
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
１ 直交アンテナ装置
１１ 第１のアンテナ
１２ 第２のアンテナ
１３ 移相器
１４、１５、１６ 合成器
１５１、１５２ 信号ライン
１５３ 距離変更部
１６１、１６２、１６３ 信号ライン
１１ 第１のアンテナ
１２ 第２のアンテナ
１３ 移相器
１４、１５、１６ 合成器
１５１、１５２ 信号ライン
１５３ 距離変更部
１６１、１６２、１６３ 信号ライン
Claims (4)
- 第１のアンテナと、
前記第１のアンテナに直交する第２のアンテナと、
前記第１のアンテナの受信信号の位相と、前記第２のアンテナの受信信号の位相とが一致するよう前記第１のアンテナの受信信号の位相及び前記第２のアンテナの受信信号の位相を調整する移相器と、
前記位相が調整された前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号を、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号のレベルの比率に応じて調整された合成比で合成する合成器と、
を有する直交アンテナ装置。 - 前記合成器は、ハイブリッドカプラ合成器を有し、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号の合成比にあわせて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号に接続される信号ラインを構成する銅板間の距離を変える距離変更部を有する、
請求項１に記載の直交アンテナ装置。 - 前記合成器は、トランスフォーマー型合成器を有し、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号の合成比にあわせて、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号に接続される信号ラインのインピーダンスを調整するインピーダンス調整部を有する、請求項１に記載の直交アンテナ装置。
- 第１のアンテナの受信信号の位相と、前記第１のアンテナに直交する第２のアンテナの受信信号の位相とが一致するよう前記第１のアンテナの受信信号の位相及び前記第２のアンテナの受信信号の位相を調整し、
前記位相が調整された前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号を、前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナの受信信号のレベルの比率に応じて調整された合成比で合成する、
受信信号合成方法。
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2019
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