JP2732302B2 - 無線方位測定空中線系 - Google Patents

無線方位測定空中線系

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無線方位測定空中線系に関し、特にダイポ
ールタイプの垂直の対アンテナ間の位相差を利用して方
位測定を行なうものに関する。
〔従来の技術〕
方向探知用アンテナは、超短波では通常1対の垂直ア
ンテナを回転し、対になるアンテナ間の受信信号の差を
とる方式のアドコックアンテナが用いられている。また
対アンテナを回転する代わりに、円周上にアンテナを等
間隔に配置するゴニオメータ方式のものがあるが、最近
はダイオードスイッチを利用して巡回的に前記アンテナ
群から1アンテナ対ごとに選択して、その受信信号を受
信機に導くものが主流となっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来のダイオードスイッチにより、対アンテナを切替
える方式は、たとえば第11図のように空中線系を構成す
る。
この例では8本のアンテナ#1〜#8を第11図(a)
のように配置し、同図(b)に示すように対になるアン
テナ(#1,#5),(#2,#6),(#3,#7),(#
4,#8)の出力をそれぞれ0°/180°ハイブリッドカプ
ラ1,2,3,4で、差信号Δ,和信号Σを作成する。和信号
Σは0°ハイブリッドカプラ6で合成し、センス信号と
して用いる。一方差信号ΔはそれぞれダイオードD1〜D4
に導き、ダイオードの切替により巡回的に出力させる。
この切替は同図(c)に示す波形の信号d1〜d4をそれぞ
れダイオードD1〜D4に与えてオンオフさせることで行な
う。t5時間以降、0°/180°ハイブリッドカプラ1〜4
の差信号Δは位相が反転するので、次の反転回路5で位
相を反転させるようにしている。この反転はBM制御信号
の正負の変換により行なう。90°ハイブリッドカプラ7
で、差信号Δの位相を90°変えて、0°ハイブリッドカ
プラ6の出力であるセンス信号と、位相を合わせて出力
することによってカージオイド特性の出力を得ることが
できる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来例は、複数の対アンテナがあっても、ダイ
オードの切替により、等価的にただ1つの対アンテナを
回転させるものであるから、その差信号、和信号は1対
分しか得られず、その受信振幅は小さい。そのため感度
を上げるためには、低雑音・高利得の高周波増幅器が必
要となる。また第11図(b)に示すように、対アンテナ
につきそれぞれ0°/180°ハイブリツドカプラが1個以
上必要となり、それらの振幅・位相特性にバラツキがあ
る場合に方位誤差が生じ易い。またアンテナ相互干渉に
より方位誤差が生じ易い。
本発明の目的は、上記の欠点を除去し、アンテナ利得
が高く、かつ0°/180°ハイブリッドカプラの特性バラ
ツキによる方位誤差を極力少なくすることのできる無線
方位測定空中線系を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、円周上、等間隔に配置された2n個の
アンテナのうち、中心に対して対称になり、かつ互いに
隣接するn′(1<n′n)個の対アンテナの、対向
するアンテナの各電波信号Ai,Bi+n(i=1〜n′)を
それぞれ0°ハイブリッドカプラで合成した信号A,B
を、0°/180°ハイブリッドカプラに加えて和成分信号
と差成分信号に分離した後、上記和成分・差成分信号の
振幅・位相調整をしてから、90°ハイブリッドカプラで
合成する構成を有するもので、前記n′個の対アンテナ
を巡回的に、1アンテナ対ずつずらして前記アンテナ群
から選択受信し、カージオイド特性を得るようにしてい
る。
〔作用〕
2n個のアンテナが円周上に配置され、角度基準を#1
のアンテナとし、方位角θの電波が到来すると、#1の
アンテナの誘起電圧は、 e0=heE0ej(wt+2π/λ・s/2・cosθ) となる。ここでsはアンテナ対のスパン,heはアンテナ
実効長,E0ejwtはアンテナ群の中心点における到来電波
角である。
上式で、方位測定に関する項は e′(1)=e+j・π/λ・s・cosθ=1+jπ/λ・s・c
osθ と近似(s/λ≪1)されるものとする。
アンテナ#1と対になるアンテナ#(n+1)の項は e′(n+1)=e-j・π/λ・s・cosθ=1−jπ/λ・
s・cosθ したがって e′(1)−e′(n+1)=2jπ/λ・s・cosθ
(1) e′(1)+e′(n+1)=2 (2) このように差信号をとると8の字特性が、また和信号
をとるとセンス特性があらわれる。
本発明では、複数のn′対アンテナを回転して受信す
るので、各対アンテナについて(1)式に相当した差信
号 2jπ/λ・s・cos(θ−π/n・i)を合成したもの
になり、(2)式に相当した和信号は2n′となる。ここ
でi=1〜n′であって、対アンテナ番号を示す。一般
に合成される対アンテナの数を増加すれば感度が増大す
る。
しかし、上記はs/λ≪1の場合でs/λが無視できない
場合には(1),(2)のように単純化されない。そこ
で、対アンテナを複数個まとめて処理する本発明の場合
につき、数値計算による例示を行なうことにする。第11
図(a)に示す8本のアンテナで、その中心からの距離
(s/2)が0.5mの場合について、f=200MHzについて指
向特性を計算し、その結果を第3図に示す。この例では
対アンテナ4個をまとめて、アンテナ#1,アンテナ#8
の中間を到来電波の方向とし、その方向を基準角度とし
た指向特性を示す。この指向特性は実施例で後記する第
2図のアンテナ信号切替タイムチャートのt2の状態、す
なわち#1,#2,#7,#8の各処理と、#5,#6,#3,#4
の各出力とを、それぞれ0°ハイブリッドカプラで合成
した状態から、アンテナ群を一回転したときの合成出力
を和成分,差成分に分離した各信号を示している。ここ
で一点鎖線で示した円は単純に8個のアンテナの出力を
合成した振幅を示す。
一方第4図は比較のため同じ条件で巡回させる対アン
テナが1個でアンテナ#1を到来電波の方向とし、その
方向を基準角度とした指向特性を示し、第11図(c)の
アンテナ信号切替タイムチャートのt1の状態からアンテ
ナを1回転したときの和成分,差成分に分離した各信号
を示す。
上記例ではs=1m,f=200MHzであってs/λは0.66とな
り、対アンテナが1個の場合には、和信号,差信号とも
振幅が小さく、かつs/λによる歪みが大きくなることが
わかる。それに対し、対アンテナが4個の場合には差信
号の振幅が大きく、歪が小さいことがわかる。また和信
号の振幅も歪みが生じないので両者の振幅調整により良
好なカージオイド特性を得られることがわかる。
f=50MHzで、s/λが0.17とその条件がゆるくなる場
合について、第5図に測定する対アンテナが4個の場合
を、第6図に対アンテナが1個の場合のデータを示す。
この場合でも対アンテナが1個の場合には歪がさけられ
ないことがわかる。
〔実施例〕
以下の、図面を参照して、本発明の一実施例につき説
明する。第1図は8本のアンテナ(2n=8)の場合のア
ンテナ受信系の構成を示す。アンテナ配置は第11図
(a)と同様である。アンテナ群10のアンテナ#1〜#
8の各出力は、フィーダに設けたダイオードを時間的に
オン・オフしてその受信信号を信号合成回路に導く。
各アンテナ出力は2分岐して0°ハイブリッドカプラ
12,13にそれぞれコンデンサ,ダイオードを介して入力
する。コンデンサ,ダイオード群は、切替回路11を構成
し、ダイオードd1,d1′,d2,d2′,d8,d8′は、第2
図のタイムチャートで示される制御クロック1,
1′,l2,l2′,……l8,l8′でオンオフされる。このタ
イムチャートでわかるように、各単位時間ごとに4個の
対アンテナのそれぞれの一方のアンテナを0°ハイブリ
ッドカプラ12,13で合成する。この合成は単位時間ごと
に対アンテナを1つずつずらして行なう。
次に、この0°ハイブリッドカプラ12,13の出力A,Bを
0°/180°ハイブリッドカプラ4に入力し、差信号Δ14
a,和信号Σ14bに分離する。差信号14a,和信号14bは振幅
位相調整回路15,16で、信号を調整する。一般に対アン
テナの差信号,和信号の振幅差はs/λが0.25のとき最小
となり、これよりずれると異なってくることや、アンテ
ナ間の干渉により位相が影響をうけるのを調整するため
である。次に、カージオイド特性をうるために、90°ハ
イブリッドカプラで、差信号14aを90°ずらして和信号1
4bと合成する。合成出力17aは第10図に示すような信号
波形となる。
方位測定機としての全体の構成を、第7図に示す。第
1図に示した回路は、この図においてアンテナを含む切
替合成回路20であって、その出力を受信回路21で検波出
力し、信号処理回路22でt1〜t8に対応した検波信号を基
にフーリエ級数展開により方位角度を求め、CRT等の表
示装置23に周知の技術で方位を表示させる。ここで信号
処理回路22から切替信号22aが切替合成回路20に送られ
る。
上述の測定装置では、CRTに表示するようにしている
が、方位の角度を数値表示をすることもできる。第7図
において、切替合成回路20のうち、0°/180°ハイブリ
ッドカプラ14と90°ハイブリッドカプラ17との間に第8
図に示すようにスイッチ18,19を設け、その切替により
差信号14aのみとおす。この差信号14aから特開昭60-933
63号公報「無線方位測定方法」に示すように、フーリエ
級数展開した係数の比から位相を求め電波の方向を数値
的に求める。次にスイッチ18,19をもとに戻し、和信号
を加えることで真方向の現象判定をする。第8図の場
合、差信号のみで電波の方向を求めるので振幅位相調整
回路15a,15bは極めて簡単になる利点がある。
別の実施例として、和信号の出力を使用しないで、別
に配置した垂直無指向性アンテナの出力を利用すること
ができる。このアンテナは円周に配置されたアンテナ群
の中心に配置し、その出力を第9図に示すように、90°
ハイブリッドカプラ17の一方の入力とする。0°/180°
ハイブリッドカプラ14の和信号14bの出力はs/λが約0.7
7の場合には零になり、電波の到来方向を求めることが
できなくなるが、この実施例では上記の欠点がないので
s/λが1に近くなるまで誤差が少ない測定が可能にな
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、円周上に配置したア
ンテナ群の中心に対して対称な対アンテナを複数個まと
めて、ダイオードスイッチにより、この対のアンテナの
組を巡回的に回転させて、組としてまとめた対アンテナ
の信号から和信号と差信号を分離して方位測定に用いる
ものである。これによって、一対の対アンテナのみを巡
回的に回転させる従来技術に対し、極めて感度が良く、
またアンテナ相互の干渉による誤差に対して、信頼性の
高い方位測定が可能とになる。
上記の和信号,差信号は振幅・位相調整をすることに
より得たカージオイド特性(t1〜t8に対応した検波信
号)からフーリエ級数展開により方位角度を得てCRT等
に表示することができる。また差信号のみから方位信号
を解析的に得て、和信号を象限判定のみに使用する構
成、あるいは和信号として別に設けた1本のアンテナの
センス信号出力を利用する構成も、本発明により得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例のアンテナ受信系の構成
図、第2図は第1図のアンテナ信号切替タイムチャー
ト、第3図,第4図は4個の対アンテナを回転させた場
合について差信号,和信号を計算し表示した指向性パタ
ーンを、周波数を代えて表示した図、第5図,第6図は
比較のため1個の対アンテナを回転させた場合について
差信号,和信号を計算し表示した指向性パターンを、周
波数を代えて表示した図、第7図は方位測定機の概略構
成図、第8図,第9図はアンテナ受信系の一部を変形し
た実施例の要部回路図、第10図は90°ハイブリッドカプ
ラの出力17aの信号波形の一例、第11図は従来例のアン
テナ受信系の説明図である。 10……アンテナ群(アンテナ#1〜#8からなる)、11
……ダイオード切替回路、12,13……0°ハイブリッド
カプラ、14……0°/180°ハイブリッドカプラ、15,16
……振幅位相調整回路、17……90°ハイブリッドカプ
ラ、18,19……スイッチ、20……切替合成回路、21……
受信回路、22……信号処理回路、23……表示装置。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−169002(JP,A) 特開 昭61−136305(JP,A) 特開 昭62−233781(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】円周上、等間隔に配置された2n個のアンテ
    ナのうち、中心に対して対称になり、かつ互いに隣接す
    るn′(1<n′n)個の対アンテナの、対向するア
    ンテナの各電波信号Ai,Ai+n(i=1〜n′)をそれぞ
    れ0°ハイブリッドカプラで合成した信号A,Bを、0°/
    180°ハイブリッドカプラに加えて和成分信号と差成分
    信号に分離した後、上記和成分・差成分信号の振幅・位
    相調整をしてから、90°ハイブリッドカプラで合成する
    構成を有し、前記n′個の対アンテナを巡回的に、1ア
    ンテナ対ずつずらして前記アンテナ群から選択受信し、
    カージオイド特性を得ていることを特徴とする無線方位
    測定空中線系。
  2. 【請求項2】前記90°ハイブリッドカプラにおいて、合
    成する和成分信号は円周上に配置した2n個のアンテナの
    受信信号による和成分信号でなく、別に設けたセンスア
    ンテナの信号であることを特徴とする請求項1記載の無
    線方位測定空中線系。
  3. 【請求項3】前記0°/180°ハイブリッドカプラの出力
    である差成分信号からフーリエ級数展開により方向角を
    定め、次に和成分信号を加えて象限判定を行なうことを
    特徴とする請求項1記載の無線方位測定空中線系。
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