JP3058007B2 - アンテナ給電装置 - Google Patents

アンテナ給電装置

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JP3058007B2
JP3058007B2 JP6119420A JP11942094A JP3058007B2 JP 3058007 B2 JP3058007 B2 JP 3058007B2 JP 6119420 A JP6119420 A JP 6119420A JP 11942094 A JP11942094 A JP 11942094A JP 3058007 B2 JP3058007 B2 JP 3058007B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体通信等に使用さ
れる回転可動アンテナのアンテナ給電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】移動体アンテナにおいては、移動中にア
ンテナのビームを常に所定の衛星方向に保持するため
に、アンテナの方向が自在に可動である必要がある。特
に車輌搭載アンテナでは、仰角の変位は比較的小さく、
アンテナビームを垂直方向に広くするなどの手段によっ
ても追従できるが、水平方向の方位角は移動により大き
くかつ高速で変化するため、高速かつ高精度の自動追尾
が必要である。このため、受信信号から方向ずれを検出
するモノパルス追尾方式が適当と考えられる。
【0003】モノパルス追尾の一例として対称な放射系
を水平方向に並べ、各々の放射系相互間における受信信
号の差分を追尾誤差信号とする方式がある。図3により
この原理を説明する。図3(a)はその系統図を示す。
アンテナの指向方向と電波の到来方向に角度ずれθがあ
る場合、2つの放射系11,12への受信波には±l
(アルファベットの小文字のエル)伝搬路長差が生じ、
受信電界に位相差が生じる。この2つの受信電界をマジ
ックT等のハイブリッド回路60で合成すれば同相成分
は和信号(Σ)、逆相成分は差信号(Δ)として出力さ
れる。
【0004】図3(b)は和信号Σ、差信号Δの角度振
幅特性を示したもので、差信号Δは左右対称でアンテナ
軸上ではヌル点となり、両側のピークまでは指向変位に
対応して増加する。また図3(c)は差信号Δの位相特
性を示したもので、左右で反転する(位相差180°)
特性となる。従って差信号の位相により変位の方向が、
振幅により変位の大きさが検出でき、瞬時に所期の方向
へ指向制御が可能である。
【0005】このモノパルス追尾方式を用いるために
は、2系統の受信信号が必要である。また、送信信号も
合わせ3系統の信号を回転部と固定部間で伝送する必要
がある。送受信装置や追尾制御装置等の一切を回転部に
設置し、低周波の信号で回転結合する方法も考えられる
が、回転部の重量負荷をできる限り軽減するためには、
これらの装置は固定側に設置するのが望ましい。このた
めには受信2系統、送信1系統の3信号を高周波で伝送
する回転結合器が必要である。また、全方位に連続して
追尾を行うためには回転結合器はエンドレスに回転可動
でなくてはならない。
【0006】回転結合器としては、同軸線路のTEMモ
ードを用いる方式がよく知られている。例えば、特公昭
−005521に示されるものは、同軸線路を同心円上
に複数個配置する多重同軸線路を用いるものである。し
かしこのような同軸型の回転結合器では、回転部と固定
部の導体同士が直接に接触しなければならないので磨耗
により耐久性に劣り、移動体搭載アンテナのように連続
して高速回転を要する場合には不適である。また、2つ
の放射系の受信信号から和信号、差信号を合成して追尾
を行う場合には、2系統の受信信号の伝送路は同損失・
同位相でなければならないが、多重同軸線路では信号毎
に異なる伝送路を使用するため、この条件は満たされな
い。両信号を等振幅・等位相とするためには片方の信号
に減衰を与える必要があり、アンテナ効率上不利であ
る。
【0007】このような欠点を解決するものとして、円
偏波を用いる回転結合器がある。円偏波は、互いに直交
し90°の位相差を持つ一対の直線偏波の合成であり、
その偏波面は時間的に回転する性質を持つ。このためそ
の偏波特性は回転対称であり、即ち回転位置によらず等
価の信号伝送が可能である。かつ円偏波は右旋・左旋偏
波の二つの直交モードが存在するので、同一周波数で2
信号の同時伝送が可能である。
【0008】円偏波を用いた導波管回転結合器として、
特開昭63−009301に示される従来例がある。図
4によりその構成と原理を説明する。
【0009】図4(a)はその構成図、図4(b)は統
系図を示す。
【0010】円偏波回転結合器は円形導波管回転結合器
30をはさんで接続された一対の円偏波生成回路40,
50から構成される。円偏波生成回路は直交偏分波器4
1,51と円形導波管90゜移相器42,52で構成さ
れ、90゜移相器の移相面は直交偏分波器の偏波面と4
5゜の傾きに設定される。直交偏分波器41のR端子か
ら入力された直線偏波信号は、90゜移相器42を介し
て右旋円偏波に変換され、円形導波管回転結合器30を
通して対向する円偏波生成回路50に伝送される。
【0011】この円偏波信号は、対向する円偏波生成回
路にり直線偏波に逆変換され、R’端子に出力される。
L端子からの入力信号は左旋円偏波信号に変換されて伝
送され、L’端子へ出力される。従って、この図4の円
偏波回転結合器により2系統の高周波信号の同時伝送が
可能であり、更に送受信共用の4端子直交偏分波器を使
用することにより、送受信各々2波の4系統の信号伝送
が可能である。
【0012】図2は円偏波回転結合器を用いてアンテナ
給電装置を構成した一例を示す。受信については放射系
11,12の各々の受信端子を回転部側の円偏波生成回
路50の直交受信端子に接続することによって、固定部
側の直交受信端子へ円偏波に変換・直交偏波に逆変換さ
れて伝送される。固定部側の直交受信端子へマジックT
等のハイブリッド回路60の両対称端子を接続すれば和
信号及び差信号が出力される。
【0013】送信信号については、固定部側に電力等配
器70を備え、等配された送信信号を円偏波回転結合器
40の両送信直交端子に入力することにより、送信信号
は回転部側へ伝送され、一対の放射結電部の送信端子へ
供給される。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】この従来の円偏波回転
結合器を用いたアンテナ給電装置は構成素子数が多く、
寸法が大きくなるという欠点があった。特に移動体アン
テナではできる限り寸法重量の軽減が必要であり軽量小
形化が必須である。
【0015】また、送信・受信各々について2系統の信
号を独立の信号として伝送するためには装置全体として
高い直交性が求められ、2台の円偏波生成回路及び電力
等配器、バイブリッド回路の個々の素子について非常に
高い性能が要求された。特に円偏波生成回路に用いられ
る円形導波管90゜移相器については、送受信両帯域で
動作するものであり、これが二つ対向された場合は各々
の周波数特性が重なって直交性を著しく低下させる。こ
のため、個々の素子で高性能を得るにはそれらの構造や
調整が複雑になり、価格の上昇をまねくという問題点が
あった。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明のアンテナ給電装
置は、水平面一定の規準面内で回転するとともに回転方
向に左右対称に設けられた一対の放射系を有し、これら
放射系の各々の受信電界の同相成分の合成である和分信
号と逆相成分の合成である差分信号とを同時に生成する
ことにより、放射系の指向方向と受信波入射方向に水平
方向の角度ずれがある場合に角度ずれに相関して生ずる
差分信号を検出し、これを方位誤差信号として自動追尾
を行うアンテナ装置の給電装置において、回転軸上に円
形導波管回転結合器を備え、該円形導波管回転結合器の
固定側には、円形導波管90度移相器の一端が接続さ
れ、この円形導波管90度移相器の他端には、円形導波
管から互いに直角方向に矩形導波管を分岐してなる直交
偏分波器が接続されて円偏波生成回路が接続され、該円
形導波管回転結合器の回転側には、円形導波管から互い
に直角方向に矩形導波管を分岐してなる直交偏分波器が
接続され、該直交偏分波器の互いに直交する端子対の一
方に90度移相器が接続され、該放射系対はその一方は
該90度移相器を介し、もう一方は直接に各々該直交偏
分波器の直交端子の各々に接続されることにより、各々
の受信電界の円偏波に合成して正旋の成分として和分信
号を生成するとともに逆旋成分として差分信号を同時に
生成することを特徴とする。
【0017】
【0018】
【作用】対称な放射系へ受信された2つの受信信号は、
互いに90゜の位相差を持ち、各々直交偏分波器の直交
端子に入力されるので、円形導波管内では円偏波に変換
されて固定側へ伝送される。ここで、 アンテナ指向方向
と衛星方向にずれがある場合は2つの放射系への受信信
号に位相差が生じるため、合成円偏波は正旋の和分信号
と逆旋の差分信号が生成される。これらの正旋・逆旋成
分は固定側の円偏波生成回路で互いに直交する直線偏波
に逆変換され、各々和信号及び差信号として出力され
る。
【0019】固定側の円偏波生成回路に入力された送信
信号は、円偏波に変換されて回転側へ伝送され、互いに
90゜の位相差を持つ直交な直線偏波成分として直交偏
分器の直交端子に出力される。さらに両信号間に90゜
の位相を与え、同相同振幅信号として2つの放射系へ入
力される。
【0020】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【0021】図1は本発明の一実施例の系統図である。
アンテナ装置は一対の対称な放射系11,12を備え
る。放射系の方式は特に限らないが一例としてホーンア
ンテナを考える。放射系11,12は水平回転台上に左
右対称に設置せされる。回転台の中心には円形導波管回
転結合器30が備えられ、その回転側には送受共用4端
子直交偏分波器21が接続され、固定側には円偏波生成
回路40が接続される。放射系11,12に受信された
受信信号は、片方は90゜移相器22を通し、直交偏分
波器21の両直交端子に入力される。従って円形導波管
内では互いに直交し90゜の位相差を有する2信号の合
成として円偏波に変換される。
【0022】ここで、アンテナ指向方向と衛星方向にず
れがある場合には、左右の放射系の受信信号に位相差が
生ずる。この位相差を2δとして、左右の放射系への受
信電界は式(1),(2)で示される。
【0023】 E1=Acos(ωt+δ)・・・・・(1) E2=Acos(ωt−δ)・・・・・(2) 90゜移相器を介してE2に90゜位相遅れを与えた場
合は、E2の電界は(2)’で示される。
【0024】 E2=Ecos(ωt−δ−90゜)=Asin(ωt−δ)・・・(2)’ 円形導波管内の電界はE1をx成分、E2’をy成分とし
て下式で示される。
【0025】 Evec=E1ix+E2iy =Acosδ(cosωtix+sinωtiy) (正旋成分) +Asinδ(−sinωtix−cosωtiy) (逆旋成分) ・・・・・(3) 但し、Evec,ix,iyはベクトルである。
【0026】この円偏波信号は固定側の円偏波生成回路
40により直交直線偏波に再変換され、正旋成分は和信
号端子へ、逆旋成分は差信号端子へそれそれ出力され
る。
【0027】固定部側から入力された送信信号は、円偏
波に変換されて回転部へ伝送される。直交偏分波器21
では送信信号は90゜の位相差を持つ直交直線偏波成分
として直交端子に出力される。片方の信号は90゜移相
器23を介して90゜の移相を与えられ、放射系11,
12には同相同振幅の信号として入力される。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、一対
の放射系の入出力に各々90゜の位相差を与え回転部側
の直交偏分波器に接続し、円形導波管回転結合器を介し
て固定部側の円偏波生成回路に接続する構成を採用する
ことによって、回転結合器と、受信については和・差信
号生成回路、送信については電力等配器とを兼ねる事が
できる。即ち、本発明によれば、構成を簡略化し円偏波
回転結合器を用いた場合と同等の機能を得られるため、
寸法・重量の転減が可能である。また、素子数を減らす
事ができるので、各々の素子についても過大な性能を要
求する必要がなく、構造・調整等の簡略化及び価格低減
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の系統図。
【図2】従来の例の系統図。
【図3】モノパルス追尾の原理図。
【図4】従来の円偏波回転結合器の一例を示す構成図お
よび系統図。
【符号の説明】
11,12 放射系 21 直交偏分波器 22,23 90゜移相器 30 円形導波管回転結合器 40,50 円偏波生成回路 41,51 直交偏分波器 42,52 円形導波管90゜の移相器 60 ハイブリッド回路 70 電力等配器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01P 1/17 G01S 7/03 G01S 13/44 H01P 1/06 H01Q 25/02 H01Q 3/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水平面一定の規準面内で回転するととも
    に回転方向に左右対称に設けられた一対の放射系を有
    し、これら放射系の各々の受信電界の同相成分の合成で
    ある和分信号と逆相成分の合成である差分信号とを同時
    に生成することにより、放射系の指向方向と受信波入射
    方向に水平方向の角度ずれがある場合に角度ずれに相関
    して生ずる差分信号を検出し、これを方位誤差信号とし
    て自動追尾を行うアンテナ装置の給電装置において、 回転軸上に円形導波管回転結合器を備え、該円形導波管
    回転結合器の固定側には、円形導波管90度移相器の一
    端が接続され、この円形導波管90度移相器の他端に
    は、円形導波管から互いに直角方向に矩形導波管を分岐
    してなる直交偏分波器が接続されて円偏波生成回路が接
    続され、該円形導波管回転結合器の回転側には、円形導
    波管から互いに直角方向に矩形導波管を分岐してなる直
    交偏分波器が接続され、該直交偏分波器の互いに直交す
    る端子対の一方に90度移相器が接続され、該放射系対
    はその一方は該90度移相器を介し、もう一方は直接に
    各々該直交偏分波器の直交端子の各々に接続されること
    により、各々の受信電界を円偏波に合成して正旋の成分
    として和分信号を生成するとともに逆旋成分として差分
    信号を同時に生成することを特徴とするアンテナ給電装
    置。
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