JP3779071B2

JP3779071B2 - Antenna direction adjustment method

Info

Publication number: JP3779071B2
Application number: JP25346898A
Authority: JP
Inventors: 昭成深見
Original assignee: 深見縫子
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: JP2000155162A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナの方向調整方法に関し、特に、ＵＨＦ、ＳＨＦ、ＥＨＦ等の全ての型式のアンテナの正規反射波存在区間におけるアンテナの方向調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
我が国で商業ベースでのマイクロ波通信が始まった昭和２９年から今日まで、アンテナの方向調整（方調）は、正規反射波の有無にかかわらず、使用予定波あるいは使用帯域内のＣＷ（キャリヤウェーブ、無変調の単一波）で、送信側及び受信側が互いに連絡を取り合い、水平方向（左右）及び垂直方向（上下）において受信電波の電界が最大になるようにその方向を調整し、アンテナを固定することにより行われている。
【０００３】
その後、昭和３０年代の後半頃から我が国のマイクロ波通信の過密化が進み、周波数の有効利用の見地から、垂直及び水平の両偏波共用アンテナの使用が進んだ。このため、アンテナの方向調整には、ＣＷ波単一偏波で電界最大値となるような上下左右のアンテナ調整作業に加えて、クロス比最良値を求める作業が加わった。アンテナ方向調整によるクロス比最良値は、１０Ｋｍ、２０Ｋｍ、…５０Ｋｍ…と遠く離れた送受のアンテナがまさしく正対した時に実現する。
【０００４】
今日では、両偏波用アンテナの場合、ＣＷでの正偏波電界最大値を求める方向調整の作業量よりも、その後に実施するクロス比最良値を求めるための方向調整の作業量の方が、所要時間も困難さも多くなっている。しかも、いくつもの区間で、前者の作業による最良位置と後者の作業による最終固定位置とは、場合によっては微妙に、場合によっては極めて大きく異なる。従って、両偏波アンテナの場合には、正偏波電界最大値を求める左右上下の方向調整作業は、最終段階のクロス比最良値を求める露払い的な作業と今では受け止められている。
【０００５】
一方、我が国は四方を海に囲まれ水田も多いので、まともな反射波を保有する無線区間が多い。この反射波に対するアンテナの上下方向調整時の配慮は極めて素朴である。海面あるいは水田からの反射波は直接波より数度だけ下部方向からアンテナに到来する。そこで、アンテナを上下に動かした場合、電界値のピークは２個でき、その上のピークが直接波の電界であり、下のピークが反射波の電界である。そこで、上のピークにアンテナを合わせることにより上下方向調整を行う。反射点が水田、川、湖水、海であろうと、直接波との反射波の夾角の大小がどのようであろうと、この考え方は昭和２９年以来何等の変更もなく今も生きている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
正規反射波存在区間でのアンテナ方向調整においては直接波のピークと反射波のピークが出現するが、昭和２９年以来今日まで、反射波のピークにあわせてアンテナの姿勢を設定することは避けねばならないとされていた。この技術知見は、全ての場合に誤りとは言えず、正しい場合もある。しかし、実際の無線区間でこのことがあてはまるのは非常に特異な区間のみである。即ち、直接波の電界に反射波の電界が無視できる程の影響しか無い場合のみである。具体的には、直接波と反射波の夾角が大である場合、又は、正規反射波の損失が大である場合である。四方を海に囲まれ水田も多い我が国では、この条件にあてはまる正規反射波存在区間を見い出す方が困難である。
【０００７】
それにもかかわらず、実際には、前述のように、直接波の電界のピークにアンテナを合わせることとして、上下方向調整が行われていた。これは、無定見な周波数を使用しての方向調整（即ち、従来の方向調整）では、合成電界のピークと直接波電界のピーク位置が異なった位置で現出する、という事実が全く明らかにされていなかったことによる。この事実は、この明細書において、本発明者により示される図６、図７の形式の特性により、初めて示されることである。図６、図７については後に詳述する。
【０００８】
なお、このような本発明者による新たな知見により、直接波のピーク値でない位置で合成電界が直接波電界より高く出るのであれば（例えば、図７におけるf=4.8MHz、 -0.3 °の場合）、その位置でアンテナを固定するのが有利ではないかとの考えも出てくる。
【０００９】
しかし、本発明者は、この考えについても、下記の▲１▼〜▲４▼の理由で問題があることを明らかにした。
【００１０】
▲１▼直接波が反射波よりも安定している。
【００１１】
直接波電界と反射波電界の安定差を比較した時、いかなる時も、直接波の方が安定している。何故なら反射波は、反射点損失の変化、直接波と反射波の平均伝搬路高の差からくるフェージング量の違い（この場合は海上と沿岸部に限られてはいるが）から、頻度も量も多い。従って、その変化の度合から合成電界をより安定化させる為には、直接波電界最大値が求まる、相手アンテナ正対位置にアンテナを固定することが望ましい。
【００１２】
▲２▼合成電界最大位置ではＫタイプフェージングが増大する。
【００１３】
アンテナ方向調整時の使用周波数を任意に定めた場合は、図６、図７を参照すると、f=4.8GHzの場合、-0.3°での直接波、反射波の D/U比は1dB 程度であり、図９よりこの場合のＫタイプフェージング（反射波によるフェージング）量は25dBにも達してしまう。伝搬路の条件によれば、その量がさらに増大することも考えられる。方向調整に任意の周波数を使用し、ただひとえに電界最大値を求めて固定することは、このような致命的欠陥を犯すこととなり、過去にこのような事故はいくつか発生をみている。
【００１４】
▲３▼合成電界最大位置では直接波電界変動が増加する。
【００１５】
図６、図７を参照すると、f=4.7GHzで+0.7°に固定した場合、Ｋの変化により反射波との位相差も目まぐるしく変化するが、直接波自体も、例えば± 0.1°到来上下角が変われば1.5dB/P-P だが、相手アンテナに正対している場合はたかだか0.15dB/P-Pと僅少である。しかも直接波電界値自体、+0.7°の場合は正対時よりも2.5dB も低い。
【００１６】
▲４▼合成電界最大位置はクロス特性不良である。
【００１７】
従来通り無定見に方向調整を、電波法的に使用許可になった運用周波数、或るいは運用バンドの中心周波数で実施し、電界（合成）最大値に固定した場合、図７の+0.7°或るいは-0.3°のような場合の、致命的欠陥は、両偏波使用アンテナの場合に極まる。それは、送受アンテナの非正対からくるクロス特性（交叉偏波識別度、弁別比）の不良で、運用不可となる程深刻な場合もあり得る。従って、今日までの正規反射波存在区間の方向調整は、 V（垂直偏波）ならV 、 H（水平偏波）ならH の正偏波最大値を求める方向調整（これを粗調整と呼ぶ）よりも、その後に実施する HからV 、 VからH のクロス比最良値を求める調整（これを精調整と呼ぶ）が、困難を極める事となる。
【００１８】
本発明は、相対向するアンテナが互いに正対した時に合成電界が最大となる周波数を用いて、正規反射波存在区間における方向調整を行うアンテナの方向調整方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンテナの方向調整方法は、直接波電界値、反射波電界値及びこれらの位相差から直接波電界値と反射波電界値の合成電界値を算出し、求めた合成電界値から相対向するアンテナが互いに正対した時に前記合成電界値が最大となる周波数を算出し、実際の正規反射波存在区間において、求めた周波数を用いて相対向するアンテナにおける前記合成電界値が最大となるように、相対向するアンテナの方向調整を行う。
【００２０】
本発明のアンテナの方向調整方法によれば、無定見な周波数を使用しての方向調整では合成電界のピークと直接波電界のピーク位置が異なった位置で現出するという新たな知見に基づいて、前記合成電界値が最大となる周波数を用いて、前記合成電界値が最大となるように、相対向するアンテナの方向調整を行う。これにより、正規反射波存在区間におけるアンテナの方向調整において、いかなる正規反射波存在区間においても、相手アンテナに正対する位置にアンテナを方向調整することができる。従って、従来のように、相手アンテナに非正対の位置に調整されることを防止し、単偏波アンテナの場合に非正対のまま半永久的に運用させられていたミスを除去することができ、両偏波アンテナの場合にクロス比の調整の困難さを著しく改善することができる。
【００２１】
なお、正規反射波は当該アンテナの前方下部の海、水田、山野等からの反射によるが、ＥＨＦの場合のみ稀に当該アンテナの前方左右方向からの正規反射波も存在する。この場合でも、本発明によれば、左右と上下とを置き換えることにより、同様に、相手アンテナに正対する位置に調整することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明者は、正規反射波存在区間のアンテナ方向調整が前述のような従来の方向調整である限り、相手アンテナに対し正対位置に調整することができないことを発見した。本発明の原理を説明する前に、先ず、その事象を具体的に説明することとする。
【００２３】
（正規反射波存在区間の電界）
この明細書で言う電界とは、全てアンテナ利得、自由空間損失、送信電力から求まる絶対受信電力値ではなく、直接波の電界を「１」として、それと比較して表現する値を言う。具体的に説明すれば、絶対直接波電界 -35dBm の時に反射波の存在により絶対合成電界が -32dBm になった場合、合成電界は +3dB と表現する。同様の条件下で絶対合成電界が -39dBm になった場合、合成電界は -4dB と表現する。
【００２４】
この明細書で考察する反射波の存在する区間のプロフィールを図１に示す。図１において、ＴはＴアンテナ（送信空中線）、ＲはＲアンテナ（受信空中線）、θ₁はＲアンテナ側での直接波と反射波との夾角、θ₂はＴアンテナ側での直接波と反射波との夾角、Ｌ₁は直接波の経路長、Ｌ₂は反射波の経路長、Ｐは直接波と反射波の合成電界、ｆは周波数、ｈ₁はＲアンテナの標高、ｈ₂はＴアンテナの標高、Ｄは区間距離、ｄ₁はＲアンテナから正規反射点までの距離、ｄ₂はＴアンテナから正規反射点までの距離である。
【００２５】
このプロフィール区間の電界をベクトル的に表現すれば、図２の通りである。ここで、Ａは、直接波電界の電圧に相当する値で、ＴアンテナとＲアンテナとが正対した時の直接波正常電界値の電圧に相当する値を「１」として比較した値である。Ｂは、反射波電界の電圧に相当する値で、直接波の正常電界値の電圧に相当する値を「１」として比較した値である。
【００２６】
今、絶対直接波電界が -35dBm で、絶対反射波電界が -39.5dBm であれば、
Ａ＝１、
Ｂ＝１０^-4.5/20＝0.595662、
となる。さて、ベクトル図が図２なので、直接波と反射波の合成電界Ｐは次式で計算することとなる。
【００２７】
Ｐ＝２０log （（Ａ＋Ｂ cosρ）²＋（Ｂ sinρ）²）^1/2ｄＢ、
但し、ρ＝（（Ｌ₂−Ｌ₁）／（Ｃ／ｆ））×３６０＋１８０、
（単位は度、Ｃは光速 3×10⁸m ）、
である。ここで、Ｌ₂、Ｌ₁はｈ₁、ｈ₂、Ｄ、ｄ₁、ｄ₂、Ｋ（電波屈折比）を用いて計算により求めることになる。
【００２８】
（反射波存在区間でのアンテナ方向調整時の指向特性）
アンテナをメーカから購入すると、原則としてそのアンテナの近軸指向特性が添付されてくる。パラボラ又はカセグレン型アンテナは形状が左右上下対称であるゆえ、この近軸指向特性は左右も上下も同一指向特性となっている。しかし、ホーン、オフセット等左右と上下が対称形でないアンテナの近軸指向特性は、左右と上下では異なる。アンテナの方向調整時の指向特性は、これら近軸指向特性が計算の元となる。そして、反射波が存在しなければ、アンテナ方向調整時の左右上下指向特性は近軸指向特性と同一となる。しかし、反射波が存在し受信電界がそれに影響されるならば、そうはならない。それを検証する具体的区間を図３とする。使用アンテナを3.6mD オフセットアンテナとし、5GHz帯運用、K=4/3 とする。
【００２９】
今、Ｔアンテナは相手Ｒアンテナに正対しているとする。Ｒアンテナの上下方向角もＴアンテナに対し正対しているものとする。この状態で、Ｒアンテナを左右に方向調整した時の直接波と反射波の指向特性を同一方眼紙にプロットすれば図４となる。
【００３０】
3.6mD オフセットアンテナの左右近軸指向特性（メーカ発行）のピークが、図４の左右０°の位置に一致し、ピーク値が０dBである特性が図４の直接波の左右指向特性である。反射波の左右指向特性は、図４の左右０°の位置でピークとなるが、ピーク値は反射点の反射損失が０dBゆえ、Ｔ側の0.34°分、Ｒ側の0.64°分、あわせて3.6dB （0.8+2.8 ）の負値となる。この図４の直接波と反射波の合成電界Ｐを、図２に関連して示した計算式で、左右１°範囲において 0.1°刻みで計算してプロットしたのが図５である。
【００３１】
今度は、上下方向の方向調整特性を計算することとする。オフセットアンテナゆえ、上下方向の近軸指向特性は左右の近軸指向特性と異なる。直接波と反射波の上下方向の指向特性を図６に示す。直接波の上下指向特性は、3.6mD オフセットアンテナの上下近軸指向特性と同形である。反射波の上下指向特性はＴアンテナへの正対位置より下方0.64°の時に電界最大となる。その電界値は、反射点の損失が0dB ゆえ、Ｔアンテナ側の0.34°分の指向損失分だけ低下した指向特性となる。この図６の直接波と反射波の合成電界を、図２に関連して示した計算式で上下１°範囲（Ｔアンテナへの正対位置より）において 0.1°刻みで計算すると図７となる。図５と図７の特性は、極めて重要な事実を示す。
【００３２】
反射波存在区間でのアンテナの方向調整は、左右（水平）どの周波数で方向調整しようと、電界最大値は左右的に相手アンテナに正対する位置で発生する。しかし、上下方向（垂直）では方向調整に用いる周波数に依存して電界最大値の位置が異なり、上下的に相手アンテナに非正対の位置で電界最大となる。しかも、使用する周波数によっては、反射波は直接波より下部から到来するにもかかわらず、合成電界のピーク位置は直接波方向より上部を向けた時に発生する。
【００３３】
このような事実は、本発明者により、この明細書で初めて明らかにされる事実である。また、図５、図７に示す計算の素データを採取する図４、図６のような直接波、反射波指向特性を同一セクション紙に表現する方法も、この明細書で初めて採用される解析方法である。図７の結果から、反射波があろうとなかろうと、任意の周波数で上下方向のアンテナ方向調整を実施してきた従来のアンテナ方向調整方法は、変更を必要とする。
【００３４】
（本発明の原理）
図７のデータは、4.8GHzでは相手アンテナ正対より下に向けた時に電界ピークが発生し、4.7GHzでは相手アンテナ正対より上に向けた時に電界ピークが発生することを示す。。このことは、方向調整に用いる周波数を（本発明に従って）適切に選べば、相手アンテナに上下的に正対した時に、始めてこれに応じて合成電界のピークを生じさせ得る事を意味している。
【００３５】
アンテナの方向調整作業は危険な高所作業であり、どのような天候でも遂行しなければならず、重量200Kg 前後の金属剛体を上下左右に自由に動かし乾燥空気の気密を保持し1/10mmの精度で位置を固定する等作業が多岐に渡り、多くの電子機器（信号発生器、電測器等）を用いて刻々変化するデータを読み取り判断しなければならない。しかも、この種の作業は従事する者全てがプリンシプルを理解しておくことが重要である。そこで、以下の説明においては、敢えて精緻な幾種かの数学的方法には依らずに、アンテナ正対時に合成電界最大値をもたらす適切な周波数を、従事者全てが理解できる代数的処理で求めることとする。
【００３６】
（ピッチ波形）
正規反射波存在区間の電界は、直接波と反射波、経路長の異なる２波合成電界ゆえ、スイープ波を送出すれば、受信電界はピッチ波形となる。以下のアンテナ方向調整の説明において、ピッチ波電界の基本的事項を使用するので、図８を参照して、予めそれ等をまとめておく事とする。
【００３７】
図８において、Ｌ₁は直接波経路長、Ｌ₂は反射波経路長、ι（エル）は路程差（Ｌ₂−Ｌ₁）、Ｐ₁は直接波電界（ｄＢ）、Ｐ₂は反射波電界（ｄＢ）でありＰ₁からθ₁及びθ₂の指向損失及び反射点損失を引いたもの、ｆ₁及びｆ₂は直接波及び反射波の位相が受信側で同相となる周波数、Ｐ_MAXは直接波及び反射波同相の電界（ｄＢ）、Ｐ_MINは直接波及び反射波逆相の電界（ｄＢ）、ｆ₃は直接波及び反射波逆相となる周波数、ｆはピッチ周波数（ｆ₂−ｆ₁）、ｄＢピッチは（Ｐ_MAX−Ｐ_MIN）である。
【００３８】
上記各諸元には、次の関係が既に知られている。即ち、
ｆ＝Ｃ／ι （Ｃは光速、３×１０⁸ｍ）、
Ｐ_MAX＝２０log （１０^P1/20＋１０^P2/20）、
Ｐ_MIN＝２０log （１０^P1/20−１０^P2/20）
である。以上の関係をグラフ化すれば、図９、図１０となる。
【００３９】
また、ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃は帯域内で各々１波ずつあるのではなく、次の図１１のようにピッチ周波数ｆのＮ倍毎に上下に存在する（但し、Ｎは整数）。
【００４０】
次に、ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃の求め方を説明する。合成電界計算式のρは、
ρ＝（（Ｌ₂−Ｌ₁）／λ×３６０°）＋１８０°、
で計算される。ここで、λは運用周波数帯の中心周波数の波長である。
【００４１】
前式でρを計算して、その値を 360°で割る。即ち、
（前式で計算したρの値）／３６０°、
の答えの少数点以下を捨てて、整数だけを取る。その整数をＭとすれば、
３６０°×Ｍ＝（（Ｌ₂−Ｌ₁）／λ₁×３６０°）＋１８０°、
となる。上式よりλ₁を計算すると、
Ｃ／λ₁＝ｆ₁、
となる。これが直接波及び反射波同相（ρ＝０）の周波数である。すると、
ｆ₂＝Ｃ／（Ｌ₂−Ｌ₁）＋ｆ₁、
となる。ｆ₁、ｆ₂が計算出来ればρ＝１８０°、即ち直接波及び反射波の位相が逆相であるｆ₃は、
ｆ₃＝（ｆ₁＋ｆ₂）／２、
となる。
【００４２】
具体的な計算例を以下に示す。運用周波数を5GHz帯とする。この時、中心周波数は4.7GHzである。路程差を1.4661346mとする。この場合のｆ₁、ｆ₂、ｆ₃を計算する。即ち、
（ 1.4661346／0.0638297872×360 ）＋180 ＝8448.999174 、
8448.999174 ／360 ＝23.469442 、
360 ×23＝（ 1.4661346／λ₁×360 ）＋180 、
λ₁＝0.065161537 、
ｆ₁＝（３×10⁸）／0.065161537 ＝4.6039429 GHz 、
ｆ₂＝（３×10⁸）／1.4661346 ＋4.6039429 GHz ＝4.80856258 GHz、
ｆ₃＝（4.6039429 ＋4.80856258）／2 ＝4.70625274 GHz、
となる。
【００４３】
次に、この区間で、任意の位相差を与える周波数の計算方法を説明する。周波数と位相の関係は図１２の通りなので、今 145°の位相差が成立する周波数を求めるには、
（0.20461968 GHz／360 × 145°）＋4.6039429 GHz ＝4.6863591 GHz 、
なる計算を実施する。上式を一般式に直せば、
ｆρ＝（ｆ／360 ×ρ）＋ｆ₁、
となる。但し、ｆρは位相差ρを発生させる周波数、ｆはピッチ周波数であり（ｆ₂−ｆ₁）、ρは直接波と反射波の位相差（単位は度）である。
【００４４】
（反射波存在区間上下方向調整周波数の決定）
直接波及び反射波合成電界の計算式を用いて、相手アンテナに正対する位置にて合成電界が最大となる位相角を求め、その位相角から方向調整に用いる適切な周波数を割りだせば良い。図１３はアンテナの上下方向調整時の直接波及び反射波の指向特性を示す。但し、a 、b 、c 、d は電圧に相当する真値とする。
【００４５】
図１３の▲１▼の位置の合成電界をＰ▲１▼とすれば、
Ｐ▲１▼＝ 20 log （（ａ＋ｄcos ρ）²＋（ｄsin ρ）²）^1/2、
となる。以下、同様に、▲２▼の位置の合成電界Ｐ▲２▼は
Ｐ▲２▼＝ 20 log （（１＋ｃcos ρ）²＋（ｃsin ρ）²）^1/2、
である。▲３▼の位置の合成電界Ｐ▲３▼は
Ｐ▲３▼＝ 20 log （（ａ＋ｂcos ρ）²＋（ｂsin ρ）²）^1/2、
である。以上の３式から次の不等式をたてると、
Ｐ▲１▼＜Ｐ▲２▼ … (1) 、
Ｐ▲３▼＜Ｐ▲２▼ … (2) 、
となる。20、ｌｏｇ、1/2 乗を取り去っても、(1) 、(2) 両式の不等式はそのまま成立する。従って、(1) 、(2) 両式は、
（ａ＋ｄcos ρ）²＋（ｄsin ρ）²＜（１＋ｃcos ρ）²＋（ｃsin ρ）²…(3) 、
（ａ＋ｂcos ρ）²＋（ｂsin ρ）²＜（１＋ｃcos ρ）²＋（ｃsin ρ）²…(4) 、
となる。（３）式を整理すれば、
cos ρ＜（１＋ｃ²−ａ²−ｄ²）／（2ad −2c） …(5) 、
となる。（４）式を整理すれば、
cos ρ＜（１＋ｃ²−ａ²−ｂ²）／（2ab −2c） …(6) 、
となる。ところが、(5) 式の分母の「2ad-2c」が正であるか負であるかにより、(5) 式は次の(7) と(8) の両式に別れる。即ち、
（ad-c) が正の場合 cosρ＜(1＋ｃ²−ａ²−ｄ²) ／(2ad−2c) …(7) 、
（ad-c) が負の場合 cosρ＞(1＋ｃ²−ａ²−ｄ²) ／(2ad−2c) …(8) 、
となる。(6) 式の分母はいかなる時も負であるゆえ、
cosρ＞（１＋ｃ²−ａ²−ｂ²）／（2ab −2c） …(9) 、
となる。
【００４６】
図１３における▲１▼及び▲３▼の▲２▼からの離間度は、理論的な数値があるわけではない。理想的にはできるだけ小さい値であれば良いが、あまり小さいとａ値の誤差が大きくなり好ましいことではない。大体、2GHzで±0.25°であり、4 GHz 、5 GHz 及び6 GHz で± 0.1°であり、11GHz 及び15GHz で±0.05°位であり、EHF 帯ではそれ以下が適当である。
【００４７】
以上の諸式を図６に適用して、合成電界のピーク値が相手アンテナに上下的に正対した時に実現する周波数を計算することとする。
【００４８】
図６のａ、ｂ、ｃ及びｄの値は次の通りである。但し、ａ、ｂ及びｄの値は、相手アンテナに正対した角から± 0.1°の値である。
【００４９】
ａは -0.15 dB →10^-0.15/20＝0.982878873 、
ｂは -3.53 dB →10^-3.53/20＝0.666039521 、
ｃは -2.85 dB →10^-2.85/20＝0.720277751 、
ｄは -2.32 dB →10^-2.32/20＝0.765596606 、
となる。(ad-c)は正であるゆえ、(7) と(9) 式で計算すると、
(7) 式は cos ρ＜ -0.518286086 …(10)、
(9) 式は cos ρ＞ -0.831336791 …(11)、
となる。cos を取れば
(10)式は 121.22°＜ρ＜238.78°、
(11)式は 213.76°＜ρ＜146.24°、
となる。これを図示すれば図１４となる。
【００５０】
結局、(10)、(11)両式を満足させるρは、図１４の斜線の部分となる。斜線の中心位相角は133.73°及び 226.27 °である。この角をもたらす周波数を計算すると、
133.73° → 4.679953441 GHz、
226.27° → 4.732552068 GHz、
となる。4.732552068 GHz で図６を計算した合成電界上下指向特性を図１５に示す。
【００５１】
（方向調整周波数計算式の判別）
直接波及び反射波指向特性の a、b 、c 、d 値より計算する(7) 、(8) 、(9) 式の全てが、図１５のようにすっきりした結果になるとは限らない。分類すると次の表に示す４種の型がある。
【００５２】
【表１】

以下、各ケースについて説明することとする。
【００５３】
Case-1の場合
図６の a=0.982878873、 b=0.666039521、 c=0.720277751、 d=0.76559660 であるから、
(ad-c)=0.032210978；正数、
1+c<a+d は 1.720277751<1.748475479、
となり成立するので、図６の場合はCase-1に当たる。この場合は、既述のように、特定の適切な周波数で上下の方向調整を実施しなければ、相手アンテナ正対位置で合成電界最大とはならない。
【００５４】
Case-2の場合
プロフィールは図３であり、反射点の損失のみ 14dB （森等）となった直接波及び反射波の指向特性（アンテナは3.6mD オフセット）は図１６となる。a 、b 、c 、d は次の通りである。
【００５５】
ａは -0.15dB で → 0.982878873 、
ｂは -17.53dB で → 0.132892355 、
ｃは -16.85dB で → 0.143714305 、
ｄは -16.32dB で → 0.152756605 、
となる。ゆえに、ad-c=0.006426934；（正数）となる。ところが、1+c<a+d の左辺1+c は 1.143714305となり、右辺a+d は 1.135635478となる。従って、不等式が成立しない。それゆえ、図１６の場合、Case-2に当たり、いかなる周波数で上下の方向調整を実施しても、合成電界のピーク値は上下的に相手アンテナに正対した位置で出現する。4.7GHz及び 4.8GHz での上下方向調整特性（直接波、反射波合成電界特性）を図１７に示しておく。
【００５６】
Case-3の場合
図１８に示すように、Case-1、Case-2のＴアンテナとＲアンテナとを逆にした区間で、2GHz帯1.8mφアンテナ上下方向方向調整のケースである。ここで、K=4/3 であり、反射点損失 2dB（水田）である。
【００５７】
直接波及び反射波の指向特性を図２０に示す。即ち、
ａは -0.14dB で → 0.984011105 、
ｂは -3.0dB で → 0.707945784 、
ｃは -2.71dB で → 0.731981323 、
ｄは -2.59dB で → 0.742164197 、
（但しa 、b 、d は±0.25°の値）、
となる。ad-c=-0.001683511 は負数であり、そして、1-c=0.268018677 であり、 a-b=0.276065321なので、1-c<a-b が成立する。それで(8) 、(9) 式を計算すると、
(8) 式は -4.963172635 、
(9) 式は -0.9380840871、
となる。絶対値が「１」以上の cos値は無いので、上の(8) 式の結果は捨てる。従って、
cosρ ＞ −0.9380840871、
200.27°＜ ρ ＜ 159.73 °、
となる。以上を図１４と同様に図示すれば、図１９の通りである。
【００５８】
これを満足するρ＝ 0°と、満足しないρ＝ 180°の周波数での上下方向調整合成電界指向特性を図２０にプロットした。計算結果通り、ρ＝０°の周波数では合成電界ピーク値が相手アンテナに対して上下的に正対する位置であり、ρ＝ 180°の周波数ではそうはならない。
【００５９】
Case-4の場合
図１８のプロフィールで反射点の損失が6dB となった 2GHz 帯1.8mφアンテナ上下方向調整のケースでの直接波及び反射波の指向特性を図２１に示す。
【００６０】
ａは -0.14dB で → 0.984011105 、
ｂは -7.00dB で → 0.446683592 、
ｃは -6.71dB で → 0.461848991 、
ｄは -6.59dB で → 0.468273951 、
となる。ad-c=-0.001062223 は負数であり、1-c=0.538151009 であり、 a-b=0.537327513なので、1-c<a-b は不成立である。従って、この場合は、いかなる周波数（2GHz帯）で上下の方向調整を実施しても、直接波及び反射波の合成電界のピーク値は相手アンテナに対して上下的に正対位置となる。
【００６１】
（本発明の方向調整の作業）
このように、反射波が存在する区間でのアンテナ上下方向調整に用いる周波数は、従来、全く留意することなく任意に定めて実施してきた。しかし、前述のように、大部分の区間において、特定の適切な周波数でなければ、アンテナが上下的に正対しない。従って、本発明によれば、従来の方向調整方法に加えて、前記周波数を求める過程と、その計算の基礎数値を求める為のスイープ波でのピッチ波形測定の過程（後述する）とが行われる。
【００６２】
以下、具体的に、図２２のプロフィールを設定し、本発明によるアンテナの方向調整方法を時系列的に説明する。ここで、6GHz帯運用とし、3.6mD オフセットアンテナ使用とし、K=4/3 とし、反射点損失0dB とする。
【００６３】
（各種伝搬諸元計算）
以下の各諸元を計算するが、これらの公式は、昭和36年10月５日初版、渋谷茂一著「マイクロウエーブ伝搬解説」コロナ社によるとよい。ここで、
α₁（垂直角）； 0.04°、
α₂（垂直角）； -0.34°、
θ₁（夾角）； 0.64°、
θ₂（夾角）； 0.34°、
ｄ₁（反射点距離）； 15808m、
ｄ₂（反射点距離）； 29192m、
路程差（Ｌ₂−Ｌ₁）； 1.4661346m、
である。以上の計算は K=4/3でのものである。
【００６４】
次に、6GHz帯 3.6mDオフセットアンテナのＡ局、Ｂ局の直接波、反射波の上下指向特性図２３、図２４を作図し、これより各 a、b 、c 、d を求める。
【００６５】

以上の数値で(ad-c)を計算すると、両局について共に正かつ(1+c<a+d) が成立するので、 Case-1 である。前述の（反射波存在区間上下方調周波数の決定）におけると同様にして、上記Ａ、Ｂ両局のρを計算すると、

となる。上の各式を満足させる中心位相角と、その周波数を計算すると、
119.41°→ 6.10415192GHz、
240.59°→ 6.173029179GHz 、

となる。上の各式を満足させる中心位相角と、その周波数を計算すると、
120.33°→ 6.104674837GHz 、
239.68°→ 6.172511946GHz 、
となる。次に、路程差が1.4661346mなのでピッチ周波数（巾）は、
（３×10⁸）／1.4661346 ＝0.204619685GHz、
となる。図２３、図２４より、相手アンテナに正対した時のD/U 比は、
Ａ局側(300m) → 5.75dB 、
Ｂ局側(150m) → 5.87dB 、
となる。従って、Ａ、Ｂ両局とも上下左右の方向調整が終了した時のスイープ波ピッチ波形は図２５に示す通りである。以上の計算に基づいて、実際の区間における方向調整を行う。
【００６６】
（両局アンテナ上下角を計算角に合わせ、水平方向を定める。）
Ａ局側(300m)アンテナは水平方向より下に0.34°向ける。Ｂ局側(150m)アンテナは上に0.04°向ける。オフセットアンテナの場合は、メーカー取付の指示表示により合わせる。パラボラ又はカセグレンアンテナの場合は、無風時に重りを下げて上下角を合わせる。
【００６７】
次に、両局で使用が予定されている周波数 (ＣＷ波）で交互に水平方向を電界最大位置で固定する。この時、最大電界値が理屈に合う合わないは気にしなくて良い。ひとえに、電界最大値に合わせる。
【００６８】
（干渉波のチェック）
Ａ局、Ｂ局の周辺における6GHz帯無線局の有無を知るために、この作業を実施する。スペクトルアナライザーをアンテナに接続し、飛び込んでくる同周波数帯内の周波数、その大体の側帯波巾、電界絶対値等を知る事により、次のＡ局からＢ局へ、及び、Ｂ局からＡ局へのスイープ波送出の可否を判断する。これは垂直(V) 、水平(H) 両偏波分を行なう。
【００６９】
（スイープ波での測定）
干渉波のチェックで、スイープ波送出可と判断された場合は、この測定を実施する。スイープ巾は、計算によれば、ピッチ周波数が約0.2046 GHzだから、理想的には一割増しの約0.22 GHz巾必要である。しかし、その送出が無理なら、半分の0.12 GHz巾でもよい。この測定の目的は、Ａ〜Ｂ両局のアンテナ標高値、区間距離、そして方向調整時のＫが、前述の（各種伝播諸元計算）での数値と完全に同一とは言えないので実測するものである。使用波長が約 5cmゆえ、Ｋの僅かの違い、標高の僅かの違いでも、直接波反射波の位相差は極めて大きく異なってくる。例えば、Ａ局及びＢ局の標高が僅か0.2mだけ増加して、各々、300.2m、 150.2m となった時には、位相差は 244.1°から 269.4°へと約25°（但し、f=6.175GHz）も異なってくる。従って、計算値はあくまで参考値であり、実作業は測定された値により進めて行く。
【００７０】
一方、図２３、図２４は標高の僅かな変化、Ｋ値の僅かの変動で大きく変化することはない。従って、相手アンテナに上下的に正対した時、反射波、直接波の合成電界が最大値をもたらす位相差ρは、Ａ局、Ｂ局とも計算値を使用する。その位相差ρを現出させる周波数の計算に使用する同相周波数、ピッチ周波数巾を、このスイープ波の測定で見つけ出すのが本測定の目的である。それゆえ、他局への干渉の恐れで、スイープ波送出が不可能な場合は、一部スイープ法や一部点々法により測定する。最悪の場合は、全て点々法となる可能性もあるが、本測定は是非とも実施することが望ましい。
【００７１】
なお、Ａ局からＢ局へ送出する場合、Ｂ局からＡ局へ送出する場合の合成波のdB巾は異なる。しかし、同相、逆相の周波数、ピッチの周波数巾は同一となっているので、両方向の測定は不要で、どちらか片方のみで良い。
【００７２】
（上下方向調整周波数の計算）
スイープ波の測定で、図２６に示す波形が測定されたとする(K=1.5）。これにより、ピッチ周波数巾は、
(6.0950-5.9967) ×2 ＝ 0.1966 GHz 、
となる。従って、Ａ局側(300m) アンテナ上下方向調整用の周波数は、
(0.1966/360)×119.41) ＋5.9967≒6.061911128GHz、
となり、Ｂ局側(150m) アンテナ上下方向調整用の周波数は、
(0.1966/360)×120.33) ＋5.9967≒6.06241355GHz 、
となる。
【００７３】
（Ａ局アンテナ上下第１回目の方向調整）
Ａ、Ｂ両局のアンテナは、ここまでで両アンテナの上下角を計算で求めた角に合わせて、左右方向は正確に正対している。この状態で、図２７に示すように、Ｂ局側から前記Ａ局についての適切な周波数である 6.061911128GHz の電波をＡ局に向け発出する。そして、Ａ局側アンテナを上下に動かし電界最大値で仮固定する。
【００７４】
（Ｂ局側アンテナ上下方向調整）
仮固定したＡ局側のアンテナから、図２８に示すように、当該Ｂ局についての適切な周波数である 6.06241355GHzの電波をＢ局に向け発出する。そして、Ｂ局側アンテナを上下に動かし電界最大値で固定する。
【００７５】
（Ａ局側アンテナ上下第２回目の方向調整）
固定したＢ局側アンテナから、図２９に示すように、再度、 6.061911128GHz の周波数をＡ局に向け発出する。そして、再度、Ａ局側アンテナを上下に動かし電界最大値で固定する。
【００７６】
以上で、反射波存在区間における上下方向のアンテナの方向調整方法の説明を終る。図３０に、前述の（Ｂ局側アンテナ上下方向調整）及び（Ａ局側アンテナ上下第２回目の方向調整）における上下方向調整合成波電界特性をプロットしておく。
【００７７】
（本発明の第２の実施の形態（反射点が上下する海面の場合））
上下方向の方向調整のための適切な周波数は計算で求めることができる。しかし、この計算の元となる数値は、反射点が海面の場合には、時々、定まらない。図２２に設定したプロフィールについて以上に述べた本発明の実施の形態を、そのまま海面反射の場合に適用することはできない。そこで、海面反射の場合について、以上に述べた本発明の実施の形態の応用問題として、以下に説明する。以下に述べるアンテナ上下方向調整方法も、前述の場合と同様、従来にない海面反射のアンテナ上下方向調整方法である。
【００７８】
標高の変化は路程差の変化をもたらし、使用波長が短いので同一波長での直接波反射波の位相差は大きく変化する。しかし、夾角、垂直角の変化は、アンテナの標高の変動が数ｍの場合には無視して良い。従ってａ、ｂ、ｃ、ｄ値から求まる、相手アンテナに正対時合成電界最大をもたらす位相差の変化は無視できる。但し、その位相差をもたらす周波数は、アンテナ標高値により変化する。また、その位相差には一定の範囲が算出されている。例えば、図３に示すプロフィールを例にとって考えると、Ａ局の標高が300m、Ｂ局の標高が150m、区間距離が45kmであり、6GHz帯3.6mD オフセットアンテナ使用の場合、K=4/3 では、

となる（前述の（各種伝搬諸元計算）参照）。
【００７９】
一方、標高は満潮時の海面を０ｍとして計測されている。１ｍ潮が引けば、電波伝播上のアンテナ高は１ｍと大となる。満潮から 5cm、10cm、15cm、20cm潮が引いた時の、6GHz帯での上記各位相角での周波数を計算すると表２に示すようになり、それをグラフ化すれば図３１、図３２となる。
【００８０】
【表２】

表２において、満潮時のプロフィールは図３に示すプロフィールに等しい。以下、満潮から 5cm、10cm、15cm、20cm潮が引くと、これに伴い、Ａ局の標高ｈ₂及びＢ局の標高ｈ₁が、各々、5cm 、10cm、15cm、20cmづつ高くなり、更に、Ａ局から正規反射点までの距離ｄ₂及びＢ局から正規反射点までの距離ｄ₁も変化する。
【００８１】
Ａ局側では、満潮と15cm潮が引いた時で、ρ＝108.27°〜130.55°を実現させる周波数は一波で可能である。Ｂ局側では、15cm潮が引けば、ρ＝116.27°〜124.38°を実現させる周波数は一波では不可で、5cm であれば可能となる。
【００８２】
Ａ局側でのアンテナの上下方向調整時の周波数は、「6.097820078GHz 〜 6.099815889GHz」の中心周波数 6.098817984GHz で実施しなければならない。しかも方向調整の実施時刻は、満潮 15cm 前から、満潮時を経て再び 15cm 潮が引くまでの間である。
【００８３】
Ｂ局側でのアンテナの上下方向調整時の周波数は、「6.102367181GHz 〜 6.103423327GHz」の中心周波数 6.102895254GHz で実施しなければならない。しかも方向調整の実施時刻は、満潮 5cm前から、満潮時を経て再び 5cm潮が引くまでの間である。
【００８４】
今、干満の差が 4m の海であれば、 0.15mのＡ局では、
0.15／(4/6) ≒0.225 （時） → 13.5分、
となるので、満潮の約13分前から満潮の約13分後までの計26分間で上下方向調整を 6.098817984GHz で終了させねばならない。Ｂ局では、干満の差が４m の海であれば、
0.05／(4/6) ≒0.075 （時） → 4.5分、
となるので、満潮の約４分前から満潮の約４分後までの計８分で 6.102895254GHz で上下方向調整を終了させねばならない。
【００８５】
また、例えば、東京の芝浦付近の海では干満の差が 1.5m である。反射点が芝浦付近の海であれば、Ａ局の場合が満潮時を中心に前後各36分の計72分間で上下方向調整を終らせねばならない。Ｂ局は満潮時を中心に前後各12分の計24分間で上下方向調整を終らせねばならない。
【００８６】
以上が、反射点が上下する海からの反射波を有する区間での上下方向のアンテナ方向調整の理論である。これをふまえ、実際の調整方法について以下に説明することとする。
【００８７】
先ず、前述の（各種伝搬諸元計算）の各種計算に加え、反射点の海を管轄する漁業協同組合、釣具店、海上保安庁水路部等より、方向調整の作業予定10日間位の干満の時刻と量のデータを教示してもらう。それを元に、図３１、図３２に相当するグラフを事前に作成する。次に、満潮時の標高値で計算した各角で、前述の（両局アンテナの上下角を計算角に合わせ、水平方向を定める。）及び（干渉波のチェック）の作業を実施する。
【００８８】
次に、満潮時刻を待って、正満潮時に前述の（スイープ波での測定）の作業を行ない、満潮時の同相（ρ＝0 °）周波数（ｆ₁）、 180°位相差（ρ＝180 °）周波数（ｆ₃）、を速やかに測定する。これを元に、図３１、図３２に相当するグラフ左側の周波数々値を置き換える。そして、図３３の中の様な点線を描き、上下アンテナ方向調整の周波数ｆ₀を決定する（図３３参照）。これより、ｆ₀で上下方向調整を実施できる干満の量が判明し、従って、正満潮時からどれ位の時間の間ｆ₀で上下方向調整が許されるかが判明する。
【００８９】
さて、干潮満潮の差が 4m の場合は、満潮時のｆ₁、ｆ₃を計測し、方向調整周波数を割り出し、両局のアンテナ上下方向調整を満潮から４分後に終了させる事は不可能である。このような場合は、何回かの満潮を利用して上下方向調整を終了させねばならない。しかし、我が国で 4m の潮差は有明海のみで、例外的な海とみてよい。事前に、十分にデータを集め、各計算を終了させれば、一回の満潮で方向調整を終了させる事は可能である。
【００９０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、正規反射波存在区間において、任意のＣＷ波でアンテナの方向調整を実施した場合には必ずしも電界最大位置がアンテナ正対位置でない事に基づいて、アンテナ正対時に反射波及び直接波の合成電界が最大となる方向調整に適切な周波数を算出することにより、単偏波アンテナの場合には非正対のまま半永久的に運用させられていたミスを除去することができ、両偏波アンテナの場合にはクロス比の調整の困難さを著しく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】反射波存在区間プロフィールを示す図である。
【図２】直接波、反射波のベクトル図である。
【図３】反射波存在区間プロフィールを示す図である。
【図４】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナの直接波、反射波左右指向特性を示す図である。
【図５】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナの左右方向調整時の直接波、反射波合成電界特性を示す図である。
【図６】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナの直接波、反射波上下指向特性を示す図である。
【図７】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナの上下方向調整時の直接波、反射波合成電界特性を示す図である。
【図８】ピッチ波電界発生を示す図である。
【図９】 dBピッチグラフである。
【図１０】周波数ピッチグラフである。
【図１１】ピッチ波形の繰り返しを示す図である。
【図１２】ピッチ波形を示す図である。
【図１３】アンテナの上下方向調整時の直接波、反射波指向特性を示す図である。
【図１４】合成電界最大の位相差範囲を示す図である。
【図１５】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナの直接波、反射波合成電界ピーク値が相手アンテナ上下的に正対位置で実現する方向調整特性を示す図である。
【図１６】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナ直接波反射波上下指向特性−２を示す図である。
【図１７】 5GHz帯3.6mD オフセットアンテナの上下方向調整時いかなる周波数でも直接波、反射波合成電界が、相手アンテナ正対時に電界最大となる方向調整特性を示す図である。
【図１８】反射波存在区間プロフィールを示す図である。
【図１９】合成電界最大の位相差範囲を示す図である。
【図２０】 2GHz帯1.8mφパラボラアンテナの直接波、反射波上下指向特性ならびに合成電界上下方向調整特性を示す図である。
【図２１】 2GHz帯1.8mφパラボラアンテナの直接波、反射波上下指向特性ならびに合成電界上下方向調整特性−２を示す図である。
【図２２】アンテナの上下方向調整プロフィールを示す図である。
【図２３】 6GHz帯3.6mD オフセットアンテナの直接波、反射波上下指向特性（Ａ局側) を示す図である。
【図２４】 6GHz帯3.6mD オフセットアンテナの直接波、反射波上下指向特性（Ｂ局側) を示す図である。
【図２５】両局のピッチ波形を示す図である。
【図２６】ピッチ波形を示す図である。
【図２７】方向調整の方法を示す図である。
【図２８】方向調整の方法を示す図である。
【図２９】方向調整の方法を示す図である。
【図３０】 6GHz帯3.6mD オフセットアンテナの直接波、反射波合成電界上下指向特性を示す図である。
【図３１】海面反射の合成電界最大をもたらす周波数の変化を示す図である。
【図３２】海面反射の合成電界最大をもたらす周波数の変化を示す図である。
【図３３】海上反射上下方向調整周波数と方向調整時間の算出を示す図である。
【符号の説明】
ＴＴアンテナ（送信空中線）
ＲＲアンテナ（受信空中線）
θ₁、θ₂ 直接波と反射波との夾角
Ｌ₁ 直接波の経路長
Ｌ₂ 反射波の経路長
Ｐ直接波と反射波の合成電界
ｆ周波数、
ｈ₁、ｈ₂ アンテナの標高
Ｄは区間距離、
ｄ₁、ｄ₂ アンテナから正規反射点までの距離[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna direction adjustment method, and more particularly to an antenna direction adjustment method in a regular reflection wave existence section of all types of antennas such as UHF, SHF, and EHF.
[0002]
[Prior art]
From 1974 to the present day, when commercial microwave communications began in Japan, antenna direction adjustment (tone) can be performed regardless of whether there is a regular reflected wave or a CW (carrier wave) within the band to be used. Unmodulated single wave), the transmitting side and the receiving side communicate with each other and adjust the direction so that the electric field of the received radio wave is maximized in the horizontal direction (left and right) and vertical direction (up and down) It is done by fixing.
[0003]
Since then, Japan's microwave communication has become increasingly dense since the latter half of the Showa 30s, and from the viewpoint of effective use of frequency, the use of both vertical and horizontal polarization antennas has advanced. For this reason, in addition to the antenna adjustment work for the up / down / left / right antennas so that the electric field maximum value is obtained with the single polarization of the CW wave, the work for obtaining the best value of the cross ratio is added to the antenna direction adjustment. The best value of the cross ratio by adjusting the antenna direction is realized when the antennas far away from each other such as 10 km, 20 km,.
[0004]
Today, in the case of antennas for both polarizations, the amount of work for adjusting the direction for obtaining the best value of the cross ratio to be performed after that is larger than the amount of work for adjusting the direction of the positive polarization electric field at the CW. The required time and difficulty are increasing. Moreover, the best position by the former work and the final fixed position by the latter work are subtly different depending on the case and extremely different depending on the case. Therefore, in the case of both polarization antennas, the left / right / up / down direction adjustment work for obtaining the maximum value of the positive polarization electric field is now regarded as a dew-wiping work for obtaining the best value of the cross ratio at the final stage.
[0005]
On the other hand, in Japan, there are many paddy fields surrounded by the sea on all sides, so there are many radio sections that have decent reflected waves. Consideration when adjusting the vertical direction of the antenna for this reflected wave is extremely simple. The reflected wave from the sea surface or paddy field arrives at the antenna from the lower direction by a few degrees from the direct wave. Therefore, when the antenna is moved up and down, two electric field value peaks can be formed, the upper peak is a direct wave electric field, and the lower peak is a reflected wave electric field. Therefore, the vertical adjustment is performed by matching the antenna to the upper peak. Regardless of whether the reflection point is a paddy field, a river, a lake, or the sea, and whether the angle of the reflected wave with the direct wave is large or small, this idea has been alive without any change since 1929.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the antenna direction adjustment in the regular reflected wave existence section, the peak of the direct wave and the peak of the reflected wave appear, but it must be avoided to set the attitude of the antenna according to the peak of the reflected wave since 1929 until today. It was supposed to be. This technical knowledge is not an error in all cases and may be correct. However, this is true only in a very specific section in an actual radio section. That is, it is only when the electric field of the reflected wave has a negligible influence on the electric field of the direct wave. Specifically, this is the case where the depression angle between the direct wave and the reflected wave is large, or the loss of the regular reflected wave is large. In Japan, where there are many paddy fields surrounded by the sea on all sides, it is more difficult to find the regular reflected wave existence section that meets this condition.
[0007]
Nevertheless, as described above, the vertical adjustment has been performed by adjusting the antenna to the peak of the direct wave electric field. This completely clarifies the fact that the direction adjustment using an indefinite frequency (ie, the conventional direction adjustment) shows the peak of the synthesized electric field and the peak position of the direct wave electric field at different positions. Because it was not. This fact is shown for the first time in this specification by the characteristics of the form of FIGS. 6 and 7 will be described in detail later.
[0008]
Note that, based on such new knowledge by the present inventor, if the combined electric field is higher than the direct wave electric field at a position other than the peak value of the direct wave (for example, in the case of f = 4.8 MHz, −0.3 ° in FIG. 7) ) Some people think that it would be advantageous to fix the antenna at that position.
[0009]
However, the present inventor has clarified that there is a problem with this idea for the following reasons (1) to (4).
[0010]
(1) The direct wave is more stable than the reflected wave.
[0011]
When comparing the stability difference between the direct wave electric field and the reflected wave electric field, the direct wave is more stable at any time. This is because the reflected wave has a different frequency due to the difference in fading amount due to the change in reflection point loss and the difference in the average propagation path height between the direct wave and the reflected wave (in this case, it is limited to the sea and coastal areas). The amount is also large. Therefore, in order to further stabilize the combined electric field based on the degree of change, it is desirable to fix the antenna at the position directly opposite to the counterpart antenna where the maximum value of the direct electric field is obtained.
[0012]
(2) K-type fading increases at the maximum position of the combined electric field.
[0013]
If the frequency used for adjusting the antenna direction is arbitrarily determined, refer to Fig. 6 and Fig. 7. When f = 4.8GHz, the D / U ratio of the direct wave and reflected wave at -0.3 ° is about 1dB. From FIG. 9, the amount of K-type fading (fading due to reflected waves) in this case reaches 25 dB. Depending on the conditions of the propagation path, the amount may be further increased. Using an arbitrary frequency for the direction adjustment and simply finding and fixing the electric field maximum value makes such a fatal defect, and several such accidents have occurred in the past.
[0014]
(3) Direct wave electric field fluctuation increases at the maximum position of the combined electric field.
[0015]
6 and 7, when f = 4.7 GHz and fixed at + 0.7 °, the phase difference from the reflected wave changes drastically due to the change of K, but the direct wave itself is, for example, ± 0.1 ° If it changes, it will be 1.5 dB / PP, but it will be at most 0.15 dB / PP when facing the other antenna. Moreover, when the direct wave electric field value is + 0.7 °, it is 2.5 dB lower than when facing the front.
[0016]
(4) The combined electric field maximum position has a poor cross characteristic.
[0017]
When the direction adjustment is performed indefinitely as usual at the operating frequency permitted for use in the Radio Law or at the center frequency of the operating band and fixed to the maximum electric field (composite) value, In other cases, such as -0.3 °, the fatal defect is extremely severe in the case of an antenna using both polarizations. It may be so serious that it becomes impossible to operate due to a poor cross characteristic (cross polarization discrimination degree, discrimination ratio) coming from the non-facing of the transmitting / receiving antenna. Therefore, the direction adjustment of the regular reflection wave existence section to date is V for vertical polarization (V) and H for H (horizontal polarization).Positive polarizationAfter the direction adjustment to find the maximum value (this is called coarse adjustment)HAdjustment to obtain the best cross ratio value from V to V and V to H (this is called fine adjustment) will be extremely difficult.
[0018]
An object of the present invention is to provide an antenna direction adjustment method for performing direction adjustment in a regular reflected wave existence section using a frequency at which a combined electric field becomes maximum when opposing antennas face each other.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The antenna direction adjustment method of the present invention calculates a direct electric field value, a reflected wave electric field value, and a combined electric field value of the direct wave electric field value and the reflected wave electric field value from these phase differences, and the opposite of the obtained synthetic electric field value. The frequency at which the combined electric field value is maximized when the antennas to be opposed to each other is calculated, and the combined electric field value at the opposing antennas is maximized using the obtained frequency in the actual regular reflected wave existence section. Next, the direction of the opposing antennas is adjusted.
[0020]
According to the antenna direction adjustment method of the present invention, based on the new finding that the peak position of the synthesized electric field and the peak position of the direct wave electric field appear at different positions in the direction adjustment using the indefinite frequency, Using the frequency at which the combined electric field value is maximized, the direction adjustment of the opposing antennas is performed so that the combined electric field value is maximized. Thereby, in the direction adjustment of the antenna in the regular reflected wave existence section, the direction of the antenna can be adjusted to a position facing the counterpart antenna in any regular reflected wave existence section. Therefore, it is possible to prevent the opposite antenna from being adjusted to a non-facing position as in the conventional case, and to eliminate a mistake that has been operated semi-permanently in the case of a single polarized antenna. This makes it possible to remarkably improve the difficulty of adjusting the cross ratio in the case of dual polarization antennas.
[0021]
Note that the regular reflected wave is reflected from the sea, paddy field, mountain field, etc. in the lower front part of the antenna, but there are rarely regular reflected waves from the front left and right directions of the antenna only in the case of EHF. Even in this case, according to the present invention, the left and right and the upper and lower sides are replaced, and similarly, the position can be adjusted so as to face the counterpart antenna.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present inventor has found that as long as the antenna direction adjustment in the regular reflected wave existence section is the conventional direction adjustment as described above, it cannot be adjusted to the directly facing position with respect to the counterpart antenna. Before explaining the principle of the present invention, first, the phenomenon will be explained concretely.
[0023]
(Electric field in the presence of regular reflection wave)
In this specification, the electric field is all antenna gain, free space loss, transmissionElectric powerAbsolutely determined fromReceiveIt is not a power value but a value expressed by comparing the electric field of a direct wave with “1”. Specifically, if the absolute combined electric field becomes -32 dBm due to the presence of a reflected wave when the absolute direct wave electric field is -35 dBm, the combined electric field is expressed as +3 dB. If the absolute combined electric field is -39dBm under similar conditions, the combined electric field is expressed as -4dB.
[0024]
FIG. 1 shows a profile of a section where a reflected wave is considered in this specification. In FIG. 1, T is a T antenna (transmitting antenna), R is an R antenna (receiving antenna), θ₁Is the depression angle between the direct wave and the reflected wave on the R antenna side, θ₂Is the depression angle between the direct wave and the reflected wave on the T antenna side, L₁Is the path length of the direct wave, L₂Is the path length of the reflected wave, P is the combined electric field of the direct wave and the reflected wave, f is the frequency, h₁Is the height of the R antenna, h₂Is the altitude of the T antenna, D is the section distance, d₁Is the distance from the R antenna to the regular reflection point, d₂Is the distance from the T antenna to the regular reflection point.
[0025]
If the electric field in the profile section is expressed in vector, it is as shown in FIG. Here, A is a value corresponding to the voltage of the direct wave electric field, and is a value obtained by comparing the value corresponding to the voltage of the direct wave normal electric field value when the T antenna and the R antenna face each other as “1”. . B is a value corresponding to the voltage of the reflected wave electric field and is a value obtained by comparing the value corresponding to the voltage of the normal electric field value of the direct wave as “1”.
[0026]
If the absolute direct wave electric field is -35 dBm and the absolute reflected wave electric field is -39.5 dBm,
A = 1,
B = 10^{-4.5 / 20}= 0.595662,
It becomes. Now, since the vector diagram is FIG. 2, the combined electric field P of the direct wave and the reflected wave is calculated by the following equation.
[0027]
P = 20 log ((A + B cosρ))²+ (B sinρ)²)^1/2dB,
However, ρ = ((L₂-L₁) / (C / f)) × 360 + 180,
(Unit is degrees, C is the speed of light 3 × 10⁸m),
It is. Where L₂, L₁Is h₁, H₂, D, d₁, D₂, K (radio refraction ratio).
[0028]
(Directional characteristics when adjusting antenna direction in the presence of reflected wave)
When an antenna is purchased from a manufacturer, in principle, the paraxial directivity of the antenna is attached. Since the parabola or Cassegrain type antenna is symmetrical left and right, the paraxial directivity is the same for both left and right. However, the paraxial directivity characteristics of antennas such as horns and offsets that are not symmetrical left and right and up and down differ between left and right and up and down. These paraxial directivity characteristics are used as the basis for calculation of the directivity characteristics when adjusting the direction of the antenna. If there is no reflected wave, the left / right up / down directivity when adjusting the antenna direction is the same as the paraxial directivity. However, this is not the case if there is a reflected wave and the received electric field is affected by it. A specific section for verifying this is shown in FIG. The antenna used is a 3.6mD offset antenna, 5 GHz band operation, K = 4/3.
[0029]
It is assumed that the T antenna is directly facing the counterpart R antenna. It is assumed that the vertical angle of the R antenna also faces the T antenna. In this state, if the directivity characteristics of the direct wave and the reflected wave when the R antenna is adjusted to the left and right are plotted on the same graph paper, FIG. 4 is obtained.
[0030]
  The peak of the left and right paraxial directional characteristics (issued by the manufacturer) of the 3.6 mD offset antenna coincides with the position of 0 ° on the left and right in FIG. 4, and the characteristic where the peak value is 0 dB is the left and right directional characteristics of the direct wave in FIG. The left and right directional characteristics of the reflected wave peak at the 0 ° left and right positions in FIG. 4, but the peak value is 0.3 dB on the T side and 0.64 ° on the R side because the reflection loss at the reflection point is 0 dB. The negative value is 3.6dB (0.8 + 2.8). The combined electric field P of the direct wave and the reflected wave in FIG. 4 is calculated and plotted in increments of 0.1 ° in the 1 ° left and right range by the calculation formula shown in relation to FIG.
[0031]
Now, the direction adjustment characteristic in the vertical direction is calculated. Due to the offset antenna, the paraxial directivity in the vertical direction is different from the left and right paraxial directivity. The directivity characteristics of the direct wave and the reflected wave in the vertical direction are shown in FIG. The vertical directivity of the direct wave is the same as the vertical paraxial directivity of the 3.6mD offset antenna. The vertical directivity characteristic of the reflected wave becomes the electric field maximum when 0.64 ° below the position facing the T antenna. Since the loss at the reflection point is 0 dB, the electric field value has a directivity characteristic that is reduced by a directivity loss of 0.34 ° on the T antenna side. When the combined electric field of the direct wave and the reflected wave in FIG. 6 is calculated in increments of 0.1 ° in the vertical 1 ° range (from the directly facing position to the T antenna) with the calculation formula shown in FIG. . The characteristics of FIGS. 5 and 7 show a very important fact.
[0032]
As for the direction adjustment of the antenna in the section where the reflected wave exists, the electric field maximum value is generated at a position facing the counterpart antenna in the left-right direction regardless of the frequency of the left-right (horizontal) frequency. However, in the vertical direction (vertical), the position of the electric field maximum value differs depending on the frequency used for direction adjustment, and the electric field is maximum at a position that is not directly facing the counterpart antenna in the vertical direction. Moreover, depending on the frequency used, although the reflected wave arrives from below the direct wave, the peak position of the combined electric field is generated when the upper part is directed from the direct wave direction.
[0033]
Such a fact is a fact which becomes clear for the first time by this inventor in this specification. Further, the method of expressing direct wave and reflected wave directivity characteristics on the same section paper as shown in FIGS. 4 and 6 for collecting the raw data of the calculation shown in FIGS. 5 and 7 is also used for the first time in this specification. Is the method. From the results shown in FIG. 7, the conventional antenna direction adjustment method that has performed the antenna direction adjustment in the vertical direction at an arbitrary frequency, regardless of whether there is a reflected wave, requires modification.
[0034]
(Principle of the present invention)
The data in FIG. 7 indicates that an electric field peak occurs when the antenna is directed below the counterpart antenna at 4.8 GHz, and an electric field peak is generated when the probe is directed above the counterpart antenna at 4.7 GHz. . This means that if the frequency used for the direction adjustment is properly selected (in accordance with the present invention), the peak of the combined electric field can be generated only when the other antenna is directly faced up and down. .
[0035]
The antenna orientation adjustment work is a dangerous work at high altitude, and must be performed in any weather. The metal rigid body with a weight of around 200 kg can be moved freely up and down and left and right toAirtightVarious operations such as holding the position and fixing the position with an accuracy of 1 / 10mm are required, and it is necessary to read and judge data that changes every moment using many electronic devices (signal generators, electric measuring instruments, etc.). Moreover, it is important that all those engaged in this type of work understand the principles. Therefore, in the following explanation, an appropriate frequency that provides the maximum value of the combined electric field at the time of facing the antenna is obtained by an algebraic process that can be understood by all workers, without depending on some kind of elaborate mathematical methods. I will do it.
[0036]
(Pitch waveform)
The electric field in the regular reflected wave existence section is a direct wave, a reflected wave, and a two-wave combined electric field having different path lengths. Therefore, if a sweep wave is transmitted, the received electric field becomes a pitch waveform. In the following description of the antenna direction adjustment, since the basic matter of the pitch wave electric field is used, it will be summarized in advance with reference to FIG.
[0037]
In FIG. 8, L₁Is the direct wave path length, L₂Is the reflected wave path length, ι is the path difference (L₂-L₁), P₁Is direct wave electric field (dB), P₂Is the reflected wave electric field (dB) and P₁To θ₁And θ₂Minus the directivity loss and reflection point loss, f₁And f₂Is the frequency at which the phase of the direct wave and the reflected wave is in phase on the receiving side, P_MAXIs a direct wave and reflected wave in-phase electric field (dB), P_MINIs the electric field (dB) of the direct wave and the reflected wave opposite phase, f_ThreeIs a frequency in which the direct wave and the reflected wave are out of phase, and f is a pitch frequency (f₂-F₁), DB pitch is (P_MAX-P_MIN).
[0038]
The following relationships are already known in the above specifications. That is,
f = C / ι (C is the speed of light, 3 × 10⁸m),
P_MAX= 20log (10^{P1 / 20}+10^{P2 / 20}),
P_MIN= 20log (10^{P1 / 20}-10^{P2 / 20})
It is. 9 and 10 are obtained by graphing the above relationship.
[0039]
F₁, F₂, F_ThreeThere is not one wave each in the band, but it exists above and below every N times the pitch frequency f as shown in FIG. 11 (where N is an integer).
[0040]
Next, f₁, F₂, F_ThreeExplain how to find out. Ρ in the combined electric field calculation formula is
ρ = ((L₂-L₁) / Λ × 360 °) + 180 °,
Calculated by Here, λ is the wavelength of the center frequency of the operating frequency band.
[0041]
Calculate ρ with the previous formula and divide that value by 360 °. That is,
(Value of ρ calculated by the previous equation) / 360 °,
Abandon the decimal point of the answer of, and take only an integer. If the integer is M,
360 ° × M = ((L₂-L₁) / Λ₁× 360 °) + 180 °,
It becomes. From the above formula, λ₁When calculating
C / λ₁= F₁,
It becomes. This is the frequency of the direct wave and reflected wave in-phase (ρ = 0). Then
f₂= C / (L₂-L₁) + F₁,
It becomes. f₁, F₂Ρ = 180 °, that is, f and the phase of the direct wave and the reflected wave are opposite to each other._ThreeIs
f_Three= (F₁+ F₂) / 2,
It becomes.
[0042]
A specific calculation example is shown below. The operating frequency is 5 GHz. At this time, the center frequency is 4.7 GHz. The road difference will be 1.4661346m. F in this case₁, F₂, F_ThreeCalculate That is,
(1.4661346 / 0.0638297872 × 360) + 180 = 8448.999174,
  8448.999174 / 360 = 23.469442,
    360 x23 = (1.4661346 / λ₁× 360) +180,
λ₁= 0.065161537,
f₁= (3 × 10⁸) /0.065161537=4.6039429 GHz,
f₂= (3 × 10⁸) /1.4661346 +4.6039429 GHz = 4.80856258 GHz,
f_Three= (4.6039429 + 4.80856258) / 2 = 4.70625274 GHz,
It becomes.
[0043]
Next, a method for calculating a frequency that gives an arbitrary phase difference in this section will be described. Since the relationship between the frequency and the phase is as shown in FIG. 12, in order to obtain the frequency at which the phase difference of 145 ° is established,
(0.20461968 GHz / 360 x 145 °) +4.6039429 GHz = 4.6863591 GHz
Perform the following calculation. If the above formula is changed to a general formula,
fρ = (f / 360 × ρ) + f₁,
It becomes. Where fρ is a frequency for generating the phase difference ρ, and f is a pitch frequency (f₂-F₁), Ρ is the phase difference (in degrees) between the direct wave and the reflected wave.
[0044]
(Determination of the vertical adjustment frequency of the reflected wave existing section)
A phase angle that maximizes the combined electric field at a position directly facing the counterpart antenna is obtained using a calculation formula for the direct wave and reflected wave combined electric field, and an appropriate frequency used for direction adjustment may be calculated from the phase angle. FIG. 13 shows the directivity characteristics of the direct wave and the reflected wave when the antenna is adjusted in the vertical direction. However, a, b, c and d are true values corresponding to voltages.
[0045]
If the combined electric field at position (1) in FIG. 13 is P (1),
P (1) = 20 log ((a + dcos ρ)²+ (Dsin ρ)²)^1/2,
It becomes. Similarly, the combined electric field P (2) at the position (2) is
P (2) = 20 log ((1 + ccos ρ)²+ (Csin ρ)²)^1/2,
It is. The combined electric field P (3) at position (3) is
P (3) = 20 log ((a + bcos ρ)²+ (Bsin ρ)²)^1/2,
It is. When the following inequality is established from the above three equations,
P ▲ 1 ▼ <P ▲ 2 ▼ (1)
P ▲ 3 ▼ <P ▲ 2 ▼ (2)
It becomes. 20, log,1/2 SquaredThe inequality of both formulas (1) and (2) is still valid. Therefore, both equations (1) and (2) are
(A + dcos ρ)²+ (Dsin ρ)²<(1 + ccos ρ)²+ (Csin ρ)²… (3),
(A + bcos ρ)²+ (Bsin ρ)²<(1 + ccos ρ)²+ (Csin ρ)²…(Four) ,
It becomes. (3)
cos ρ <(1 + c²-A²-D²) / (2ad -2c) (5)
It becomes. (4) If you organize the formula,
cos ρ <(1 + c²-A²-B²) / (2ab −2c) (6)
It becomes. However, Eq. (5) is divided into the following Eqs. (7) and (8), depending on whether the denominator “2ad-2c” in Eq. (5) is positive or negative. That is,
When (ad-c) is positive cosρ <(1 + c²-A²-D²) / (2ad-2c) (7)
When (ad-c) is negative cosρ> (1 + c²-A²-D²) / (2ad-2c) (8)
It becomes. (6) Since the denominator of equation is negative at any time,
cosρ> (1 + c²-A²-B²) / (2ab −2c) (9)
It becomes.
[0046]
The degree of separation from (2) of (1) and (3) in FIG. 13 does not have a theoretical numerical value. Ideally, the value should be as small as possible. However, if the value is too small, the error of the a value becomes large, which is not preferable. Generally, it is ± 0.25 ° at 2 GHz, ± 0.1 ° at 4 GHz, 5 GHz, and 6 GHz, ± 0.05 ° at 11 GHz and 15 GHz, and less than that is appropriate in the EHF band.
[0047]
The above equations are applied to FIG. 6 to calculate the frequency that is realized when the peak value of the combined electric field directly faces the counterpart antenna.
[0048]
The values of a, b, c and d in FIG. 6 are as follows. However, the values of a, b, and d are values of ± 0.1 ° from the angle facing the counterpart antenna.
[0049]
a is -0.15 dB → 10^{-0.15 / 20}= 0.982878873,
b is -3.53 dB → 10^{-3.53 / 20}= 0.666039521,
c is -2.85 dB → 10^{-2.85 / 20}= 0.720277751,
d is -2.32 dB → 10^{-2.32 / 20}= 0.765596606,
It becomes. (ad-c) is positive, so when calculating with (7) and (9),
Equation (7) is cos ρ <-0.518286086 (10),
Equation (9) is cos ρ> -0.831336791 (11),
It becomes. take cos
    Equation (10) is 121.22 ° <ρ <238.78 °,
Equation (11) is 213.76 ° <ρ <146.24 °,
It becomes. This is illustrated in FIG.
[0050]
Eventually, ρ satisfying both equations (10) and (11) is the shaded portion in FIG. The central phase angles of the diagonal lines are 133.73 ° and 226.27 °. When calculating the frequency that gives this angle,
  133.73 ° → 4.679953441 GHz,
226.27 ° → 4.732552068 GHz,
It becomes. FIG. 15 shows the combined electric field vertical directivity obtained by calculating FIG. 6 at 4.732552068 GHz.
[0051]
(Distinction of direction adjustment frequency calculation formula)
All of the equations (7), (8) and (9) calculated from the a, b, c and d values of the direct wave and reflected wave directivity characteristics do not always produce a clean result as shown in FIG. When classified, there are four types shown in the following table.
[0052]
[Table 1]

Hereinafter, each case will be described.
[0053]
  Case-1
Since a = 0.982878873, b = 0.666039521, c = 0.720277751, d = 0.76559660 in FIG.
    (ad-c) = 0.032210978; positive number,
    1 + c <a + d is 1.720277751 <1.748475479,
Therefore, the case of FIG. 6 corresponds to Case-1. In this case, as described above, if the vertical direction adjustment is not performed at a specific appropriate frequency, the maximum combined electric field is not obtained at the opposite antenna facing position.
[0054]
  Case-2
The profile is shown in FIG. 3, and the direct wave and reflected wave directivity characteristics (antenna is 3.6 mD offset) in which only the loss at the reflection point is 14 dB (forest, etc.) are shown in FIG. a, b, c and d are as follows.
[0055]
a is -0.15dB → 0.982878873,
b is -17.53dB → 0.132892355,
c is -16.85dB → 0.143714305,
d is -16.32dB → 0.152756605,
It becomes. Therefore, ad-c = 0.006426934; (positive number). However, the left side 1 + c of 1 + c <a + d is 1.143714305, and the right side a + d is 1.135635478. Therefore, the inequality does not hold. Therefore, in the case of FIG. 16, the peak value of the combined electric field appears vertically at the position facing the counterpart antenna regardless of the frequency at which the vertical direction adjustment is performed in Case-2. FIG. 17 shows the vertical adjustment characteristics (direct wave and reflected wave combined electric field characteristics) at 4.7 GHz and 4.8 GHz.
[0056]
  Case-3
As shown in FIG. 18, this is a case of adjusting the vertical direction of the 2 GHz band 1.8 mφ antenna in a section in which the T antenna and the R antenna of Case-1 and Case-2 are reversed. Here, K = 4/3, and the reflection point loss is 2 dB (paddy field).
[0057]
The directivity characteristics of the direct wave and the reflected wave are shown in FIG. That is,
a is -0.14dB → 0.984011105,
b is -3.0dB → 0.707945784
c is -2.71dB → 0.731981323,
d is -2.59dB → 0.742164197,
(Where a, b, and d are values of ± 0.25 °),
It becomes. Since ad-c = -0.001683511 is a negative number and 1-c = 0.268018677 and a-b = 0.276065321, 1-c <a-b holds. So, if we calculate (8) and (9),
    (8) is -4.963172635,
(9) is -0.9380840871,
It becomes. Since there is no cos value whose absolute value is “1” or more, the result of the above equation (8) is discarded. Therefore,
     cosρ> −0.9380840871,
200.27 ° <ρ <159.73 °,
It becomes. The above is illustrated in the same manner as in FIG.
[0058]
Vertically adjusted combined electric field directivity characteristics at a frequency of ρ = 0 ° satisfying this and ρ = 180 ° not satisfied are plotted in FIG. As the calculation result, the synthesized electric field peak value is a position vertically facing the counterpart antenna at the frequency of ρ = 0 °, and not at the frequency of ρ = 180 °.
[0059]
  Case-4
FIG. 21 shows the directivity characteristics of the direct wave and the reflected wave in the case of adjusting the vertical direction of the 2 GHz band 1.8 mφ antenna in which the reflection point loss is 6 dB in the profile of FIG.
[0060]
a is -0.14dB → 0.984011105,
b is -7.00dB → 0.446683592,
c is -6.71dB → 0.461848991,
d is -6.59dB → 0.468273951,
It becomes. Since ad-c = -0.001062223 is a negative number, 1-c = 0.538151009 and a-b = 0.537327513, 1-c <a-b is not satisfied. Therefore, in this case, the peak value of the combined electric field of the direct wave and the reflected wave is vertically aligned with the counterpart antenna, regardless of the vertical direction adjustment at any frequency (2 GHz band).
[0061]
(Work for adjusting the direction of the present invention)
As described above, the frequency used for the adjustment in the vertical direction of the antenna in the section where the reflected wave exists has been arbitrarily determined without any consideration. However, as described above, in most sections, the antenna does not face up and down unless it is a specific appropriate frequency. Therefore, according to the present invention, in addition to the conventional direction adjustment method, a process of obtaining the frequency and a process of measuring a pitch waveform with a sweep wave for obtaining a basic numerical value of the calculation (described later) are performed. .
[0062]
Hereinafter, the method of adjusting the direction of the antenna according to the present invention will be described in chronological order by setting the profile of FIG. Here, 6 GHz band operation is used, 3.6 mD offset antenna is used, K = 4/3, and reflection point loss is 0 dB.
[0063]
(Various propagation parameters calculation)
The following specifications are calculated, but these formulas are the first edition of October 5, 1963, Shibuya.ShigeruAccording to the book "Microwave Propagation Explanation" Corona. here,
α₁(Vertical angle); 0.04 °,
α₂(Vertical angle); -0.34 °,
θ₁(Depression angle); 0.64 °,
θ₂(Depression angle); 0.34 °,
d₁(Reflection point distance); 15808m,
d₂(Reflection point distance); 29192m,
Path difference (L₂-L₁); 1.4661346m,
It is. The above calculation is for K = 4/3.
[0064]
Next, FIG. 23 and FIG. 24 of the directivity and reflected wave direct waves and reflected waves of the A and B stations of the 6 GHz band 3.6 mD offset antenna are plotted, and from these, a, b, c and d are obtained.
[0065]

If (ad-c) is calculated using the above numerical values, both are positive and (1 + c <a + d) holds for both stations, so Case-1. In the same manner as described above (determination of the down-adjusted frequency in the reflected wave existence section), ρ of both the A and B stations is calculated.

It becomes. When calculating the center phase angle that satisfies the above equations and its frequency,
119.41 ° → 6.10415192GHz,
240.59 ° → 6.173029179GHz

It becomes. When calculating the center phase angle that satisfies the above equations and its frequency,
                              120.33 ° → 6.104674837GHz
                              239.68 ° → 6.172511946GHz
It becomes. Next, since the path difference is 1.4661346m, the pitch frequency (width) is
(3 × 10⁸) /1.4661346 = 0.204619685GHz,
It becomes. 23 and 24, the D / U ratio when facing the counterpart antenna is
A side (300m) → 5.75dB,
B station side (150m) → 5.87dB
It becomes. Therefore, the sweep wave pitch waveform when the up / down / left / right direction adjustment is completed for both the A and B stations is as shown in FIG. Based on the above calculation, direction adjustment in the actual section is performed.
[0066]
(The vertical angle of both antennas is adjusted to the calculated angle to determine the horizontal direction.)
Station A side (300m) antenna is 0.34 ° below the horizontal direction. Station B side (150m) antenna is facing 0.04 ° upward. In the case of an offset antenna, adjust according to the manufacturer's instructions. For parabolic or Cassegrain antennas, adjust the vertical angle by lowering the weight when there is no wind.
[0067]
Next, the horizontal direction is alternately fixed at the maximum electric field position at the frequency (CW wave) scheduled to be used in both stations. At this time, you do not have to worry that the maximum electric field value does not fit reasonably. First, adjust to the maximum value of the electric field.
[0068]
(Check for interference wave)
This work is performed in order to know the presence or absence of a 6 GHz band radio station in the vicinity of the A station and the B station. Connect the spectrum analyzer to the antenna and know the frequency in the same frequency band that jumps in, the approximate sideband width, the electric field absolute value, etc., and from the next A station to B station, and from B station to A station It is determined whether or not a sweep wave can be transmitted to the. This performs both vertical (V) and horizontal (H) polarization.
[0069]
(Measurement with sweep wave)
If the interference wave check determines that a sweep wave can be transmitted, this measurement is performed. According to the calculation, the sweep width is about 0.2046 GHz, and ideally it needs to be about 10% higher by about 0.22 GHz. However, if the transmission is impossible, half the width of 0.12 GHz may be used. The purpose of this measurement is to actually measure the antenna altitude values of both stations A and B, the section distance, and K at the time of direction adjustment because they cannot be said to be completely the same as the values in the above (various propagation parameter calculations). Is. Since the wavelength used is about 5 cm, the phase difference of the direct reflected wave is very different even with a slight difference in K and a slight difference in elevation. For example, when the altitudes of station A and station B are increased by only 0.2m to 300.2m and 150.2m respectively, the phase difference is about 25 ° from 244.1 ° to 269.4 ° (however, f = 6.175GHz ) Is also different. Therefore, the calculated value is only a reference value, and the actual work proceeds with the measured value.
[0070]
On the other hand, in FIGS. 23 and 24, there is no significant change due to a slight change in altitude and a slight change in the K value. Therefore, the calculated value of the phase difference ρ at which the combined electric field of the reflected wave and the direct wave brings the maximum value when facing the counterpart antenna vertically uses the calculated value for both the A station and the B station. The purpose of this measurement is to find out the in-phase frequency and pitch frequency width used for calculation of the frequency at which the phase difference ρ appears by measuring the sweep wave. Therefore, when sweep wave transmission is impossible due to interference with other stations, measurement is performed by a partial sweep method or a partial dot method. In the worst case, it may be point-and-dot, but it is desirable to carry out this measurement.
[0071]
In addition, when transmitting from the A station to the B station, the dB width of the synthesized wave when transmitting from the B station to the A station is different. However, in-phase and anti-phase frequencies,Since the frequency width of the pitch is the same, measurement in both directions is unnecessary, and only one of them is sufficient.
[0072]
(Calculation of vertical adjustment frequency)
It is assumed that the waveform shown in FIG. 26 is measured by measuring the sweep wave (K = 1.5). Thereby, the pitch frequency width is
    (6.0950-5.9967) x2 = 0.1966 GHz
It becomes. Therefore, the frequency for adjusting the vertical direction of the A station side (300m) antenna is
    (0.1966 / 360) × 119.41) + 5.9967 ≒ 6.061911128GHz,
The B side (150m) antenna vertical adjustment frequency is
    (0.1966 / 360) × 120.33) + 5.9967 ≒ 6.06241355GHz,
It becomes.
[0073]
(First adjustment of the direction of the A station antenna up and down)
The antennas of both the A and B stations are correctly facing in the left-right direction so that the vertical angles of both antennas are adjusted to the angles obtained by calculation so far. In this state, as shown in FIG. 27, a radio wave of 6.061911128 GHz which is an appropriate frequency for the A station is emitted from the B station side to the A station. Then, the A-side antenna is moved up and down and temporarily fixed at the maximum electric field value.
[0074]
(B station side antenna vertical adjustment)
As shown in FIG. 28, a 6.06241355 GHz radio wave, which is an appropriate frequency for the B station, is emitted from the temporarily fixed antenna on the A station side to the B station. Then, the B station side antenna is moved up and down and fixed at the maximum electric field value.
[0075]
(A-side antenna up / down second direction adjustment)
From the fixed B station side antenna, the frequency of 6.061911128 GHz is again emitted to the A station as shown in FIG. Then, the A station side antenna is moved up and down again and fixed at the maximum electric field value.
[0076]
Above, description of the direction adjustment method of the antenna of the up-down direction in a reflected wave presence area is complete | finished. FIG. 30 plots the vertical direction adjusted combined wave electric field characteristics in the above-mentioned (B station side antenna vertical adjustment) and (A station side antenna vertical second adjustment).
[0077]
(Second embodiment of the present invention (in the case of the sea surface where the reflection point rises and falls))
An appropriate frequency for adjusting the direction in the vertical direction can be obtained by calculation. However, the numerical value from which this calculation is based is sometimes not determined when the reflection point is the sea surface. The embodiment of the present invention described above for the profile set in FIG. 22 cannot be directly applied to the case of sea surface reflection. Therefore, the case of sea surface reflection will be described below as an application problem of the embodiment of the present invention described above. The antenna vertical direction adjustment method described below is an unprecedented sea surface reflection antenna vertical direction adjustment method as in the case described above.
[0078]
The change in altitude causes a change in the path length difference. Since the wavelength used is short, the phase difference of the direct wave reflected wave at the same wavelength changes greatly. However, changes in depression angle and vertical angle can be ignored when the altitude of the antenna is several meters. Therefore, the change of the phase difference, which is obtained from the a, b, c, and d values and brings the maximum combined electric field at the opposite time to the counterpart antenna, can be ignored. However, the frequency causing the phase difference varies depending on the antenna altitude value. In addition, a certain range is calculated for the phase difference. For example, if the profile shown in Fig. 3 is taken as an example, if the altitude of station A is 300m, the altitude of station B is 150m, the section distance is 45km, and the 6GHz band 3.6mD offset antenna is used, K = 4/3 ,

(Refer to the above-mentioned (various propagation parameter calculations)).
[0079]
On the other hand, the altitude is measured with the sea level at high tide as 0m. If the 1m tide is pulled, the antenna height for radio wave propagation will be as large as 1m. When the frequency at each phase angle in the 6GHz band when the 5cm, 10cm, 15cm, and 20cm tides are subtracted from the high tide is calculated as shown in Table 2. Become.
[0080]
[Table 2]

In Table 2, the profile at high tide is equal to the profile shown in FIG. Below, when the 5cm, 10cm, 15cm, and 20cm tides subtract from the high tide,₂And altitude h of station B₁Are increased by 5 cm, 10 cm, 15 cm, and 20 cm, respectively, and the distance d from station A to the regular reflection point₂And distance d from station B to the regular reflection point d₁Also changes.
[0081]
On the side of station A, when high tide and 15 cm tide are drawn, the frequency that realizes ρ = 108.27 ° ~ 130.55 ° is possible with one wave. On the B station side, if the tide of 15 cm is pulled, the frequency for realizing ρ = 116.27 ° to 124.38 ° is not possible with a single wave, and it is possible with 5 cm.
[0082]
The frequency at the time of the vertical adjustment of the antenna on the A station side must be carried out with a center frequency of 6.098817984 GHz of “6.097820078 GHz to 6.099815889 GHz”. Moreover, the direction adjustment time is from 15cm before the high tide until the 15cm tide is pulled again after the high tide.
[0083]
The frequency at the time of adjustment of the vertical direction of the antenna on the B station side must be carried out at a center frequency of 6.102895254 GHz of “6.102367181 GHz to 6.103423327 GHz”. Moreover, the direction adjustment is performed from 5cm before the high tide until the 5cm tide drops again after the high tide.
[0084]
Now, if the difference in tidal range is 4m, the station A of 0.15m
    0.15 / (4/6) ≒ 0.225 (hours) → 13.5 minutes,
Therefore, the vertical adjustment must be completed at 6.098817984 GHz in a total of 26 minutes from about 13 minutes before high tide to about 13 minutes after high tide. In station B, if the difference in tidal range is 4m,
0.05 / (4/6) ≒ 0.075 (hour) → 4.5 minutes,
Therefore, the vertical adjustment must be completed at 6.102895254GHz in about 8 minutes from about 4 minutes before high tide to about 4 minutes after high tide.
[0085]
For example, in the sea near Shibaura in Tokyo, the difference in tidal range is 1.5m. If the reflection point is the sea near Shibaura, the adjustment in the vertical direction must be completed in 72 minutes in total for 36 minutes before and after the high tide at station A. Station B must finish the vertical adjustment in 24 minutes, 12 minutes each before and after high tide.
[0086]
The above is the theory of the antenna direction adjustment in the vertical direction in the section having the reflected wave from the sea where the reflection point moves up and down. Based on this, the actual adjustment method will be described below.
[0087]
First, in addition to the various calculations described above (various propagation parameters calculation), the fishery cooperatives, fishing gear stores, Japan Coast Guard waterways, etc. that have jurisdiction over the ocean at the reflection point will be able to handle the tides of about 10 days. Ask for time and quantity data. Based on this, graphs corresponding to FIGS. 31 and 32 are created in advance. Next, at each angle calculated with the altitude value at the time of high tide, the above-mentioned operations (the vertical angle of both antennas is adjusted to the calculated angle to determine the horizontal direction) and (check for interference wave) are performed.
[0088]
Next, after waiting for the high tide time, the above-mentioned (measurement with a sweep wave) is performed at the positive high tide, and the in-phase (ρ = 0 °) frequency (f₁), 180 ° phase difference (ρ = 180 °) frequency (f_Three), And measure immediately. Based on this, the frequency values on the left side of the graph corresponding to FIGS. 31 and 32 are replaced. Then, a dotted line as shown in FIG. 33 is drawn, and the frequency f of the vertical antenna direction adjustment is shown.₀Is determined (see FIG. 33). From this, f₀The amount of tidal volume that can be adjusted in the up and down direction is found, and therefore how long it takes to f₀It turns out whether vertical adjustment is allowed.
[0089]
Now, if the difference between low tide and high tide is 4m, f at high tide₁, F_ThreeIt is impossible to determine the direction adjustment frequency and finish the antenna up-and-down adjustment of both stations 4 minutes after high tide. In such a case, the up and down adjustment must be completed using several high tides. However, in Japan, the 4m tide difference is only in the Ariake Sea, and it can be regarded as an exceptional sea. If enough data is collected in advance and each calculation is completed, the direction adjustment can be completed at one high tide.
[0090]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the antenna direction adjustment is performed with an arbitrary CW wave in the regular reflected wave existing section, the maximum electric field position is not necessarily the antenna facing position. Reflected wave and direct wave when antenna is directly facingofBy calculating the appropriate frequency for the direction adjustment that maximizes the combined electric field, in the case of a single-polarized antenna, it is possible to eliminate mistakes that have been operated semi-permanently without facing the opposite. In the case of an antenna, the difficulty of adjusting the cross ratio can be remarkably improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a reflected wave presence section profile.
FIG. 2 is a vector diagram of a direct wave and a reflected wave.
FIG. 3 is a diagram showing a reflected wave presence section profile.
FIG. 4 is a diagram showing direct wave and reflected wave right / left directivity characteristics of a 5 GHz band 3.6 mD offset antenna.
FIG. 5 is a diagram illustrating a combined electric field characteristic of a direct wave and a reflected wave when a 5 GHz band 3.6 mD offset antenna is adjusted in the horizontal direction.
FIG. 6 is a diagram showing direct wave and reflected wave vertical directivity characteristics of a 5 GHz band 3.6 mD offset antenna.
FIG. 7 is a diagram showing combined electric field characteristics of a direct wave and a reflected wave when a 5 GHz band 3.6 mD offset antenna is adjusted in the vertical direction.
FIG. 8 is a diagram showing generation of a pitch wave electric field.
FIG. 9 is a dB pitch graph.
FIG. 10 is a frequency pitch graph.
FIG. 11 is a diagram showing repetition of a pitch waveform.
FIG. 12 is a diagram showing a pitch waveform.
FIG. 13 is a diagram showing direct wave and reflected wave directivity characteristics when the antenna is adjusted in the vertical direction.
FIG. 14 is a diagram showing a maximum phase difference range of a combined electric field.
FIG. 15 is a diagram showing a direction adjustment characteristic that a direct wave and reflected wave combined electric field peak value of a 5 GHz band 3.6 mD offset antenna is realized at a directly facing position vertically on the other antenna.
FIG. 16 is a diagram showing up-and-down directivity characteristics-2 of a direct wave reflected wave of a 5 GHz band 3.6 mD offset antenna.
FIG. 17 is a diagram showing a direction adjustment characteristic in which a direct wave / reflected wave combined electric field has a maximum electric field when facing a counterpart antenna at any frequency when adjusting a vertical direction of a 3.6 GHz offset antenna of a 5 GHz band.
FIG. 18 is a diagram showing a reflected wave presence section profile.
FIG. 19 is a diagram showing a maximum phase difference range of a combined electric field.
FIG. 20 is a diagram showing the direct wave and reflected wave vertical directivity characteristics and the combined electric field vertical direction adjustment characteristics of a 2 GHz band 1.8 mφ parabolic antenna.
FIG. 21 is a diagram showing the direct wave and reflected wave up-and-down directivity characteristics and the combined electric field up-and-down direction adjustment characteristics of the 2 GHz band 1.8 mφ parabolic antenna.
FIG. 22 is a diagram showing a vertical adjustment profile of an antenna.
FIG. 23 is a diagram showing the direct wave and reflected wave vertical directivity characteristics (A side) of a 3.6 GHz band offset antenna of 6 GHz.
FIG. 24 is a diagram showing direct wave and reflected wave up-and-down directivity characteristics (B station side) of a 6 GHz band 3.6 mD offset antenna.
FIG. 25 is a diagram showing pitch waveforms of both stations.
FIG. 26 is a diagram showing a pitch waveform.
FIG. 27 is a diagram showing a direction adjustment method.
FIG. 28 is a diagram illustrating a method of adjusting a direction.
FIG. 29 is a diagram showing a direction adjustment method.
FIG. 30 is a diagram illustrating the direct wave and reflected wave combined electric field vertical directivity characteristics of a 6 GHz band 3.6 mD offset antenna.
FIG. 31 is a diagram showing the change in frequency that produces the maximum combined electric field of sea surface reflection.
FIG. 32 is a diagram showing a change in frequency that produces a maximum combined electric field of sea surface reflection.
FIG. 33 is a diagram illustrating calculation of a sea reflection vertical adjustment frequency and a direction adjustment time.
[Explanation of symbols]
TT antenna (transmitting antenna)
R R antenna (receiving antenna)
θ₁, Θ₂    Angle between direct wave and reflected wave
L₁    Direct wave path length
L₂    Reflected wave path length
P Combined electric field of direct wave and reflected wave
f frequency,
h₁, H₂    Antenna elevation
D is the section distance,
d₁, D₂    Distance from antenna to regular reflection point

Claims

From the direct wave electric field value, the reflected wave electric field value and the phase difference between them, the direct wave electric field value and the combined electric field value of the reflected wave electric field value are calculated,
From the obtained combined electric field value, a frequency at which each combined electric field value becomes maximum when the first and second opposing antennas face each other is calculated,
The first and second antennas facing each other so that the combined electric field value of the first and second antennas facing each other is maximized using the obtained frequency in the actual regular reflected wave existence section. The method for adjusting the direction of an antenna is characterized in that each direction of the antenna is adjusted.

Prior to the calculation of the combined electric field value, a sweep wave is sent from at least one of the opposed first and second antennas to the other,
2. The antenna direction adjustment method according to claim 1, wherein a phase difference or frequency at which the combined electric field value is maximized is obtained by sending the sweep wave.

Prior to the transmission of the sweep wave, the presence or absence of an interference wave around each of the opposed first and second antennas is detected,
3. The antenna direction adjustment method according to claim 2, wherein the sweep wave is transmitted when the interference wave does not exist.

The direction adjustment of the opposing first and second antennas is as follows:
The second antenna transmits the radio wave of the frequency for the second antenna from the first antenna to the second antenna so that the combined electric field value is maximized in the second antenna. Temporarily fix the direction of
The first antenna transmits a radio wave having the frequency for the first antenna from the temporarily fixed second antenna, and the combined electric field value is maximized in the first antenna. Fix the direction of 1 antenna,
The fixed first antenna transmits the radio wave of the frequency for the second antenna to the second antenna, and the temporary antenna is fixed so that the combined electric field value is maximized in the second antenna. The method for adjusting the direction of an antenna according to claim 1, wherein the direction of the second antenna is fixed.

2. The antenna direction adjustment method according to claim 1, wherein the direction adjustment of the first and second antennas facing each other is performed in the horizontal direction and the vertical direction of each of the first and second antennas. .

The frequency of each of the first and second antennas is corrected according to a change in altitude of each of the first and second antennas due to tides when the reflection point of the reflected wave is the sea surface. 2. The method for adjusting the direction of the antenna according to 1.

7. The antenna direction adjustment method according to claim 6, wherein the direction adjustment time of each of the first and second antennas is determined in accordance with a time of high tide and a tidal speed.