JP3806327B2 - 円偏波・直線偏波共用アンテナ及び偏波面切替方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、1つのアンテナを円偏波と直線偏波とに切替えて使用できる偏波面切替共用アンテナ及び偏波面切替方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えばVHF帯、UHF帯で使用されるアンテナとしては、円偏波や直線偏波(水平、垂直偏波)用アンテナがある。アンテナを設置する場所の条件等によって円偏波と直線偏波の使い分けが必要であるが、従来ではそれぞれ専用のアンテナを使用している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、上記のように円偏波や直線偏波用アンテナとしてそれぞれ専用のアンテナを使用しているので、円偏波から直線偏波への変換、あるいは直線偏波から円偏波への変換ができなかった。このためアンテナを設置した後に偏波面を切替える場合には、その偏波面に合わせてアンテナを交換しなければならず、また、アンテナも円偏波用と直線偏波用の両方を用意しなければならないという問題があった。
【0004】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、1つのアンテナを円偏波と直線偏波とに切替えて使用でき、アンテナ設置後に偏波面を変更する場合でもアンテナを交換することなく、入力端子を切替える事で迅速且つ容易に対応することができる偏波面切替共用アンテナ及び偏波面切替方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の発明に係る円偏波・直線偏波共用アンテナは、偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された結合用同軸接栓を有する別体の第2の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させることにより、直線偏波アンテナとすることを特徴とする。
第2の発明に係るアンテナの偏波面切替方法は、偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された複数の結合用同軸接栓を有する別体の第2の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させ、前記第2の偏波面変換器の入力端子に各々水平偏波信号、垂直偏波信号を入力することにより、前記アンテナを直線偏波アンテナとして動作させることを特徴とする。
【0006】
上記のようにクロス八木式アンテナに対して第1及び第2の偏波面変換器を接続することにより、入力端子を切替えるだけで円偏波と直線偏波を任意に切替えることができる。また、アンテナ設置後に偏波面を変更する場合でもアンテナを交換することなく、迅速且つ容易に対応することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る偏波面切替共用アンテナの構成図である。図1において、10はクロス八木式アンテナで、アーム11上に放射素子12、導波素子13、反射素子14を所定の間隔で装着している。上記放射素子12は、図2に詳細に示すように基本的に水平方向に設けた1対の第1の素子12a、12bと、垂直方向に設けた1対の第2の素子12c、12dからなっている。すなわち、第1の素子12a、12bと第2の素子12c、12dとを直角にクロスさせた状態で設けている。
【0008】
また、導波素子13及び反射素子14においても、放射素子12と同様に第1の素子と第2の素子とを直角にクロスさせた状態で設けている。
【0009】
そして、上記放射素子12の第1の素子12a、12bと第2の素子12c、12dの給電部には、偏波面変換装置20を接続する。この偏波面変換装置20は、直列に接続した第1の偏波面変換器21及び第2の偏波面変換器22からなり、第1の偏波面変換器21の一方の出力信号が同軸ケーブル23を介して放射素子12の第1の素子12a、12bに給電され、他方の出力信号が同軸ケーブル24を介して第2の素子12c、12dに給電される。
【0010】
上記第1の偏波面変換器21及び第2の偏波面変換器22は、例えばλ/4ハイブリッド回路あるいは3dB方向性結合器を用いて構成されるもので、それぞれ90°の位相差を持つ信号を出力する。上記第1の偏波面変換器21は、左旋円偏波入力端子A、右旋円偏波入力端子B、及び出力端子A′、B′を備え、第2の偏波面変換器22は、垂直偏波(又は水平偏波)入力端子C、水平偏波(又は垂直偏波)入力端子D、及び出力端子C′、D′を備えている。なお、第2の偏波面変換器22の入力端子C、Dに対する水平偏波と垂直偏波の対応は、第1の偏波面変換器21とクロス八木式アンテナ10との接続状態によって異なったものとなる。
【0011】
図3は、λ/4ハイブリッド回路25の基本的な構成例を示したものである。λ/4ハイブリッド回路25は、λ/4の長さの線路を方形状に接続したもので、2つの入力端子a、b、2つの出力端子c、dを備えている。信号を入力端子aに入力した場合、その入力信号はλ/4の線路により位相が90°遅れて出力端子cに出力されると共に、更に90°遅れて出力端子dに出力される。従って、出力端子cに出力される信号を基準(0°)として考えれば、出力端子dに出力される信号は位相が90°遅れた(−90°)信号となる。
【0012】
また、信号を入力端子bに入力した場合、その入力信号は、位相が90°遅れて出力端子dに出力されると共に、更に90°遅れて出力端子cに出力される。従って、出力端子dに出力される信号を基準(0°)として考えれば、出力端子cに出力される信号は位相が90°遅れた(−90°)信号となる。
上記のようにλ/4ハイブリッド回路25の入力端子aまたはbに入力した信号は、90°の位相差を持って出力端子c、dから出力される。
【0013】
次に、上記実施形態の全体の動作を説明する。
[右旋円偏波の給電]
右旋円偏波を行なう場合には、第1の偏波面変換器21の入力端子Aに信号を入力する。第1の偏波面変換器21の入力端子Aに信号を入力すると、第1の偏波面変換器21の出力端子A′に0°、出力端子B′に−90°の信号が出力される。上記第1の偏波面変換器21の出力端子A′から出力される0°の信号は、図2に示したように同軸ケーブル23により第1の素子12a、12bに0°、−180°の信号となって供給される。また、第1の偏波面変換器21の出力端子B′から出力される−90°の信号は、同軸ケーブル24により第2の素子12c、12dに−90°、−270°の信号となって供給される。この結果、放射素子の後方から伝搬方向に向かって見た場合、電界は右回りとなり、放射素子12に対して右旋円偏波の給電が行なわれる。
【0014】
[左旋円偏波の給電]
左旋円偏波を行なう場合には、第1の偏波面変換器21の入力端子Bに信号を入力する。第1の偏波面変換器21の入力端子Bに信号を入力すると、第1の偏波面変換器21の出力端子B′に0°、出力端子A′に−90°の信号が出力される。第1の偏波面変換器21の出力端子B′から出力される0°の信号は、同軸ケーブル24により第2の素子12c、12dに0°、−180°の信号として供給される。また、第1の偏波面変換器21の出力端子A′から出力される−90°の信号は、同軸ケーブル23により第1の素子12a、12bに−90°、−270°の信号として供給される。この結果、放射素子の後方から伝搬方向に向かって見た場合、電界は左回りとなり、放射素子12に対して左旋円偏波の給電が行なわれる。
【0015】
[垂直偏波の給電]
垂直偏波を行なう場合には、第2の偏波面変換器22の入力端子Cに信号を入力する。第2の偏波面変換器22の入力端子Cに信号を入力すると、図4(a)に示すように出力端子C′に0°、出力端子D′に−90°の信号が出力され、第1の偏波面変換器21の入力端子A、Bに入力される。第1の偏波面変換器21の入力端子Aに入力された0°の信号に対しては、図4(b)に示すようにほぼ0°の信号が出力端子A′から出力されると共に、ほぼ−90°の信号が出力端子B′から出力される。
【0016】
一方、第1の偏波面変換器21の入力端子Bに入力された−90°の信号に対しては、図4(c)に示すようにほぼ−90°の信号が出力端子B′から出力されると共に、ほぼ−180°の信号が出力端子A′から出力される。従って、第1の偏波面変換器21の出力端子A′から出力される信号は、図4(b)、(c)に示したように0°と−180°であり、180°の位相差となって相殺される。また、第1の偏波面変換器21の出力端子B′から出力される信号は、図4(b)、(c)の何れの場合も−90°で同位相である。この結果、第1の偏波面変換器21の出力端子B′から出力される信号が放射素子12の第2の素子12c、12dに供給されて垂直偏波の給電が行なわれる。
【0017】
[水平偏波の給電]
水平偏波を行なう場合には、第2の偏波面変換器22の入力端子Dに信号を入力する。第2の偏波面変換器22の入力端子Dに信号を入力すると、図5(a)に示すように出力端子C′に−90°、出力端子D′に0°の信号が出力され、第1の偏波面変換器21の入力端子A、Bに入力される。第1の偏波面変換器21の入力端子Aに入力された−90°の信号に対しては、図5(b)に示すようにほぼ−90°の信号が出力端子A′から出力されると共に、ほぼ−180°の信号が出力端子B′から出力される。
【0018】
一方、第1の偏波面変換器21の入力端子Bに入力された0°の信号に対しては、図5(c)に示すようにほぼ0°の信号が出力端子B′から出力されると共に、ほぼ−90°の信号が出力端子A′から出力される。従って、第1の偏波面変換器21の出力端子B′から出力される信号は、図5(b)、(c)に示したように−180°と0°であり、180°の位相差となって相殺される。また、第1の偏波面変換器21の出力端子A′から出力される信号は、図5(b)、(c)の何れの場合も−90°で同位相である。この結果、第1の偏波面変換器21の出力端子A′から出力される信号が放射素子12の第1の素子12a、12bに供給されて水平偏波の給電が行なわれる。
【0019】
上記のようにクロス八木式アンテナ10に対して第1の偏波面変換器21及び第2の偏波面変換器22からなる偏波面変換装置20を接続することにより、入力端子を切替えるだけで左旋円偏波、右旋円偏波、水平偏波、垂直偏波を任意に選択することができる。
【0020】
また、クロス八木式アンテナ10及び第1の偏波面変換器21からなる円偏波アンテナが設置されている場合において、円偏波から直線偏波に偏波面を切替える場合には、第1の偏波面変換器21に対して第2の偏波面変換器22を接続し、入力端子CあるいはDに信号を入力するだけで、水平偏波あるいは垂直偏波とすることができる。
【0021】
また、上記実施形態において、図6に示すように第1の偏波面変換器21と第2の偏波面変換器22との間に偏波面切替スイッチ30a、30bを設け、この偏波面切替スイッチ30a、30bにより、第1の偏波面変換器21に対する左旋円偏波入力端子A、右旋円偏波入力端子B、第2の偏波面変換器22に対する垂直偏波(又は水平偏波)入力端子C、水平偏波(又は垂直偏波)入力端子Dを任意に切替えできるようにしても良い。
【0022】
図7は、予めクロス八木式アンテナ10に対して第1の偏波面変換器21を実際に組み込んだ場合において、上記第1の偏波面変換器21に第2の偏波面変換器22を接続した場合の具体的な構成例を示したもので、(a)は平面図、(b)は側面図である。第1の偏波面変換器21と第2の偏波面変換器22との間は、接栓31、32によって簡単に接続することができる。また、第2の偏波面変換器22に対しては、接栓33、34によって信号を容易に入力することができる。なお、第1の偏波面変換器21と第2の偏波面変換器22とは、補強金具35によって側部を保持している。
【0023】
上記の構成とすることにより、円偏波アンテナとして使用する場合には、円偏波発生回路を組み込んだクロス八木式アンテナ10を加工することなく、そのまま使用することができる。
【0024】
また、図8に示すように水平偏波、垂直偏波発生用のクロス八木式アンテナ10を単体で独立して製作し、円偏波アンテナとして使用する場合に、アンテナ入力端子A、Bに偏波面変換器21を接続し、その入力端子CまたはDから信号を入力するようにしても良い。なお、図8において、Aは水平偏波(又は垂直偏波)入力端子、Bは垂直偏波(又は水平偏波)、Cは左旋円偏波入力端子、Dは右旋円偏波入力端子である。
【0025】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、クロス八木式アンテナに対して偏波面変換装置を接続することにより、入力端子を切替えるだけで円偏波と直線偏波を任意に切替えることができる。また、アンテナ設置後に偏波面を変更する場合でもアンテナを交換することなく、迅速且つ容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る偏波面切替共用アンテナの構成図。
【図2】同実施形態において、放射素子の給電部における接続状態を示す図。
【図3】同実施形態において、偏波面変換器に用いるλ/4ハイブリッド回路例を示す図。
【図4】同実施形態における垂直偏波の動作を説明するための図。
【図5】同実施形態における垂直偏波の動作を説明するための図。
【図6】同実施形態において、偏波面切替スイッチにより入力端子を切替える場合の構成例を示す図。
【図7】(a)はクロス八木式アンテナに予め組み込んだ第1の偏波面変換器に第2の偏波面変換器を接続した場合の具体的な構成例を示す平面図、(b)は同側面図。
【図8】直線偏波用クロス八木式アンテナに偏波面変換器を接続して円偏波に切替える場合の構成例を示す図。
【符号の説明】
10…クロス八木式アンテナ
11…アーム
12…放射素子
12a、12b…放射素子の第1の素子
12c、12d…放射素子の第2の素子
13…導波素子
14…反射素子
20…偏波面変換装置
21…第1の偏波面変換器
22…第2の偏波面変換器
23、24…同軸ケーブル
25…λ/4ハイブリッド回路
30…偏波面切替スイッチ
31、32、33、34…接栓
35…補強金具
Claims (2)
- 偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された結合用同軸接栓を有する別体の第2の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させることにより、直線偏波アンテナとすることを特徴とする円偏波・直線偏波共用アンテナ。
- 偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された複数の結合用同軸接栓を有する別体の第2の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させ、前記第2の偏波面変換器の入力端子に各々水平偏波信号、垂直偏波信号を入力することにより、前記アンテナを直線偏波アンテナとして動作させることを特徴とするアンテナの偏波面切替方法。
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