JPH01135135A - 電磁界・偏波複合ダイバーシチ受信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無線受信方式に関するものであり、特に、放射
電波およびそれに直交する偏波の磁界電波を受信する電
磁界・偏波複合ダイバーシチ受信方式に関する。

本発明の電磁界・偏波複合ダイバーシチ受借方式は、フ
ェージングの影響を排除する種々の無線受信装置に用い
られ得る。

〔従来の技術〕

放射電磁界を用いた無線伝送方式においては、電波伝搬
により受信電界強度の時間的変動、すなわちフェージン
グが生ずると、受信信号の品質が低下する。

移動通信などにおけるフェージング対策としては、従来
、空間ダイバーシチ方式、偏波ダイバーシチ方式、電磁
界ダイバーシチ方式等が用いられている。空間ダイバー
シチ方式は、よく知られているように、通常、２基のア
ンテナをλ／４　（λ：受信波の波長）程度離して設置
し、これらのアンテナ出力を合成又は選択し、受信信号
の品質を向上させる方式である。通常、アンテナは電界
アンテナが用いられている。偏波ダイバーシチ方式は、
ビルなどによる電波の回折または反射の際に生ずる交さ
偏波成分のフェージングと、主偏波のフェージングとが
異なることを利用したものである。

電磁界ダイバーシチ方式は、受信波が定在波状を呈する
場所において電界と磁界分布がλ／４程度ずれる現象を
利用したものである。通常、電界アンテナと磁界アンテ
ナとは同一偏波が用いられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

空間ダイバーシチ方式を用いた場合、電波の周波数が、
例えば３００ＭＨｚの場合、２基のアンテナ間隔は２５
ｃｍ程度となる。一般に、移動無線受信装置は小形化が
要求され、上記アンテナ間隔は小形化に適さないという
問題がある。電波周波数が低ければ低い程、アンテナ間
隔はより大きくなり、上記問題は大きくなる。また屋内
等の固定無線受信装置に適用したとしても、アンテナ設
置間隔が大になることに伴う無線受信系の大規模化は好
ましくなく、外観上も好ましくない。

カミる問題を解決するため、例えば、二つのアンテナを
同一平板上に配設した電磁界ダイバーシチ方式がすでに
提案されている（例えば昭和６２年８月１３日に本件出
願人により出願された「電磁界ダイバーシチ受信方式」
、特願昭６２−２００９２１）　。

しかじながらか＼る電磁界ダイバーシチ方式においては
、空間ダイバーシチと比較するとかなり小形化されるが
、垂直偏波を用いた方式においては、磁界電波受信用ア
ンテナ（スロットアンテナ）の形状から小形化に制約が
ある。

電磁界ダイバーシチ方式は、このような受信波が定在波
状を呈した場所においては理想的なダイバーシチ効果が
得られる。しかしながら、広く一般的な部屋において定
在波状を呈しているとは限らない。定在波状を呈してい
ない場所においては、電磁界ダイバーシチ受信方式では
、通常の多重反射波によるフェージングに対する効果は
余り期待できない。また、小形にして、且つ、各種のフ
ェージングに対して理想的な改善が得られるようなフェ
ージング対策を実現するうえには困難な面が多い。特に
、通信情報が安全に関する警備情報の場合、か＼るフェ
ージングによる誤りを含む受信信号を用いると安全上の
問題が生ずる可能性がある。

以上から、フェージングの影響を最大限に排除でき、し
かも小形化が可能な無線受信方式が要望されている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、受信波が定在波状を呈している場所において
は電磁界ダイバーシチ効果が得られ、多重フェージング
が生ずる場所においては偏波ダイバーシチ効果が得られ
るように、電磁界ダイバーシチ方式と偏波ダイバーシチ
方式とを複合させるという構想に基づく。

すなわち、本発明によれば、所定の周波数の電界電波を
受信する第１の空中線と、該第１の空中線と独立に設け
られ、前記第１の空中線に直交する偏波の磁界電波を受
信する第２の空中線と、第１および第２の空中線からの
受信信号を入力し、該受信信号の位相が同相になるよう
に位相調整する手段とを具備する電磁界・偏波複合ダイ
バーシチ受借方式が提供される。

〔作　用〕

第１の空中線、すなわち電界電波受信アンテナにより電
界定在波を受信する。一方、第２の空中線、すなわち磁
界電波受信アンテナにより第１の空中線に直交する偏波
の磁界定在波を受信する。

平面波が平面状完全導体に垂直に入射した場合、入射波
とその反射波とにより形成される電界定在波と磁界定在
波との振幅分布は空間的にλ／４ずれている。よって、
それぞれ独立に受信した電界定在波と磁界定在波の振幅
分布は相補的関係にある。この関係の下、再受信波を合
成器で合成することにより、常に最大の出力が得られ、
フェージングによる電界強度低下が補償し得る。多重波
干渉によるフェージングが生ずるが、この場合のフェー
ジングは偏波ダイバーシチ方式により救済される。第１
の空中線、すなわち電界電波受信アンテナにより電界電
波を受信する。一方、第２の空中線、すなわち磁界電波
受信アンテナにより第１の空中線に直交する偏波の磁界
電波を受信する。

多重波フェージングは偏波により異なるので、第１の空
中線および第２の空中線による受信信号の位相が同相に
なるように合成することにより、偏波ダイバーシチ効果
が得られる。電波の回折や反射の際に交さ偏波成分が発
生する場合においでも、交さ偏波識別度が小さければ偏
波ダイバーシチ効果が得られる。

〔実施例〕

本発明の実施例の電磁界・偏波複合ダイバーシチ受信方
式を第１図を参照して述べる。

第１図において、当該電磁界・偏波複合ダイバーシチ受
信方式は、電界電波受信アンテナ１、例えばプリントダ
イポール又はマイクロストリップアンテナ、磁界電波受
信アンテナ２、例えばスロットアンテナ又はループアン
テナがそれぞれ給電線４１’、　４２を介して合成器３
に接続されて成る。合成器３は位相調整回路３１と合成
回路３２とで構成される。上記電磁界ダイバーシチ受信
方式の合成器３の出力Ｓ３が無線機５に出力される。

第２図（ａ）（ｂ）に、電波の反射面が完全導体であり
且つ垂直に入射される場合のそれぞれ、入射波と反射波
とによる電界電波の定在波Ｓ。および磁界電波の定在波
ＳＨを図示する。この理想状態において、ＳｌとＳ、は
空間的にλ／４ずれており、９０”位相差があり、振幅
分布として相補関係にある。従って、両定在波をベクト
ル合成することにより、常に最大の出力が得られ、フェ
ージングの影響を最小にすることができる。屋内伝搬試
験の結果によれば、金属板またはコンクリート等で囲ま
れた部屋においては、受信波は定在波状を呈する。

一方、部屋の壁・扉等が金属やコンクリート以外の電波
の反射の弱い材質のものでできているために反射波が弱
く、室内に金属製の什器類が置かれている場合には、受
信点においては直接波以外に什器類からの反射波が受信
される。このような場所で、人の移動、什器の移動また
は送受信機の移動などがあると、直接波と反射波又はい
くつかの反射波と回折波による多重波干渉によるフェー
ジングが生じる。この多重波フェージングは基本的には
偏波ダイバーシチ方式により救済可能である。

そこで第３図に図示の如く、電界電波受信アンテナ１と
磁界電波受信アンテナ２とは、それぞれ直交する偏波の
電波を独立に受信するように構成されると共に、受信電
波周波数ｆを受信する特性を有するように製造されてい
る。

多重波フェージングが偏波により異なることを第４図を
参照して述べる。第４図に、電波の反射面が完全誘電体
のときの反射面への電波の入射角ψと、水平偏波ＨＰと
垂直偏波ｖｐの、反射の際の位相遅れの角度φおよび反
射係数Ｒの関係を図示する。水平偏波ＨＰの場合、入射
角ψが大きくなるにつれて反射係数ＲＨＰはゆるやかに
減少し、位相遅れ角φ、、は常に１８０°で変化しない
。これに対して垂直偏波■Ｐでは、入射角ψがある一定
値、は＼２１°に達すると反射係数ＲＶＰは０になり、
この点を境にして位相遅れ角φＶＰは１８０°から急に
Ｏｏになる。このように、水平偏波ＨＰと垂直偏波ｖｐ
とでは反射の際の反射係数Ｒ）ＩＰ。

ＲＶＰおよび位相特性φＨＦ＋φＶＰが異なるので、こ
のように多重波フェージングは偏波により異なる。

例えば、マイクロ波回線等において、反射波の大地への
入射角（接地角）が非常に小さいため直接波と反射波の
干渉により生ずるいわゆるに形フェージングは、偏波に
よる差がほとんどない。ところが、屋内伝搬等において
は、什器類等への入射角が大きいために偏波によりフェ
ージングは異なり、偏波ダイバーシチ効果が得られる。

従って、電界電波受信アンテナ１、アンテナ１に直交す
る偏波の磁界アンテナ２でそれぞれ受信された受信信号
を位相が同相になるようにベクトル合成することにより
、常に最大の出力が得られ、フェージングによる影響を
最小にすることができる。

つぎに本発明の実施例の電磁界・偏波複合ダイバーシチ
受信方式の具体例を示す。第５図はアンテナ基板１１上
に、電界電波受信用アンテナとしてダイポールアンテナ
１と磁界電波受信用アンテナとしてスロットアンテナ２
を形成させ、その外部の位相調整回路を含む合成器３に
給電線４１　、４２を介して接続させ、２つのアンテナ
を配設したアンテナ基板１１の裏面には側板１２による
間隔（奥行）Ｄをおいて反射板１３を取付けたものを示
す。例えば、受信周波数ｆ−３００）′ｌＨ２とした場
合、アンテナ基板１１の長手方向寸法りは２５ｃｍ、横
幅Ｗは１０ｃｒｎ、側板１２の奥行りは３　ｃｍ程度と
小形である。

次いで、両受倍信号の位相を同相になるようにベクトル
合成し偏波による多重波フェージングを救済する合成器
３を第６図を参照して述べる。

第６図に合成器３の一実施例回路図を示す。第６図の合
成器３は、位相調整回路３１を、位相比較器３１１、ロ
ーパスフィルタ３１２、電圧制御形光振器（ＶＣＯ）３
１３、およびオプショナルなものとして分周器３１４か
ら成る位相同期（ＰＬＬ）回路に、および移相器３１５
を加えて実現したものである。合成回路３２は、ハイブ
リッド等、種々の従来知られているものを用いることが
できる。

電界電波受信信号Ｓ１と移相器３１５を介した移相され
た磁界電波受信信号Ｓ２’とが位相比較器３１１におい
て位相比較される。位相誤差に対応する信号がローパス
フィルタ３１２を介してＶＣＯ３１３に印加され、位相
誤差に応じた発振周波数の信号が分周器３１４に印加さ
れる。分周器３１４は所定の分周率１／Ｎで入力信号を
分周し、移相器３１５に印加する。移相器３１５は分周
器３１４からの周波数に応じて、入力磁界電波受信信号
Ｓ２を位相シフトする。以上により、磁界電波受信信号
Ｓ２が電界電波受信信号Ｓ１に対して正確に同相になる
ように、位相調整される。

移相かつ位相調整された磁界電波受信信号Ｓ２’が合成
器３２に印加される。一方、電界電波受信信号Ｓ１が合
成器３２に印加され、信号Ｓ２’とベクトル合成される
。

このように合成された出力Ｓ３は常に最大値を示す。合
成出力Ｓ３は受信機５に印加され、受信信号処理が行な
われる。

位相調整は、前述とは逆に、磁界電波受信信号に対して
電界電波受信信号を移相かつ位相調整してもよい。

上述の合成器３は、モノリシックＩＣ化が可能である。

また、電界電波受信アンテナ１および磁界電波受信アン
テナ２は、独立に作動し得るように配設されればよく、
受信周波数ｆの波長λには無関係に設置可能である。

これらのアンテナの寸法は、例えば、受信周波数ｆ　＝
３００ＭＨｚとした場合、それぞれ、はヌ゛次の値にな
る。

ａ、電界電波受信アンテナ プリントダイポール： 長さ２０ｃｍ以下、幅１〜２ｃｍ マイクロストリップアンテナ二　− ２９ｃｍＸ５ｃｍ以下 す、磁界電波受信アンテナ スロットアンテナ： 長さ２Ｑ、ｃｍ以下、幅１　ｃｍ以下 ループアンテナ： ２０ｃｍｘ２Ｑｃｍ以下 これらのアンテナ寸法は小さく、ＩＣ化合成器と同一平
板上に一体化可能であり、小形受信系を構成することが
できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、電界電波を受信する
アンテナと、そのアンテナに直交する偏波の磁界電波を
受信するアンテナとを配置し、これらのアンテナの受信
信号が同位相になるようにヘクトル合成することにより
、空間ダイバーシチ、偏波ダイバーシチ、電磁界ダイバ
ーシチ等に比較して、確実にフェージングに対する補償
が可能となり、受信信号の信頼性を著しく向上させるこ
とができる。かかる受信信号の信頼性向上により、信頼
性、正確性が厳しく要求される警備情報等の情報通信に
有効に適用し得る。

また、水平偏波の磁界アンテナを用いれば、垂直偏波を
用いる電磁界ダイバーシチ受信方式と比較して小形化し
得る。かかる小形化は、特に移動通信および警備情報等
の情報通信に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の電磁界・偏波複合ダイバー
シチ受信方式の構成図、 第２図（ａ）（ｂ）は、受信波が定在波状を呈するとき
の受信電界電波−および磁界電波の波形図、第３図は、
アンテナ１およびアンテナ２の偏波が異なることおよび
アンテナ配置を示す図、第４図は、反射の際の水平偏波
および垂直偏波電波の反射係数・位相特性、 第５図は、本発明の実施例の電磁界・偏波複合ダイバー
シチ受信方式の組立図、 第６図は本発明の実施例の合成器の回路図、である。 （符号の説明） １・・・電界電波受信アンテナ、 ２・・・磁界電波受信アンテナ、 ３・・・合成器、　　　　　　５・・・受信機、３１・
・・位相調整回路、　３２・・・合成回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の周波数（ｆ）の電界電波を受信する第１の空
   中線（１）と、 該第１の空中線と独立に設けられ、第１の空中線と直交
   する偏波の磁界電波を受信する第２の空中線（２）と、 第１および第２の空中線からの受信信号（Ｓ１、Ｓ２）
   を入力し、該両受信信号のベクトル合成値が最大になる
   ように位相調整する手段（３１）と、を具備する、電磁
   界・偏波複合ダイバーシチ受信方式。 ２、第１および第２の空中線はそれぞれ受信電波の波長
   に関係なく設置される、特許請求の範囲第１項に記載の
   電磁界・偏波複合ダイバーシチ方式。 ３、第１および第２の空中線、および前記合成器が、同
   一平板上に一体的に配設される、特許請求の範囲第１項
   又は第２項に記載の電磁界・偏波複合ダイバーシチ方式
   。 ４、前記位相調整手段からの出力信号を合成する合成手
   段（５）をさらに具備する、特許請求の範囲第１項〜第
   ３項のいずれかに記載の電磁界・偏波複合ダイバーシチ
   方式。