JPH05206714A

JPH05206714A - 中・短波帯用受信空中線

Info

Publication number: JPH05206714A
Application number: JP1164092A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Kanzaki; 義春神前
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】中・短波帯における受信空中線に関し、無線航
法システム等における、移動体用の受信空中線として好
適な、中・短波帯用受信空中線を提供することを目的と
する。【構成】１対のパイプ状の、使用波長に対して非同調の
空中線素子１，２を垂直方向に上下に配置して、両空中
線素子１，２の対向する端部を結合器３に接続し、結合
器３によって両空中線素子１，２の誘起電圧を逆相で合
成することによって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中・短波帯における受
信空中線に関し、特に無線航法システムにおける、移動
体用の受信空中線として好適な、中・短波帯用受信空中
線に関するものである。

【０００２】中・短波帯の電波を利用する無線航法シス
テムにおいては、移動体に設けた受信空中線によって、
所定の航法用電波を受信することによって、方位や位置
の測定を行う。

【０００３】このような、中・短波帯用の受信空中線に
おいては、高感度であるとともに、特に受信点近傍の金
属体からの再輻射の影響を受けないものであることが要
望される。

【０００４】

【従来の技術】図１１は、従来の移動体における中・短
波帯用受信空中線の例を示したものであって、モノポー
ルアンテナの場合を示している。図中、（ａ）は取り付
け位置を示し、（ｂ）は水平パターン、（Ｃ）は垂直パ
ターンである。

【０００５】１１は、モノポールアンテナを示したもの
である。モノポールアンテナ１１は、航空機等の移動体
１２の表面から垂直に突出した、波長に比べて短い金属
導体からなる空中線であって、図１１（ｂ）に示すよう
に水平方向に無指向性となる利点を有している。

【０００６】モノポールアンテナの場合、接地条件が無
限大の平面反射板と考えられないため接地抵抗が高く、
受信効率が低いという欠点がある。ただし、移動体が金
属からなり、波長に比べて大きい（約１波長以上）とき
は、受信効率はそれほど低下しない。

【０００７】図１２は、従来の移動体における中・短波
帯用受信空中線の他の例を示したものであって、バーア
ンテナの場合を示している。図中、（ａ）は取り付け位
置を示し、（ｂ）は水平パターン、（Ｃ）は垂直パター
ンである。

【０００８】１３は、バーアンテナを示したものであ
る。バーアンテナ１３は、航空機等の移動体１２の表面
に平行に支持された、波長に比べて短い金属導体からな
る空中線であって、図１２（ｂ）に示すように水平方向
に８字形指向性を有しているとともに、垂直方向に一様
に近い指向特性を有している。

【０００９】バーアンテナの場合は、水平方向が無指向
性でなく、かつ垂直方向からの反射波を受信しやすいた
め、移動体の無線航法システム用空中線としては不向き
である。また実効高が低いので、受信感度が悪いという
欠点がある。この場合、増幅器を設けるとしても、一般
にアンテナ素子との間の距離が長くなるため、損失が大
きい。

【００１０】またモノポールアンテナと、バーアンテナ
とに共通した欠点として、空中線の近くにワイヤのよう
な長い金属体がある場合、ワイヤからの再輻射の影響
で、受信電波の位相が乱れる等の現象を生じるという問
題があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の中・
短波帯用受信空中線においては、受信感度が低いという
問題があった。移動体が送信局から遠距離に移動した場
合には、受信電波が微弱になるので、受信Ｓ／Ｎを低下
させることなく、高いレベルで受信できるようにするた
めには、空中線を改良することが必要となる。

【００１２】また、従来の中・短波帯用受信空中線にお
いては、受信点近傍での再輻射の影響を防止する手段は
設けられていなかった。受信空中線においては、マルチ
パスや障害物等による再輻射のために、受信レベルが変
動するので、妨害波の影響を受けにくくするように、空
中線を改良することが必要となる。

【００１３】また、従来の中・短波帯用受信空中線にお
いては、指向特性が必ずしも良好でなかった。バーアン
テナの場合は、水平無指向性でないため、受信方向によ
って受信レベルが変化する。またホイップタイプのよう
なモノポールアンテナでは、垂直方向の指向性が狭いた
め、移動体が動揺してローリングやピッチングを起こし
た場合、受信レベルが大きく変動するという問題があ
る。

【００１４】本発明はこのような従来技術の課題を解決
しようとするものであって、受信空中線としての感度が
高く、受信点近傍での再輻射の影響が少なく、かつ指向
特性が良好な、中・短波帯用受信空中線を提供すること
を目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明の原理的
構成を示したものである。本発明は、垂直方向（多少斜
めになってもよい）に上下に配置された１対のパイプ状
の使用波長に対して非同調の空中線素子１，２と、両空
中線素子１，２の対向する端部を接続されて両空中線素
子１，２の誘起電圧を合成する結合器３とを備えてなる
ものである。

【００１６】また本発明は、この場合に、両空中線素子
１，２が、移動体の上部と下部に分離して設けられてい
るものである。

【００１７】また本発明は、これらの場合に、結合器３
が、両空中線素子１，２の誘起電圧を合成する入力トラ
ンス４と、入力トランス４の出力を帯域制限する帯域通
過フィルタ５と、帯域通過フィルタ５の出力を増幅する
信号増幅器６と、信号増幅器６の出力をインピーダンス
整合して出力ケーブルに結合する出力トランス７とを備
えてなるものである。

【００１８】さらに本発明は、これらの場合に、空中線
素子１，２がループ状空中線素子４５または４６，４７
からなるものである。

【００１９】

【作用】本発明の中・短波帯用受信空中線においては、
次のようにして従来技術の問題点を解決するようにして
いる。

【００２０】〔１〕空中線誘起電圧の増加受信空中線において誘起電圧を増加し、感度の向上を図
るためには、まず空中線素子の形状を変更することが考
えられる。一般的に受信空中線は、高さを高くすれば実
効高が大きくなって誘起電圧が増加する。しかしなが
ら、移動体における中・短波帯の受信空中線において
は、その大きさの物理的制約上、波長に比べて空中線長
が非常に短い。このため等価的に容量性となって、容量
によるカップリングの程度で誘起電圧の大きさが変化す
ると考えられる。従って、空中線の誘起電圧を高くする
ためには、空中線の等価容量を増やすことを考えればよ
い。

【００２１】空中線の等価容量は、次式によって与えら
れることが知られている（KEITH HENNY,Editor-In-Chie
f,Radio Engineering Handbook:McGRAW-HILL BOOK COMP
ANY,Inc.より転載) 。アンテナ等価容量；Ｃ_ANT＝１／（２πｆＸ_C） …（１）ここでリアクタンス；Ｘ_C≒−ｊＺ₀cot Ｇ（ohm
s）インピーダンス；Ｚ₀＝（Ｌ／Ｃ）^1/2≒138log₁₀（２
length／diam）実効高；Ｇ＝90×( λ₀／λ）（deg) 基本波長；λ₀＝1.38Ｖ（ｍ）使用波長；λ ＝ｃ／ｆ（ｍ）使用周波数；ｆ（Hz）アンテナ高さ；Ｖ（フィート) インダクタンス；Ｌ（Ｈ）キャパシタンス；Ｃ（Ｆ）

【００２２】（１）式から、空中線の誘起電圧を高くす
るためには、アンテナ長を長くするか、アンテナ直径を
太くすればよいことがわかる。なお、アンテナ素子は、
軽量化のためにパイプを使用するのがよい。

【００２３】受信空中線において誘起電圧を増加し、感
度の向上を図るための他の方法としては、結合器内に増
幅器を追加することが考えられる。移動体で使用する中
・短波帯の受信空中線は、等価インピーダンスが１０ｋ
Ω程度であって高く、受信部までのケーブルインピーダ
ンスは５０〜１００Ωであって低い。

【００２４】このため、通常のマッチングトランスを使
用したのでは損失が大きいので、増幅器でインピーダン
スマッチングを行うとともに、ある程度の増幅を行って
信号レベルを上げるようにする。

【００２５】〔２〕受信点近傍での再輻射の影響の防止図１に示すように、上部素子と下部素子とからなる空中
線素子からの対称入力をトランスを介して結合する。上
部素子と下部素子は、移動体の上下に分けて設けてもよ
く、または移動体の上方または下方のいずれか一方に設
けてもよい。

【００２６】送信局からの電波によって、上部素子には
誘起電圧Ｅｓｉｎωｔが発生し、下部素子には誘起電圧
Ｅｓｉｎ（ωｔ−π）が発生する。また、受信空中線か
ら１／２波長以内の至近距離にある金属ワイヤ等から輻
射された妨害電波は、再輻射による電磁フィールド内に
あると考えられるため、上部素子と下部素子に、同一位
相の誘起電圧Ｅｓｉｎωｔ’を生じる。

【００２７】従って、入力トランスからの合成出力電圧
Ｅは、Ｅ＝Ｅｓｉｎωｔ−Ｅｓｉｎ（ωｔ−π）＋Ｅｓｉｎωｔ’−Ｅｓｉｎωｔ’ ＝２Ｅｓｉｎωｔとなり、近距離に存在する障害物からの再輻射の影響を
除去することができる。

【００２８】図２は、近傍の金属ワイヤによる再輻射を
説明する図であって、１４，１５は移動体１２の上下に
設けられた受信空中線、１６は移動体１２に取り付けら
れた金属ワイヤ、１７はワイヤ１６に吊り下げられた荷
物を示している。また１８は送信局を示している。

【００２９】送信局１８からの電波は、受信空中線１
４，１５によって受信される。一方、金属ワイヤ１６
は、送信局１８からの電波によって誘起電圧を発生して
再輻射を行うので、この再輻射による電磁フィールドが
受信空中線１４，１５と結合して、これに誘起電圧を発
生する。

【００３０】図３は、アンテナおよびワイヤの等価定数
を示したものである。Ｖ_aはアンテナの誘起電圧、Ｚ_a
はアンテナの等価インピーダンスである。またＶ_bはワ
イヤの誘起電圧、Ｚ_bはワイヤの等価インピーダンスで
ある。Ｔはトランス、Ｖ_oはトランスＴからの出力電圧
である。図２からも、ワイヤに誘起する電圧Ｖ_bは打ち
消しあって、トランスの出力側には現れないことがわか
る。

【００３１】〔３〕受信空中線の指向特性の向上図４は、移動体に要求される理想的な空中線指向特性を
示したものであって、（ａ）は水平パターン、（ｂ）は
垂直パターンを示し、１２は航空機等の移動体である。
このように移動体用の空中線の理想的な指向特性は、水
平面内で無指向性であり、垂直面内で前方および後方
に、ある角度の範囲内で一様な指向性となることが要求
される。

【００３２】本発明の中・短波受信空中線は、垂直空中
線を基本にしているので、水平面内では無指向性とな
り、垂直面内では前方および後方にピークを有する指向
性が得られる。

【００３３】図５は、本発明の中・短波帯用受信空中線
の指向特性の例を示したものであって、（ａ）は水平パ
ターン、（ｂ）は垂直パターンを示し、１２は航空機等
の移動体である。このように本発明によれば、理想的に
近い指向特性が得られる。

【００３４】

【実施例】図６は、本発明の中・短波帯用受信空中線の
一実施例の外観を示したものであって、（ａ）は上面
図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。２１は空
中線を内部に含む外囲部であってブレードタイプをな
し、下部の取り付け部２２で航空機等の移動体の外部に
取り付けられるようになっている。２３，２４は上下の
空中線素子であって、その中間に結合器２５が設けられ
る。結合器２５の部分にはカバー２６が設けられる。

【００３５】図７は、本発明の中・短波帯用受信空中線
の一実施例の構造を示したものであって、航空機等の移
動体の受信空中線として適したものを例示している。全
体の形状はブレードタイプであって、飛行時の空気抵抗
を減少するとともに、重量を軽減し、機械的強度を増し
て、空中線素子を保護できるようになっている。

【００３６】図７においては、上部の空中線素子２３と
下部の空中線素子２４との中間に結合器２５を配置した
構造の場合を示している。プラスチック等の誘電体で中
空のブレード状に形成した外囲部２１の内部に、上下の
空中線素子２３，２４を配置し、結合器２５を装着した
のち、２７に示す発泡ポリウレタン等を充填してこれら
を固定し、結合器２５の部分に点検用のカバー２６を取
り付ける。

【００３７】上下の空中線素子２３，２４は、結合器２
５から少し離して配置し、結合器２５の入力端との間を
接続線２８，２９で接続する。結合器２５の出力側は、
出力用同軸ケーブル３０で出力用のコネクタ３１に接続
される。結合器２５のアース線３２は取り付け部２２
で、移動体に接地される。出力用同軸ケーブル３０とア
ース線３２とは、保護用パイプ３３に通して保護すると
ともに、下部空中線素子２４からできるだけ離して配置
することによって、空中線の誘起電圧の低下と、指向性
の乱れを防止するようにする。

【００３８】図８は、結合器の電気的構成の一例を示し
たものであって、図７におけると同じものを同じ番号で
示している。空中線素子２３，２４は、それぞれ入力端
子３５，３６に接続される。３７はアレスタ（サージア
ブソーバ）およびダイオードであって、入力端子３５，
３６とアースＥとの間に直接接続され、落雷時の瞬間的
な過大入力を吸収して、結合器の入力回路を保護する。

【００３９】図８において、３８は入力トランスであっ
て、入力ピンととにそれぞれ１８０°位相の異なる
等しい大きさの信号を入力したとき、出力ピンに入力
信号の２倍の大きさを有する信号を発生する。入力トラ
ンス３８の入力側の中点は接地されているので、空中線
に帯電した電荷は直ちに放電される。

【００４０】３９は集中定数帯域通過フィルタであっ
て、コイル，コンデンサ，抵抗から構成され、特定の周
波数帯域の信号を選択的に通過させることによって、結
合器に接続される受信機( 図示されていない) からロー
カル周波数成分が結合器まで漏洩した場合でも、これが
空中線から放射されないようにして、ローカル信号に基
づく干渉を防止する。４０は増幅器であって、低ノイ
ズ，高インタセプトポイントの特性を有し、Ｓ／Ｎ特性
の向上と、素子の非線形に起因する混変調の問題を改善
するものである。増幅器付き空中線の場合、通常の空中
線で要求されるような、整合，損失，帯域特性等の問題
はあまり生じない。

【００４１】４１は、出力トランスであって、増幅器４
０の出力側と、平衡型同軸ケーブルとのインピーダンス
変換を行う。これによって、結合器出力は、平衡型同軸
ケーブルを経て図示されない受信機に導かれる。

【００４２】受信機への信号ラインは低インピーダンス
であり、空中線からの入力は高インピーダンスなので、
結合器は両者の間のインピーダンスマッチングをとる作
用を行うものであり、増幅度としては６ｄＢ程度であ
る。その特性は、位相誤差を引き起こす可能性のある、
使用帯域外に混入したノイズを除去し、必要な信号を規
定の値まで増幅するものである。

【００４３】航空機等の移動体に要求される空中線の理
想パターンは、図４に示されたようなものである。移動
体においては受信感度に限界があるので、出来るだけ利
得の高いアンテナを使用することが望ましいが、一方、
移動体自体の大きさから空中線の寸法には制限があるの
で、移動体用の空中線の指向特性は、地上局から到来し
た電波を出来るだけ有効に利用できるように、理想パタ
ーンに近いものであることが望ましい。

【００４４】図７に示された中・短波帯用受信空中線の
指向特性は、図５に示されたようなものである。図５に
示すパターンでは、移動体への電波到来仰角分布が、低
仰角方向に集中しているとともに、水平方向指向性が広
がっているので、移動体が動揺しても受信感度の低下が
少ない。

【００４５】本発明の他の実施例として、上下の空中線
素子を移動体の上部および下部に分離して取り付ける方
法が考えられる。この場合は、結合器までの距離が長く
なるので、空中線素子から結合器までの接続線として、
同軸ケーブルを使用する。これによって損失が多少増加
するが、増幅器の利得を増加することによって調整する
ことができる。この際における上下の空中線から結合器
までの距離は、入力トランスにおける合成時の位相のず
れを少なくするため、同一であることが望ましい。

【００４６】本発明のさらに他の実施例として、空中線
素子をループ形とする方法が考えられる。この場合も、
第１の実施例と同様に、受信点近傍での再輻射に基づく
妨害波成分を除去することができる。

【００４７】図９は、ループ形空中線素子の例を示した
ものであって、（ａ）は単純なループ形空中線素子を示
し、（ｂ）は直交形のループ形空中線素子を示したもの
である。図９（ａ）に示すループ形空中線素子は、平面
形のループ状に形成した素子４５からなるものであり、
例えば図示のｘ軸を垂直軸として回転したとき、水平面
内に８字形指向性を有する。

【００４８】図９（ｂ）に示すループ形空中線素子は、
２個の平面形のループ形空中線素子４６，４７を直交し
て組み合わせたものであって、それぞれに直交した結合
コイルＬ_1,Ｌ₂を接続し、第３のコイルＬ₃をコイルＬ
_1,Ｌ₂に結合して両素子４６，４７の出力を合成するこ
とによって、両コイルの共通の軸に対して無指向性とす
ることができる。

【００４９】図１０は、本発明のさらに他の実施例にお
ける空中線素子の結合方法を示したものであって、５
１，５２は図９（ａ）に示されたループ形空中線素子を
示しているが、図９（ｂ）に示すループ形空中線素子の
場合も同様に構成することができる。

【００５０】空中線素子５１，５２の出力は、それぞれ
トランス５３，５４を経て、結合器入力トランス５５に
導かれる。入力トランス５５は、２個の入力巻線を有
し、それぞれトランス５３，５４の出力側を接続すると
ともに、それぞれの入力巻線の中点を接地されるように
なっている。入力トランス５５の出力巻線に発生した合
成出力は、図７に示された結合器の帯域通過フィルタ３
９に入力される。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、空
中線誘起電圧を増加することができる。すなわち、空中
線素子の形状を変更することによって（１）式に示され
るように空中線等価容量が変化し、結果的に誘起電圧を
増加させることができる。また、空中線素子を上下に有
するので、２倍の電圧を得ることができる。さらに結合
器内に増幅器を有するため、従来の結合回路の場合の入
出力間のインピーダンスマッチング損失，出力ケーブル
損失が軽減されるとともに、増幅器による利得向上の効
果が得られる。

【００５２】また本発明によれば、受信空中線近傍での
再輻射の影響を除去することができる。すなわち、受信
空中線素子を平面反射板の上下に配置したダイポール形
としたので、近傍の金属体からの受信電波の再輻射によ
る受信信号の位相の乱れを軽減することができる。

【００５３】さらに本発明によれば、受信空中線の指向
特性を向上することができる。すなわち、受信空中線素
子を垂直に上下に配置したので、水平面内無指向性と、
垂直面内低仰角指向性が得られ、航空機等の移動体用と
して要求される理想パターンをほぼ満足することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成を示す図である。

【図２】近傍の金属ワイヤによる再輻射を説明する図で
ある。

【図３】アンテナおよびワイヤの等価定数を示す図であ
る。

【図４】移動体に要求される理想的な空中線指向特性を
示す図であって、（ａ）は水平パターン、（ｂ）は垂直
パターンを示す。

【図５】本発明の中・短波帯用受信空中線の指向特性の
例を示す図であって、（ａ）は水平パターン、（ｂ）は
垂直パターンである。

【図６】本発明の中・短波帯用受信空中線の一実施例の
外観を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面
図、（ｃ）は側面図である。

【図７】本発明の中・短波帯用受信空中線の一実施例の
構造を示す図である。

【図８】結合器の電気的構成の一例を示す図である。

【図９】ループ形空中線素子の例を示す図であって、
（ａ）は単純なループ形空中線素子を示し、（ｂ）は直
交形のループ形空中線素子を示す。

【図１０】本発明のさらに他の実施例における空中線素
子の結合方法を示す図である。

【図１１】従来の移動体における中・短波帯用受信空中
線の例を示す図であって、（ａ）は取り付け位置を示
し、（ｂ）は水平パターン、（Ｃ）は垂直パターンであ
る。

【図１２】従来の移動体における中・短波帯用受信空中
線の他の例を示したものであって、（ａ）は取り付け位
置を示し、（ｂ）は水平パターン、（Ｃ）は垂直パター
ンである。

【符号の説明】１，２空中線素子３結合器４入力トランス５帯域通過フィルタ６信号増幅器７出力トランス４５，４６，４７ループ状空中線素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】垂直方向に上下に配置された１対のパイ
プ状の使用波長に対して非同調の空中線素子（１），
（２）と、該両空中線素子（１），（２）の対向する端部を接続さ
れて両空中線素子（１），（２）の誘起電圧を合成する
結合器（３）とを備えてなることを特徴とする中・短波
帯用受信空中線。
【請求項２】前記両空中線素子（１），（２）が、移
動体の上部と下部に分離して設けられていることを特徴
とする請求項１に記載の中・短波帯用受信空中線。
【請求項３】前記結合器（３）が、両空中線素子
（１），（２）の誘起電圧を合成する入力トランス
（４）と、該入力トランス（４）の出力を帯域制限する帯域通過フ
ィルタ（５）と、該帯域通過フィルタ（５）の出力を増幅する信号増幅器
（６）と、該信号増幅器（６）の出力をインピーダンス整合して出
力ケーブルに結合する出力トランス（７）とを備えてな
ることを特徴とする請求項１または２に記載の中・短波
帯用受信空中線。
【請求項４】前記空中線素子（１），（２）がループ
状空中線素子（４５または４６，４７）からなることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の中・短
波帯用受信空中線。