JPH07131438A - 交差偏波補償装置 - Google Patents

交差偏波補償装置

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JPH07131438A
JPH07131438A JP5293981A JP29398193A JPH07131438A JP H07131438 A JPH07131438 A JP H07131438A JP 5293981 A JP5293981 A JP 5293981A JP 29398193 A JP29398193 A JP 29398193A JP H07131438 A JPH07131438 A JP H07131438A
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cross
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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は衛星通信の伝搬路で降雨等により発
生した交差偏波をπ位相差板及びπ／２位相差板を用い
て補償する交差偏波補償装置に関し、アンテナに入射さ
れるダウンリンク系全体の交差偏波のうち伝搬路で発生
した交差偏波のみを補償する交差偏波補償装置を実現す
ることを目的とする。 【構成】 制御装置２３は受信機２２により検波され
た、ビーコン信号の交差偏波の主偏波同相成分Ｅｘ及び
π／２位相差成分Ｅｙからなる交差偏波ベクトルと、角
度検出器１７及び１８からの角度検出信号とに基づい
て、駆動部１５及び１６を制御することによりダウンリ
ンク通信系信号の交差偏波ベクトルがゼロベクトルにな
るようにダウンリンクのπ位相差板１３とπ／２位相差
板１４の角度を回転制御する。また、制御装置２３はこ
の角度情報に基づく相関演算によりアップリンクのπ／
２位相差板２５とπ位相差板２６の角度も制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は交差偏波補償装置に係
り、特に衛星通信の伝搬路で降雨等により発生した交差
偏波をπ位相差板及びπ／２位相差板を用いて補償する
交差偏波補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】互いに逆旋の関係にある二つの円偏波、
すなわち右旋円偏波と左旋円偏波を受信した場合や互い
に直交する二つの直線偏波、すなわち水平偏波と垂直偏
波を受信した場合はπ／２位相差板とπ位相差板を通過
させて二つの直交する直線偏波に変換した後偏分波器を
用いることにより、受信偏波をそれぞれ分波することが
できるため、周波数の有効利用を図ることを目的とし
て、これら二つの直交する偏波を同一周波数で送受信す
る無線通信システムが、衛星通信などの技術分野で用い
られている。しかし、電波伝搬路において降雨や降雪な
どがあると、異方性移相（ＤＰＳ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ）と異方性減衰（Ｄ
Ａ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏ
ｎ）に起因する異方性により、交差偏波識別度が劣化す
る。
【０００３】このような交差偏波識別度の劣化を補償す
るために従来より用いられている交差偏波補償装置の一
例のブロック図を図３に示す。同図において、送受共用
アンテナ１は、分波器２を介してダウンリンク偏波変換
回路３の入力端子及びアップリンク偏波変換回路８の出
力端子に接続されている。ダウンリンク偏波変換回路３
の出力側には偏分波器４、受信機５及び制御装置６が設
けられている。また、アップリンク偏波変換回路８の入
力側には偏分波器７が設けられている。
【０００４】この従来の交差偏波補償装置の動作につい
て説明するに、アンテナ１に入射した例えば右旋円偏波
と左旋円偏波（厳密にはそれぞれ円偏波に近い楕円偏
波）とは、分波器２により送信波から分離されてπ位相
差板及びπ／２位相差板が縦続接続された構成のダウン
リンク偏波変換回路３に供給されて、互いに直交する直
線偏波（厳密にはそれぞれ長軸が直交する直線偏波に近
い楕円偏波）に変換された後、偏分波器４に入力され、
ここで右旋成分と左旋成分とに分離されて後段の通信系
へ出力される一方、受信機５に入力される。ただし、通
常複数チャネルの通信系信号が一定帯域内で別々の周波
数で送受信されるから、この受信波信号は１波だけでな
く、若干周波数の異なる信号が一定帯域内で数種類分布
している。
【０００５】受信機５は上記の数種類の受信波信号のう
ち１波のみを周波数選択し、その信号の交差偏波をモニ
タするためのものである（以下、この選択された信号を
「交差偏波モニタ信号」又は単に「モニタ信号」と称
す）。すなわち、この受信機５は主偏波成分と交差偏波
成分が各々入力され、モニタ信号の交差偏波の主偏波同
相成分とπ／２位相差成分とを検波して、そのレベルを
出力する。以下、本明細書では、この受信機５の出力レ
ベルをベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）で表す。
【０００６】このベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）の絶対値はモ
ニタ信号の交差偏波成分と主偏波成分の振幅比を表し、
位相角は交差偏波成分と主偏波成分の位相差を表してい
る。このように交差偏波成分と主偏波成分の振幅比と位
相差を同時に表現するベクトルを、本明細書では交差偏
波ベクトルと呼ぶことにする。
【０００７】さて、従来のダウンリンク交差偏波補償
は、ＩＥＥの１９８１年４月発刊の文献（Ｒ．Ｒ．Ｐｅ
ｒｓｉｎｇｅｒ他著，”ＯＰＥＲＡＴＩＯＮＡＬ ＭＥ
ＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ ＯＦ Ａ ４／６−ＧＨｚ Ａ
ＤＡＰＴＩＶＥ ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＣＯＭＰ
ＥＮＳＡＴＩＯＮ ＮＥＴＷＯＲＫ ＥＭＰＬＯＹＩＮ
Ｇ ＵＰ／ＤＯＷＮ−ＬＩＮＫ ＣＯＲＲＥＬＡＴＩＯ
Ｎ ＡＬＧＯＲＩＴＨＭＳ”，ＩＥＥ ２ｎｄ Ｉｎｔ
ｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ Ａ
ｎｔｅｎｎａ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，Ａｐ
ｒｉｌ １９８１，ＩＥＥ Ｃｏｎｆ．Ｐｕｂｌ．）に
記載されているように、前記交差偏波ベクトル（Ｅｘ，
Ｅｙ）そのものを誤差信号とし、π位相差板及びπ／２
位相差板の角度を制御対象とする制御装置６により、ベ
クトル（Ｅｘ，Ｅｙ）がゼロベクトル（０，０）になる
ように偏波変換回路３内のπ位相差板及びπ／２位相差
板の角度を回転制御する。この閉ループ制御により、モ
ニタ信号の交差偏波が補償される。
【０００８】また、電波伝搬路における降雨や降雪など
に起因する異方性は、ダウンリンクとアップリンクに共
通であるから、アップリンクとダウンリンクのＤＰＳに
は相関関係がある。このため、アップリンク交差偏波補
償は、前述のダウンリンク偏波変換回路３内のπ位相差
板及びπ／２位相差板の角度情報を用いた、アップリン
クとダウンリンクのＤＰＳの相関関係に基づく相関演算
により、アップリンク偏波変換回路８内のπ位相差板及
びπ／２位相差板の角度を、制御装置６を含む開ループ
により決定する（例えば、特公平２−１９６５８号公報
参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の交差
偏波補償装置では上記の説明から明らかなように、「交
差偏波モニタ信号」として何らかの信号が必要になる。
しかし、通信系で一般に用いられている信号は変調度が
大きいため、この用途には適さない。そのため、従来の
交差偏波補償装置では「交差偏波モニタ信号」としてパ
イロット信号（無変調のキャリア）を用いていることが
多い。
【００１０】しかし、この「交差偏波モニタ信号」とし
てパイロット信号（無変調のキャリア）を用いる従来の
交差偏波補償装置は、交差偏波モニタのためだけにパイ
ロット信号を別途送出しなければならず、周波数有効利
用・経済性の観点から問題がある。
【００１１】一方、地球局のアンテナ１が衛星を追尾で
きるようにし、また衛星自身の状態を監視・制御する地
球局（テレメトリ局）に知らせるために、常時衛星から
送出されているビーコン信号を「交差偏波モニタ信号」
として利用するという交差偏波補償装置も従来より知ら
れている。このビーコン信号は通信系で一般に用いられ
ている信号よりも変調度が小さいので、「交差偏波モニ
タ信号」として適してはいるが、以下の問題がある。
【００１２】すなわち、一般にアンテナ１に入射される
ダウンリンク系全体の交差偏波は、「衛星自身がもって
いる交差偏波」と「伝搬路で発生した交差偏波」とが相
乗したものである。しかし、上記の従来の交差偏波補償
装置ではアンテナ１に入射されるダウンリンク系全体の
交差偏波をゼロにするように偏波変換回路３内のπ位相
差板及びπ／２位相差板の角度を制御するため、「伝搬
路で発生した交差偏波」だけでなく「衛星自身がもって
いる交差偏波」をも補償することとなる。
【００１３】ところが、衛星がもっているビーコン信号
の交差偏波特性（以下、「ビーコン固有の交差偏波特
性」という）は、通信系のそれに比べて一般に悪い。こ
れは、通信系では直交両偏波を共用しているため交差偏
波識別度（ＸＰＤ）を高く保つ必要があるのに対し、ビ
ーコン信号は通常片偏波しか送出されないのでそれほど
高いＸＰＤが要求されず、衛星に搭載されている通信系
のアンテナ給電部とは異なるビーコン信号用のアンテナ
給電部を介してビーコン信号が送出されることもあるか
らである。
【００１４】このため、ダウンリンク系全体の交差偏波
をゼロにするように偏波変換回路３内のπ位相差板及び
π／２位相差板の角度を制御すると、図４（Ａ）に示す
ように「交差偏波モニタ信号」（ここではビーコン信
号）の交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）は確かにゼロベ
クトル又はその近傍のベクトルとなり、ビーコン信号の
交差偏波補償は最適となるが、図４（Ｂ）に示すよう
に、ダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル
（Ｅxd，Ｅyd）は右旋成分及び左旋成分のいずれもゼロ
ベクトルとはならない。
【００１５】なお、図４（Ｂ）中、ｂ１は右旋成分の交
差偏波ベクトル（Ｅxd，Ｅyd）を示し、ｂ２は左旋成分
の交差偏波ベクトル（Ｅxd，Ｅyd）を示し、いずれも絶
対値がその交差偏波成分と主偏波成分の振幅比を示し、
位相角が交差偏波成分と主偏波成分の位相差を示してい
る。
【００１６】このように、ビーコン信号を「交差偏波モ
ニタ信号」として利用する従来の交差偏波補償装置は、
ダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル（Ｅxd，Ｅ
yd）がゼロベクトルとはならないため、降雨が僅かで交
差偏波発生が少ない伝搬路を伝搬した偏波を受信したと
きには、通信系のダウンリンク交差偏波特性を補償する
どころか逆に悪くする可能性がある。
【００１７】また、この問題はダウンリンク交差偏波特
性の補償に止まらず、アップリンクの補償にも悪影響を
及ぼす。すなわち、アップリンク交差偏波補償は、前述
のダウンリンク偏波変換回路３内のπ位相差板及びπ／
２位相差板の角度情報を用いた相関演算により、アップ
リンク偏波変換回路８内のπ位相差板及びπ／２位相差
板の角度を制御することにより行っているから、アップ
リンク偏波変換回路８内のπ位相差板及びπ／２位相差
板の角度が「ビーコン固有の交差偏波特性」の分だけ誤
った角度に設定されることとなる。
【００１８】その結果、図４（Ｃ）に示すように、アッ
プリンク通信系信号の交差偏波ベクトル（Ｅxu，Ｅyu）
は、右旋成分の交差偏波ベクトルｃ１及び左旋成分の交
差偏波ベクトルｃ２のいずれもゼロベクトルとならず、
「ビーコン固有の交差偏波特性」に比例する大きさの交
差偏波ベクトルをもつことになる。
【００１９】なお、従来の交差偏波補償装置の中には相
関演算の過程で上記の「ビーコン固有の交差偏波特性」
の影響（衛星と地球局アンテナの偏波特性に起因する残
留誤差）を除去するものもあるが（例えば、特公平２−
１９６５８号公報）、そのためには三角関数や逆三角関
数などで構成される複雑な演算が必要となり、制御装置
の演算部にかかる負荷が大きくなる。
【００２０】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
アンテナに入射されるダウンリンク系全体の交差偏波の
うち「衛星自身がもっている交差偏波」の影響を除去
し、「伝搬路で発生した交差偏波」のみを補償すること
により、上記の従来の課題を解決した交差偏波補償装置
を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、電波伝搬路で発生した交差偏波を有する互
いに直交する二つの偏波と共に衛星から送出されるビー
コン信号をアンテナで受信し、その受信ビーコン信号か
ら主偏波成分と交差偏波成分との振幅比及び位相差を示
す検波信号を生成し、検波信号に基づいてπ位相差板と
π／２位相差板の角度を制御して受信信号の交差偏波を
補償する交差偏波補償装置であって、アンテナに入射さ
れる前記偏波のダウンリンク系全体の交差偏波のうち、
衛星自身がもっている交差偏波の影響を除去し、ダウン
リンクの伝搬路で発生した交差偏波のみを補償するよう
にπ位相差板とπ／２位相差板の角度を制御する制御手
段を有する構成としたものである。
【００２２】また、本発明における上記の制御手段は、
前記アンテナを介して入力されて角度θhdの前記π位相
差板と角度θqdの前記π／２位相差板をそれぞれ通過し
た受信波信号からビーコン信号を選択し、選択した受信
ビーコン信号の交差偏波の主偏波同相成分Ｅｘとπ／２
位相差成分Ｅｙとからなる交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅ
ｙ）を検波して前記検波信号として出力する受信機と、
ダウンリンクの伝搬路で発生した交差偏波のみを補償し
ている状態での前記π位相差板とπ／２位相差板の角度
と上記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）とをそれぞれθhd´、θ
qd´、（Ｅｘ´，Ｅｙ´）とすると、これらが関数
ｆx，ｆyを用いて次式 Ｅx´＝ｆx（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） Ｅy´＝ｆy（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） （ただし、ｅ0，β0は晴天時の前記受信信号の楕円偏波
の軸比及びチルトアングル）で表される関係にあると
き、次式で表されるオフセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo） Ｅxo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） Ｅyo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） に上記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が近付くようにπ位相差
板とπ／２位相差板の角度θhdとθqdとを制御する制御
装置とを有する。
【００２３】また、本発明における上記の制御装置は、
前記ベクトルＥｘ及びＥx0の差の関数Ｄq（Ｅｘ−
Ｅx0）をπ／２位相差板の誤差角度情報としてπ／２位
相差板の角度を制御し、ベクトルＥｙ及びＥy0の差の関
数Ｄh（Ｅｙ−Ｅy0）をπ位相差板の誤差角度情報とし
てπ位相差板の角度を制御する構成としたものである。
【００２４】更に、本発明はダウンリンク系のπ位相差
板とπ／２位相差板の角度を制御して受信信号の交差偏
波を補償し、ダウンリンク系のπ位相差板とπ／２位相
差板の角度情報に基づいた相関演算結果によりアップリ
ンク系のπ位相差板とπ／２位相差板の角度を制御する
交差偏波補償装置において、ダウンリンク系全体の交差
偏波のうち、衛星自身がもっている交差偏波の影響を除
去し、ダウンリンクの伝搬路で発生した交差偏波のみを
補償するようにダウンリンク系のπ位相差板とπ／２位
相差板の角度を制御し、この角度を用いた相関演算結果
によりアップリンク通信系信号の交差偏波ベクトルがゼ
ロベクトルとなるように前記アップリンク系のπ位相差
板とπ／２位相差板の角度を制御する制御手段を有する
構成としたものである。
【００２５】
【作用】請求項１記載の発明では、ダウンリンク系全体
の交差偏波のうち、衛星自身がもっている交差偏波の影
響を除去し、伝搬路で発生した交差偏波のみを補償する
ように前記π位相差板とπ／２位相差板の角度を制御す
るようにしたため、ダウンリンク系全体の交差偏波ベク
トルのうち、ダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクト
ルがゼロベクトルとなるようにすることができる。
【００２６】また、請求項２と請求項３記載の発明で
は、受信ビーコン信号の交差偏波の主偏波同相成分Ｅｘ
とπ／２位相差成分Ｅｙとからなる交差偏波ベクトル
（Ｅｘ，Ｅｙ）が所定の方法により計算されたオフセッ
トベクトル（Ｅｘ０，Ｅｙ０）に一致するように、角度
θhd及びθqdを制御するようにしているため、ダウンリ
ンク通信系信号の交差偏波ベクトル（Ｅxd，Ｅyd）をゼ
ロベクトルとするための位相差板の角度を複雑な式によ
り演算しなくともダウンリンク通信系信号の交差偏波ベ
クトル（Ｅxd，Ｅyd）をゼロベクトルとすることができ
る。
【００２７】また、請求項４記載の発明では、π／２位
相差板の角度を関数Ｄｑ（Ｅｘ−Ｅｘ０）に基づいて制
御し、π位相差板の角度を関数Ｄｈ（Ｅｙ−Ｅｙ０）に
基づいて制御するようにしているため、各位相差板は近
似的には現在の角度と本来あるべき角度との誤差に基づ
いて制御されることとなり、ダウンリンク通信系信号の
交差偏波ベクトル（Ｅxd，Ｅyd）を最終的にゼロベクト
ルとすることができる。
【００２８】また、本発明では前記のように衛星自身が
もつ交差偏波特性の影響を除去してダウンリンクのπ位
相差板とπ／２位相差板の角度を制御するようにしてい
るため、衛星から所定の目的で送出されているビーコン
信号を交差偏波モニタのために利用することができ、交
差偏波モニタ専用のパイロット信号を不要とすることが
できる。
【００２９】更に、本発明ではダウンリンク系のπ位相
差板とπ／２位相差板の角度情報に基づいた相関演算結
果によりアップリンク系のπ位相差板とπ／２位相差板
の角度を制御する交差偏波補償装置において、ダウンリ
ンク系全体の交差偏波のうち、衛星自身がもっている交
差偏波の影響を除去してダウンリンクの伝搬路で発生し
た交差偏波のみを補償するようにしたときのダウンリン
ク系のπ位相差板とπ／２位相差板の角度を用いた前記
相関演算結果によりアップリンク系のπ位相差板とπ／
２位相差板の角度を制御するようにしているため、アッ
プリンク通信系信号の交差偏波ベクトルをゼロベクトル
又はその近傍の値にすることができる。
【００３０】
【実施例】次に、本発明の一実施例について説明する。
図１は本発明の一実施例のブロック図を示す。本実施例
の基本的な構成自体は、図３に示した従来の交差偏波補
償装置と同様であるが、本実施例は制御装置２３が従来
と異なる特有の制御動作をする。なお、降雨等による伝
搬路での交差偏波劣化要因としてはＤＰＳとＤＡとがあ
るが、ＤＰＳの方がＤＡより支配的であるので本実施例
では、ＤＡを無視して説明する。
【００３１】図１において、アンテナ１１は地球局の送
受共用のアンテナで、分波器１２及びダウンリンクπ位
相差板１３を介してダウンリンクπ／２位相差板１４に
接続される一方、分波器１２及びアップリンクπ位相差
板２６を介してアップリンクπ／２位相差板２５に接続
されている。ダウンリンクπ位相差板１３とダウンリン
クπ／２位相差板１４とは、それぞれ駆動部１５、１６
により角度が独立して可変され、またその角度は角度検
出器１７、１８により検出されるように構成されてい
る。同様に、アップリンクπ／２位相差板２５とアップ
リンクπ位相差板２６とは、それぞれ駆動部２７、２８
により角度が独立して可変され、またその角度は角度検
出器２９、３０により検出されるように構成されてい
る。
【００３２】ダウンリンクπ／２位相差板１４の出力側
には、偏分波器１９が設けられている。偏分波器１９に
は右旋端子１９ａと左旋端子１９ｂとがあり、これら端
子１９ａ、１９ｂは方向性結合器２０、２１を介して通
信系に接続される一方、受信機２２に接続されている。
受信機２２は交差偏波モニタ信号を周波数選択した後、
交差偏波モニタ信号の交差偏波ベクトルを出力する。制
御装置２３は入力交差偏波ベクトルなどに基づいて、ア
ンテナ１１に入射される偏波のダウンリンク系全体の交
差偏波ベクトルのうち、ダウンリンク通信系信号の交差
偏波ベクトルがゼロベクトルとなるように駆動部１５及
び１６を回転制御する。
【００３３】また、偏分波器２４は通信系より右旋端子
２４ａと２４ｂとに送信信号が入力される。制御装置２
３は後述する相関演算を行い、その演算結果に基づいて
駆動部２７及び２８も回転制御する。上記のπ位相差板
１３、π／２位相差板１４、駆動部１５、１６、角度検
出器１７及び１８が前記した偏波変換回路３に相当し、
上記のπ位相差板２６、π／２位相差板２５、駆動部２
７、２８、角度検出器２９及び３０が前記した偏波変換
回路８に相当する。
【００３４】次に、本実施例の動作について説明する。
アンテナ１１に入射した衛星（図示せず）からの右旋円
偏波及び左旋円偏波（厳密にはそれぞれ円偏波に近い楕
円偏波で、複数の通信チャネルに応じて複数組ある）と
片旋のビーコン信号とは、アンテナ１１で受信された後
分波器１２で送信波から分波され、更に角度θhdのダウ
ンリンクπ位相差板１３と角度θqdのダウンリンクπ／
２位相差板１４とを通過して直交する直線偏波（厳密に
はそれぞれ長軸が直交する直線偏波に近い楕円偏波）に
変換される。
【００３５】この直線偏波（直線偏波に近い楕円偏波）
は偏分波器１９により分波され、ダウンリンク右旋端子
１９ａ、ダウンリンク左旋端子１９ｂより右旋成分と左
旋成分がそれぞれ別々に分離出力される。この右旋成分
と左旋成分とはそれぞれ方向性結合器２０、２１を介し
て通信系処理回路（図示せず）へ出力される一方、方向
性結合器２０、２１で分岐されて受信機２２にそれぞれ
入力される。受信機２２はこの入力受信信号のうちビー
コン信号の受信信号を周波数選択し、ビーコン信号の交
差偏波の主偏波同相成分Ｅｘと、π／２位相差成分Ｅｙ
とからなるベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）を検波して制御装置
２３に供給する。
【００３６】制御装置２３はこの入力ベクトル（Ｅｘ，
Ｅｙ）と角度検出器１７及び１８からの角度検出信号と
に基づいて、駆動部１５及び１６を制御することにより
ダウンリンクπ位相差板１３とダウンリンクπ／２位相
差板１４の角度を回転制御する。ここで、従来はビーコ
ン信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）がゼロベクト
ル（０，０）に一致するように、ダウンリンクπ位相差
板１３とダウンリンクπ／２位相差板１４の角度を回転
制御していたため、図４（Ｂ）に示したように、結果と
してダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル
（Ｅxd，Ｅyd）がゼロベクトルにはならなかった。
【００３７】これに対して、本実施例の制御装置２３は
ダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘｄ，
Ｅｙｄ）をゼロベクトルにするべく、「衛星自身がもっ
ている交差偏波」と電波伝搬路でＤＰＳに起因して生じ
る交差偏波とからなるダウンリンク系全体の交差偏波の
うち、「衛星自身がもっている交差偏波」の影響を除去
して電波伝搬路でＤＰＳに起因して生じる交差偏波識別
度の劣化のみを補償するように、ダウンリンクπ位相差
板１３とダウンリンクπ／２位相差板１４の角度を回転
制御するものであり、以下その詳細について説明する。
【００３８】なお、上記の「衛星自身がもっている交差
偏波」は前記「ビーコン固有の交差偏波」と「ダウンリ
ンク通信系信号の衛星自身がもつ交差偏波」とよりなる
が、後者の「ダウンリンク通信系信号の衛星自身がもつ
交差偏波」は前者に比べて極めて小さいので、以下の説
明ではこれを無視して説明する。
【００３９】いま、ある降雨条件のもとダウンリンクπ
位相差板１３とダウンリンクπ／２位相差板１４とが、
それぞれ任意の角度θhd、θqdに設定されており、その
結果、受信機２２により観測されているビーコン信号の
交差偏波ベクトルが（Ｅｘ，Ｅｙ）であったとする。こ
のとき、ダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル
（Ｅxd，Ｅyd）をゼロベクトルにする各位相差板１３及
び１４の角度θhd′、θqd′は上記のＥｘ，Ｅｙ，
θhd，θqd，及び晴天時のビーコン楕円偏波の軸比ｅ0
と晴天時のビーコン楕円偏波のチルトアングルβ0 の関
数として次式により表現できる。
【００４０】 θhd′＝Ｆh （Ｅｘ，Ｅｙ，θhd，θqd，ｅ0 ，β0 ） （１ａ） θqd′＝Ｆq （Ｅｘ，Ｅｙ，θhd，θqd，ｅ0 ，β0 ） （１ｂ） 従って、誤差角度Δθhd、Δθqdは次式により求められ
る。
【００４１】 Δθhd＝θhd′−θhd ＝Ｆh （Ｅｘ，Ｅｙ，θhd，θqd，ｅ0 ，β0 ）−θhd （２ａ） Δθqd＝θqd′−θqd ＝Ｆq （Ｅｘ，Ｅｙ，θhd，θqd，ｅ0 ，β0 ）−θqd （２ｂ） そこで、この誤差角度Δθhd、Δθqdを（２ａ）式及び
（２ｂ）式に基づいて常時計算し、その計算結果だけ各
位相差板１３及び１４の角度を逐次回転させることによ
り、降雨条件が変動してもダウンリンク通信系信号の交
差偏波はゼロに保たれる。しかし、前記の関数Ｆh ，Ｆ
q の中には三角関数や逆三角関数などの複雑な演算が含
まれているので、誤差角度Δθhd、Δθqdを（２ａ）式
及び（２ｂ）式に基づいて常時計算していると、制御装
置２３の演算部にかかる負荷が大きくなる。
【００４２】そこで、本実施例では上記の角度θhd′、
θqd′を直接計算することなく、ダウンリンク通信系信
号の交差偏波をゼロに補償するものである。すなわち、
上記の角度θhd、θqdがそれぞれθhd′、θqd′である
とき、換言すると、ダウンリンク通信系信号の交差偏波
ベクトル（Ｅxd，Ｅyd）がゼロベクトル（０，０）の時
のビーコン信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）を
（Ｅｘ′，Ｅｙ′）とおくと、次式が得られる。
【００４３】 Ｅｘ′＝Ｅ0 ｃｏｓ（β0 ＋２θhd′−４θqd′） （３ａ） Ｅｙ′＝Ｅ0 ｓｉｎ（β0 ＋２θhd′−４θqd′） （３ｂ） Ｅ0 ＝（ｅ0 −１）／（ｅ0 ＋１） （３ｃ） ただし、上式中、Ｅ0 は晴天時のビーコン楕円偏波の交
差偏波レベル、θhd′、θqd′は交差偏波ベクトル（Ｅ
xd，Ｅyd）がゼロベクトル（０，０）のときの各位相差
板１３及び１４の角度である。
【００４４】別の表記をすると、次式が得られる。
【００４５】 ［Ｅxd＝０，Ｅyd＝０］＜＝＞［θhd＝θhd′，θqd＝θqd′］ ＜＝＞［Ｅｘ＝Ｅｘ′，Ｅｙ＝Ｅｙ′］ （４） ただし、（４）式の記号”＜＝＞”は必要十分条件を表
している。
【００４６】そこで、β0 ，θhd，θqdにより、新たな
オフセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo）を次式のように定義
する。
【００４７】 Ｅxo＝Ｅ0 ｃｏｓ（β0 ＋２θhd−４θqd） （５ａ） Ｅyo＝Ｅ0 ｓｉｎ（β0 ＋２θhd−４θqd） （５ｂ） ただし、（５ａ）式及び（５ｂ）式中、θhd，θqdはπ
位相差板１３とπ／２位相差板１４の現在の角度であ
る。ここで、（３ａ）式及び（３ｂ）式の右辺の
θ hd′、θqd′はＥxd＝０，Ｅyd＝０を満足させるダウ
ンリンク各位相差板１３及び１４の角度を表していたの
に対し、（５ａ）式及び（５ｂ）式の右辺のθhd，θqd
はπ位相差板１３とπ／２位相差板１４の任意の現在の
角度であることに注意が必要である。
【００４８】従って、一般にはオフセットベクトル（Ｅ
xo，Ｅyo）とダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクト
ル（Ｅxd，Ｅyd）がゼロベクトル（０，０）のときのビ
ーコン信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘ′，Ｅｙ′）とは
一致しない。しかし、π位相差板１３とπ／２位相差板
１４の現在の角度θhd，θqdが前記角度θhd′、θqd′
にそれぞれ等しいときにはオフセットベクトル（Ｅxo，
Ｅyo）はダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル
（Ｅxd，Ｅyd）がゼロベクトル（０，０）のときのビー
コン信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘ′，Ｅｙ′）と一致
する。すなわち、 ［θhd＝θhd′，θqd＝θqd′］＜＝＞［Ｅx0＝Ｅｘ′，Ｅyo＝Ｅｙ′］ （６） である。
【００４９】従って、上記の（４）式及び（６）式から
次の関係式が導かれる。
【００５０】 ［Ｅｘ＝Ｅxo，Ｅｙ＝Ｅyo］＜＝＞［Ｅxd＝０，Ｅyd＝０］ （７） この（７）式の関係式より、本実施例ではビーコン信号
の交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が（５ａ）式及び
（５ｂ）式で定義されるオフセットベクトル（Ｅxo，Ｅ
yo）に一致するようにダウンリンクのπ位相差板１３と
π／２位相差板１４の角度θhd，θqdを制御することに
より、 Ｅｘ＝Ｅxo，Ｅｙ＝Ｅyo （８） が満たされるように制御できることとなり、これによ
り、上記の角度θhd′、θqd′を直接計算しなくとも、
ダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル（Ｅxd，Ｅ
yd）がゼロベクトル（０，０）に保たれることがわか
る。
【００５１】ところで、アンテナ１１に入射されるビー
コン信号の偏波状態は降雨時には時々刻々と変動してい
るので、この場合にはベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が常時、
（８）式を満たすようにダウンリンクのπ位相差板１３
とπ／２位相差板１４の角度を逐次回転制御しなければ
ならない。このため、制御装置２３は何らかの形で誤差
角度Δθhd、Δθqd（ダウンリンクのπ位相差板１３と
π／２位相差板１４が現在おかれている角度と本来ある
べき角度との差）を求め、駆動部１５及び１６に与える
必要がある。
【００５２】この誤差角度Δθhd、Δθqdは近似的に次
式 Δθqd＝Ｄq （Ｅｘ−Ｅxo） （９ａ） Δθhd＝Ｄh （Ｅｙ−Ｅyo） （９ｂ） で表される。すなわち、（Ｅｘ−Ｅxo）の関数Ｄq （Ｅ
ｘ−Ｅxo）はπ／２位相差板１４の誤差角度Δθqdとし
て駆動部１６に与えられ、また、（Ｅｙ−Ｅyo）の関数
Ｄh （Ｅｙ−Ｅyo）はπ位相差板１３の誤差角度Δθhd
として駆動部１５に与えられることにより、最終的に
（８）式が満たされるように制御ができる。
【００５３】更に、関数Ｄq （Ｅｘ−Ｅxo）及びＤh
（Ｅｙ−Ｅyo）をより一層簡略化して、誤差角度Δ
θhd、Δθqdを次式で求めてπ位相差板１３とπ／２位
相差板１４の駆動部１５及び１６を駆動しても、最終的
に（８）式を満足する点に引き込むことができる。 Δθqd＝ｄq ・（Ｅｘ−Ｅxo） （１０ａ） Δθhd＝ｄh ・（Ｅｙ−Ｅyo） （１０ｂ） ただし、上式中のｄq はπ／２位相差板１４の駆動係
数、ｄh はπ位相差板１３の駆動係数である。
【００５４】なお、（８）式はビーコン信号の交差偏波
ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）がオフセットベクトル（Ｅxo，
Ｅyo）に完全に一致する式を示しているが、この場合は
わずかな誤差でも位相差板１３及び１４の回転制御を行
うこととなるため、実質的に常時位相差板１３及び１４
の角度を調整している必要がある。そのため、実運用上
は交差偏波識別度ＸＰＤがある値以上であれば、交差偏
波補償が十分であると見做して、追尾動作を停止するよ
うにしている。これにより、無駄な追尾動作を不要とす
ることができる。
【００５５】ここで、上記の追尾動作停止条件として
は、例えば次式が成立する場合である。
【００５６】
【数１】 上式が満足される場合は、次式がほぼ満足されることが
本発明者により確認された（厳密には少し劣化すること
もある）。なお、（１１）式及び（１２）式において、
ＸＰＤｔｈは補償動作の継続を判定するための交差偏波
識別度の閾値である。
【００５７】
【数２】 ビーコン信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が（１
１）式を満足しているとき、位相差板１３及び１４は伝
搬路で発生した交差偏波のみを補償したことになり、通
信系の交差偏波識別度はほぼＸＰＤｔｈ（ｄＢ）以上に
改善されている。このときのモニタ信号であるビーコン
信号の交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）は、図２（Ａ）
に示す如くオフセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo）にほぼ等
しく、これによりダウンリンク通信系信号の交差偏波ベ
クトル（Ｅxd，Ｅyd）が右旋成分及び左旋成分のいずれ
も図２（Ｂ）にｂ３、ｂ４で示す如くほぼゼロベクトル
（０，０）に保たれることがわかる。
【００５８】次に、本実施例のアップリンクの交差偏波
補償について説明する。制御装置２３はまず、アップリ
ンクπ／２位相差板２５の交差偏波補償のための角度θ
quとアップリンクπ位相差板２６の交差偏波補償のため
の角度θhuとを、ダウンリンクのπ位相差板１３とπ／
２位相差板１４の角度θhd，θqdに基づいて次式の相関
演算により算出する。
【００５９】
【数３】 ここで、関数Ｋはアップリンク／ダウンリンク間のＤＰ
Ｓ相関関係を定義付ける関数で、次式で表される。
【００６０】 Φu ＝Ｋ（Φd ） （１４） ただし、上式中、Φu 及びΦd はそれぞれアップリン
ク、ダウンリンクのＤＰＳである。
【００６１】上記の（１４）式は通常、次式のように直
線で近似することができることが知られている。
【００６２】 Φu ＝ａ・Φd ＋ｂ （１５） ただし、上式中、ａ及びｂはそれぞれアップリンク／ダ
ウンリンク間のＤＰＳ係数である。従って、（１４）式
及び（１５）式より（１３ａ）式と（１３ｂ）式とは次
のように近似することができる。
【００６３】
【数４】 （１６ａ）式と（１６ｂ）式の右辺のθqdとθhdとは、
前記「ビーコン固有の交差偏波」の影響を除去したうえ
で「ダウンリンク系の伝搬路で発生した交差偏波」のみ
を補償する角度θqd′、θhd′になるように制御される
ため、上記の（１６ａ）式と（１６ｂ）式の相関演算に
より得られる角度θquとθhuもまた、「アップリンクの
伝搬路で発生した交差偏波」のみを補償するアップリン
クπ／２位相差板２５の交差偏波補償のための角度θqu
とアップリンクπ位相差板２６の交差偏波補償のための
角度θhuを示している。
【００６４】従って、制御装置２３はこの相関演算結果
に基づきアップリンクπ／２位相差板２５の角度とアッ
プリンクπ位相差板２６の角度を上記の角度θquとθhu
に回転する指令信号を駆動部２７及び２８に供給する。
これにより、図２（Ｃ）にｃ３及びｃ４で示すように、
アップリンク通信系信号の交差偏波ベクトル（Ｅxu，Ｅ
yu）が右旋成分及び左旋成分共にほぼゼロベクトル
（０，０）に保たれる。従って、本実施例によれば、ア
ップリンク系の交差偏波補償性能も向上する。
【００６５】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば互いに直交する直線偏波を受信す
る地球局にも適用することができ、また、ダウンリンク
π位相差板１３とダウンリンクπ／２位相差板１４の接
続順序及びアップリンクπ／２位相差板２５とアップリ
ンクπ位相差板２６の接続順序は実施例と逆でも良く、
この場合は前記の各式を若干変更するだけで本発明をそ
のまま適用することができる。
【００６６】また、本発明は、ダウンリンクの伝搬路で
発生した交差偏波のみを補償している状態でのダウンリ
ンクπ位相差板とπ／２位相差板の角度と受信機の出力
ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）とをそれぞれθhd´、θqd´、
（Ｅｘ´，Ｅｙ´）とすると、これらが関数ｆx，ｆyを
用いて次式 Ｅx´＝ｆx（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） Ｅy´＝ｆy（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） （ただし、ｅ0，β0は晴天時の前記受信信号の楕円偏波
の軸比及びチルトアングル）で表される関係にあると
き、次式で表されるオフセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo） Ｅxo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） Ｅyo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） にベクトルが近付くように前記π位相差板とπ／２位相
差板の角度θhdとθqdを制御するものであり、座標系の
取り方により式の形が実施例で説明した各式と異なるこ
とは勿論である。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダウンリンク系全体の交差偏波のうち、衛星自身がもっ
ている交差偏波の影響を除去し、伝搬路で発生した交差
偏波のみを補償するようにしたため、ビーコン信号を交
差偏波モニタ信号として用いた場合でも、ダウンリンク
通信系信号の交差偏波ベクトルをゼロベクトルとするこ
とができ、通信系のダウンリンク交差偏波特性を向上す
ることができる。
【００６８】また、本発明によれば、複雑な式の演算を
しなくともダウンリンク通信系信号の交差偏波ベクトル
をゼロベクトルとすることができるため、制御装置の演
算負荷を軽減することができる。更に、本発明によれ
ば、π位相差板とπ／２位相差板の角度をビーコン信号
の交差偏波ベクトルとオフセットベクトルとの差に応じ
た関数で制御するようにしているため、π位相差板とπ
／２位相差板の角度を、逐次回転させながら最終的に伝
搬路のＤＰＳによる交差偏波識別度劣化の影響のみを補
償する角度、すなわちダウンリンク通信系信号の交差偏
波ベクトルをゼロベクトルとする角度に制御することが
できる。
【００６９】また更に、本発明によれば、衛星から所定
の目的で送出されているビーコン信号を交差偏波モニタ
のために利用するようにしているため、交差偏波モニタ
専用のパイロット信号を不要とすることができ、周波数
の有効利用や経済性を向上することができる。また、本
発明によれば、アップリンク系のπ位相差板とπ／２位
相差板の角度をダウンリンク通信系信号の交差偏波ベク
トルをゼロベクトルとするダウンリンク系のπ位相差板
とπ／２位相差板の角度情報の相関演算結果に基づいて
制御するようにしているため、通信系のアップリンク交
差偏波特性をも向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。
【図２】本発明の一実施例における交差偏波ベクトルの
説明図である。
【図３】従来装置の一例のブロック図である。
【図４】従来装置の一例における交差偏波ベクトルの説
明図である。
【符号の説明】
１１ アンテナ １３ ダウンリンクπ位相差板 １４ ダウンリンクπ／２位相差板 １９、２４ 偏分波器 ２０、２１ 方向性結合器 ２２ 受信機 ２３ 制御装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電波伝搬路で発生した交差偏波を有する
    互いに直交する二つの偏波と共に衛星から送出されるビ
    ーコン信号をアンテナで受信し、その受信ビーコン信号
    から主偏波成分と交差偏波成分との振幅比及び位相差を
    示す検波信号を生成し、該検波信号に基づいてπ位相差
    板とπ／２位相差板の角度を制御して該受信信号の交差
    偏波を補償する交差偏波補償装置であって、 前記アンテナに入射される前記偏波のダウンリンク系全
    体の交差偏波のうち、衛星自身がもっている交差偏波の
    影響を除去し、ダウンリンクの伝搬路で発生した交差偏
    波のみを補償するように前記π位相差板とπ／２位相差
    板の角度を制御する制御手段を有することを特徴とする
    交差偏波補償装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記アンテナを介して
    入力されて角度θhdの前記π位相差板と角度θqdの前記
    π／２位相差板をそれぞれ通過した受信波信号からビー
    コン信号を選択し、選択した受信ビーコン信号の交差偏
    波の主偏波同相成分Ｅｘとπ／２位相差成分Ｅｙとから
    なる交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）を検波して前記検
    波信号として出力する受信機と、 ダウンリンクの伝搬路で発生した交差偏波のみを補償し
    ている状態での前記π位相差板とπ／２位相差板の角度
    と上記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）とをそれぞれθhd´、θ
    qd´、（Ｅｘ´，Ｅｙ´）とすると、これらが関数
    ｆx，ｆyを用いて次式 Ｅx´＝ｆx（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） Ｅy´＝ｆy（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） （ただし、ｅ0，β0は晴天時の前記受信信号の楕円偏波
    の軸比及びチルトアングル）で表される関係にあると
    き、次式で表されるオフセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo） Ｅxo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） Ｅyo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） に上記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が近付くように前記π位
    相差板とπ／２位相差板の角度θhdとθqdを制御する制
    御装置とを有することを特徴とする請求項１記載の交差
    偏波補償装置。
  3. 【請求項３】 前記制御装置は、前記検波信号が入力さ
    れ、前記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が次式 Ｅxo＝Ｅ0 ｃｏｓ（β0 ＋２θhd−４θqd） Ｅyo＝Ｅ0 ｓｉｎ（β0 ＋２θhd−４θqd） （ただし、上式中、Ｅ0 は晴天時のアンテナに入射され
    る楕円偏波の交差偏波レベル、β0 は晴天時のアンテナ
    に入射される楕円偏波のチルトアングル）で表されるオ
    フセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo）に一致するように、前
    記角度θqd及びθhdを制御することを特徴とする請求項
    ２記載の交差偏波補償装置。
  4. 【請求項４】 前記制御装置は、前記ベクトルＥｘ及び
    Ｅxoの差の関数Ｄq（Ｅｘ−Ｅxo）を前記π／２位相差
    板の誤差角度情報として該π／２位相差板の角度を制御
    し、前記ベクトルＥｙ及びＥyoの差の関数Ｄh（Ｅｙ−
    Ｅyo）を前記π位相差板の誤差角度情報として該π位相
    差板の角度を制御することを特徴とする請求項２又は３
    記載の交差偏波補償装置。
  5. 【請求項５】 電波伝搬路で発生した交差偏波を有する
    互いに直交する二つの偏波をアンテナで受信すると共に
    衛星から送出されるビーコン信号をアンテナで受信し、
    その受信ビーコン信号から主偏波成分と交差偏波成分と
    の振幅比及び位相差を示す検波信号を生成し、該検波信
    号に基づいてダウンリンク系のπ位相差板とπ／２位相
    差板の角度を制御して該受信信号の交差偏波を補償し、
    該ダウンリンク系のπ位相差板とπ／２位相差板の角度
    情報に基づいた相関演算結果によりアップリンク系のπ
    位相差板とπ／２位相差板の角度を制御する交差偏波補
    償装置であって、 前記アンテナに入射される前記偏波のダウンリンク系全
    体の交差偏波のうち、衛星自身がもっている交差偏波の
    影響を除去し、ダウンリンクの伝搬路で発生した交差偏
    波のみを補償するように前記ダウンリンク系のπ位相差
    板とπ／２位相差板の角度を制御し、該角度を用いた相
    関演算結果によりアップリンク通信系信号の交差偏波ベ
    クトルがゼロベクトルとなるように前記アップリンク系
    のπ位相差板とπ／２位相差板の角度を制御する制御手
    段を有することを特徴とする交差偏波補償装置。
  6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記アンテナを介して
    入力されて角度θhdの前記π位相差板と角度θqdの前記
    π／２位相差板をそれぞれ通過した受信波信号からビー
    コン信号を選択し、選択した受信ビーコン信号の交差偏
    波の主偏波同相成分Ｅｘとπ／２位相差成分Ｅｙとから
    なる交差偏波ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）を検波して前記検
    波信号として出力する受信機と、 ダウンリンクの伝搬路で発生した交差偏波のみを補償し
    ている状態での前記π位相差板とπ／２位相差板の角度
    と上記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）とをそれぞれθhd´、θ
    qd´、（Ｅｘ´，Ｅｙ´）とすると、これらが関数
    ｆx，ｆyを用いて次式 Ｅx´＝ｆx（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） Ｅy´＝ｆy（θhd´，θqd´，ｅ0，β0） （ただし、ｅ0，β0は晴天時の前記受信信号の楕円偏波
    の軸比及びチルトアングル）で表される関係にあると
    き、次式で表されるオフセットベクトル（Ｅxo，Ｅyo） Ｅxo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） Ｅyo＝ｆx（θhd，θqd，ｅ0，β0） に上記ベクトル（Ｅｘ，Ｅｙ）が近付くように前記π位
    相差板とπ／２位相差板の角度θhdとθqdを制御すると
    ともに、前記アップリンク系のπ位相差板の角度θhuと
    π／２位相差板の角度θquとを該角度θhdとθqdを用い
    た相関演算により求めた値に制御する制御装置とを有す
    ることを特徴とする請求項５記載の交差偏波補償装置。
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