JPH08340290A - 短波送信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フェージングの影響を除去して、高品質の信
号の送受が行えるようにした短波帯の送信装置を実現す
る。 【構成】 短波帯の搬送波を発生する手段、副搬送波を
発生する手段、搬送波と副搬送波とを入力する第１の混
合器、副搬送波をπ／２移相する移相器、搬送波とπ／
２移相された副搬送波とを入力する第２の混合器、直交
させた２個のダイポールアンテナとを備え、第１の混合
器出力を２個のダイポールアンテナの一方へ入力し、第
２の混合器の出力をダイポールアンテナの他方へ入力す
ることにより、短波の円偏波を放射する。 【効果】 海上通信や国際放送等で重要な短波帯の無線
通信に最適で、デジタルデータやファクシミリ等の短波
無線伝送の実用化にも極めて有用であるから、その利用
範囲が著しく拡大される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、短波を使用した無線
送受信による通信方式の改良に係り、特に、フェージン
グの影響を除去して、高品質の信号の送受が行えるよう
にした短波送信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、短波帯の無線通信では、フェー
ジング現象が発生して一時的に受信が不能になる、とい
うことは、従来から広く知られている。このようなフェ
ージング現象による受信不能を回避するために、従来の
短波通信では、受信機側にＡＧＣ回路を設けることによ
って、その影響を軽減させるようにした受信方式が現用
されている。

【０００３】しかしながら、実際の短波通信において
は、このＡＧＣ回路によっても除去できないフェージン
グ現象があるので、短波回線の品質は大きく損なわれ、
信頼性を失なう結果となっている。そのために、例えば
ラジオの短波放送では、複数の周波数帯（３ＭHz帯，６
ＭHz帯，９ＭHz帯の周波数）を使用して送信し、受信地
や受信機において、その中から最も良好な周波数を選択
しながら受信する方法が採用されている。短波帯は、こ
のような問題がありながらも、電離層に反射して長距離
を伝搬するという優れた特性を有する周波数帯であるた
め、重要な通信媒体である。

【０００４】例えば、国際海事機関および世界無線主管
庁会議では、海上通信において、従来のモールス通信に
代わるシステムとして、デジタル選択呼び出しによる短
波の狭帯域直接印刷電信方式の導入を決定し、一般通信
は無論のこと、捜索救難通信の媒体としても利用を計画
している。また、国際放送においても、重要なメディア
であることは、改めて説明するまでもない。

【０００５】このように、短波帯の無線通信は、その通
達範囲の広さから有用な波長帯であり、フェージング現
象さえなければ、テレストリアル（地上の）リンクとし
てこれに優るものはない。この出願の発明者は、このよ
うなフェージング現象を除去することにより、高品質の
信号の送受を可能にした無線通信方式を、先に提案した
（特願平１−１１３１９２号）。

【０００６】この無線通信方式においては、短波帯の搬
送波の偏波面を、地球磁場の影響を受けてフェージング
の原因となる回転、すなわち、電離層を通過する際に電
界のベクトルが約３秒ないし１分間に１回程度のゆっく
りとした速度（１／３〜１／６０Hz）に比較して、極め
て速い、例えば１００ｋHzのような高速度で回転させる
ことにより、地球磁場によって磁化された磁化プラズマ
による偏波面回転の影響を除去し、フェージングに起因
する受信不能を回避するようにしている。この先に提案
した無線通信方式では、直交するダイポールアンテナを
使用し、それぞれのアンテナ（アンテナＸとアンテナ
Ｙ）から、平衡変調された変調信号の位相が互いに９０
°異なる電波を送出する。

【０００７】図８は、先に提案した無線通信方式を実施
する送信装置について、その要部構成の一例を示す機能
ブロック図である。図において、１は搬送波発振器、２
は低周波発振器、３は９０°移相器、４Ｘと４Ｙは平衡
変調器（ダブル・バランスト・モジュレータ）、５Ｘは
９０°上側波帯フィルタ（バンドパス・フィルタ）、５
Ｙは０°上側波帯フィルタ（バンドパス・フィルタ）、
６Ｘは９０°下側波帯フィルタ（バンドパス・フィル
タ）、６Ｙは０°下側波帯フィルタ（バンドパス・フィ
ルタ）、７Ｘと７ＹはＳＳＢ（上側）送信機、８Ｘと８
ＹはＳＳＢ（下側）送信機、９Ｘと９Ｙは出力合成器、
１０Ｘと１０Ｙはバルン（空中線整合器）、１１ＸはＸ
アンテナ、１１ＹはＹアンテナを示す。

【０００８】この図８で、左方の搬送波発振器１は、搬
送周波数（Ｆ₁ ）の短波を発生する機能を有している。
その右方に示す低周波発振器２は、電波の偏波面を回転
させる周波数（Ｆ₂ ）の低周波を発生する。そのため、
上方に示す平衡変調器４Ｙにおいて、搬送周波数Ａが、
電波の偏波面を回転させる低周波の周波数Ｂにより、平
衡変調されて周波数（Ｆ₁ ±Ｆ₂ ）の２つの信号が得ら
れる。

【０００９】この平衡変調器４Ｙから出力される２つの
信号は、次段の０°上側波帯フィルタ５Ｙと０°下側波
帯フィルタ６Ｙによって、それぞれ分離されて、電力増
幅を行うＳＳＢ（上側）送信機７ＹとＳＳＢ（下側）送
信機８Ｙへ送られる。その後、出力合成器９Ｙで合成さ
れ、バルン１０Ｙを介して、Ｙアンテナ１１Ｙへ供給さ
れる。

【００１０】他方、図８の下方に示す平衡変調器４Ｘに
は、低周波発振器２から９０°移相器３を介して低周波
の周波数Ｂが入力される。そのため、先の平衡変調器４
Ｙから出力される平衡変調された周波数（Ｆ₁ ±Ｆ₂ ）
に比べて、変調信号に９０°の位相差を有し、同様に平
衡変調された周波数（Ｆ₁ ±Ｆ₂ ）の２つの信号が出力
される。

【００１１】この平衡変調器４Ｘから出力される２つの
信号も、次段の９０°上側波帯フィルタ５Ｘと９０°下
側波帯フィルタ６Ｘによって、それぞれ分離されて、電
力増幅を行うＳＳＢ（上側）送信機７ＸとＳＳＢ（下
側）送信機８Ｘへ送られる。その後、出力合成器９Ｘで
合成され、バルン１０Ｘを介して、Ｘアンテナ１１Ｘへ
供給される。

【００１２】したがって、右方に示す直交したダイポー
ルアンテナ（Ｙ，Ｘ）には、変調信号に９０°の位相差
を有し、かつ搬送波Ａが同じ周波数で、同位相の平衡変
調波が供給され、Ｙアンテナ１１ＹとＸアンテナ１１Ｘ
から発射される。ここで、ダイポールアンテナ（Ｙ，
Ｘ）から発射される信号波形について説明する。

【００１３】図９は、先に提案した無線通信方式におい
て、ダイポールアンテナから発射される信号波形の一例
を示すタイムチャートである。

【００１４】図１０は、図９に示した電波が直交したア
ンテナから放射されることにより偏波面が回転する状態
をコンピュータによつて描画した図である。

【００１５】直交するダイポールアンテナからは、図９
に示すような波形の電波が発射されることになる。この
場合に、その合成ベクトルとしての偏波面は、例えば、
毎秒θ／２π（＝１／Ｆ₂ ）の速さで回転することにな
る。この電波の回転は、図１０から明らかなように、出
力電流ｉxとｉyとにより、直交アンテナＸ，Ｙから放射
された電波の合成ベクトルとして回転し、Ｚ方向に伝搬
する。

【００１６】通常は、偏波面の回転数は数秒から１分間
に１回であるが、先の図８の無線通信方式の場合には、
毎秒θ／２πのような地球磁場の影響が結果的に無視で
きる程度の高速度で回転される。また、回転している電
波の周波数はＦであり、その振幅Ａは一定である。次
に、図８に示した送信装置について、各ブロックを通過
する際の信号の周波数（スペクトラム）の変化と、位相
の変化を数式で説明する。

【００１７】図１１は、図８に示した送信装置につい
て、各ブロックを通過する際の信号の周波数（スペクト
ラム）の変化と、位相の変化を数式的に説明する図であ
る。図において、各ブロックに付けた符号は図８に対応
しており、ＤＢＭは平衡変調器（ダブル・バランスト・
モジュレータ）を示す。

【００１８】この図１１では、搬送波発振器１から出力
される搬送波の周波数をＦ₁ 、その振幅をＡ、低周波発
振器２から出力される電波の偏波面を回転させる低周波
の周波数をＦ₂ 、その振幅をＢとする。なお、搬送波の
振幅Ａは１００ｍＶ、低周波の振幅Ｂは１０ｍＶ程度の
電圧が適当である。また、搬送波の角周波数をω、低周
波の角周波数（偏波面の回転の角周波数に相当する）を
θとし、９０°はπ／２で表現している。

【００１９】この場合には、搬送波発振器１から出力さ
れる搬送波（短波）は、 短波の搬送波Ｆ₁ ＝Ａ・sinωｔ ……(1) 低周波発振器２から出力される低周波は、 低周波の信号Ｆ₂ ＝Ｂ・cosθｔ ……(2) で表記される。

【００２０】したがって、平衡変調器４Ｙから出力され
る２つの信号が、次の式(3) と(4)で示すように、０°
上側波帯フィルタ５Ｙと０°下側波帯フィルタ６Ｙへ入
力される。この場合の信号の周波数を、それぞれＦ₁₁，
Ｆ₁₂とすれば、 Ｆ₁₁＝Ｃ・sin（ω＋θ）ｔ ……(3) Ｆ₁₂＝Ｃ・sin（ω−θ）ｔ ……(4) となる。Ｃは変調により減衰した振幅であり、ほぼＢに
近い電圧である。

【００２１】この式(3) と(4) で表わされる２つの信号
が、ＳＳＢ（上側）送信機７ＹとＳＳＢ（下側）送信機
８Ｙへ送られて電力増幅され、振幅がＭに増加するた
め、次の式(5) と(6) に変換される。 Ｆ₁₁＝Ｍ・sin（ω＋θ）ｔ ……(5) Ｆ₁₂＝Ｍ・sin（ω−θ）ｔ ……(6)

【００２２】その後、出力合成器９Ｙで両者が合成（加
算）されて、次の式(7) の信号が生成される。 Ｆ₁₁＋Ｆ₁₂ ＝Ｍ・sin（ω＋θ）ｔ＋Ｍ・sin（ω−θ）ｔ ……(7) 他方、下方に示す平衡変調器４Ｘには、９０°移相器３
から、次の式(8) に示す低周波の信号が入力される。 Ｆ₂ ＝Ｂ・cos（θｔ−π／２） ……(8)

【００２３】したがって、平衡変調器４Ｘから出力され
る２つの信号は、 Ｆ₂₁＝Ｃ・sin｛（ω＋θ）ｔ−π／２｝ ……(9) Ｆ₂₂＝Ｃ・sin｛（ω−θ）ｔ−π／２｝ ……(10) となる。

【００２４】この式(9) と(10)の信号が、９０°上側波
帯フィルタ５Ｘと９０°下側波帯フィルタ６Ｘによって
分離され、ＳＳＢ（上側）送信機７ＸとＳＳＢ（下側）
送信機８Ｘへ送られて電力増幅され、次の出力合成器９
Ｘで、両者が合成（加算）されて、次の式(11)の信号が
生成される。 Ｆ₂₁＋Ｆ₂₂ ＝Ｍ・sin｛（ω＋θ）ｔ−π／２｝ ＋Ｍ・sin｛（ω−θ）ｔ−π／２｝ ……(11)

【００２５】このようにして、式(7) の信号が出力合成
器９Ｙで生成され、バルン１０Ｙを介して、直交するダ
イポールアンテナの一方（Ｙアンテナ１１Ｙ）へ、ま
た、式(11)の信号が出力合成器９Ｘで生成され、バルン
１０Ｘを介して他方のダイポールアンテナ（Ｘアンテナ
１１Ｘ）へ出力される。したがって、直交するダイポー
ルアンテナ（１１Ｙ，１１Ｘ）からは、偏波面がθｔで
回転された信号が発射されることになる。

【００２６】図１２は、直交するダイポールアンテナか
ら発射される短波の信号波形を示す図である。図の１０
Ｙ出力は、バルン１０Ｙから出力される信号、１０Ｘ出
力はバルン１０Ｘから出力される信号を示す。

【００２７】この図１２に示すような波形の信号、すな
わち、偏波面がθｔで回転する短波の信号が、ダイポー
ルアンテナから発射されることになる。このような電波
を、一条の受信アンテナで受信し、受信機で例えば上側
波帯のみを選択すれば、次の式(12)で示すフェージング
の生じない信号が得られる。 Ｆ＝Ｍ・sin｛（ω＋θ±ｐ）ｔ｝ ……(12) この式(12)にあっては、電離層において生じる偏波面回
転の微少な増減角周波数を±ｐで表している。

【００２８】以上のように、先に提案した無線通信方式
は、送信側において、２つの平衡変調波の電波、すなわ
ち、角周波数で示すと、（ω＋θ）と（ω−θ）の２つ
の平衡変調波の電波を発生させ、受信側でその一方のみ
を受信する方式である。そして、受信アンテナ上では、
角周波数（ω＋θ），（ω−θ）の等振幅の２つの高周
波電流が誘起され、この両者が干渉して平衡変調波とな
っていることが理解できる。

【００２９】図１３は、偏波面が回転している電波によ
って受信アンテナに誘起される電流の干渉波形につい
て、その一例を示す図である。図において、ａ，ｂ，ｃ
は位相変化点を示す。

【００３０】この干渉波形は、到来波〔ｋ・Ａ・sinω
ｔ〕を〔cosθｔ〕で平衡変調した波形と同じである。
この各点ａ，ｂ，ｃでは、エンベロープがＸ軸と交差
し、その点では位相が１８０°変化する。

【００３１】位相変化点での電流の振幅は“０”であ
り、その近傍での振幅は殆ど“０”に近い。このような
位相変化点は、θ／２πにつき二回ずつ発生し、偏波面
の回転が１分間に１回というような低速度の場合には、
時間的に数秒というような長い不感期間となる。

【００３２】一方、ＡＧＣ機能を有する受信機が周期的
に受信不能になるという深いフェージングの原因と考え
られるものは、偏波性フェージングだけである。その理
由は、無線通信用の高感度の受信機の場合、短波帯にお
いて、受信出力５０ｍＷをＳＮ比２０ｄＢで得るために
必要な入力電圧は、０ｄＢμＶ程度であり、フェージン
グ現象によって受信出力が聞えなくなる入力レベルは、
例えばＳＮ比が６ｄＢ程度に低下するときであると考え
られるから、受信機の入力で−１４ｄＢμＶになったと
き、ということができる。

【００３３】ここで、受信アンテナがダイポールである
とすれば、周波数によって多少は異なるが、平均的に考
えて、利得を１２ｄＢ程度とした場合に、−２６ｄＢμ
Ｖ／ｍの電界強度まで低下したときに、はじめて聞えな
くなる、という現象が発生することになる。先に提案し
た無線通信方式では、このような偏波性フェージングに
よる影響を除去するために、電離層を通過する際に電界
のベクトルがファラデー・ローテーションにより自然に
回転する約３秒ないし１分間に１回程度のゆっくりとし
た速度（１／３〜１／６０Hz）に比べて、極めて速い、
例えば１００ｋHzのような高速度で回転させている。と
ころで、このような平衡変調波を構成する２つの周波数
は、搬送波の周波数から上下に±（θ／２π）Hz離調す
るので、両周波数の間隔は（θ／π）Hzとなる。

【００３４】この両周波数の間隔を、例えば１２ｋHzだ
け離調させるためには、先のθを、約３７．７キロラジ
アンとすればよい。この場合には、偏波面は約６ｋHzで
回転する。しかしながら、この偏波面回転波に、変調に
伴う６ｋHzの占有周波数帯幅があるとすれば、全体の占
有周波数帯幅は１８ｋHzとなる。

【００３５】一方、現行の電波法規では、短波帯での許
容占有周波数帯幅は、放送を除く他の無線局の場合、６
ｋHz以下とされている。したがって、先に提案した無線
通信方式、すなわち、電波の偏波面を高速回転させてフ
ェージングを除去する通信方式は、法的規制に合致しな
い、という問題が残ってしまう。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】先に提案した無線通信
方式における問題、すなわち、電波の偏波面を高速回転
させてフェージングを除去する通信方式は、現行の法的
規制に合致しないので、通常の無線局で実用化する上で
大きな障害になる。この発明では、この問題を解決し、
海上通信における短波の狭帯域直接印刷電信方式、一般
通信、捜索救難通信、さらには、国際放送等において重
要なメディアである短波帯の無線通信において、フェー
ジングの影響を除去した高品質の信号の送受が行えるよ
うにした送信装置を提供することを目的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】この発明では、第１に、
短波帯の搬送波を発生する搬送波発生手段と、副搬送波
を発生する副搬送波発生手段と、前記搬送波と前記副搬
送波とが入力される第１の混合器と、前記副搬送波発生
手段から発生される副搬送波をπ／２移相する移相器
と、前記搬送波と該移相器によってπ／２移相された副
搬送波とが入力される第２の混合器と、直交させた２個
のダイポールアンテナ、とからなる送信装置を備え、前
記第１の混合器の出力を前記２個のダイポールアンテナ
の一方へ入力し、前記第２の混合器の出力を前記２個の
ダイポールアンテナの他方へ入力することにより、円偏
波を放射するように構成している。

【００３８】第２に、短波帯の搬送波を発生する搬送波
発生手段と、搬送波を増幅する増幅手段と、増幅された
搬送波を分配する手段と、同軸ケーブルと、直交させた
２個のダイポールアンテナ、とからなる送信装置を備
え、前記ダイポールアンテナには、その一方のアンテナ
素子の位相を他方に比べてπ／２だけ遅らせる長さを有
する同軸ケーブルが接続されている構成である。

【００３９】第３に、短波帯の搬送波を発生する搬送波
発生手段と、搬送波を増幅する増幅手段と、増幅された
搬送波を出力するインピーダンス整合手段と、ヘリカル
アンテナ、とからなる送信装置を備え、前記インピーダ
ンス整合手段から前記ヘリカルアンテナへ入力すること
によって、円偏波を放射するように構成している。

【００４０】

【発明の着目点と基本原理】この出願の発明者は、理論
的な計算処理と多数の実験結果によって、先に提案した
無線通信方式を実施すれば、技術的には、フェージング
の影響を除去することが可能であり、高品質の信号送受
が行える、という確信を得た。この無線通信方式を実用
化する上で、唯一残された障害は、現行の電波法規に合
致した短波帯の許容占有周波数帯幅、すなわち、６ｋHz
以下（放送を除く他の無線局）の許容占有周波数帯幅の
制限内で使用が可能な方式を実現する点のみである。

【００４１】先の図１１では、図８に示した送信装置に
おける各ブロックを通過する際の信号の周波数（スペク
トラム）の変化と、位相の変化を数式的に説明した。こ
の図１１の場合には、搬送波の角周波数をω、低周波の
角周波数（偏波面の回転の角周波数に相当する）をθと
した。

【００４２】すなわち、偏波面の回転の角周波数に相当
するθ＝搬送波の角周波数ωの値に設定して、理論的な
演算と実験とを行った。この場合に、各ブロックを通過
する際の信号の周波数（スペクトラム）の変化と位相の
変化との関係を、先の図１１と対応させて数式的に説明
する。

【００４３】図２は、この発明において、電波の偏波面
の回転の角周波数θを搬送波の角周波数ωと同じ値に設
定した場合について、各ブロックを通過する際の信号の
周波数（スペクトラム）の変化と、位相の変化とを数式
的に説明する図である。図において、各ブロックに付け
た符号は図８に対応しており、また、図１１と同様であ
る。

【００４４】この図２は、先の図１１に相当する図であ
り、θ＝ωと設定した場合を示している。そのため、低
周波発振器２から出力される低周波の信号は、先の式
(2) の代りに、次の式(13)で表わされることになる。 低周波の信号Ｆ₂ ＝Ｂ・cosωｔ ……(13)

【００４５】したがって、図２の上方に示した平衡変調
器４Ｙから出力される２つの信号は、次の式(14)と(15)
で示すように、０°上側波帯フィルタ５Ｙと０°下側波
帯フィルタ６Ｙへ入力される。 Ｆ₁₁＝Ｃ・sin（ω＋ω）ｔ ……(14) Ｆ₁₂＝Ｃ・sin（ω−ω）ｔ ……(15) この式(14)は、先の式(3) で、θ＝ωの場合であり、同
様に、式(15)は、先の式(4) で、θ＝ωの場合であ
る。。

【００４６】そして、後者の式(15)は“０”であるか
ら、０°下側波帯フィルタ６Ｙへ入力される信号は
“０”となる。したがって、ＳＳＢ（下側）送信機８Ｙ
で電力増幅される信号成分も“０”である。そのため、
平衡変調器４Ｙからは、先の式(14)で示される信号、す
なわち、ＳＳＢ（上側）送信機７Ｙで電力増幅された信
号のみが、出力合成器９Ｙで合成（加算）されて、次の
式(16)の信号が生成されることになる。 Ｆ₁₁＝Ｍ・sin（ω＋ω）ｔ ＝Ｍ・sin２ωｔ ……(16)

【００４７】また、下方に示す平衡変調器４Ｘには、９
０°移相器３から、次の式(17)に示す低周波の信号が入
力される。 Ｆ₂ ＝Ｂ・cos（ωｔ−π／２） ……(17)

【００４８】したがって、平衡変調器４Ｘから出力され
る２つの信号は、 Ｆ₂₁＝Ｃ・sin｛（ω＋ω）ｔ−π／２｝ ……(18) Ｆ₂₂＝Ｃ・sin｛（ω−ω）ｔ−π／２｝ ……(19) となる。

【００４９】この場合に、後者の式(19)は、次の式(20)
に変換される。 Ｆ₂₂＝Ｃ・sin｛（ω−ω）ｔ−π／２｝ ＝Ｃ・sin（−π／２） ＝−Ｃ ……(20)

【００５０】その結果、９０°下側波帯フィルタ６Ｘへ
入力される信号は、定数“−Ｃ”となり、搬送波や偏波
面の回転の角周波数ωと無関係の値になる。したがっ
て、先の式(18)と(20)で示される信号、すなわち、ＳＳ
Ｂ（上側）送信機７ＸとＳＳＢ（下側）送信機８Ｘへ送
られて電力増幅され、次段の出力合成器９Ｘで両者が合
成（加算）される信号は、次の式(21)で示される。

【００５１】 Ｆ₂₁＋Ｆ₂₂ ＝Ｍ・sin｛（ω＋ω）ｔ−π／２｝ ＋Ｍ・sin｛（ω−ω）ｔ−π／２｝ ＝Ｍ・sin（２ωｔ−π／２）＋Ｍ・sin（−π／２） ＝Ｍ・sin（２ωｔ−π／２）＋Ｍ・（−１） ＝Ｍ・sin（２ωｔ−π／２）−Ｍ ……(21)

【００５２】この式(21)の信号は、第２項の値がｔと無
関係であるから、中心位置がずれる実質的な円偏波であ
る。以上のようにして、図２の送信装置によれば、先の
式(16)に示した信号が出力合成器９Ｙで生成され、バル
ン１０Ｙを介して、直交するダイポールアンテナの一方
（Ｙアンテナ１１Ｙ）へ、また、先の式(21)に示した信
号が出力合成器９Ｘで生成され、バルン１０Ｘを介して
他方のダイポールアンテナ（Ｘアンテナ１１Ｘ）へ出力
されることになる。

【００５３】そして、２つのバルン１０Ｙと１０Ｘから
出力される信号は、９０°位相のずれた搬送波と等しく
なる。したがって、直交するダイポールアンテナから
は、偏波面が角周波数ωで回転する信号が発射されるこ
とになる。

【００５４】以上のような解析結果から、搬送波の角周
波数ωと、電波の偏波面を回転させる低周波の角周波数
θ（＝ω）とを等しくすれば、角周波数ωの搬送波が角
周波数ωで高速回転して、結果的に、角周波数２ωの円
偏波として発射されることが解明された。この場合に、
直交するダイポールアンテナの各素子、すなわち、Ｙア
ンテナ１１ＹとＸアンテナ１１Ｘへ供給される信号は、
平衡変調波ではないので、これらの各アンテナ１１Ｙ，
１１Ｘから放射された電界内においた受信アンテナにも
平衡変調波は発生せず、フェージングが生じることはな
い。

【００５５】先に提案した無線通信方式では、２つの電
波が存在したが、ここでは、１つの円偏波を使用するこ
とになるので、一方の電波のスペクトラムが消去される
ことになり、占有周波数帯幅を規定値内に収めることが
可能になる。このような認識に基いて、図２のブロック
の内、上方のＹ波に関しては、入力される信号が“０”
の０°下側波帯フィルタ６Ｙと、ＳＳＢ（下側）送信機
８Ｙとは不要であり、下方のＸ波に関しても、式(19)の
信号は、ｔに関係のない定数（−Ｍ）で、回転中心を少
し左にずらす意味しか有しない９０°下側波帯フィルタ
６Ｘと、ＳＳＢ（下側）送信機８Ｘとは、機能上不要で
ある、という結論に達した。

【００５６】以上の理由によって、実質的に意味のない
部分を除くと、後述する図１のような送信装置を構成す
ることができる。この発明の短波送信装置は、以上のよ
うな基本原理によって、従来、短波帯で不可避といわれ
ているフェージングを実質的に除去し、高品質の無線通
信を可能にすると共に、短波帯の許容占有周波数帯幅に
関しても、現行電波法規に適合する実用性の高いもので
ある。

【００５７】

【作用】この発明では、先に提案した無線通信方式の問
題点、すなわち、１回線の通信に２つの電波を必要とす
るので、その許容占有周波数帯幅が現行の電波法規に適
合しないため実用化できない、という問題を解決するた
めに、電波の偏波面を、搬送波と同じ周波数で回転させ
ることによって、１つの電波で送受信を可能にしてい
る。しかも、送信側だけを改良しているので、受信側の
装置は、従来の短波受信機能を有していれば十分であ
り、フェージングを伴わないため小電力により省エネル
ギー化も可能である。

【００５８】

【実施例１】次に、この発明の短波送信装置について、
図面を参照しながら、その実施例を詳細に説明する。こ
の実施例は、請求項１の発明に対応している。

【００５９】図１は、この発明の短波送信装置につい
て、その要部構成の一実施例を示す機能ブロック図であ
る。図において、２１は搬送波発振器、２２は逓倍器、
２３は副搬送波発振器、２４はπ／２移相器、２５Ｘと
２５Ｙは混合器、２６Ｘと２６Ｙは同調増幅器、２７Ｘ
と２７Ｙは電力増幅器、２８Ｘと２８Ｙはバルン、２９
ＸはＸアンテナ、２９ＹはＹアンテナを示し、ｆｏは搬
送波の周波数、ｆｓは副搬送波の周波数、ｆｓ′はπ／
２移相器２４のπ／２移相のずれた副搬送波の出力周波
数、ｆｉは混合器２５Ｙの出力周波数で、電力増幅器２
７Ｙの出力周波数、ｆｉ′は混合器２５Ｘの出力周波数
で、電力増幅器２７Ｘの出力周波数、ｎは逓倍器２２の
逓倍数を示す。

【００６０】この図１で左方に示す搬送波発振器１から
周波数ｆｏの搬送波が出力され、次段の逓倍器２２によ
ってｎ逓倍されて、短波帯の搬送波が発生される。この
ｎ逓倍された搬送波は、混合器２５Ｙ，２５Ｘへ入力さ
れる。また、副搬送波発振器２３からは、周波数ｆｓの
副搬送波が出力され、混合器２５Ｙとπ／２移相器２４
へ入力される。

【００６１】そのため、Ｙ波に関する上側では、混合器
２５Ｙから出力周波数ｆｉ＝（ｆｏ×ｎ）−ｆｓの信号
が生成されて、同調増幅器２６Ｙ，電力増幅器２７Ｙに
より増幅された信号が、バルン２８Ｙを介してＹアンテ
ナ２９Ｙへ供給される。他方、Ｘ波に関する下側では、
混合器２５Ｘに、周波数ｆｓの副搬送波とπ／２移相の
ずれた出力周波数ｆｓ′の副搬送波とが入力されて、出
力周波数ｆｉ′＝（ｆｏ×ｎ）−ｆｓ′の信号が生成さ
れる。

【００６２】この出力周波数ｆｉ′の信号は、次段の同
調増幅器２６Ｘ，電力増幅器２７Ｘによって増幅され
て、バルン２８Ｘを介してＸアンテナ２９Ｘへ供給され
る。したがって、直交されたダイポールアンテナでは、
Ｙアンテナ２９ＹとＸアンテナ２９Ｘから、周波数ｆ′
の円偏波が放射される。

【００６３】この円偏波の電波のスペクトラムは単一で
あるから、先に提案した無線通信方式に比べて、その占
有周波数帯幅は小さな値となり、充分に現行の電波法規
に合致する。したがって、直交されたダイポールアンテ
ナから放射された円偏波を受信すれば、フェージングの
影響を受けない、高品質の短波を受信することができ
る。

【００６４】なお、図１では、基準となる搬送波（周波
数ｆｉ）を生成するために、搬送波発振器２１と逓倍器
２２とを設ける場合を示しているが、シンセサイザ発振
器等で構成することも可能であることは、いうまでもな
い。このように、この発明の無線通信方式および送信装
置は、極めて簡単な構成であり、しかも、従来のように
フェージングの影響も受けない。

【００６５】その上、現行の電波法規の規定、特に、許
容占有周波数帯幅の規定も、充分に満すものである。し
たがって、海上通信や国際放送等で重要な短波帯の無線
通信に最適であり、その実用的な効果は顕著である。

【００６６】

【実験例】実験では、以上のような直交させた二条のＹ
アンテナ２９Ｙ，Ｘアンテナ２９Ｘを、その位相が正確
にπ／２異なる（短波帯の）搬送波電流で励振する。そ
して、ファクシミリ送信機の場合、搬送周波数を中心周
波数とする±４００Hzの周波数偏移信号であり、−４０
０Hz偏移のとき“黒”、＋４００Hz偏移のとき“白”を
表わすようにした。

【００６７】水平の１走査を１秒とし、協動係数を５７
６とした。なお、この係数は、短波ファクシミリにおい
てＷＭＯ標準とされている定数である。そして、画像送
信機側の水平走査の１／２に等しい５００ｍＳのパルス
を、他の正確な発振周波数を分周して発生させ、そのパ
ルスによって被制御側の送信出力を交互に断続させる方
法を採用した。

【００６８】この方法を採用することにより、５００ｍ
Ｓ毎に直線偏波と円偏波とが順次切り換えられて送信さ
れるので、この電波をファクシミリ受信機で受信すれ
ば、受信画像上で、直線偏波の受信部分と円偏波の受信
部分とが左右に分割される。また、同時に、受信アンテ
ナの出力電圧を連続記録すれば、両者の受けるフェージ
ングの相違を対比して観測することも可能になる。

【００６９】送信周波数は、１０．１００ＭHzから１
０．１５０ＭHzの範囲とし、２本のダイポールアンテナ
の放射電力が正確に７５Ｗ程度の等しいレベルとなるよ
うに調整した。受信地点は、この周波数帯で、直接波は
通達せず、電離層反射波のメインパスは良く通達すると
共に、多重反射波のマルチパスも受信できると予想され
る送信地から約３５０ｋｍの遠方に設けた（東京と三重
県四日市市）。

【００７０】この受信地点では、１／２波長のダイポー
ルアンテナを展張し、同軸ケーブルによって屋内に引き
込み、ディバイダにより２分して、ファクシミリ受信機
と短波受信機とに接続した。ファクシミリ受信機は、送
信画像を受信するためであるが、短波受信機は、同時
に、アンテナの出力電圧を測定するのが目的である。

【００７１】このように、直線偏波と円偏波とを順次切
り換えた画像を受信すると、円偏波の画像は極めて良質
であるが、直線偏波の画像は、フェージングにより判読
し難い画像部分も発生した。その他にも、送信電波の形
式を種々に変化させて実験を行った。

【００７２】図３は、実験結果の一例を示す図で、円偏
波・無変調電波による受信アンテナの出力電圧の変化例
を示す図である。図の横軸は時間、縦軸はアンテナ出力
電圧を示す。

【００７３】図４は、実験結果の一例を示す図で、直線
偏波・無変調電波による受信アンテナの出力電圧の変化
例を示す図である。図の横軸と縦軸は図３と同様であ
る。

【００７４】この図３と図４とを対比すれば明らかなよ
うに、円偏波による送受信を示す図３の方が、受信アン
テナの出力電圧の変動が極めて小さい。すなわち、フェ
ージングによる影響が著しく低減され、実用上は極めて
良質の送受信が可能であることが確認された。

【００７５】図５は、円偏波と直線偏波のフェージング
点における受信アンテナの出力電圧の一実験例を示す図
である。図の横軸は時間軸、縦軸は受信アンテナ出力電
圧を示し、破線のａは直線偏波だけで送信した場合の推
定出力レベル、一点鎖線のｂは円偏波だけで送信した場
合の推定出力レベル、ｃはフェージングが生じなかった
送信部分、ｄは円偏波の送信部分、ｅは直線偏波の送信
部分を示す。

【００７６】この図５では、先の図３と図４に示した円
偏波と直線偏波とを５００ｍＳずつ交互に送信した場合
を示している。左側にｃで示した送信部分は、直線偏波
もフェージングしなかったため、円偏波と同様のレベル
になっている。一方、右側にｅで示したレベルの低下し
ている部分が、直線偏波で送信部分であり、フェージン
グした結果である。これに対して、右側にｄで示したレ
ベル変化の少ない部分は、円偏波で送信された部分であ
る。この図５から、直線偏波で送信した場合にフェージ
ングが生じても、円偏波で送信した場合には、フェージ
ングが生じないことが分る。なお、櫛の歯状の１本に相
当する横軸上の時間（ｄやｅの送信時間）は、５００ｍ
Ｓである。

【００７７】直線偏波の部分（ｅの部分）で生じるレベ
ル低下の原因は、電離層において生じた偏波面回転に起
因して、受信アンテナに到達した電波の偏波面も回転し
ているためである。このレベル変化は、最高レベルから
の差では、２６ｄＢから３０ｄＢにも達しているが、円
偏波の部分でのレベル変動は６ｄＢ程度に過ぎない。な
お、この図５のデータは、測定用受信機の入力電圧対Ａ
ＧＣ電圧の関係を標準電圧発生器を使用して実験周波数
で測定した結果で校正した値である。

【００７８】以上の実験結果から、直線偏波の送信に比
べて、円偏波の送信の方が、フェージングによる影響に
対して安定であることが実証された。したがって、この
発明による短波送信装置は、フェージングによる影響に
対して安定で、しかも、その占有周波数帯幅も、現行の
電波法規に合致することが確認できた。

【００７９】また、変調方式としては、ファクシミリの
場合には、周波数変調方式（例えば±４００Hzで、白と
黒との区別を示す信号を送信する方式）が最適である
が、通常の振幅変調方式や、その他公知の変調方式にも
適用可能である。すでに述べたように、従来の短波放送
では、フェージングによる影響を避けるために、複数の
周波数帯で同時に送信してフェージングの少ないものを
選んで受信しているが、この発明の短波送信装置では、
通達可能な１つの周波数だけで高品質の送受信が可能で
ある。

【００８０】なお、短波帯の放送の場合には、例えば半
径が１００ｋｍ前後の範囲では、受信できないが、例え
ば関東の１局と、１００ｋｍ以上離れた場所に１局の計
２局を設置すれば、日本全体をカバーすることができ
る。この場合に、従来は、１０ｋＷ以上の送信出力が必
要のとき、この発明の短波送信装置では、その１／１０
の１ｋＷ程度で十分であるから、小電力による省電力化
や、設備の小型化等も可能である。

【００８１】

【実施例２】次に、第２の実施例を説明する。この実施
例は、請求項２の発明に対応している。

【００８２】図６は、この発明の短波送信装置につい
て、その要部構成の第２の実施例を示す機能ブロック図
である。図において、３１は発振器、３２は周波数逓倍
器、３３はバッファー増幅器、３４は電力増幅器、３５
は電力分配器、３６Ｘと３６Ｙは同軸ケーブル、３７Ｘ
と３７Ｙはバルン、３８ＸはＸアンテナ、３８ＹはＹア
ンテナを示し、ｆｏは発振周波数、Ｌは同軸ケーブル３
６Ｘの長さ、Ｌ′は同軸ケーブル３６Ｙの長さを示し、
ｐとｑは接続点の位置を示す。

【００８３】この図６の短波送信装置では、１台の送信
装置から、直交する二条のＸアンテナ３８ＸとＹアンテ
ナ３８Ｙによって、円偏波を送信する場合を示してい
る。発振器３１から発生される信号は、その発振周波数
＝ｆｏとして、ωｏ＝２πｆｏとし、また、その振幅を
Ａとすれば、発振電流ｉｏは、 ｉｏ＝Ａ・ｓｉｎ（ωｏ・ｔ） ……(22) となる。

【００８４】この信号が、次段の周波数逓倍器３２へ出
力される。ここで、その逓倍数をｎとすれば、逓倍後の
周波数ｆｃは、ｆｃ＝ｎ・ｆｏであり、ωｃ＝２πｆｃ
となる。また、振幅をＢとすれば、電流ｉ₁ は、 ｉ₁ ＝Ｂ・ｓｉｎ（ωｃ・ｔ） ……(23) となる。

【００８５】その後、この周波数ｆｃの信号が、バッフ
ァー増幅器３３、電力増幅器３４によって増幅される。
最終段の振幅をＣとすれば、送信搬送波電流ｉｃは、 ｉｃ＝Ｃ・ｓｉｎ（ωｃ・ｔ） ……(24) となる。その後段の電力分配器３５では、入力された電
力を、それぞれ１／２ずつに分配するので、各々の電流
の振幅は、Ｃ／√２となる。

【００８６】ここで、各同軸ケーブル３６Ｘ，３６Ｙへ
供電される電流をｉｃ１，ｉｃ２とすれば、 ｉｃ１＝ｉｃ２＝Ｃ／（√２）・ｓｉｎ（ωｃ・ｔ） ……(25) となる。そして、一方の同軸ケーブル、例えば、同軸ケ
ーブル３６Ｘの長さをＬとすれば、他方の同軸ケーブル
３６Ｙの長さＬ′を、 Ｌ′＝Ｌ＋λ／４ ……(26) とする。なお、λは波長である。

【００８７】このように、一対の同軸ケーブル３６Ｘ，
３６Ｙについて、その片方の長さを１／４波長だけ遅れ
るようにすれば、接続点ｐにおける電流ｉｃ１が、 ｉｃ１≒Ｃ／（√２）・ｓｉｎ（ωｃ・ｔ） ……(27) のとき、他方の接続点ｑにおける電流ｉｃ２は、 ｉｃ２≒Ｃ／（√２）・ｃｏｓ（ωｃ・ｔ） ……(28) となって、円偏波が発生される。

【００８８】

【実施例３】次に、第３の実施例を説明する。この実施
例は、請求項３の発明に対応している。

【００８９】図７は、この発明の短波送信装置につい
て、その要部構成の第３の実施例を示す機能ブロック図
である。図における符号は図６と同様であり、４１はイ
ンピーダンス整合器、４２は反射板、４３はヘリカルア
ンテナを示す。

【００９０】この図７の短波送信装置も、基本的な構成
は図６と同様であるが、ダイポールアンテナの代りに、
ヘリカルアンテナ４３を使用した点が異なっている。す
なわち、電力増幅器３４によって増幅された送信搬送波
電流ｉｃが、インピーダンス整合器４１を介して、反射
板４２を有するヘリカルアンテナ４３へ与えられる。

【００９１】ヘリカルアンテナ４３の場合には、アンテ
ナ特性として、そのまま円偏波が得られる。なお、この
場合には、ヘリカルアンテナ４３の円周を波長λと等し
くする必要があるのが、直径が約λ／３となる。

【００９２】

【発明の効果】請求項１から請求項３の短波送信装置に
よれば、従来は余り利用できなかった短波帯における無
線通信において、フェージングに起因する受信不能を回
避し、高品質の送受信が可能になる。したがって、海上
通信や国際放送等で重要な短波帯の無線通信に最適であ
り、また、デジタルデータやファクシミリ等の短波無線
伝送の実用化にも極めて有用であるから、その利用範囲
を著しく拡大することができる。その上に、送信側や受
信側の装置は、いずれも簡単に構成することができるの
で、コスト面でも有利である上、貴重な電波の有効利用
も実現される、等の多くの優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の短波送信装置について、その要部構
成の一実施例を示す機能ブロック図である。

【図２】この発明において、電波の偏波面の回転の角周
波数θを搬送波の角周波数ωと同じ値に設定した場合に
ついて、各ブロックを通過する際の信号の周波数（スペ
クトラム）の変化と、位相の変化とを数式的に説明する
図である。

【図３】実験結果の一例を示す図で、円偏波・無変調電
波による受信アンテナの出力電圧の変化例を示す図であ
る。

【図４】実験結果の一例を示す図で、直線偏波・無変調
電波による受信アンテナの出力電圧の変化例を示す図で
ある。

【図５】円偏波と直線偏波のフェージング点における受
信アンテナの出力電圧の一実験例を示す図である。

【図６】この発明の短波送信装置について、その要部構
成の第２の実施例を示す機能ブロック図である。

【図７】この発明の短波送信装置について、その要部構
成の第３の実施例を示す機能ブロック図である。

【図８】先に提案した無線通信方式を実施する送信装置
について、その要部構成の一例を示す機能ブロック図で
ある。

【図９】先に提案した無線通信方式において、ダイポー
ルアンテナから発射される信号波形の一例を示すタイム
チャートである。

【図１０】図９に示した電波が直交したアンテナから放
射されることにより偏波面が回転する状態をコンピュー
タによつて描画した図である。

【図１１】図８に示した送信装置について、各ブロック
を通過する際の信号の周波数（スペクトラム）の変化
と、位相の変化を数式的に説明する図である。

【図１２】直交するダイポールアンテナから発射される
短波の信号波形を示す図である。

【図１３】偏波面が回転している電波によって受信アン
テナに誘起される電流の干渉波形について、その一例を
示す図である。

【符号の説明】

２１ 搬送波発振器 ２２ 逓倍器 ２３ 副搬送波発振器 ２４ π／２移相器 ２５Ｘと２５Ｙ 混合器 ２６Ｘと２６Ｙ 同調増幅器 ２７Ｘと２７Ｙ 電力増幅器 ２８Ｘと２８Ｙ バルン ２９Ｘ Ｘアンテナ ２９Ｙ Ｙアンテナ ３１ 発振器 ３２ 周波数逓倍器 ３３ バッファー増幅器 ３４ 電力増幅器 ３５ 電力分配器 ３６Ｘと３６Ｙ 同軸ケーブル ３７Ｘと３７Ｙ バルン ３８Ｘ Ｘアンテナ ３８Ｙ Ｙアンテナ ４１ インピーダンス整合器 ４２ 反射板 ４３ ヘリカルアンテナ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 短波帯の搬送波を発生する搬送波発生手
   段と、 副搬送波を発生する副搬送波発生手段と、 前記搬送波と前記副搬送波とが入力される第１の混合器
   と、 前記副搬送波発生手段から発生される副搬送波をπ／２
   移相する移相器と、 前記搬送波と該移相器によってπ／２移相された副搬送
   波とが入力される第２の混合器と、 直交させた２個のダイポールアンテナ、とからなる送信
   装置を備え、 前記第１の混合器の出力を前記２個のダイポールアンテ
   ナの一方へ入力し、前記第２の混合器の出力を前記２個
   のダイポールアンテナの他方へ入力することにより、円
   偏波を放射することを特徴とする短波送信装置。
2. 【請求項２】 短波帯の搬送波を発生する搬送波発生手
   段と、 搬送波を増幅する増幅手段と、 増幅された搬送波を分配する手段と、 同軸ケーブルと、 直交させた２個のダイポールアンテナ、とからなる送信
   装置を備え、 前記ダイポールアンテナには、その一方のアンテナ素子
   に供給する位相を他方に比べてπ／２だけ遅らせる長さ
   を有する同軸ケーブルが接続されていることを特徴とす
   る短波送信装置。
3. 【請求項３】 短波帯の搬送波を発生する搬送波発生手
   段と、 搬送波を増幅する増幅手段と、 増幅された搬送波を出力するインピーダンス整合手段
   と、 ヘリカルアンテナ、とからなる送信装置を備え、 前記インピーダンス整合手段から前記ヘリカルアンテナ
   へ入力することによって、円偏波を放射することを特徴
   とする短波送信装置。