JPH0884021A

JPH0884021A - 偏波共用アンテナ

Info

Publication number: JPH0884021A
Application number: JP6219990A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Shiyouki; 裕樹庄木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-26
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP3547492B2

Abstract

(57)【要約】【目的】反射や散乱などによる偏波特性の劣化に伴う
受信効率の劣化の問題点を解決し、制御が簡単な方式に
より、どのような偏波成分をもつ電波が送られてきても
常に効率良く受信できるアンテナを提供することを目的
とする。【構成】複数のアンテナ素子より構成され、この中に
異なる偏波成分の電波を受信するものが存在し、そのア
ンテナのどれかを参照アンテナとし、参照アンテナ以外
のアンテナ素子はＰＬＬ回路に接続され、このＰＬＬ回
路において参照アンテナにより受信された電波と同相に
なるように各アンテナ素子の受信電波の位相を変化さ
せ、合成器により複数のアンテナ素子の受信電波を合成
するようにした。【効果】電波伝搬途中で偏波特性が変化してしまうこ
とが考えられる移動通信や構内無線において、受信効率
の高い受信アンテナをつくることができ、移動体や携帯
用アンテナなどのように移動、持ち運び、端末が常に動
いているような状況においても非常に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は移動通信や構内無線な
どに利用されるアンテナなどに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信や構内無線において、電波伝搬
の経路途中に、屋外においては建物などの構造物による
反射や散乱、屋内においては壁、床、天井からの反射や
事務機器などによる散乱が常時発生しており、送信電波
の特性が著しく変化する要因が非常に多く存在する。こ
こで特に問題となるのは、送信電波の偏波特性が劣化し
てしまうことである。例えば、直線偏波の場合、垂直偏
波で送信していても反射や散乱により交差偏波成分（こ
の例では水平偏波成分）が発生し、偏波特性が劣化す
る。また、円偏波の場合、例えば送信側で右旋円偏波を
出していても、反射があった場合には偏波成分が反転
し、左旋円偏波成分に変化してしまい、右旋円偏波成分
は無くなってしまうようなことが生じる。このような状
況において、受信アンテナがいくら偏波特性の良いもの
でも、送られてくる電波の偏波が変化してしまっていれ
ば良い受信特性は得られない。この他、受信アンテナが
移動体用や携帯用であった場合には、送られてくる電波
の偏波と受信アンテナの偏波を一致させることは現実的
には難しい。この場合にも、やはり、いくら良い偏波特
性の受信アンテナを用いても良い受信特性は得られな
い。

【０００３】このような問題を解決する手段として、従
来方式として偏波ダイバーシティ方式が提案されてい
る。図１６にその概念図を示す。偏波ダイバーシティで
は、直交する二つの偏波成分の電波を個々に受信するア
ンテナ１，２を設ける。例えば、ここでアンテナ１を垂
直偏波成分を受信するアンテナ、アンテナ２を水平偏波
成分を受信するアンテナとする。いま、仮に、入射する
電波が垂直偏波であればスイッチ３をＡ側に、入射する
電波が水平偏波であればスイッチ３をＢ側に接続するこ
とにより、二つの直交偏波の受信が可能になる。しか
し、この場合の問題は、入射する電波が水平、垂直の二
つの成分を同等にもつもの（垂直から４５度傾いた直線
偏波や円偏波の場合がそうである）である場合、スイッ
チによりどちらか一方の成分しか選択できない訳である
から、受信電力の半分が損失となってしまうことにな
る。この場合、受信効率の劣化が生じる。このような問
題を避けるためには、予測される電波の偏波に対応する
アンテナを全て設けなければならず、アンテナが非常に
大きな複雑なものになってしまう懸念がある。この他
に、偏波ダイバーシティは、常に各偏波成分の受信強度
をモニターし、一番大きな受信強度をもつ偏波成分を選
択するような制御系を構成することが必要であり、アン
テナ（受信機）全体の構成が複雑になる問題がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、反
射や散乱がよく発生している状況で利用される受信用の
アンテナにおいて、送られてくる電波の偏波特性の劣化
に対処する方法として、偏波ダイバーシティ方式が従来
から用いられているが、この方式では受信効率が悪くな
ったり、アンテナが大きくなったり制御系が複雑になる
問題点があった。本発明では、以上の問題点を解決し、
制御が簡単な方式により、どのような偏波成分をもつ電
波が送られてきても常に効率良く受信できるアンテナを
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】上記の目的を達成するた
め、本願の第１発明の偏波共用アンテナは、複数のアン
テナ素子より構成され、前記複数のアンテナ素子は異な
る偏波成分の電波を受信可能なものであり、前記複数の
アンテナ素子の中のどれかを参照アンテナとし、前記複
数のアンテナ素子の中で前記参照アンテナ以外のアンテ
ナ素子はＰＬＬ回路に接続され、前記ＰＬＬ回路では前
記参照アンテナにより受信された電波から生成される参
照信号と同相になるように各アンテナ素子の受信電波の
位相を変化させ、合成器により前記複数のアンテナ素子
の受信電波を合成したことを特徴とする。

【０００６】そして、この第１発明の偏波共用アンテナ
において、第１の従属的技術は、前記複数のアンテナ素
子により受信された電波が、各々乗算器に接続され、前
記乗算器において局部発振器からの搬送波と各アンテナ
において受信された電波を乗算し、前記乗算器からの乗
算出力信号をＰＬＬ回路に入力したことを特徴とする。

【０００７】第２の従属的特徴は、前記複数のアンテナ
素子は、直交する偏波を同時に受信するものであること
を特徴とする。

【０００８】第３の従属的特徴は、前記アンテナ素子と
して、平面アンテナを用いたことを特徴とする。

【０００９】第４の従属的特徴は、前記ＰＬＬ回路から
位相信号を取り出し、この信号から移相器を制御する信
号を生成し、前記移相器は送信用に設けられた複数のア
ンテナ素子間に位相差を与えるものであることを特徴と
する。

【００１０】第５の従属的特徴は、複数のアンテナ素子
より構成され、前記複数のアンテナ素子は異なる偏波成
分の電波を受信可能なものであり、前記複数のアンテナ
素子において受信した同じ偏波成分の受信信号を合成器
により合成し、前記合成器の出力の一つから参照信号を
生成し、前記合成器の他の出力はＰＬＬ回路により前記
参照信号と位相を同期させ、前記合成器からの出力信号
を合成器により合成したことを特徴とする。

【００１１】本願の第２発明の偏波共用アンテナは、複
数のアンテナ素子より構成され、前記複数のアンテナ素
子は異なる偏波成分の電波を受信可能なものであり、前
記複数のアンテナ素子の中のどれかを参照アンテナと
し、前記複数のアンテナ素子の中で前記参照アンテナ以
外のアンテナ素子はＰＬＬ回路に接続され、前記ＰＬＬ
回路では前記参照アンテナにより受信された電波から生
成される参照信号と同相になるように各アンテナ素子の
受信電波の位相を変化させ、この同相になった信号をハ
イブリッド回路に入力し、前記ハイブリッド回路の出力
信号の一つから第二の参照信号を生成し、前記ハイブリ
ッド回路の他の出力は第二のＰＬＬ回路に入力され、前
記第二のＰＬＬ回路では前記第二の参照信号と同相にな
るように前記ハイブリッド回路の出力信号の位相を変化
させ、前記ハイブリッド回路からの出力信号を合成器に
より合成したことを特徴とする。

【００１２】そして、この第２発明の偏波共用アンテナ
において、第１の従属的特徴は、前記参照アンテナは、
異なる偏波成分を受信する複数のアンテナ、もしくは異
なる偏波成分を同時に受信するアンテナで構成すること
を特徴とする。

【００１３】第２の従属的特徴は、前記参照アンテナ
は、異なる偏波成分を受信する複数のアンテナ、もしく
は異なる偏波成分を同時に受信するアンテナで構成さ
れ、前記異なる偏波成分の受信信号の中の信号強度の大
きいものから参照信号を選択するスイッチを設けたこと
を特徴とする。

【００１４】

【作用】本願の第１発明の偏波共用アンテナでは、複数
のアンテナ素子を設け、このアンテナが異なる偏波成分
を受信することができる。各アンテナ素子はＰＬＬ（Ph
ase Lock Loop ）回路に接続されており、このＰＬＬ回
路を参照アンテナの受信電波の位相を参照信号として動
作させることにより、各アンテナで受信した電波を参照
アンテナの受信電波の位相と同相にすることができる。
ここで、この同相になった各アンテナ素子および参照ア
ンテナの受信電波を合成器により合成することにより、
効率良く電波を受信することができる。

【００１５】本願の第２発明の偏波共用アンテナでは、
本願の第１発明の偏波共用アンテナと同様に、ＰＬＬ回
路を参照アンテナの受信電波の位相を参照信号として動
作させることにより、各アンテナで受信した電波を参照
アンテナの受信電波の位相と同相にすることができ、更
に、この同相になった信号をハイブリッド回路に入力
し、ハイブリッド回路の出力信号の一つから第２の参照
信号を生成し、また、そのハイブリッド回路の他の出力
は第二のＰＬＬ回路に入力され、ハイブリッド回路から
の二つの出力信号は常に同相、同振幅になるので、受信
効率を無駄無くなるように合成することができる。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例を以下に図面を用いて説明す
る。

【００１７】図１は、本発明の実施例である偏波共用ア
ンテナの構成を示す図である。この偏波共用アンテナは
二つのアンテナ素子２１，２２で構成され、この二つの
アンテナ素子は違う偏波の電波を受信するものとする。
例えば、どちらのアンテナも直線偏波の電波を受信し、
図２に示すように垂直偏波（Ｖ偏波）、水平偏波（Ｈ偏
波）の各々の方向から４５度傾いた方向で、互いに直交
する成分の偏波で動作するものとする。アンテナ素子と
しては、同じように動作するアンテナを直交した偏波に
対応するように配置（具体的には空間的に９０度回転し
て配置）すればよい。アンテナの方式としては、どのよ
うなものを用いてもよいが、その一例として、マイクロ
ストリップアンテナを用いた例を図３に示す。ここで、
裏面に導体膜（地導体）をもつ誘電体基板５０の上面に
方形パッチ５１，５３を導体膜により形成し、この方形
パッチ５１，５３をマイクロストリップ線路５２，５４
で図３のように給電することにより、図２に示すような
偏波成分で動作するアンテナが形成できる。ここで方形
パッチ５１はアンテナ素子２１、方形パッチ５２はアン
テナ素子２２に各々対応する。このようなマイクロスト
リップ系の平面アンテナを用いることにより、アンテナ
を小型・薄型化できる。

【００１８】次に図１に示した給電回路の構成、動作に
ついて説明する。アンテナ素子２２を参照アンテナと
し、このアンテナ素子に周波数変換器２４を接続し、ア
ンテナ素子２２で受信した偏波の電波は周波数変換され
る。また、アンテナ素子２１にはＰＬＬ（Phase Lock L
oop ：位相同期ループ）回路２３が接続される。ＰＬＬ
回路２３では、周波数変換されたアンテナ素子２２での
受信電波を参照信号として、この信号の位相とアンテナ
素子２１で受信された電波の位相が一致するようにルー
プ回路が動作するものである。この結果、アンテナ素子
２１，２２で受信した電波は同相になり、合成器２５で
この二つの電波を合成することにより二つの受信電波が
お互いに強め合うかたちで合成されることになる。ここ
で合成器は二つのアンテナ素子からの電波を同じ比で合
成する。アンテナに入射する電波の偏波の条件により、
本発明の偏波共用アンテナは次のように動作する。

【００１９】［１］入射電波が直線偏波であり、Ｖ偏波
もしくはＨ偏波である場合：この場合には、アンテナ素
子２１，２２で受信された電波は、その振幅が同じであ
り、この位相差が０度（Ｖ偏波入射の場合）もしくは１
８０度（Ｈ偏波入射の場合）となる。この位相差がＰＬ
Ｌ回路により同相になるので、二つのアンテナ素子から
の電波は同相合成され、電波の受信強度、Ｓ／Ｎ比は向
上する。

【００２０】［２］入射電波が円偏波の場合：入射電波
が右旋円偏波、左旋円偏波のどちらの場合にも、アンテ
ナ素子２１，２２で同振幅の電波が受信され、その位相
差は９０度となる。上記の場合と同様に、この位相差は
ＰＬＬ回路により同相となり、二つのアンテナ素子から
の電波は同相合成され、電波の受信強度、Ｓ／Ｎ比は向
上する。

【００２１】以上説明したように、本発明の偏波共用ア
ンテナは、円偏波、直線偏波（Ｖ，Ｈ偏波）の受信のど
ちらにも利用できる。従って、以下のような効果が期待
できる。

【００２２】・本発明の偏波共用アンテナは、直線偏
波、円偏波の共用アンテナとして利用できる。例えば、
わが国では放送衛星（ＢＳ）による衛星放送が円偏波で
あり、通信衛星（ＣＳ）による衛星放送が直線偏波を用
いている。ここに本発明の偏波共用アンテナを用いれ
ば、ただ一つのアンテナにより直線偏波も円偏波も受信
可能となり、経済性の点で非常に効果が大きいと言え
る。

【００２３】・移動通信は円偏波を用いていることが多
いが、屋外の環境での通信を行う場合に建物などによる
反射、散乱の影響を受けやすい。ここで問題となるの
は、円偏波の場合は反射などにより偏波方向が逆転して
しまう現象が起き、アンテナを正偏波だけで動作するも
のを用いていると、ビル影などの反射波しか受信できな
い場所では送信電波を受信することができない。しか
し、本発明のアンテナでは、円偏波の偏波方向に関係な
く電波を受信でき、移動通信などで使われる反射、散乱
など電波伝搬環境の悪い場所でも良好な受信特性が得ら
れるので、非常に有効である。

【００２４】・ＰＬＬ回路は、自動的の同相合成を行
い、同相合成のための制御系の必要も無い。従って、ア
ンテナ構成が簡単になり、低コスト化、製造工程の簡単
化などの点で好都合である。

【００２５】図１で示した実施例において、次のような
変更を行っても本発明の効果は同じである。

【００２６】・参照アンテナとして、どちらの偏波を受
信するアンテナを選択しても、全く動作および効果は同
じである。

【００２７】・アンテナ素子の動作する偏波方向は、受
信する電波の偏波方向に関係する。一般的には、受信す
る電波の直交する偏波成分に対して４５度傾いた方向に
二つのアンテナ素子の動作させる偏波方向を選べばよ
い。また、左旋、右旋の二つの円偏波成分だけを共通に
受信するだけでよい場合には、二つのアンテナ素子の偏
波方向は互いに直交していればどのような方向の偏波を
選んでもよい。

【００２８】・参照信号を増幅するための増幅器を設け
てもよい。この場合、アンテナ素子２２で受信した電波
の電力レベルを低下させることなく、参照信号を抽出す
ることができるので、受信強度の劣化が少なく有効であ
る。

【００２９】・図３のように、直交する偏波に対応する
アンテナ素子を別々に設けるのではなく、一つのアンテ
ナから二つの偏波成分を取り出すような構成にしても構
わない。図４には、その例を示す。ここで、地導体をも
つ誘電体基板５８の上面に方形パッチ５５を構成し、給
電線路５６，５７を図のように設ける。このような構成
にすることにより、給電線路５６においてはアンテナ素
子２２に対応する偏波成分、給電線路５７においてはア
ンテナ素子２１に対応する偏波成分が各々受信できる。
このような構成により、アンテナが半分の大きさにな
る。言葉を換えると、受信効率が大きくできる。アンテ
ナの小型化、高利得化に対して効果が大きい。

【００３０】・二つの偏波を同時に受信するアンテナの
例として、図５、図６に示すような近接結合型アンテナ
を用いてもよい。図５には断面図、図６には上面図を各
々示す。ここでアンテナは、誘電体基板６０，６１を積
層して構成され、誘電体基板６０の上面には放射素子６
２、下面にはマイクロストリップの給電線路６３，６
５、誘電体基板６１の下面には地導体６４を設ける。図
６に示すように、給電線路６３，６５を互いに垂直な方
向から給電することにより、二つの偏波の同時受信が行
える。このようなアンテナは、誘電体基板をただ重ねる
だけでよく、層間で線路を接続する必要もないので、製
作が容易である。また、図３、図４で示した方式に比較
してアンテナの整合が比較的簡単にとれるので、反射損
失のないアンテナを簡単につくることができる。

【００３１】・同様に、図７、図８、図９に示すような
スロット結合給電型アンテナを用いてもよい。図７には
断面図、図８には上面図、図９にはスロットと給電線路
の様子を各々示す。ここでアンテナは、誘電体基板６
６，６７を積層して構成され、誘電体基板６６の上面に
は放射素子６８、下面には地導体７１を設け、そこにス
ロット６９，７０を切る。誘電体基板６７の下面には給
電線路７２，７３を図９に示すように設ける。このよう
な構成により、二つの偏波の同時受信が行える。上記ア
ンテナと同様に、誘電体基板をただ重ねるだけの簡単な
方法で製作可能であり、スタブなどを簡単に構成できる
ため整合も簡単にとれる、地導体を境にしてアンテナと
給電線路を分離でき、給電系の構成、例えばアクティブ
デバイスなどを組み入れる場合に都合がよい。

【００３２】・図１では受信の場合のみを考えた構成を
示したが、本発明の偏波共用アンテナは送受共用する場
合にも応用できる。図１０には、その場合の構成例を示
す、直交する偏波成分の送受信を行うアンテナ素子２
１，２２には分波器４０が接続され、受信と送信が分離
される。ここで受信回路４３は、図１で示した回路と構
成、動作が同じであり、自動的に二つの偏波成分の同相
合成を行う。このときに、二つのアンテナの受信電波に
どのような位相を与えれば同相合成されるかは、ＰＬＬ
回路より情報が得られる。例えば、後述するようなＰＬ
Ｌ回路の構成では、ループフィルタ出力やＶＣＯ（電圧
制御発振器）の出力周波数（位相）が設定する位相に対
応する情報となる。これを位相信号として、送信回路４
５への入力信号として出力させる。送信回路４５では、
二つのアンテナへ電波を分配する分配器に所定の位相差
をつけて送信するように、どちらかのアンテナに対して
移相器４４を接続する。移相器４４を制御する信号（制
御電圧など）は、受信回路からの位相信号を信号変換器
４６により変換された信号を用いる。信号変換器４６
は、例えばループフィルタからの出力電圧を移相器への
制御電圧に変換するようなものを考えればよい。ここ
で、先に述べたように、受信した偏波と同じ偏波を合成
するためには、二つのアンテナ素子から放射される偏波
成分の間の位相差を０度、±９０度、１８０度のどれか
に設定できればよいことになる。つまり、移相器は２ビ
ットで動作する簡単な構成のもので十分である。以上の
ような構成により、送受において、直線偏波、円偏波の
どちらにも対応できる偏波共用アンテナが実現できる。
ここで、移相器などによる挿入損失を補償するために増
幅器などが組み入れられても構わない。

【００３３】・本発明の偏波共用アンテナはアレー化が
可能であり、その構成例を図１１に示す。ここでアンテ
ナ素子８１，８２，８３，８４は直交する直線偏波成分
が同時に受信できる方式であり、給電点８５，８７，８
９，９１で同一の偏波成分、給電点８６，８８，９０，
９２で先の偏波に直交する同一の偏波成分が受信できる
ものとする。各偏波成分を合成器９３，９４で各々合成
する。合成後の各偏波成分は、図１の構成と同様に、一
方の偏波成分は周波数変換器２４に接続され、ＰＬＬ回
路への参照信号を生成し、もう一方の偏波成分はＰＬＬ
回路２３に接続され、参照する偏波成分に位相が同期さ
れる。この後、合成器２５により二つの偏波成分が同相
合成される。このような構成により直線偏波、円偏波を
共用するアンテナが実現でき、アレー化により受信利得
を向上させることができる。

【００３４】・図１の構成例では、参照アンテナに周波
数変換器を接続し、他の出力をＰＬＬ回路の参照信号と
しているが、ＰＬＬ回路の方式によっては参照アンテナ
で受信した信号をそのまま参照信号としても本発明の効
果は同様である。この場合周波数変換器は省略できる。

【００３５】図１により本発明の基本的な動作原理およ
び構成について述べた。次に、より具体的かつ詳細な構
成について述べる。

【００３６】図１２は、本発明の実施例を示す偏波共用
アンテナのより具体的かつ詳細な構成を示す図である。
アンテナ素子の方式については具体的な方式などについ
て前述しているので、ここでは回路部分の詳細について
説明する。二つのアンテナ素子２１，２２については前
述のとおりである。ここで各アンテナには挿入損失など
による雑音特性の劣化を防ぐため最初にＬＮＡ２６を各
々接続する。次に、帯域通過フィルタ２７を接続し、受
信した電波の周波数成分の中で所望の成分だけを取り出
す。次にミクサ２８を接続し、局部発振器３０からの搬
送波と受信信号の乗算を行い、受信信号をＩＦ（中間周
波数）帯に下げる。このように受信信号の周波数を下げ
ることにより、これ以降の回路構成が低損失、低コスト
かつ簡単に構成することが可能になる。ミクサ２８の直
後には、イメージの周波数成分を取り除くためのフィル
タ２９（このフィルタは帯域通過フィルタでもローパス
フィルタでも構わない）を接続し、更にＩＦ帯での信号
増幅を行うためのＬＮＡ３１を接続する。この後の受信
信号は、図１で説明したように、一方の偏波成分は周波
数変換器２４、もう一方の偏波成分はＰＬＬ回路２３に
接続され、合成器２５において同相合成される。周波数
変換器２４は、局部発振器３７、ミクサ３８、フィルタ
３９により構成され、前段でＩＦ帯への変換を行ったの
と同じように周波数変換する。ＰＬＬ回路２３において
は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）３４の搬送波と受信信号
がミクサ３２において乗算され、その乗算出力をフィル
タ３３により取り出す。ここで、ＶＣＯを制御すること
により、乗算出力の位相が周波数変換器の出力の位相と
同じになるようにする。そのため、周波数変換器２４の
出力の一部を参照信号として取り出し、この参照信号の
位相と乗算出力の位相を位相比較器３６により比較し、
位相比較器３６からの出力信号をループフィルタ３５に
入力することにより、ＶＣＯ３４を駆動するための電圧
出力を生成する。このループ系は、二つの信号の位相が
同じになった場合に定常状態となる。仮に、アンテナに
入射する偏波方向が変化しても、ＰＬＬ回路により自動
的に同相合成されることになる。

【００３７】本発明の効果は先に述べたとおりである
が、図１２に示したような構成においては更につぎのよ
うな効果が期待できる。

【００３８】・最初の段階で、共通の局部発振器３０の
搬送波をもとに周波数変換することにより、回路構成を
簡単化できる。低コスト化などの点で都合が良い。

【００３９】・ここで、局部発振器３０が周波数を変化
できるもの（例えばＶＣＯにする）にすることにより、
チューニング機能を付加することができる。このような
構成にすることにより、複数のチャネルから所望のチャ
ネル成分を取り出すことができ、そのチャネルの周波数
において最適な同相合成ができるので、特性と実用の両
方の点で都合が良い。また、ＰＬＬ回路を狭帯域で動作
させるようにすればよいので、その回路構成が簡単にな
り、動作も早くなる利点もある。

【００４０】ところで、図１に示した本発明の実施例で
は、入射する電波と二つのアンテナ素子で受信できる偏
波成分の関係が図２のようになっており、二つのアンテ
ナ素子で受信できる電波の振幅値が同じである必要があ
った。この理由は、合成器における合成比を１：１とし
ているからであり、もしここで二つの電波の実際の振幅
が１：１になっていなければ（図２の例では入射電波の
偏波方向がＶ偏波もしくはＨ偏波にはなっていない場合
がそうである）、その振幅の差に対応する量が無駄とな
ってしまう（Ｓ／Ｎ比が十分とれなくなってしまう）。
このような場合、二つのアンテナにおける受信電力比に
応じて合成器の合成比を設定できればよいが、入射波が
任意の場合にはこの合成比を最適に設定したり、調整す
ることは困難である。このような問題点を解決する手段
として、以下に本発明の第二の実施例を示す。

【００４１】図１３は本発明の第二の実施例を示す偏波
共用アンテナの構成を示す図である。二つの互いに直交
する偏波成分の受信が行えるアンテナ素子１０１，１０
２を設ける。ここで直交する偏波成分は、直線偏波にお
ける直交する偏波成分であってもよいし、右旋と左旋の
円偏波でもよい。また、先の実施例で示したように、二
つの偏波成分を同時に受信できるアンテナ方式を利用し
ても構わない。この二つのアンテナ素子のうちの片方の
アンテナを参照アンテナとする（図１３ではアンテナ素
子１０２）。この参照アンテナは、周波数変換器１０３
に接続され、周波数変換される。この周波数変換された
信号の一部はＰＬＬ回路への参照信号となる。もう一方
のアンテナ素子１０１にはＰＬＬ回路１０４が接続さ
れ、参照アンテナ側の参照信号の位相と同期するように
ループ回路が動作する。この結果、二つのアンテナ素子
からの受信電波は同じように周波数変換され、同相とな
っている。これらの信号をハイブリッド回路１０５に接
続する。ハイブリッド回路としては、マイクロストリッ
プ線路を用いた方式がアンテナ全体の小型化、薄型化に
都合良く、具体的にはブランチライン型、ラットレース
型、１／４波長分布結合型などが利用できる。このハイ
ブリッド回路の動作は、同相で入力された二つの信号か
ら等振幅な二つの信号を出力することであり、同様な動
作をするものであれば他のものを用いてもよい。ハイブ
リッド回路により、同相で入力された二つの信号から等
振幅な二つの信号を出力することのできる理由について
は次のとおりである。ハイブリッドを９０度ハイブリッ
ドとして、二つの入力信号の位相成分が零であり、その
振幅がａ，ｂである（ａ，ｂは実数である）とする。こ
の場合、二つの出力成分は、（ａ＋ｊｂ）／√２、（ｊ
ａ＋ｂ）／√２となり（ここでｊ＝（−１）^1/2）、こ
の二つの出力信号は同振幅になる。ただ、この二つの出
力信号には入力の振幅差に応じた位相差が生じるので、
更にＰＬＬ回路を用いて同相合成する。つまり、ハイブ
リッド回路１０５の二つの出力の一方に周波数変換器１
０７を接続し、その出力の一部を参照信号として取り出
し、また、もう一方の出力に対してはＰＬＬ回路１０６
を接続し、参照信号の位相を同期させる。このこの結
果、二つの信号は常に同相、同振幅になる。この二つの
信号を合成比１：１の合成器１０８により合成すること
により、受信効率を無駄無くなるように合成することが
でき、Ｓ／Ｎ比を向上できる。なお、ここで周波数変換
器やＰＬＬ回路の具体的構成については、図１２で示し
たものが利用できる。

【００４２】本発明の第二の実施例では、二つのアンテ
ナ素子で受信する偏波成分が直交していれば（直線偏波
でも円偏波でもよい）、いかなる電波が到来しても受信
が行える。具体的に示すと以下のようになる。

【００４３】［１］二つのアンテナ素子の受信強度が十
分ある場合：入射電波とアンテナ素子の偏波の関係が、
図２に示したような場合や図２の場合から入射電波の偏
波方向がずれても二つのアンテナ素子の受信強度が十分
な場合については、図１３の初段、次段のＰＬＬ回路と
も正常に動作するので、前述したように同相、同振幅合
成が行える。従って、十分な受信強度が得られる。

【００４４】［２］入射電波の偏波がどちらかのアンテ
ナ素子の偏波と完全に一致した場合：この場合、アンテ
ナ素子のどちらか一方の受信強度が零となるためにＰＬ
Ｌ回路が動作せず、位相同期されないことになる。しか
し、ＰＬＬ回路を通過した信号の位相は不安定となるの
ではなく、位相が零か最大値に落ち着く（ＶＣＯを制御
する電圧が最大値が最小値になるので）ことになる。こ
の場合、ハイブリッド回路への入力の一方が零となる
が、ハイブリッド回路の出力以降は正常に動作する。従
って、このような場合にも受信効率を劣化することなく
受信が行えることになる。

【００４５】以上説明したように、本発明の偏波共用ア
ンテナは、円偏波であろうが、直線偏波であろうが、そ
の偏波の方向がどうであろうが、良い受信効率での受信
が行える。最初の実施例で示したような効果は当然期待
でき、更に以下のような効果も考えられる。

【００４６】・移動通信や構内無線などのように、電波
の伝搬経路上に電波を反射させたり、散乱させたりする
ものがあり、送信電波の偏波成分が変化してしまった場
合にも、本発明の偏波共用アンテナは効率良く電波の受
信が行える。偏波ダイバーシティのように、どちらか一
方の偏波の受信電力を切り落とすことによる電力の損
失、Ｓ／Ｎの劣化が無い。違う見方をすれば、より小さ
なアンテナで所定の受信強度、Ｓ／Ｎ比が達成できるの
で、移動体用や携帯用の受信アンテナとして非常に有効
である。

【００４７】・携帯用アンテナなどでは、受信アンテナ
の偏波を正しい方向に向け、常に固定する必要があった
が、本発明の偏波共用アンテナはどのような偏波でも受
信可能であり、たとえアンテナが動いていてもその動き
に伴いＰＬＬ回路が同相合成の状態を自動的に追随して
いくので、非常に便利である。偏波合わせなどの煩わし
さが無く、受信レベルの劣化に悩まされることも無いの
で、携帯用アンテナなどへの応用に非常に効果的であ
る。

【００４８】・あらゆる偏波の受信に対応できるので、
本発明の偏波共用アンテナは使用する偏波の違う複数の
無線システムに共通に利用することが可能である。従っ
て、経済的な点で有効であると言える。

【００４９】・本発明の偏波共用アンテナでは、送信側
のアンテナの交差偏波特性が悪い場合でも良好な受信特
性が得られる。従って、一般的な無線システムを構築す
る場合に、送信アンテナの偏波特性を厳密に実現する必
要が無い。このため、システムの低コスト化に有効であ
ると言える。

【００５０】本発明の第二の実施例において、先の実施
例で示したような変更を行っても本発明の効果は同じで
ある。また、本発明の第二の実施例の偏波共用アンテナ
をアレー化する場合の構成として、以下のような例が考
えられる。

【００５１】図１４には、第二の実施例の偏波共用アン
テナをアレー化した場合の構成の例を示す。複数のアン
テナ素子１１１，１１２，１１３，１１４は直交する偏
波成分を同時に受信可能なアンテナであり、給電点１１
５，１１７，１１９，１２１において一方の偏波成分、
給電点１１６，１１８，１２０，１２２において直交す
るもう一方の偏波成分を各々受信する。このアンテナ素
子の中でアンテナ素子１１４を参照アンテナとする。参
照アンテナ１１４の給電点１２１，１２２からの受信信
号は各々周波数変換器１２９，１３０により周波数変換
される。この二つの信号はスイッチ１３１に入力され、
スイッチ１３１において二つの信号の中の大きな振幅成
分をもつものを選択する。この選択された信号を参照信
号とする。他のアンテナ素子の給電点１１５，１１６，
１１７，１１８，１１９，１２０からの受信信号は各々
ＰＬＬ回路１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，
１２８に入力し、各ＰＬＬＬ回路では参照信号の位相に
各アンテナ素子の各偏波の受信電波の位相を同期させ
る。ここで、参照信号は参照アンテナの二つの偏波成分
の大きい方を用いているので、参照信号が弱いためにＰ
ＬＬ回路がうまく動作しないというようなことを防止す
ることができる。更に、参照信号を増幅器を用いて増幅
することにより、ＰＬＬ回路の動作をより確実にするこ
とも可能である。ＰＬＬ回路１２３，１２４，１２５，
１２６，１２７，１２８からの出力信号は、全て同相に
なっている。この出力信号は、同じ偏波成分毎に合成器
１３２，１３３により合成される。各合成器において
は、入力する信号強度が同じであるので、同じ合成比の
合成器を用いる。合成器１３２，１３３の出力信号をハ
イブリッド回路１３４を入力する。ハイブリッド回路１
３４の二つの出力信号は、図１３の例の場合と同様、振
幅が同じで、入力信号の振幅差に応じた位相差をもって
いる。この信号を同相にするために、一方の受信信号に
は周波数変換器１３６を接続し、もう一方の受信信号に
は周波数変換器１３６からの出力を参照信号とするＰＬ
Ｌ回路１３５を接続する。この結果、二つの信号は同
相、同振幅になり、これを合成器１３７により合成す
る。

【００５２】以上のような構成、動作によって、複数の
アンテナ素子において偏波毎に受信された受信信号を互
いに強め合うようなかたちで同相合成することが可能に
なる。アンテナ利得を高くとれるのでＳ／Ｎ比が上が
り、遠方からの信号を受信する場合に都合が良い。特
に、移動体衛星通信などのように、微小の電波が電波環
境の悪い中を伝搬してくるような場合に有効である。ま
た、図１４のように本発明の第二の実施例の偏波共用ア
ンテナをアレー化することにより、到来電波がどの方向
から来ても常に同相合成され、自動的にアンテナの放射
指向性を到来電波の方向へ向けていることになる。従っ
て、移相器などを新たに接続する必要がなく、電子ビー
ム走査アンテナを簡単に実現でき、非常に有効的であ
る。

【００５３】アレー化の構成方法として、図１５のよう
な構成例も考えられる。複数のアンテナ素子２０１，２
０２，２０３，２０４は直交する偏波成分を同時に受信
可能なアンテナであり、各アンテナの二つの給電点（ア
ンテナ素子２０１の給電点２０５，２０６、アンテナ素
子２０２の給電点２０７，２０８、アンテナ素子２０３
の給電点２０９，２１０、アンテナ素子２０４の給電点
２１１，２１２は各々互いに直交する偏波成分を受信で
きるものとする。各アンテナ素子の給電点の一方にはＰ
ＬＬ回路２１３，２１５，２１７，２１９、もう一方の
給電点には周波数変換器２１４，２１６，２１８，２２
０が図示するように接続され、ＰＬＬ回路からの出力信
号は周波数変換器からの参照信号の位相に同期される。
これらの信号は各々アンテナ素子単位でハイブリッド回
路２２１，２２２，２２３，２２４に接続され、ここか
らの出力は全て同振幅となる。これらの信号を同相にす
るために、その一つの信号は周波数変換器２３２，で周
波数変換し、この信号を参照信号として他の信号に対応
するＰＬＬ回路２２５，２２６，２２７，２２８，２２
９，２３０，２３１を動作させる。この結果、全ての信
号は、同相、同振幅となり、これを合成器２３３により
合成する。

【００５４】以上のような構成、動作によって、前述の
アレー方式と同様、複数のアンテナ素子において偏波毎
に受信された受信信号を互いに強め合うようなかたちで
同相合成することが可能であり、アンテナの高利得化、
Ｓ／Ｎ比の向上がはかれる。前述のアレー方式と同様の
効果が期待できることの他に、この方式では全てのアン
テナの全ての偏波成分出力が同相合成に寄与する（図１
４では参照アンテナの受信信号は同相合成されない）の
で、アンテナの高利得化に対してより効果的である。

【００５５】

【発明の効果】以上のような構成により、電波伝搬途中
で偏波特性が変化してしまうことが考えられる移動通信
や構内無線においても、受信効率の高い受信アンテナを
つくることができる。また、本発明のアンテナは、受信
アンテナの偏波を送信されてくる電波の偏波と合わせて
固定するようなことが全く不要であり、移動体や携帯用
アンテナなどのように移動、持ち運び、端末が常に動い
ているような状況が考えられる用途において非常に有効
である。ここでＰＬＬ回路は参照信号をもとに全く自動
的に動作するので、制御系が簡単になり、受信アンテナ
を操作する側の煩わしさなどが全く存在しない。この
他、本発明のアンテナは、直線偏波を使う無線システム
でも、円偏波を使うシステムでも関係なく利用すること
ができ、一つの受信アンテナで異なるシステムに対して
共通に利用することができるので、経済的な点でも非常
に効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す偏波共用アンテナの構成
を示す図。

【図２】本発明の実施例におけるアンテナ素子と到来電
波の偏波方向の関係を示す図。

【図３】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す図。

【図４】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す図。

【図５】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す断面図。

【図６】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す上面図。

【図７】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す断面図。

【図８】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す上面図。

【図９】本発明の実施例におけるアンテナ素子の構成を
示す上面図。

【図１０】本発明の実施例における偏波共用アンテナの
送受共用化の構成を示す図。

【図１１】本発明の実施例における偏波共用アンテナの
アレー化の構成を示す図。

【図１２】本発明の実施例を示す偏波共用アンテナの構
成の詳細を示す図。

【図１３】本発明の第二の実施例を示す偏波共用アンテ
ナの構成を示す図。

【図１４】本発明の第二の実施例における偏波共用アン
テナのアレー化の構成を示す図。

【図１５】本発明の第二の実施例における偏波共用アン
テナのアレー化の構成を示す図。

【図１６】従来における偏波共用アンテナの構成を示す
図。

【符号の説明】

１，２，２１，２２，８１，８２，８３，８４アンテ
ナ素子３スイッチ２３ＰＬＬ回路２４周波数変換器２５，４５，９３，９４合成器４０分波器４４移相器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアンテナ素子より構成され、前記
複数のアンテナ素子は異なる偏波成分の電波を受信可能
なものであり、前記複数のアンテナ素子の中のどれかを
参照アンテナとし、前記複数のアンテナ素子の中で前記
参照アンテナ以外のアンテナ素子はＰＬＬ回路に接続さ
れ、前記ＰＬＬ回路では前記参照アンテナにより受信さ
れた電波から生成される参照信号と同相になるように各
アンテナ素子の受信電波の位相を変化させ、合成器によ
り前記複数のアンテナ素子の受信電波を合成したことを
特徴とする偏波共用アンテナ。
【請求項２】複数のアンテナ素子より構成され、前記
複数のアンテナ素子は異なる偏波成分の電波を受信可能
なものであり、前記複数のアンテナ素子の中のどれかを
参照アンテナとし、前記複数のアンテナ素子の中で前記
参照アンテナ以外のアンテナ素子はＰＬＬ回路に接続さ
れ、前記ＰＬＬ回路では前記参照アンテナにより受信さ
れた電波から生成される参照信号と同相になるように各
アンテナ素子の受信電波の位相を変化させ、この同相に
なった信号をハイブリッド回路に入力し、前記ハイブリ
ッド回路の出力信号の一つから第二の参照信号を生成
し、前記ハイブリッド回路の他の出力は第二のＰＬＬ回
路に入力され、前記第二のＰＬＬ回路では前記第二の参
照信号と同相になるように前記ハイブリッド回路の出力
信号の位相を変化させ、前記ハイブリッド回路からの出
力信号を合成器により合成したことを特徴とする偏波共
用アンテナ。