JPS58212239A - 交さ偏波補償方式 - 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】 本発明は２つの任意の偏波を正しい直交直線偏波に補正
する交叉偏波の補償方式に関するものである。

無線通信方式において、周波数の有効利用の観点から、
マイクロｈにやミリ波帯などの伝播路において同一周波
数の直交する２偏波（直線偏波の場合はたとえば、垂１
ηお工び水平偏波、円偏波の場合には左および右旋回円
偏波）に別々の通信情報をのせ、実質的に伝送周波数帯
域を２倍にする周波数再利用方式（Ｆｒｅｇｕｅｎｃｙ
Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｔｊｅｕａｅ）がある。

この方式の実用化にあたっては送受信アンテナおよび伝
播空間會含めた伝送路で直交する２偏波の交叉偏波発生
度の劣化による偏波間の混イＩレベルを許￥ｉ［値以内
に保つことが不可欠の条件である。この伝送系で、交叉
偏波発生の原因け種々あるが大別すると、送受信アンテ
ナの鏡面系、−次放射器を含めた給電回路の交叉偏波識
別度の劣化および伝播空間で発生する交叉偏波なとがあ
げられる。

伝播路で発生する交叉偏波は地上マイクロ波中継方式と
衛星通信方式では、多少発生原因に差がある。即ち、前
者の場合は降雨によるものが主要因となるが、後者の場
合は、降雨以外に対流圏の大気の撹乱や電離層の影響に
起因するファラデイ回転などが原因と１７であげられる
。

ごのように伝播路で発生する交叉偏波成分は、自然現象
に起因するため一般には時間の関数で時々刻々変化する
性質がある。特に降雨に起因する交叉偏波識別度の劣化
は降ｌ１ｌｉ量の増加とともに大きくなり、かつ周波数
が高くなるにしたがいその影響は大きい。この原因は、
雨滴の形状は完全な球でなく楕円形状の損失を有する誘
・ｌ：、　、ＩＩ： 導体であって、雨滴の長軸および短軸に平行に偏波した
電界を想足（またとき、２偏波間に相対的な減衰及び位
相特性があるためと考えられている。実際には雨滴の落
下方向は必ずし７も垂直ではないためたとえ完全に直交
［７ている垂直および水平の直線漏波を送信アンテナか
ら送信し７ても受信アンテナに到来するまでには電波は
上記雨滴の相対損失特性によってその直交性をそこなう
のみならず、相対移相特性によって楕円偏坂を発生させ
交叉偏波識別度劣化の原因となる。伝播実験及び理論解
析の結果からすれば、雨滴による相対移相特性が相対損
失特性に比べその劣化の大角な要素となることも定説と
なっている。

このような時雨による交叉偏波識別度の劣化を補償する
方法としては°従来、Ｔ、Ｓ、Ｃｈｕ　によりＢＳｌ”
Ｊ（Ｎｏｖ、１９７１発行及びＭａｒｏｈ、１９７３発
行）に発表された交叉偏波補償法があり、その実施例を
第１図に示す。第１図において、１はアンテナ、２は回
層移相器、３は可変減衰器、１ ４は偏波変換器で円偏波の場合はπ／２移相器、直線偏
波の場合はπ移相器である。５は偏分波器、６及び７は
受信機、８は制御信号処理装置でｎ［変移相器２、可変
減衰器３全制御する信号を検出する装置である。

この補償方式において伝搬路中の降雨により発生１７た
交叉偏波成分全アンテナ１に組み込まれた給電回路の中
にロータリージ冒インドを介［２て回転可能な可変移相
器２、可変減衰器３を配置し、これらの補償素子の移相
量、減衰ｔを制御し７ながら回転させ偏波間の直交性を
改善し、かつ交叉偏波識別度を補償し７て、完全な直交
直線偏波又は直交円偏波全作り出１２、偏波変換器４で
偏波交換し７たのち、偏分波器５で偏波分離を行う動作
原理である。この補償法は地上中継通信方式では十分実
用性があるが、衛星通信方式における地球局アンテナの
ように高能率、低雑音特性を要求される場合には、この
給電回路に組み込まれた可変減衰器の損失特性によって
、アンテナ利得の低下のみならず雑音温度が著しく増加
［７、通信伝送品質の劣化する重大な欠点がある。

本発明の目的は降雨など伝搬路系で発生する　５− 交叉偏波識別度を補償する方式において従来の欠点を除
去１，７た新（７い交叉偏波補償方式を提供するもので
ある。

第２図は本発明の詳細な説明するための原理図であり、
第３図は、本発明の詳細な説明するため、直線偏ｔＩｌ
を採用した方式における偏波の状態を示す図である。

第２図において１０は説明の都合上設けた送信アンテナ
、１１は送信アンテナ１０に対向して配置された受信ア
ンテナ、１２け回転機能をもつ１８０°移相器、１３は
回転機能をもつ９０゜移相器、１４は直交する２偏波を
分波する偏分波器で、その直交偏波出力端にあられれる
偏波信号な、ｔそれぞれ前置増巾器１５．１６で増巾さ
れ、補償回路１７０２つの入力端子に供給される補償回
路１７は少なくとも４個の分岐回路１８、１８’、　１
９．１９’　、可変減衰器２２，２３、可変移相器２４
，２５から構成されていてその出力は分岐回路２０．２
０’に供給され、それぞれの一方の出力は制御回路２１
に供給され、他方　６− は出力端子２６．２７となる。

以下本発明の原理を第２図の実施例及び第３図のベクト
ル図を引用し７て詳細に説明する。

送信アンテナ１０から直交する２個の直線偏波が送信さ
れるものとすれば、この伝播路で降雨による相対減衰特
性で偏波間の直交度が乱れるのみならず、相対位相特性
によって楕円偏波となる。従って受信アンテナ１１には
第３図ａに示すような夏で示される右旋楕円偏波２Ｂと
■で示される左旋楕円偏波２９が到来する。ここで座標
Ｘ、　Ｙは偏分波器１４の直交偏波出力端子に相当し、
Ｘ’、Ｙ’軸は到来楕円偏ａ２８゜２９の長軸を示して
いて、その火角は必ずしも９０°になるとは限らない。

さて、第３図ａに示す右、左旋楕円偏波■及び■が、回
転可能な１８０’移相器１２に供給されるとこれら偏波
はＸ、　Ｙ座標面で座標変換をつけ、・・第３図すに示
・□、・、１ すごとく楕円偏波のなす夾角は変らず、その長軸が回転
し７て、かつ偏波の回転方向が反転し、■で示される偏
波３０は左旋楕円偏波で、■で示される偏波３１は右旋
楕円偏波となって１８０ｏ移相器１２の出力端子にあら
れれ、回転可能な９０°移相器１３に供給される。この
場合、１８０°移相器は第３図ａのπ−軸３２にその１
８０°進相而が設定される。

このように座標変換された［、Ｕで示される楕円偏波に
対し、回転可能な９０°移相器１３の９０°進相面をＸ
軸に対１．て＠３図すに示すように任意の角度に設定す
れば、到来偏波が偏波変換される。その結果、偏分波器
入力端には第３図Ｃで示すような２偏波間の長袖が直交
した楕円偏［３５、および３６が供給される６しかし、
一般には楕円（ｔ［３５，３６はそれぞれ交叉偏波成分
が等［７くなくその量は最小となる条件ではない。そこ
で第３図す、　　Ｉで示される楕円偏波３０の長軸ＸＩ
　　と回転可能な９０°移相器の９０°進面相３８のな
ず角度と、川で示される楕円偏波３１の長軸Ｙ′と９０
°移相面の０°面８４のなす角度を等しくとねながら上
記回転可能な９０°移相器１３の９０°進面相３３とＸ
軸とのなす角度を可変制御して、到来楕円偏波の楕円偏
波率とほぼ同じ楕円偏波率で偏波変換するように、上記
回転可能な１８０°移相器１２．９０゜移相器１３を制
御して設定すれば偏分波器入力端に供給される信号は、
第３図Ｃに示すごとく直交［７た楕円偏波３５，３６と
なり、これら偏波の交叉偏波成分は等１−７＜なり、か
つその値は最小となる。この回転可能な１８０°移相器
１２゜９０°移相器１３の機能は少なくとも降雨による
交叉偏波識別度のうち、相対位相特性に起因する童を補
償することを意味する。上記の説明はこの補償を静的な
状態でなされたが、実際には降雨量は時間的に変動する
ので、１８０’移相器、９０°移相器の駆動制御方法と
して例えば、偏分岐器の２つの直交出力熾子に現われる
交叉偏波成分を最小かつ等振巾となる方法をとれば、自
動的駆動制御が可能となる。

次に、この残留交叉偏波成分の補償法を説明する。第３
図Ｃの夏の左旋楕円偏波３５の長軸成分をＥｓｃ、短軸
成分をＥｓｘとし、■の右旋横　９− 円偏波３６の長軸成分をＥｇｏ、短軸成分をＥ　”　ｘ
とすれば偏分波８ａ１４のＸ軸偏波出力端子に検出され
る電界成分はＥｌｏと””　（Ｅｔａに対し７ては９０
°位相差をもっている）の和、Ｙ軸側波出力端子に検出
される電界成分はＥｓｃとＥｌｘ（Ｅｇｏに対１７ては
９０°位相差をもっている）の和となる。

ＥＩＸ　、　ＥＩＸ　は降雨による交叉偏波発生量を意
味１．ているがＩ−配の回転可能な１８０°及び９０゜
移ｉ７＠器の動作により主とし７て降雨の相対位相差に
よる交叉偏波発生量を補償した残りの降雨の相対損失差
に起因１−る成分である。

以上のＦ１ａ、　Ｆａｍａｌ’Ｅｔ馬Ｅｍｘ成分ｔｘ−
ｙ座標に示すと第３図ｄになる。これら電解成分のうち
、偏分波器のＸ軸端子で検出される電解成分（Ｅｔａ＋
ｊＥＩＸ　）とＸ軸端子で検出される電界成分（Ｅｌｃ
＋ｊＥｔｘ　）は前置増巾器１５，１６で夫夫増巾され
た後、補償回路１７の２つの入力端子に供給される。補
償回路１７は上記交叉偏波成分であるｊＴすＸＩ　ｊＥ
”）Ｃを補償する本のであってｌＯ− 具体的な動作原理は次のようになる。即ち、前置増巾器
１５で増巾された信号ＥＩ　Ｏ＋　ｊＥｚｘが補償回路
１７の入力端子に供給されると、捷ずこの入力信号は補
償回路内で分岐回路１８で適当な比に分配される。この
分配された信号は可変減衰器２２、可変移相器２４を通
過して分岐回路２１に供給される。一方前置増巾器１６
で増巾された信号Ｅ”　ｃ　＋ｊＥｔ　ｘは補償回路１
７内の分岐回路１８”ｅ通過した後、分岐回路１９′に
供給される。この分岐回路１９’に供給される２つの信
号を可変減衰器２２、可変移相器２４にて位相、振巾な
可変して交叉偏波成分である電界ｊＥ＊ｘ　　に関［７
て同振巾逆位相にＬ７て打ち消［７合うよう１ｆこ［７
て制御し７て合成すれば、補償回路１７の出力端には交
叉偏波成分のないＥ２Ｃに比例する電界が原理的には検
出できる。

全く同様に前置増巾器１６で増巾された信号′：１．１ Ｅ２　ｃ　＋　ｊＥｔ　ｚについても補償回路１７内の
分岐回路１８′で分配された信号は可変減衰器２３、可
変移相器２５全通過ｌ、て分岐回路１９に供給される場
合、との信号と分岐［１１路１８を介し７て分岐回路１
９に供給される信号がその交叉偏波成分ｊｌ（ａｘ　に
対１．て同振巾逆位相の関係で合成さＪするように可変
減衰器２３、可変移相器２５を制御すれば補償回路１７
の出力端子には交叉偏波成分ｊＥｓｘ　のないＥ　ｔ　
ｏに比例した電波等が検出できる。

この補償回路１７内の口■変移相器、可変減衰器の自動
的制御駆動ｅｊ、補償回路１７の出力端子に混入する信
号を分岐ｌ１１１略２０．２１で分岐し、この信号成分
であるＥ”ｃｔＢｚｃと不要な信号であるｊＥｌｘ、　
ｊＩｉ：ａｘ間の位相差の情報及び不要信号の希望信号
に対する電界比の信号を制御回路２１で発生させて可変
移相器及び可変減衰器にフィードバックすることにより
可能となる。

このように、前置増巾器の前に回転制御可能な１８０°
移相器と９・：０°移相器を配置し、その後段に補償回
路を配置［７、到来する２つの偏波に対してそれぞれ１
個以−トのパイロット信号をのせて、そのパイロット信
号を−Ｆ述に説明した補償回路１７の出力に混入する通
信信号であるＥｓｃ、　ｐａｃの信号を分岐回路２０．
２１’　　から取出して不要信号であるｊｐ：ｔｘ、　
ｊｐ：ｓｘを最小にするような制御回路２１を設け、前
記補償回路１２゜１３および１７を制御することにより
降雨による交叉偏波識別度の劣化を自動的に補償する交
叉偏波補償方式が提供できる。

なお、制御回路２１は、たとえば米国特許第３．７３５
，２６６号に開示されているごとく、各偏波に含まれる
パイロット信号をそれぞれ偏波するフィルタと、局部発
振器と、フィルタの出力と局部発振器の出力とを混合し
ベースバンドのパイロット信号を出力する混合器と、こ
の混合器からのベースバンドのパイロット信号音処理す
る処理回路で構成される。

以上の動作原理の説明は直線波の場合を例にとりなされ
たが、円偏波の場合も第２図のブロック図ケもとに第４
図の電界のベクトル図を用いて説明できる。

送信アンテナｌＯから左旋及び右旋の完全な一１３＝ 円偏波が送信されるものとすれば伝搬路中の降雨の相対
位相、相対減衰特性により、楕円偏波となりかつその直
交度が乱れ、受信アンテナ１１には第４図ａに示す■で
示される左旋楕円偏波３７とＷで示される左旋楕円偏波
３８が到来する。Ｘ’、Ｙ’軸を１．到来楕円偏波３７
，３８の長軸を表わＩ７その大角は一般に降雨の相対損
失特性のため９０’からずれる。

この到来楕円偏波１１１．Ｆ／が回転可能な１８ｏ０移
相器に供給されると（Ｔｈｌ波旋回方向が反転するのみ
ならず、座標変換をうけ、２偏波の長袖の関係は変らず
、■で示される偏波は左旋楕円偏波、■は右ｌ〃楕円偏
波となって１８０°移相器の出力端子にあられれ、回転
可能な９０°移相器１３に供給される。ここで１８０°
移相器の１８０゜進面相は第４図ａのπ−軸３９に設定
される。

座標変換された■、■で示される楕円偏波に対［２、回
転可能な９０°移相器の９０’進面相をＸ軸に対Ｅ２て
４５°に設定すれば完全な円偏波で受信することになり
偏波変換された偏波は交叉偏波１４− 成分の少ない楕円偏波（長軸と短軸の電界成分の比の大
きい楕円偏波）となる。し７かしＩｌ、　　Ｗの偏波の
交叉偏波成分を最小にする条件にはなっていない。

そこで、第４図すに示すごとく９０′位相器９０’進相
面４０を上記４５°の設定位置からずらし到来楕円偏波
とほぼ同じ楕円偏波変換できるように上記９０°移相器
を特定の角度で設定し、■で示される偏波４１の長軸Ｘ
′と９０′進相面４０のなす角度とＶで示される偏波４
２の長軸Ｙ′とＯ″　進相面４３のなす角度とが同じ角
度になるように上記１８０°移相器及び９０°移相器１
３を制御し２て設定すれば、到来偏波は少くとも雨滴の
相対位相差による交叉偏波劣化外が補償され偏波変換さ
れることになる。このような１８０°移相器１２．９０
°　移相器１３の設定条件は各偏波の交叉偏波成分を最
小にする条件を与え偏分波器１４の入力端には竺ｊ図Ｃ
に示す交叉（＃ｉｌ波成分の少ない楕円偏波４４，４５
が供給されることになる。以後の信号の処理は直線偏波
の説明の場合と全く同じである。

以上発明の一実施例をもとにその原理を説明した。この
ように雨滴の形状によって発生する交叉偏波成分のうち
、相対位相特性による成分を前置増巾器の前に配置する
回転可能な１８０ｃ″移相器、９０°移相器を制御【７
て補償Ｌ／％相対減衰特性による成分全前置槽１１］器
の後段に配置して制御補償する交叉偏波補償法は次のよ
うな利点がある。

まず、第１点け、（Ｎ号に適当な損失を与えながら偏波
間の直交性を補償する回路が前置増巾器の後段に配置さ
れるため、衛星通信のように特に低雑音特性を要求され
るシステムにおいて雑音温度の劣化が少ｒ「い優れた補
償方式を提供できることである。

第２点は、一般に前置増巾器の振巾、位相伝送特性には
周波数特性があって降雨による交さ、゛。

偏波特性の支配的要因である相対位相特性による成分を
前置増巾器の位相特性の影響をうけない前段で実行でき
るためとΦ偏波補償方式で得られる交さ偏波の改善度が
高い特徴があり、また降雨による交さ偏波特性の劣化の
支配的要因は相対位相特性であるから相対振幅特性を補
償する補償回路１７を省略し７ても十分干渉を改善でき
る。

第３点は、本補償方式の実施例で証明したごとく、到来
偏波が、円偏波、直流偏波のいずれの通信システムにも
部品の交換なし７に本方式が適用できる利点である。

本発明は第２図の実施例の如く受信アンテナに本補償方
式を適用した例にとどまらず、送信アンテナ側に本補償
方式を適用した第５図の例も同一原理にもとす〈発明と
、すなすことができる。即ち第５図において送信アンテ
ナ４６に回転可能な１８０°移相器４７、回転可能な９
０゜移相ａ４ｔａが接続されていて、その偏分波器入力
端子に送信機５０．５１補償回路５２（第２図の補償回
路１７と同様に構成される）が配置された交さ偏波補償
方式において降雨による交さ偏波劣化量をあらかじめ送
信側において、＝１７− １８００移相′ａ４７，９０°移相器４８、補償回路５
２をたとえば第２図の回路２１の出力信号で制御し設定
し、送信アンテナから直交性がない２つの楕円偏波を放
射するようにし、伝ばん路中の降雨により発生する交さ
偏波成分で上記楕円偏波を補償［７て受信アンテナ５３
には交さ偏波成分の少ない出力′ｆｃ−提供する交さ偏
波補償方式も本発明のＪＩＡ理金利金利用一実施例であ
る。

また、他の実施の一例をあげると、衛星通信方式におい
て、地球局アンテナは通常送受共用を行うのが通例であ
る。＊発明の原理を上記方式に実施する場合の一例を第
６図に示す。即ち、第６図において送受共用アンテナ５
４に送信波、受信波を分波する分波器５５の受信波出力
端に回転制御可能な１８０°移相器５６、回転制御可能
な９０°移相器５７、偏分波器５８會配置２、その出力
端子に前置増巾′ａ５９．６０及び補償回路６１（第２
図の補償回路１７、分岐回路２０゜２０′および制御回
路２１を含む）が接続されていて前述第２図の動作原理
にもとすき、受信々１８− 号の交さ偏波補償を行い、一方送信機については、分波
器５５の入力端に回転制御可能な１８０゜移相器６２、
回転制御可能な９０°移相器６３、偏分波器６４を配し
、その入力端子に送信機６５．６６補償回路６７（第２
図の補償回路１７と同様に構成される）が接続されてい
て、回路６２．６３．６７をたとえば第２図の回路２１
の出力信号で制御して、アンテナ５４から直交度をくず
した楕円偏波を放射するようにし、伝ばん路中の交さ偏
波発生量を補償しあい、衛星のアンテナへ到来する偏波
は直交度のすぐれた直線、又は円偏波となるよう構成１
れた交さ偏波補償方式も本発明の原理の応用とみなすこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交さ偏波補償方式のブロック図例、第２
図は本発明の文盲偏波補償方式のプ・・り図例、第３図
および画一図は本発明の詳細な説明するための直線偏波
および円偏波を採用した方式における偏波の状態をそれ
ぞれ示す図、第５図は送信アンテナ側に本発明を適用［
。 たブロック図、第６図は送受共用場合の本発明のブロッ
ク図である。 １０、１１．４６．５３．５４・・・・・・アンテナ、
１２゜１３、２４．２５．４７．４８．５６．５７．６
２．６３・・・・・・移相器、１４．ｌ、５５，５８，
６４・・・・・・分波器、１５．１６．５９．６０−・
・・・・前置増巾器、１７、５２．６１．６７　・・・
・・・補償回路、１８．１８’。 １９、１９’、　２０．２０’・・・・・・分岐回路、
２１・・・・・・制御回路、２２．２３・・・・・・可
変減衰器、５０．５１゜６５．６６　・・・・・・　送
イーｒｍ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無線伝送路で位相干渉と振幅干渉を受ける同一周波数帯
   の互に直交Ｌ７た一対の偏波音用いてそれぞれパイロッ
   ト信号を含む一対の情報信号を受信する受信機が、前記
   一対の偏波を受信するアンテナ給電部と、このアンテナ
   給電部の出力をそれぞれ分離増幅する増幅器と、前記位
   相干渉全補償する回路とを含む交さ偏波補償方式におい
   て、前記補償回路が、前記アンテナ給電部に設けられた
   １８０°と９０°の位相器が従続接続されかつある制御
   信号によりそれぞれ独立し・て移相面が回転制御される
   ように構成され前記位相干渉を補償する手段と、前記増
   幅器の出力から抽出された前記パイロット信号より前記
   位相干渉および振幅干渉の変化を検出処理して前記制御
   信号を生成する制御回路とを含み前記増幅器の入力で各
   偏波の交さ偏波成分が鍛少かっ等振幅比となるように制
   御することを特徴とする交さ偏波補償方式。