JPS62111530A - 妨害波除去方式 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、海面等からの反射波に起因するフェージング
を伴う見通し力無線通信システムに適用して有効な電波
受信方式に関する。

（従来技術とその問題点） 一般に、電波の伝播経路に海面を含む見通し力無線通信
システムにおいては、フェージングによる通信品質の劣
化を防ぐため、海面からの反射波の影響をできるだけ軽
減することが望ましい。この影響軽減のために、アンテ
ナの指向性を整形し、反射波の到来方向に対する利得を
低くする構成や、複数のアンテナを用いて空間ダイバー
シチを行う構成の如き対策が従来とられてきた。

一方、近年見通し力無線通信システムの一形態として、
通信衛星を利用した海上を航行する船舶を相手とする通
信、いわゆる海事衛星が実用に供されたし、さらに、航
空機を相手とする航空衛星通信の実用化も検討されてい
る。これらを総称して移動衛星通信と呼んでいるが、移
動体に搭載されるアンテナは、その設置スペースの問題
から小型化せざるを得ない。しかし、小型アンテナの指
向性は一般的にブロードであり、また低利得である。従
って、移動体から通信衛星をみる仰角が低くなれば、ア
ンテナの主ビームで受信する海面反射波の割合が多くな
り、その影響は大きなフェージングとなって現れ通信品
質を劣化させる。実際に、移動衛星通信のサービスエリ
アは仰角５°以上の範囲であり、仰角５°近傍のフェー
ジングは大きい。

そのため、移動衛星通信にも前述の如き従来のフェージ
ング軽減対策を施すことが考えられる。

しかしながら、前述のようにアンテナの指向性を整形す
る構成では、給電系が複雑になったりアンテナの大型化
を招き、得策でない。また、空間ダイバーシチでは、複
数個のアンテナを必要とすることや、送信信号に対して
はフェージング軽減効果が期待できない等の欠点がある
。

従って、移動衛星通信の場合には、できるだけ簡便で、
反射波の影響の抑圧効果が大きく、かつ設置スペースの
小さな方式が望ましいことになる。

このような観点から、近年、海面反射波が特有の偏波特
性を示すことに着目し、アンテナの偏波特性を制御して
フェージングを軽減する方法（以下「偏波制御法」とい
う）が提案された。

この方法でいう海面反射波の特有の偏波特性とは、次の
ようなものである。いま、通信衛星から発射される電波
が円偏波であるとする。この電波が海面で反射する際の
反射係数を考えると、電波の水平成分については、海面
への入射角にかかわらずほぼ１であるが、垂直成分につ
いては、入射角が小さくなるほど反射係数が小さくなる
。すなわち、反射波の水平成分には変化はないが、垂直
成分は入射角によって減衰をうけることになるので、海
面反射波は長軸を水平方向とし、海面への入射角で定ま
る軸比を有する楕円偏波としてアンテナに到来すること
となる。さらに、海面反射波は、通信衛星から直接受信
する電波に対して逆旋の偏波となる特徴を有する。

従って、アンテナの偏波特性を反射波の軸比と等しく、
長軸方向が直交したものとすれば、楕円偏波の直交条件
、■軸比が等しく、■長軸方向が直交し、かつ■互いに
逆旋の関係にある、ことを満足することとなり、反射波
は受信しないこととなる。

以上が、偏波制御法の原理である。この方式はクロスダ
イポール給電のアンテナ、例えば、パラボラアンテナや
ショートハックファイヤアンテナを用いて容易に実現す
ることができる。

ここで、偏波制御法を実現するアンテナシステムの従来
例を第１図に示し、説明する。第１図（ａ）において、
１はダイポール素子＃１及びダイポール素子＃２とが互
いに直交するように配置されたクロスダイポールアンテ
ナ素子、２は円偏波アンテナを構成するための９０°移
相器、３はアンテナの偏波特性を制御するための可変移
相器、４は合成回路である。衛星から送られてきた電波
のうち、一方のダイポールアンテナ素子＃１で受信され
た電波は合成回路４へ送られる。又、他方のダイポール
アンテナ素子＃２で受信された電波は、９０°移相器２
を通った後、可変移相器３へ入力される。

ここで、可変移相器３の移相量を０〜９０°の範囲で変
化させることにより、第１図（ｂｌに示すように、アン
テナの偏波特性を円偏波から軸３０“に一致する直線偏
波まで任意に設定することができる。ここで、軸３０゛
は第１図（ａｌのダイポール素子＃１．＃２の先端を結
ぶ仮想線３０と直交する関係にある。

従って、仮想線３０を水平線に対して平行に設定し、可
変移相器３の移相量を反射波の海面への入射角（衛星か
らアンテナへ電波が到来する仰角に等しい）に対応して
制御すれば、前述したアンテナの偏波特性と反射波の偏
波特性との直交条件を満足させられ、海面反射フェージ
ングを抑圧することができる。

以上は、偏波制御法によるフェージング軽減をその原理
に基づいて忠実に実行するアンテナ給電回路の構成例を
示した。しかしながら、海面反射波の偏波特性は衛星仰
角の変化に応じて変わるため、アンテナの偏波特性を海
面反射波のそれに対して直交させるために必要な付加移
相量を、衛星仰角に応じて自動的に変化させる必要があ
るため、可変移相器３と、それを制御するための回路が
必要となり、挿入損が増加すると共にシステムが複雑と
なる欠点を有している。

（発明の目的と特徴） 本発明は、上記構成例に比べてアンテナ給電系の損失が
少なく、かつ簡便な構成で実現することのできる妨害波
除去方式を提供するものである。

本発明は、１種類あるいはそれ以上の固定的な偏波特性
を有するアンテナの偏波特性を情況に応じて切換えるこ
とによりアンテナの不要反射波の到来方向の偏波特性を
操作すること、およびアンテナの主ビーム方向を直接波
の到来方向から若干偏波（ビームオフセット）させるこ
とにより海面反射波によるフェージングを抑圧するよう
にした点に特徴がある。

（発明の構成と作用） 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

先ず、第２図は海事衛星通信を例にとり、フェージング
が特に問題となる衛星仰角５°及び１０”（最低運用仰
角は５°）、アンテナ利得が１８ｄＢｔの場合に着目し
、付加移相量を変えたときのフェージング量を示してい
る。同図において、オフセット角は直接波の到来方向か
ら高仰角方向にアンテナの主ビームをオフセットした角
度である。同図［ｂ）から、仰角１０°においてはオフ
セット角がＯｏと５°とでフェージング量に大差はない
が、同図（ａ）の仰角５°において、オフセット角を５
°とすると付加移相量が小さい範囲でフェージング軽減
効果が示される。また、同図（ａ）の仰角５°において
、オフセット角が５°の場合にフェージング量が最小と
なる付加移相量は４０°〜５０°であり、これは従来の
偏波制御法における仰角１０°（同図（ｂｌのオフセッ
ト角Ｏ°に相当）での最適付加移相量とほぼ一致する。

このことは、第２図に示した例において付加移相量は４
０°二５０°に固定し、仰角５°ではオフセット角を５
°、仰角１０°ではオフセットなしとすれば、両押角に
おいて、かなりのフェージング軽減効果が期待できるこ
とを示唆している。

第３図は、仰角５°において、フェージング軽減なしの
場合、仰角１０°における最適付加移相量を与え、さら
に機械的に５°オフセツトした場合、及び従来の偏波制
御法の各々について、アンテナ利得に対するフェージン
グ量を示している。同図から、アンテナ利得が１０〜２
０ｄＢｉの範囲で、本発明方式は従来の偏波制御法とほ
ぼ同程度のフェージング軽減効果が期待できることがわ
かる。

このように、本発明は、上記の例の場合には付加移相量
を仰角１０”の場合の値に固定し、かつ、アンテナビー
ムを機械的に５°オフセツトさせることにより、次のよ
うな長所を生み出している。

（１１従来の方式では最低運用仰角が５°までアンテナ
が機械的に動く機構となっていた。そのため船舶のロー
リング等の動揺を考慮して、アンテナビームが常に衛星
仰角が５°まで可動する必要があったが、本方式では仮
に衛星仰角が５°でもアンテナは１０”以下には動かな
いため、従来より可動範囲を小さくすることが出来、結
果としてアンテナシステムの小型化（特に高さ）が期待
できる。

（２）偏波制御法によれば、衛星仰角が５°の時の最適
付加移相量は第２図より７０”位であるが、仰角が１０
°の場合はこれより少な（，４０°〜５０°である。こ
のことは、直接波に対しての偏波損失が少なくなる利点
を有し、それだけフェージング軽減の効率が良い。

（３）例えば本引用例の場合のように、フェージングが
問題となる衛星仰角が１０°以下の時は、４０°〜５０
°位の固定の付加移相量を与え、例えば、はとんどフェ
ージングが問題とならない仰角１５゜以上では付加移相
量を０°にする（通常のアンテナ）スイッチ機構を付加
すれば、第１図のような可変移相器も必要ではなく、ア
ンテナの軽量化、給電系損失の低減の効果が期待できる
。

（実施例） 第４図は本発明の実施例を示している。図で１゜２．４
は第１図と同じものを示し、５は移相量として０゛及び
４０’〜５０°の２通りを切換可能な固定移相器である
。上記実施例の動作を説明する。■、２゜４は第１図と
同じであり省略する。固定移相器５は衛星仰角が予め設
定された仰角（例えば１５°）よりも大きいかあるいは
小さいかによりそれぞれ移相量が０°あるいは４０°〜
５０°に設定される。固定移相器５に入力された信号は
上記移相量の変化を受は合成回路４に入力される。なお
、この実施例ではクロスダイポールの先端Ａ、Ｂを結ぶ
線を水平線に対して平行にする制御が必要であるが、第
４図（ｂｌのように同図（ａｌにおける９０°移相器２
と合成回路４のかわりに可変電力分配器６を用いて、船
舶の動揺等によらずアンテナの偏波特性を海面からの反
射波のそれと直交させることにより上記制御は不要とな
る。

以上の構成及び動作を第５図（ａ）　ｆｂ）　（ｃｌを
用いてさらに詳細に説明する。

第５図（ａｌはアンテナの制御系の全体図である。

図はＡＺ−ＥＬラマンドと呼ばれる方位角（ＡＺ）と仰
角（ＥＬ）とを制御することにより、アンテナ１を衛星
方向に指向させるシステムの例である。

ここで、１はアンテナ、７は仰角（ＢＬ）軸、８は仰角
軸を駆動するためのモータＭ１．９は仰角を検出するた
めの角度検出器りい１０は方位角（Ａ　Ｚ）軸、１１は
方位角軸１０を駆動するためのモータＭ２．１２は方位
角を検出するための角度検出器Ｄ２．１３はアンテナ１
の姿勢を制御するための駆動モータＭ３．１４はアンテ
ナの姿勢角を検出するための角度検出器Ｄ３．１．５は
アンテナ制御部、１６はＡＺ制御部、１７はＥ　Ｌ、制
御部である。

アンテナ１は大要次のように制御される。

例えば、船舶の如き移動体は、地理上の位置を航海情報
として有しており、また衛星の位置は予め分かっている
。従って、これらから船舶から衛星を指向するための方
位角（ＡＺ）情報と仰角（ＥＬ）情報を得ることができ
る。また、アンテナシステムが、衛星からのビーコン電
波を受信して、その到来方向を検出する、いわゆる自己
追尾機能を有する場合には、そこからＡＺ情報とＥＬ情
報を得ることができる。ＡＺ制御部１６およびＥＬ制御
部１７は、それぞれＡＺ情報またはＥＬ情報を入力とし
て、これと、角度検出器１２および９で検出されるアン
テナ１の方位角または仰角とを比較し、その差分信号に
よりモータ１】および８を駆動して、ＡＺ情報とアンテ
ナ１の方位角が一致し、Ｅ　Ｌ情報とアンテナ１の仰角
が一致するように制御する。

ここで、船舶の場合は、動揺が伴う。この動揺情報は、
船体に取付けられたジャイロなどを用いて検出され、Ａ
Ｚ制御部１６およびＥＬＩＩＪ御部１７へ動揺建値情報
として供給される。さらに、前述の一゛とく、アンテナ
１の第１図で示した仮！！、線３０は、常に、水平線と
平行に保たれる必要がある。このために、動揺情報は、
アンテナ制御部１５にも供給され、角度検出器１４で検
出されるアンテナ１の姿勢情報と比較され、モータ１３
により所望の姿勢に制御される。

ここで、本発明を実施するためには、ＥＬ制御部１７に
例えば、次のいずれかの機能を付加する。

′３．）仰角が１０゛以下になったとき、その旨の信号
２０を発生するとともに、オフセント角を与えることと
し、Ｅｌ−情報とオフセット角の和が常に１０°になる
ようにＥＬＬ１２制御する。信号２０は、第５図（ｂｌ
に示すスイッチ１．８．１９を動作させ、固定移相器５
を挿入する。このときの移用量は、第２図（ｂ）のオフ
セット角Ｏ°の特性から、最大の効果を与える移相量が
与えられる。

■　仰角が１０″以下になったときにはその旨の信号２
０を発し、動揺補償を除きＥＬＬ１２制御を停止する。

信号２０の機能は■と同様である。

この■の機能においては、アンテナ１の仰角は１０°に
固定されるのであるから、電波の到来角が５゛の場合は
、５°のオフセット角が与えられ、１０゜のときはＯｏ
のオフセット角である。従って、固定移相器を４０゛〜
５０°の任意の移相量とすれば、その移相量に対応する
第２図（ａ）のオフセット角５°の特性と第２図（ｂ）
のオフセット角Ｏ°の特性との間に存在する改善度が得
られる。

なお、上記説明では、仰角１０°で固定移相器、が与え
られることとしたが、この仰角の値は、第２図（ａ）　
（ｂ）を参照して、期待するフェージング改善層と、与
える移相量との関係から選択して設定されるものである
。また、移相量を与えるのに移相器５を用いたが、フィ
ーダの長さを調整してこれに代えてもよい。また他の具
体例として、第５図（ｂｌの合成回路４と９０°移相器
２に代え、可変電力分配器６を用いて第５図（Ｃ）のご
とく構成すれば、第５図ｆａＪに示すアンテナ制御部１
５が不必要となることは、前述の通りである。

（発明の効果） 以上述べたように本発明は、従来の方式に比べて簡便に
して良好なフェージング軽減効果があり、かつアンテナ
システムを小型、軽量化する特徴を有している。

なお、上記の説明では、衛星仰角１０°に固定する場合
について説明したが、対象とするケースにより他の仰角
に固定することも可能であり、又、付加移相量や、オフ
セット角を何段かにきめ細かく設定することも勿論可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図＋８）　（ｂ）は従来の偏波制御法を説明するた
めのブロック図及び偏波特性図、第２図（ａｌ　（ｂ）
は付加移相量に対するフェージング量の特性図、第３図
は本発明のフェージング軽減効果を従来の偏波制御法と
比較したアンテナ利得に対するフェージング量の特性図
、第４図（ａｌ　（ｂｌは本発明の一実施例のブロック
図、第５図（ａ）　（ｂ）　（ｃｌは本発明方式の詳細
な構成及び動作を説明するためのブロック図である。 １・・・クロスダイポール給電アンテナ素子、２・・・
９０”移相器、　３・・・可変移相器、４・・・合成回
路、　５・・・固定移相器、６・・・可変電力分配器、
　７・・・仰角軸、８・・・モータ（Ｍ、）、　　９・
・・角度検出器（Ｄ、）、１０・・・方位角軸、　１１
・・・モータ（Ｍ２）、１２・・・角度検出器（Ｄ２）
、　１３・・・モータ（Ｍ３）、Ｉ４・・・角度検出器
（Ｄ３）、　１５・・・アンテナ制御部、１６・・・Ａ
Ｚ制御部、　１７・・・ＥＬ制御部。 １８、１９・・・スイッチ、　３０・・・仮想線、３０
′・・・軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 円偏波特性を有するアンテナの指向方向が妨害波の到来
   方向の近傍となったとき該アンテナの偏波特性を妨害波
   とほぼ直交するような予め定まる楕円偏波特性とするこ
   とにより該妨害波の影響を低減せしめるように構成され
   たことを特徴とする妨害波除去方式。