JPS63187828A

JPS63187828A - 偏波共用無線通信方式

Info

Publication number: JPS63187828A
Application number: JP1852087A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ogawa; 英一小川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1988-08-03

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】（産業上の利用分野）本発明は、直交する二つの直線偏波を共用する無線通信
方式において、降雨等に起因する交差偏波識別度（以下
ＸＰＤと略す）の劣化を改善する方式に関するものであ
る。

（従来の技術）無線通信では、周波数の有効利用のため同一周波数で直
交する二つの偏波を同時に使用する偏波共用無線通信方
式を用いる。直交する偏波としては、降雨等によるＸＰ
Ｄ劣化の小さい直線偏波が主に用いられる。衛星通信方
式では、地上の広い範囲がサービスエリアとなるが、エ
リア内の殆どの地点では直線偏波の偏波面は水平および
垂直面から傾いて受信される。この傾き角をτとする。

従来の方式におけるアンテナ給電装置の例を第６図に示
し、その構成および動作を受信の場合について説明する
。１は電波到来方向、２は交叉偏波特性に異方性を与え
る降雨、３はアンテナ、４は偏波面回転器、５は偏分波
器、５ａおよび５ｂは互いに直交する出力端子、６ａお
よび６ｂは、それぞれ５ａおよび５ｂの端子に出力され
る互いに直交した偏波方向軸である。偏波面回転器４は
１８０°位相差板で構成され、水平および垂直面からτ
だけ傾いて入射する直線偏波の偏波面を６８および６ｂ
に一致させる作用をもつ。ｔｓｏ’ｃ相差の挿入面は、
入射する直線偏波の傾き角の１／２の角度に設定される
。

これについて少し詳しく説明する。第５図は偏波面回転
器４の構成を拡大して示したものである。

円形導波管の中に誘電体板（図の斜線部）をそう人し、
入射電波の偏波状態を変える。長さｌは誘電体材質と与
える移相量φによシ決まる。長さｌは与える位相φに比
例し２て長くなる。傾き角θも変化させて所望の偏波状
態を得る。くさび形の切込みはＶＳＷＲを改善するもの
で本質的なものではない。また、高電力を通す場合は、
誘電体板でなく、金属ひれが出たものや、導波管をダ円
にして同様の効果を得ている。

誘電体板に平行々偏波をもつ波は通過後に位相差φが与
えられる。一方誘電体板に垂直な偏波をもつ波は通過し
ても位相差はＯであり、φは板に平行な偏波と垂直な偏
波の波の位相差を表わす。

第６図の偏波面回転器４では、誘電体板の長さｅをφ＝
１８０°とする長さにし、θばτの１／２っまシτ＝１
０°ならθ＝５°、τ＝２０°ならθ＝１ｏ°に設定し
た。これによシ、この給電装置は傾き角τをもつ入射波
の偏波をτ＝０つまり垂直偏波の波に変換し、端子５ａ
、５ｂから取り出す。っｇ、電波伝搬路の空間内に降雨
等の偏波特性に異方性を生じる媒質２がない場合には、
傾き角でをもってアンテナ３に到来した直交する二つの
直線偏波の偏波面は、偏波面回転器４により偏波面が６
ａおよび６ｂに一致した直線偏波に変換される。従って
、これらの軸方向に結合した端子５ａおよび５ｂからは
２つの偏波が完全に分離されて取９出される。すなわち
、降雨等がない場合は互いの出力端子５ａ　、５ｂに他
の偏波成分が洩れ込むことはなく、両側波間のＸＰＤ劣
化はない。

一方、降雨等がある場合には雨滴が偏平に変形されるた
め、水平面と垂直の偏波間に位相差や減衰差の異方性が
生じる。この作用により、入射波の偏波面が水平および
垂直面と角度差をもつ場合にはアンテナに入射する電波
は楕円偏波となる。

このため、偏波面回転器４の出力側の偏波は、一般に、
その偏波面が６ａおよび６ｂ軸とは異なる楕円偏波とな
る。従って、偏分波器の２つの出力端５ａおよび５ｂに
は互いに他の偏波成分が洩れ込むことによりＸＰＤが劣
化する。

第７図は、第６図の従来方式について計算した、１１、
ＧＨｚにおける降雨強度に対するＸＰＤ劣化特性である
。楕円形の偏平雨滴の傾き角の平均値は時間的に変動す
るが、実測結果によれば降雨強度の増加に伴ってＯｏつ
まり楕円の短軸が鉛直方向に収束する。つまり雨滴は上
下からおしつぶされたような形になる。従って、偏平雨
滴の傾き角は０゜として計算した。τは入射直線偏波の
水平および垂直からの傾き角で、τ＝１０°およびτ＝
２０°の場合を示す。また、ＨおよびＶは、それぞれ入
射偏波の水平および垂直に近い偏波を表す。図から分か
るように、従央の古書でけτ＝１０″およびτ＝２０°
の場合にはそれぞれＸＰＤが２５ｄＢおよび２０ｄＢま
で劣化する。

また、上記の欠点を解決するだめの方式として、交差偏
波補償方式がある。これは降雨等によるＸＰＤ劣化の時
間変化に追随してＸＰＤを改善する方式であり、種々の
構成が考えられている。このうち基本的な構成を持つ交
差偏波補償方式のアンテナ給電装置の例を第８図に示す
。給電装置は、位相量および位相挿入角度可変移相器４
ａ、減衰量および減衰挿大角度町変減衰器４ｂ、偏分波
器５で構成される。降雨により生じる位相差、減衰差の
異方性を受信信号から検出し、それを打ち消すように可
変移相器４ａ１町変減衰器４ｂを制御する。これにより
受信波の２つの偏波は６　ａ　ｈよび６ｂに一致する直
線偏波に変換され、直交性が回復されて良好なＸＰＤ特
性が得られる。交差偏波補償方式では、降雨が強くなっ
た場合でも、第２図に示すようなＸＰＤの劣化は防止で
きる。

（°発明が解決しようとする問題点）しかし、交差偏波補償方式を実用に供するためには、Ｘ
ＰＤ劣化を検出するための特別な信号波（ビーコンやパ
イロット信号）およびその受信機、検出した信号から可
変移相器や可変減衰器をどのように変化させるかを決定
する制御装置、可変移相器や可変減衰器を変化させる回
転駆動装置等が必要となる。従って、交差偏波補償方式
では、アンテナ系が非常に高価になること、構造が複雑
になること、機械的可動部分の信頼性・保守点検が問題
になること、また、パイロット信号を用いる場合には伝
送容量が低下すること等の欠点があった。

本発明の目的は、従来の偏波共用無線通信方式や交差偏
波補償方式の欠点を除き、安価で簡易にＸＰＤの劣化を
改善できる方式を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は、降雨等により生じる偏波特性の異方性が理論
的に大略推定できることに着眼し、特定の降雨強度にお
いてＸＰＤを最良にするように、予め位相差、減衰差を
固定的に与えたアンテナ給電装置を用いることを最も主
要な特徴とする。

従来の偏波共用無線通信方式では、降雨等のない定常状
態でＸＰＤが最良となるように設計されたアンテナ給電
装置が用いられており、本発明はこの種の方式とは異な
る。

また、従来の交差偏波補償方式では、偏波特性の異方性
の変化に追随して位相差、減衰差を時間的に制御するが
、本発明は位相差、減衰差を固定的に与えるものでちゃ
、従来のこの種の方式とは異なる。

一般に、無線通信方式の設計ではＸＰＤ劣化量をある規
格値以下として設計している。時間的には圧倒的に多い
晴天時や弱い降雨時ではこの規格値を十分に満足してい
るが、短時間の強い降雨時においてのみＸＰＤの規格値
を満足しなくなる。

本発明では晴天時や弱い降雨時のＸＰＤ値が規格値に対
して余裕のあることに着眼し、この余裕を小さくして回
線断となる強い降雨時におけるＸＰＤの劣化を改善する
ものである。

このように、本発明の技術は、降雨等のない定常時に最
良のＸＰＤ特性をもつ従来の方式や、晴天時・雨天時等
にかかわらずＸＰＤ劣化を完全に回復するための従来の
交差偏波補償方式の技術とは異なっている。

（実施例１）第１図は、本発明の第１の実施例を説明する図である。

本実施例は、周波数１１ＧＨｚで偏波面が水平および垂
直面から傾いた二つの直線偏波を共用する方式を示した
もので、偏波変換器４Ｃは位相差１６２°を与えている
。つまり、第５図でｌをφ＝１６２°に相当する長さに
設定する。この位相差は入射偏波の傾き角τによらず一
定である。偏波変換器４Ｃの位相差の挿入面（第５図で
のθ）はτに応じた適当な角度に設定する。例えば、τ
＝１０°およびτ＝２０°の場合、それぞれ５．１およ
び１０．２°である。これらの値は第６図に示した従来
方式Ｑこおけるアンテナ給電装置の偏成面回転器４と位
相差および、それらの挿入面の角度が異なっている。こ
のためアンテナ側から完全に直交した直線偏波が入射し
た場合、偏波変換器４Ｃを通過した後の偏波面は偏分波
器の偏波方向軸６ａおよび６ｂとは一致せず、ＸＰＤが
劣化している状態になっている。

この方式における降雨時のＸＰＤ特性改善効果について
第２図で説明する。第２図は第７図と同じ入射波の条件
での計算値で、入射偏波の傾き角τ＝１０°およびτ＝
２０°の場合を示す。本発明によればτ−１０°２よび
τ＝２０°の場合、ＸＰＤはそれぞれ３０ｄＢおよび２
５ｄＢ以上確保できることが分かる。従来方式の特性（
第７図）と比較すれば、本発明によりＸＰＤは５ｄＢ以
上改善できる効果がある。

（実施例２）第３図は本発明の第２の実施例でちる。本実施例は、第
１の実施例と同じ入射波の条件をもつ方式に対する例で
、偏波変換器は、第１の偏波変換器である偏波面回転器
４と第２の偏波変換器４ｄとから構成される。第２の偏
波変換器４　ｄは、減衰差０．３ｄＢ、、位相差１１°
を与えている。つま９１はφ＝１１°に相当する長さと
する。０．３ｄＢの損失を与えるため誘電体表面にカー
ボン物質を塗布する。この減衰差、位相差は入射偏波の
傾き角τによらず一定である。偏波変換器４ｄの減衰差
、位相差の挿入面θはτに応じた適当な角度に設定する
。例えば、τ−１０°およびτ＝２０°の場合は、それ
ぞれ９２°および９５°である。このような条件で動作
させるためには偏波変換器４ｄをアンテナと偏波角回転
器４との間に設けることが必要である。

この方式における降雨時のＸＰＤ特性改善効果について
第４図で説明する。第４図は第７図と同じ入射波の条件
での計算値で、入射偏波の傾き角τ＝１０°およびτ＝
２０°の場合を示す。本発明によればτ＝１０°および
τ＝２０°の場合、ＸＰＤはそれぞれ３０ｄＢおよび２
５ｄＢ以上確保できることが分かる。従来方式の特性（
第７図）と比較すれば、第１の実施例と同様に、本発明
によりＸＰＤは５ｄＢ以上改善できる。第２の偏波変換
器４ｄがなく偏波面回転器４のみの構成は従来方式のア
ンテナ給電装置（第６図）であるが、これに第２の偏波
変換器を付加することにより、ＸＰＤの改善効果が得ら
れる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば従来の偏波共用無
線通信方式に比べ、強い降雨等によるＸＰＤ劣化の大き
い状態を改善することが出来るため、ＸＰＤ劣化による
回線断となる時間を短くできる利点がある。また、一般
に、入射偏波の傾き角τが大きくなるとＸＰＤ劣化が犬
きくなシ、τが大きい地域ではＸＰＤの規格値を満足し
なくなる。この場合にも本発明の方式を用いればＸＰＤ
の規格値を満足できる地域を拡大できる利点がある。ま
た、τの異なる地域に対しても偏波変換器４Ｃまたは４
ｄを回転するだけで対応でき経済的である。従来方式の
アンテナ給電装置においても、偏波面回転器を用いてい
るが、本発明によれば、それらの位相量等を変更するか
、または付加するだけで効果が得られる。従って、経済
的にも構造的にも従来の方式構成と変わらず、かつ、改
造する場合も容易である利点がある。

また、交差偏波補償方式に比べ、ＸＰＤの劣化は若干大
きいが、パイロット信号やその検出装置、制御装置、回
転駆動装置等が不要であシ、非常に経済的であること、
構造が簡単であること、信頼性が高く、保守点検が不要
なこと等の利点がある。

本発明は、直交する二つの偏波を共用する、衛星通信方
式、地上無線方式や放送波の送受信方式に応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例、第２図は第１の実施例
に対するＸＰＤ特性の計算結果、第３図は本発明の第２
の実施例、第４図は第２の実施例に対するＸＰＤ特性の
計算結果を示す図、第５図、は偏波角回転器の拡大図、
第６図は従来の偏波共用無線通信方式の構成例、第７図
は従来方式の構成例に対する降雨によるＸＰＤ特性の計
算結果、第８図は交差偏波補償方式の構成例を示す図で
ある０１・・・電波の到来方向、２・・・空間に異方性を与え
る降雨、３・・・アンテナ、４・・・偏波面回転器、４
ａ・・・可変位相器、４ｂ・・・可変減衰器、４ｃ・・
・本発明の偏波変換器、４ｄ・・・本発明の第２の偏波
変換器、５・・・偏分波器、５ａおよび５ｂ・・・偏分
波器の二つの直交する出力端子、６ａおよび６ｂ・・そ
れぞれ５ａおよび５ｂに出力される電波の偏波面の方向
。 τ・・・入射直線偏波の傾き角、ＨおよびＶ・・・それ
ぞれ、水平および垂直面に近い入射偏波を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）偏波面が水平および垂直面から傾いた直交する二
つの直線偏波を共用する無線通信方式において、アンテナ給電装置が偏波変換器と偏分波器とから構成さ
れ、偏波変換器として、アンテナから入射した直交する
二つの偏波の偏分波器からの出力が、特定な量の交差偏
波成分をもつように位相差または減衰差を固定的に与え
た偏波変換器を用いたことを特徴とする偏波共用無線通
信方式。
（２）上記偏波変換器として、直線偏波の偏波面を回転
する偏波面回転器を用いる第１の偏波変換器と、適度な
位相差または減衰差を固定的に与えた第２の偏波変換器
との二つの部分から構成される偏波変換器を用いたこと
を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の偏波共用
無線通信方式。