WO2017026107A1 - 分合波器、アンテナ装置およびフェージング消去方法 - Google Patents

分合波器、アンテナ装置およびフェージング消去方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a multiplexer / demultiplexer, an antenna device, and a fading elimination method using a 4-wire helical antenna as an input / output antenna.
  • the 4-wire helical antenna is sometimes called a 4-phase helical antenna or a 4-wire helical antenna.
  • the 4-wire helical antenna is described in Patent Documents 1 and 2, for example.
  • Patent Document 1 discloses a 4-wire helical antenna device.
  • the four-wire helical antenna device of Patent Document 1 has a structure in which non-contact power is supplied to each helical antenna element.
  • Patent Document 1 describes a 90 ° hybrid and a 180 ° hybrid.
  • the hybrid is sometimes called a phase shifter, a mixer, a combiner, or a combiner, or a hybrid phase shifter, a hybrid mixer, a hybrid combiner, or the like.
  • Patent Document 2 also discloses a 4-wire helical antenna device.
  • the 4-wire helical antenna device of Patent Document 2 has a structure in which a first mode that is a circularly polarized wave compatible mode and a second mode that is a direct polarized wave compatible mode are switched by switches of each system. Yes.
  • the mode is changed by connecting a delay line to each helical antenna element by switching from the first mode to the second mode with a switch of each system.
  • Patent Document 3 discloses a fading elimination method for a single antenna with respect to multipath by the sea surface. This Patent Document 3 discloses a multiplexer / demultiplexer based on the characteristics of multipath generated at the sea surface. Patent Document 3 describes a phase shifter (variable phase shifter) capable of adjusting the amount of phase shift and an attenuator (variable attenuator) capable of adjusting the degree of attenuation. Patent Document 3 describes a combination circuit (equivalent to a 180 ° combiner) of a phase shifter and a combiner (mixer) that are combined after performing 180 ° phase shift.
  • a signal wave in which an antenna wave is a circularly polarized forward direct wave (1) and a circularly polarized forward reflected wave (2) and a circularly polarized reversely reflected wave are combined with a hybrid coupler. Separated into (3).
  • the circularly polarized reverse-rotation reflected wave (3) is adjusted to the opposite phase and the same amplitude of the circularly polarized forward-rotated reflected wave (2) by the attenuator and the phase shifter.
  • the combiner adjusts the signal wave, which is composed of the circularly polarized forward direct wave (1) and the circularly polarized forward reflected wave (2), and the reverse polarized reflected wave (3). The signal wave is combined.
  • this system is not a fading countermeasure for the 4-wire helical antenna device. It is not a countermeasure against fading that occurs on the ground surface.
  • Patent Document 4 also discloses a multiplexer / demultiplexer.
  • the multiplexer / demultiplexer includes one phase shifter (variable phase shifter), a 4-beam changeover switch, and one synthesis distributor.
  • the output signal of the 4-wire helical antenna device is affected by reflected waves (multipath) from the ground surface and the like. For this reason, with the existing 4-wire helical antenna device, it is difficult to make adjustments for easily realizing a stable reception state in an actual environment. For example, a signal transmitted from a satellite is a weak radio wave on the ground, and it is not clear what and how to adjust with a 4-wire helical antenna device as a countermeasure against fading of the ground surface reflected wave.
  • Patent Documents 1, 2, and 4 do not disclose a multipath fading countermeasure. Further, Patent Document 3 does not disclose a fading countermeasure for the 4-wire helical antenna device. Moreover, it does not disclose a fading countermeasure that occurs outside the sea surface.
  • Patent Documents 1 to 4 do not provide any fading countermeasures for the 4-wire helical antenna device.
  • the main signal level may be significantly weakened in the 4-wire helical antenna device.
  • the inventor examined a multiplexer / demultiplexer useful for reducing signal degradation due to multipath in an antenna device portion using a 4-wire helical antenna.
  • the present invention is made based on the above background, and provides a multiplexer / demultiplexer connected to a 4-wire helical antenna that reduces the influence of multipath, and an antenna device of a 4-wire helical antenna.
  • the present invention also provides a fading elimination method for a 4-wire helical antenna.
  • the multiplexer / demultiplexer is connected to each phase of a 4-wire helical antenna having 1 to 4 phases (1 phase, 2 phase, 3 phase, and 4 phase), and 1 An input terminal that receives a four-phase input signal from each phase, and the one-phase input signal and the two-phase input signal received from the input terminal, and the one-phase input signal and the two-phase input signal; Phase-separation that outputs the first left-handed circularly polarized wave and the first right-handed circularly-polarized wave after being phase-shifted by 90 degrees or -90 degrees in a combination of alternating in-phase A combination of a mixer and the three-phase input signal and the four-phase input signal received from the input terminal, and the three-phase input signal and the four-phase input signal are alternately in phase with each other.
  • 3rd left-handed circularly polarized wave and fourth right-handed circularly polarized wave Receiving the first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly polarized wave, and receiving the first left-handed circularly polarized wave or the second left-handed circularly polarized wave.
  • a first phase-shifting mixer that outputs a combined left-handed circularly polarized wave after being phase-shifted at 180 ° or ⁇ 180 ° in a combination of one phase and the other in the opposite phase; 180 degrees or -180 degrees by receiving a wave and the second right-handed circularly polarized wave, and combining one of the first right-handed circularly polarized wave or the second right-handed circularly polarized wave with the other phase.
  • a second phase-shifting mixer that outputs a combined right-handed circularly polarized wave, and receives one of the left-handed circularly polarized wave and the combined right-handed circularly polarized wave
  • a variable phase shifter that outputs the adjusted circularly polarized wave, the adjusted circularly polarized wave, and the synthetic left-handed circularly polarized wave. And characterized in that it has an output terminal for outputting the other of the composite right-handed circularly polarized wave.
  • An antenna device includes the multiplexer / demultiplexer and a 4-wire helical antenna connected to an input terminal of the multiplexer / demultiplexer.
  • a fading elimination method using a multiplexer / demultiplexer is connected to each phase of a four-wire helical antenna having one to four phases (one phase, two phases, three phases, and four phases).
  • 1-phase to 4-phase input signals are received from the input terminals, the 1-phase input signals and the 2-phase input signals are received from the input terminals, and the 1-phase input signals and the 2-phase inputs are received.
  • the signals are combined in phase with each other in the same phase at 90 degrees or -90 degrees and synthesized to output a first left-handed circularly polarized wave and a first right-handed circularly polarized wave, and the input terminal
  • the three-phase input signal and the four-phase input signal are shifted by 90 ° or ⁇ 90 ° in a combination of alternately in-phase.
  • the first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly polarized wave are received, and one of the first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly polarized wave is reversed in phase with the other. And after the phase is shifted by 180 degrees or -180 degrees, the combined left-handed circularly polarized wave is output, and the first right-handed circularly polarized wave and the second right-handed circularly polarized wave are received, 1 right-handed circularly polarized wave or the second right-handed circularly polarized wave is combined in the same phase with the other and phase-shifted by 180 degrees or -180 degrees and then synthesized to output a synthesized right-handed circularly polarized wave Then, one of the synthetic left-handed circularly polarized wave and the synthetic right-handed circularly polarized wave is received, adjusted in advance by the amount of phase shift received from the control terminal, and the adjusted circularly polarized wave is output, and the adjusted circularly polarized wave is output.
  • a multiplexer / demultiplexer connected to a 4-wire helical antenna that reduces the influence of multipath, and an antenna device of a 4-wire helical antenna.
  • this embodiment assumes that a satellite signal is received by a 4-wire helical antenna device installed on the ground.
  • phase shift of the main circular polarization component is displaced, and a reverse circular polarization component may be generated with respect to the direct wave (main circular polarization).
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a multiplexer / demultiplexer 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a 4-wire helical antenna device 3 including the multiplexer / demultiplexer 1. As shown in the figure, the multiplexer / demultiplexer 1 and the 4-wire helical antenna 2 form a 4-wire helical antenna device 3.
  • the shape of the 4-wire helical antenna 2 is an example, and a 4-wire helical antenna other than the shape in which four antenna elements are wound around the illustrated rod shape may be used.
  • RHCP indicates an RHCP (Right Hand Circular Polarization) signal
  • LHCP indicates an LHCP (Left Hand Circular Polarization) signal.
  • the multiplexer / demultiplexer 1 includes an input terminal 10, a first phase shift separation mixer 20, a second phase shift separation mixer 30, a first phase shift mixer 40, and a second phase shift mixing. 50, variable phase shifter 60, and output end 70.
  • the 4-wire helical antenna 2 has a 1-phase to 4-phase system with a phase difference of 90 °, and each system is isolated. Antenna signal waves of each system (reception waves of 1 to 4 phases) are connected to the input terminal 10 of the multiplexer / demultiplexer 1, respectively.
  • the 4-wire helical antenna device 3 is a combination of the multiplexer / demultiplexer 1 and the 4-wire helical antenna 2.
  • the input terminal 10 is connected to an element of each system, and receives an input signal (each received wave) of 1 to 4 phases.
  • the signal wave flowing into the input terminal 10 includes a main circularly polarized wave component and a reverse circularly polarized wave component.
  • the main circularly polarized wave is a right-handed wave
  • the left-handed wave that is a reverse circularly polarized wave component is actually mixed in the signal wave flowing into the input end.
  • a configuration in which the main circular polarization is right-hand circular polarization will be described.
  • the main circular polarization is a left circular polarization
  • the right and left may be switched as appropriate.
  • the first phase-shifting / separating mixer 20 of the present embodiment is composed of a 90 ° hybrid (HYB in the figure).
  • the first phase-shifting / separating mixer 20 receives one-phase and two-phase input signals from the input terminal 10, and right-handed circularly polarized wave (main-circularly polarized wave) and left-handed circularly polarized wave ( Are combined in the same phase alternately at 90 °.
  • the first phase shift separation mixer 20 outputs the combined signal wave as a first right-handed circularly polarized wave.
  • the phase amount to be phase-shifted may be changed to 90 ° and synthesized after phase-shifting at ⁇ 90 °.
  • the second phase-shifting / separating mixer 30 of the present embodiment is configured by a 90 ° hybrid (HYB in the figure).
  • the second phase-shifting / separating mixer 30 receives three-phase and four-phase input signals from the input terminal 10, and the right-handed circularly polarized wave (mainly circularly polarized wave) and the left-handed circularly polarized wave ( Are combined in the same phase alternately at 90 °.
  • the second phase shift separation mixer 30 outputs the combined signal wave as a second right-handed circularly polarized wave.
  • the phase amount to be phase-shifted may be changed to 90 ° and synthesized after phase-shifting at ⁇ 90 °.
  • the first phase shift mixer 40 of the present embodiment is composed of a 180 ° combiner (COMB in the figure).
  • the first phase shift mixer 40 receives the respective left-handed circularly polarized waves from the first phase shift separation mixer 20 and the second phase shift separation mixer 30 and performs phase shift synthesis.
  • phase shift synthesis one of the input signals received from the first phase shift separation mixer 20 and the second phase shift separation mixer 30 is phase-shifted at 180 ° in a combination that is opposite in phase to the other, and then synthesized. .
  • the first phase shift mixer 40 outputs the combined signal wave as a combined left-handed circularly polarized wave.
  • the phase amount to be phase-shifted may be changed to 180 ° and synthesized after phase-shifting at ⁇ 180 °.
  • FIG. 1 the structure of the 1st phase shift mixer 40 which carries out the phase shift of the input signal received from the 2nd phase shift separation mixer 30 is shown.
  • the second phase shift mixer 50 of the present embodiment is composed of a 180 ° combiner (COMB in the figure).
  • the second phase shift mixer 50 receives the respective right-handed circularly polarized waves from the first phase shift separation mixer 20 and the second phase shift separation mixer 30 and performs phase shift synthesis.
  • phase shift synthesis one of the input signals received from the first phase shift separation mixer 20 and the second phase shift separation mixer 30 is phase-shifted by 180 ° in a combination that is in phase with the other, and then synthesized.
  • the second phase shift mixer 50 outputs the synthesized signal wave as a synthesized right-handed circularly polarized wave.
  • the phase amount to be phase-shifted may be changed to 180 ° and synthesized after phase-shifting at ⁇ 180 °.
  • FIG. 1 the structure of the 2nd phase shift mixer 50 which carries out the phase shift of the input signal received from the 1st phase shift separation mixer 20 is shown.
  • the variable phase shifter 60 receives the output signal of the first phase shift mixer 40 and adjusts the output signal received in advance with the amount of phase shift received from the control terminal.
  • the amount of phase shift input to the control terminal may be adjusted so that fading elimination is maximized. This adjustment may be performed artificially, or an automatic adjustment circuit for adjusting the phase shift amount may be provided in the multiplexer / demultiplexer 1 to automatically adjust the phase shift amount. Further, the computer of the subsequent circuit may automatically adjust the phase shift amount.
  • the variable phase shifter 60 outputs the adjusted signal wave as an adjusted circularly polarized wave. In addition, it may replace with adjustment of the output signal of the 1st phase shift mixer 40, and you may comprise so that the output signal of the 2nd phase shift mixer 50 may be adjusted.
  • the output terminal 70 outputs the output signal of the variable phase shifter 60 and the output signal of the other first phase shift mixer 40 or the second phase shift mixer 50 not input to the variable phase shifter 60, respectively. To do.
  • This output signal is used in a circuit network (a multiplexer, a demodulator, an amplifier, a signal processing unit, an information processing unit, etc., arranged as necessary) arranged in a subsequent stage.
  • a circuit network a multiplexer, a demodulator, an amplifier, a signal processing unit, an information processing unit, etc., arranged as necessary
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the phase difference of the signal wave reaching the 4-wire helical antenna 2.
  • each antenna element of the 4-wire helical antenna 2 is shown in a plate shape.
  • each antenna element As shown in the figure, a signal having a phase difference of 90 ° between right-handed circular polarization and left-handed circular polarization is input to each antenna element.
  • each RHCP (right-handed circularly polarized wave) signal When a single-phase antenna element is set to 0 °, each RHCP (right-handed circularly polarized wave) signal has a phase difference of 0deg, 90deg, 180deg, 270deg, and each LHCP (left-handed circularly polarized wave) signal has 0deg,- There is a phase difference of 90deg, -180deg, -270deg.
  • a circularly polarized signal from an artificial satellite is received by a satellite signal receiver 8 (antenna device 3, four-wire helical antenna 2, four helical antenna elements).
  • a circularly polarized signal from the satellite is directly incident on the antenna, and a signal wave that is reflected on the ground and incident on the 4-wire helical antenna 2 is generated. Due to the interference of these two signal waves, the radio wave becomes weaker or stronger. If the main signal from the satellite is RHCP (right-handed circularly polarized wave), the reflected wave from the ground may be displaced to the LHCP (left-handed circularly polarized wave) component.
  • RHCP right-handed circularly polarized wave
  • the antenna device 3 first separates and phase-synthesizes each signal wave received by the 4-wire helical antenna 2 by the first phase-shifting / separating mixer 20 and the second phase-shifting / separating mixer 30. Next, the antenna device 3 phase-combines the synthesized right-handed circularly polarized wave component and the synthesized left-handed circularly polarized wave component by the first phase-shift mixer 40 and the second phase-shift mixer 50, respectively.
  • One of the two mixed waves is adjusted by the variable phase shifter 60 and is output to the subsequent circuit 4 together with the unadjusted mixed wave.
  • the antenna device 3 of the 4-wire helical antenna 2 that is not easily affected by the multipath signal can be obtained.
  • the satellite signal processing unit 7 is configured to multiplex two mixed waves obtained from the antenna device 3 after being amplified or attenuated as necessary by the post-stage circuit 5, thereby providing a highly accurate satellite. Signal acquisition and good information processing can be realized.
  • the multiplexer / demultiplexer and the antenna apparatus to which the present invention is applied can provide a mechanism for reducing the influence of multipath.
  • a multiplexer / demultiplexer connected to a 4-wire helical antenna that reduces the influence of multipath, and an antenna device of a 4-wire helical antenna.
  • a first phase-shifting / separating mixer that outputs the first left-handed circularly polarized wave and the first right-handed circularly-polarized wave, The three-phase input signal and the four-phase input signal are received from the input terminal, and the three-phase input signal and the four-phase input signal are alternately in-phase with each other at 90 degrees or ⁇ 90
  • a second phase-shifting / separating mixer that outputs a third left-handed circularly polarized wave and a fourth right-handed circularly polarized wave, The first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly-polarized wave are received, and one of the first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly polarized wave is reversed 180 to the other.
  • a first phase shift mixer that outputs a combined left-handed circularly polarized wave after being phase-shifted at a degree or -180 degrees;
  • the first right-handed circularly polarized wave and the second right-handed circularly polarized wave are received, and one of the first right-handed circularly polarized wave and the second right-handed circularly polarized wave is in phase with the other.
  • a second phase-shifting mixer that outputs a combined right-handed circularly polarized wave after being phase-shifted by 180 degrees or -180 degrees in combination;
  • a variable phase shifter that receives one of the synthetic left-handed circularly polarized wave and the synthetic right-handed circularly polarized wave, adjusts the phase shift amount received in advance from the control terminal, and outputs the adjusted circularly polarized wave;
  • a multiplexer / demultiplexer comprising: the adjusted circularly polarized wave; and an output terminal for outputting the other of the synthesized left-handed circularly polarized wave and the synthesized right-handed circularly polarized wave.
  • Each of the first phase-shifting / separating mixer and the second phase-shifting / separating mixer is composed of a hybrid.
  • Each of the first phase shift mixer and the second phase shift mixer is composed of a combiner.
  • An antenna device including the multiplexer / demultiplexer according to the above-described additional description and a 4-wire helical antenna connected to an input end of the multiplexer / demultiplexer.
  • a satellite signal receiver including the antenna device according to the above supplementary note and a satellite signal processing unit that uses the satellite signal received from the antenna device.
  • [Appendix 9] Accepts 1- to 4-phase input signals from the input terminals connected to each phase of a 4-wire helical antenna having 1 to 4 phases, 90 degrees or ⁇ 90 in a combination in which the one-phase input signal and the two-phase input signal are alternately in-phase with the one-phase input signal and the two-phase input signal received from the input terminal.
  • the first left-handed circularly polarized wave and the first right-handed circularly-polarized wave The three-phase input signal and the four-phase input signal are received from the input terminal, and the three-phase input signal and the four-phase input signal are alternately in-phase with each other at 90 degrees or ⁇ 90
  • the third left-handed circularly polarized wave and the fourth right-handed circularly polarized wave are alternately in-phase with each other at 90 degrees or ⁇ 90.
  • the first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly-polarized wave are received, and one of the first left-handed circularly polarized wave and the second left-handed circularly polarized wave is reversed 180 to the other.
  • Synthesize after phase shifting at a degree or -180 degrees, and output a synthetic left-handed circularly polarized wave The first right-handed circularly polarized wave and the second right-handed circularly polarized wave are received, and one of the first right-handed circularly polarized wave and the second right-handed circularly polarized wave is in phase with the other.
  • the present invention can be used for a satellite signal receiver (antenna device portion) useful for telemetry and command transmission with, for example, a communication satellite or an observation satellite.
  • the present invention can be used for devices that perform communication using a 4-wire helical antenna.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

４線式ヘリカルアンテナの各相から各入力信号を受け付ける入力端と、１相と２相の入力信号の入力信号の右旋円偏波と左旋円偏波とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで90/-90°で移相した後に合成する第１の移相分離混合器と、３相と４相の入力信号の入力信号の右旋円偏波と左旋円偏波とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで90/-90°で移相した後に合成する第２の移相分離混合器と、それぞれの左旋円偏波を受け付けて、一方を他方に逆相に成る組み合わせで180/-180°で移相した後に合成する第１の移相混合器と、それぞれの右旋円偏波を受け付けて、一方を他方に同相に成る組み合わせで180/-180°で移相した後に合成する第２の移相混合器と、一方の出力信号を予め受け付けた移相量で調整する可変移相器と、可変移相器の出力信号と、可変移相器に入力していない他方の出力信号をそれぞれ出力する出力端とを有する分合波器を用いる。このことで、４線式ヘリカルアンテナに加わるマルチパスの影響を低減する。

Description

分合波器、アンテナ装置およびフェージング消去方法
　本発明は、４線式ヘリカルアンテナを入力／出力アンテナとして用いる分合波器、アンテナ装置およびフェージング消去方法に関する。
　アンテナの一つの種別に４線式ヘリカルアンテナ（Quadrifilar helix antenna）がある。４線式ヘリカルアンテナは、４相ヘリカルアンテナや４線巻きヘリカルアンテナなどとも呼ぶことがある。
　４線式ヘリカルアンテナは、例えば特許文献１、２に記載されている。
　特許文献１は、４線式ヘリカルアンテナ装置を開示している。この特許文献１の４線式ヘリカルアンテナ装置は、各ヘリカルアンテナ素子に非接触給電する構造を有する。また、特許文献１は、９０°ハイブリッド、１８０°ハイブリッドを記載している。ハイブリッドは、移相器や混合器、結合器、合波器と呼ばれたり、ハイブリッド移相器、ハイブリッド混合器、ハイブリッド結合器などと呼ばれることもある。
　特許文献２も、４線式ヘリカルアンテナ装置を開示している。この特許文献２の４線式ヘリカルアンテナ装置は、円偏波対応モードである第１のモードと、直接偏波対応モードである第２のモードを、各系統のスイッチで切替える構造を具備している。この４線式ヘリカルアンテナ装置は、各系統のスイッチで第１のモードから第２のモードに切り替えることで、各ヘリカルアンテナ素子に遅延線をそれぞれ接続してモード変更する。
　また、関連する技術は、特許文献３、４にも記載されている。
　特許文献３は、海面によるマルチパスに対する単体アンテナのフェージング消去方法を開示している。この特許文献３は、海面で生じるマルチパスの特性を踏まえた分合波器を開示している。また、特許文献３は、移相量を調整可能な移相器（可変移相器）と、減衰度を調整可能な減衰器（可変減衰器）とを記載している。また、特許文献３は、１８０°の移相を行った後に合成する移相器と合成器（混合器）の組み合わせ回路（１８０°コンバイナー相当）を記載している。この方式では、ハイブリッド結合器で、アンテナ波を円偏波正旋直接波（１）と円偏波正旋反射波（２）とが合波している信号波と円偏波逆旋反射波（３）とに分離する。次に、減衰器及び移相器で、円偏波逆旋反射波（３）を円偏波正旋反射波（２）の逆位相及び同振幅に調整する。最後に、合成器で、円偏波正旋直接波（１）と円偏波正旋反射波（２）とが合波している信号波と、偏波逆旋反射波（３）を調整した信号波とを合波する。その結果、理想的には海面で生じる反射波を消去でき、円偏波正旋直接波（１）のみが得られることとなる。なお、本方式は、４線式ヘリカルアンテナ装置に対するフェージング対策ではない。また、地上面などで生じるフェージング対策ではない。
　特許文献４も、分合波器を開示している。この特許文献４では、分合波器は、１つの移相器（可変移相器）と、４ビーム切替スイッチと、１つの合成分配器とから成る。
国際公開第０１／００１５１８号 特開２００７－１７３９３２号公報 特公平０１－００４７０３号公報 特許第２５０８５９６号公報
　実環境で４線式ヘリカルアンテナを扱う上で、４線式ヘリカルアンテナ装置の出力信号は、地上表面などの反射波（マルチパス）の影響を受ける。このため、既存の４線式ヘリカルアンテナ装置では、実環境で安定した受信状態を簡易に実現するための調整が困難である。例えば、衛星から送信される信号は地上で微弱な電波となっており、４線式ヘリカルアンテナ装置で何をどのように調整すれば地表面反射波のフェージング対策となるか明確ではない。
　上記特許文献１、２、４では、マルチパスによるフェージング対策は開示されていない。また、特許文献３は、４線式ヘリカルアンテナ装置に対するフェージング対策を開示していない。また、海面以外で生じるフェージング対策について開示されていない。
　換言すれば、上記特許文献１～４では、４線式ヘリカルアンテナ装置のフェージング対策を何れも提供していない。
　実環境では、人工衛星からの微弱受信信号が地表面によるマルチパス信号の影響を強く受けた際に、４線式ヘリカルアンテナ装置内で主信号レベルが有意に弱くなる場合もある。
　そこで、発明者は、４線式ヘリカルアンテナを用いたアンテナ装置部分においてマルチパスによる信号劣化を軽減することに有益な分合波器を検討した。
　本発明は、上記背景のもとで成されており、マルチパスの影響を軽減する４線式ヘリカルアンテナに接続する分合波器、４線式ヘリカルアンテナのアンテナ装置を提供する。
　また、本発明は、４線式ヘリカルアンテナのフェージング消去方法を提供する。
　本発明の一実施形態に係る分合波器は、１相から４相（１相，２相，３相，及び４相）を有する４線式ヘリカルアンテナの各相とそれぞれ接続して、１相から４相の入力信号をそれぞれ受け付ける入力端と、前記入力端から前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とを受けて、前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第１の左旋円偏波と第１の右旋円偏波とを出力する第１の移相分離混合器と、前記入力端から前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とを受けて、前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第３の左旋円偏波と第４の右旋円偏波とを出力する第２の移相分離混合器と、前記第１の左旋円偏波と前記第２の左旋円偏波を受け付けて、前記第１の左旋円偏波または前記第２の左旋円偏波の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成左旋円偏波を出力する第１の移相混合器と、前記第１の右旋円偏波と前記第２の右旋円偏波を受け付けて、前記第１の右旋円偏波または前記第２の右旋円偏波の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成右旋円偏波を出力する第２の移相混合器と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の一方を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で調整して、調整した円偏波を出力する可変移相器と、前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方とを出力する出力端とを有することを特徴とする。
　本発明の一実施形態に係るアンテナ装置は、上記分合波器と、この分合波器の入力端に接続する４線式ヘリカルアンテナとを含む。
　本発明の一実施形態に係る分合波器によるフェージング消去方法は、１相から４相（１相，２相，３相，及び４相）を有する４線式ヘリカルアンテナの各相とそれぞれ接続した入力端から１相から４相の入力信号をそれぞれ受け付け、前記入力端から前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とを受けて、前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第１の左旋円偏波と第１の右旋円偏波とを出力し、前記入力端から前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とを受けて、前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第３の左旋円偏波と第４の右旋円偏波とを出力し、前記第１の左旋円偏波と前記第２の左旋円偏波を受け付けて、前記第１の左旋円偏波または前記第２の左旋円偏波の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成左旋円偏波を出力し、前記第１の右旋円偏波と前記第２の右旋円偏波を受け付けて、前記第１の右旋円偏波または前記第２の右旋円偏波の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成右旋円偏波を出力し、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の一方を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で調整して、調整した円偏波を出力し、前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方を出力端からそれぞれ出力することを特徴とする。
　本発明によれば、マルチパスの影響を軽減する４線式ヘリカルアンテナに接続する分合波器、４線式ヘリカルアンテナのアンテナ装置を提供できる。
　同じく、本発明によれば、４線式ヘリカルアンテナのフェージング消去方法を提供できる。
本発明の第１の実施形態の分合波器を示す機能ブロック図である。 第１の実施形態の４線式ヘリカルアンテナ装置３の配置例を示す概略図である。 ４線式ヘリカルアンテナ２に到達する信号波の位相差を説明する説明図である。
　本発明の実施形態を図１ないし図３を参照しながら説明する。
　説明上、本実施形態では、地上に設置された４線式ヘリカルアンテナ装置で衛星信号を受け付けることを前提にする。
　一般に、地上面で反射されるマルチパスには、主旋円偏波成分の移相が変位して、直接波（主旋円偏波）に対して逆旋円偏波成分が生じることがある。
　また、４線式ヘリカルアンテナ装置の後段要素（信号合成部（合波器）や、増幅器、復調器、デジタル信号プロセッサ、情報処理部など）の詳細な説明は省略する。４線式ヘリカルアンテナ装置の後段要素では、所望のアナログ信号処理、デジタル信号処理、情報処理などを適宜行えばよい。また、後段要素で、更なるフェージング対策を行うこととしてもよい。
　図１は、第１の実施形態の分合波器１を示す機能ブロック図である。図２は、分合波器１を含む４線式ヘリカルアンテナ装置３の一例を示す概略図である。なお、図示するように、分合波器１と４線式ヘリカルアンテナ２は、４線式ヘリカルアンテナ装置３を形成する。また、４線式ヘリカルアンテナ２の形状は一例であり、図示した棒状に４つのアンテナエレメントを巻き付けた形状以外の４線式ヘリカルアンテナであってもよい。図中のRHCPは、RHCP（Right Hand Circular Polarization, 右旋円偏波）信号を示すし、LHCPは、LHCP（Left Hand Circular Polarization, 左旋円偏波）信号を示す。
　本実施形態の分合波器１は、入力端１０、第１の移相分離混合器２０、第２の移相分離混合器３０、第１の移相混合器４０、第２の移相混合器５０、可変移相器６０、出力端７０を用いて構成されている。
　４線式ヘリカルアンテナ２は、９０°ずつ位相差を持った１相から４相の系統を有して、各々の系統がアイソレーションされている。各系統のアンテナ信号波（１相から４相の各受信波）は、分合波器１の入力端１０にそれぞれ接続される。
　４線式ヘリカルアンテナ装置３は、分合波器１と４線式ヘリカルアンテナ２の組み合わせである。
　入力端１０は、各系統のエレメントと接続して、１相から４相の入力信号（各受信波）をそれぞれ受け付ける。この入力端１０に流入する信号波には、主旋円偏波及び逆旋円偏波成分が含まれる。例えば主旋円偏波が右旋波であれば、逆旋円偏波成分である左旋波も入力端に流入する信号波に現実には混在する。本実施形態では、主旋円偏波が右旋円偏波である構成を説明する。主旋円偏波が左旋円偏波である構成は、適宜右と左を入れ替えればよい。
　本実施形態の第１の移相分離混合器２０は、９０°ハイブリッド（図中HYB）で構成されている。第１の移相分離混合器２０は、入力端１０から１相と２相の入力信号を受けて、各々の入力信号の右旋円偏波（主旋円偏波）と左旋円偏波（逆旋円偏波）とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０°で移相し合成する。第１の移相分離混合器２０は、合成した信号波を第１の右旋円偏波として出力する。移相する位相量は、９０°に変えて－９０°で移相した後に合成するようにしてもよい。
　本実施形態の第２の移相分離混合器３０は、９０°ハイブリッド（図中HYB）で構成されている。第２の移相分離混合器３０は、入力端１０から３相と４相の入力信号を受けて、各々の入力信号の右旋円偏波（主旋円偏波）と左旋円偏波（逆旋円偏波）とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０°で移相し合成する。第２の移相分離混合器３０は、合成した信号波を第２の右旋円偏波として出力する。移相する位相量は、９０°に変えて－９０°で移相した後に合成するようにしてもよい。
　本実施形態の第１の移相混合器４０は、１８０°コンバイナー（図中COMB）で構成されている。第１の移相混合器４０は、第１の移相分離混合器２０と第２の移相分離混合器３０からそれぞれの左旋円偏波を受け付けて、移相合成する。この移相合成では、第１の移相分離混合器２０と第２の移相分離混合器３０から受け付けた入力信号の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０°で移相した後に合成する。第１の移相混合器４０は、合成した信号波を合成左旋円偏波として出力する。移相する位相量は、１８０°に変えて－１８０°で移相した後に合成するようにしてもよい。図１では、第２の移相分離混合器３０から受け付けた入力信号を移相する第１の移相混合器４０の構成を示している。
　本実施形態の第２の移相混合器５０は、１８０°コンバイナー（図中COMB）で構成されている。第２の移相混合器５０は、第１の移相分離混合器２０と第２の移相分離混合器３０からそれぞれの右旋円偏波を受け付けて、移相合成する。この移相合成では、第１の移相分離混合器２０と第２の移相分離混合器３０から受け付けた入力信号の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０°で移相した後に合成する。第２の移相混合器５０は、合成した信号波を合成右旋円偏波として出力する。移相する位相量は、１８０°に変えて－１８０°で移相した後に合成するようにしてもよい。図１では、第１の移相分離混合器２０から受け付けた入力信号を移相する第２の移相混合器５０の構成を示している。
　可変移相器６０は、第１の移相混合器４０の出力信号を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で受け付けた出力信号を調整する。制御端子に入力する移相量は、フェージング消去が最大になるように調整すればよい。この調整は、人為的に実施してもよいし、分合波器１に移相量を調整する自動調整回路を設けて自動的に移相量を調整してもよい。また、後段回路のコンピュータが自動的に移相量を調整してもよい。可変移相器６０は、調整した信号波を調整円偏波として出力する。なお、第１の移相混合器４０の出力信号の調整に替えて、第２の移相混合器５０の出力信号の調整を行うように構成しても構わない。
　出力端７０は、可変移相器６０の出力信号と、可変移相器６０に入力していない他方の第１の移相混合器４０または第２の移相混合器５０の出力信号をそれぞれ出力する。
　この出力信号は、後段に配置される回路網（必要に応じて配置された、合波器、復調器、増幅器、信号処理部、情報処理部など）で使用される。
　本実施形態のアンテナ装置３の全体の動作を図１、図２、図３を用いて説明する。
　なお、図３は、４線式ヘリカルアンテナ２に到達する信号波の位相差を説明する説明図である。この図中では、４線式ヘリカルアンテナ２の各アンテナエレメントを板状に引き伸ばして図示している。
　図示するように、各アンテナ素子には、右旋円偏波／左旋円偏波がそれぞれ９０°ずつ位相差を持った信号が入力される。１相のアンテナ素子を０°とした場合に、各RHCP（右旋円偏波）信号は0deg, 90deg, 180deg, 270degの位相差があり、各LHCP（左旋円偏波）信号は0deg, -90deg, -180deg, -270degの位相差がある。
　図２に示すように、人工衛星からの円偏波信号は衛星信号受信機８（アンテナ装置３，４線式ヘリカルアンテナ２，４つのヘリカルアンテナ素子）で受け取られる。この時、衛星からの円偏波信号はアンテナに直接入射するものと、地面に反射して４線式ヘリカルアンテナ２に入射する信号波が生じる。これら２信号波の干渉により、電波が弱くなったり、強くなったりする。なお、衛星からの主信号をRHCP（右旋円偏波）とすると地上からの反射波はLHCP（左旋円偏波）成分に変位することがある。
　アンテナ装置３は、まず ４線式ヘリカルアンテナ２で受けた各信号波を第１の移相分離混合器２０と第２の移相分離混合器３０でそれぞれ２相ずつ分離移相合成する。次にアンテナ装置３は、第１の移相混合器４０と第２の移相混合器５０でそれぞれ合成右旋円偏波成分と合成左旋円偏波成分を移相合成する。
　このような回路網に４相のアンテナ信号波を通過させると、第１の移相混合器４０と第２の移相混合器５０の一方からはRHCP波の混合波、他方からはLHCP波の混合波が出力されることになる。
　この二つの混合波の一方を可変移相器６０で調整して、未調整の方の混合波と共に後段回路４に出力する。
　この２つの混合波を用いることで、アンテナ装置３として、４線式ヘリカルアンテナ２から実質的に有益な高信号レベルの信号を得ることが可能になる。換言すれば、マルチパス信号の影響を受けにくい４線式ヘリカルアンテナ２のアンテナ装置３を得られる。
　このことで、衛星信号処理部７は、後段回路５で、必要に応じて増幅や減衰させた後にアンテナ装置３から得た２つの混合波を合波する構成にすることで、精度の高い衛星信号の取得や良好な情報処理を実現できる。
　以上説明したように、本発明を適用した分合波器およびアンテナ装置は、マルチパスの影響を軽減する仕組みを提供できる。
　すなわち、本発明によれば、マルチパスの影響を軽減する４線式ヘリカルアンテナに接続する分合波器、４線式ヘリカルアンテナのアンテナ装置を提供できる。
　同じく、本発明によれば、４線式ヘリカルアンテナのフェージング消去方法を提供できる。
　また、本発明の具体的な構成は前述の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。
　また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載されうる。尚、以下の付記は本発明をなんら限定するものではない。　
［付記１］
　１相から４相を有する４線式ヘリカルアンテナの各相とそれぞれ接続して、１相から４相の入力信号をそれぞれ受け付ける入力端と、
　前記入力端から前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とを受けて、前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第１の左旋円偏波と第１の右旋円偏波とを出力する第１の移相分離混合器と、
　前記入力端から前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とを受けて、前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第３の左旋円偏波と第４の右旋円偏波とを出力する第２の移相分離混合器と、
　前記第１の左旋円偏波と前記第２の左旋円偏波を受け付けて、前記第１の左旋円偏波または前記第２の左旋円偏波の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成左旋円偏波を出力する第１の移相混合器と、
　前記第１の右旋円偏波と前記第２の右旋円偏波を受け付けて、前記第１の右旋円偏波または前記第２の右旋円偏波の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成右旋円偏波を出力する第２の移相混合器と、
　前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の一方を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で調整して、調整した円偏波を出力する可変移相器と、
　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方とを出力する出力端と
を有することを特徴とする分合波器。
［付記２］
　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方とを合成する合波器を更に含むことを特徴とする上記付記記載の分合波器。
［付記３］
　前記第１の移相分離混合器および前記第２の移相分離混合器の各々はハイブリッドから成ることを特徴とする上記付記記載の分合波器。
［付記４］
　前記第１の移相混合器および前記第２の移相混合器の各々は、コンバイナーから成ることを特徴とする上記付記記載の分合波器。
［付記５］
　前記可変移相器に入力する移相量を該可変移相器の出力パワーが最大になるように調整する自動調整回路を具備することを特徴とする上記付記記載の分合波器。
［付記６］
　上記付記記載に記載の分合波器と、前記分合波器の入力端に接続する４線式ヘリカルアンテナとを含むアンテナ装置。
［付記７］
　上記付記記載のアンテナ装置と、このアンテナ装置から受信した衛星信号を使用する衛星信号処理部を含む衛星信号受信機。
［付記８］
　前記可変移相器に入力する移相量を該可変移相器の出力パワーを最大に調整する衛星信号処理部を具備することを特徴とする上記付記記載の衛星信号受信機。
［付記９］
　１相から４相を有する４線式ヘリカルアンテナの各相とそれぞれ接続した入力端から１相から４相の入力信号をそれぞれ受け付け、
　前記入力端から前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とを受けて、前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第１の左旋円偏波と第１の右旋円偏波とを出力し、
　前記入力端から前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とを受けて、前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第３の左旋円偏波と第４の右旋円偏波とを出力し、
　前記第１の左旋円偏波と前記第２の左旋円偏波を受け付けて、前記第１の左旋円偏波または前記第２の左旋円偏波の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成左旋円偏波を出力し、
　前記第１の右旋円偏波と前記第２の右旋円偏波を受け付けて、前記第１の右旋円偏波または前記第２の右旋円偏波の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成右旋円偏波を出力し、
　前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の一方を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で調整して、調整した円偏波を出力し、
　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方を出力端からそれぞれ出力する
分合波器によるフェージング消去方法。
［付記１０］
　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方とを合波器で合成することを特徴とする上記付記記載のフェージング消去方法。
　本発明は、例えば通信衛星や観測衛星などとのテレメトリやコマンド送信に有益な衛星信号受信機（アンテナ装置部分）に用いることができる。また、衛星通信以外にも４線式ヘリカルアンテナを用いた通信を行う機器に使用できる。
　この出願は、２０１５年８月７日に出願された日本出願特願２０１５－１５６７４９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１　　分合波器
２　　４線式ヘリカルアンテナ
３　　アンテナ装置
４　　後段回路
５　　プロセッサ
６　　メモリー／ストレージ
７　　衛星信号処理部
８　　衛星信号受信機
１０　入力端
２０　第１の移相分離混合器
３０　第２の移相分離混合器
４０　第１の移相混合器
５０　第２の移相混合器
６０　可変移相器
７０　出力端
 

 

Claims (6)

  1. 　１相から４相（１相，２相，３相，及び４相）を有する４線式ヘリカルアンテナの各相とそれぞれ接続して、１相から４相の入力信号をそれぞれ受け付ける入力端と、
    　前記入力端から前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とを受けて、前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第１の左旋円偏波と第１の右旋円偏波とを出力する第１の移相分離混合器と、
    　前記入力端から前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とを受けて、前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第３の左旋円偏波と第４の右旋円偏波とを出力する第２の移相分離混合器と、
    　前記第１の左旋円偏波と前記第２の左旋円偏波を受け付けて、前記第１の左旋円偏波または前記第２の左旋円偏波の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成左旋円偏波を出力する第１の移相混合器と、
    　前記第１の右旋円偏波と前記第２の右旋円偏波を受け付けて、前記第１の右旋円偏波または前記第２の右旋円偏波の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成右旋円偏波を出力する第２の移相混合器と、
    　前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の一方を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で調整して、調整した円偏波を出力する可変移相器と、
    　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方とを出力する出力端と
    を有することを特徴とする分合波器。
  2. 　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方とを合成する合波器を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の分合波器。
  3. 　前記第１の移相分離混合器および前記第２の移相分離混合器の各々はハイブリッドから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の分合波器。
  4. 　前記第１の移相混合器および前記第２の移相混合器の各々は、コンバイナーから成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の分合波器。
  5. 　請求項１ないし４の何れか一項に記載の分合波器と、前記分合波器の入力端に接続する４線式ヘリカルアンテナとを含むアンテナ装置。
  6. 　１相から４相（１相，２相，３相，及び４相）を有する４線式ヘリカルアンテナの各相とそれぞれ接続した入力端から１相から４相の入力信号をそれぞれ受け付け、
    　前記入力端から前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とを受けて、前記１相の入力信号と前記２相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第１の左旋円偏波と第１の右旋円偏波とを出力し、
    　前記入力端から前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とを受けて、前記３相の入力信号と前記４相の入力信号とをそれぞれ交互に同相に成る組み合わせで９０度又は－９０度で移相した後に合成して、第３の左旋円偏波と第４の右旋円偏波とを出力し、
    　前記第１の左旋円偏波と前記第２の左旋円偏波を受け付けて、前記第１の左旋円偏波または前記第２の左旋円偏波の一方を他方に逆相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成左旋円偏波を出力し、
    　前記第１の右旋円偏波と前記第２の右旋円偏波を受け付けて、前記第１の右旋円偏波または前記第２の右旋円偏波の一方を他方に同相に成る組み合わせで１８０度又は－１８０度で移相した後に合成して、合成右旋円偏波を出力し、
    　前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の一方を受け付けて、予め制御端子から受け付けた移相量で調整して、調整した円偏波を出力し、
    　前記調整した円偏波と、前記合成左旋円偏波及び前記合成右旋円偏波の他方を出力端からそれぞれ出力する
    分合波器によるフェージング消去方法。
     

     
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