(57)【要約】【課題】校正を安価に行うことができ、移動環境下における使用に適した偏波面制御アンテナを提供する。【解決手段】偏波面制御アンテナは、設定された偏波角に基づき入力信号を２つの経路に分配する分配部と、分配部の出力と接続する第１の９０度ハイブリッド、及び、第２の９０度ハイブリッドを含むバランス回路と、第２の９０度ハイブリッドの出力を直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、第１の９０度ハイブリッドによる変換後の各信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御部と、第２の９０度ハイブリッドの出力と接続し、該出力を流れる校正用信号を抽出する手段と、抽出した校正用信号のレベルを測定する手段と、分配部の偏波角の設定と、第１及び第２の振幅位相部の利得係数及び位相係数を設定する制御部とを備えている。【選択図】図１９
2010010993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された偏波角に基づき入力される信号を２つの経路に分配して出力する分配部と、前記分配部が出力する各経路の信号を変換して、第１の経路及び第２の経路に出力する第１の９０度ハイブリッドと、前記第１の経路及び前記第２の経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッドと、第２の９０度ハイブリッドの２つの出力端子から出力される信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、前記第１の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第１の振幅位相制御部と、前記第２の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第２の振幅位相制御部と、を備えている偏波面制御アンテナの校正方法であって、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドのいずれかの入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量、並びに、第２の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量を求めて設定する第１の校正ステップと、
前記第１の経路及び第２の経路の非線形補償を行うためのデータテーブルを作成する第２の校正ステップと、
を備えており、
前記データテーブルは、前記第１の経路へ出力される信号電力に対して、第１の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第１のデータと、前記第２の経路へ出力される信号電力に対して、第２の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第２のデータとを含み、
前記第１のデータは、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドのいずれかの入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、
第２の振幅位相制御部が出力する校正用信号を０とし、前記第１の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第１の経路の利得を測定して線形時利得として記憶し、
校正用信号の電力を増加させて第１の経路を非線形動作させた後、第１の経路へ出力される信号電力を測定し、第１の経路の利得を線形時利得に一致させる第１の振幅位相制御部の振幅変化量を求め、第２の経路が線形動作となる範囲で第２の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない第２の９０度ハイブリッドの出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得する方法。
【請求項２】
第１の校正ステップは、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの一方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量、並びに、第２の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量を求めた後、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの他方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量、並びに、第２の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量を求め、
求めた各変化量の平均値を、第１の振幅位相制御部と第２の振幅位相制御部にそれぞれ設定し、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの一方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする、第１の９０度ハイブリッドの一方の出力端子に対応する位相係数及び分配係数を求めて設定し、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの他方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする、第１の９０度ハイブリッドの他方の出力端子に対応する位相係数及び分配係数を求めて設定する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のデータは、さらに、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの一方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の経路が線形動作となる範囲で第２の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、第１の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第２の９０度ハイブリッドの理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得する、
請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２のデータは、
分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドのいずれかの入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、
第１の振幅位相制御部が出力する校正用信号を０とし、前記第２の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第２の経路の利得を測定して線形時利得として記憶し、
校正用信号の電力を増加させて第２の経路を非線形動作させた後、第２の経路へ出力される信号電力を測定し、第２の経路の利得を線形時利得に一致させる第２の振幅位相制御部の振幅変化量を求め、第１の経路が線形動作となる範囲で第１の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない第２の９０度ハイブリッドの出力端子から出力される校正用信号を最小にする第２の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得する請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
設定された偏波角に基づき入力される信号を第１の経路及び第２の経路に分配して出力する分配部と、第１の経路及び第２の経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、前記第１の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第１の振幅位相制御部と、前記第２の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第２の振幅位相制御部と、を備えている偏波面制御アンテナの校正方法であって、
第１の経路及び第２の経路の非線形補償を行うためのデータテーブルを作成する校正ステップを備えており、
前記データテーブルは、前記第１の経路へ出力される信号電力に対して、第１の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第１のデータと、前記第２の経路へ出力される信号電力に対して、第２の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第２のデータとを含み、
前記第１のデータは、
分配部に入力した校正用信号が、第１の経路と第２の経路へ等しい電力で出力される様に偏波角を設定し、９０度ハイブリッドの２つの入力端子を、偏波共用アンテナの２つの入力端子にそれぞれ接続し、
第２の振幅位相制御部が出力する校正用信号を０とし、前記第１の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第１の経路の利得を測定して線形時利得として記憶し、
校正用信号の電力を増加させて第１の経路を非線形動作させた後、第１の経路へ出力される信号電力を測定し、第１の経路の利得を線形時利得に一致させる第１の振幅位相制御部の振幅変化量を求め、第２の経路が線形動作となる範囲で第２の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない９０度ハイブリッドの出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得する方法。
【請求項６】
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、
分配手段により分配された各経路の信号を変換する第１の９０度ハイブリッド手段と、
第１の９０度ハイブリッド手段により変換された各経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッド手段と、
第２の９０度ハイブリッド手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、
第１の９０度ハイブリッド手段と第２の９０度ハイブリッド手段の間に設けられ、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御手段と、
偏波共用アンテナの各入力端子に接続し、各入力端子に入力される校正用信号を抽出する校正用信号抽出手段と、
校正用抽出手段が抽出した校正用信号を検波して検波信号を出力する検波手段と、
検波手段が出力した検波信号の電圧を測定する電圧測定手段と、
電圧測定手段が測定した電圧を監視し、分配手段に設定する偏波角と、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量と、第１の９０度ハイブリッド手段の各分配係数及び各位相係数を設定する制御手段と、
を備えている偏波面制御アンテナ。
【請求項７】
第１の９０度ハイブリッド手段が各経路に出力する信号の電力を測定するレベル検出手段と、
第１の９０度ハイブリッド手段が各経路に出力する信号の電力に対し、第１及び第２の振幅位相制御手段に設定する振幅及び位相変化量を示すデータテーブルと、
をさらに備えており、
制御手段は、レベル検出手段の測定電力に基づきデータテーブルを参照して第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する、
請求項６に記載の偏波面制御アンテナ。
【請求項８】
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、
分配手段により分配された各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御手段と、
第１及び第２の振幅位相制御手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、
偏波共用アンテナの各入力端子にその入力端子が接続されている９０度ハイブリッド手段と、
分配手段が各経路に出力する信号の電力を測定するレベル検出手段と、
分配手段が各経路に出力する信号の電力に対し、第１及び第２の振幅位相制御手段に設定する振幅及び位相変化量を示すデータテーブルと、
レベル検出手段の測定電力に基づきデータテーブルを参照して第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する制御手段と、
を備えている偏波面制御アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムおける送信アンテナに関し、より詳しくは、例えば、移動体通信衛星等に使用される、電気的に偏波面を制御するアンテナと、該アンテナの校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的に偏波面を制御可能な偏波面制御アンテナは、所望の偏波面を形成するために、互いに直交する偏波用の各入力端子を、所定の振幅及び位相で励振する必要がある。偏波面制御アンテナにおけるビーム形成のための信号処理は、従来のフェーズドアレイアンテナと同様であり、経路数が２のフェーズドアレイアンテナの校正方法が、例えば、非特許文献１及び非特許文献２に記載されている。
【０００３】
非特許文献１及び非特許文献２に記載の構成は、ビーム形成装置の通過特性を、等振幅及び等位相状態になる様に制御するものであり、図２５に示す様に、ベクトルネットワークアナライザが、ビーム形成装置の入力端子と各素子アンテナ間の、通過振幅及び位相を順次測定して相対振幅及び位相差を求め、その後、ビーム形成装置において、振幅及び位相誤差補償を行っている。
【０００４】
【非特許文献１】澤田  他、“技術試験衛星ＶＩＩＩ型（きく８号）通信系ミッションシステムのシステム試験概要報告”、第５１回宇宙科学技術連合講演会、１Ｊ１２、２００７年１０月
【非特許文献２】鈴木  他、“技術試験衛星ＶＩＩＩ型搭載ビーム形成装置２型の概要と基本動作の確認”、第５１回宇宙科学技術連合講演会、１Ｊ１４、２００７年１０月
【非特許文献３】江上  他、“多端子電力合成系マルチビーム送信系”、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ６９−Ｂ、Ｎｏ．２、ｐｐ．２０６−２１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術における方法は、通過振幅及び位相を測定するために、高価なマイクロ波帯の測定器、具体的には、図２５に示すベクトルネットワークアナライザの他、信号発生器、スペクトラムアナライザ、周波数変換器、可変移相器、可変減衰器等を必要とする。さらに、アンテナを移動環境で使用する場合、これら測定器を常に具備しておかなければならないが、上記、ベクトルネットワークアナライザ等は一般的にその重量が重く、サイズも大きいという問題もある。
【０００６】
また、電気的手法による偏波形成のためには、２偏波共用アンテナへの励振振幅位相を最適化することになり、よって、増幅器へ入力される信号の振幅は大きく異なる。このため、経路の校正がとれていても増幅器の非線形性の影響により、利得圧縮や位相変動が生じ、結果、振幅及び位相誤差が生じるという問題もある。これを解決するためには、増幅器へ入力する信号の振幅又は電力を抑え、利得の低下や、位相変化の発生しない線形領域で増幅器を使用すれば良いが、この場合、増幅器の使用効率が大きく低下することになる。
【０００７】
したがって、本発明は、従来技術よりその校正を安価に行うことができ、移動環境下における使用に適した偏波面制御アンテナと、偏波面制御アンテナの校正方法を提供することを目的とする。また、増幅器の使用効率を低下させない校正方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における偏波面制御アンテナの校正方法によれば、
設定された偏波角に基づき入力される信号を２つの経路に分配して出力する分配部と、前記分配部が出力する各経路の信号を変換して、第１の経路及び第２の経路に出力する第１の９０度ハイブリッドと、前記第１の経路及び前記第２の経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッドと、第２の９０度ハイブリッドの２つの出力端子から出力される信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、前記第１の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第１の振幅位相制御部と、前記第２の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第２の振幅位相制御部と、を備えている偏波面制御アンテナの校正方法であって、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドのいずれかの入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量、並びに、第２の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量を求めて設定する第１の校正ステップと、前記第１の経路及び第２の経路の非線形補償を行うためのデータテーブルを作成する第２の校正ステップとを備えており、前記データテーブルは、前記第１の経路へ出力される信号電力に対して、第１の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第１のデータと、前記第２の経路へ出力される信号電力に対して、第２の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第２のデータとを含み、前記第１のデータは、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドのいずれかの入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の振幅位相制御部が出力する校正用信号を０とし、前記第１の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第１の経路の利得を測定して線形時利得として記憶し、校正用信号の電力を増加させて第１の経路を非線形動作させた後、第１の経路へ出力される信号電力を測定し、第１の経路の利得を線形時利得に一致させる第１の振幅位相制御部の振幅変化量を求め、第２の経路が線形動作となる範囲で第２の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない第２の９０度ハイブリッドの出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得することを特徴とする。
【０００９】
本発明の校正方法における他の実施形態によれば、
第１の校正ステップは、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの一方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量、並びに、第２の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量を求めた後、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの他方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量、並びに、第２の振幅位相制御部の振幅及び位相変化量を求め、求めた各変化量の平均値を、第１の振幅位相制御部と第２の振幅位相制御部にそれぞれ設定し、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの一方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする、第１の９０度ハイブリッドの一方の出力端子に対応する位相係数及び分配係数を求めて設定し、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの他方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の９０度ハイブリッドの、理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする、第１の９０度ハイブリッドの他方の出力端子に対応する位相係数及び分配係数を求めて設定することも好ましい。
【００１０】
また、本発明の校正方法における他の実施形態によれば、
前記第１のデータは、さらに、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドの一方の入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第２の経路が線形動作となる範囲で第２の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、第１の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第２の９０度ハイブリッドの理想的には校正用信号が出力されない出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得することも好ましい。
請求項１又は２に記載の方法。
【００１１】
さらに、本発明の校正方法における他の実施形態によれば、
前記第２のデータは、分配部に入力した校正用信号が、第１の９０度ハイブリッドのいずれかの入力端子に入力される様に、分配部の偏波角を設定し、第１の振幅位相制御部が出力する校正用信号を０とし、前記第２の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第２の経路の利得を測定して線形時利得として記憶し、校正用信号の電力を増加させて第２の経路を非線形動作させた後、第２の経路へ出力される信号電力を測定し、第２の経路の利得を線形時利得に一致させる第２の振幅位相制御部の振幅変化量を求め、第１の経路が線形動作となる範囲で第１の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない第２の９０度ハイブリッドの出力端子から出力される校正用信号を最小にする第２の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得することも好ましい。
【００１２】
さらに、本発明の校正方法における他の実施形態によれば、
設定された偏波角に基づき入力される信号を第１の経路及び第２の経路に分配して出力する分配部と、第１の経路及び第２の経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、前記第１の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第１の振幅位相制御部と、前記第２の経路を通過する信号の振幅及び位相を変化させる第２の振幅位相制御部と、を備えている偏波面制御アンテナの校正方法であって、第１の経路及び第２の経路の非線形補償を行うためのデータテーブルを作成する校正ステップを備えており、前記データテーブルは、前記第１の経路へ出力される信号電力に対して、第１の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第１のデータと、前記第２の経路へ出力される信号電力に対して、第２の振幅位相制御部に設定する振幅及び位相変化量を示す第２のデータとを含み、前記第１のデータは、分配部に入力した校正用信号が、第１の経路と第２の経路へ等しい電力で出力される様に偏波角を設定し、９０度ハイブリッドの２つの入力端子を、偏波共用アンテナの２つの入力端子にそれぞれ接続し、第２の振幅位相制御部が出力する校正用信号を０とし、前記第１の経路が線形動作となる校正用信号の電力に対して、第１の経路の利得を測定して線形時利得として記憶し、校正用信号の電力を増加させて第１の経路を非線形動作させた後、第１の経路へ出力される信号電力を測定し、第１の経路の利得を線形時利得に一致させる第１の振幅位相制御部の振幅変化量を求め、第２の経路が線形動作となる範囲で第２の振幅位相制御部から校正用信号を出力させ、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない９０度ハイブリッドの出力端子から出力される校正用信号を最小にする第１の振幅位相制御部の位相変化量を求めることにより取得することを特徴とする。
【００１３】
本発明における偏波面制御アンテナによれば、
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、分配手段により分配された各経路の信号を変換する第１の９０度ハイブリッド手段と、第１の９０度ハイブリッド手段により変換された各経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッド手段と、第２の９０度ハイブリッド手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、第１の９０度ハイブリッド手段と第２の９０度ハイブリッド手段の間に設けられ、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御手段と、偏波共用アンテナの各入力端子に接続し、各入力端子に入力される校正用信号を抽出する校正用信号抽出手段と、校正用抽出手段が抽出した校正用信号を検波して検波信号を出力する検波手段と、検波手段が出力した検波信号の電圧を測定する電圧測定手段と、電圧測定手段が測定した電圧を監視し、分配手段に設定する偏波角と、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量と、第１の９０度ハイブリッド手段の各分配係数及び各位相係数を設定する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の偏波面制御アンテナにおける他の実施形態によれば、
第１の９０度ハイブリッド手段が各経路に出力する信号の電力を測定するレベル検出手段と、第１の９０度ハイブリッド手段が各経路に出力する信号の電力に対し、第１及び第２の振幅位相制御手段に設定する振幅及び位相変化量を示すデータテーブルとをさらに備えており、制御手段は、レベル検出手段の測定電力に基づきデータテーブルを参照して第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定することも好ましい。
【００１５】
また、本発明の偏波面制御アンテナにおける他の実施形態によれば、
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、分配手段により分配された各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御手段と、第１及び第２の振幅位相制御手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、偏波共用アンテナの各入力端子にその入力端子が接続されている９０度ハイブリッド手段と、分配手段が各経路に出力する信号の電力を測定するレベル検出手段と、分配手段が各経路に出力する信号の電力に対し、第１及び第２の振幅位相制御手段に設定する振幅及び位相変化量を示すデータテーブルと、レベル検出手段の測定電力に基づきデータテーブルを参照して第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明による校正方法は、理想的な状態においては校正用信号が流れない経路を監視し、この経路を流れる校正用信号を最小にすることにより行うものであるが、校正用信号のレベルの監視は、検波器及び電圧計という安価な機器のみで行うことが可能である。また、これらの機器は、非常に小型であり、本発明による偏波面制御アンテナは、これら機器を組み込んでおり、運用中であっても必要に応じて校正を行うことが可能である。さらに、入力信号電力に起因する非線形補償を運用中に動的に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。
【００１８】
図１及び２は、本発明による校正方法の対象である偏波面制御アンテナの形態を示す図である。図１によると、偏波面制御アンテナは、送信信号制御部１００と、周波数変換部５と、増幅部６１及び６２と、出力９０度ハイブリッド４２と、偏波共用アンテナ７１とを備えており、送信信号制御部１００は、分配部２と、振幅位相制御部３１、３２、３３及び３４と、入力９０度ハイブリッド４１とを備え、分配部２の２つの入力端子１１及び１２には、直交する２つの偏波それぞれで搬送する変調信号が入力される。つまり、例えば、水平偏波で送信する信号が入力端子１１に入力され、垂直偏波で送信する信号が入力端子１２に入力される。なお、一つの偏波のみを使用する場合、入力端子１２を省略することができる。
【００１９】
分配部２は、入力端子１１に入力される信号を、分配部２に設定された偏波角に基づき２つの経路に分配して出力し、同じく、入力端子１２に入力される信号を、設定された偏波角に基づき２つの経路に分配して出力する。ここで、偏波角とは、入力端子１１に入力される変調信号を送信する偏波の偏波面の、偏波共用アンテナ７１が送受信可能な２つの偏波面のうちの一方の偏波面に対する傾き角度である。より具体的には２つの入力端子１１及び１２への入力信号を（ｘ，ｙ）、２つの出力端子からの出力信号を（ｕ，ｖ）、偏波角をθとすると、分配部２は、
【００２０】
【数１】
2010010993.tif 000003
となる様に信号の分配を行う。
【００２１】
図３は、分配部２の機能ブロック図である。可変電力配分部２１及び２２は、入力端子１１及び１２に入力される信号、それぞれを、設定された偏波角に基づき分配して信号合成部２３及び２４にそれぞれ出力し、信号合成部２３及び２４は、２つの入力信号を合成して出力する。図４は、１つの入力端子のみを使用する場合における分配部２の機能ブロック図であり、可変電力配分部２１は、入力端子１１に入力される信号を、偏波角に基づき分配して出力する。
【００２２】
振幅位相制御部３１及び３２は、アンテナ全体の校正のためのものであり、設定された利得係数及び位相係数に基づき通過する信号の振幅及び位相を変化させる。なお、設定する利得係数及び位相係数の決定手順は後述する。
【００２３】
周波数変換のための周波数変換部５と、信号の増幅のための増幅部６１及び６２を、入力９０度ハイブリッド４１と、出力９０度ハイブリッド４２で挟む構成は、非特許文献３に記載されている様に、入力９０度ハイブリッド４１と出力９０度ハイブリッド４２の間にある各構成要素の経路間のバランス動作を目的とし、入力９０度ハイブリッド４１から出力９０度ハイブリッド４２間の校正のため、入力９０度ハイブリッド４１の出力に、振幅位相制御部３３及び３４を設けている。振幅位相制御部３３及び３４に対して設定する利得係数及び位相係数の決定手順は後述する。
【００２４】
なお、振幅位相制御部３１〜３４の入力端子への入力信号をｘ、出力端子からの出力信号をｕ、利得係数をα、位相係数をβとすると、
ｕ＝ｘαｅｊβ              （２）
であり、入力９０度ハイブリッド４１及び出力９０度ハイブリッド４２の各入力端子への入力信号を（ｘ，ｙ）、各出力端子からの出力信号を（ｕ，ｖ）とすると、
【００２５】
【数２】
2010010993.tif 000004
である。なお係数Ａは損失無しの場合、Ａ＝１／（√２）である。
【００２６】
偏波共用アンテナ７１は２つの入力端子を有しており、その一方は出力９０度ハイブリッド４２の一方の出力端子（端子１３）に接続され、他方は出力９０度ハイブリッド４２の他方の出力端子（端子１４）に接続されており、各端子の入力信号を直交する偏波の無線信号として送信する。
【００２７】
図２に示す偏波面制御アンテナは、図１の構成におけるバランス動作のための入力９０度ハイブリッド４１及び出力９０度ハイブリッド４２と、この区間の校正のための振幅位相制御部３３及び３４を取り除いたものである。
【００２８】
所望の偏波面を形成するためには、励振誤差をできるだけ小さくすることが求められ、よって、分配部２の各出力から偏波共用アンテナ７１の２つの入力端子までの各経路の通過振幅及び位相を一致させることが必要である。以下、上記偏波面制御アンテナの校正方法について説明を行う。まず、図１に示すバランス動作のための構成を含む偏波面制御アンテナに対しては、バランス動作対象である区間の校正（校正１）を行い、続いて、送信信号制御部１００より偏波共用アンテナ７１側にある構成要素の非線形補償（校正２）を行い、最後にアンテナ全体の校正（校正３）を行う。一方、図２に示すバランス動作のための構成を含まない偏波面制御アンテナに対しては校正２及び３のみを行う。
【００２９】
図５は、本発明による校正方法の、校正１のためのブロック図であり、校正用の信号を検波する検波器８１が端子１３に接続され、検波器８１からの検波信号のレベルを測定する電圧計９１が検波器８１の出力に接続されている。同様に、検波器８２が端子１４に接続され、検波器８２からの検波信号のレベルを測定する電圧計９２が検波器８２の出力に接続されている。以下に、校正１の手順を説明する。
【００３０】
（手順１１）入力端子１１又は１２のどちらか一方に校正用の信号を入力し、理想的な状態において、端子１３又は１４のいずれかのみに校正用信号が現れる様に、送信信号制御部１００内の分配部２の偏波角を設定する。つまり、式（１）の偏波角θを、０又はπ／２に設定し、入力９０度ハイブリッド４１のいずれかの入力端子にのみ校正用信号を入力させる。また、振幅位相制御部３１〜３４の利得係数を１、位相係数を０に、つまり、式（２）のα＝１、β＝０に設定する。以下、端子１４にのみ校正用信号が現れる様に設定したものとして説明を行う。
【００３１】
（手順１２）振幅位相制御部３３又は３４の位相係数を０〜２πで変化させ、偏波共用アンテナ７１の、理想的には校正用信号が現れない方の入力端子に流れている校正用信号を最小とする位相係数を求める。本例において、具体的には、端子１３の校正用信号を測定している電圧計９１の値が最小となるときの各位相係数を、振幅位相制御部３３及び３４に対する設定値とすると共に、位相校正係数として記憶する。
【００３２】
（手順１３）続いて、振幅位相制御部３４の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３３の利得係数を０から１で変化させて電圧計９１の出力を監視し、その後、振幅位相制御部３３の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３４の利得係数を０から１で変化させて電圧計９１の出力を監視し、電圧計９１の値が最小となるときのそれぞれの利得係数を、振幅位相制御部３３及び３４に対する設定値とすると共に、振幅校正係数として記憶する。
【００３３】
図６は、校正１を説明する図である。図６（ａ）に示す様に、手順１１における初期設定により、送信信号制御部１００が出力する２つの信号５１と５２は、振幅が等しく、９０度の位相差のある信号になる。出力９０度ハイブリッド４２は、入力端子への各入力信号の位相差を９０度だけ小さくして合成した信号と、９０度だけ大きくして合成した信号を出力するため、図６（ａ）に示す等振幅で直交する２つの信号をそのまま出力９０度ハイブリッド４２に入力すると、一方の出力端子のみから信号が出力され、他方の出力端子からは何も出力されない。
【００３４】
しかしながら、周波数変換部５、増幅器６１及び６２、さらに、配線等により生じる振幅特性及び位相特性の相対的な差により、増幅部６１と６２が出力する信号は、図６（ｂ）に示す様に、振幅は異なり、位相差も９０度ではなくなる。図６（ｂ）に示す信号を、出力９０度ハイブリッド４２に入力すると、図６（ｃ）に示す様に、本来打ち消しあうべき信号５２を９０度回転させた信号が、信号５１と等振幅で逆相の信号とはならないため、信号５３が残留することになる。手順１２及び１３は、この信号レベルを監視しながら、利得及び位相の調整を行うものである。
【００３５】
ただし、出力９０度ハイブリッド４２の特性誤差が大きくなると、つまり、信号分配比の１：１からのずれと、位相差９０度からのずれが大きくなると、校正された出力でも、等振幅逆相合成が崩れることになる。例えば、出力９０度ハイブリッド４２の特性誤差として、信号分配比のずれによる相対的なレベル差を２ｄＢ、位相誤差を１０度とすると、出力９０度ハイブリッド４２の、本来信号が出力される方の出力端子から出力される信号の電力の、本来信号が出力されない方の出力端子から出力される信号の電力に対する比（漏洩電力比）は、図７の様になる。図７より、偏波共用アンテナ７１の一方の入力端子に信号が集中する偏波角０度及び９０度付近で漏洩電力比の値が小さいことが確認できる。
【００３６】
出力９０度ハイブリッド４２の特性誤差を校正するためには、経路間の通過特性を一致させ、次に、入力９０度ハイブリッド４１の特性を表現する行列を、出力９０度ハイブリッド４２の特性を表現する行列の逆行列として与えることが必要である。これを実現する手順の例を以下に示す。ここでは、入力９０度ハイブリッド４１の特性を表現する行列を、
【００３７】
【数３】
2010010993.tif 000005
として表す。なお、ここで、ｄ１及びφ１は、入力９０度ハイブリッド４１の２つの出力のうちの、一方（図１では上側）の経路に対する分配係数及び位相係数であり、ｄ２及びφ２は、入力９０度ハイブリッド４１の他方（図１では下側）の出力経路に対する分配係数及び位相係数である。ここで、入力９０度ハイブリッド４１は、２×２行列演算を実行するデジタル処理により実現可能であり、この場合、分配係数及び位相係数は変化させることができる。つまり、ｄ１、φ１、ｄ２及びφ２は変数となる。
【００３８】
（手順１０１）出力９０度ハイブリッド４２には特性誤差が生じているため、分配部２に設定する偏波角θを０とし、入力９０度ハイブリッド４１の一方の入力端子に校正用信号を入力して上記手順１１から手順１３を行い、続いて、分配部２に設定する偏波角θをπ／２とし、入力９０度ハイブリッド４１の他方の入力端子に校正用信号を入力して上記手順１１から手順１３を行い、振幅位相制御部３３及び３４には、各手順で得られた位相係数と利得係数の平均値を、設定する。
【００３９】
（手順１０２）入力端子１１又は１２のどちらか一方に校正用の信号を入力し、送信信号制御部１００内の分配部２の偏波角を０又はπ／２に設定し、入力９０度ハイブリッド４１のいずれか一方の入力端子に校正用信号を入力させ、よって、理想的な状態においては端子１３又は１４のいずれかのみに校正用信号が現れる様にする。ここでは、まず、偏波角を０とし、端子１４にのみ校正用信号が現れる様に設定したものとして説明を行う。
【００４０】
（手順１０３）入力９０度ハイブリッド４１の位相係数φ１を０〜２πで変化させ、偏波共用アンテナ７１の、本来であれば校正用信号が現れない方の入力端子に流れている校正用信号を最小とする位相係数を設定値とする。本例において、具体的には、端子１３の校正用信号を測定している電圧計９１の値が最小となるときの位相係数を設定値とする。
【００４１】
（手順１０４）手順１０３における状態において、入力９０度ハイブリッド４１の分配係数ｄ１を０から１で変化させ、手順１０３と同様、端子１３の校正用信号を測定している電圧計９１の値が最小となるときの分配係数を設定値とする。
【００４２】
（手順１０５）続いて、手順１０２で信号が現れるように設定した端子とは逆の端子のみに校正用信号が現れる様に、分配部２の偏波角の設定を行う。つまり、本例では、偏波角をπ／２に設定し、端子１３にのみ校正用信号が現れる様にする。
【００４３】
（手順１０６）入力９０度ハイブリッド４１の位相係数φ２を０〜２πで変化させ、出力９０度ハイブリッド４２の、理想的には校正用信号が現れない方の端子から出力される校正用信号を最小とする位相係数を設定値とする。本例において、具体的には、端子１４から出力される校正用信号を測定している電圧計９２の値が最小となるときの位相係数を設定値とする。
【００４４】
（手順１０７）手順１０６における状態において、入力９０度ハイブリッド４１の分配係数ｄ２を０から１で変化させ、手順１０６と同様、端子１４から出力される校正用信号を測定している電圧計９２の値が最小となるときの分配係数を設定値とする。
【００４５】
（手順１０８）以後、手順１０４及び手順１０７で測定した電圧計の値が閾値以下となるまで、あるいは、あらかじめ決めた繰り返し回数に達するまで、手順１０１から手順１０７を繰り返す。
【００４６】
出力９０度ハイブリッド４２の特性誤差として、信号分配比のずれによる相対的なレベル差を２ｄＢ、位相誤差を１０度、経路間の振幅誤差を２．５ｄＢ、位相誤差を１５度とし手順１０１から手順１０８を行った。図８は、検波器８１、８２の出力を、位相係数φ１、φ２の関数として表示したものであり、図９は、検波器８１、８２の出力を、分配係数ｄ１、ｄ２の関数として表示したものである。
【００４７】
図８に示す様に、位相係数の調整後においては、振幅差により生じる信号の出力があるが、分配係数の調整後においては、等振幅逆相合成による校正が実現できていることが確認できる。図１０は、上記校正後の漏洩電力比を偏波角の関数として示すものであり、図７と比較して、漏洩電力比が大きく改善されていることが分かる。
【００４８】
本発明は上述した手順により、送信信号制御部１００から出力９０度ハイブリッド４２の入力までの２つの経路の振幅特性及び位相特性の相対的な差を、振幅位相制御部３３及び３４により補償を行い、さらに、出力９０度ハイブリッド４２に特性誤差が生じている場合、入力９０度ハイブリッド４１の分配係数及び位相係数により補償を行うものであるが、その校正のために使用する機器は、検波器及び電圧計であり、これら機器は、ベクトルネットワークアナライザ等と比較して、格段に安価かつ軽量である。
【００４９】
続いて、校正２、すなわち、送信信号制御部１００より偏波共用アンテナ７１側にある構成要素の非線形補償について説明する。図１１は、送信信号制御部１００が出力する信号電力に対する、出力９０度ハイブリッド４２の出力端子における信号電力の利得の例を示す図である。図１１より、入力９０度ハイブリッド４１の出力端子における信号電力が増加すると利得が減少することが分かる。なお、通過位相についても、同様に変動が生じる。
【００５０】
偏波形成のためには、各入力信号の励振振幅位相を制御するため、送信信号制御部１００の各出力は通常大きく異なる。よって、線形領域において経路間の校正がとれていても、信号振幅によっては、振幅及び位相誤差が生じることになる。これを解決するためには、増幅器６１、６２への入力電力を抑え、線形領域で増幅器６１、６２を動作させればよいが、増幅器６１、６２の電力効率が低下する。よって、振幅位相制御部３１と３２、又は、３３と３４により非線形補償を行う。
【００５１】
図１２は、送信信号制御部１００が図１に示すものである場合における、校正２のためのブロック図である。図１２によると、出力９０度ハイブリッド４２の２つの出力端子１３、１４には、それぞれ、検波器８１、８２が接続されており、検波器８１の出力には電圧計９１が、検波器８２の出力には電圧計９２が接続されている。またレベル検出部１１０は、振幅位相制御部３３と３４に入力される信号電力をそれぞれ検出し、データテーブル１２０は、上下各経路の非線形補償のためのデータを有している。
【００５２】
データテーブル１２０は、入力９０度ハイブリッド４１が出力する上側経路に関するデータと、下側経路に関するデータとに別れており、各データは、入力９０度ハイブリッド４１が対象経路に出力する信号電力に対し、対象経路に含まれる振幅位相制御３３、３４に対して設定する利得係数、位相係数を示している。以下に、作成手順を説明する。なお、検波器８１、８２の入力信号電力と、電圧計９１、９２の値との関係は既知であり、これは、例えば、制御部１０１が、検波器８１、８２の逆特性（検波器の出力電圧と、入力信号電力との関係）を示すテーブルにより、あるいは、近似多項式により、電圧計の値から検波器８１、８２の入力信号電力を求めることにより行う。また、事前に行う校正１は、入力９０度ハイブリッド４１の出力端子から出力９０度ハイブリッド４２の出力端子の区間が線形領域で動作する校正用信号により行うものとする。
【００５３】
（手順２０１）入力端子１１又は１２のどちらか一方に校正用の信号を入力し、分配部２の偏波角を、入力９０度ハイブリッド４１のいずれかの入力端子に校正用信号が入力される値に設定し、これにより、理想的な状態において、出力９０度ハイブリッド４２のいずれかの出力端子からのみ校正用信号が出力される様にする。本例では、偏波角を０に設定し、よって、端子１４に校正用信号を集中させるものとする。続いて、下部経路にある振幅位相制御部３４の利得係数を０に設定し、振幅位相制御部３４から校正用信号が出力されない様にする。この状態において、レベル検出部１１０が示す値と、電圧計９１、９２の値から、上側経路区間の利得を算出して、線形時利得として記憶する。
【００５４】
（手順２０２）続いて、上部経路の利得が、手順２０１で記憶した線形時利得より低下するまで、校正用信号の電力を増加させる。
【００５５】
（手順２０３）続いて、上部経路の利得が、手順２０１で記憶した線形時利得と一致するまで振幅位相制御部３３の利得係数を増加させる。
【００５６】
（手順２０４）続いて、下部経路が線形動作する範囲で、振幅位相制御部３４の利得係数を０より大きい値として、振幅位相制御部３４から校正用信号を出力させ、振幅位相制御部３３の位相係数を０〜２πで制御し、両経路が線形動作している場合、理想的には校正用信号が出力されない出力９０度ハイブリッド４２の出力端子、本例では端子１３から出力される校正用信号が最小となる位相係数を探索して、このときの、振幅位相制御部３３の入力信号電力（入力９０度ハイブリッド４１が上側経路へ出力している校正用信号の電力）と、振幅位相制御部３３の位相係数及び利得係数をデータテーブル１２０に書き込む。
【００５７】
（手順２０５）校正用信号の電力を一定量ずつ増加させながら、手順２０３及び手順２０４を繰り返す。なお、振幅位相制御部３３の利得係数を上げても線形時利得に達しない場合には繰り返しを終了する。
【００５８】
（手順２０６）手順２０２における校正用信号の電力から開始し、この電力を一定量減少させながら、手順２０４を行う。この処理は、振幅位相制御部３３の位相係数が、事前に行った校正１での値とほぼ同じとなった段階で終了する。これにより、上側経路に対するデータ、つまり、振幅位相制御部３３の入力信号電力に対する、振幅位相制御部３３の位相係数及び利得係数のデータの取得が完了する。
【００５９】
（手順２０７）続いて、下部経路に対するデータを取得するため、手順２０１から手順２０６を同様に行う。なお、このとき、振幅位相制御部３３と振幅位相制御部３４に、端子１３と端子１４に、上側経路と下側経路の各組については、それぞれ、逆に読替えを行う。
【００６０】
なお、上記手順２０６は、利得低下の現象が生じる校正用信号のレベルに対して、より小さい信号レベルで位相変化が生じた場合に対処するためである。
【００６１】
図２３はデータテーブル１２０の作成を制御部１０１の制御のもとに行うときのフロー図であり、Ｓ１２１が手順２０１に、Ｓ１２２が手順２０２及び２０３に、Ｓ１２３が手順２０４に、Ｓ１２４が手順２０５に、Ｓ１２５が手順２０６に、Ｓ１２６が手順２０７にそれぞれ対応する。なお、このとき制御部１０１は、校正用信号を生成している装置と制御コマンドを送受して、校正用信号の増減を行う。
【００６２】
図１３は、送信信号制御部１００が図２に示すものである場合における、校正２のためのブロック図である。ここで、検波器８１、８２と偏波共用アンテナの各入力端子との間の設けられる９０度ハイブリッド４３は、図１２における出力９０度ハイブリッド４２に対応するものであり、レベル検出部１１０は、振幅位相制御部３１と３２に入力される信号電力を、それぞれ、検出する。よって、図１３に示す構成の場合、分配部２の偏波角を、π／４に設定して上側と下側の両経路に出力される校正用信号の電力を同一にし、上記手順における振幅位相制御部３３を振幅位相制御部３１に、振幅位相制御部３４を振幅位相制御部３２に、出力９０度ハイブリッド４２を９０度ハイブリッド４３に、それぞれ、読替えを行う。
【００６３】
以上の様に作成したデータテーブル１２０を用い、制御部１０１は、運用中、レベル検出部１１０が監視する電力に対する利得係数と位相係数を求め、この値を、振幅位相制御部３１〜３４に設定することで、非線形補償を行う。図１４は、図１１に示した特性を補償するための振幅位相制御部３３、３４の利得係数を、送信信号制御部１００の出力の関数として表したものであり、データテーブル１２０の振幅位相制御部への入力電力と利得係数から求められる送信信号制御部１００の出力と、その利得係数をグラフ化したものである。図１４より、送信信号制御部１００の出力が増加するに従い、利得係数が増加していることが分かる。また、図１５は、校正２を実施した場合と、しない場合を比較するものであり、図１５より、校正２を実施することにより非線形性が補償されていることが分かる。
【００６４】
続いて、校正３、すなわち、アンテナ全体の校正について説明する。偏波共用アンテナの各偏波間に特性差が、つまり、利得差及び位相差が生じていたとしても、この値が既知であれば、振幅位相制御部３１及び３２に、この利得差及び位相差を補償する利得係数及び位相係数を設定することで校正は完了する。しかしながら、偏波共用アンテナの特性が未知である場合は、本発明による校正方法の校正３により、以下の手順で校正を行う。図１６は、校正３のためのブロック図である。
【００６５】
図１６によると、偏波面制御アンテナを校正するため、偏波共用アンテナ７２と、偏波共用アンテナ７２が出力する直交する各偏波の信号を受信する２つの検波器８及び電圧計９を備えている校正装置を使用する。なお、図７の左側に示す偏波面制御アンテナは、図１に示すものと同一であるが、例示であり、図２に示す偏波面制御アンテナの校正にも使用する。以下に、校正の手順を説明する。
【００６６】
まず、事前準備として、偏波面制御アンテナと校正装置を対向、つまり、指向方向を合わせて配置する。このとき、偏波面制御アンテナの偏波共用アンテナ７１と、校正装置の偏波共用アンテナ７２の偏波面を合わせる必要はない。
【００６７】
（手順３０１）続いて、偏波面制御アンテナの一方の入力端子から信号を入力し、分配部２の偏波角θを０〜π／２で変化させ、校正装置の電圧計９の出力が、一方で最大、他方で最小となる偏波角の値を探索し、その値を、分配部２への設定値とする。
【００６８】
（手順３０２）続いて、手順３０１で出力が最小であった電圧計９を監視しながら、振幅位相制御部３１又は３２の位相係数を０から２πの間で変化させ、監視している電圧計９の出力が最小となる位相係数を探索し、最小となるときの位相係数を振幅位相制御部３１及び３２に設定すると共に、この値を位相校正係数として記憶する。これにより位相の設定が完了する。
【００６９】
（手順３０３）続いて、手順３０１と同じ入力端子から信号を入力しつつ、再度、分配部２の偏波角の設定を０〜π／２で変化させ、手順３０１及び３０２で監視していた電圧計９の出力が最小となる偏波角の値θ１を探索する。
【００７０】
（手順３０４）続いて、手順３０１と同じ入力端子から信号を入力しつつ、分配部２の偏波角の設定をπ／２〜πで変化させ、手順３０１から３０３で出力が最小となった電圧計９とは異なる電圧計９の出力が最小となる偏波角からπ／２を減じた値θ２を探索する。
【００７１】
（手順３０５）続いて、偏波角の値θ１と偏波角の値θ２の平均値θ３を算出し、分配部２の偏波角をθ３に設定し、手順３０１における入力端子から信号を入力しつつ、振幅位相制御部３１の利得係数を１として、振幅位相制御部３２の利得係数を０〜１で変化させ、さらに、振幅位相制御部３２の利得係数を１として、振幅位相制御部３１の利得係数を０〜１で変化させ、手順３０１において監視していた電圧計９の出力が最小となる振幅位相制御部３１及び３２の利得係数を探索して、この値を、振幅位相制御部３１及び３２に設定する。
【００７２】
（手順３０６）手順３０３から手順３０５を繰り返し、θ１及びθ２の差が閾値未満となった時点におけるそれぞれの利得係数を、振幅位相制御部３１及び３２に設定すると共に、振幅校正係数として記憶する。
【００７３】
なお、手順３０３から手順３０５は、偏波角のずれと、経路間の利得の相対値を変数として２つの方程式を求め、これにより利得係数を求めるものであるが、θ１とθ２の値が０度又は９０度となった場合には、方程式を解くことができないため、１回目の手順３０５で、θ１とθ２の値が０度又は９０度となった場合には、校正装置のアンテナの偏波面をずらし、あらためて校正３を開始する。
【００７４】
図１７は、上記手順３０１及び３０２における位相の校正を説明する図である。分配部２の偏波角を変化させることで送信される無線信号の偏波面が変化するため（図１７（ａ））、まず手順２１で、偏波面制御アンテナが送信する無線信号の偏波面を、校正装置のいずれかの偏波面に一致する様に偏波角の値を調整する。このとき、偏波面制御アンテナの２つの経路に位相差がなければ、校正装置の２つの経路のうち、偏波面制御アンテナの送信信号の偏波面とは直交する側の経路に接続されている電圧計９の出力は０である。しかしながら、偏波面制御アンテナの２つの経路に位相差が存在する場合、偏波面制御アンテナが送信する無線信号は、楕円偏波となり、その偏波方向が回転するため、偏波面と一致していない側の経路に接続されている電圧計９の出力は０とはならない（図１７（ｂ）の符号５５の信号）。したがって、手順２２において、偏波面と一致していない側の経路に接続されている電圧計９を監視しながら、振幅位相制御部３１又は３２の位相係数を調整して位相の校正を行う。
【００７５】
図１８は、手順３０３から３０６における振幅の校正を説明する図である。図１８（ａ）に示す様に、振幅特性が理想的である場合、偏波面制御アンテナが送信する２つの直交する偏波の信号５６及び５７を合成した信号は、信号５８となり、校正装置の偏波面の一方と一致する。しかしながら、振幅特性が同一でなく、図１８（ｂ）に示すように例えば信号５７側の振幅の利得が大きい場合、偏波面制御アンテナが送信する２つの直交する偏波の信号５６及び５７を合成した信号５８は、校正装置の偏波面の一方と一致せず、他方の経路にも信号が観測されることになる。
【００７６】
手順３０３における偏波角の値θ１は、図１８（ｂ）の校正装置の一方の偏波面と信号５８の角度を求めることに相当し、この角度は、信号５６又は信号５７の経路のどちらの利得が大きいかにより方向が異なる。また、手順３０４で求めるθ２ともその方向が異なる。よって、これら角度の平均値に応じて利得係数を変更し、この値が一致した場合に、校正が終了することになる。
【００７７】
以上、偏波面制御アンテナの校正方法について説明を行ったが、出力９０度ハイブリッド４２、偏波共用アンテナ７１等はアナログ機器であり、僅かながら特性誤差を持つ。そのため、校正１及び校正３において、校正用信号を入力する分配部２の入力端子と、校正用信号を監視する偏波共用アンテナ７１の入力端子又は偏波共用アンテナ７２の出力端子の組合せを代えて、各校正係数を測定し、振幅位相制御部３１〜３４には、各測定で得られた各校正係数を平均化した値を設定することで、これら機器の特性誤差の影響を小さくすることができる。
【００７８】
図１９は、本発明の偏波面制御アンテナのブロック図であり、既に、説明したものと同一である要素には同じ参照符号を使用して説明は省略する。なお、図１９の送信信号制御部１００の構成は、図１に示す送信信号制御部１００と同じである。図１９において、校正用信号抽出部１０３は、偏波共用アンテナ７１の２つの入力端子に接続されており、端子１３を通過する信号から校正用信号を抽出して検波器８２に、端子１４を通過する信号から校正用信号を抽出して検波器８１に出力する。
【００７９】
制御部１０１は、偏波面制御アンテナの外部から校正用信号が入力され、例えば、校正開始のコマンドを外部から受信したとき、送信信号制御部１００の分配部２、振幅位相制御部３１〜３４の初期設定を行い、その後、電圧計９１、９２の出力に基づき校正処理を行う。図２１は、図１９の偏波面制御アンテナにおける校正処理のフロー図である。
【００８０】
（Ｓ１０１）制御部１０１は、分配部２に設定している偏波角を保存した上で、校正用信号を、偏波共用アンテナ７１のいずれかの入力端子に流すように分配部２の偏波角の設定を変更する。ここでは、端子１３のみに流れるように設定したものとする。また、振幅位相制御部３１及び３２に設定していた利得係数及び位相係数を保存した上で、振幅位相制御部３１〜３４の利得係数を１、位相係数を０に設定する。
【００８１】
（Ｓ１０２）制御部１０１は、振幅位相制御部３３又は３４の位相係数を０〜２πで変化させ、電圧計９１と９２のうち、校正用信号が本来出力されない方の電圧計、つまり、本例では端子１４を流れる校正用信号を測定している電圧計９１の値を最小とする位相係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定する。
【００８２】
（Ｓ１０３）制御部１０１は、振幅位相制御部３４の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３３の利得係数を０から１で変化させて電圧計９１の出力を監視し、振幅位相制御部３３の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３４の利得係数を０から１で変化させて電圧計９１の出力を監視し、電圧計９１の値を最小とする利得係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定する。その後、分配部２の偏波角と、振幅位相制御部３１及び３２の利得係数及び位相係数を、保存していた値に戻す。
【００８３】
以上の構成により、上述した本発明による校正後、運用中において、温度変化等により校正状態が崩れたとしても、各経路の振幅及び位相誤差を補償することができる。なお、図１及び１０の偏波面制御アンテナの場合、校正３で実施した特性差については、一度特性が判明すれば校正の必要はない。
【００８４】
また、図１９の偏波面制御アンテナにおいて、出力９０度ハイブリッド４２の特性誤差を校正する場合のフロー図を図２２に示す。
【００８５】
（Ｓ１１１）制御部１０１は、図２１のＳ１０１からＳ１０３を、偏波角０とπ／２に対してそれぞれ行い、偏波角０における位相係数と利得係数の値と、偏波角π／２における位相係数と利得係数の値の平均値を、振幅位相制御部３３及び３４に設定する。
【００８６】
（Ｓ１１２）制御部１０１は、入力９０度ハイブリッド４１の一方の入力端子に校正用信号が入力され、よって、理想的には、一方の電圧計のみに校正用信号が入力される様に偏波角の値を設定する。
【００８７】
（Ｓ１１３）制御部１０１は、入力９０度ハイブリッド４１の校正用信号が入力されている入力端子に関係する位相係数を０〜２πで変化させ、本来であれば校正用信号が現れない電圧計の値を最小とする位相係数を求め、この値を設定値とする。
【００８８】
（Ｓ１１４）制御部１０１は、入力９０度ハイブリッド４１の校正用信号が入力されている入力端子に対応する分配係数を０から１で変化させ、本来であれば校正用信号が現れない電圧計の値を最小とする位相係数を求め、この値を設定値とする。
【００８９】
（Ｓ１１５）制御部１０１は、校正用信号を入力する入力９０度ハイブリッド４１の入力端子を入替え、Ｓ１１３及びＳ１１４を行い、これにより、入力９０度ハイブリッド４１の両方の入力端子に対応する位相係数及び分配係数の設定を行う。
【００９０】
（Ｓ１１６）制御部１０１は、Ｓ１１４における電圧計の値が閾値以下となるまで、あるいは、あらかじめ決めた繰り返し回数に達するまで、Ｓ１１１からＳ１１５を繰り返す。
【００９１】
また図２の偏波面制御アンテナの場合、図２０に示す構成を用いることで、運用中に、校正状態が崩れたとしても各経路の振幅及び位相誤差を補償することができる。図２０に示す本発明の他の実施形態による偏波面制御アンテナは、図１の偏波面制御アンテナと比較して図２の偏波面制御アンテナに含まれない、図１９に示す偏波面制御アンテナにおける入力９０度ハイブリッド４１から出力９０度ハイブリッド４２までの構成を、校正用に設けたものである。制御部１０１は、偏波面制御アンテナの外部から校正用信号が入力され、例えば、校正開始のコマンドを外部から受信したとき、外部から入力された校正用信号を入力９０度ハイブリッド４１の一方の入力端子に導くように信号系統の切替えを行う。図２４は、図２０の偏波面制御アンテナにおける校正処理のフロー図である。
【００９２】
（Ｓ２０１）制御部１０１は、振幅位相制御部３３及び３４の利得係数を１、位相係数を０に設定する。
【００９３】
（Ｓ２０２）制御部１０１は、振幅位相制御部３３又は３４の位相係数を０〜２πで変化させ、本来、校正用信号が入力されない電圧計の出力を最小とする位相係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定し、設定した値を位相校正係数として記憶する。
【００９４】
（Ｓ２０３）制御部１０１は、振幅位相制御部３４の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３３の利得係数を０から１で変化させ、続いて、振幅位相制御部３３の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３４の利得係数を０から１で変化させ、本来、校正用信号が入力されない電圧計の値を最小とする利得係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定し、設定した値を利得校正係数として記憶する。
【００９５】
（Ｓ２０４）制御部１０１は、振幅位相制御部３３の利得校正係数及び位相校正係数に基づき振幅位相制御部３１の設定を変更し、振幅位相制御部３４の利得校正係数及び位相校正係数に基づき振幅位相制御部３２の設定を変更する。より詳しくは、振幅位相制御部３３に設定した利得係数及び位相係数を、振幅位相制御部３１の現在の利得係数及び位相係数に重畳した新たな利得係数及び位相係数を求めて、この新たな利得係数及び位相係数を振幅位相制御部３１に設定し、振幅位相制御部３４に設定した利得係数及び位相係数を、振幅位相制御部３２の現在の利得係数及び位相係数に重畳した新たな利得係数及び位相係数を求めて、この新たな利得係数及び位相係数を振幅位相制御部３２に設定する。
【００９６】
また、本発明による偏波面制御アンテナは、振幅制御位相部３１と３２、あるいは、振幅制御位相部３３と３４へ入力される信号電力を監視するレベル検出部１０１と、上述したデータテーブル１２０を備えており、制御部１０１は、レベル検出部１０１が監視する信号電力からデータテーブル１２０を参照して、振幅制御位相部３１と３２、あるいは、振幅制御位相部３３と３４の利得係数及び位相係数の設定を行い、これにより、非線形補償を行う。また、本発明による偏波面制御アンテナは、校正２で説明した手順に従い、データテーブル１２０の運用中における更新を行う。
【００９７】
なお、図１に示す偏波面制御アンテナにおいて、振幅位相制御部３１及び３２を、出力ハイブリッド４２と偏波共用アンテナ７１の間に設けても良い。
【００９８】
以上、本発明による校正方法は、検波器及び電圧計という安価な機器のみにより校正を可能とする。これらの機器は、非常に小型であり、本発明による偏波面制御アンテナは、これら機器を組み込んでおり、運用中であっても必要に応じて校正を行うことが可能である。さらに、実際に使用する衛星搭載アンテナに本校正を適用することで、衛星搭載アンテナの偏波各誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明による校正方法の対象である偏波面制御アンテナの形態を示す図である。
【図２】本発明による校正方法の対象である偏波面制御アンテナの他の形態を示す図である。
【図３】分配部の機能ブロック図である。
【図４】分配部の他の形態の機能ブロック図である。
【図５】本発明による校正方法の校正１を実施するためのブロック図である。
【図６】校正１を説明する図である。
【図７】出力９０度ハイブリッドに特性誤差が生じている場合の漏洩電力比を、偏波角の関数として示す図である。
【図８】校正１において、検波器の出力を、位相係数の関数として表示したものである。
【図９】校正１において、検波器の出力を、分配係数の関数として表示したものである。
【図１０】校正１を実施した後の漏洩電力比を、偏波角の関数として示す図である。
【図１１】校正２の目的を説明する図である。
【図１２】図１の偏波面制御アンテナに対して、校正２を実施するためのブロック図である。
【図１３】図２の偏波面制御アンテナに対して、校正２を実施するためのブロック図である。
【図１４】校正２において、利得係数を、送信信号制御部の出力の関数として表したものである。
【図１５】校正２の効果を説明する図である。
【図１６】本発明による校正方法の校正２を実施するためのブロック図である。
【図１７】校正２における位相の校正を説明する図である。
【図１８】校正２における振幅の校正を説明する図である。
【図１９】本発明による偏波面制御アンテナのブロック図である。
【図２０】本発明による偏波面制御アンテナの他の実施形態のブロック図である。
【図２１】図１９に示す偏波面制御アンテナにおける校正方法のフロー図である。
【図２２】図１９に示す偏波面制御アンテナにおいて出力９０度ハイブリッドの校正を行う場合のフロー図である。
【図２３】図１９に示す偏波面制御アンテナにおいてデータテーブルを更新する場合のフロー図である。
【図２４】図２０に示す偏波面制御アンテナにおける校正方法のフロー図である。
【図２５】従来技術による校正のブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
１１、１２、１３、１４  端子
２  分配部
２１、２２  可変電力分配部
２３、２４  信号合成部
３１、３２、３３、３４  振幅位相制御部
４１  入力９０度ハイブリッド
４２  出力９０度ハイブリッド
４３  ９０度ハイブリッド
５  周波数変換部
５１、５２、５３、５６、５７、５８  信号
６１、６２  増幅部
７１、７２  偏波共用アンテナ
８、８１、８２  検波器
９、９１、９２  電圧計
１００  送信信号制御部
１０１  制御部
１０３  校正用信号抽出部
１０４  終端器
１１０  レベル検出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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