(57)【要約】【課題】  装置の大幅な変更を不要にして、マルチパスによる影響を除くことができる無線受信装置を提供する。【解決手段】  互い離れて配置され、電波を受信して高周波信号を出力するアンテナ２１Ａ、２２Ａと、ポートＰ１およびポートＰ２がアンテナ２１Ａ、２２Ａにそれぞれ接続されていると共にポートＰ３およびポートＰ４が、合成された高周波信号を出力し、ポートＰ１とポートＰ３、ポートＰ１とポートＰ４およびポートＰ２とポートＰ３の間に、電波の四分の一波長の長さの伝送路が接続されていると共に第２のポートと第４のポートの間に、電波の四分の三波長の長さの伝送路が接続されているラットレース回路２３とを備える。【選択図】  図１
2010028677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互い離れて配置され、電波を受信して高周波信号を出力するアンテナと、
第１のポートおよび第２のポートが前記アンテナにそれぞれ接続されていると共に第３のポートおよび第４のポートが、合成された高周波信号を出力し、第１のポートと第３のポート、第１のポートと第４のポートおよび第２のポートと第３のポートの間に、前記電波の四分の一波長の長さの伝送路が接続されていると共に第２のポートと第４のポートの間に、前記電波の四分の三波長の長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、
を備えることを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
前記アンテナは、受信対象の電波の半波長を奇数倍した距離だけ離れて配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
前記ラットレース回路の各伝送路が同軸ケーブルで形成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信の電波を受信する無線受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メガヘルツ帯やギガヘルツ帯の電波を用いた無線通信は、各種の分野で用いられている。例えば電力会社では、各地区に配置されている営業所と、需要家に対して各種のサービスを行う移動車との間や、別の営業所との間で、無線による通信が行われる。これにより、各種の情報が営業所と移動車との間で送受信され、業務の円滑な処理を行っている。
【０００３】
こうした無線通信が、高い建物などのない郊外で行われる場合には、営業所の無線通信機は移動車からの電波を直接受信することができる。ところが、都市部では、高層ビルなどで電波が反射してマルチパスが発生し、移動車の出した電波を営業所の無線通信機が複数の経路から受信する可能性が高くなる。例えば、無線通信機がＵＨＦ帯の電波を用いたデジタル式である場合に、マルチパスの発生で複数の経路から無線通信機が電波を受信すると、無線通信機による復調が困難になり、通信ができなくなる。
【０００４】
このようなマルチパスによる影響を除くための受信機がある（例えば、特許文献１参照。）。この受信機では、受信信号が復調回路で復調され、レベル検出回路で受信信号のレベル情報が検出される。この後、レベルの大きい方の復調データが誤り検出回路に出力される。そして、この受信機は、各レベル検出回路のレベル情報と、誤り検出回路で検出した誤り数とを取り込み、レベル情報が規定値以下となった場合、または、誤り数が規定値以上となった場合、その値となった受信信号の周波数を切り替える。
【特許文献１】特開平１０−３０３７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、先に述べた受信機には次の課題がある。この受信機は、マルチパスによる影響を除くために、レベル検出回路からのレベル情報が規定値以下となった場合や誤り数が規定値以上となった場合、受信信号の周波数を切り替える。このために、この受信機には、レベル検出回路や誤り検出回路などのような、複数の回路を付加する必要がある。このために、受信機の構造を大幅に変更する必要がある。
【０００６】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、装置の大幅な変更を不要にして、マルチパスによる影響を除くことができる無線受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、互い離れて配置され、電波を受信して高周波信号を出力するアンテナと、第１のポートおよび第２のポートが前記アンテナにそれぞれ接続されていると共に第３のポートおよび第４のポートが、合成された高周波信号を出力し、第１のポートと第３のポート、第１のポートと第４のポートおよび第２のポートと第３のポートの間に、前記電波の四分の一波長の長さの伝送路が接続されていると共に第２のポートと第４のポートの間に、前記電波の四分の三波長の長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、を備えることを特徴とする無線受信装置である。
【０００８】
請求項１の発明では、ラットレース回路の第１のポートと第２のポートに同相の高周波信号が加えられると、ラットレース回路は、２つの高周波信号を第３のポートで合成して出力する。また、第１のポートと第２のポートに逆相の高周波信号が加えられると、ラットレース回路は、２つの高周波信号を合成して、第４のポートから出力する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の無線受信装置において、前記アンテナは、受信対象の電波の半波長を奇数倍した距離だけ離れて配置されている、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の無線受信装置において、前記ラットレース回路の各伝送路が同軸ケーブルで形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、アンテナは、互いに離れて配置されているので、同相および逆相の電波に対して指向性を持つ。かつ、一方のアンテナからの出力をラットレース回路の第１のポートに入力し、他方のアンテナからの出力をラットレース回路の第２のポートに入力する。これにより、同相で電波が到達した場合はもちろん、逆相で電波が到達しても、ラットレース回路が各アンテナからの高周波信号を合成して出力する。つまり、第３のポートまたは第４のポートから高周波信号が必ず出力される。この結果、マルチパスによる複数経路からの電波がアンテナに到達しても、マルチパスによる影響を除くことができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、受信対象の電波の半波長を奇数倍した距離だけアンテナを離して配置することにより、両アンテナが受信する電波の位相差が正相および逆相である場合に、これらの電波を選択するための指向性をアンテナに持たせることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、ラットレース回路を同軸ケーブルで形成するので、簡単に、かつ、安価にラットレース回路を作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
この実施の形態による無線受信装置は、図１の無線通信機に用いられている。この実施の形態では、無線通信機が電力会社の営業所に設置されている場合を例として説明する。営業所は無線通信機により移動車と連絡をしている。図１の無線通信機は、送信装置１と受信装置２と制御部３とを備えている。送信装置１および受信装置２は、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのＵＨＦ帯の電波を用いて通信を行う。
【００１６】
送信装置１は、制御部３からの音声信号を電波で移動車に送信するものであり、送信アンテナ１１Ａと避雷器１１Ｂとバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１１Ｃと送信部１１Ｄとを備えている。送信部１１Ｃは、制御部３からの音声信号をデジタルに変換し、さらにデジタルの音声信号を所定周波数の搬送波で変調して高周波信号に変換する。送信部１１Ｄからの高周波信号は、バンドパスフィルタ１１Ｃと避雷器１１Ｂを経て、送信アンテナ１１Ａに入力される。送信アンテナ１１Ａは高周波信号を電波として送信する。送信アンテナ１１Ａと送信部１１Ｄとの間に設けられているバンドパスフィルタ１１Ｃは、所定周波数の高周波信号だけを通し、避雷器１１Ｂは、送信アンテナ１１Ａに落雷があると、この落雷の影響がバンドパスフィルタ１１Ｃや送信部１１Ｄに及ぶことを防ぐ。
【００１７】
受信装置２は、例えば送信装置１の呼びかけで応答する、移動車からの電波を受信するものであり、二つの受信系統からなる。第１の受信系統は、受信アンテナ２１Ａ、避雷器２１Ｂ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１Ｃおよび受信部２１Ｄを備えている。また、第２の受信系統は、受信アンテナ２２Ａ、避雷器２２Ｂ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２２Ｃおよび受信部２２Ｄを備えている。さらに、第１の受信系統と第２の受信系統には、ラットレース回路２３が挿入されている。
【００１８】
第１の受信系統の受信アンテナ２１Ａは移動車などからの電波を受信し、避雷器２１Ｂとバンドパスフィルタ２１Ｃとを経て、高周波信号をラットレース回路２３に送る。なお、避雷器１１Ｂは受信アンテナ２１Ａに落雷があると、この落雷の影響がバンドパスフィルタ２１Ｃやラットレース回路２３に及ぶことを防ぐ。バンドパスフィルタ２１Ｃは、所定周波数の高周波信号だけを通すフィルタである。第２の受信系統の受信アンテナ２２Ａ、避雷器２２Ｂおよびバンドパスフィルタ２２Ｃは、第１の受信系統の受信アンテナ２１Ａ、避雷器２１Ｂおよびバンドパスフィルタ２１Ｃと同じであるので、これらの説明を省略する。
【００１９】
この実施の形態では、受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａとを次のように配置している。つまり、移動車などから送信される電波、つまり、搬送波の波長をλとすると、受信アンテナ２１Ａから受信アンテナ２２Ａまでの間隔Ｓは、
Ｓ＝（λ／２）・（２ｎ＋１）
である。ここで、値ｎは、
ｎ＝０、１、２、…、ｋ（自然数）
となる数である。つまり、受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａとの間隔は、搬送波の半波長の奇数倍である。この実施の形態で、間隔Ｓは、
Ｓ＝λ／２
である。
【００２０】
こうした受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａとをλ／２だけ離して配置することにより、図２に示す指向特性が形成される。受信アンテナ２１Ａ、２２Ａに到来する電波が同相成分信号である場合、つまり、受信アンテナ２１Ａ、２２Ａの信号位相差φが０度（正相）である場合、図２（ａ）に示す合成指向特性ＡＲ０が形成される。つまり、受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａの配列方向が電波の到来方向Ｄである場合、受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａとによる指向特性は、到来方向Ｄおよびその逆方向に強くなる。また、受信アンテナ２１Ａ、２２Ａに到来する電波が逆相成分信号である場合、つまり、受信アンテナ２１Ａ、２２Ａの信号位相差φが１８０度（逆相）である場合、図２（ｂ）に示す合成指向特性ＡＲ１８０が形成される。つまり、受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａとによる指向特性は、到来方向Ｄに対して交差する方向（以下、「到来方向Ｕ」という）およびその逆方向の指向性を持つ。
【００２１】
このように、受信アンテナ２１Ａと受信アンテナ２２Ａとをλ／２だけ離して配置することにより、互いに９０度に交差するように、合成指向特性ＡＲ０、ＡＲ１８０が形成され、合成指向特性ＡＲ０、ＡＲ１８０により、信号位相差φが０度の到来波または信号位相差φが１８０度の到来波が、選択的に受信される。
【００２２】
ラットレース回路２３は、同軸ケーブルなどの伝送線を用いて形成された回路である。この実施の形態では、図３に示すラットレース回路２３を用いる。このラットレース回路２３は、４つのポートＰ１〜Ｐ４を持っている。ポートＰ１、Ｐ２は入力端子であり、ポートＰ３、Ｐ４は出力端子である。ポートＰ１とポートＰ３との間にλ／４の長さの同軸ケーブル２３Ａが接続され、ポートＰ１とポートＰ４との間にλ／４の長さの同軸ケーブル２３Ｂが接続されている。また、ポートＰ２とポートＰ３との間にλ／４の長さの同軸ケーブル２３Ｃが接続され、ポートＰ２とポートＰ４との間に３λ／４の長さの同軸ケーブル２３Ｄが接続されている。各同軸ケーブル２３Ａ〜２３Ｄは、高周波信号が流れる伝送路である。
【００２３】
ラットレース回路２３は次のように動作する。図３で時計回りを矢印Ａの方向とし、反時計回りを矢印Ｂの方向とすると、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
ａ．時計回り…λ／４（同軸ケーブル２３Ａ）
ｂ．反時計回り…λ／４（同軸ケーブル２３Ｂ）、３λ／４（同軸ケーブル２３Ｄ）、λ／４（同軸ケーブル２３Ｃ）
の両経路を経てポートＰ３に到達する。このとき、時計回りの信号はλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ１に入力された高周波信号により、ポートＰ３からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００２４】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
ａ．時計回り…３λ／４（同軸ケーブル２３Ｄ）、λ／４（同軸ケーブル２３Ｂ）、λ／４（同軸ケーブル２３Ａ）
ｂ．反時計回り…λ／４（同軸ケーブル２３Ｃ）
の両経路を経てポートＰ３に到達する。このとき、時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号はλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ２に入力された高周波信号により、ポートＰ３からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００２５】
したがって、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。
【００２６】
一方、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
ａ．時計回り…λ／４（同軸ケーブル２３Ａ）、λ／４（同軸ケーブル２３Ｃ）、３λ／４（同軸ケーブル２３Ｄ）
ｂ．反時計回り…λ／４（同軸ケーブル２３Ｂ）
の両経路を経てポートＰ４に到達する。このとき、時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号はλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ１に入力された高周波信号により、ポートＰ４からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００２７】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
ａ．時計回り…３λ／４（同軸ケーブル２３Ｄ）
ｂ．反時計回り…λ／４（同軸ケーブル２３Ｃ）、λ／４（同軸ケーブル２３Ａ）、λ／４（同軸ケーブル２３Ｂ）
の両経路を経てポートＰ４に到達する。このとき、時計回りの信号は３λ／４だけ遅延し、反時計回りの信号は３λ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ２に入力された高周波信号により、ポートＰ４からは３λ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００２８】
したがって、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。
【００２９】
こうした動作をするラットレース回路２３は、２つの特性を持つ。まず、最初の特性について説明する。この特性は、ラットレース回路２３のポートＰ１とポートＰ２とに同相の高周波信号を入力すると、ポートＰ３から合成された高周波信号を出力し、ポートＰ４から高周波信号を出力しない、というものである。つまり、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが加え合わされる。これにより、ポートＰ３からは、加え合わされて合成された高周波信号が出力される。こうした特性を同相出力特性とする。
【００３０】
さらに、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。これにより、２つの高周波信号が互いに打ち消し合う。つまり、同相出力特性では、ポートＰ４から高周波信号が出力されない。
【００３１】
次に、ラットレース回路２３の二番目の特性について説明する。この特性は、ラットレース回路２３のポートＰ１とポートＰ２とに逆相の高周波信号を入力すると、ポートＰ４から合成された高周波信号を出力し、ポートＰ３から高周波信号を出力しない、というものである。つまり、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。このとき、ポートＰ１に加えられる高周波信号は、ポートＰ２に加えられる高周波信号と位相が１８０度異なるので、λ／２だけ位相が異なることになる。この結果、ポートＰ４からは、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ１に加えられる高周波信号に比べて、３λ／４だけ遅延し、かつ、λ／２だけ位相の異なる高周波信号とが加え合わされる。これにより、ポートＰ４からは、加え合わされた高周波信号が出力される。こうした特性を逆相出力特性とする。
【００３２】
さらに、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。この結果、ポートＰ３からは、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ１に加えられる高周波信号に比べて、λ／４だけ遅延し、かつ、λ／２だけ位相の異なる高周波信号とが合成される。これにより、ポート３では、逆相の高周波信号が打ち消し合う。つまり、逆相出力特性では、ポートＰ３からは、高周波信号が出力されない。
【００３３】
こうしたラットレース回路２３のポートＰ１には、図４に示すように受信アンテナ２１Ａが接続され、ポートＰ２には、受信アンテナ２２Ａが接続されている。なお、図４では、避雷器２１Ｂ、２２Ｂとバンドパスフィルタ２１Ｃ、２２Ｃとの記載を省略している。ラットレース回路２３のポートＰ３には受信部２１Ｄが接続され、ポートＰ４には受信部２２Ｄが接続されている。
【００３４】
制御部３は、無線通信機の音声回路（図示を省略）から入力された音声信号を送信装置１の送信部１１Ｄに送る。また、制御部３は、受信部２１Ｄからの音声信号のレベルと、受信部２２Ｄからの音声信号のレベルとを比較する。そして、制御部３は、レベルの大きな方の音声信号を音声回路に出力する。
【００３５】
次に、この実施の形態による無線受信装置の動作について説明する。図５に示すように、電力会社の営業所１１０が移動車１２０と連絡する場合に、高い建物１３０がある都市部で無線通信が行われるときがある。通常、移動車１２０のアンテナ１２１から出力された電波は、営業所１１０に直接到達する。また、移動車１２０から出力された電波は、建物１３０で反射、回折などして、営業所１１０に到達する。つまり、建物１３０によりマルチパスが生じて、同じ電波が複数経路から営業所１１０に到達する。このとき、移動車１２０から直接到達する電波Ｗ１に比べて、反射、回折などして到達する電波Ｗ２には位相のずれが生じる場合がある。
【００３６】
一方、営業所１１０の受信アンテナ２１Ａ、２２Ａは、直接到達する電波Ｗ１と、反射、回折などして到達する電波Ｗ２とを受信する。このとき、図６に示すように、電波Ｗ１と電波Ｗ２との位相差が０度であるとき、受信アンテナ２１Ａ、２２Ａの合成指向特性ＡＲ０により、到来方向Ｄおよびその逆方向からの電波Ｗ１、Ｗ２を受信する。また、電波Ｗ１と電波Ｗ２との位相差が１８０度であるとき、受信アンテナ２１Ａ、２２Ａの合成指向特性ＡＲ１８０により、到来方向Ｕおよびその逆方向からの電波Ｗ１、Ｗ２を受信する。
【００３７】
受信アンテナ２１Ａ、２２Ａは、電波Ｗ１、Ｗ２を受信すると、ラットレース回路２３のポートＰ１、Ｐ２に高周波信号を送る。ラットレース回路２３は、ポートＰ１、Ｐ２の高周波信号が同相のときに、同相出力特性により、ポートＰ３から高周波信号を受信部２１Ｄに出力する。また、ラットレース回路２３は、ポートＰ１、Ｐ２の高周波信号が逆相のときに、逆相出力特性により、ポートＰ４から高周波信号を受信部２２Ｄに出力する。受信部２１Ｄ、２２Ｄは高周波信号を受け取ると、この信号を復調して音声信号を再生する。受信部２１Ｄ、２２Ｄは、再生した音声信号を制御部３に送る。制御部３は、受信部２１Ｄからの音声信号のレベルと、受信部２２Ｄからの音声信号のレベルとを比較し、レベルの大きな方の音声信号を、無線通信機の音声回路（図示を省略）に出力する。
【００３８】
こうして、この実施の形態により、マルチパスによる複数経路から電波が到来しても、複数経路から電波の位相が正相（０度）または逆相（１８０度）であると、λ／２だけ離れて設置された受信アンテナ２１Ａ、２２Ａでこれらの電波を選別し、かつ、位相が正相または逆相の電波を受信して得た高周波信号を、ラットレース回路２３で合成することにより、ラットレース回路２３のポートＰ３またはポートＰ４から高周波信号を必ず出力する。つまり、移動車１２０からの高周波信号を確実に出力することができる。特に、複数経路からの電波が逆相であっても、従来のように、復調困難になることがなく、逆に、高周波信号を出力することができる。
【００３９】
また、従来、電力会社の営業所１１０では、受信系統を２つ備え、確実に電波を受信した系統からの高周波信号を再生している。したがって、従来の２つの受信系統を持つ受信装置を、マルチパスに対応した受信装置２に変更するためには、同軸ケーブルで構成されたラットレース回路２３を付加するだけでよい。これにより、従来の受信装置を大幅に変更することを不要にし、かつ、低いコストで、受信装置２を作りだすことができる。
【００４０】
（実施の形態２）
実施の形態１では、３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚのＵＨＦ帯の電波を用いて、受信装置２が通信を行う場合を例としたが、この実施の形態では、ＵＨＦ帯より高い周波数で受信装置２が通信を行う。この場合には、同軸ケーブルの代わりに、ラットレース回路２３を基板に形成する。つまり、波長λがさらに短くなるので、長さがλ／４と３λ／４のパターンを伝送路として基板に形成することにより、ラットレース回路２３が形成される。
【００４１】
これにより、ＵＨＦ帯より高い周波数で通信を行う受信装置２に対してラットレース回路２３を設けるために、ラットレース回路２３を形成した基板（ストリップライン型伝送路）を取り付ければよいので、従来の受信装置を大幅に変更することを不要にし、かつ、さらに低いコストで、受信装置２を作りだすことができる。
【００４２】
以上、この発明の各実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は各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設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、ＵＨＦ帯より低い周波数で通信する受信装置に対しても、この発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態１による無線受信装置が用いられている無線通信機の構成を示す図である。
【図２】受信アンテナの指向特性を示す図であり、図２（ａ）は同相成分信号による合成指向特性を示す図、図２（ｂ）は逆相成分信号による合成指向特性を示す図である。
【図３】ラットレース回路を説明する図である。
【図４】アンテナおよび受信部と、ラットレース回路との接続を示す図である。
【図５】マルチパスを説明する図である。
【図６】電波の受信の様子を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  送信装置
２  受信装置
２１Ａ、２２Ａ  受信アンテナ
２１Ｄ、２２Ｄ  受信部
２３  ラットレース回路
【図１】
2010028677.tif 000003
【図２】
2010028677.tif 000004
【図３】
2010028677.tif 000005
【図４】
2010028677.tif 000006
【図５】
2010028677.tif 000007
【図６】
2010028677.tif 000008