(57)【要約】【課題】  ハイトパターンにより電界強度に変化の生じた電波を受信する場合や、電波の到来方向の変化に対応する場合に、アンテナの移動や調整を不要にすることができる無線受信装置および無線通信システムを提供する。【解決手段】  互い上下方向に離れて配列されている第１、第２のアンテナ１０、２０と、第１、第２のポートが第１、第２のアンテナ１０、２０にそれぞれ接続されていると共に第３、第４のポートが、合成された高周波信号を出力するラットレース回路３１と、第１〜第４の開放接点がラットレース回路３１の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続する選択スイッチ回路３３とを備え、第１、第２のポートから第１、第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる電気的な長さの伝送路で、第１、第２のポートが接続され、第３、第４のポートから第３、第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる電気的な長さの伝送路で、第３、第４のポートが接続されている。【選択図】  図４
2010068174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに上下方向に離れて配列され、電波を受信して高周波信号を出力するアンテナと、
第１および第２のポートがアンテナにそれぞれ接続されていると共に第３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と第３のポート、第１と第４のポートおよび第２と第３のポートの間に、電波の４分の１波長の電気的な長さの伝送路が接続されていると共に第２と第４のポートの間に、電波の４分の３波長の電気的な長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、
第１〜第４の接点がラットレース回路の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続するスイッチ回路と、
を備え、第１および第２のポートから第１および第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる電気的な長さの伝送路で、第１および第２のポートが接続され、第３および第４のポートから第３および第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる電気的な長さの伝送路で、第３および第４のポートが接続されている、
ことを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
スイッチ回路の第１〜第４の接点が開放され、
ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の長さの整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の長さの奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、
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】
スイッチ回路の第１〜第４の接点が短絡され、
ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、
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。
【請求項４】
２つのアンテナは、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列されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
【請求項５】
ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とが同軸構造の伝送路で形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線受信装置を用いた無線通信システムであって、
信号を送信する際に、複数の同じ信号を順次に送信する送信装置と、
送信装置が信号を送信するタイミングで、無線受信装置のスイッチ回路に対して、各接点の一つを順次に選択して次段の受信機に接続する制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【請求項７】
制御部は、受信機が高周波信号から再生した信号を、受信機からそれぞれ受け取ると、各信号の誤りを検出し、誤りの無い信号を出力する、
ことを特徴とする請求項６に記載の無線通信システム。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線受信装置を無線送信装置として送信側に備える無線通信システムであって、
送信側に備えられ、信号を送信するタイミングでスイッチ回路に対して、各接点の一つを順次に選択して前段の送信機に接続する制御を行う制御部と、
信号を受信する際に、送信側で信号を送信するタイミングで、信号を順次に受信する受信装置と、
を備えることを特徴とする無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を用いて無線通信を行う無線受信装置および無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
メ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、水力発電所のロボットテレメータがダムの水位や流量などを計測する。そして、水力発電所は計測結果を定期的に無線通信で電力所に送信する（例えば、特許文献１参照。）。電力所は、受信したデータを基にして、水力発電所や変電所の運転管理などを行い、需要家に対して電気を安定して供給する。
【０００３】
ところで、水力発電所やダムは、河川の水を利用するので、山間部に設けられている。このために、水力発電所から電力所に対しては、７０ＭＨｚ帯の固定回線によって、河川の水位や流量の計測結果が無線通信で送信される。このとき、水力発電所が山間部に設けられ、電力所は都市部などの平坦部に設けられているので、水力発電所から電力所への無線通信には、山岳回折が利用されている。電力所では、山岳回折で直接電波を受信すると同時に、地表での反射波を受信する場合がある。つまり、後述の図１に示すように、２つの電波が合成される場合がある。このために、図８に示すように、電波の受信点によって、合成された電波の電界強度の強弱パターンであるハイトパターンが生じる。ハイトパターンは受信点の高さに応じて形成される。
【０００４】
ハイトパターンが生じた場合、電界強度の弱い受信点で電波を受信すると、十分な信号強度が得られないので、計測データの欠損が発生することがある。このようなデータの欠損を防ぐために、例えば図９に示すアンテナ１０１で受信する場合には、駆動装置（図示を省略）を用いてアンテナ１０１をポール１０２に沿って上下方向（方向１１１および逆方向）に移動し、強い電界強度の受信点で電波を受信する。
【０００５】
また、アンテナ１０１の駆動装置をポール１０２に設置できない場合には、大型のアンテナを用いる場合もある。
【特許文献１】特開平５−２８１０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、先に述べたハイトパターンが生じた電波を受信する場合に、アンテナ１０１を上下方向に駆動するときには、駆動装置を必要とし、さらに、この駆動装置をポール１１１に設置する必要がある。また、駆動装置を設置する代わりに、大型のアンテナを用いる場合には、このアンテナが風で受ける力が大きくなるので、強度のあるポール１１１を用いる必要がある。
【０００７】
さらに、山岳回折を利用した固定回線では、電波の回折点が稜線の形状などによる影響を受け、また、積雪や降雨などの気象条件により、電波の到来方向が一定ではない。この場合には、ハイトパターンに対応するためにアンテナ１０１を上下するだけではなく、アンテナの向き１０１も調節する必要がある。
【０００８】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、ハイトパターンにより電界強度に変化の生じた電波を受信する場合や、電波の到来方向の変化に対応する場合に、アンテナの移動や調整を不要にすることができる無線受信装置および無線通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、互いに上下方向に離れて配列され、電波を受信して高周波信号を出力するアンテナと、第１および第２のポートがアンテナにそれぞれ接続されていると共に第３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と第３のポート、第１と第４のポートおよび第２と第３のポートの間に、電波の４分の１波長の電気的な長さの伝送路が接続されていると共に第２と第４のポートの間に、電波の４分の３波長の電気的な長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、第１〜第４の接点がラットレース回路の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続するスイッチ回路と、を備え、第１および第２のポートから第１および第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる電気的な長さの伝送路で、第１および第２のポートが接続され、第３および第４のポートから第３および第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる電気的な長さの伝送路で、第３および第４のポートが接続されている、ことを特徴とする無線受信装置である。
【００１０】
請求項１の発明では、２つのアンテナが用いられている。そして、２つのアンテナは、互いに上下方向に離れて配置され、電波を受信して高周波信号を出力する。また、請求項１の発明では、ラットレース回路を形成する伝送路の、次の特性を利用している。伝送路のケーブルの電気的な長さがλ／４である場合に、一端が開放されているときに、他端から伝送路を見たインピーダンスがゼロになる。逆に、一端が短絡されているときに、他端から伝送路を見たインピーダンスが無限大になる。
【００１１】
こうした状態のときに、スイッチ回路により第１の接点が選択されると、第１のポートからラットレース回路を見たインピーダンスはすべて無限大になり、第１のポートには、一方のアンテナだけが接続されている状態となる。これにより、スイッチ回路は一方のアンテナからの高周波信号を出力する。同じように、スイッチ回路により第２の接点が選択されると、ラットレース回路の第２のポートには他方のアンテナだけが接続されている状態となる。これにより、スイッチ回路は他方のアンテナからの高周波信号を出力する。
【００１２】
スイッチ回路により第３の接点が選択されると、ラットレース回路の特性により、２つのアンテナからの高周波信号が同相のときに、合成された高周波信号を第３のポートが出力する。同じように、スイッチ回路により第４の接点が選択されると、２つのアンテナからの高周波信号が逆相のときに、合成された高周波信号を第４のポートが出力する。
【００１３】
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、スイッチ回路の第１〜第４の接点が開放され、ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の長さの整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする。
【００１４】
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、スイッチ回路の第１〜第４の接点が短絡され、ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置おいて、２つのアンテナは、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列されている、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置において、ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とが同軸構造の伝送路で形成されている、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線受信装置を用いた無線通信システムであって、信号を送信する際に、複数の同じ信号を順次に送信する送信装置と、送信装置が信号を送信するタイミングで、無線受信装置のスイッチ回路に対して、各接点の一つを順次に選択して次段の受信機に接続する制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする無線通信システムである。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項６に記載の無線通信システムおいて、制御部は、受信機が高周波信号から再生した信号を、受信機からそれぞれ受け取ると、各信号の誤りを検出し、誤りの無い信号を出力する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の無線受信装置を無線送信装置として送信側に備える無線通信システムであって、送信側に備えられ、信号を送信するタイミングでスイッチ回路に対して、各接点の一つを順次に選択して前段の送信機に接続する制御を行う制御部と、信号を受信する際に、送信側で信号を送信するタイミングで、信号を順次に受信する受信装置とを備えることを特徴とする無線通信システムである。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明によれば、スイッチ回路により第１または第２の接点が選択されると、スイッチ回路は一方のアンテナまたは他方のアンテナからの高周波信号を出力する。しかも、２つのアンテナは上下方向に設置されているので、ハイトパターンに対応して、電波を受信することを可能にする。スイッチ回路により第３の接点が選択されると、２つのアンテナからの高周波信号が同相のときに、第３のポートが高周波信号を出力する。このときには、上下方向に配列された２つのアンテナにより形成される指向性が、低い方向に形成される。これにより、電波が低い方向から到来すると、同相の高周波信号を合成した信号が出力される。また、スイッチ回路により第４の接点が選択されると、２つのアンテナからの高周波信号が逆相のときに、第４のポートが高周波信号を出力する。このときには、上下方向に配置された２つのアンテナにより形成される指向性が、高い方向に形成される。これにより、電波が高い方向から到来すると、逆相の高周波信号を合成した信号が出力される。この結果、電波の到来方向の変化に対して、電波を受信することを可能にする。つまり、請求項１の発明により、ハイトパターンの電波を受信する場合や、電波の到来方向の変化に対応することを可能にする。
【００２１】
請求項２および請求項３の発明によれば、２種類の伝送路を用いて、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続するので、ラットレース回路とスイッチ回路との接続構造を簡単にすることができる。
【００２２】
請求項４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２つのアンテナを離して配置することにより、２つのアンテナの配列方向に対して交差する方向から電波が到来すると、正相の高周波信号が合成されて出力される。また、２つのアンテナの配列方向から電波が到来すると、逆相の高周波信号が合成されて出力される。この結果、２つのアンテナの配列方向に対して交差する方向と、２つのアンテナの配列方向とに、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。
【００２３】
請求項５の発明によれば、ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とを同軸構造の伝送路で形成するので、簡単に、かつ、安価にラットレース回路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する回路とを作ることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、無線受信装置のスイッチ回路に対して、各接点の一つを順次に選択して次段に接続する。これにより、ハイトパターンに対応して、かつ、電波の到来方向に対応して、送信装置からの複数の信号を受信するので、送信装置からの信号を確実に出力することを可能にする。
【００２５】
請求項７の発明によれば、受信機が再生した信号の中から誤りの無い信号を出力するので、送信装置からの信号を確実に出力することができる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、ハイトパターンが発生する可能性がある場合に、請求項１の発明と同様の原理により、送信側でハイトパターンに対応するように信号を送信するので、受信装置による確実な信号の受信を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
この実施の形態では、電力会社の水力発電所が計測した、河川の水位や流量などの計測結果を、電力所に電波で送信する場合を例としている。この実施の形態による無線通信システムを図１に示す。図１の無線通信システムは、水力発電所やダムに設置されているロボットテレメータ１および送信装置２と、電力所に設置されている無線受信装置３とを備えている。
【００２９】
水力発電所やダムに設置されているロボットテレメータ１は、河川の水位や流量などを自動で計測し、計測結果である計測データを送信装置２に送る。送信装置２は、ロボットテレメータ１から計測データを受け取ると、電波により計測データを電力所に送信する。計測データを送信するために、７０ＭＨｚ帯の電波を用いた固定回線が使用されている。このとき、水力発電所と電力所との間には山岳Ｍがあるので、固定回線の設置に際して山岳回折Ｍ１が利用されている。
【００３０】
また、水力発電所の送信装置２は、次のようにして、電力所に向けて計測データを送信する。送信装置２は、同じ計測データの４回の送信を一組とし、一組の計測データを所定の時間間隔で送信する。例えば、送信装置２は一組の計測データを１日に６回、無線受信装置３に送信する。かつ、送信装置２は、一組の計測データを送信するとき、４つの計測データを一定間隔のタイミングで順次に送信する。
【００３１】
こうした計測データを受信する、この実施の形態による無線受信装置３を、図２に示す。図２の無線受信装置は、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０と、受信部３０とを備えている。
【００３２】
第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０は、アンテナ素子を５個配列した八木・宇田アンテナであるが、素子数などが異なるアンテナが利用可能である。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０は、水力発電所からの電波を受信すると、高周波信号を受信部３０に送る。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、互いに離れてポール１０２に固定され、かつ、第２のアンテナ２０が地表面側に、第１のアンテナ１０が第２のアンテナ２０より上に配列されている。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、次のように配置されている。固定回線で用いられる電波、つまり、搬送波の波長をλとすると、第１のアンテナ１０から第２のアンテナ２０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、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０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。
【００３３】
こうした第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とをλ／２だけ離して配置することにより、水力発電所からの電波を受信する際に、図３に示す指向特性が形成される。なお、図中の符号１１〜１５で示される部材および符号２１〜２５で示される部材は、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０のアンテナ素子である。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０に到来する電波が同相である場合、つまり、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０の信号位相差φが０度（正相）である場合、図３（ａ）に示す合成指向特性Ａｒ０が形成される。合成指向特性Ａｒ０によれば、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０に対して、電波の来る方向が到来方向Ｄである場合、つまり、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０の配列方向に対して交差する方向である場合、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とがλ／２だけ離れているので、到来方向Ｄおよびその逆方向で利得が高くなる。しかし、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは八木・宇田アンテナであり、指向性を持つ。この結果、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とにより、低角度の到来電波に対しては、高い利得を持つ合成指向特性ＡＲ０が形成される。
【００３４】
また、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０に到来する電波が逆相である場合、つまり、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０の信号位相差φが１８０度（逆相）である場合、図３（ｂ）に示す合成指向特性Ａｒ１８０が形成される。合成指向特性Ａｒ１８０によれば、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０に対して電波が来る方向が、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）である場合、つまり、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０の配列方向である場合、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とがλ／２だけ離れているので、到来方向Ｕおよびその逆方向で利得が高くなる。しかし、先に述べたように、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは八木・宇田アンテナであり、指向性を持つ。この結果、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とにより、高角度の到来電波に対しては、高い利得を持つ合成指向特性ＡＲ１８０が形成される。
【００３５】
第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、同軸構造の伝送路でラットレース回路３１に接続されている。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０を接続する同軸構造の伝送路は同じ長さであれば任意である。
【００３６】
受信部３０は、図４に示すように、ラットレース回路３１、接続部３２、選択スイッチ回路３３、受信機３４および制御部３５を備えている。
【００３７】
受信部３０のラットレース回路３１は、同軸構造の伝送路などの伝送路を用いて形成された回路である。この実施の形態では、図５に示すラットレース回路３１を用いる。このラットレース回路３１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は、第１のアンテナ１０と、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１とに接続され、ポートＰ２は、第２のアンテナ２０と、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２とに接続されている。また、ポートＰ３は、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３に接続され、ポートＰ４は、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４に接続されている。なお、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４については、後述する。
【００３８】
ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ３との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の伝送路３１Ａが接続され、ポートＰ１とポートＰ４との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の伝送路３１Ｂ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の電気的な長さの同軸構造の伝送路３１Ｃが接続され、ポートＰ２とポートＰ４との間に３λ／４の電気的な長さの同軸構造の伝送路３１Ｄが接続されている。各同軸構造の伝送路３１Ａ〜３１Ｄは、高周波信号が流れる伝送路である。
【００３９】
ラットレース回路３１は次のように動作する。図５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、
時計回り…λ／４（同軸構造の伝送路３１Ａ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｂ）、３λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｄ）、λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｃ）
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。
【００４０】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
時計回り…３λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｄ）、λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｂ）、λ／４（同軸構造の伝送路３１Ａ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｃ）
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。
【００４１】
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。
【００４２】
一方、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
時計回り…λ／４（同軸構造の伝送路３１Ａ）、λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｃ）、３λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｄ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｂ）
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。
【００４３】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
時計回り…３λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｄ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｃ）、λ／４（同軸構造の伝送路３１Ａ）、λ／４（同軸構造の伝送路３１Ｂ）
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。
【００４４】
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。
【００４５】
こうした動作をするラットレース回路３１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３１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。
【００４６】
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。
【００４７】
次に、ラットレース回路３１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３１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。
【００４８】
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Ｐ３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。
【００４９】
受信部３０の選択スイッチ回路３３は、ラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４のいずれかを、接続部３２を経て次段の受信機３４に接続する。選択スイッチ回路３３は、制御部３５の制御によって可動される接点３３Ａと、固定され、かつ、開放されている接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４を備えている。接点３３Ａは受信機３４に接続され、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４はラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４に、接続部３２を介在してそれぞれ接続されている。つまり、選択スイッチ回路３３は、制御部３５の制御を受け、受信機３４を接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の中の一つに順に接続する。このとき、接点３３Ａに接続されていない接点、つまり、受信機３４に接続されていない接点は開放状態になる。
【００５０】
こうした選択スイッチ回路３３は、例えば４接点（接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４）を持つロータリスイッチにより構成される。そして、ロータリスイッチの４接点にラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４が接続され、ロータリスイッチの回転軸がパルスモータで回転駆動される。パルスモータは、制御部３５の制御によって所定角度だけ回転し、４接点のそれぞれで停止するモータである。この他にも、選択スイッチ回路３３として、リレーを組み合わせた回路など、各種のものがある。
【００５１】
受信部３０の接続部３２は、ラットレース回路３１と選択スイッチ回路３３との間に設けられている。接続部３２は、接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄによって形成されている。接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂは、ケーブルの電気的な長さがλ／２であり、ラットレース回路３１のポートＰ１、Ｐ２を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１、３３Ｂ２にそれぞれ接続する。接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄは、ケーブルの電気的な長さがλ／４であり、ラットレース回路３１のポートＰ３、Ｐ４を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３、３３Ｂ４にそれぞれ接続する。
【００５２】
こうした選択スイッチ回路３３に使用されている同軸構造の伝送路には、次の特性がある。同軸構造の伝送路のケーブルの電気的な長さがλ／４である場合に、一端が開放されているときに、他端から同軸構造の伝送路を見たインピーダンスがゼロになる。逆に、一端が短絡されているときに、他端から同軸構造の伝送路を見たインピーダンスが無限大になる。なお、ラットレース回路３１の同軸構造の伝送路３１Ａ〜３１Ｄも同様である。
【００５３】
ケーブルの電気的な長さがλ／４である同軸構造の伝送路はこうした特性を持つので、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１が開放されているとき、λ／２のケーブルの電気的な長さを持つ接続ケーブル３２Ａについては、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大になる。接続ケーブル３２Ｂも同様であり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２が開放されているとき、接続ケーブル３２Ｂについては、ポートＰ２から見たインピーダンスは無限大になる。なお、接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂのケーブルの電気的な長さは、λ／２に限定されず、ポートＰ１、Ｐ２から見たインピーダンスが無限大になるような長さであればよい。
【００５４】
一方、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３が開放されているとき、λ／４のケーブルの電気的な長さを持つ接続ケーブル３２Ｃについては、ポートＰ３から見たインピーダンスはゼロになる。接続ケーブル３２Ｄも同様であり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４が開放されているとき、接続ケーブル３２Ｄについては、ポートＰ４から見たインピーダンスはゼロになる。なお、接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄのケーブルの電気的な長さは、λ／４に限定されず、ポートＰ３、Ｐ４から見たインピーダンスがゼロになるような長さであればよい。
【００５５】
受信機３４は、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａから高周波信号を受け取ると、この高周波信号から、水位や流量などを表す計測データを再生する。そして、受信機３４は、再生した計測データを制御部３５に送る。
【００５６】
制御部３５は、水力発電所のデータ送信の時刻をあらかじめ記憶している。制御部３５は、データ送信の時刻になると、４つの計測データが順次に送信されるタイミングに合わせて、選択スイッチ回路３３を制御し、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の一つに接点３３Ａを順次に接続する操作を行う。この後、制御部３５は、受信機３４から計測データを受け取ると、このデータに対してパリティチェックを行い、計測データの誤りを検出する。そして、制御部３５は、誤りが無い計測データを、次段の装置に出力する。
【００５７】
次に、この実施の形態による無線通信システムの動作について説明する。水力発電所のロボットテレメータ１は河川の水位や流量などの計測データを送信装置２に送る。送信装置２は、計測データの送信の時刻になると、一組の計測データ、つまり、４つの計測データを一定間隔のタイミングで順次に送信する。
【００５８】
電力所の無線受信装置３では、受信部３０の制御部３５が選択スイッチ回路３３を制御し、４つの計測データが送信されるタイミングに合わせて、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４に接点３３Ａを接続していく。この実施の形態では、選択スイッチ回路３３は、制御部３５の制御によって、接点３３Ｂ１、接点３３Ｂ２、接点３３Ｂ３、接点３３Ｂ４の順で、接点３３Ａを接続していく。
【００５９】
選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ１に接続すると、第１のアンテナ１０からの高周波信号は、接続ケーブル３２Ａ、接点３３Ｂ１、接点３３Ａを経て、受信機３４に入力される。
【００６０】
また、選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ１に接続すると、図６に示すように、接点３３Ｂ２〜３３Ｂ４が開放になる。接点３３Ｂ２が開放になると、ケーブルの電気的な長さがλ／２の同軸構造の伝送路の特性により、ポートＰ２から見た、ケーブルの電気的な長さがλ／２の接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスは無限大になる。なお、図６では、インピーダンスを見る方向を太い矢印で表し、インピーダンスをＩｍｐで表している。ポートＰ２から見た接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスが無限大つまり開放になるので、ポートＰ３から見た、ケーブルの電気的な長さがλ／４の同軸構造の伝送路３１Ｃのインピーダンスがゼロになる。ポートＰ３から見た同軸構造の伝送路３１Ｃのインピーダンスがゼロつまり短絡になるので、ポートＰ１から見た、ケーブルの電気的な長さがλ／４の同軸構造の伝送路３１Ａのインピーダンスが無限大になる。
【００６１】
同じようにして、接点３３Ｂ２が開放になると、ポートＰ２から見た接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスが無限大になるので、ポートＰ４から見た、ケーブルの電気的な長さが３λ／４の同軸構造の伝送路３１Ｄのインピーダンスがゼロになる。ポートＰ４から見た同軸構造の伝送路３１Ｄのインピーダンスがゼロつまり短絡になるので、ポートＰ１から見た、ケーブルの電気的な長さがλ／４の同軸構造の伝送路３１Ａのインピーダンスが無限大になる。
【００６２】
このように、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大つまり開放になるので、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になる。同じようにして、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になる。つまり、ポートＰ１には、第１のアンテナ１０と接続ケーブル３２Ａだけが接続されている状態になる。したがって、受信機３４には、第１のアンテナ１０からの高周波信号だけが入力されることになる。この状態は、ハイトパターンの高い部分の強い電界強度の受信点で、電波を受信するためのものである。
【００６３】
選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ２に接続すると、接点３３Ｂ１に接点３３Ａを接続した場合と同じように、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になる。また、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になる。つまり、ポートＰ２には、第２のアンテナ２０と接続ケーブル３２Ｂだけが接続されている状態になる。したがって、受信機３４には、第２のアンテナ２０からの高周波信号だけが入力されることになる。この状態は、ハイトパターンの低い部分の強い電界強度の強い受信点で、電波を受信するためのものである。
【００６４】
選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ３に接続すると、接点３３Ｂ１、接点３３Ｂ２、接点３３Ｂ４からポートＰ３に至る経路はすべて短絡、つまり、接続状態になる。この状態においては、ラットレース回路３１の同相出力特性により、第１のアンテナ１０からの高周波信号と第２のアンテナ２０からの高周波信号が同相のときに、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３に対して、ラットレース回路３１のポートＰ３が高周波信号を送る。選択スイッチ回路３３は、この高周波信号を受信機３４に出力する。つまり、選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ３に接続すると、低角度の到来電波による高周波信号を合成した信号を受信機３４に出力する。この状態は、低角度の到来電波を受信するためのものである。
【００６５】
選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ４に接続すると、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ３からポートＰ４に至る経路はすべて短絡、つまり、接続状態になる。この状態においては、ラットレース回路３１の逆相出力特性により、第１のアンテナ１０からの高周波信号と第２のアンテナ２０からの高周波信号が逆相のときに、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４に対して、ラットレース回路３１のポートＰ４が高周波信号を送る。選択スイッチ回路３３は、この高周波信号を受信機３４に出力する。つまり、選択スイッチ回路３３は接点３３Ａを接点３３Ｂ４に接続すると、高角度の到来電波による高周波信号を合成した信号を受信機３４に出力する。この状態は、高角度の到来電波を受信するためのものである。
【００６６】
このように、４つの計測データを一組とする電波を第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とが受信すると、選択スイッチ回路３３は４つの高周波信号を受信機３４に順次に送る。受信機３４は、４つの高周波信号から計測データを再生し、これらの計測データを制御部３５に送る。制御部３５は、受信機３４から計測データを受け取ると、各データに対してパリティチェックを行い、計測データの誤りを検出する。そして、制御部３５は、誤りが最も少ない計測データを、次段の装置、例えば記録装置などに出力する。
【００６７】
こうして、この実施の形態によれば、
ａ．ハイトパターンの高い部分の強い受信点で電波を受信する
ｂ．ハイトパターンの低い部分の強い受信点で電波を受信する
ｃ．低角度の到来電波を受信する
ｄ．高角度の到来電波を受信する
という、４通りの受信方式で受信を行い、この中から最適な高周波信号による計測データを選択して、誤りのない計測データを得ることができる。これにより、計測データの欠損を防ぐことが可能になる。また、ハイトパターンの電波を受信する場合や、電波の到来方向の変化に対応する場合に、アンテナの移動や調整を不要にすることができる。
【００６８】
（実施の形態２）
実施の形態１では、接続ケーブル３２Ａおよび接続ケーブル３２Ｂの長さがλ／２であったが、この実施の形態では、接続ケーブル３２Ａおよび接続ケーブル３２Ｂの長さをゼロにしている。つまり、ラットレース回路３１のポートＰ１を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１に直接接続し、ポートＰ２を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２に直接接続する。
【００６９】
この実施の形態により、接続ケーブル３２Ａと接続ケーブル３２Ｂを省くことができ、接続部３２の構成を簡単にすることができる。
【００７０】
（実施の形態３）
実施の形態１では、７０ＭＨｚ帯の電波を用いた固定回線を利用した無線通信システムが、通信を行う場合を例としたが、この実施の形態では、この周波数帯より、さらに高い周波数で無線通信システムが通信を行う。この場合には、無線受信装置３のラットレース回路３１や接続部３２で使用されている同軸構造の伝送路の代わりに、ラットレース回路３１や接続部３２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３１や接続部３２が形成される。
【００７１】
これにより、７０ＭＨｚ帯よりさらに高い周波数で通信を行う無線受信装置３に対してラットレース回路３１や接続部３２を設置するために、ラットレース回路３１や接続部３２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、無線受信装置３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、無線受信装置３を作りだすことができる。
【００７２】
（実施の形態４）
先に述べた各実施の形態は、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の中の一つに、受信機３４を順に接続する。このとき、接点３３Ａに接続されていない接点、つまり、受信機３４に接続されていない接点は開放されている。これに対して、この実施の形態では、受信機３４に接続されていない接点を短絡つまり接地する。
【００７３】
通常、ラットレース回路３１の同軸構造の伝送路３１Ａ〜３１Ｄと、接続部３２の接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄとして用いられている同軸構造の伝送路とは、シールドが接地されて用いられる。したがって、受信機３４に接続されていない接点を接地すると、この接点は短絡されることになる。
【００７４】
こうした接続をする選択スイッチ回路３３は、例えば図７に示すように、４回路４接点を持つロータリスイッチ３３１０を用いて形成される。つまり、ロータリスイッチ３３１０の各回路３３１１〜３３１４を、ラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４を受信機３４に接続または接地するために、それぞれ使用する。
【００７５】
この場合、接続部３２の接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄの長さを、実施の形態１とは逆にする。つまり、接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂは、ケーブルの電気的な長さがλ／４であり、接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄは、ケーブルの電気的な長さがλ／２である。こうすることにより、例えば、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１が短絡されているとき、λ／４のケーブルの電気的な長さを持つ接続ケーブル３２Ａでは、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大になる。接続ケーブル３２Ｂも同様である。
【００７６】
この実施の形態により、受信機３４に接続されていない接点が短絡されるので、外部からのノイズなどが混入する可能性や、計測データに影響を与える可能性を低減することができる。
【００７７】
（実施の形態５）
先に述べた各実施の形態では、無線受信装置３にこの発明を適用したが、各実施の形態による受信部３０を送信側に用いることも勿論可能である。この場合には、受信機３４の代わりに送信機を用い、制御部３５は、計測データを受け取ると、このデータを送信機に送ると共に選択選択スイッチ回路３３を制御し、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の一つに接点３３Ａを順次に接続する操作を行う。受信側では、送信側の送信タイミングで受信を行う。
【００７８】
この実施の形態により、先に述べた各実施の形態と同様の原理を利用して、送信側でハイトパターンに対応するように信号を送信するので、受信装置による確実な信号の受信を可能にする。
【００７９】
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、各実施の形態による無線通信システムが電力会社で用いられる場合を例としたが、本発明は、メガヘルツ帯やギガヘルツ帯の電波を用いた無線通信を利用する各分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施の形態１による無線通信システムを示す構成図である。
【図２】実施の形態１による無線受信装置を示す構成図である。
【図３】受信アンテナの指向特性を示す図であり、図３（ａ）は同相成分信号による合成指向特性を示す図、図３（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４】受信部の構成を示す構成図である。
【図５】ラットレース回路を説明する図である。
【図６】インピーダンスの関係を示す図である。
【図７】実施の形態４の接続部を示す回路図である。
【図８】ハイトパターンを説明する図である。
【図９】アンテナの駆動を説明する図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ロボットテレメータ
２  送信装置
３  無線受信装置
１０  第１のアンテナ
２０  第２のアンテナ
３０  受信部
３１  ラットレース回路
３２  接続部
３３  選択スイッチ回路（スイッチ回路）
３４  受信機
３５  制御部
【図１】
2010068174.tif 000003
【図２】
2010068174.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010068174.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010068174.tif 000008
【図７】
2010068174.tif 000009
【図８】
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【図９】
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