(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子で構成され所定の偏波特性を有する第１のアレーアンテナと、
前記第１のアレーアンテナの各アンテナ素子の出力信号に対して重み付けを行う第１の重み付け装置と、
第１の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第１の合成装置と、
前記第１のアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子のそれぞれに対応し、同一の配置の複数のアンテナ素子で構成され、前記第１のアレーアンテナの偏波特性に対して直交する偏波特性を持つ第２のアレーアンテナと、
前記第２のアレーアンテナの各アンテナ素子の出力信号に対して重み付けを行う第２の重み付け装置と、
前記第２の重み付け装置から出力される信号を合成する第２の合成装置と、
前記第２の合成装置の出力信号を基に前記第１の重み付け装置及び前記第２の重み付け装置の重み係数を制御する制御装置と、
から成り、前記制御装置は第２の合成装置の出力信号が最小となるように第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置を制御することを特徴とするアダプティブ受信機。
【請求項２】
異なる点を給電点とすることで、受信可能な電波の偏波方向を変化させ得る複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの各アンテナ素子の第１の給電点からの出力信号に対して重み付けを行う第１の重み付け装置と、
第１の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第１の合成装置と、
前記アレーアンテナの各アンテナ素子の第２の給電点からの出力信号に対して重み付けを行う第２の重み付け装置と、
第２の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第２の合成装置と、
前記第２の合成装置の出力信号を基に前記第１の重み付け装置及び前記第２の重み付け装置の重み係数を制御する制御装置と、
から成り、前記制御装置は第２の合成装置の出力信号が最小となるように第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置を制御することを特徴とするアダプティブ受信機。
【請求項３】
異なる点を給電点とすることで、受信可能な電波の偏波方向を変化させ得る複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナと、
前記複数の各アンテナ素子に対応して、前記異なる給電点からの出力信号から右旋円偏波、左旋円偏波を分離して抽出する複数の回路と、
前記複数の回路の右旋円偏波に対して重み付けを行う第１の重み付け装置と、
第１の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第１の合成装置と、
前記複数の回路の左旋円偏波に対して重み付けを行う第２の重み付け装置と、
第２の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第２の合成装置と、
前記第１又は第２の合成装置の出力信号の一方を基に前記第１の重み付け装置及び前記第２の重み付け装置の重み係数を制御する制御装置と、
から成り、前記制御装置は、第１又は第２の合成装置の一方の出力信号が最小となるように第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置を制御することを特徴とするアダプティブ受信機。
【請求項４】
前記アンテナ素子が円形マイクロストリップアンテナであることを特徴とする請求項２又は３に記載のアダプティブ受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は不要波が存在する環境において、不要波を除去して所望の信号波（以下、「希望波」という）だけを受信できるようにした受信機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、希望波だけを受信できるようにした受信機として、特開昭５６−５６００３号公報が知られている。この受信機は次のようにして不要波が除去され希望波だけが抽出されるように構成されている。
【０００３】
本受信機では、希望波の偏波方向が既知であることが前提である。その偏波方向の電波だけを受信する第１のアレーアンテナとその偏波方向に直交する偏波方向の電波だけを受信する第２のアレーアンテナとが設けられる。第２のアレーアンテナでは受信の偏波方向が異なるため、希望波は受信できず受信される電波は全て不要波である。この第２のアレーアンテナの各アンテナから出力される信号の位相差又は時間差が演算され、これらの値から不要波の到来方向が演算される。そして、この到来方向に対応して、第１のアレーアンテナの各アンテナから出力される信号の位相を制御することで、第１のアレーアンテナの指向性は不要波の到来方向に零点を有することになる。このようにして、第１のアレーアンテナの合成出力は、不要波が除去された希望波となる。
【０００４】
又、他の受信機として、特開昭５９−１５１５０３号公報に記載された受信機が知られている。この受信機では、希望波の到来方向が既知であることが前提である。希望波の到来方向に指向性を有する所定間隔だけ隔てられた１組の第１のアンテナと、希望波の到来方向に指向性の零点を有する所定間隔だけ隔てられた１組の第２のアンテナとが設けられている。第２のアンテナの受信信号には希望波が含まれておらず、そのアンテナの出力信号は不要波だけである。この第２のアンテナの２つのアンテナからの２つの出力信号は電波の到来方向に依存した位相を有しており、２つの出力信号の差信号の電力が最小値をとるように、相関フィードバックループを形成する。そして、その相関フィードバックループの制御信号により第１のアンテナにおける一方のアンテナの出力信号の振幅及び位相を制御して、他のアンテナの出力信号との差信号を受信信号とする。この状態において、不要波に関して第１のアンテナと第２のアンテナでは、対称の関係にあるために、第１のアンテナにおける出力信号において不要波成分を除去することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、特開昭５６−５６００３号公報の方法は、不要波の到来方向を検出し、検出された方向に指向性の零点が形成されるようにアレーアンテナの指向性を制御するものである。従って、不要波の到来方向に深い零点を形成し不要波を良好に除去するためには、如何に不要波の到来方向を正確に検出するかが重要である。レーダにおける妨害波除去や陸上移動通信における基地局間干渉除去に応用する場合は、次の２つの条件が成立するために、比較的容易に不要波の到来方向を検出することができる。
▲１▼受信点と不要波の発生源との距離が大きく離れていることから、不要波の波源を点波源として扱うことが可能である。
▲２▼不要波は希望波とは異なる波形または周波数を有する。
【０００６】
しかし、陸上移動通信における通信品質改善のために、その移動局に上記技術を適用しても、以下の理由により、電波の到来方向を正確に検出することは極めて困難である。
（ａ）  反射点、回折点は受信点の周辺にあるため、受信点からみると不要波は角度的に広がりを持って到来する。
（ｂ）  不要波は、希望波と同時に送信アンテナから放射され、異なる経路を経て受信点に到達する電波である。従って、希望波と不要波の周波数、波形などは全く同じであり、両者で異なる点は到来時刻のみである。
検出した不要波の到来方向に誤差が含まれていると、不要波の真の到来方向に指向性の零点を形成することができず、不要波は良好に除去されない。
【０００７】
又、特開昭５９−１５１５０３号公報の方法は、希望波の到来方向が既知であることが前提であり、陸上移動通信のように希望波の到来方向が時間的に変化するような場合には用いることができない。
【０００８】
そこで本発明の目的は、希望波の到来方向が不確定であり、不要波の到来方向が様々な広がりを有していても、不要波を除去して希望波だけ精密に抽出することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、複数のアンテナ素子で構成され所定の偏波特性を有する第１のアレーアンテナと、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子の出力信号に対して重み付けを行う第１の重み付け装置と、第１の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第１の合成装置と、第１のアレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子のそれぞれに対応し、同一の配置の複数のアンテナ素子で構成され、第１のアレーアンテナの偏波特性に対して直交する偏波特性を持つ第２のアレーアンテナと、第２のアレーアンテナの各アンテナ素子の出力信号に対して重み付けを行う第２の重み付け装置と、第２の重み付け装置から出力される信号を合成する第２の合成装置と、第２の合成装置の出力信号を基に第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置の重み係数を制御する制御装置とから成り、制御装置は第２の合成装置の出力信号が最小となるように第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置を制御することを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、異なる点を給電点とすることで、受信可能な電波の偏波方向を変化させ得る複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナと、アレーアンテナの各アンテナ素子の第１の給電点からの出力信号に対して重み付けを行う第１の重み付け装置と、第１の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第１の合成装置と、アレーアンテナの各アンテナ素子の第２の給電点からの出力信号に対して重み付けを行う第２の重み付け装置と、第２の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第２の合成装置と、第２の合成装置の出力信号を基に第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置の重み係数を制御する制御装置と、から成り、制御装置は第２の合成装置の出力信号が最小となるように第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置を制御することを特徴とする。
例えば、円形マイクロストリップアンテナである。これにより、第１、第２のアレーアンテナが各素子で完全に共通化されるために、位置偏差に基づく不要波の除去効果の低下を防止することができる。
【００１１】
更に、第３の発明は、異なる点を給電点とすることで、受信可能な電波の偏波方向を変化させ得る複数のアンテナ素子で構成されたアレーアンテナと、複数の各アンテナ素子に対応して、異なる給電点からの出力信号から右旋円偏波、左旋円偏波を分離して抽出する複数の回路と、複数の回路の右旋円偏波に対して重み付けを行う第１の重み付け装置と、第１の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第１の合成装置と、複数の回路の左旋円偏波に対して重み付けを行う第２の重み付け装置と、第２の重み付け装置から出力される複数の信号を合成する第２の合成装置と、第１又は第２の合成装置の出力信号の一方を基に第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置の重み係数を制御する制御装置と、から成り、制御装置は、第１又は第２の合成装置の一方の出力信号が最小となるように第１の重み付け装置及び第２の重み付け装置を制御することを特徴とする。
第４の発明は、第２又は第３の発明において、アンテナ素子を円形マイクロストリップアンテナとすることである。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
本受信機では、希望波の偏波方向は既知である。第１のアレーアンテナの受信可能な偏波方向を希望波の偏波方向とする。第２のアレーアンテナの受信可能な偏波方向は、希望波の偏波方向に対して直交するために、第２のアレーアンテナには希望波は受信されず、不要波だけが受信される。第２のアレーアンテナの各素子の出力信号が重み付け加算される。この重み付け加算された信号が最小となるように重み係数が決定される。そして、この重み係数を用いて、第１のアレーアンテナの各アンテナ素子の出力信号が重み付け加算される。この重み係数の分布は、第２のアレーアンテナにおけるものと同一となるので、第１のアレーアンテナの合成出力は、不要波を含まない。換言すれば、第１のアレーアンテナの指向性は、不要波の到来方向に零点を有した特性となる。
第２の発明においては、第１、第２のアレーアンテナが各素子で完全に共通化されるために、第１の発明に比べて位置偏差に基づく不要波の除去効果の低下を防止することができる。
第３の発明においては、希望波が円偏波である場合にも、受信が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
第１実施例
図１は本発明の第１実施例にかかるアダプティブ受信機１００の構成を示した回路図である。アダプティブ受信機１００は、希望波検出系として、複数のアンテナ素子からなり垂直偏波が受信可能な第１のアレーアンテナ１０と、第１のアレーアンテナ１０の各アンテナ素子１０ａ〜１０ｃで受信した信号Ｓ１ａ〜Ｓ１ｃにそれぞれ重み付けを行う第１の重み付け装置１１と、第１の重み付け装置１１の出力信号Ｓ３ａ〜Ｓ３ｃを合成する第１の合成装置１２とを有している。
【００１４】
又、補正系として、複数のアンテナ素子から成り、水平偏波を受信する第２のアレーアンテナ２０と、第２のアレーアンテナ２０の各アンテナ素子２０ａ〜２０ｃで受信した信号Ｓ２ａ〜Ｓ２ｃにそれぞれ重み付けを行う第２の重み付け装置２１と、第２の重み付け装置２１の出力信号Ｓ４ａ〜Ｓ４ｃを合成する第２の合成装置２２と、第２の合成装置２２の出力信号が最小となるように第１、第２の重み付け装置１１、２１の重み係数を制御する制御装置２３とが設けられている。
尚、第１のアレーアンテナ１０と第２のアレーアンテナ２０のそれぞれの軸は平行で、それぞれのアンテナ素子の配置関係が同一又は対称に構成されている。
【００１５】
送信アンテナから垂直偏波の電波が放射されて直接受信点に到来する希望波と、その希望波が受信点の周辺で反射あるいは回折した結果としての不要波が、受信点に到来しているものとする。このとき、希望波は送信された電波と同じ垂直偏波を有することから、希望波は第１のアレーアンテナ１０では受信されるが、第２のアレーアンテナ２０では受信されない。一方、不要波は反射点あるいは回折点においてその偏波面が回転するため、不要波には垂直・水平の両偏波成分が含まれる。従って、不要波は第１、第２の両方のアレーアンテナ１０、２０で受信される。即ち、第１のアレーアンテナ１０では希望波と不要波の両方が受信されるが、第２のアレーアンテナ２０では希望波は受信されず不要波のみが受信される。
【００１６】
一般に複数のアンテナ素子で受信した信号にそれぞれ重み付けを行い合成する構成のアレーアンテナでは、合成後の信号が最小となるように重み係数を決定すると、アレーアンテナ全体の指向性はアレーアンテナで受信される全ての到来波の到来方向に零点を持つ指向性となる。本発明の構成の場合、第２のアレーアンテナ２０では希望波は受信されず不要波のみが受信されるため、第２の合成装置２２の出力信号Ｓ６が最小となるように第２の重み付け装置２１の重み係数を決定すると、第２のアレーアンテナ２０の指向性は不要波の到来方向に零点を持つ指向性となる。
【００１７】
一方、第１のアレーアンテナ１０の重み係数には、第２のアレーアンテナ２０と同じ重み係数を用いる。従って、第１のアレーアンテナ１０の指向性は第２のアレーアンテナ２０の指向性と等しくなり、不要波の到来方向に零点が形成されたものとなる。故に、第１のアレーアンテナ１０の系において、第１の合成装置１２の出力信号Ｓ５は不要波が除去され希望波だけの信号となる。
【００１８】
尚、受信された電波が水平偏波である場合は、第１の合成装置１２の出力信号Ｓ５が最小となるように第１の重み付け装置１１の重み係数を決定し、その重み係数を第２の重み付け装置２１の重み係数として用いる。これにより、第２の合成装置２２の出力信号Ｓ６は希望波成分のみの信号となる。
【００１９】
次に、不要波の到来方向に指向性の零点が形成されるように重み係数を決定する方法について説明する。単に、合成後の信号が最小となるように重み係数を制御すると、全ての重み係数が零となってしまい、第２の合成装置２２からは何も出力されなくなる。そこで、第２の合成装置２２の出力信号Ｓ６が最小となるように重み係数を決定する際には何らかの拘束条件を設定し、その条件の下で出力信号Ｓ６が最小となるように重み係数を決定する。具体的には、複数の重み係数の中の１つの重み係数を固定し、その他の重み係数を変化させることにより合成後の信号を最小化する。これによりアレーアンテナ全体としての指向性は不要波の到来方向に零点を持つ指向性となる。
【００２０】
この原理に基づく決定方法は、パワーインバージョンアダプティブアンテナの制御方式として知られている。また、他の方法として、重み係数の自乗和の値を拘束条件として設け、この値を一定とした状態で、第２の合成装置２２の出力信号Ｓ６を最小化してもよい。
結果として、本発明のアダプティブ受信機は、希望波および不要波の到来方向が全く判らない状況においても、不要波の到来方向に指向性の零点を形成し、これを除去することが可能である。従って、電波の到来方向を検出することが困難な陸上移動通信における通信品質改善技術として非常に有用である。
【００２１】
第２実施例
図２に第２実施例にかかるアダプティブ受信機２００の構成を示す。ここでは一つのアレーアンテナ３０が用いられており、その各アンテナ素子３０ａ〜３０ｃにはそれぞれ垂直偏波用の給電点Ｖと水平偏波用の給電点Ｈが設けられている。このようなアンテナ素子は、たとえば円形マイクロストリップアンテナに２つの給電点Ｖ、Ｈを設けることにより実現できる。各給電点Ｖから出力される信号ＳａＶ〜ＳｃＶは第１の重み付け装置３１で重み付けされて第１の合成装置３２で合成される。又、各給電点Ｈから出力される信号ＳａＨ〜ＳｃＨは第２の重み付け装置４１で重み付けされ、第２の合成装置４２により合成される。そして、第２の合成装置４２の出力信号Ｓ８が最小となるように制御装置４３により重み係数が決定される。この重み係数の決定方法は、第１実施例と同様である。
【００２２】
送信された電波が垂直偏波であるとすると、第１実施例と同様に水平偏波用給電点Ｈからは不要波だけが取り出されることになるので、これらの不要波の信号ＳａＨ〜ＳｃＨに重み付けを行った後合成し、合成後の信号Ｓ８が最小となるように重み係数を制御する。その重み係数を垂直偏波用の給電点Ｖから取り出された信号ＳａＶ〜ＳｃＶに対する重み係数として用いる。重み付けを行った後の信号を合成した信号Ｓ７は、第１実施例と同様な理由により、不要波は除去され希望波だけの信号となる。
【００２３】
陸上移動通信では不要波の反射点や回折点が受信点に比較的近いため、第１実施例のように２つのアレーアンテナ１０、２０の位置が異なると、２つのアレーアンテナ１０、２０において、不要波の到来方向も若干異なることが予想される。指向性の零点の方向と不要波の真の到来方向とが異なる場合には、不要波は良好に除去されない。これに対して第２実施例では第１実施例における２つのアレーアンテナ１０、２０を物理的に全く同じ位置に配置したと考えることができる。従って、水平偏波用給電点Ｈから取り出された信号ＳａＨ〜ＳｃＨを基に決定された重み係数を垂直偏波用給電点Ｖから取り出された信号ＳａＶ〜ＳｃＶに用いて重み付けを行い合成することにより、垂直偏波に対するアレーアンテナ３０の指向性は、正確に不要波の到来方向に零点を持つ。故に、不要波の反射および回折点が受信点に近い場合であっても不要波は良好に除去され、希望波のみの信号を得ることができる。更に、第２実施例では、１つのアレーアンテナ３０のみが用いられているため、第１実施例に比べアンテナ部分の寸法を小さくすることが可能である。
【００２４】
第３実施例
図３に第３実施例の構成を示す。ここでは、第２実施例におけるアンテナ素子３０ａ〜３０ｃと重み付け装置３１、４１との間に９０度ハイブリッド５０ａ〜５０ｃが設けられている。その他の構成は第２実施例と同様である。
【００２５】
垂直偏波用給電点Ｖと水平偏波用給電点Ｈから出力される信号をそれぞれ９０度ハイブリッド５０ａ〜５０ｃに入力すると、９０度ハイブリッド５０ａ〜５０ｃの２つの出力端からは、それぞれ、右旋円偏波成分ＳａＲ〜ＳｃＲと左旋偏波成分ＳａＬ〜ＳｃＬが出力される。即ち、直交する２つの直線偏波を受信するアンテナ３０と９０度ハイブリッド５０ａ〜５０ｃを第３実施例のように組み合わせると、右・左旋円偏波共用のアンテナとして動作する。
【００２６】
ここで、送信信号を右旋円偏波とすると、送信点から直接受信点に到来する希望波は右旋円偏波のみであるが、反射あるいは回折して受信点に到来する不要波は右旋円偏波と左旋円偏波が合成された波となる。したがって、９０度ハイブリッド５０ａ〜５０ｃの右旋円偏波用の出力端子の信号ＳａＲ〜ＳｃＲには、希望波と不要波の右旋円偏波成分が含まれる。又、左旋円偏波用の出力端子の信号ＳａＬ〜ＳｃＬには、不要波の左旋円偏波成分のみが含まれる。そこで、信号ＳａＬ〜ＳｃＬに対して重み付けを行い、それらを合成した信号Ｓ１０が最小となるように制御装置４３で重み係数を決定する。更に、その重み係数を右旋円偏波成分用の信号ＳａＲ〜ＳｃＲに対する重み係数として用いる。これにより、右旋円偏波に対する指向性は不要波の到来方向に零点を持つ指向性となる。従って、重み付け後の信号を合成した信号Ｓ９は、希望波成分だけの信号となる。
【００２７】
第１及び第２実施例では、送信された電波は直線偏波であるとし、一方の偏波方向に対応した受信信号を、送信された電波の偏波方向と直交する偏波を有した電波に対応させている。ところが、アレーアンテナが正しく設置されていなかったり、あるいは受信アンテナが搭載されている移動体そのものが傾くことにより、アレーアンテナの受信可能な一方の偏波方向が送信された電波の偏波方向と直交しなくなる場合も想定される。その場合、その偏波方向に対応した受信信号には不要波だけでなく希望波も含まれる。この状態で第２の合成装置２２、４２の出力信号Ｓ６、Ｓ８が最小となるように重み係数を決定すると、アンテナの指向性は不要波の到来方向だけでなく希望波の到来方向にも零点が形成されることになる。
【００２８】
これに対して第３実施例では、アレーアンテナ３０が正しく設置されていなくても、また移動体が傾いても、常に、右旋円偏波と左旋円偏波を、それぞれ、独立して受信可能である。従って、第２の合成装置４２の出力Ｓ１０が最小となるように重み係数を決定することにより、不要波の到来方向にのみ零点が形成され、右旋円偏波の合成信号Ｓ９には、不要波が含まれず希望波のみが含まれた信号となる。
尚、送信された電波が左旋円偏波である場合は、第１の合成装置３２の出力信号Ｓ９が最小となるように第１の重み付け装置３１の重み係数を決定し、その重み係数を第２の重み付け装置４１の重み係数として用いる。これにより第２の合成装置４２の出力信号Ｓ１０は希望成分のみの信号となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１実施例に係るアダプティブ受信機の構成を示したブロック図。
【図２】本発明の具体的な第２実施例に係るアダプティブ受信機の構成を示したブロック図。
【図３】本発明の具体的な第３実施例に係るアダプティブ受信機の構成を示したブロック図。
【符号の説明】
１０…第１のアレーアンテナ
１０ａ〜１０ｃ…アンテナ素子
１１，３１…第１の重み付け装置
１２，３２…第１の合成装置
２０…第２のアレーアンテナ
２０ａ〜２０ｃ…アンテナ素子
２１，４１…第２の重み付け装置
２２，４２…第２の合成装置
２３，４３…制御装置
【図１】
0003588965.tif 000002
【図２】
0003588965.tif 000003
【図３】
0003588965.tif 000004