(57)【要約】【課題】受信した電波の偏波面を検出する。【解決手段】本発明の実施形態としてのアンテナ装置は、電波信号を受信し、前記電波信号を右旋円偏波信号と左旋円偏波信号とに分離するアンテナと、前記右旋円偏波信号を第１右旋円偏波信号と第２右旋円偏波信号に分割する第１回路と、前記左旋円偏波信号を第１左旋円偏波信号と第２左旋円偏波信号に分割する第２回路と、前記第１右旋円偏波信号と前記第１左旋円偏波信号との位相差を検出する制御処理回路と、を備える。【選択図】図１
2019220861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波信号を受信し、前記電波信号を右旋円偏波信号と左旋円偏波信号とに分離するアンテナと、
前記右旋円偏波信号を第１右旋円偏波信号と第２右旋円偏波信号に分割する第１回路と、
前記左旋円偏波信号を第１左旋円偏波信号と第２左旋円偏波信号に分割する第２回路と、
前記第１右旋円偏波信号と前記第１左旋円偏波信号との位相差を検出する制御処理回路と、
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
前記第２右旋円偏波信号の位相を可変な第１移相器と、
前記第２左旋円偏波信号の位相を可変な第２移相器と、を備え、
前記制御処理回路は、前記位相差に基づき前記第１移相器および前記第２移相器の少なくも一方を制御する
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１移相器で調整された前記第２右旋円偏波信号と前記第２移相器で調整された前記第２左旋円偏波信号とを合成し、合成した信号を出力する分岐回路
を備えた請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記制御処理回路は、前記第１右旋円偏波信号の振幅と、前記第１左旋円偏波信号の振幅とを用いて、前記位相差を検出する
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第２右旋円偏波信号の振幅を可変な第１振幅調節回路と、
前記第２左旋円偏波信号の振幅を可変な第２振幅調節回路と、を備え、
前記制御処理回路は、前記第２右旋円偏波信号の振幅と前記第２左旋円偏波信号の振幅との差に基づいて、前記第１振幅調節回路と前記第２振幅調節回路の少なくとも一方を制御する
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記右旋円偏波信号の位相を可変な第１移相器と、
前記左旋円偏波信号の位相を可変な第２移相器と、を備え、
前記第１回路は、前記第１移相器で調整された右旋円偏波信号を第３右旋円偏波信号と第４右旋円偏波信号に分割し、
前記第２回路は、前記第２移相器で調整された左旋円偏波信号を第３左旋円偏波信号と第４左旋円偏波信号に分割し、
前記制御処理回路は、前記第３右旋円偏波信号と前記第３左旋円偏波信号との位相差に基づき、前記第１移相器および前記第２移相器の少なくも一方を制御する
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記第４右旋円偏波信号と前記第４左旋円偏波信号とを合成し、合成した信号を出力する分岐回路
を備えた請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第２右旋円偏波信号の位相を可変な第１移相器と、
前記第２左旋円偏波信号の位相を可変な第２移相器と、
前記第１移相器により調整された前記第２右旋円偏波信号を第３右旋円偏波信号と第４右旋円偏波信号とに分割する第３回路と、
前記第２移相器により調整された前記第２左旋円偏波信号を第３左旋円偏波信号と第４左旋円偏波信号とに分割する第４回路と、を備え、
前記制御処理回路は、前記第１右旋円偏波信号と前記第１左旋円偏波信号との前記位相差に基づき、前記第１移相器および前記第２移相器の少なくも一方を制御し、
前記制御処理回路は、前記第３右旋円偏波信号と前記第３左旋円偏波信号との位相差に基づき、前記第１移相器および前記第２移相器の少なくも一方を制御する
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第４右旋円偏波信号と前記第４左旋円偏波信号とを合成し、合成した信号を出力する分岐回路
を備えた請求項８に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記第１移相器の移相量の範囲は、前記第２移相器の移相量の範囲と等しい
請求項２、３、６、７、８、９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記制御処理回路は、前記第１移相器および前記第２移相器のうちの一方の移相器の移相量を前記一方の移相器の移相量の範囲の最大値または最小値に固定した状態で、他方の移相器の移相量を変化させる
請求項２、３、６、７、８、９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記アンテナおよび前記第１回路を接続する伝送線路の電気長と、前記第１回路および前記制御処理回路を接続する伝送線路の電気長との和は、前記アンテナおよび前記第２回路を接続する伝送線路の電気長と、前記第２回路および前記制御処理回路を接続する伝送線路の電気長の和と略等しい
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記アンテナおよび前記第１回路を接続する伝送線路の形状と前記第１回路および前記制御処理回路を接続する伝送線路の形状とは、前記アンテナおよび前記第２回路を接続する伝送線路の形状と前記第２回路および前記制御処理回路を接続する伝送線路の形状と、前記アンテナから見て略対称である
請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記分岐回路の形状は、前記アンテナから見て略対称である
請求項３、７ないし９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記アンテナと前記第１回路と前記第１移相器と前記分岐回路間を接続する伝送線路の電気長の和は、前記アンテナと前記第２回路と前記第２移相器と前記分岐回路間を接続する伝送線路の電気長の和と略等しい、
請求項３、７、９に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記アンテナと前記第１回路と前記第１移相器と前記分岐回路を接続する伝送線路の形状は、前記アンテナと前記第２回路と前記第２移相器と前記分岐回路を接続する伝送線路の形状と、前記アンテナから見て略対称である
請求項３、７、９に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記第１回路は、前記第２回路と同一の構成を有する
請求項１ないし１６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
前記第１移相器の挿入損失と前記第２移相器の挿入損失が略等しい
請求項２、３、６、７、８、９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記第１移相器は、前記第２移相器と同一の構成を有する
請求項２、３、６、７、８、９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
前記第１振幅調節回路は、前記第２振幅調節回路と同一の構成を有する
請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項２１】
アンテナで受信した電波信号を右旋円偏波信号と左旋円偏波信号とに分離し、
前記右旋円偏波信号を第１右旋円偏波信号と第２右旋円偏波信号に分割し、
前記左旋円偏波信号を第１左旋円偏波信号と第２左旋円偏波信号に分割し、
前記第１右旋円偏波信号と前記第１左旋円偏波信号との位相差を検出する
信号受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アンテナ装置および信号受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
右旋・左旋円偏波共用アンテナで受信した直線偏波等の電波を右旋円偏波信号と左旋円偏波信号に分離し、分離した右旋円偏波信号と左旋円偏波信号から、受信した電波の偏波面を求める偏波面検出装置がある。この装置では、分離した右旋円偏波信号と左旋円偏波信号を十分速い速度で交互に切り替えて出力し、出力した右旋円偏波信号と左旋円偏波信号を低域通過フィルタで整形する。そして、整形後の右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の位相差を検出することで、受信した電波の偏波面を求める。
【０００３】
この装置では、分離した右旋円偏波信号および左旋円偏波信号のすべてを偏波面の検出のために用いるため、右旋・左旋円偏波共用アンテナを通信などに使用することができない。また、右旋円偏波信号および左旋円偏波信号の出力先を高い周波数で切り替える必要があるため、スイッチング回路が複雑になる問題や、ノイズが発生する問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３５６６４１９号
【特許文献２】米国特許出願公開２０１５／０３８１２６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、受信した電波の偏波面を検出可能なアンテナ装置および信号受信方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態としてのアンテナ装置は、電波信号を受信し、前記電波信号を右旋円偏波信号と左旋円偏波信号とに分離するアンテナと、前記右旋円偏波信号を第１右旋円偏波信号と第２右旋円偏波信号に分割する第１回路と、前記左旋円偏波信号を第１左旋円偏波信号と第２左旋円偏波信号に分割する第２回路と、前記第１右旋円偏波信号と前記第１左旋円偏波信号との位相差を検出する制御処理回路と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。
【図２】アンテナの変形例を示す図。
【図３】アンテナの変形例を示す図。
【図４】偏波面および偏波角を示す図。
【図５】比較回路の構成例を示す図。
【図６】比較回路の他の構成例を示す図。
【図７】比較回路のさらに他の構成例を示す図。
【図８】第１変形例のアンテナ装置を示す図。
【図９】図１に仮想線（対称軸）を追加した図。
【図１０】第２の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。
【図１１】第３の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。
【図１２】第４の実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す図。
【図１３】図１のアンテナ装置と、無線通信回路とを備えた無線通信装置の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態にかかるアンテナ装置の例を示す図である。図１のアンテナ装置は、アンテナ（放射素子）１００、第１結合回路（第１回路）１０１ａ、第２結合回路（第２回路）１０１ｂ、第１移相器（第１移相回路）１０７ａ、第２移相器（第２移相回路）１０７ｂ、２分岐回路１０９、および制御処理回路ＣＬを備えている。制御処理回路ＣＬは、比較回路１０２および制御回路１０８を備えている。
【００１０】
アンテナ１００は、伝送線路１０３ａを介して第１結合回路１０１ａ、伝送線路１０３ｂを介して第２結合回路１０１ｂに接続されている。より詳細には、アンテナ１００は、第１端子（右旋円偏波用端子）と第２端子（左旋円偏波用端子）とを備え、右旋偏波用端子は伝送線路１０３ａに、左旋円偏波用端子は伝送線路１０３ｂに接続されている。また、第１結合回路１０１ａは、伝送線路１０４ａを介して比較回路１０２に接続され、第２結合回路１０１ｂは伝送線路１０４ｂを介して比較回路１０２に接続されている。また、比較回路１０２は、伝送線路１０６を介して制御回路１０８に接続されている。第１結合回路１０１ａは、伝送線路１０５ａを介して第１移相器１０７ａに接続されている。第２結合回路１０１ｂは、伝送線路１０５ｂを介して第２移相器１０７ｂに接続されている。制御回路１０８は、伝送線路１１０ａを介して第１移相器１０７ａ、伝送線路１１０ｂを介して第２移相器１０７ｂに接続されている。２分岐回路１０９は、伝送線路１１１ａを介して第１移相器１０７ａ、伝送線路１１１ｂを介して第２移相器１０７ｂに接続されている。２分岐回路１０９は、伝送線路１１２を介して、図示していない高周波回路に接続されている。
【００１１】
以下の説明において、伝送線路１０３ａ、１０４ａ、１０５ａ、１１１ａを伝搬される高周波信号を右旋円偏波信号、伝送線路１０３ｂ、１０４ｂ、１０５ｂ、１１１ｂを伝搬する高周波信号を左旋円偏波信号と呼ぶことがある。
【００１２】
アンテナ１００は、電磁波（電波）を送受信する。例えばアンテナ１００は、右旋円偏波および左旋円偏波を送受信する。送信時、伝送線路１０３ａからアンテナ１００に高周波信号（右旋円偏波信号）が入力されると、アンテナ１００から右旋円偏波が放射される。また、伝送線路１０３ｂからアンテナ１００に高周波信号（左旋円偏波信号）が入力されると、アンテナ１００から左旋円偏波が放射される。伝送線路１０３ａと伝送線路１０３ｂからアンテナ１００に同時に等振幅の高周波信号が入力されると、右旋円偏波と左旋円偏波を重ね合わせた電波（直線偏波）が放射される。受信時、アンテナ１００で、直線偏波のような、右旋円偏波と左旋円偏波を重ね合わせた電波をアンテナ１００が受信すると、受信した電波が、右旋円偏波に対応した高周波信号（右旋円偏波信号）と、左旋円偏波に対応した高周波信号（左旋円偏波信号）とに分離され、右旋円偏波信号は伝送線路１０３ａに出力され、左旋円偏波信号は伝送線路１０３ｂに出力される。なお、アンテナ１００で右旋円偏波が受信されると、伝送線路１０３ａに高周波信号（右旋円偏波信号）が出力され、左旋円偏波が受信されると、伝送線路１０３ｂに高周波信号（左旋円偏波信号）が出力される。
【００１３】
アンテナ１００は、右旋円偏波および左旋円偏波を送受信できるものであれば、どのような構成でもよい。図１では、そのような素子の一例として、摂動素子を装荷したパッチアンテナの例が示される。アンテナ１００の構成として、その他にも様々な例が考えられる。
【００１４】
図２は、アンテナ１００が、右旋円偏波を放射する放射素子１００ａと、左旋円偏波を放射する放射素子１００ｂとの２つの放射素子から構成される例を示す。放射素子１００ａに伝送線路１０３ａが接続され、放射素子１００ｂに伝送線路１０３ｂが接続されている。
【００１５】
図３は、アンテナ１００が、２つの直交する直線偏波を発生させるパッチアンテナ（直線偏波共用アンテナ）１３０に、９０°ハイブリッドカプラなどの外部回路１３１を接続したものとして構成されている。この場合、外部回路１３１で、入力される２つの直交する直線偏波信号に±９０°の位相差を与えることで、右旋円偏波および左旋円偏波を発生させる。
【００１６】
上述した構成の他、アンテナ１００として、複数の直線偏波用のアンテナに位相差を与えて励振させることで円偏波を発生させるシーケンシャルアレーを用いてもよい。
【００１７】
また、アンテナ１００は、パッチアンテナに限らず、右旋円偏波および左旋円偏波を送受信できるものであれば、ダイポールアンテナ、ヘリカルアンテナ、スパイラルアンテナ、ループアンテナ、誘電体共振器アンテナ、セプタム構造や直交モード変換器を装荷した導波管を用いたアンテナ、スロットアンテナ、反射鏡アンテナ、レンズアンテナ、メタ表面を用いたアンテナなどでもよいし、これらを組み合わせたアンテナでもよい。これらのアンテナを複数個配列したアレーアンテナでもよい。
【００１８】
図１において、受信時、第１結合回路１０１ａは、伝送線路１０３ａから入力される高周波信号（右旋円偏波信号）を電力分割により２つに分割し、一方（第１右旋円偏波信号）を伝送線路１０４ａに出力し、もう一方（第２右旋円偏波信号）を、伝送線路１０５ａに出力する。すなわち、第１結合回路１０１ａは、高周波信号の少なくとも一部を抽出して伝送線路１０４ａに出力し、残りの一部を伝送線路１０５ａに出力する。電力分割の比は、分割された各信号が後段の処理で必要とされる電力レベルを満たす限り、任意でよい。同様に、第２結合回路１０１ｂは、伝送線路１０３ｂから入力される高周波信号（左旋円偏波信号）を電力分割により２つに分割し、一方（第１左旋円偏波信号）を伝送線路１０４ｂに出力し、他方（第２左旋円偏波信号）を、伝送線路１０５ｂに出力する。すなわち、第２結合回路１０１ｂは、高周波信号の少なくとも一部を抽出して伝送線路１０４ｂに出力し、残りの一部を伝送線路１０５ｂに出力する。第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂの電力分割の比は、同じでもよいし異なってもよい。すなわち、伝送線路１０４ａと１０５ａの電力分割の比は、伝送線路１０４ｂと１０５ｂの電力分割の比と同じでもよいし異なってもよい。本実施形態では同じであるとする。
【００１９】
また、送信時、第１結合回路１０１ａは伝送線路１０５ａから入力される高周波信号（右旋円偏波信号）を電力分割により２つに分割し、一方を伝送線路１０３ａに出力し、もう一方を、伝送線路１０４ａに出力する。すなわち、第１結合回路１０１ａは、高周波信号の少なくとも一部を抽出して伝送線路１０３ａに出力し、残りの一部を伝送線路１０４ａに出力する。電力分割の比は任意でよい。ただし、第１結合回路１０１ａは、電力分割をせず、入力された高周波信号のすべてを伝送線路１０３ａに出力する構成も可能である。同様に、第２結合回路１０１ｂは、伝送線路１０６ａから入力された高周波信号（左旋円偏波信号）を電力分割により２つに分割し、一方を伝送線路１０３ｂに出力し、もう一方を、伝送線路１０４ｂに出力する。すなわち、第２結合回路１０１ｂは、高周波信号の少なくとも一部を抽出して伝送線路１０３ｂに出力し、残りの一部を伝送線路１０４ｂに出力する。電力分割の比は任意でよい。ただし、第２結合回路１０１ｂは、電力分割をせず、入力された高周波信号のすべてを伝送線路１０３ａに出力する構成も可能である。電力分割の比は、第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂで同じでもよいし、異なっても良い。すなわち、伝送線路１０３ａと１０４ａの電力分割の比は、伝送線路１０３ｂと１０４ｂの電力分割の比と同じでもよいし異なってもよい。本実施形態では同じであるとする。
【００２０】
比較回路１０２は、伝送線路１０４ａから入力される右旋円偏波信号の振幅と、伝送線路１０４ｂから入力される左旋円偏波信号の振幅とを検出し、検出した振幅に基づきこれらの信号の位相差を検出する。比較回路１０２は、検出した位相差の情報（位相差情報）を含む信号を、伝送線路１０６を介して、制御回路１０８に出力する。位相差情報を含む信号の形態は何でもよく、例えば、高周波信号、変調信号、または直流信号である。伝送線路１０４ａから入力される右旋円偏波信号の振幅と伝送線路１０４ｂから入力される左旋円偏波信号の振幅が既知である場合（例えば事前に調べておく）は、比較回路１０２は振幅の検出を行う必要はない。以下の説明において、送信時に検出した位相差情報を送信位相差情報、受信時に検出した位相差情報を受信位相差情報と呼ぶ場合がある。
【００２１】
第１移相器１０７ａは、伝送線路１０５ａから入力される右旋円偏波信号の位相を、制御回路１０８から指定された制御信号に基づきシフトさせる。同様に、第２移相器１０７ｂは、伝送線路１０５ｂから入力される左旋円偏波信号の位相を、制御回路１０８から指定された制御信号に基づきシフトさせる。また第１移相器１０７ａは、伝送線路１１１ａから入力される右旋円偏波信号の位相を、制御回路１０８から指定された制御信号に基づきシフトさせる。同様に、第２移相器１０７ｂは、伝送線路１１１ｂから入力される左旋円偏波信号の位相を、制御回路１０８から指定された制御信号に基づきシフトさせる。
【００２２】
第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂは、移相量を連続的に変えられるアナログの移相器でも良いし、移相量を離散的に切り換えられるデジタルの移相器でもよい。第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂは、ＰＩＮダイオードやＦＥＴ、ＭＥＭＳスイッチなどで線路長を切り替える移相器でもよいし、フェライト移相器、ＭＥＭＳ移相器でもよい。バラクタダイオードなどの可変インピーダンス素子と９０°ハイブリッドカプラを組み合わせた反射型移相器でもよいし、線路長を切り替えられる伝送線路と９０°ハイブリッドカプラを組み合わせた反射型移相器でもよい。バラクタダイオードなどの可変インピーダンス素子と、線路長を切り換えられる伝送線路と、９０°ハイブリッドカプラとを組み合わせた反射型移相器などでもよい。
【００２３】
制御回路１０８は、比較回路１０２から入力される受信位相差情報または送信位相差情報の少なくとも一方に基づいて、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量を制御する。制御回路１０８は、受信位相差情報または送信位相差情報に基づいて第１移相器１０７ａの移相量と、第２移相器１０７ｂの移相量とを決定する。制御回路１０８は、第１移相器１０７ａの移相量を指示する制御信号を、伝送線路１１０ａを介して第１移相器１０７ａに出力する。制御回路１０８は、第２移相器１０７ｂの移相量を指示する制御信号を、伝送線路１１０ｂを介して第２移相器１０７ｂに出力する。制御信号の形態は、高周波信号、変調信号、直流信号など、任意の種類でよい。
【００２４】
一例として、受信時、制御回路１０８は、第１移相器１０７ａから伝送線路１１１ａへ出力される右旋円偏波信号と、第２移相器１０７ｂから伝送線路１１１ｂへ出力される左旋円偏波信号とを同相にするように、受信位相差情報が示す位相差をゼロにまたは小さくするように、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量を制御する。これらの信号を同相に制御することで、伝送線路１１１ａを伝搬する右旋円偏波信号と、伝送線路１１１ｂを伝搬する左旋円偏波信号とが、２分岐回路１０９で等振幅（各結合回路や移相器の挿入損失や伝搬経路の電気長が、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号とで等しい場合を想定）かつ同相で合成される。これにより、伝送線路１１２に出力される高周波信号が最大化される。なお、伝送線路１１１ａの右旋円偏波信号と、伝送線路１１１ｂの左旋円偏波信号とが等振幅で逆位相のとき、伝送線路１１２には高周波信号が出力されない。
【００２５】
また、制御回路１０８は、受信位相差情報から、アンテナ１００で受信された偏波面（偏波角）を特定する。送信時、制御回路１０８は、特定した偏波面に送信電波の偏波面が一致するように第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量を制御する。すなわち、送信位相差情報が、上記特定した偏波面に対応する位相差（受信時に検出した受信位相差情報が示す位相差）に一致するまたは近づくように、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量を制御する。これにより、送信する右旋円偏波信号の位相と左旋円偏波信号の位相との差が、検出した偏波面に対応する位相差（上記受信位相差情報が示す位相差）に一致するまたは近づき、送信する電波の偏波面を、送信相手装置のアンテナの偏波面に合わせることができる。
【００２６】
２分岐回路１０９は、受信時は、伝送線路１１１ａから入力される右旋円偏波信号と、伝送線路１１１ｂから入力される左旋円偏波信号とを合成し、合成された信号である高周波信号を伝送線路１１２に出力する。例えば入力された右旋円偏波信号と左旋円偏波信号を同じ重みで合成する。重みを両信号で異ならせることも可能である。また送信時は、２分岐回路１０９は、伝送線路１１２から入力された高周波信号を分割して、伝送線路１１１ａ、１１１ｂに出力する。例えば２分岐回路１０９は、伝送線路１１２から入力される高周波信号を同じ重みで分割し、分割した一方の信号（右旋円偏波信号）を伝送線路１１１ａに、他方の信号（左旋円偏波信号）を伝送線路１１１ｂに出力する。２分岐回路１０９は、ウィルキンソン型分配器、Ｔ分岐、マジックＴ、９０°ハイブリッド、ラットレースなどにより構成できる。２分岐回路１０９が等振幅で上記の分配を行う場合、より良好な交さ偏波識別度を実現できる。なお、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂで移相を行うことから、２分岐回路１０９で、等位相で分配・合成を行う必要は必ずしもない。
【００２７】
伝送線路１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２は、高周波信号が伝搬する伝送線路である。一例として、コプレーナ線路、マイクロストリップ線路、ストリップ線路、平行２線式線路、同軸線路、導波管が挙げられる。伝送線路１０３ａと１０３ｂのペア、伝送線路１０４ａと１０４ｂのペア、伝送線路１０５ａ、１０５ｂのペアが同じ伝送線路であれば、伝送線路１０３ａ、１０４ａ、１０５ａの種類が異なっていても構わない。また、伝送線路１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０５ａ、１０５ｂ上にコンデンサやインダクタなどの回路素子が接続されていてもよい。
【００２８】
伝送線路１０６、１１０ａ、１１０ｂは、伝送する信号の種類に応じた伝送線路で構成される。したがって、伝送線路１０６、１１０ａ、１１０ｂは、高周波信号を伝搬する場合は、上述の伝送線路１０３ａ等と同様、各種伝送線で構成できる。変調信号または直流信号を伝搬する場合、リード線、回路基板の配線、またはボンディングワイヤなどで構成されてもよい。
【００２９】
以下、図１のアンテナ装置の受信時の動作を説明する。
【００３０】
アンテナ１００で電波が受信され、右旋円偏波に対応する高周波信号（右旋円偏波信号）と、左旋円偏波に対応する高周波信号（左旋円偏波信号）とに分離される。右旋円偏波信号は、伝送線路１０３ａから第１結合回路１０１ａに入力され、左旋円偏波信号は、伝送線路１０３ｂから第２結合回路１０１ｂに入力される。第１結合回路１０１ａに入力された右旋円偏波信号は、伝送線路１０４ａと伝送線路１０５ａに分配される。同様に、第２結合回路１０１ｂに入力された左旋円偏波信号は、伝送線路１０４ｂと伝送線路１０５ｂに分配される。
【００３１】
比較回路１０２は、伝送線路１０４ａから入力された右旋円偏波信号と伝送線路１０４ｂから入力された左旋円偏波信号との位相差を検出し、検出した位相差の情報（受信位相差情報）を含む信号を伝送線路１０６に出力する。伝送線路１０６に出力された受信位相差情報を含む信号は、制御回路１０８に入力される。制御回路１０８は、入力された信号に含まれる受信位相差情報を、内部のメモリまたはアクセス可能な外部のメモリ等の記憶部に格納してもよい。ただし、格納することは必須ではなく、格納しない構成も可能である。
【００３２】
制御回路１０８は、受信位相差情報に応じて、第１移相器１０７ａの移相量と、第２移相器１０７ｂの移相量とを制御する。例えば、制御回路１０８は、伝送線路１１１ａへ出力する右旋円偏波信号と伝送線路１１１ｂへ出力する左旋円偏波信号とを同相にするように、第１移相器１０７ａの移相量と、第２移相器１０７ｂの移相量とを決定する。制御回路１０８は、決定した移相量を、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂにそれぞれ制御信号により指示する。
【００３３】
第１移相器１０７ａは、制御回路１０８から指示された移相量に応じて、伝送線路１０５ａから入力された右旋円偏波信号の位相をシフトさせて、位相シフトされた右旋円偏波信号を伝送線路１１１ａに出力する。また、第２移相器１０７ｂは、制御回路１０８から指示された移相量に応じて、伝送線路１０５ｂから入力された左旋円偏波信号の位相をシフトさせて、位相シフトされた左旋円偏波信号を伝送線路１１１ｂに出力する。
【００３４】
２分岐回路１０９は、伝送線路１１１ａから入力される右旋円偏波信号と伝送線路１１１ｂから入力される左旋円偏波信号を合成して、合成された信号を伝送線路１１２に出力する。伝送線路１１１ａから入力される右旋円偏波信号と伝送線路１１１ｂから入力される左旋円偏波信号とが同相に制御されている場合、伝送線路１１２に出力される高周波信号の振幅が最大化される。
【００３５】
このように、受信時に右旋円偏波信号と左旋円偏波信号との位相差に応じて、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂとの移相量を制御することで、２分岐回路１０９で右旋円偏波信号と左旋円偏波信号を高効率に合成することが可能となる。これにより、伝送線路１１２から出力される高周波信号を最大化または大きくできる。また、より良好な交さ偏波識別度を実現できる。
【００３６】
次に、図１のアンテナ装置の送信時の動作を説明する。図示しない高周波回路から伝送線路１１２を介して入力された高周波信号は２分岐回路１０９で例えば等振幅で分割され、各分割された信号が、伝送線路１１１ａ、１１１ｂを介して、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂに入力される。第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂは、制御回路１０８から移相量を指示される前は、予め指定された移相量で、移相を行う。第１移相器１０７ａは、伝送線路１１１ａから入力された信号（右旋円偏波信号）を移相し、移相された信号を伝送線路１０５ａに出力する。第２移相器１０７ｂは、伝送線路１１１ｂから入力された信号（左旋円偏波信号）を移相し、移相された信号を伝送線路１０５ｂに出力する。
【００３７】
第１結合回路１０１ａは、伝送線路１０５ａから入力された信号を、伝送線路１０３ａと伝送線路１０４ａに分配する。第２結合回路１０１ｂは、伝送線路１０５ｂから入力された信号を、伝送線路１０３ｂと伝送線路１０４ｂとに分配する。比較回路１０２は、伝送線路１０４ａ、１０４ｂから入力された信号の位相差を検出し、検出した位相差の情報（送信位相差情報）を含む信号を、制御回路１０８に出力（フィードバック）する。
【００３８】
制御回路１０８は、比較回路１０２から入力された信号に含まれる送信位相差情報に基づき、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂとの移相量をフィードバック制御する。すなわち、第１移相器１０７ａから伝送線路１０５ａに出力される信号と、第２移相器１０７ｂから伝送線路１０５ｂに出力される信号との位相差が、前述の検出した受信位相差情報、または所望の位相差に一致させるまたは近づけるように制御する。移相器の製造ばらつきや周囲の温度変化などによって移相器の移相量が所望の値からずれたとしても、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量を所望の値に調節することができる。
【００３９】
アンテナ１００は、第１結合回路１０１ａから入力された信号から右旋円偏波を生成して出力し、第２結合回路１０１ｂから入力された信号から左旋円偏波を生成して出力する。例えば、右旋円偏波と左旋円偏波が例えば所望の位相差で入力されることで、右旋円偏波と左旋円偏波が合成された所望の偏波面の直線偏波がアンテナ１００から送信される。右旋円偏波と左旋円偏波が等振幅のとき、直線偏波がアンテナ１００から送信される。
【００４０】
このように、送信時に右旋円偏波信号と左旋円偏波信号との位相差に応じて、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂとの移相量を制御することで、アンテナから所望の偏波面の直線偏波を送信でき、より良好な交さ偏波識別度を実現できる。
【００４１】
以下に、図４を用いて、アンテナ装置の偏波面検出（位相差検出）の原理を示す。図４は、xyz座標系で偏波角と偏波面とを表している。
z軸正方向（紙面に沿って奥側方向）に伝搬する電波（直線偏波）
【数１】
2019220861.tif 000003
は、
【数２】
2019220861.tif 000004
と表される。ここで、
【数３】
2019220861.tif 000005
は直線偏波の振幅、
【数４】
2019220861.tif 000006
はx軸からの偏波面の傾き角（偏波角）である。
【数５】
2019220861.tif 000007
はx軸およびy軸方向の単位ベクトルである。z軸正方向に伝搬する右旋円偏波
【数６】
2019220861.tif 000008
と左旋円偏波
【数７】
2019220861.tif 000009
はそれぞれ
【数８】
2019220861.tif 000010
と表される。右旋円偏波
【数９】
2019220861.tif 000011
と左旋円偏波
【数１０】
2019220861.tif 000012
を用いて、直線偏波
【数１１】
2019220861.tif 000013
は
【数１２】
2019220861.tif 000014
と表される。式（３）から、偏波角が
【数１３】
2019220861.tif 000015
の直線偏波
【数１４】
2019220861.tif 000016
は、等振幅で位相差
【数１５】
2019220861.tif 000017
の右旋円偏波
【数１６】
2019220861.tif 000018
と左旋円偏波
【数１７】
2019220861.tif 000019
の重ね合わせで表現されることが分かる。
【００４２】
したがって、アンテナで直線偏波
【数１８】
2019220861.tif 000020
を受信した際、直線偏波
【数１９】
2019220861.tif 000021
の信号を分解した右旋円偏波
【数２０】
2019220861.tif 000022
信号と左旋円偏波
【数２１】
2019220861.tif 000023
信号との位相を比較することで、位相差
【数２２】
2019220861.tif 000024
を求め、位相差を１／２倍することにより、直線偏波の偏波角
【数２３】
2019220861.tif 000025
が求められる。また、送信時は、等振幅で位相差
【数２４】
2019220861.tif 000026
を与えた右旋円偏波
【数２５】
2019220861.tif 000027
信号と左旋円偏波
【数２６】
2019220861.tif 000028
信号を重ね合わせることで、偏波角が
【数２７】
2019220861.tif 000029
の直線偏波
【数２８】
2019220861.tif 000030
が生成される。
【００４３】
図４に示すように、
【数２９】
2019220861.tif 000031
は同じ偏波面を表す。したがって、受信時に任意の偏波面を求めるためには、右旋円偏波と左旋円偏波の相対的な位相差を-180°から180°の範囲で検出する必要がある。また、送信時に任意の偏波面の直線偏波を生成するには、右旋円偏波と左旋円偏波の相対的な位相差を-180°から180°まで連続的に変える必要がある。
【００４４】
右旋円偏波と左旋円偏波の位相差を検出する方法の一例として、ミキサとフィルタを用いた方法を示す。図５は、比較回路１０２における右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の位相差を検出する部分の第１構成例として、ミキサとフィルタを用いた例を示す。比較回路１０２は、ミキサ１４１とフィルタ１４２とを備える。ミキサ１４１の入力側は、第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂに接続されている。第１結合回路１０１ａおよび第２結合回路１０１ｂとして方向性結合器である。ミキサ１４１の出力側は、フィルタ１４２に接続されている。フィルタ１４２の出力側は、直接、伝送線路１０６に接続されてもよいし、任意の演算回路を介して伝送線路１０６に接続されてもよい。
伝送線路１０４ａからミキサ１４１に入力される高周波信号
【数３０】
2019220861.tif 000032
と伝送線路１０４ｂからミキサ１４１に入力される高周波信号
【数３１】
2019220861.tif 000033
をそれぞれ
【数３２】
2019220861.tif 000034
とおく。ここで、
【数３３】
2019220861.tif 000035
は高周波信号の振幅、
【数３４】
2019220861.tif 000036
は高周波信号の位相、
【数３５】
2019220861.tif 000037
は高周波信号の角周波数、
【数３６】
2019220861.tif 000038
は時間である。高周波信号（右旋円偏波信号）
【数３７】
2019220861.tif 000039
と高周波信号（左旋円偏波信号）
【数３８】
2019220861.tif 000040
をミキサに入力すると、以下の式で示す信号が出力される。
【数３９】
2019220861.tif 000041
【００４５】
すなわち、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の振幅
【数４０】
2019220861.tif 000042
と位相差
【数４１】
2019220861.tif 000043
の余弦
【数４２】
2019220861.tif 000044
との積
【数４３】
2019220861.tif 000045
に比例する直流信号（直流成分の信号）と、２倍波の信号とが出力される。
【００４６】
フィルタ１４２では、ミキサ１４１の出力信号から、２倍波の信号を除去することで、
【数４４】
2019220861.tif 000046
に比例する直流成分のみが得られる。よって、
【数４５】
2019220861.tif 000047
が既知であるか、あるいは
【数４６】
2019220861.tif 000048
を比較回路１０２で検出すれば、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の位相差
【数４７】
2019220861.tif 000049
を、０〜１８０°の範囲で検出できる。比較回路１０２は、直流成分の値と、
【数４８】
2019220861.tif 000050
の値から位相差
【数４９】
2019220861.tif 000051
を上記の演算回路で計算し、計算した位相差の情報を含む信号を、伝送線路１０６を介して制御回路１０８に出力する。伝送線路１０６に出力される信号は、直流信号でもよいし、交流信号でもよいし、変調信号でもよい。位相差の計算を比較回路１０２でなく、制御回路１０８で行ってもよい。この場合、比較回路１０２から制御回路１０８に、直流成分の値と、
【数５０】
2019220861.tif 000052
の値とを出力すればよい。
【００４７】
ただし、この方法では、位相差
【数５１】
2019220861.tif 000053
に余弦がかかっているため
【数５２】
2019220861.tif 000054
の正負が判断できない。すなわち、−１８０〜０°の範囲の位相差は検出できない。
【００４８】
−１８０〜０°の範囲も検出できるようにするには、位相を９０°遅らせた右旋円偏波信号
【数５３】
2019220861.tif 000055
を生成し、左旋円偏波信号
【数５４】
2019220861.tif 000056
とともにミキサに入力すればよい。このための比較回路１０２における右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の位相差を検出する部分の第２構成例を図６に示す。
【００４９】
図５と異なり、ミキサとフィルタの組が複数個ある。ミキサ１４１ａとフィルタ１４２ａの組と、ミキサ１４１ｂとフィルタ１４２ｂの組とが設置されている。ミキサ１４１ａは、伝送線路１０４ａ＿１を介して第１結合回路１０１ａに接続され、伝送線路１０４ｂ＿１を介して第２結合回路１０１ｂに接続されている。同様に、ミキサ１４１ｂは、伝送線路１０４ａ＿２を介して第１結合回路１０１ａに接続され、伝送線路１０４ｂ＿２を介して第２結合回路１０１ｂに接続されている。伝送線路１０４ａ＿１、１０４ａ＿２の長さの関係は、ミキサ１４１ｂに入力される右旋円偏波信号の位相が、ミキサ１４１ａに入力される右旋円偏波信号に対して相対的に９０°シフトされるように設定されている。一方、伝送線路１０４ｂ＿１と伝送線路１０４ｂ＿２の長さは同じであり、伝送線路１０４ｂ＿２からミキサ１４１ｂに入力される左旋円偏波信号の位相と、伝送線路１０４ｂ＿２からミキサ１４１ｂ＿１に入力される左旋円偏波信号の位相とは同じであるとする。
【００５０】
ミキサ１４１ａには、
【数５５】
2019220861.tif 000057
が入力され、ミキサ１４１ｂには
【数５６】
2019220861.tif 000058
が入力される。ミキサ１４１ａの出力は前述した式（５）で表される。
ミキサ１４１ｂの出力は、以下の式で表される信号が出力される。
【数５７】
2019220861.tif 000059
直流成分は
【数５８】
2019220861.tif 000060
に比例した直流信号であるため、
【数５９】
2019220861.tif 000061
の正負で、
【数６０】
2019220861.tif 000062
の正負を判断できる。
【００５１】
以上から、高周波信号
【数６１】
2019220861.tif 000063
をミキサ１４１ａに入力し、フィルタ１４２ａの出力として
【数６２】
2019220861.tif 000064
に比例する直流成分を取得する。また、右旋円偏波信号
【数６３】
2019220861.tif 000065
と左旋円偏波信号
【数６４】
2019220861.tif 000066
をミキサ１４１ｂに入力し、フィルタ１４２ｂの出力として、
【数６５】
2019220861.tif 000067
の正負とを取得する。制御回路１０８または比較回路１０２は、取得した直流成分の値と、正負とから演算により−１８０〜１８０°の範囲で位相差を算出する。すなわち、任意の偏波面を検出できる。
【００５２】
図６の構成では、右旋円偏波信号の位相を９０°遅らせたが、右旋円偏波信号ではなく左旋円偏波信号
【数６６】
2019220861.tif 000068
の位相を９０°遅らせてもよい。この場合、位相を９０°遅らせた左旋円偏波信号と、位相を遅らせていない右旋円偏波信号
【数６７】
2019220861.tif 000069
とをミキサに入力し、ミキサの出力をフィルタリングして、
【数６８】
2019220861.tif 000070
の正負を判断できる。
【００５３】
図６の構成では、伝送線路の長さを調整することで、位相を９０°遅らせたが、９０°ハイブリッドカプラを用いた構成も可能である。図７は、この場合の構成例（第３の構成例）を示す。９０°ハイブリッドカプラ１４３により、位相を９０°遅らせる。２つのミキサ１４１ａ、１４１ｂと、第１結合回路１０１ａとの間に、９０°ハイブリッドカプラ１４３が接続されている。９０°ハイブリッドカプラ１４３は、第１結合回路１０１ａから入力された信号を位相差９０°を付けた２つの信号に分離し、一方の信号をミキサ１４１ａ（またはミキサ１４１ｂ）に、他方の信号をミキサ１４１ｂ（またはミキサ１４１ａ）に出力する。ハイブリッドカプラを用いた構成以外の構成として、インダクタおよびキャパシタの少なくとも一方などを用いて９０°の位相差をつけてもよい。
【００５４】
図５〜図７で示したミキサは、乗算回路で構成しても良いし、ダイオードやトランジスタなどの非線形素子を用いて構成してもよい。また、ミキサから出力される信号から直流成分のみを取り出すためにフィルタを用いる例を示したが、イメージリジェクトミキサを用いることで、フィルタを使わず直流成分のみを取り出す構成も可能である。
【００５５】
図５〜図７では、第１結合回路１０１ａおよび第２結合回路１０１ｂとして方向性結合器を用いたが、ハイブリッドカプラ、マジックＴ、Ｔ分岐回路などでもよい。
【００５６】
また、図５〜図７では、比較回路１０２の構成例としてミキサとフィルタを用いた例を挙げたが、伝送線路１０４ａと伝送線路１０４ｂから入力される高周波信号の位相差を検出し、位相差に応じた信号を伝送線路１０６に出力するものであれば、比較回路１０２の構成は何でもよい。例えば、図５〜図７では、アナログ領域の処理を用いて位相差を検出したが、ＡＤ変換器を用いて右旋円偏波信号と左旋円偏波信号をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換後の信号を比較回路１０２で比較することで、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の位相差を検出してもよい。
【００５７】
（変形例１）
制御処理回路ＣＬにおける制御回路１０８と比較回路１０２とを一体化してもよい。図８にこの場合のアンテナ装置の構成例を示す。制御処理回路ＣＬは、制御回路１０８と比較回路１０２との機能を備えた単一の回路として構成されている。制御処理回路ＣＬは、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量を制御する制御信号を、伝送線路１０６ａおよび伝送線路１０６ｂに出力する。伝送線路１０６ａおよび伝送線路１０６ｂは、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂに接続されている。制御処理回路ＣＬから出力された制御信号は、伝送線路１０６ａおよび伝送線路１０６ｂを介して、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂに入力される。このように制御回路と比較回路とを同一の回路にまとめてもよい。
【００５８】
（変形例２）
比較回路１０２または制御回路１０８は、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の振幅に基づき、アンテナ１００で、楕円偏波が受信されているか、またはアンテナ１００から楕円偏波が送信されているか否かを検知してもよい。楕円偏波は、電界の大きさが変化しながらその方向が回転する電波であり、交さ偏波識別度（ＸＰＤ）が劣化した直線偏波である。なお、円偏波は電界の大きさが同じでかつその方向が回転する電波である。右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の振幅差がゼロまたは小さいとき、アンテナ１００は直線偏波を送信または受信しているといえるが、振幅差が大きい場合は、送信または受信している直線偏波の交さ偏波識別度（ＸＰＤ）が劣化し、楕円偏波になっていることを意味する。比較回路１０２または制御回路１０８は、楕円偏波が受信または送信されているか否かの情報を、比較回路１０２または制御回路１０８に接続された、図示しない装置（例えば表示装置）に出力してもよい。
【００５９】
（変形例３）
第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂの構成は同一でもよい。このとき、伝送線路１０３ａから伝送線路１０４ａへの透過位相と、伝送線路１０３ｂから伝送線路１０４ｂへの透過位相とが等しいため、第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂに起因して引き起こされる位相のズレの調節を伝送線路１０３ａ、１０３ｂまたは伝送線路１０４ａ、１０４ｂを伝搬する右旋円偏波信号または左旋円偏波信号に対して行う必要はなくなる。また、第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂが同一構成のとき、伝送線路１０３ａから伝送線路１０５ａへの挿入損失と、伝送線路１０３ｂから伝送線路１０５ｂへの挿入損失が等しくなるため、第１結合回路１０１ａと第２結合回路１０１ｂに起因して引き起こされる位相のズレの調節を、伝送線路１０３ａ、１０３ｂまたは伝送線路１０５ａ、１０５ｂを伝搬する右旋円偏波信号または左旋円偏波信号に対して行う必要がなくなる。
【００６０】
（変形例４）
アンテナ１００と比較回路１０２との間の右旋円偏波信号が伝搬する伝送線路の電気長と、アンテナ１００と比較回路１０２との間の左旋円偏波信号が伝搬する伝送線路の電気長とが略等しい（完全に等しい場合も含む。例えば設計上の誤差程度は略等しいと言える。以下同様）とき、伝送線路に起因する右旋・左旋円偏波の高周波信号の位相の変化が略等しくなる。このため、偏波面の検出精度の低下を防ぐことができる。例えば、図１のアンテナ装置において、伝送線路１０３ａ、１０４ａの電気長の和と、伝送線路１０３ｂ、１０４ｂの電気長の和とが等しいとき、伝送線路１０３ａ、１０４ａによる右旋円偏波信号の位相変化と、伝送線路１０３ｂ、１０４ｂによる左旋円偏波信号の位相変化が等しくなるため、偏波面の検出精度の低下を防ぐことができる。電気長の和が等しければ、伝送線路１０３ａと伝送線路１０３ｂの電気長が異なってもよいし、伝送線路１０４ａと伝送線路１０４ｂの電気長が異なってもよい。
【００６１】
（変形例５）
伝送線路１０３ａ、１０４ａの形状と、伝送線路１０３ｂ、１０４ｂの形状とがアンテナ１００から見て略対称（完全な対称の場合も含む。例えば設計上の誤差程度は略等しいと言える。以下同様）であるとき、広い周波数帯域にわたり、伝送線路１０３ａ、１０４ａによる右旋円偏波信号の位相変化と、伝送線路１０３ｂ、１０４ｂによる左旋円偏波信号の位相変化が概ね等しくなる。このため、広い周波数範囲にわたって偏波面の検出精度の低下を防ぐことができる。アンテナ１００から見て略対称とは、例えば、図１に仮想線（対称軸）を追加した図９に示すように、アンテナ１００の中心と、２分岐回路１０９の中心（例えば信号の分岐点または結合点）とを通る仮想線（対称軸）ＶＬに対して略対称であることである。
【００６２】
（変形例６）
図１等において第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂとの挿入損失が等しくなるようにする。この場合、送信時において、２分岐回路１０９で等振幅の分配が行われると、第１移相器１０７ａを通過した右旋円偏波信号と、第２移相器１０７ｂを通過した左旋円偏波信号との振幅が概ね等しくなるため、送信時に楕円偏波が生成されるのを防ぐことができる。
【００６３】
また、第１移相器１０７ａの移相量の調整可能範囲と、第２移相器１０７ｂの移相量の調整可能範囲とが同じでもよい。この場合、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂを同じ方法で制御できるため、制御回路１０８または制御方式を簡易化できる。さらに、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂが同一構成でもよい。この場合、制御回路１０８または制御方式をさらに簡易化できる。ここで、「同一」とは、移相器の型番が同じ、基板パターンの寸法が同じ、チップ部品などの回路部品の定数が同じ、あることを意味する。
【００６４】
（変形例７）
アンテナ１００と２分岐回路１０９間の右旋円偏波信号が伝搬する伝送線路の電気長と、アンテナ１００と２分岐回路１０９間の左旋円偏波信号が伝搬する伝送線路の電気長とが略等しくもよい。このとき、伝送線路に起因する右旋円偏波信号と左円偏波信号の位相変化が略等しくなるため、受信時に２分岐回路１０９で右旋円偏波信号と左旋円偏波信号とを合成する際の電力の損失の低下を防ぐことができる。ここで、電気長が略等しいとは、例えば図１のアンテナ装置において、伝送線路１０３ａ、１０５ａ、１１１ａの電気長の和と、伝送線路１０３ｂ、１０５ｂ、１１１ｂの電気長の和とが略等しいことを意味する。
【００６５】
さらに、アンテナ１００と２分岐回路１０９間の右旋円偏波信号が伝搬する伝送線路の形状と、アンテナ１００と２分岐回路１０９間の左旋円偏波信号が伝搬する伝送線路の形状とがアンテナ１００から見て略対称でもよい。これにより、伝送線路に起因する右旋円偏波信号と左円偏波信号の振幅および位相の変化が広い周波数帯域にわたり等しくなる。このため、広帯域にわたり受信時に２分岐回路で右旋円偏波信号と左旋円偏波信号を合成する際の電力の損失の低下を防ぐことができる。
【００６６】
（変形例８）
第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂのうち一方の移相器の移相量を固定にし、もう一方の移相量を変えるように制御回路１０８が制御を行ってもよい。これにより、制御回路１０８または制御方式を簡易化できる。その際、上記一方の移相器の移相量を、可変範囲の最大値または最小値で固定すれば、偏波面の可変範囲を最大化できる。例えば、移相量が０〜１８０°の移相器を第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂとして用いる場合、片方の移相器の移相量を０°または１８０°に固定し、他方の移相器の移相量を０〜１８０°の範囲で変えれば、偏波面の可変範囲が最大化される。
【００６７】
（変形例９）
２分岐回路１０９の形状がアンテナ１００から見て略対称でもよい。この場合、２分岐回路１０９が広帯域になるため、アンテナ装置がより広い周波数帯域で動作するようになる。
【００６８】
（変形例１０）
図１において、第１結合回路１０１ａが伝送線路１０３ａから入力される右旋円偏波信号を分割せずに、右旋円偏波信号のすべてを比較回路１０２に出力し、第２結合回路１０１ｂが伝送線路１０３ｂから入力される左旋円偏波信号を分割せずに、左旋円偏波信号のすべてを比較回路１０２に出力してもよい。このようにしても、制御回路１０８において電波の偏波面（偏波角）を検出できる。
【００６９】
［第２の実施形態］
図１０に第２の実施形態のアンテナ装置を示す。図１と同一または同等の要素には、同一の符号を付して、拡張された機能を除き、適宜説明を省略する。
【００７０】
第１の実施形態と異なる点は、２つの結合回路が２つの移相器１０７ａ、１０７ｂのアンテナ側ではなく、２分岐回路１０９側に配置されている点である。第３結合回路（第３回路または第１回路）１０１ｃが、第１移相器１０７ａと２分岐回路１０９との間に配置されている。また、第４結合回路（第４回路または第２回路）１０１ｄが、第２移相器１０７ｂと２分岐回路１０９との間に配置されている。比較回路１０２ｂは、伝送線路１０４ｃを介して第３結合回路１０１ｃに接続され、伝送線路１０４ｄを介して第４結合回路１０１ｄに接続されている。比較回路１０２ｂは、伝送線路１０６ｂを介して制御回路１０８に接続されている。第１移相器１０７ａは、伝送線路１０３ａを介してアンテナ１００の右旋円偏波用端子と接続されている。また、第２移相器１０７ｂは、伝送線路１０３ｂを介してアンテナ１００の左旋円偏波用端子と接続されている。第３結合回路１０１ｃおよび第４結合回路１０１ｄは、図１０の第１結合回路１０１ａおよび第２結合回路１０１ｂと同様の構成を有する。比較回路１０２ｂは、比較回路１０２ａと同様の構成を有する。
【００７１】
第１移相器１０７ａは、伝送線路１０３ａから入力された右旋円偏波信号の位相をシフトし、伝送線路１０５ｃに出力する。第２移相器１０７ｂは、伝送線路１０３ｂから入力された左旋円偏波信号の位相をシフトし、伝送線路１０５ｄに出力する。第３結合回路１０１ｃは、伝送線路１０５ｃから入力された右旋円偏波信号を電力分割し、一方（第３右旋円偏波信号）を伝送線路１０４ｃに、他方（第４右旋偏波信号）を伝送線路１１１ａに出力する。第４結合回路１０１ｄは、伝送線路１０５ｄから入力された左旋円偏波信号を電力分割し、一方（第３左旋円偏波信号）を伝送線路１０４ｃに、他方（第４左旋偏波信号）を伝送線路１１１ａに出力する。比較回路１０２ｂは、伝送線路１０４ｃから入力された右旋円偏波信号と伝送線路１０４ｄから入力された左旋円偏波信号との位相差を検出する。制御回路１１０ｂは、検出された位相差に基づき、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの少なくとも一方の移相量を制御する。２分岐回路１０９は、伝送線路１１１ａから入力された右旋円偏波信号（第４右旋偏波信号）と伝送線路１１１ｂから入力された左旋円偏波信号（第４左旋偏波信号）とを合成して、伝送線路１１２に出力する。
【００７２】
図１０の構成では、アンテナ１００での受信時において、フィードバック制御により、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂの移相量の調整を簡易化できる。例えば比較回路１０２ｂをミキサとフィルタで構成した場合、伝送線路１０４ｃを介して右旋円偏波信号（第３右旋円偏波信号）が、伝送線路１０４ｄを介して左旋円偏波信号（第３左旋円偏波信号）が、比較回路１０２ｂ内のミキサに入力される。ミキサの出力信号のうち２倍波がフィルタで除去され、除去後の信号が、前述の通り
【数６９】
2019220861.tif 000071
に比例した直流信号として得られる。
【数７０】
2019220861.tif 000072
が最大になるように、制御回路１０８が、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂの移相量を調節（フィードバック制御）する。これにより、位相差
【数７１】
2019220861.tif 000073
がゼロもしくはゼロに近くなり、伝送線路１１１ａを伝搬する右旋円偏波信号と、伝送線路１１１ｂを伝搬する左旋円偏波信号とが、２分岐回路１０９において同相で合成される。
【００７３】
［第３の実施形態］
図１１は第３の実施形態のアンテナ装置の一例を示す。第３の実施形態は、図１の第１の実施形態と図１０の第２の実施形態とを組み合わせたものである。具体的には、図１０の第２の実施形態に対して、図１に示した第１結合回路１０１ａと、第２結合回路１０１ｂと、比較回路１０２（１０２ａに番号を振り直している）が追加されている。第１結合回路１０１ａは、伝送線路１０５ａを介して第１移相器１０７ａに接続され、伝送線路１０３ａを介してアンテナ１００の右旋円偏波用端子に接続されている。第２結合回路１０１ｂは、伝送線路１０５ｂを介して第２移相器１０７ｂに接続され、伝送線路１０３ｂを介してアンテナ１００の左旋円偏波用端子に接続されている。比較回路１０２ａは、伝送線路１０６ａを介して制御回路１０８に接続されている。
【００７４】
以上の構成により、送信時には比較回路１０２ａからの送信位相差情報を用いて制御回路１０８が、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量をフィードバック制御できる。受信時には、比較回路１０２ｂからの受信位相差情報を用いて制御回路１０８が第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの移相量をフィードバック制御できる。よって、送信時および受信時の両方で、第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂの移相量をより正確に制御できる。
【００７５】
［第４の実施形態］
図１２に第４の実施形態に係るアンテナ装置を示す。図１の構成に対して、第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂが追加されている。
【００７６】
第１振幅調節回路１１３ａは、伝送線路１０５ａを介して第１結合回路１０１ａ、伝送線路１１４ａを介して第１移相器１０７ａ、伝送線路１２０ａを介して制御回路１１８と接続されている。また、第２振幅調節回路１１３ｂは、伝送線路１０５ｂを介して第２結合回路１０１ｂ、伝送線路１１４ｂを介して第２移相器１０７ｂ、伝送線路１２０ｂを介して制御回路１１８と接続されている。
【００７７】
比較回路１０２は、第１結合回路１０１ａから入力される右旋円偏波信号の振幅と第２結合回路１０１ｂから入力される左旋円偏波信号の振幅とを検出する。比較回路１０２は、検出した振幅を表す情報（振幅情報）を含む信号を、伝送線路１０６を介して制御回路１１８に出力する。受信時に検出した振幅情報を受信振幅情報、送信時に検出した振幅情報を送信振幅情報と呼ぶ場合がある。また、比較回路１０２は、これまでの実施形態と同様、両信号の位相差情報を検出し、検出した位相差情報（受信位相差情報または送信位相差情報）を含む信号を、制御回路１１８へ出力する。振幅情報と位相差情報は別々の伝送線路で送ってもよいし、同じ伝送線路で送ってもよい。すなわち、伝送線路１０６は、単一の伝送線路でも、複数の伝送線路でもよい。また、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の振幅の和・差・積・商などの情報を、伝送線路１０６に出力してもよい。
【００７８】
制御回路１１８は、伝送線路１０６から入力された信号が示す振幅情報（受信振幅情報または送信振幅情報）に基づき、両信号の振幅差をゼロにするもしくは小さくするように、第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂを制御する。具体的には、両信号の振幅差をゼロにするもしくは小さくするように、第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂの制御値を決定し、決定した制御値を表す制御信号を、伝送線路１２０ａ、１２０ｂを介して、第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂに出力する。制御値は、振幅の変動を調整するパラメータ値である。
【００７９】
第１振幅調節回路１１３ａは、制御回路１１８から入力される制御信号に含まれる制御値に基づいて、右旋円偏波信号の振幅を減衰または増幅する。また、第２振幅調節回路１１３ｂは、制御回路１１８から入力される制御信号に含まれる制御値に基づいて、左旋円偏波信号の振幅を減衰または増幅する。第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂは可変減衰回路でもよいし可変増幅回路でもよい。第１振幅調節回路１１３ａと第２振幅調節回路１１３ｂは連続的に振幅を調節する構成でもよいし、離散的に振幅を調節する構成でもよい。第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂの一方のみを備えていても良い。
【００８０】
第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂを備えることで、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号との振幅差を補償できる。よって、受信時は２分岐回路１０９から出力される信号の電力低下を防ぎ、送信時はアンテナ１００から楕円偏波が送信されるのを防ぐことができる。右旋円偏波信号と左旋円偏波信号との振幅差は、第１移相器１０７ａおよび第２移相器１０７ｂの挿入損失の違いに起因する場合、第１結合回路１０１ａおよび第２結合回路１０１ｂの挿入損失の違いに起因する場合、２分岐回路１０９またはアンテナ１００から、第１振幅調節回路１１３ａおよび第２振幅調節回路１１３ｂに至るまでの伝送線路の電気長の合計の違いに起因する場合など、様々な要因により発生し得る。
【００８１】
第１振幅調節回路１１３ａと第２振幅調節回路１１３ｂを同一構成としてもよい。この場合、第１振幅調節回路１１３ａによる右旋円偏波信号の位相変化と、第２振幅調節回路１１３ｂによる左旋円偏波信号の位相変化が広い周波数範囲にわたり等しくなるため、広い周波数範囲にわたり、受信時に伝送線路１１２に出力される電力の低下を防ぐことができる。
【００８２】
以上の構成により、送信時には、伝送線路１０５ａを伝搬する右旋円偏波信号の振幅と伝送線路１０５ｂを伝搬する左旋円偏波信号の振幅との差を制御回路１１８にフィードバックできる。よって、右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の振幅差に応じて減衰量または増幅量を制御することで、交さ偏波識別度が良好な直線偏波を生成することができる。第１移相器１０７ａと第２移相器１０７ｂの挿入損失等の違いによって右旋円偏波信号と左旋円偏波信号の振幅に差が生じるが、第１振幅調節回路１１３ａまたは第２振幅調節回路１１３ｂで振幅差を低減することで、良好な交さ偏波識別度の直線偏波を生成できる。また、受信時は、第１振幅調節回路１１３ａまたは第２振幅調節回路１１３ｂで振幅差を低減することで、２分岐回路１０９から出力される信号の電力低下を防ぐことができる。
【００８３】
［第５の実施形態］
これまで説明した各実施形態および変形例に係るアンテナ装置は、無線ＬＡＮのアクセスポイント、基地局、レーダー、リモートセンシング、リモートコントローラーなど、無線通信の相手方のアンテナの偏波面が未知のとき、または通信の相手方が移動する場合に有利である。アンテナを機械的に動かすことなく、相手方から受信した信号から相手方のアンテナの偏波面を検出し、偏波面を合わせて電波を送信することができる。通信品質・通信距離の向上、レーダーの多機能化などが期待できる。また、これまで説明した各実施形態および変形例に係るアンテナ装置は、無線電力伝送を行う場合の送電装置または受電装置のアンテナとして用いることもできる。例えば送電装置のアンテナとして当該アンテナ装置を用いる場合、送電装置で生成した送電周波数を有する高周波信号を２分岐回路１０９に入力する。この際、受電装置のアンテナの偏波面に合わせて送電装置から送電する電磁波の偏波面を調整することで効率的な送電が可能となる。当該アンテナ装置を受電装置に用いる場合も、２分岐回路で等位相で合成を行うように制御することで効率的な受電が可能となる。
【００８４】
図１３を用いて無線ＬＡＮのアクセスポイント等の無線通信装置に本アンテナ装置を適用する例を示す。図１３は、図１のアンテナ装置と、無線通信回路２００とを備えた無線通信装置の構成例を示す。図１のアンテナ装置の代わりに、これまで述べた他の実施形態または変形例のアンテナ装置を用いてもよい。
【００８５】
無線通信回路２００は、アンテナ装置を用いて、相手の無線通信装置と無線通信を行う。無線通信回路２００は、ベースバンド回路２０１と、ＤＡ／ＡＤ変換回路２０２と、高周波回路２０３とを含む。ベースバンド回路２０１は、使用する通信方式または仕様等に準拠したフレームまたはパケットを生成し、生成したフレームまたはパケットのデジタル信号を符号化および変調する。ＤＡ／ＡＤ変換回路２０２は、変調後のデジタル信号をアナログ信号に変換する。高周波回路２０３は、帯域制御によりアナログ信号から所望帯域の信号を抽出し、抽出した信号を無線周波数に周波数変換し、変換後の信号（高周波信号）を増幅器で増幅して、２分岐回路１０９に出力する。高周波回路２０３の増幅器は、伝送線路１１２に接続されている。受信時は、高周波回路２０３は、２分岐回路１０９から高周波信号を受信する。高周波回路２０３は、受信した信号をＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）で低ノイズ増幅を行い、増幅後の信号から所望帯域の信号を抽出し、抽出した信号をベースバンドに周波数変換して、ベースバンド信号をＤＡ／ＡＤ変換回路２０２に出力する。ＤＡ／ＡＤ変換回路２０２は、入力されたベースバンド信号をデジタル信号に変換してベースバンド回路２０１に出力する。ベースバンド回路２０１は、入力されたデジタル信号を復調および復号して、フレームまたはパケットを取得する。
【００８６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１００、１００ａ、１００ｂ、１３０：アンテナ（放射素子）
１０１ａ：第１結合回路
１０１ｂ：第２結合回路
１０１ｃ：第３結合回路
１０１ｄ：第４結合回路
１０２、１０２ａ、１０２ｂ：比較回路
１０３ａ、１０３ｂ、１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、１０４ｄ、１０５ａ、１０５ｂ、１０６ａ、１０６ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１２：伝送線路
１０７ａ：第１移相器
１０７ｂ：第２移相器
１０８、１１８：制御回路
１０９：２分岐回路
１１３ａ：第１振幅調節回路
１１３ｂ：第２振幅調節回路
１３１：９０°ハイブリッドカプラ（外部回路）
１４１、１４１ａ、１４１ｂ：ミキサ
１４２、１４２ａ、１４２ｂ：フィルタ
１４３：９０°ハイブリッドカプラ
２００：無線通信回路
２０１：ベースバンド回路
２０２：ＤＡ／ＡＤ変換回路
２０３：高周波回路
ＶＬ：仮想線
ＣＬ：制御処理回路
【図１】
2019220861.tif 000074
【図２】
2019220861.tif 000075
【図３】
2019220861.tif 000076
【図４】
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【図５】
2019220861.tif 000078
【図６】
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【図７】
2019220861.tif 000080
【図８】
2019220861.tif 000081
【図９】
2019220861.tif 000082
【図１０】
2019220861.tif 000083
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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