(57)【要約】【課題】電波を送信する空中線において小型化や軽量化が困難である。【解決手段】所定の波長の電波を等方的に放射する放射器と、電波を所定の周期で放射方向を変調して出力する第１の変調素子と、第１の変調素子が出力した電波を所定の波長よりも短い波長で伝搬させる短縮体と、短縮体を通過した電波を第１の変調素子の変調周期とは異なる周期で放射方向を変調して出力する第２の変調素子とを備える。【選択図】      図１
2015177340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の電波を等方的に放射する放射器と、
前記電波を所定の周期で放射方向を変調して出力する第１の変調素子と、
前記第１の変調素子が出力した電波を前記所定の波長よりも短い波長で伝搬させる短縮体と、
前記短縮体を通過した電波を、前記第１の変調素子の変調周期とは異なる周期で放射方向を変調して出力する第２の変調素子とを備える
ことを特徴とする空中線。
【請求項２】
前記第１の変調素子は、前記放射器を中心として環状に複数配置され、
前記第２の変調素子は、前記放射器を中心として前記第１の変調素子の外周に環状に複数配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の空中線。
【請求項３】
前記短縮体は、比誘電率の実部が比誘電率の虚部よりも大きい誘電体を含む
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空中線。
【請求項４】
前記短縮体は、誘電正接（Ｔａｎδ）が略ゼロである誘電体を含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の空中線。
【請求項５】
前記第１の変調素子と前記第２の変調素子との間隔は、前記短縮体を構成する媒体中における前記電波の波長の整数倍である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の空中線。
【請求項６】
前記短縮体は、誘電率が異なる複数の誘電体を含む
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の空中線。
【請求項７】
前記複数の誘電体は、前記短縮体と前記変調素子との間の電波の反射を低減する所定の誘電率と所定の伝搬方向の長さを備える
ことを特徴とする請求項６に記載の空中線。
【請求項８】
前記短縮体は、誘電率の温度依存性が小さい誘電体を含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の空中線。
【請求項９】
仮想接地をなすカウンタポイズをさらに備え、
前記カウンタポイズは、前記放射器を中心として前記第２の変調素子の外周に、着脱可能に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の空中線。
【請求項１０】
所定の波長の電波を等方的に放射し、
前記電波を所定の周期で放射方向を変調して出力し、
前記変調された電波を前記所定の波長よりも短い波長で伝搬させ、
前記伝搬した後の電波を、前記周期とは異なる周期で放射方向を変調する
ことを特徴とする電波送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を送受信する空中線に関し、特にＴＡＣＡＮ装置（Ｔａｃｔｉｃａｌ  Ａｉｒ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ：以後、タカン装置と呼ぶ場合がある）における地上装置等に用いられるタカン空中線に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機からの信号を受信し、地上や艦上から航空機へ方位や距離情報を与え、航空機の航行を補助する装置として、タカン装置がある。このようなタカン装置において、電波を送受信する空中線がタカン空中線である。
【０００３】
このタカン空中線の一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に係る方位・距離測定装置（タカン装置）には、放射器、１５Ｈｚパラスティックアンテナ、１３５Ｈｚパラスティックアンテナ変調素子からなるタカン空中線が記載されている。
【０００４】
図５は、関連するタカン空中線の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。関連するタカン空中線では、放射器１５が電波を放射し、次に第１の変調素子（１５Ｈｚ変調素子と呼ぶ場合がある）２５が輻射された電波を変調する。この第１の変調素子２５は、放射器１５を中心として環状に複数配置されている。そして、第１の変調素子２５の各ユニットが順次切り替えられることにより、１５Ｈｚで回転するカーディオイドパターンと呼ばれる振幅変調された空間変調パターンが発生する。ここで、１つのカーディオイドパターンだけでは、３６０°の方位を測定する際、方位誤差が生じやすい。そこで、第２の変調素子（１３５Ｈｚ変調素子と呼ぶ場合がある）４５が、第１の変調素子２５から外環方向に１波長程度離れた位置に配置され、方位測定の精度向上が図られている。つまり、１５Ｈｚカーディオイドパターンに対して、１３５Ｈｚの振幅変調が第２の変調素子４５によってさらに行われる。すると、４０°毎に分割された１３５Ｈｚ空間変調パターンが発生し、１５Ｈｚの空間変調パターンと比較して、方位誤差が９分の１に軽減するとしている。
【０００５】
また、図６は、関連するタカン空中線から放射される電波の空間変調を示す特性図である。タカン空中線から放射される１５Ｈｚ空間変調パターンと１３５Ｈｚ空間変調パタ−ンおよびその合成パターンが示されている。方位測定において、放射器１５から放射されたパルス出力が、環状に並んだ２種類の外部変調器によって強度変調されている様子が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２０７０号公報
【特許文献２】特開２０１３−９８９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のタカン空中線には、次のような問題があった。この関連するタカン空中線では、第１の変調素子の出力端と第２の変調素子入力端との間隔は、所定の間隔に設定する必要があった。即ち、所定の間隔とは放射器１から放射された電波の波長λ０の整数倍であり、最小間隔は波長λ０の１倍のλ０である。従って、第１の変調素子の出力端と第２の変調素子入力端との間隔は少なくともλ０程度離す必要があり、タカン空中線全体をある大きさ以下に小型化することが困難であった。具体的には、タカン空中線の直径はφ１．３ｍ程度となった。すると、タカン空中線を輸送する場合に輸送手段の制限が発生する。例えば、ヘリコプタのような小型移動体に搭載して運搬することができなかった。このように、タカン空中線に対する小型化や軽量化の要求に対応できなかった。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題である、空中線の小型化や軽量化を図ることが困難である、という課題を解決する空中線および電波送信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の空中線は、所定の波長の電波を等方的に放射する放射器と、電波を所定の周期で放射方向を変調して出力する第１の変調素子と、第１の変調素子が出力した電波を所定の波長よりも短い波長で伝搬させる短縮体と、短縮体を通過した電波を第１の変調素子の変調周期とは異なる周期で放射方向を変調して出力する第２の変調素子とを備える。
【００１０】
また、本発明の空中線を用いた電波送信方法は、所定の波長の電波を等方的に放射し、電波を所定の周期で放射方向を変調して出力し、変調された電波を所定の波長よりも短い波長で伝搬させ、伝搬した後の電波をその周期とは異なる他の周期で放射方向を変調する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の空中線および電波送信方法によれば、空中線を小型軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る空中線の基本構成を示すブロック図である。
【図２】誘電体による波長短縮の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る空中線をタカン空中線に適用した場合の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る空中線における短縮体の構成図である。
【図５】関連するタカン空中線の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】関連するタカン空中線から放射される電波の空間変調を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る空中線の基本構成を示すブロック図である。本実施形態の空中線１００は、以下の構成要素を備えている。放射器１は、所定の波長の電波を放射する。第１の変調素子２は、入力した電波を変調して出力する。短縮体３は、第１の変調素子２で変調された電波を所定の波長よりも短い波長で伝搬させる。第２の変調素子４は、第１の変調素子２で変調された電波を、第１の変調素子２の変調周期とは異なる周期で変調して出力する。
【００１５】
放射器１は、例えば９６２ＭＨｚから１２１３ＭＨｚの周波数帯の電波を放射する。放射された電波は、第１の変調素子２に入射し、外部変調される。その後、変調された電波は、短縮体３に入射する。この電波の波長は、短縮体３の内部においては、短縮体３の有する比誘電率に応じた波長で伝搬する。比誘電率が１よりも大きい場合、短縮体の媒質中において波長は短くなる。短縮体３を通過した電波は、第２の変調素子４に入射する。第２の変調素子４に入射した電波は、第１の変調素子の変調周期とは異なる周期で外部変調され、第２の変調素子４から出力される。以上が本実施形態による空中線の基本構成と動作である。続いて、短縮体３による波長短縮作用について説明する。
【００１６】
図２は、誘電体による波長短縮原理を説明するための図である。短縮体３に含まれる誘電体の比誘電率をε２とし、放射器１から放射された電波の真空中における波長をλ０とすると、短縮体３の内部を伝搬する電波の波長λ２は、次の式（１）のようになる。
【００１７】
λ２＝λ０／√ε２        式（１）
具体例を挙げると、送受信される電波の真空中の波長λ０が０．３ｍであり（周波数約１ＧＨｚに相当）、短縮体３が含む誘電体の比誘電率ε２が３である場合、短縮体３内部の波長λ２は式（１）より約０．１７ｍとなる。すなわち、短縮体３の内部においては真空中よりも波長が短縮されている。このように、誘電率が１より大きい場合、λ２はλ０よりも小さくなる。以上が波長短縮の原理である。
【００１８】
ここで、第１の変調素子の出力端と第２の変調素子入力端との間隔は、上述のように、少なくとも伝搬する電波の波長λ０程度離す必要がある。本発明の空中線は、短縮体を設置することによって、その間隔をλ０以下にすることができる。従って、第２の変調素子の配置を、第１の変調素子に近づけることが可能となる。即ち、空中線を小型化することが可能となる。なお、短縮体３に含まれる誘電体として、例えば比誘電率がさらに大きな誘電体セラミックス等を使用すればさらに小型化が可能となるが、比誘電率の大きい誘電体なら何でもよいというわけではない（その理由は後述する）。次に、本発明の空中線を、タカン空中線に適用した場合について説明する。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る空中線をタカン空中線に適用した場合の構成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。このタカン空中線３００は、放射器１３、第１の変調素子２３、短縮体３３、第２の変調素子４３に加えて、ベース５３、カウンタポイズ６３、レドーム７を備えている。
【００２０】
放射器１３は、タカン空中線の中心に位置し、所定の波長の電波を等方的に放射する。第１の変調素子２３は、放射器１３を中心として環状に複数配置されており、放射器１３から輻射された電波を所定の周期で放射方向を変調する。短縮体３３は、第１の変調素子２３が出力した電波を所定の波長よりも短い波長で伝搬させる。第２の変調素子４３は、第１の変調素子２３によって変調された電波を、第１の変調素子２３の変調周期とは異なる周期で放射方向を変調して出力する。
【００２１】
そして、ベース５３は、カウンタポイズ６３を設置する場所を提供する。ここでカウンタポイズとは、アンテナのアース側に取り付ける仮想の接地である。カウンタポイズ６３は、放射器１３を中心として第２の変調素子４３の外周に配置され、空中線３００の仮想的な接地点となる。また、カウンタポイズ６３は、空中線３００のベース５３から着脱可能である。また、レドーム７３は、各変調素子および短縮体等を、風雨から保護するための保護カバーである。
【００２２】
さらに、個々の要素の詳細は以下のとおりである。放射器１３は、例えば周波数が１ＧＨｚ付近の電波を放射する。第１の変調素子２３は複数のユニットに分かれており、各ユニットの作動を切り替えることでカージオイド形状の指向性パタ−ンを形成する。この切り替えは、空中線３００の下部に別途設置された、図示しない制御装置が行う。この指向性パターンは、毎秒１５回転しており、信号の受信方位が測定される。なお、放射器から放射される電波は、水平方向だけではなく垂直方向にも放射されている。そのため、電波の垂直方向成分もカバーするため、短縮体３３の高さは、第２の変調素子４３の高さよりも高くなるように設計されている。このように、放射器１３から輻射された電波は、第１の変調素子２３によって変調され、１５Ｈｚの空間変調パタ−ンが形成される。さらに、第２の変調素子４３によって変調され、１３５Ｈｚの空間変調パタ−ン（毎秒１３５回転するカーディオイドパターン）が形成される。その後、第２の変調素子４３から放射された電波は、レドーム７３を透過して放射される。
【００２３】
カウンタ−ポイズ６３は、例えば金属メッシュや長さが１／４波長の金属線などを用いる。また、第２の変調素子４３の周囲に金属板を設置することで、カウンタポイズとすることができる。ベース５３は、雌ねじを所定の箇所に備えており、カウンタポイズ６３とベース５３はねじ等によって固定されている。従って、カウンタポイズ６３は着脱可能である。
【００２４】
上述のように周波数が１ＧＨｚ付近である電波の真空中の波長λ０は０．３ｍ程度なので、関連するタカン空中線の場合には第１の変調素子と第２の変調素子の間隔は最小でも０．３ｍの間隔が必要となる。一方、誘電率εが３の樹脂からなる短縮体３を、第１の変調素子と第２の変調素子の間に装荷すると、短縮体３中の波長λは、式（１）より約０．１７ｍに短縮される。従って、環状に配置された第２の変調素子の配置を、半径方向に沿ってより中心側に位置変更することが可能となる。これによって、第１の変調素子２３と第２の変調素子４３の間隔を縮小することができる。従って、第２の変調素子４３を取り付ける半径位置が小さくなり、ベース５３を縮小することができる。以上のように、タカン空中線の小型化・軽量化が可能となる。
【００２５】
なお、関連するタカン空中線のベース５５では、第２の変調素子４５の外側に約１波長分に相当するベース長が設けられていた。一方、本実施形態に係るタカン空中線では、ベース５３を縮小することができる。そして、タカン空中線全体の直径を輸送時に減少させるべく、カウンタポイズ６３が取り外せる構成とした。そのため、輸送時のタカン空中線の直径を、さらに小さくすることができる。具体的には、タカン空中線全体の直径をφ０．５ｍ程度まで小さくすることができる。このように本実施形態のタカン空中線によれば、カウンタポイズ６３を取り外した状態でタカン空中線が輸送でき、カウンタポイズ６３をタカン空中線に後から取り付けることができる。
【００２６】
（効果）
以上説明したように、短縮体を第１の変調素子と第２の変調素子間に配置した構成とすることにより、第１の変調素子と第２の変調素子の間隔が縮小される。これによって、環状に配置された第２の変調素子の配置半径が小さくなり、カウンタポイズ６３を取り付けるベース５３が縮小される。ひいては、タカン空中線を小型軽量化することができるという効果を奏する。
【００２７】
また、タカン空中線を輸送する際にはカウンタポイズ６３を外しておき、タカン空中線を設置する際にカウンタポイズ６３を取り付ける構成によって、輸送時におけるタカン空中線を小型軽量化することができるという効果を奏する。
【００２８】
次に、波長短縮の作用をもたらす誘電体の選定について説明する。
【００２９】
特許文献２に、マイクロ波帯で用いられるリングアンテナの一例が記載されている。特許文献２に記載のリングアンテナには、波長短縮の作用があるとされている。より具体的には、リング状の誘電体プラスチック表面に、リング状のアンテナエレメントを複数設けた構成であり、誘電体プラスチックスの比誘電率は５から１２程度とされている。そして、プラスチックを用いることで、セラミックスと比較して、じん性が高く、軽量化も可能であるとしている。
【００３０】
しかしながら、誘電体の選定においては、単に比誘電率の高い材料を用いればよいというわけではない。その理由は、電力損失が大きくなる場合があるからである。そこで、本発明の実施形態では、放射器が放射する電波が誘電体を通過する際の電力損失を考慮して誘電体を選定する。一方、電力損失に関する考慮の記載は特許文献２にはない。本発明の実施形態における誘電体選定の具体的な指針は以下のとおりである。
【００３１】
まず、誘電体の比誘電率が、上述のように１よりも大きい材料を用いる。また、誘電体の誘電率の実部が、誘電率の虚部よりも大きい材料を用いる。また、誘電体の誘電正接（Ｔａｎδ）がゼロに近い材料を用いる。さらに、使用周波数帯、例えばＧＨｚ帯における誘電体の誘電正接（Ｔａｎδ）が小さい材料を用いる（例えばＰＴＦＥ（ＰｏｌｙＴｅｔｒａＦｌｕｏｒｏＥｔｈｙｌｅｎｅ）やポリスチレン材料など）。また、誘電率の温度依存性が小さい材料を用いる。
【００３２】
誘電体に起因する電力損失には、誘電体による電波の反射、吸収、放射等が想定される。従って、誘電体による電波の反射を抑え、誘電体による電波の吸収を抑え、誘電体中を通過する電波の放射を抑えることが、電力損失の低減につながる。つまり、上述の方針は、誘電体における電波の吸収を抑えることに主眼を置いた方針と言える。以上のように、本発明の実施形態では、放射器から発せられる電波の波長帯での電力損失を考慮して誘電体を選定する構成としている。
【００３３】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る空中線における短縮体３４の構成図である。短縮体３４と図２に示す短縮体３との差異は、短縮体に含まれる誘電体媒質が１種類だけではなく、誘電率が異なる複数の誘電体を短縮体３４が含んでいる点にある。短縮体３４のその他の構成は、図２に示す短縮体３と同等である。
【００３４】
高い比誘電率ε２を有する誘電体を含む短縮体３４は、同じく高い比誘電率ε２を有する誘電体を含む短縮体３と同様、その内部を伝搬する電波の波長を所定の波長よりも短い波長で伝搬させる。その一方で、比誘電率が高い誘電体と比誘電率が１である空気との境界面では、電波の反射が発生しやすくなる。この電波の反射は、電力損失の増加や空間変調パターンの変化等につながり問題となる。
【００３５】
そこで、短縮体３４は、その両端部分に、比誘電率が比誘電率ε２よりも小さい誘電体を配置し、誘電体と空気との境界面における電波の反射の低減を図っている。ここで、両端部分の比誘電率をε１、ε３とし、両端部分の伝搬方向の長さ（以後、伝搬長と呼ぶ場合がある）をｄ１、ｄ３とすると、これらは式（２）および式（３）で表すことができる。
【００３６】
ε１＝ε３＝  √ε０・ε２              式（２）
ｄ１＝ｄ３＝  λ／４                  式（３）
ここで、λは、反射を低減させる電波の設計波長である。つまり、短縮体３４の両端部分に配置する誘電体の比誘電率は、比誘電率ε２とε０の相乗平均となり、短縮体３４の両端部分に配置する誘電体の伝搬長は、設計波長の四分の一となる。このように短縮体３４は、その両端部分に式（２）を満たす比誘電率と式（３）を満たす伝搬長を備える誘電体を配置する構成である。このような複数の誘電体からなる構成によって、短縮体３４における電波の反射を抑えることができる。
【００３７】
（効果）
以上説明したように、本実施形態に係る空中線は、誘電率が異なる複数の誘電体を含む短縮体を、第１の変調素子と第２の変調素子間に配置することによって、第１の変調素子と第２の変調素子の間隔が縮小可能となる。これによって、空中線を小型軽量化することができるという効果を奏する。
【００３８】
さらに、本実施形態に係る空中線では、比誘電率が高い誘電体を含む短縮体と、比誘電率が１である空気との境界面における電波の反射が低減する。従って、電力損失が低減する効果もさらに奏する。
【００３９】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。
【００４０】
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のように記載されうるが、以下に限られない
（付記１）
所定の波長の電波を等方的に放射する放射器と、
前記電波を所定の周期で放射方向を変調して出力する第１の変調素子と、
前記第１の変調素子が出力した電波を前記所定の波長よりも短い波長で伝搬させる短縮体と、
前記短縮体を通過した電波を、前記第１の変調素子の変調周期とは異なる周期で放射方向を変調して出力する第２の変調素子とを備える
ことを特徴とする空中線。
【００４１】
（付記２）
前記第１の変調素子は、前記放射器を中心として環状に複数配置され、
前記第２の変調素子は、前記放射器を中心として前記第１の変調素子の外周に環状に複数配置されている
ことを特徴とする付記１に記載の空中線。
【００４２】
（付記３）
前記短縮体は、比誘電率が１より大きい誘電体を含む
ことを特徴とする付記１または付記２に記載の空中線。
【００４３】
（付記４）
前記短縮体は、比誘電率の実部が比誘電率の虚部よりも大きい誘電体を含む
ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか一項に記載の空中線。
【００４４】
（付記５）
前記短縮体は、誘電正接（Ｔａｎδ）が略ゼロである誘電体を含む
ことを特徴とする付記１乃至４のいずれか一項に記載の空中線。
【００４５】
（付記６）
前記第１の変調素子と前記第２の変調素子との間隔は、前記短縮体を構成する媒体中における前記電波の波長の整数倍である
ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか一項に記載の空中線。
【００４６】
（付記７）
前記短縮体は、誘電率が異なる複数の誘電体を含む
ことを特徴とする付記１乃至６のいずれか一項に記載の空中線。
【００４７】
（付記８）
前記複数の誘電体は、前記短縮体と前記変調素子との間の電波の反射を低減する所定の誘電率と所定の伝搬方向の長さを備えている
ことを特徴とする付記７に記載の空中線。
【００４８】
（付記９）
前記短縮体は、誘電体セラミックスを含む
ことを特徴とする付記１乃至８のいずれか一項に記載の空中線。
【００４９】
（付記１０）
前記短縮体は、誘電率の温度依存性が小さい誘電体を含む
ことを特徴とする付記１乃至９のいずれか一項に記載の空中線。
【００５０】
（付記１１）
仮想接地をなすカウンタポイズをさらに備え、
前記カウンタポイズは、前記放射器を中心として前記第２の変調素子の外周に、着脱可能に配置されている
ことを特徴とする付記１乃至１０のいずれか一項に記載の空中線。
【００５１】
（付記１２）
所定の波長の電波を等方的に放射し、
前記電波を所定の周期で放射方向を変調して出力し、
前記変調された電波を前記所定の波長よりも短い波長で伝搬させ、
前記伝搬した後の電波を、前記周期とは異なる周期で放射方向を変調する
ことを特徴とする電波送信方法。
【符号の説明】
【００５２】
１、１３、１５    放射器
２、２３、２５    第１の変調素子
３、３３、３４    短縮体
４、４３、４５    第２の変調素子
５３、５５    ベース
６３    カウンタポイズ
７３、７５    レドーム
１００、３００    空中線
【図１】
2015177340.tif 000003
【図２】
2015177340.tif 000004
【図３】
2015177340.tif 000005
【図４】
2015177340.tif 000006
【図５】
2015177340.tif 000007
【図６】
2015177340.tif 000008