(57)【要約】【課題】位相検出機構を用いることなく、簡単な構成で２線路間の振幅位相差を算出することのできるアンテナ装置を得る。【解決手段】アンテナに接続された２本の線路からなる伝送線路２、３と、各線路を伝搬する垂直偏波および水平偏波の各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、右旋円偏波および左旋円偏波の各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成する９０°ハイブリッド回路１と、９０°ハイブリッド回路１に入力される各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、９０°ハイブリッド回路１の出力信号の振幅を検出する振幅検出器８、９、１０、１１と、各線路の伝搬信号の振幅と出力信号の振幅とに基づいて、伝送線路２、３の線路間の位相差を演算する位相演算装置１２とを備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナに接続された２本の線路からなる伝送線路と、
前記各線路の伝搬信号を分解および合成する９０°ハイブリッド回路と、
前記９０°ハイブリッド回路に入力される前記各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、前記９０°ハイブリッド回路の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、
前記各線路の伝搬信号の振幅と前記出力信号の振幅とに基づいて、前記伝送線路の線路間の位相差を演算する位相演算装置とを備え、
前記９０°ハイブリッド回路は、前記各線路を伝搬する伝搬信号が垂直偏波および水平偏波の場合には、前記各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、前記伝搬信号が右旋円偏波および左旋円偏波の場合には、前記各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記９０°ハイブリッド回路は、前記伝送線路に挿入され、前記伝送線路に前記同一偏波方向毎の合成信号を伝搬信号として出力することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記各線路の伝搬信号の振幅と前記線路間の位相差とに基づいて、前記各線路の伝搬信号の振幅および位相を制御する振幅位相制御装置を備え、
前記９０°ハイブリッド回路は、前記振幅位相制御装置で制御された伝搬信号を合成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に通信、レーダ等に使用するマイクロ波送受信用のアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の各給電点の振幅位相の制御を行う２点給電の給電構造を持ったアンテナ装置は、１対の右旋円偏波、左旋円偏波をアンテナより取り出し、アッテネータにより振幅を一致させ、移相器により適当な位相差を与えて３ｄｂ−９０度ハイブリッドで合成させている。これにより直線偏波給電点から任意の偏波方向を持つ直交直線偏波を得る。
このような装置において振幅および位相を制御する装置は一般的に誤差を持っているため、正確な制御を行うためには、その伝送線路の振幅および位相を検出し、較正もしくはフィードバック制御を行うことが有効である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１２１９３３号公報（第３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように、振幅を検出することは比較的簡単な構成で可能であるが、位相を検出するためには、例えば変調をかけていた場合のためにキャリア検出回路が必要となる。このため、構成上複雑となり、その検出精度も上げにくく、正確な制御を行うことが難しいという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、位相検出機構を用いることなく、簡単な構成で２線路間の振幅位相差を算出することのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、アンテナに接続された２本の線路からなる伝送線路と、各線路の伝搬信号を分解および合成する９０°ハイブリッド回路と、９０°ハイブリッド回路に入力される各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、９０°ハイブリッド回路の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、各線路の伝搬信号の振幅と出力信号の振幅とに基づいて、伝送線路の線路間の位相差を演算する位相演算装置とを備え、９０°ハイブリッド回路は、各線路を伝搬する伝搬信号が垂直偏波および水平偏波の場合には、各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、伝搬信号が右旋円偏波および左旋円偏波の場合には、各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１を示す２本の伝送線路で１対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
図１において、第１の伝送線路２および第２の伝送線路３の２本の伝送線路で１対の伝送線路を構成する。第１の伝送線路２には電界の大きさが「ＥＶ」の垂直偏波信号が伝搬され、第２の伝送線路３には電界の大きさが「ＥＨ」の水平偏波信号が伝搬される。
９０°ハイブリッド回路１は、伝送線路１３、１４により、第１の伝送線路２および第２の伝送線路３に接続される。接続箇所に設置されたカップラ（方向性結合器）４、５は、第１および第２の伝送線路２、３を伝送線路１３、１４に分岐させる。
さらに、９０°ハイブリッド回路１と伝送線路１３、１４との間には、各伝送線路１３、１４の伝送する信号の振幅をそれぞれ検出する振幅検出器８、９が、伝送線路１５、１６およびカップラ６、７により接続される。
９０°ハイブリッド回路１の出力端子は、振幅検出器１０、１１に接続される。
また、９０°ハイブリッド回路１の入力端子側に接続された振幅検出器８、９と、出力端子側に接続された振幅検出器１０、１１とは、位相演算装置１２に接続される。
【０００８】
次に、この発明の実施の形態１による動作について説明する。
カップラ４、５は、第１の伝送線路２および第２の伝送線路３の伝搬信号を一定の割合で分配する。
カップラ４、５において分配された伝搬信号は、それぞれ伝送線路１３、１４を伝送し、カップラ６、７でさらにある一定の割合で分配される。
カップラ６、７で分配された伝搬信号の一方は、９０°ハイブリッド回路１に入力され、他方は、振幅検出器１５、１６に入力される。
９０°ハイブリッド回路１は、伝送線路１３の垂直偏波信号を右旋円偏波成分と左旋円偏波成分とに分解する。同様に、水平偏波信号を右旋円偏波成分と左旋円偏波成分とに分解する。
次に、垂直偏波信号の電界ＥＶの右旋円偏波成分と、伝送線路１４の水平偏波信号の電界ＥＨの右旋円偏波成分とを合成して出力する。また、伝送線路１３の垂直偏波信号の電界ＥＶの左旋円偏波成分と、伝送線路１４の水平偏波信号の電界ＥＨの左旋円偏波成分とを合成して出力する。
【０００９】
９０°ハイブリッド回路１の入力端子側に接続された一方の振幅検出器８は、垂直偏波信号の振幅（電界）の大きさ｜ＥＶ｜を検出する。また、他方の振幅検出器９は、水平偏波信号の振幅の大きさ｜ＥＨ｜を検出する。
また、９０°ハイブリッド回路１の出力端子側に接続された一方の振幅検出器１０は、合成された右旋円偏波成分の振幅の大きさ｜ＥＲ｜を検出する。また、他方の振幅検出器１１は、合成された左旋円偏波成分の振幅の大きさ｜ＥＬ｜を検出する。
各振幅検出器８、９、１０、１１からの検出信号が位相演算装置１２に入力される。
【００１０】
位相演算装置１２は、９０°ハイブリッド回路１の前後に接続された振幅検出器８、９、１０、１１からの各振幅値（検出信号）に基づいて、第１の伝送線路２の垂直偏波信号と第２の伝送線路３の水平偏波信号との位相差を演算する。
ここで、伝送線路１３、１４の９０°ハイブリッド回路１の入力端子側の電界比Ｆは、以下の式（１）のように表すことができる。
Ｆ＝ＥＶ／ＥＨ＝｜Ｆ｜ｅｘｐ（ｊｆ）                ・・・  （１）
また、９０°ハイブリッド回路１の出力端子側の電界比Ｄは、以下の式（２）のように表すことができる。
Ｄ＝ＥＲ／ＥＬ＝｜Ｄ｜ｅｘｐ（ｊｇ）                ・・・  （２）
さらに、入力端子側の電界比Ｆと出力端子側の電界比Ｄとの関係は、以下の式（３）のように表すことができる。
【数１】
2004254179.tif 000003
【００１１】
なお、式（１）の｜Ｆ｜は、振幅検出器８、９で検出された振幅の比（振幅比）である。同様に、式（２）の｜Ｄ｜は、振幅検出器１０、１１で検出された振幅の比（振幅比）である。
例えば、式（１）の位相差ｔ＝ｅｘｐ（ｊｆ）を演算する場合、以下の式（４）を解くことで得ることができる。
【数２】
2004254179.tif 000004
すなわち、式（４）に基づいて位相差を演算することにより、第１の伝送線路２の垂直偏波信号と、第２の伝送線路３の水平偏波信号との振幅位相差を得ることができ、位相演算装置１２は、振幅位相差を（振幅）位相情報として出力する。
【００１２】
このように、伝送線路間の位相差を測定するための機構を設けることなく、振幅の測定機構のみを用いて、第１の伝送線路２と第２の伝送線路３との間の振幅位相差を得ることができるので、伝送線路間の振幅および位相を正確に制御することができる。
【００１３】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２を示す２本の伝送線路で構成される１対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
図２において、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３で構成される伝送線路には、それぞれ右旋円偏波信号、左旋円偏波信号が、紙面右側から左側の方向に伝搬されている。
９０°ハイブリッド回路２１は、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３で構成される伝送線路内に挿入されている。
９０°ハイブリッド回路２１の入力端子側には、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３がカップラ２４、２５により伝送線路３３、３４にそれぞれ分岐されて振幅検出器２８、２９が接続される。また、９０°ハイブリッド回路２１の出力端子側には、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３がカップラ２６、２７により伝送線路３５、３６にそれぞれ分岐されて振幅検出器３０、３１が接続される。
また、各振幅検出器２８、２９、３０、３１の他方は、位相演算装置３２に接続される。
【００１４】
第１の伝送線路２２を紙面右側から左側に伝搬される右旋円偏波信号と、第２の伝送線路２３を紙面右側から左側に伝搬される左旋円偏波信号とは、９０°ハイブリッド回路２１に入力される。
なお、カップラ２４、２５において、右旋円偏波信号および左旋円偏波信号が分配され、振幅検出器２８、２９でそれぞれの振幅の大きさ｜ＥＲ｜、｜ＥＬ｜が検出される。
９０°ハイブリッド回路２１は、右旋円偏波信号の電界ＥＲの垂直偏波成分と、左旋円偏波信号の電界ＥＬの垂直偏波成分とを合成して出力する。また、右旋円偏波信号の電界ＥＲの水平偏波成分と、左旋円偏波信号の電界ＥＬの水平偏波成分とを合成して出力する。
【００１５】
この場合も上記実施の形態１と同様に、９０°ハイブリッド回路２１前後での信号の電界比の関係は、式（１）から式（３）と同様に示すことができ、位相演算装置３２は、式（４）に基づいて、第１の伝送線路２２と第２の伝送線路２３との間の振幅位相差を演算し、（振幅）位相情報として出力する。
このように、別途９０°ハイブリッド回路を設けなくとも、９０°ハイブリッド回路２１の前後で第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３の振幅比を測定することにより、第１の伝送線路２２と第２の伝送線路２３との間の振幅位相差を得ることができる。
【００１６】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３を示す偏波共用アンテナに装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。なお、図３において、前述（図２参照）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
図３において、第１の伝送線路２２と第２の伝送線路２３とには偏波共用アンテナ４２が接続される。
また、位相演算装置３２は、振幅位相制御装置４１が接続され、振幅位相制御装置４１は、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３に挿入される。
第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３は、それぞれ右旋円偏波信号、左旋円偏波信号が、紙面右側から左側の方向へ伝搬される。第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３は、偏波共用アンテナ４２に接続される。
【００１７】
９０°ハイブリッド回路１の入力および出力に接続された振幅検出器２８、２９、３０、３１からの検出値は、位相演算装置３２に入力される。
位相演算装置３２は、式（１）〜式（４）に基づいて、第１の伝送線路２２と第２の伝送線路２３との間の位相差を演算し、振幅位相制御装置４１に出力する。
振幅位相制御装置４１は、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３の伝搬信号が、所望の偏波特性を得る給電信号となるように、位相演算装置３２から出力された位相差に基づいて、第１の伝送線路２２の伝搬信号および第２の伝送線路２３の伝搬信号の振幅、位相を制御する。
【００１８】
９０°ハイブリッド回路２１は、振幅位相制御装置４１で振幅、位相を制御された伝搬信号を入力し、偏波共用アンテナ４２に出力する。
偏波共用アンテナ４２は、第１の伝送線路２２および第２の伝送線路２３で構成される１対の給電線路によって励振される。
このように、偏波共用アンテナ４２の給電信号を簡便な構造のフィードバック制御により、低交差偏波を得る、高精度な偏波制御の可能なアンテナ装置を得ることができる。
なお、本実施の形態３では、９０°ハイブリッド回路が伝送線路に挿入された場合について述べたが、上記実施の形態１のような構成でもよい（図１参照）。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アンテナに接続された２本の線路からなる伝送線路と、各線路を伝搬する垂直偏波および水平偏波の各伝搬信号をそれぞれ右旋円偏波成分および左旋円偏波成分に分解して同一偏波成分毎に合成し、右旋円偏波および左旋円偏波の各伝搬信号をそれぞれ垂直偏波成分および水平偏波成分に分解して同一偏波方向毎に合成する９０°ハイブリッド回路と、９０°ハイブリッド回路に入力される各線路の伝搬信号の振幅を検出するとともに、９０°ハイブリッド回路の出力信号の振幅を検出する振幅検出器と、各線路の伝搬信号の振幅と出力信号の振幅とに基づいて、伝送線路の線路間の位相差を演算する位相演算装置とを備えたので、伝送線路間の位相差を測定するための機構を設けることなく、振幅の測定機構のみを用いて、伝送線路間の振幅位相差を得ることができ、伝送線路間の振幅および位相を正確に制御することのできるアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す２本の伝送線路で構成される１対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２を示す２本の伝送線路で構成される１対の伝送線路内に装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３を示す偏波共用アンテナに装荷されたアンテナ装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１  ９０°ハイブリッド回路、２  第１の伝送線路、３  第２の伝送線路、４、５、６、７  カップラ、８、９、１０、１１  振幅検出器、１２  位相演算装置、１３、１４、１５、１６  伝送線路、２１  ９０°ハイブリッド回路、２２第１の伝送線路、２３  第２の伝送線路、２４、２５、２６、２７  カップラ、２８、２９、３０、３１  振幅検出器、３２  位相演算装置、３３、３４、３５、３６  伝送線路、４１  振幅位相制御装置、４２  偏波共用アンテナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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