(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配部と、分配部により分配された各経路の信号を変換する第１の９０度ハイブリッドと、第１の９０度ハイブリッドにより変換された各経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッドと、第２の９０度ハイブリッドが出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、第１の９０度ハイブリッドと第２の９０度ハイブリッドの間に設けられ、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御部とを備えている偏波面制御アンテナの校正方法であって、
第１の入力端子に入力する校正用信号を、偏波共用アンテナの一方の入力端子にのみ入力させる偏波角の値を分配部に設定し、第１の振幅位相制御部及び第２の振幅位相制御部における位相変化量及び利得を同一に設定する第１のステップと、
校正用信号を第１の入力端子に入力し、第１又は第２の振幅位相制御部が与える位相変化量を変更し、偏波共用アンテナの他方の入力端子に入力される校正用信号が最小になるときの第１及び第２の振幅位相制御部の位相変化量を、第１及び第２の振幅位相制御部に設定する第２のステップと、
校正用信号を第１の入力端子に入力し、第１の振幅位相制御部の利得を１とした状態で、第２の振幅位相制御部の利得を０から１で変化させ、第２の振幅位相制御部の利得を１とした状態で、第１の振幅位相制御部の利得を０から１で変化させ、偏波共用アンテナの他方の入力端子に入力される校正用信号が最小になるときの第１及び第２の振幅位相制御部の利得を、第１及び第２の振幅位相制御部に設定する第３のステップと、
を含む校正方法。
【請求項２】
分配部は、第１の入力端子に入力される信号とは直交する偏波で送信する信号のための第２の入力端子を有し、第２の入力端子に入力される信号を、設定された偏波角に基づき前記２つの経路に分配し、
前記第１のステップから第３のステップの実行後、校正用信号の入力先を第２の入力端子として、前記第１のステップから第３のステップを再度実行し、
各実行において得られた第１及び第２の振幅位相制御部の利得及び位相変化量の平均値を、第１及び第２の振幅位相制御部に設定する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
偏波面制御アンテナは、分配部と第１の９０度ハイブリッドの間、又は、第２の９０度ハイブリッドと偏波共用アンテナの間に、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第３及び第４の振幅位相制御部を備えており、
分配部は、第１の入力端子に入力される信号とは直交する偏波で送信する信号のための第２の入力端子を有し、第２の入力端子に入力される信号を、設定された偏波角に基づき前記２つの経路に分配し、
互いに直交する２つの偏波の無線信号を受信してそれぞれ出力するための第１及び第２の出力端子を備えた校正用偏波共用アンテナを、偏波面制御アンテナに対向させ、
校正用信号を第１の入力端子に入力し、第１の出力端子から出力される校正用信号が最大となる様に偏波角を設定する第４のステップと、
校正用信号を第１の入力端子に入力し、第３又は第４の振幅位相制御部が与える位相変化量を変更し、第２の出力端子から出力される校正用信号が最小になるときの第３及び第４の振幅位相制御部の位相変化量を、第３及び第４の振幅位相制御部に設定する第５のステップと、
校正用信号を第１の入力端子に入力し、０からπ／２の範囲において第２の出力端子から出力される校正用信号を最小とする偏波角を、第１の偏波角として求める第１のサブステップと、校正用信号を第１の入力端子に入力し、π／２からπの範囲において第１の出力端子から出力される校正用信号を最小とする偏波角からπ／２だけ減じた値を、第２の偏波角として求める第２のサブステップと、第１の偏波角と第２の偏波角の平均値に基づき第３及び第４の振幅位相制御部の利得を設定する第３のサブステップを、第１の偏波角と第２の偏波角の差が所定の閾値内となるまで繰り返す第６のステップと、
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、
分配手段により分配された各経路の信号を変換する第１の９０度ハイブリッド手段と、
第１の９０度ハイブリッド手段により変換された各経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッド手段と、
第２の９０度ハイブリッド手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、
第１の９０度ハイブリッド手段と第２の９０度ハイブリッド手段の間に設けられ、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御手段と、
偏波共用アンテナのいずれかの入力端子に接続し、該入力端子に入力される校正用信号を抽出する校正用信号抽出手段と、
校正用抽出手段が抽出した校正用信号を検波して検波信号を出力する検波手段と、
検波手段が出力した検波信号の電圧を測定する電圧測定手段と、
電圧測定手段が測定した電圧を監視し、分配手段に設定する偏波角と、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する制御手段と、
を備えている偏波面制御アンテナ。
【請求項５】
制御手段は、第１の入力端子に校正用信号が入力されたとき、偏波共用アンテナの、校正用信号抽出手段が接続されていない入力端子にのみ、校正用信号を入力させる偏波角を分配手段に設定し、第１及び第２の振幅位相制御手段の位相変化量を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの位相変化量を第１及び第２の振幅位相制御手段に設定し、続いて、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの利得を第１及び第２の振幅位相制御手段に設定する、
請求項４に記載の偏波面制御アンテナ。
【請求項６】
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、
分配手段により分配された各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第３及び第４の振幅位相制御手段と、
第３及び第４の振幅位相制御手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、
校正用信号が入力される第１の９０度ハイブリッド手段と、
第１の９０度ハイブリッド手段の一方の出力端子からの信号の振幅及び位相を変化させて、第３の振幅位相制御手段の出力と同一経路に信号を出力する第１の振幅位相制御手段と、
第１の９０度ハイブリッド手段の他方の出力端子からの信号の振幅及び位相を変化させて、第４の振幅位相制御手段の出力と同一経路に信号を出力する第２の振幅位相制御手段と、
偏波共用アンテナの各入力端子にその入力端子が接続されている第２の９０度ハイブリッド手段と、
第２の９０度ハイブリッド手段の２つの出力端子のうち、第１の９０度ハイブリッド手段に入力された校正用信号が出力されない側の出力端子と接続し、該出力端子の出力信号から校正用信号を抽出する校正用信号抽出手段と、
校正用抽出手段が抽出した校正用信号を検波して検波信号を出力する検波手段と、
検波手段が出力した検波信号の電圧を測定する電圧測定手段と、
電圧測定手段が測定した電圧を監視し、第１、第２、第３及び第４の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する制御手段と、
を備えている偏波面制御アンテナ。
【請求項７】
制御手段は、第１の９０度ハイブリッド手段に校正用信号が入力されたとき、第１及び第２の振幅位相制御手段の位相変化量を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの位相変化量を第１及び第２の振幅位相制御手段に設定し、設定した各位相変化量を、それぞれ、第１及び第２の位相校正値として記憶し、続いて、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの利得をそれぞれ、第１及び第２の振幅校正値として記憶し、第３の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を、第１の振幅校正値及び第１の位相校正値に基づきそれぞれ変更し、第４の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を、第２の振幅校正値及び第２の位相校正値に基づき変更する、
請求項６に記載の偏波面制御アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムおける送信アンテナに関し、より詳しくは、例えば、移動体通信衛星等に使用される、電気的に偏波面を制御するアンテナと、該アンテナの校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的に偏波面を制御可能な偏波面制御アンテナは、所望の偏波面を形成するために、互いに直交する偏波用の各入力端子を、所定の振幅及び位相で励振する必要がある。偏波面制御アンテナにおけるビーム形成のための信号処理は、従来のフェーズドアレイアンテナと同様であり、経路数が２のフェーズドアレイアンテナの校正方法が、例えば、非特許文献１及び非特許文献２に記載されている。
【０００３】
非特許文献１及び非特許文献２に記載の構成は、ビーム形成装置の通過特性を、等振幅及び等位相状態になる様に制御するものであり、図１６に示す様に、ベクトルネットワークアナライザが、ビーム形成装置の入力端子と各素子アンテナ間の、通過振幅及び位相を順次測定して相対振幅及び位相を求め、その後、ビーム形成装置において、振幅及び位相誤差補償を行っている。
【０００４】
【非特許文献１】澤田  他、“技術試験衛星ＶＩＩＩ型（きく８号）通信系ミッションシステムのシステム試験概要報告”、第５１回宇宙科学技術連合講演会、１Ｊ１２、２００７年１０月
【非特許文献２】鈴木  他、“技術試験衛星ＶＩＩＩ型搭載ビーム形成装置２型の概要と基本動作の確認”、第５１回宇宙科学技術連合講演会、１Ｊ１４、２００７年１０月
【非特許文献３】江上  他、“多端子電力合成系マルチビーム送信系”、電子情報通信学会論文誌、Ｖｏｌ．Ｊ６９−Ｂ、Ｎｏ．２、ｐｐ．２０６−２１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術における方法は、通過振幅及び位相を測定するために、高価なマイクロ波帯の測定器、具体的には、図１６に示すベクトルネットワークアナライザの他、信号発生器、スペクトラムアナライザ、周波数変換器、可変移相器、可変減衰器等を必要とする。さらに、アンテナを移動環境で使用する場合、これら測定器を常に具備しておかなければならないが、上記、ベクトルネットワークアナライザ等は一般的にその重量が重く、サイズも大きいという問題もある。
【０００６】
したがって、本発明は、従来技術よりその校正を安価に行うことができ、移動環境下における使用に適した偏波面制御アンテナと、偏波面制御アンテナの校正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における偏波面制御アンテナの校正方法によれば、
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配部と、分配部により分配された各経路の信号を変換する第１の９０度ハイブリッドと、第１の９０度ハイブリッドにより変換された各経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッドと、第２の９０度ハイブリッドが出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、第１の９０度ハイブリッドと第２の９０度ハイブリッドの間に設けられ、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御部とを備えている偏波面制御アンテナの校正方法であって、第１の入力端子に入力する校正用信号を、偏波共用アンテナの一方の入力端子にのみ入力させる偏波角の値を分配部に設定し、第１の振幅位相制御部及び第２の振幅位相制御部における位相変化量及び利得を同一に設定する第１のステップと、校正用信号を第１の入力端子に入力し、第１又は第２の振幅位相制御部が与える位相変化量を変更し、偏波共用アンテナの他方の入力端子に入力される校正用信号が最小になるときの第１及び第２の振幅位相制御部の位相変化量を、第１及び第２の振幅位相制御部に設定する第２のステップと、校正用信号を第１の入力端子に入力し、第１の振幅位相制御部の利得を１とした状態で、第２の振幅位相制御部の利得を０から１で変化させ、第２の振幅位相制御部の利得を１とした状態で、第１の振幅位相制御部の利得を０から１で変化させ、偏波共用アンテナの他方の入力端子に入力される校正用信号が最小になるときの第１及び第２の振幅位相制御部の利得を、第１及び第２の振幅位相制御部に設定する第３のステップとを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の校正方法における他の実施形態によれば、
分配部は、第１の入力端子に入力される信号とは直交する偏波で送信する信号のための第２の入力端子を有し、第２の入力端子に入力される信号を、設定された偏波角に基づき前記２つの経路に分配し、前記第１のステップから第３のステップの実行後、校正用信号の入力先を第２の入力端子として、前記第１のステップから第３のステップを再度実行し、各実行において得られた第１及び第２の振幅位相制御部の利得及び位相変化量の平均値を、第１及び第２の振幅位相制御部に設定することも好ましい。
【０００９】
また、本発明の校正方法における他の実施形態によれば、
偏波面制御アンテナは、偏波面制御アンテナは、分配部と第１の９０度ハイブリッドの間、又は、第２の９０度ハイブリッドと偏波共用アンテナの間に、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第３及び第４の振幅位相制御部を備えており、分配部は、第１の入力端子に入力される信号とは直交する偏波で送信する信号のための第２の入力端子を有し、第２の入力端子に入力される信号を、設定された偏波角に基づき前記２つの経路に分配し、互いに直交する２つの偏波の無線信号を受信してそれぞれ出力するための第１及び第２の出力端子を備えた校正用偏波共用アンテナを、偏波面制御アンテナに対向させ、校正用信号を第１の入力端子に入力し、第１の出力端子から出力される校正用信号が最大となる様に偏波角を設定する第４のステップと、校正用信号を第１の入力端子に入力し、第３又は第４の振幅位相制御部が与える位相変化量を変更し、第２の出力端子から出力される校正用信号が最小になるときの第３及び第４の振幅位相制御部の位相変化量を、第３及び第４の振幅位相制御部に設定する第５のステップと、校正用信号を第１の入力端子に入力し、０からπ／２の範囲において第２の出力端子から出力される校正用信号を最小とする偏波角を、第１の偏波角として求める第１のサブステップと、校正用信号を第１の入力端子に入力し、π／２からπの範囲において第１の出力端子から出力される校正用信号を最小とする偏波角からπ／２だけ減じた値を、第２の偏波角として求める第２のサブステップと、第１の偏波角と第２の偏波角の平均値に基づき第３及び第４の振幅位相制御部の利得を設定する第３のサブステップを、第１の偏波角と第２の偏波角の差が所定の閾値内となるまで繰り返す第６のステップとを含むことも好ましい。
【００１０】
本発明における偏波面制御アンテナによれば、
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、分配手段により分配された各経路の信号を変換する第１の９０度ハイブリッド手段と、第１の９０度ハイブリッド手段により変換された各経路の信号を再変換する第２の９０度ハイブリッド手段と、第２の９０度ハイブリッド手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、第１の９０度ハイブリッド手段と第２の９０度ハイブリッド手段の間に設けられ、各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第１及び第２の振幅位相制御手段と、偏波共用アンテナのいずれかの入力端子に接続し、該入力端子に入力される校正用信号を抽出する校正用信号抽出手段と、校正用抽出手段が抽出した校正用信号を検波して検波信号を出力する検波手段と、検波手段が出力した検波信号の電圧を測定する電圧測定手段と、電圧測定手段が測定した電圧を監視し、分配手段に設定する偏波角と、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の偏波面制御アンテナにおける他の実施形態によれば、
制御手段は、第１の入力端子に校正用信号が入力されたとき、偏波共用アンテナの、校正用信号抽出手段が接続されていない入力端子にのみ、校正用信号を入力させる偏波角を分配手段に設定し、第１及び第２の振幅位相制御手段の位相変化量を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの位相変化量を第１及び第２の振幅位相制御手段に設定し、続いて、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの利得を第１及び第２の振幅位相制御手段に設定することも好ましい。
【００１２】
また、本発明の偏波面制御アンテナにおける他の実施形態によれば、
設定された偏波角に基づき、第１の入力端子から入力される信号を２つの経路に分配する分配手段と、分配手段により分配された各経路の信号の振幅及び位相を変化させる第３及び第４の振幅位相制御手段と、第３及び第４の振幅位相制御手段が出力する各経路の信号を、それぞれ、直交する偏波で送信する偏波共用アンテナと、校正用信号が入力される第１の９０度ハイブリッド手段と、第１の９０度ハイブリッド手段の一方の出力端子からの信号の振幅及び位相を変化させて、第３の振幅位相制御手段の出力と同一経路に信号を出力する第１の振幅位相制御手段と、第１の９０度ハイブリッド手段の他方の出力端子からの信号の振幅及び位相を変化させて、第４の振幅位相制御手段の出力と同一経路に信号を出力する第２の振幅位相制御手段と、偏波共用アンテナの各入力端子にその入力端子が接続されている第２の９０度ハイブリッド手段と、第２の９０度ハイブリッド手段の２つの出力端子のうち、第１の９０度ハイブリッド手段に入力された校正用信号が出力されない側の出力端子と接続し、該出力端子の出力信号から校正用信号を抽出する校正用信号抽出手段と、校正用抽出手段が抽出した校正用信号を検波して検波信号を出力する検波手段と、検波手段が出力した検波信号の電圧を測定する電圧測定手段と、電圧測定手段が測定した電圧を監視し、第１、第２、第３及び第４の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を設定する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の偏波面制御アンテナにおける他の実施形態によれば、
制御手段は、第１の９０度ハイブリッド手段に校正用信号が入力されたとき、第１及び第２の振幅位相制御手段の位相変化量を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの位相変化量を第１及び第２の振幅位相制御手段に設定し、設定した各位相変化量を、それぞれ、第１及び第２の位相校正値として記憶し、続いて、第１及び第２の振幅位相制御手段の利得を変化させ、電圧測定手段が測定する電圧が最小になるときの利得をそれぞれ、第１及び第２の振幅校正値として記憶し、第３の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を、第１の振幅校正値及び第１の位相校正値に基づきそれぞれ変更し、第４の振幅位相制御手段の利得及び位相変化量を、第２の振幅校正値及び第２の位相校正値に基づき変更することも好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による校正方法は、理想的な状態においては校正用信号が流れない経路を監視し、この経路を流れる校正用信号を最小にすることにより行うものであるが、校正用信号のレベルの監視は、検波器及び電圧計という安価な機器のみで行うことが可能である。また、これらの機器は、非常に小型であり、本発明による偏波面制御アンテナは、これら機器を組み込んでおり、運用中であっても必要に応じて校正を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１及び２は、本発明による校正方法の対象である偏波面制御アンテナの形態を示す図である。図１によると、偏波面制御アンテナは、送信信号制御部１００と、周波数変換部５と、増幅部６１及び６２と、出力９０度ハイブリッド４２と、偏波共用アンテナ７１とを備えており、送信信号制御部１００は、分配部２と、振幅位相制御部３１、３２、３３及び３４と、入力９０度ハイブリッド４１とを備え、分配部２の２つの入力端子１１及び１２には、直交する２つの偏波それぞれで搬送する変調信号が入力される。つまり、例えば、水平偏波で送信する信号が入力端子１１に入力され、垂直偏波で送信する信号が入力端子１２に入力される。なお、一つの偏波のみを使用する場合、入力端子１２を省略することができる。
【００１７】
分配部２は、入力端子１１に入力される信号を、分配部２に設定された偏波角に基づき２つの経路に分配して出力し、同じく、入力端子１２に入力される信号を、設定された偏波角に基づき２つの経路に分配して出力する。ここで、偏波角とは、入力端子１１に入力される変調信号を送信する偏波の偏波面の、偏波共用アンテナ７１が送受信可能な２つの偏波面のうちの一方の偏波面に対する傾き角度である。より具体的には２つの入力端子１１及び１２への入力信号を（ｘ，ｙ）、２つの出力端子からの出力信号を（ｕ，ｖ）、偏波角をθとすると、分配部２は、
【００１８】
【数１】
0004504436.tif 000002
となる様に信号の分配を行う。
【００１９】
図３は、分配部２の機能ブロック図である。可変電力配分部２１及び２２は、入力端子１１及び１２に入力される信号、それぞれを、設定された偏波角に基づき分配して信号合成部２３及び２４にそれぞれ出力し、信号合成部２３及び２４は、２つの入力信号を合成して出力する。図４は、１つの入力端子のみを使用する場合における分配部２の機能ブロック図であり、可変電力配分部２１は、入力端子１１に入力される信号を、偏波角に基づき分配して出力する。
【００２０】
振幅位相制御部３１及び３２は、アンテナ全体の校正のためのものであり、設定された利得係数及び位相係数に基づき通過する信号の振幅及び位相を変化させる。なお、設定する利得係数及び位相係数の決定手順は後述する。
【００２１】
周波数変換のための周波数変換部５と、信号の増幅のための増幅部６１及び６２を、入力９０度ハイブリッド４１と、出力９０度ハイブリッド４２で挟む構成は、非特許文献３に記載されている様に、入力９０度ハイブリッド４１と出力９０度ハイブリッド４２の間にある各構成要素の経路間のバランス動作を目的とし、入力９０度ハイブリッド４１から出力９０度ハイブリッド４２間の校正のため、入力９０度ハイブリッド４１の出力に、振幅位相制御部３３及び３４を設けている。振幅位相制御部３３及び３４に対して設定する利得係数及び位相係数の決定手順は後述する。
【００２２】
なお、振幅位相制御部３１〜３４の入力端子への入力信号をｘ、出力端子からの出力信号をｕ、利得係数をα、位相係数をβとすると、
ｕ＝ｘαｅｊβ              （２）
であり、入力９０度ハイブリッド４１及び出力９０度ハイブリッド４２の各入力端子への入力信号を（ｘ，ｙ）、各出力端子からの出力信号を（ｕ，ｖ）とすると、
【００２３】
【数２】
0004504436.tif 000003
である。ここで、Ａ＝１／（√２）である。
【００２４】
偏波共用アンテナ７１は２つの入力端子１３及び１４を有しており、その一方は出力９０度ハイブリッド４２の一方の出力端子に接続され、他方は出力９０度ハイブリッド４２の他方の出力端子に接続されており、各端子の入力信号を直交する偏波の無線信号として送信する。
【００２５】
図２に示す偏波面制御アンテナは、図１の構成におけるバランス動作のための入力９０度ハイブリッド４１及び出力９０度ハイブリッド４２と、この区間の校正のための振幅位相制御部３３及び３４を取り除いたものである。
【００２６】
所望の偏波面を形成するためには、励振誤差をできるだけ小さくすることが求められ、よって、分配部２の各出力から偏波共用アンテナ７１の２つの入力端子までの各経路の通過振幅及び位相を一致させることが必要である。以下、上記偏波面制御アンテナの校正方法について説明を行う。まず、図１に示すバランス動作のための構成を含む偏波面制御アンテナに対しては、バランス動作対象である区間の校正（校正１）を行い、続いて、アンテナ全体の校正（校正２）を行う。一方、図２に示すバランス動作のための構成を含まない偏波面制御アンテナに対しては校正２のみを行う。
【００２７】
図５は、本発明による校正方法の、校正１のためのブロック図であり、校正用の信号を検波する検波器８が、偏波共用アンテナ７１の一方の入力端子、図５においては入力端子１３に接続され、検波器８からの検波信号のレベルを測定する電圧計９が検波器８の出力に接続されている。以下に、校正１の手順を説明する。
【００２８】
(手順１１)入力端子１１又は１２のどちらか一方に校正用の信号を入力し、理想的な状態において、検波器８を接続している端子に信号が現れない様に、送信信号制御部１００内の分配部２の偏波角を設定する。つまり、式（１）の偏波角θを、０又はπ／２に設定する。また、振幅位相制御部３１〜３４の利得係数を１、位相係数を０に、つまり、式（２）のα＝１、β＝０に設定する。
【００２９】
(手順１２)振幅位相制御部３３又は３４の位相係数を０〜２πで変化させ、電圧計９の出力が最小となるときの各位相係数を、振幅位相制御部３３及び３４に対する設定値とすると共に、位相校正係数として記憶する。
【００３０】
(手順１３)振幅位相制御部３４の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３３の利得係数を０から１で変化させて電圧計９の出力を監視し、その後、振幅位相制御部３３の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３４の利得係数を０から１で変化させて電圧計９の出力を監視し、電圧計９の出力が最小となるときのそれぞれの利得係数を、振幅位相制御部３３及び３４に対する設定値とすると共に、振幅校正係数として記憶する。
【００３１】
図６は、校正１を説明する図である。図６（ａ）に示す様に、手順１１における初期設定により、送信信号制御部１００が出力する２つの信号５１と５２は、振幅が等しく、９０度の位相差のある信号になる。出力９０度ハイブリッド４２は、入力端子への各入力信号の位相差を９０度だけ小さくして合成した信号と、９０度だけ大きくして合成した信号を出力するため、図６（ａ）に示す等振幅で直交する２つの信号をそのまま出力９０度ハイブリッド４２に入力すると、一方の出力端子のみから信号が出力され、他方の出力端子からは何も出力されない。
【００３２】
しかしながら、周波数変換部５、増幅器６１及び６２、さらに、配線等により生じる振幅特性及び位相特性の相対的な差により、増幅部６１と６２が出力する信号は、図６（ｂ）に示す様に、振幅は異なり、位相差も９０度ではなくなる。図６（ｂ）に示す信号を、出力９０度ハイブリッド４２に入力すると、図６（ｃ）に示す様に、本来打ち消しあうべき信号５２を９０度回転させた信号が、信号５１と等振幅で逆相の信号とはならないため、信号５３が残留することになる。手順１２及び１３は、この信号レベルを監視しながら、利得及び位相の調整を行うものである。
【００３３】
本発明は上述した手順により、送信信号制御部１００から出力９０度ハイブリッド４２の入力までの２つの経路の振幅特性及び位相特性の相対的な差を、振幅位相制御部３３及び３４により補償を行うものであるが、その校正のために使用する機器は、検波器８及び電圧計９であり、これら機器は、ベクトルネットワークアナライザ等と比較して、格段に安価なものである。図１４及び図１５に、それぞれ、振幅位相制御部３３、３４の位相係数を変化させたときと、利得係数を変化させたときの検波器出力を示す。
【００３４】
続いて、校正２、すなわち、アンテナ全体の校正について説明する。偏波共用アンテナの各偏波間に特性差が、つまり、利得差及び位相差が生じていたとしても、この値が既知であれば、振幅位相制御部３１及び３２に、この利得差及び位相差を補償する利得係数及び位相係数を設定することで校正は完了する。しかしながら、偏波共用アンテナの特性が未知である場合は、本発明による校正方法の校正２により、以下の手順で校正を行う。図７は、校正２のためのブロック図である。
【００３５】
図７によると、偏波面制御アンテナを校正するため、偏波共用アンテナ７２と、偏波共用アンテナ７２が出力する直交する各偏波の信号を受信する２つの検波器８及び電圧計９を備えている校正装置を使用する。なお、図７の左側に示す偏波面制御アンテナは、図１に示すものと同一であるが、例示であり、図２に示す偏波面制御アンテナの校正にも使用する。以下に、校正の手順を説明する。
【００３６】
まず、事前準備として、偏波面制御アンテナと校正装置を対向、つまり、指向方向を合わせて配置する。このとき、偏波面制御アンテナの偏波共用アンテナ７１と、校正装置の偏波共用アンテナ７２の偏波面を合わせる必要はない。
【００３７】
（手順２１）続いて、偏波面制御アンテナの一方の入力端子から信号を入力し、分配部２の偏波角θを０〜π／２で変化させ、校正装置の電圧計９の出力が、一方で最大、他方で最小となる偏波角の値を探索し、その値を、分配部２への設定値とする。
【００３８】
（手順２２）続いて、手順２１で出力が最小であった電圧計９を監視しながら、振幅位相制御部３１又は３２の位相係数を０から２πの間で変化させ、監視している電圧計９の出力が最小となる位相係数を探索し、最小となるときの位相係数を振幅位相制御部３１及び３２に設定すると共に、この値を位相校正係数として記憶する。これにより位相の設定が完了する。
【００３９】
（手順２３）続いて、手順２１と同じ入力端子から信号を入力しつつ、再度、分配部２の偏波角の設定を０〜π／２で変化させ、手順２１及び２２で監視していた電圧計９の出力が最小となる偏波角の値θ１を探索する。
【００４０】
（手順２４）続いて、手順２１と同じ入力端子から信号を入力しつつ、分配部２の偏波角の設定をπ／２〜πで変化させ、手順２１から２３で出力が最小となった電圧計９とは異なる電圧計９の出力が最小となる偏波角からπ／２を減じた値θ２を探索する。
【００４１】
（手順２５）続いて、偏波角の値θ１と偏波角の値θ２の平均値θ３を算出し、分配部２の偏波角をθ３に設定し、手順２１における入力端子から信号を入力しつつ、振幅位相制御部３１の利得係数を１として、振幅位相制御部３２の利得係数を０〜１で変化させ、さらに、振幅位相制御部３２の利得係数を１として、振幅位相制御部３１の利得係数を０〜１で変化させ、手順２１において監視していた電圧計９の出力が最小となる振幅位相制御部３１及び３２の利得係数を探索して、この値を、振幅位相制御部３１及び３２に設定する。
【００４２】
（手順２６）手順２３から手順２５を繰り返し、θ１及びθ２の差が閾値未満となった時点におけるそれぞれの利得係数を、振幅位相制御部３１及び３２に設定すると共に、振幅校正係数として記憶する。
【００４３】
なお、手順２３から手順２５は、偏波角のずれと、経路間の利得の相対値を変数として２つの方程式を求め、これにより利得係数を求めるものであるが、θ１及びθ２の値が０度又は９０度となった場合には、方程式を解くことができないため、１回目の手順２５で、θ１及びθ２の値が０度又は９０度となった場合には、校正装置のアンテナの偏波面をずらし、あらためて校正２を開始する。
【００４４】
図８は、上記手順２１及び２２における位相の校正を説明する図である。分配手段２の偏波角を変化させることで送信される無線信号の偏波面が変化するため（図８（ａ））、まず手順２１で、偏波面制御アンテナが送信する無線信号の偏波面を、校正装置のいずれかの偏波面に一致する様に偏波角の値を調整する。このとき、偏波面制御アンテナの２つの経路に位相差がなければ、校正装置の２つの経路のうち、偏波面制御アンテナの送信信号の偏波面とは直交する側の経路に接続されている電圧計９の出力は０である。しかしながら、偏波面制御アンテナの２つの経路に位相差が存在する場合、偏波面制御アンテナが送信する無線信号は、楕円偏波となり、その偏波方向が回転するため、偏波面と一致していない側の経路に接続されている電圧計９の出力は０とはならない（図８（ｂ）の符号５５の信号）。したがって、手順２２において、偏波面と一致していない側の経路に接続されている電圧計９を監視しながら、振幅位相制御部３１又は３２の位相係数を調整して位相の校正を行う。
【００４５】
図９は、手順２３から２６における振幅の校正を説明する図である。図９（ａ）に示す様に、振幅特性が理想的である場合、偏波面制御アンテナが送信する２つの直交する偏波の信号５６及び５７を合成した信号は、信号５８となり、校正装置の偏波面の一方と一致する。しかしながら、振幅特性が同一でなく、図９（ｂ）に示すように例えば信号５７側の振幅の利得が大きい場合、偏波面制御アンテナが送信する２つの直交する偏波の信号５６及び５７を合成した信号５８は、校正装置の偏波面の一方と一致せず、他方の経路にも信号が観測されることになる。
【００４６】
手順２３における偏波角の値θ１は、図９（ｂ）の校正装置の一方の偏波面と信号５８の角度を求めることに相当し、この角度は、信号５６又は信号５７の経路のどちらの利得が大きいかにより方向が異なる。また、手順２４で求めるθ２ともその方向が異なる。よって、これら角度の平均値に応じて利得係数を変更し、この値が一致した場合に、校正が終了することになる。
【００４７】
以上、偏波面制御アンテナの校正方法について説明を行ったが、出力９０度ハイブリッド４２、偏波共用アンテナ７１等はアナログ機器であり、僅かながら特性誤差を持つ。そのため、校正１及び校正２において、校正用信号を入力する分配部２の入力端子と、校正用信号を監視する偏波共用アンテナ７１の入力端子又は偏波共用アンテナ７２の出力端子の組合せを代えて、各校正係数を測定し、振幅位相制御部３１〜３４には、各測定で得られた各校正係数を平均化した値を設定することで、これら機器の特性誤差の影響を小さくすることができる。
【００４８】
図１０は、本発明の偏波面制御アンテナのブロック図であり、既に、説明したものと同一である要素には同じ参照符号を使用して説明は省略する。なお、図１０の送信信号制御部１００の構成は、図１に示す送信信号制御部１００と同じである。図１０において、校正用信号抽出部１０３は、偏波共用アンテナ７１の２つの入力端子のいずれか、図１０では入力端子１３に接続されており、校正用信号抽出部１０３は、接続している入力端子を通過する信号から校正用信号を抽出して検波器８に出力する。
【００４９】
制御部１０１は、偏波面制御アンテナの外部から校正用信号が入力され、例えば、校正開始のコマンドを外部から受信したとき、送信信号制御部１００の分配部２、振幅位相制御部３１〜３４の初期設定を行い、その後、電圧計９の出力に基づき校正処理を行う。図１２は、図１０の偏波面制御アンテナにおける校正処理のフロー図である。
【００５０】
（Ｓ１０１）制御部１０１は、分配部２に設定している偏波角を保存した上で、校正用信号を、校正用信号抽出部１０３が接続されていない、偏波共用アンテナ７１の入力端子、つまり、図１０においては入力端子１４に流すように分配部２の偏波角の設定を変更する。つまり、校正用信号抽出部１０３が接続されている偏波共用アンテナ７１の入力端子と、校正用信号が入力されている入力端子の関係に応じて、偏波角θを０又はπ／２に設定する。また、振幅位相制御部３１及び３２に設定していた利得係数及び位相係数を保存した上で、振幅位相制御部３１〜３４の利得係数を１、位相係数を０に設定する。
【００５１】
（Ｓ１０２）制御部１０１は、振幅位相制御部３３又は３４の位相係数を０〜２πで変化させ、電圧計９の出力を最小とする位相係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定する。
【００５２】
（Ｓ１０３）制御部１０１は、振幅位相制御部３４の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３３の利得係数を０から１で変化させて電圧計９の出力を監視し、振幅位相制御部３３の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３４の利得係数を０から１で変化させて電圧計９の出力を監視し、電圧計の出力を最小とする利得係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定する。その後、分配部２の偏波角と、振幅位相制御部３１及び３２の利得係数及び位相係数を、保存していた値に戻す。
【００５３】
以上の構成により、上述した本発明による校正後、運用中において、温度変化等により校正状態が崩れたとしても、各経路の振幅及び位相誤差を補償することができる。なお、図１及び１０の偏波面制御アンテナの場合、校正２で実施した特性差については、一度特性が判明すれば校正の必要はない。
【００５４】
また図２の偏波面制御アンテナの場合、図１１に示す構成を用いることで、運用中に、校正状態が崩れたとしても各経路の振幅及び位相誤差を補償することができる。図１１に示す本発明の他の実施形態による偏波面制御アンテナは、図２に示す偏波面制御アンテナに、制御部１０１と、振幅位相制御部３３及び３４と、入力９０度ハイブリッド４１と、出力９０度ハイブリッド４２と、校正用信号抽出部１０３と、検波器８と、電圧計９と、終端器１０４とを追加したものである。
【００５５】
図１１に示す構成は、図１の偏波面制御アンテナの入力９０度ハイブリッド４１から出力９０度ハイブリッド４２までの構成を、校正用に設けたものである。制御部１０１は、偏波面制御アンテナの外部から校正用信号が入力され、例えば、校正開始のコマンドを外部から受信したとき、外部から入力された校正用信号を入力９０度ハイブリッド４１の一方の入力端子に導くように信号系統の切替えを行う。なお、校正用信号抽出部１０３を接続する出力９０度ハイブリッド４２の出力端子は、入力９０度ハイブリッド４１に入力する校正用信号が出力されない側としておく。さらに、制御部１０１は、振幅位相制御部３３及び３４の初期設定を行い、その後、電圧計９の出力に基づき校正処理を行う。図１３は、図１１の偏波面制御アンテナにおける校正処理のフロー図である。
【００５６】
（Ｓ２０１）制御部１０１は、振幅位相制御部３３及び３４の利得係数を１、位相係数を０に設定する。
【００５７】
（Ｓ２０２）制御部１０１は、振幅位相制御部３３又は３４の位相係数を０〜２πで変化させ、電圧計９の出力を最小とする位相係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定し、設定した値を位相校正係数として記憶する。
【００５８】
（Ｓ２０３）制御部１０１は、振幅位相制御部３４の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３３の利得係数を０から１で変化させて電圧計９の出力を監視し、振幅位相制御部３３の利得係数を１としたまま、振幅位相制御部３４の利得係数を０から１で変化させて電圧計９の出力を監視し、電圧計９の出力を最小とする利得係数を、振幅位相制御部３３及び３４に設定し、設定した値を利得校正係数として記憶する。
【００５９】
（Ｓ２０４）制御部１０１は、振幅位相制御部３３の利得校正係数及び位相校正係数に基づき振幅位相制御部３１の設定を変更し、振幅位相制御部３４の利得校正係数及び位相校正係数に基づき振幅位相制御部３２の設定を変更する。より詳しくは、振幅位相制御部３３に設定した利得係数及び位相係数を、振幅位相制御部３１の現在の利得係数及び位相係数に重畳した新たな利得係数及び位相係数を求めて、この新たな利得係数及び位相係数を振幅位相制御部３１に設定し、振幅位相制御部３４に設定した利得係数及び位相係数を、振幅位相制御部３２の現在の利得係数及び位相係数に重畳した新たな利得係数及び位相係数を求めて、この新たな利得係数及び位相係数を振幅位相制御部３２に設定する。
【００６０】
なお、図１及び図１０に示す偏波面制御アンテナにおいて、振幅位相制御部３１及び３２を、出力ハイブリッド４２と偏波共用アンテナ７１の間に設けても良い。
【００６１】
以上、本発明による校正方法は、検波器及び電圧計という安価な機器のみにより校正を可能とする。これらの機器は、非常に小型であり、本発明による偏波面制御アンテナは、これら機器を組み込んでおり、運用中であっても必要に応じて校正を行うことが可能である。さらに、実際に使用する衛星搭載アンテナに本校正を適用することで、衛星搭載アンテナの偏波各誤差を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による校正方法の対象である偏波面制御アンテナの形態を示す図である。
【図２】本発明による校正方法の対象である偏波面制御アンテナの他の形態を示す図である。
【図３】分配部の機能ブロック図である。
【図４】分配部の他の形態の機能ブロック図である。
【図５】本発明による校正方法の校正１を実施するためのブロック図である。
【図６】校正１を説明する図である。
【図７】本発明による校正方法の校正２を実施するためのブロック図である。
【図８】校正２における位相の校正を説明する図である。
【図９】校正２における振幅の校正を説明する図である。
【図１０】本発明による偏波面制御アンテナのブロック図である。
【図１１】本発明による偏波面制御アンテナの他の実施形態のブロック図である。
【図１２】図１０に示す偏波面制御アンテナにおける校正方法のフロー図である。
【図１３】図１１に示す偏波面制御アンテナにおける校正方法のフロー図である。
【図１４】位相係数を変化させたときの検波器出力を示す図である。
【図１５】利得係数を変化させたときの検波器出力を示す図である。
【図１６】従来技術による校正のブロック図である。
【符号の説明】
【００６３】
１１、１２、１３、１４  入力端子
２  分配部
２１、２２  可変電力分配部
２３、２４  信号合成部
３１、３２、３３、３４  振幅位相制御部
４１  入力９０度ハイブリッド
４２  出力９０度ハイブリッド
５  周波数変換部
５１、５２、５３、５６、５７、５８  信号
６１、６２  増幅部
７１、７２  偏波共用アンテナ
８  検波器
９  電圧計
１００  送信信号制御部
１０１  制御部
１０３  校正用信号抽出部
１０４  終端器
【図１】
0004504436.tif 000004
【図２】
0004504436.tif 000005
【図３】
0004504436.tif 000006
【図４】
0004504436.tif 000007
【図５】
0004504436.tif 000008
【図６】
0004504436.tif 000009
【図７】
0004504436.tif 000010
【図８】
0004504436.tif 000011
【図９】
0004504436.tif 000012
【図１０】
0004504436.tif 000013
【図１１】
0004504436.tif 000014
【図１２】
0004504436.tif 000015
【図１３】
0004504436.tif 000016
【図１４】
0004504436.tif 000017
【図１５】
0004504436.tif 000018
【図１６】
0004504436.tif 000019