(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交配置した水平ダイポールアンテナと、直交配置した垂直ループアンテナとで構成し、各アンテナ素子の出力端に定抵抗回路を設けて出力インピーダンスを一定の抵抗値とし、直交配置した水平ダイポールアンテナの出力の一方を９０度移相して合成して、水平偏波に対して無指向性とし、直交配置した垂直ループアンテナの出力の一方を９０度移相して合成して、垂直偏波に対して無指向性とし、さらに、上記両無指向性出力の一方を９０度移相して合成するようにしたことを特徴とする円偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電波を受信する際、その偏波面に関係なく等感度で受信のできる円偏波アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から短波、超短波帯で用いられ円偏波アンテナとして、交差ダイポールアンテナが良く知られている。
この交差アンテナは周知のようにアンテナの交差面に垂直方向に指向性を持ち、垂直方向からずれると次第に楕円偏波の性質が強くなる。
このような指向特性があるため、不特定の方向から入射する電波を同一特性で受信することはできない。
このため、通常は送受信の位置関係を特定した状態で使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
短波、超短波での通信には、特殊な場合を除き直線偏波が使用されるが、特に移動通信の場合、伝播経路の状況やアンテナの動揺で偏波面が変化して、受信点まで必ずしも一定の偏波面が保持されているとは限らない。受信アンテナには通常、水平面無指向性の直線偏波アンテナが使用されるので、受信電波の偏波の動揺によって、受信状態が大きく変化して受信品質が低下するという問題がある。このような場合、偏波面に無関係に受信することのできる円偏波アンテナである交差ダイポールアンテナを使用することが考えられるが、上記のように指向性が鋭く、水平面の全方向を受信の対象とすることはできない。また、アンテナ素子の出力インピーダンスが周波数によって、大きく変化するから、９０度移相に使用される移相器の構成が困難となって実現できない。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、広帯域で、且つ水平面無指向性の円偏波アンテナを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明における広帯域無指向性円偏波アンテナは、直交配置した水平ダイポールアンテナ出力の一方を９０度移相して合成する。また、直交配置した垂直ループアンテナ出力の一方を９０度移相して合成する。さらに、前記２出力の一方を９０度移相して合成する。
このとき、各アンテナ素子の出力端に各アンテナ素子の固有キャパシタンス及びインダクタンスを回路素子とする定抵抗回路を付加して出力インピーダンスを周波数に関係なく定抵抗化するとともに、アンテナの等価実効高が周波数に関係なく等しくなるようにする。
【０００５】
【作用】
波長に比して短い水平ダイポールアンテナは水平偏波に対し互いに９０度異なる８字型指向性を有しているから、この一方を９０度移相して合成して得られる複合アンテナの出力は水平面内無指向性となる。同様に、波長に比して直径の短い垂直ループアンテナは垂直偏波に対し互いの９０度異なる８字型指向性を有しているから、この一方を９０度移相して合成して得られる複合アンテナの出力は垂直偏波に対して水平面無指向性となる。この二つの複合アンテナの出力位相は、アンテナに入射する電波の位相に対して、電波の水平面入射角だけ移相されているが、ダイポールアンテナと、ループアンテナを同一方向に設置しておけば同位相となる。  したがって、二つの複合アンテナの一方の位相を９０度移相して合成すれば水平面無指向性の無指向性アンテナとして動作する。
また、短いダイポールアンテナのインピーダンスは固定のキャパシタンスであり、小さいループアンテナのインピーダンスは固定インダクタンスである。このキャパシタンス、及びインダクタンスを回路内に１素子として定抵抗回路を組み、互いに逆回路となるように構成すれば、各アンテナ素子の出力インピーダンスは周波数に無関係な純抵抗に、また、等価実効高を同一にすることができる。
この結果９０度移相器の広帯域化が可能になる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明による広帯域無指向性円偏波アンテナの一実施例について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例の構造を示す図である。図において、１ｎｓ、１ｅｗは直交配置した水平ダイポールアンテナであって、アンテナ素子の全長は使用周波数の１／２波長より短くし、その出力インピーダンスを容量性にしてある。２ｎｓ、２ｅｗは直交配置した垂直ループアンテナで、その円周長は使用周波数の１／３波長より短くし、水平ダイポールアンテナと同様に水平面で正確な８字型指向性を保つようにしてある。
３は整合箱であって、内部に図２、及び図３に示す回路を組み込んである。
【０００７】
図２はアンテナ素子の出力インピーダンスを周波数に無関係な定抵抗に変換する定抵抗整合回路を示す図である。４はダイポールアンテナの定抵抗整合回路、５はループアンテナの定抵抗回路である。ダイポールアンテナの出力インピーダンスであるキャパシタンスＣａと、ループアンテナの出力インピーダンスであるインダクタンスＬａを回路素子の１部として、互いに逆回路を構成するようにしてある。
アンテナキャパシタンスＣａと並列に付加したＣｃとの和のキャパシタンスＣｔは、そのリアクタンスが、使用下限周波数でループインダクタンスのリアクタンスと逆のリアクタンスを呈するように選ばれる。また、ダイポールアンテナの寸法は、その実効高のＣａ／Ｃｔがループアンテナの下限周波数での実効高と等しくなるようにしてある。回路中の抵抗Ｒは上記リアクタンスの有効値と等しくする。
図２に示す回路を構成すれば、回路の出力インピーダンスＺｏは周波数に無関係に純抵抗Ｒとなり、出力解放端電圧Ｅｏも使用下限周波数以上の周波数ではループアンテナの下限周波数での実効高ｈｅと入射電波の電界強度Ｅｉとの積となり、ほぼ、一定値を呈する。
【０００８】
図３は上記定抵抗整合回路の出力の移相合成を行うための回路構成を示す図である。６Ｌ、６Ｈ、６Ｔは９０度ハイブリッド回路であって、ハイブリッド回路６Ｌは直交垂直ループアンテナの整合後の出力の一方を−９０度移相して合成する。この結果ループアンテナは無指向性となり、その振幅は偏波角の余弦に比例する。
ハイブリッド回路６Ｈは直交水平ダイポールアンテナの整合後の出力の一方を−９０度移相して合成する。この結果ダイポールアンテナは無指向性となり、その振幅は偏波角の正弦に比例する。
ハイブリッド回路６Ｔは、上記２出力の一方を−９０度移相して合成する。この結果、水平面無指向性の円偏波アンテナが得られる。
ハイブリッド回路６Ｔの対向する端子からは、逆旋円偏波出力が得られる。
図３に示した数式は、図１に示した入射信号が各アンテナ素子に誘起した場合の信号の処理過程を示したものである。
ここで、θは入射方位角、ψは信号の偏波角である。
また、Ｌｎｓ、Ｌｅｗはループアンテナの誘起電圧、Ｈｎｓ、Ｈｅｗはダイポールアンテナの誘起電圧である。
【０００９】
また、上記では、終段にハイブリッド回路６Ｔを使用したが、直交水平ダイポールアンテナ１ｎｓ、１ｅｗと、直交垂直ループアンテナ２ｎｓ、２ｅｗの一方の接続を逆にすれば、ハイブリッド回路６Ｌ、６Ｈの出力は互いに９０度の位相を持つので移相する必要がなく、単なる合成器を使用することができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば広帯域無指向性円偏波アンテナを構成できるので、不特定の方向から到来する電波を、偏波に関係なく等感度で受信することができる。
また、本発明のアンテナを用いて方位測定用アンテナアレィを構成すると、偏波面に無関係に電波の到来方向を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による広帯域無指向性円偏波アンテナの一実施例のアンテナの構造を示す図である。
【図２】本発明による広帯域無指向性円偏波アンテナのアンテナ素子の整合回路の構成を示す図である。
【図３】本発明による広帯域無指向性円偏波アンテナの移相合成回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ｎｓ、１ｅｗ；水平ダイポールアンテナ
２ｎｓ、２ｅｗ；垂直ループアンテナ
３；整合箱
４；ダイポールアンテナの定抵抗整合回路
５；ループアンテナの定抵抗整合回路
６Ｌ、６Ｈ、６Ｔ；９０度ハイブリッド回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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