(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された結合用同軸接栓を有する別体の第２の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させることにより、直線偏波アンテナとすることを特徴とする円偏波・直線偏波共用アンテナ。
【請求項２】
偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された複数の結合用同軸接栓を有する別体の第２の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させ、前記第２の偏波面変換器の入力端子に各々水平偏波信号、垂直偏波信号を入力することにより、前記アンテナを直線偏波アンテナとして動作させることを特徴とするアンテナの偏波面切替方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つのアンテナを円偏波と直線偏波とに切替えて使用できる偏波面切替共用アンテナ及び偏波面切替方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯で使用されるアンテナとしては、円偏波や直線偏波（水平、垂直偏波）用アンテナがある。アンテナを設置する場所の条件等によって円偏波と直線偏波の使い分けが必要であるが、従来ではそれぞれ専用のアンテナを使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、上記のように円偏波や直線偏波用アンテナとしてそれぞれ専用のアンテナを使用しているので、円偏波から直線偏波への変換、あるいは直線偏波から円偏波への変換ができなかった。このためアンテナを設置した後に偏波面を切替える場合には、その偏波面に合わせてアンテナを交換しなければならず、また、アンテナも円偏波用と直線偏波用の両方を用意しなければならないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、１つのアンテナを円偏波と直線偏波とに切替えて使用でき、アンテナ設置後に偏波面を変更する場合でもアンテナを交換することなく、入力端子を切替える事で迅速且つ容易に対応することができる偏波面切替共用アンテナ及び偏波面切替方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る円偏波・直線偏波共用アンテナは、偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された結合用同軸接栓を有する別体の第２の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させることにより、直線偏波アンテナとすることを特徴とする。
第２の発明に係るアンテナの偏波面切替方法は、偏波面変換器を組み込んだ水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子を有するアンテナで、前記偏波面変換器の各出力を前記アンテナの水平偏波発生用放射素子、垂直偏波発生用放射素子に各々給電して円偏波アンテナとしたものにおいて、前記偏波面変換器の左旋円偏波入力及び右旋円偏波入力のための入力端子として複数の入力用同軸接栓を所定の間隔で前記アンテナに一体に設け、前記アンテナを直線偏波アンテナとして使用するときは、前記アンテナの入力用同軸接栓と同一間隔に配設された複数の結合用同軸接栓を有する別体の第２の偏波面変換器を、前記アンテナに一体に結合させ、前記第２の偏波面変換器の入力端子に各々水平偏波信号、垂直偏波信号を入力することにより、前記アンテナを直線偏波アンテナとして動作させることを特徴とする。
【０００６】
上記のようにクロス八木式アンテナに対して第１及び第２の偏波面変換器を接続することにより、入力端子を切替えるだけで円偏波と直線偏波を任意に切替えることができる。また、アンテナ設置後に偏波面を変更する場合でもアンテナを交換することなく、迅速且つ容易に対応することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る偏波面切替共用アンテナの構成図である。図１において、１０はクロス八木式アンテナで、アーム１１上に放射素子１２、導波素子１３、反射素子１４を所定の間隔で装着している。上記放射素子１２は、図２に詳細に示すように基本的に水平方向に設けた１対の第１の素子１２ａ、１２ｂと、垂直方向に設けた１対の第２の素子１２ｃ、１２ｄからなっている。すなわち、第１の素子１２ａ、１２ｂと第２の素子１２ｃ、１２ｄとを直角にクロスさせた状態で設けている。
【０００８】
また、導波素子１３及び反射素子１４においても、放射素子１２と同様に第１の素子と第２の素子とを直角にクロスさせた状態で設けている。
【０００９】
そして、上記放射素子１２の第１の素子１２ａ、１２ｂと第２の素子１２ｃ、１２ｄの給電部には、偏波面変換装置２０を接続する。この偏波面変換装置２０は、直列に接続した第１の偏波面変換器２１及び第２の偏波面変換器２２からなり、第１の偏波面変換器２１の一方の出力信号が同軸ケーブル２３を介して放射素子１２の第１の素子１２ａ、１２ｂに給電され、他方の出力信号が同軸ケーブル２４を介して第２の素子１２ｃ、１２ｄに給電される。
【００１０】
上記第１の偏波面変換器２１及び第２の偏波面変換器２２は、例えばλ／４ハイブリッド回路あるいは３ｄＢ方向性結合器を用いて構成されるもので、それぞれ９０°の位相差を持つ信号を出力する。上記第１の偏波面変換器２１は、左旋円偏波入力端子Ａ、右旋円偏波入力端子Ｂ、及び出力端子Ａ′、Ｂ′を備え、第２の偏波面変換器２２は、垂直偏波（又は水平偏波）入力端子Ｃ、水平偏波（又は垂直偏波）入力端子Ｄ、及び出力端子Ｃ′、Ｄ′を備えている。なお、第２の偏波面変換器２２の入力端子Ｃ、Ｄに対する水平偏波と垂直偏波の対応は、第１の偏波面変換器２１とクロス八木式アンテナ１０との接続状態によって異なったものとなる。
【００１１】
図３は、λ／４ハイブリッド回路２５の基本的な構成例を示したものである。λ／４ハイブリッド回路２５は、λ／４の長さの線路を方形状に接続したもので、２つの入力端子ａ、ｂ、２つの出力端子ｃ、ｄを備えている。信号を入力端子ａに入力した場合、その入力信号はλ／４の線路により位相が９０°遅れて出力端子ｃに出力されると共に、更に９０°遅れて出力端子ｄに出力される。従って、出力端子ｃに出力される信号を基準（０°）として考えれば、出力端子ｄに出力される信号は位相が９０°遅れた（−９０°）信号となる。
【００１２】
また、信号を入力端子ｂに入力した場合、その入力信号は、位相が９０°遅れて出力端子ｄに出力されると共に、更に９０°遅れて出力端子ｃに出力される。従って、出力端子ｄに出力される信号を基準（０°）として考えれば、出力端子ｃに出力される信号は位相が９０°遅れた（−９０°）信号となる。
上記のようにλ／４ハイブリッド回路２５の入力端子ａまたはｂに入力した信号は、９０°の位相差を持って出力端子ｃ、ｄから出力される。
【００１３】
次に、上記実施形態の全体の動作を説明する。
［右旋円偏波の給電］
右旋円偏波を行なう場合には、第１の偏波面変換器２１の入力端子Ａに信号を入力する。第１の偏波面変換器２１の入力端子Ａに信号を入力すると、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ａ′に０°、出力端子Ｂ′に−９０°の信号が出力される。上記第１の偏波面変換器２１の出力端子Ａ′から出力される０°の信号は、図２に示したように同軸ケーブル２３により第１の素子１２ａ、１２ｂに０°、−１８０°の信号となって供給される。また、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ｂ′から出力される−９０°の信号は、同軸ケーブル２４により第２の素子１２ｃ、１２ｄに−９０°、−２７０°の信号となって供給される。この結果、放射素子の後方から伝搬方向に向かって見た場合、電界は右回りとなり、放射素子１２に対して右旋円偏波の給電が行なわれる。
【００１４】
［左旋円偏波の給電］
左旋円偏波を行なう場合には、第１の偏波面変換器２１の入力端子Ｂに信号を入力する。第１の偏波面変換器２１の入力端子Ｂに信号を入力すると、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ｂ′に０°、出力端子Ａ′に−９０°の信号が出力される。第１の偏波面変換器２１の出力端子Ｂ′から出力される０°の信号は、同軸ケーブル２４により第２の素子１２ｃ、１２ｄに０°、−１８０°の信号として供給される。また、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ａ′から出力される−９０°の信号は、同軸ケーブル２３により第１の素子１２ａ、１２ｂに−９０°、−２７０°の信号として供給される。この結果、放射素子の後方から伝搬方向に向かって見た場合、電界は左回りとなり、放射素子１２に対して左旋円偏波の給電が行なわれる。
【００１５】
［垂直偏波の給電］
垂直偏波を行なう場合には、第２の偏波面変換器２２の入力端子Ｃに信号を入力する。第２の偏波面変換器２２の入力端子Ｃに信号を入力すると、図４（ａ）に示すように出力端子Ｃ′に０°、出力端子Ｄ′に−９０°の信号が出力され、第１の偏波面変換器２１の入力端子Ａ、Ｂに入力される。第１の偏波面変換器２１の入力端子Ａに入力された０°の信号に対しては、図４（ｂ）に示すようにほぼ０°の信号が出力端子Ａ′から出力されると共に、ほぼ−９０°の信号が出力端子Ｂ′から出力される。
【００１６】
一方、第１の偏波面変換器２１の入力端子Ｂに入力された−９０°の信号に対しては、図４（ｃ）に示すようにほぼ−９０°の信号が出力端子Ｂ′から出力されると共に、ほぼ−１８０°の信号が出力端子Ａ′から出力される。従って、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ａ′から出力される信号は、図４（ｂ）、（ｃ）に示したように０°と−１８０°であり、１８０°の位相差となって相殺される。また、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ｂ′から出力される信号は、図４（ｂ）、（ｃ）の何れの場合も−９０°で同位相である。この結果、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ｂ′から出力される信号が放射素子１２の第２の素子１２ｃ、１２ｄに供給されて垂直偏波の給電が行なわれる。
【００１７】
［水平偏波の給電］
水平偏波を行なう場合には、第２の偏波面変換器２２の入力端子Ｄに信号を入力する。第２の偏波面変換器２２の入力端子Ｄに信号を入力すると、図５（ａ）に示すように出力端子Ｃ′に−９０°、出力端子Ｄ′に０°の信号が出力され、第１の偏波面変換器２１の入力端子Ａ、Ｂに入力される。第１の偏波面変換器２１の入力端子Ａに入力された−９０°の信号に対しては、図５（ｂ）に示すようにほぼ−９０°の信号が出力端子Ａ′から出力されると共に、ほぼ−１８０°の信号が出力端子Ｂ′から出力される。
【００１８】
一方、第１の偏波面変換器２１の入力端子Ｂに入力された０°の信号に対しては、図５（ｃ）に示すようにほぼ０°の信号が出力端子Ｂ′から出力されると共に、ほぼ−９０°の信号が出力端子Ａ′から出力される。従って、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ｂ′から出力される信号は、図５（ｂ）、（ｃ）に示したように−１８０°と０°であり、１８０°の位相差となって相殺される。また、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ａ′から出力される信号は、図５（ｂ）、（ｃ）の何れの場合も−９０°で同位相である。この結果、第１の偏波面変換器２１の出力端子Ａ′から出力される信号が放射素子１２の第１の素子１２ａ、１２ｂに供給されて水平偏波の給電が行なわれる。
【００１９】
上記のようにクロス八木式アンテナ１０に対して第１の偏波面変換器２１及び第２の偏波面変換器２２からなる偏波面変換装置２０を接続することにより、入力端子を切替えるだけで左旋円偏波、右旋円偏波、水平偏波、垂直偏波を任意に選択することができる。
【００２０】
また、クロス八木式アンテナ１０及び第１の偏波面変換器２１からなる円偏波アンテナが設置されている場合において、円偏波から直線偏波に偏波面を切替える場合には、第１の偏波面変換器２１に対して第２の偏波面変換器２２を接続し、入力端子ＣあるいはＤに信号を入力するだけで、水平偏波あるいは垂直偏波とすることができる。
【００２１】
また、上記実施形態において、図６に示すように第１の偏波面変換器２１と第２の偏波面変換器２２との間に偏波面切替スイッチ３０ａ、３０ｂを設け、この偏波面切替スイッチ３０ａ、３０ｂにより、第１の偏波面変換器２１に対する左旋円偏波入力端子Ａ、右旋円偏波入力端子Ｂ、第２の偏波面変換器２２に対する垂直偏波（又は水平偏波）入力端子Ｃ、水平偏波（又は垂直偏波）入力端子Ｄを任意に切替えできるようにしても良い。
【００２２】
図７は、予めクロス八木式アンテナ１０に対して第１の偏波面変換器２１を実際に組み込んだ場合において、上記第１の偏波面変換器２１に第２の偏波面変換器２２を接続した場合の具体的な構成例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。第１の偏波面変換器２１と第２の偏波面変換器２２との間は、接栓３１、３２によって簡単に接続することができる。また、第２の偏波面変換器２２に対しては、接栓３３、３４によって信号を容易に入力することができる。なお、第１の偏波面変換器２１と第２の偏波面変換器２２とは、補強金具３５によって側部を保持している。
【００２３】
上記の構成とすることにより、円偏波アンテナとして使用する場合には、円偏波発生回路を組み込んだクロス八木式アンテナ１０を加工することなく、そのまま使用することができる。
【００２４】
また、図８に示すように水平偏波、垂直偏波発生用のクロス八木式アンテナ１０を単体で独立して製作し、円偏波アンテナとして使用する場合に、アンテナ入力端子Ａ、Ｂに偏波面変換器２１を接続し、その入力端子ＣまたはＤから信号を入力するようにしても良い。なお、図８において、Ａは水平偏波（又は垂直偏波）入力端子、Ｂは垂直偏波（又は水平偏波）、Ｃは左旋円偏波入力端子、Ｄは右旋円偏波入力端子である。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、クロス八木式アンテナに対して偏波面変換装置を接続することにより、入力端子を切替えるだけで円偏波と直線偏波を任意に切替えることができる。また、アンテナ設置後に偏波面を変更する場合でもアンテナを交換することなく、迅速且つ容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る偏波面切替共用アンテナの構成図。
【図２】同実施形態において、放射素子の給電部における接続状態を示す図。
【図３】同実施形態において、偏波面変換器に用いるλ／４ハイブリッド回路例を示す図。
【図４】同実施形態における垂直偏波の動作を説明するための図。
【図５】同実施形態における垂直偏波の動作を説明するための図。
【図６】同実施形態において、偏波面切替スイッチにより入力端子を切替える場合の構成例を示す図。
【図７】（ａ）はクロス八木式アンテナに予め組み込んだ第１の偏波面変換器に第２の偏波面変換器を接続した場合の具体的な構成例を示す平面図、（ｂ）は同側面図。
【図８】直線偏波用クロス八木式アンテナに偏波面変換器を接続して円偏波に切替える場合の構成例を示す図。
【符号の説明】
１０…クロス八木式アンテナ
１１…アーム
１２…放射素子
１２ａ、１２ｂ…放射素子の第１の素子
１２ｃ、１２ｄ…放射素子の第２の素子
１３…導波素子
１４…反射素子
２０…偏波面変換装置
２１…第１の偏波面変換器
２２…第２の偏波面変換器
２３、２４…同軸ケーブル
２５…λ／４ハイブリッド回路
３０…偏波面切替スイッチ
３１、３２、３３、３４…接栓
３５…補強金具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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