JPH0356430B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、地表近傍の移動局と地上の固定局と
の間で、長距離にわたつて、機動性を失わずに、
随時映像送受信を行なう場合等において、移動局
側のマイクロ波アンテナを常に所定方位に指向せ
しめるアンテナ指向装置に関する。

一般に、移動局と固定局との間における映像送
受信では、映像信号は広帯域を必要とするので、
信号帯域幅のとり易いマイクロ波を使用し、指
示・報告などの音声連絡は狭帯域ですむので、一
般のUHF又はVHF帯の移動通信用電波が使用さ
れている。

ここで、移動局側から映像信号を送信する場合
を考えると、移動局側では搭載体積・重量に制限
があり、広帯域送信電力が制約されるので、中継
距離を伸延させるために中継用の高利得アンテナ
を使用している。この場合、高利得アンテナ程ビ
ーム幅が狭くなるので、アンテナを移動局側の航
行、旋回にかかわらず、安定に固定局に指向させ
ておく必要がある。

従来、この種のアンテナ指向装置を備えた映像
送受信装置として第１図に示すものがある。この
映像送受信装置は、移動局側に、テレビカメラ１
１、マイクロ波送信機１２及び送像アンテナ１３
と、連絡用受信アンテナ１４及び連絡用受信機１
５とを備え、固定局側に、受像アンテナ２１、マ
イクロ波受信機２２、ビデオ受信機２３、追尾受
信機２４、追尾制御装置２５及びアンテナ駆動装
置２６と、連絡用送信機２７及び連絡用送信アン
テナ２８とを備えて構成される。ここで、同図に
示すアンテナ指向装置は、地上の固定局側で受像
電波方向を自動追尾して得た磁化基準方位を符号
化し、UHF又はVHF帯の音声連絡用電波の一部
を利用して連続的に移動局側に伝達し、移動局側
では、磁化基準の移動局座標上にて伝達方位とは
180゜異なつた反方位に中継用高利得アンテナを指
向せしめる方式となつている。

しかし、この従来のアンテナ指向装置は、地上
固定局側に、磁北検出器３１、符号化器３２、信
号混合器（図示せず）等を必要とし、一方、移動
局側に、符号解読器３３、磁北検出器３４、方向
ジヤイロ３５、座標変換計算機を有する駆動制御
装置３６、アンテナ駆動装置３７等を必要とす
る、複雑なシステムが使用され、機能の割には高
価となり、しかも重いという欠点がある。その結
果、ヘリコプタ等にて移動局を構成する場合、滞
空時間や搭乗人員が制限されるという問題を生じ
ていた。

本発明の第１の目的は、固定局側が連絡のため
に発信するUHF又はVHF電波に直接ホーミング
して、移動局の中継用マイクロ波アンテナを自動
的に固定局に指向せしめる方式とすることによ
り、上述した地上固定局側の磁北検出器、符号化
器、信号混合器等を不要とし、又、移動局側の符
号解読器、磁北検出器、方向ジヤイロ、座標変換
計算機等を不要として、システムを軽量化すると
共に、機能／価格比を向上させたマイクロ波アン
テナ指向装置を提供することを目的とする。

又、従来、移動局にUHF又はVHF電波の方向
探知機を装備し、移動局座標における固定局の相
対方位を検出し、その相対方位に中継用アンテナ
を指向させる方式が考えられている。しかし、こ
の方式は、方向探知用アンテナと中継用アンテナ
の装備場所が異なることから生ずる誤差や価格の
点で難点がある。この場合、方向探知用アンテナ
と中継用アンテナとを共通のターンテーブル上に
置くことが望ましいが、単純に並列配置しても中
継用アンテナの構造が方向探知用アンテナに干渉
し、指向性パターンを大幅に乱し、実用にならな
いという問題がある。

本発明の第２の目的は、方向探知方式として衛
星追尾などで用いられている位相モノパルス方式
を適用することにより、中継用アンテナと方向探
知アンテナとの整合性を高めて誤差を小さくし、
又、配置を工夫することによつて相互の干渉を減
少させ、更に、方向探知アンテナを直接ハイブリ
ツド回路に接続して位相情報を扱い易い振幅情報
に変換することにより、実用性の高いシステムを
構成したマイクロ波アンテナ指向装置を提供する
ことにある。

ところで、アンテナを追尾せしめる方式として
は、ビーム切替方式、コニカルスキヤン方
式、振幅モノパルス方式、位相モノパルス方
式等がある。第三者は、ボアサイトから外れた方
向から見て、時間的又は空間的に振幅の差のある
ビームによつて得られる振幅情報を検出してい
る。一方、位相モノパルス方式は、ボアサイトか
ら外れた方向から見て、振幅が同じで位相差のあ
る信号を検出して行う。そのため、位相検波器に
至るまでの２チヤンネルの信号増幅に際し位相関
係が保たれるように十分な注意が必要であるが、
相対的に簡単なアンテナを使用できる利点があ
る。

本発明の用途の場合の如く、気圧変化、温度変
化が大きく、入力レベルが大幅に変動し、又、
FM変調波の使用、チヤンネル周波数の現場選択
など使用条件が過酷な場合には、位相関係の保持
が困難である。これらの点を考慮し、本発明で
は、RF比較型位相モノパルス方式を採用した。

即ち、本発明は、映像送受信装置の移動局側に
てマイクロ波アンテナを固定局側に指向させる装
置であつて、固定局側からの入射電波を受信する
二つのモノポールアンテナと、それらの誘起信号
の和信号及び差信号を形成するハイブリツド回路
と、該和信号により差信号を同期検波して入射電
波の方位誤差を検出する手段を有する追尾受信機
とを備え、且つ、上記二つのモノポールアンテナ
の配列の中間部後方にその配列と直交する方向に
指向性を持たせて上記マイクロ波アンテナを配置
し、更に、これらをターンテーブルに搭載して成
り、上記追尾受信機にて検出される方位誤差に応
動して上記ターンテーブルを駆動し、マイクロ波
アンテナを上記入射電波の方位に指向せしめるよ
う構成して成るものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説
明する。

第２図は本発明アンテナ指向装置を備えた映像
中継システムの一例を示すブロツク図、第３図は
上記システムに使用される本発明マイクロ波アン
テナ指向装置の構成を示すブロツク図である。

第２図に示す映像中継システムは、移動局側
に、テレビカメラ１１、マイクロ波送信機１２及
び送像アンテナ１３とを備え、一方、固定局側
に、受像アンテナ２１、マイクロ波受信機２２、
ビデオ受信機２３、追尾受信機２４、追尾制御装
置２５及びアンテナ駆動装置２６と、連絡用送信
機２７及び連絡用送信アンテナ２８とを備えて構
成される。これらの構成は、上述した第１図のも
のと同じである。

上記システムに適用される本発明アンテナ指向
装置は、第２図及び第３図に示すように、固定局
側からの入射電波を受信する二つのモノポールア
ンテナ４１ａ，４１ｂと、それらの誘起信号の和
信号及び差信号を形成するハイブリツド回路４２
と、これらの信号から入射電波の方位誤差を検出
する手段を有する追尾受信機４３と、駆動制御装
置４４と、アンテナ駆動装置４５とを備えて構成
される。

モノポールアンテナ４１ａ，４１ｂは、両者を
約λ／２離して配列され、固定局側の連絡用送信
アンテナ２８からのUHF又はVHFの連絡用電波
を受信する連絡用受信アンテナであり、且つ、連
絡用電波の入射方位を検出するための方向探知ア
ンテナでもある。このモノポールアンテナ４１
ａ，４１ｂは、第４図及び第５図に示すように、
ターンテーブル５０の上面側に垂設される。この
モノポールアンテナ４１ａ，４１ｂの配列の中間
後方に、その配列と直交する方向に指向性送像ア
ンテナ１３を配置して、相互の干渉を回避してい
る。これらの図においては、送像アンテナ１３
は、ターンテーブル５０の中心部に設置されてい
る。

なお、本実施例では、ターンテーブル５０に
は、これらの他、ハイブリツド回路４２、追尾受
信機４３が搭載されている。

上記送像アンテナ１３は、ターンテーブル５０
の基体に固定された円偏波１次輻射器１３１と、
ターンテーブル５０上の反射器１３２とから構成
され、円偏波１次輻射器１３１からのマイクロ波
を反射器１３２にて前方に反射して固定側に送信
する。斯かる構成によれば、モノポールアンテナ
４１ａ，４１ｂとの干渉を少なくすることができ
る。ここで、反射器１３２は、反射板１３３から
成るが、半球ルーネベルグレンズ１３４を使用す
ることにより、ビームの集束性の向上と、モノポ
ールアンテナ４１ａ，４１ｂとの干渉を一層少な
くすることが可能となる。

なお、マイクロ波アンテナは、上記のものに限
らず、例えば、ターンテーブルに埋込んだホーン
アンテナと反射器とを組合せたものがある。

ハイブリツド回路４２は、差信号形成回路４２
１及び和信号形成回路４２２から成り、上記モノ
ポールアンテナ４１ａ，４１ｂの誘起信号から差
信号Δ及び和信号Σを作る。これによつて、誘起
信号の位相情報を振幅情報に変換し、以後、普通
の振幅モノパルスと同じ取扱いができるようにす
る。両信号の相対位相差は常に90゜で、後段の追
尾受信機４３で若干の位相変化が起つても、その
影響は軽微である。

追尾受信機４３は、上記差信号Δを受信処理す
る差チヤンネル受信機４３１及び上記和信号Σを
受信処理する和チヤンネル受信機４３２と、該和
チヤンネル受信機４３２の出力側に接続され、そ
の位相を90゜変移させる移相器４３４、連絡用音
声出力を検出するFM検波回路４３５及びAGC制
御回路４３６と、上記差チヤンネル受信機４３１
から出力される差信号Δを、上記移相器４３４を
介して位相を90゜移相した和信号をリフアレンス
して同期検波し、電波入射方向とマイクロ波アン
テナの指向方向との差角の関数である誤差電圧を
出力する同期検波回路４３３とを備えて構成され
る。なお、図において４７はイヤホンである。

駆動制御装置４４は、DC増幅器４４０から成
り、上記誤差電圧の直流分を増幅して方位誤差信
号を出力する。一方、アンテナ駆動装置４５は、
上記ターンテーブル５０と連結したサーボモータ
４５０から成り、上記方位誤差信号に応動してタ
ーンテーブル５０を回動させ、上記モノポールア
ンテナ４１ａ，４１ｂの誘起信号の位相が零とな
る方向、即ち、モノポールアンテナ４１ａ，４１
ｂの配列が連絡用電波の入射方向と直交する方向
で停止させる。

次に、本発明マイクロ波アンテナ指向装置の動
作について、その原理と共に第６図乃至第７図を
参照して説明する。ここで、第６図はモノポール
アンテナ配列による合成信号説明図、第７図は本
発明において採用したRF比較型位相モノパルス
方式の原理説明図である。

第６図において、２個のモノポールアンテナ４
１ａ，４１ｂは、紙面において無指向性であり、
単独の指向性パターンは、各々を中心とする円で
ある。

今、第６図でθの方向から角周波数ωの電波が
入射したとすると、モノポールアンテナ４１ａ，
４１ｂは、その平均に対してπd／λsinθだけ受信電 波の位相に進展を生ずるから、モノポールアンテ
ナ４１ａ，４１ｂによる誘起電圧ベクトルE₁及
びE₂は、誘起電圧のピーク値をＥとすると、次
式のようになる。

E₁＝Ecos（ωt−πd／λsinθ） E₂＝Ecos（ωt＋πd／λsinθ） これらの信号は、各々差信号形成回路４２１及
び和信号形成回路４２２に入力され、差信号Δ及
び和信号Σが形成される。これらは、πd／λsinθ＝ θ′とおいて、次式で与えられる。

Δ＝E₁−E₂ ＝Ecos(ωt-θ′)−Ecos(ωt+θ′) ＝2Esinωt・sinθ′ （ただし−πd／λ＜θ＜πd／λ） Σ＝E₁＋E₂ ＝Ecos(ωt-θ′)＋Ecos(ωt+θ′) ＝2Ecosωt・cosθ′ （ただし−πd／λ＜θ＜πd／λ） ここで、差信号Δの正負を判定できるように、
和信号Σを90゜移相したΣ′を移相器４３４にて形
成する。

Σ′＝Σ（∠90゜） ＝2Ecos(ωt-π/2)cosθ′ ＝2Esinωt・cosθ′ 更に、同期検波回路４３３にて、この新たな和
信号Σ′により上記差信号Δを同期検波する。即
ち、次式に示すように、両者を乗算する。

Σ′・Δ＝4E²sin²ωt・sinθ′・cosθ′ ＝2E²sin²ωt・sin2θ′ ＝E²（１−cos2ωt）sin2θ′ ＝E²sin2θ′−E²sin2θ′・cos2ωt ここで、θ′＝πd／λsinθを代入すれば、 Σ′・Δ＝E²sin（2πｄ／λsinθ）−E²sin（2π
ｄ／λsinθ）cos2ωt 上式において、第１項はθのみに関係するDC
成分であり、θの正負によりその正負が定まる。
第２項は低減フイルターで除去する。したがつて
この結果を第３図に示したDC増幅器４４０にて
増幅し、サーボモータ４５０を駆動すれば、モノ
ポールアンテナ４１ａ，４１ｂ及びマイクロ波ア
ンテナ（送像アンテナ１３）を搭載したターンテ
ーブル５０が所定方向に回動し、θ＝0゜の方向に
達して停止する。

以上説明したように本発明は、固定局側からの
入射電波を受信するモノポールアンテナと、それ
らの誘起信号の和信号及び差信号を形成するハイ
ブリツド回路と、該和信号により差信号を同期検
波して入射電波の方位誤差を検出する手段を有す
る追尾受信機とを備え、且つ、上記二つのモノポ
ールアンテナの配列の中間部後方に、その配列と
直交する方向に指向性を持たせて上記マイクロ波
アンテナを配置し、更に、これらをターンテーブ
ルに搭載して成り、上記追尾受信機にて検出され
る方位誤差に応動して上記ターンテーブルを駆動
し、マイクロ波アンテナを入射電波の方位に指向
せしめるよう構成したことにより、従来必要とし
た磁北検出器、符号化器、符号解読器、方向ジヤ
イロ等を不要として、システムを軽量化すると共
に、機能／価格比を向上する効果がある。又、本
発明は、方向探知方式として位相モノパルス方式
を採用したことにより、送像アンテナと方向探知
アンテナとの整合性を高めて誤差を少なくすると
共に、上述したように配置することにより相互の
干渉を極減させる効果がある。しかも、方向探知
アンテナである二つのモノポールアンテナを直接
ハイブリツド回路に接続して位相情報を扱い易い
振幅情報に変換する構成としたことにより、後段
の回路において位相変化の影響を受け難いという
効果がある。

従つて、本発明によれば、従来の映像中継シス
テムと大幅に異なつた簡単化された新しい映像中
継システムを構成でき、その場合、移動局側重量
についても1/3以下にできるので、ヘリコプタ等
に搭載する場合の運用上の制限もなくなり、実用
上益するところ極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロ波アンテナ指向装置を
備えた映像送受信装置の構成を示すブロツク図、
第２図は本発明マイクロ波アンテナ指向装置を備
えた映像中継システムの一例を示すブロツク図、
第３図は上記システムに使用される本発明マイク
ロ波アンテナ指向装置の構成を示すブロツク図、
第４図はモノポールアンテナ、送像アンテナ等を
搭載したターンテーブルを示す上面図、第５図は
その断面図、第６図はモノポールアンテナ配列に
よる合成信号説明図、第７図は本発明において採
用したRF比較型位相モノパルス方式の原理説明
図である。 １１……テレビカメラ、１２……極超短波送信
機、１３……送像アンテナ、２１……受像アンテ
ナ、２２……極超短波受信機、２３……ビデオ受
信機、２４……追尾受信機、２５……追尾制御装
置、２６……アンテナ駆動装置、２７……連絡用
送信機、２８……連絡用送信アンテナ、４１ａ，
４１ｂ……モノポールアンテナ、４２……ハイブ
リツド回路、４２１……差信号形成回路、４２２
……和信号形成回路、４３……追尾受信機、４３
１……差チヤンネル受信機、４３２……和チヤン
ネル受信機、４３３……同期検波回路、４３４…
…移相器、４３５……FM検波回路、４４……駆
動制御装置、４４０……DC増幅器、４５……ア
ンテナ駆動装置、４６……追尾受信機、５０……
ターンテーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 映像送受信装置の移動局側にてマイクロ波ア
   ンテナを固定局側に指向させる装置であつて、 固定局側からの入射電波を受信する二つのモノ
   ポールアンテナと、それらの誘起信号の和信号及
   び差信号を形成するハイブリツド回路と、該和信
   号により差信号を同期検波して入射電波の方位誤
   差を検出する手段を有する追尾受信機とを備え、
   且つ、上記二つのモノポールアンテナの配列の中
   間部後方に、その配列と直交する方向に指向性を
   持たせて上記マイクロ波アンテナを配置し、更
   に、これらをターンテーブルに搭載して成り、上
   記追尾受信機にて検出される方位誤差に応動して
   上記ターンテーブルを駆動し、マイクロ波アンテ
   ナを上記入射電波の方位に指向せしめるよう構成
   して成ることを特徴とするマイクロ波アンテナ指
   向装置。 ２ 上記マイクロ波アンテナとして、ターンテー
   ブルに埋込まれたホーンアンテナと反射器とを使
   用し、前方に垂設されたモノポールアンテナとの
   干渉を少なくした上記第１項記載のマイクロ波ア
   ンテナ指向装置。 ３ 上記マイクロ波アンテナとして、ターンテー
   ブルの基体に固定された円偏波１次輻射器とター
   ンテーブル上の反射器とを使用し、マイクロ波給
   電系の構造を簡単化した上記第１項記載のマイク
   ロ波アンテナ指向装置。 ４ 上記反射器に半球ルーネベルグレンズを使用
   した上記第３項記載のマイクロ波アンテナ指向装
   置。