JPH0371075A - 無線方位測定空中線系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無線方位測定空中線系に関し、特にダイポー
ルタイプの垂直の対アンテナ間の位相差を利用して方位
測定を行なうものに関する。

〔従来の技術〕

方向探知用アンテナは、超短波では通常１対の垂直アン
テナを回転し、対になるアンテナ間の受信信号の差をと
る方式のアドコソクアンテナが用いられている。また対
アンテナを回転する代わりに、円周上にアンテナを等間
隔に配置するゴニオメータ方式のものがあるが、最近は
ダイオードスイソチを利用して巡回的に前記アンテナ群
から１アンテナ対ごとに選択して、その受信信号を受信
機に導くものが主流となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のダイオードスイソチにより、対アンテナを切替え
る方式は、たとえば第１１図のように空中線系を構成す
る。

この例では８本のアンテナ性１〜＃８を第１１図（ａ）
のように配置し、同図（ｂｌに示すように対になるアン
テナ（＃Ｌ　＃５）、　　（＃２．＃６）（＃３．＃７
）、　　（＃４．．＃８）の出力をそれぞれ０’／１８
０°ハイブリッドカプラ１，２．３４で、差信号Δ、和
信号Σを作成する。和信号ΣはＯ０ハイブリソドカプラ
６で合成し、センス信号として用いる。−力差信号Δは
それぞれダイオドＤｉ−０４に導き、ダイオードの切替
により巡回的に出力させる。この切替は同図ｔｃ＋に示
す波形の信号ｄ１〜ｄ４をそれぞれダイオードＤ１〜Ｄ
４に与えてオンオフさせることで行なう。ｔ５時間以降
、０°／１８０°ハイブリッドカプラ１〜４の差信号Δ
は位相が反転するので、次の反転回路５で位相を反転さ
せるようにしている。この反転はＢＭ制御信号の正負の
変換により行なう。

９０°ハイブリソドカプラ７で、差信号Δの位相を９０
″変えて、０°ハイブリソドカブラ６の出力であるセン
ス信号と、位相を合わせて出力することによってカージ
オイド特性の出力を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の従来例は、複数の幻アンテナがあっても、ダイオ
ードの切替により、等偏曲にただ１つの幻アンテナを回
転させるものであるから、その差信号・和信号は１対分
しか得られず、その受信振幅は小さい。そのため感度を
上げるためには、低雑音・高利得の高周波増幅器が必要
となる。また第１１図（ｂｌに示すように、対アンテナ
につきそれぞれ０°／１８０°ハイブリソドカブラが１
個必要となり、それらの振幅・位相特性にバラツキがあ
る場合に方位誤差が生し易い。またアンテナ相互干渉に
より方位誤差が生し易い。

本発明の目的は、上記の欠点を除去し、アンテナ利得が
高く、かつ０　’／１８０°ハイブリッドカプラの特性
バラツキによる方位誤差を極力少なくすることのできる
無線方位測定空中線系を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、円周上、等間隔に配置された２０個の
アンテナのうち、中心に対して対称になり、かつ互いに
隣接するｎ’　　（１＜ｎ’≦ｎ）個の対アンテナの、
対向するアンテナの各電波信号Ａｒ、　Ｂｌａｎ　（＋
　＝　ｌ　〜ｎ　′）をそれぞれ０６ハイブリソドカブ
ラで合成した信号Ａ、　　Ｂを、０°／１８０°ハイブ
リソドカブラに加えて和成分信号と差成分信号に分離し
た後、上記和成分・差成分信号の振幅・位相調整をして
から、９００ハイブリソドカブラで合成する構成を有す
るもので、前記ｎ′個の対アンテナを巡回的に、１アン
テナ対ずつずらして前記アンテナ群から選択受信し、カ
ーオイド特性を得るようにしている。

〔作用〕

２ｎ個のアンテナが円周上に配置され、角度基準を＃ｌ
のアンテナとし、方位角θの電波が到来すると、＃１の
アンテナの誘起電圧は、８（１”　ｈ　６　Ｅｏｅｊ（
”４２π／λ◆ｓ／２−ｃｏｓθ）となる。ここでＳは
アンテナ対のスパン、ｈｅはアンテナ実効長＋　　Ｂ、
ｅｊｗｔはアンテナ群の中心点における到来電波角であ
る。

上式で、方位測定に関する項は ｅ’（１）＝ｅ司゛／Ｊ°＊゛ｃｏｓｅ＝１＋ｊπ／λ
・Ｓ◆ｃｏｓθ と近イ以（Ｓ／λ〈〈工）されるものとする。

アンテナ＃１と対になるアンテナ＃（ｎ＋１）の項は ｅ　’　　（ｎ＋１）＝ｅ−”π／λ◆５−ＣＱｔθ＝
ｌ−ｊ　π／λ　・　５−ｃｏｓ　θしたがって ｅ’（１）　−ｅ’　　（ｎ＋１）　−２ｊπ／λ・５
−ｃｏｓθｅ’（１）−１−ｅ’　　（ｎ＋１）　−２
このように差信号をとると８の字特性が、また和信号を
とるとセンス特性があられれる。

本発明では、複数のｎ′対アンテナを回転して受信する
ので、各対アンテナについて（］）式に相当した差信号 ２ｊπ／λ・５−ｃｏｓ（θ−π／ｎ−１）を合成した
ものになり、（２）式に相当した和信号ば２ｎ′となる
。ここでｉ＝ｌ〜ｎ′であって、対アンテナ番号を示す
。一般に合成される対アンテナの数を増加すれば感度が
増大する。

しかし、上記はＳｉ２〈く１の場合でＳｉ２が無視でき
ない場合には（１１，（２＋のように単純化されない。

そこで、幻アンテナを複数個まとめて処理する本発明の
場合につき、数値計算による例示を行なうことにする。

第１１図（ａｌに示す８木のアンテナで、その中心から
の距離（ｓ　／　２　）が０．５ｍの場合について、ｆ
＝２００ＭＨｚについて指向特性を計算し、その結果を
第３図に示す。この例では対アンテナ４個をまとめて、
アンテナ＃１．アンテナ＃８の中間を到来電波の方向と
し、その方向を基準角度とした指向特性を示す。この指
向特性は実施例で後記する第２図のアンテナ信号切替タ
イムチャー１・のｔ２の状態、すなわち＃１゜＃２．＃
７．＃８の各出力と、＃５．＃６．＃３＃４の各出力と
を、それぞれ０°ハイブリソドカプラで合成した状態か
ら、アンテナ群を一回転したときの合成出力を和成分、
差成分に分離した各信号を示している。ここで−点鎖線
で示した円は単純に８個のアンテナの出力を合成した振
幅を示す。

一方第４図は比較のため同し条件で巡回させる対アンテ
ナが１個でアンテナ性１を到来電波の方向とし、その方
向を基準角度とした指向特性を示し、第１１間ｆｃｌの
アンテナ信号切替クイムチャトのｔｌの状態からアンテ
ナを１回転したときの和成分、差成分に分離した各信号
を示す。

上記例ではｓ＝１ｍ、ｆ＝２００ＭＨｚであってＳｉ２
は０．６６となり、幻アンテナが１個の場合には、和信
号、差信号とも振幅が小さく、かつＳｉ２による歪が大
きくなることがわかる。それに対し、対アンテナが４個
の場合には差信号の振幅が大きく、歪が小さいことがわ
かる。また和信号の振幅も歪みが生しないので両者の振
幅調整により良好なカージオイド特性を得られることが
わかる。

ｆ　＝　５０　Ｍｌｉｚで、Ｓｉ２が０．１７とその条
件がゆるくなる場合について、第５図に測定する対アン
テナが４個の場合を、第６図に対アンテナが１個の場合
のデータを示す。この場合でも対アンテナが１個の場合
には歪がさけられないことがわかる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の一実施例につき説明す
る。第１図は８本のアンテナ（２ｎ−８）の場合のアン
テナ受信系の構成を示す。アンテナ配置は第１１図（ａ
ｌと同様である。アンテナ群１０のアンテナ＃１〜＃８
の各出力は、フィーダに設けたダイオードを時間的にオ
ン・オフしてその受信信号を信号合成回路に導く。

各アンテナ出力は２分岐して０°ハイブリソドカブラ１
２．１３にそれぞれコンデンザ、ダイオドを介して入力
する。コンデンサ、ダイオード群は、切替回路］１を構
威し、ダイオードｄ１ｄ、’、ｄ２．ｄ、’、−ｄ８．
ｄ８’は、第２図のタイムチャートで示される制御クロ
ック１２１ｎｌ’、　　７！２．　　Ｉ１２’、−６８
，Ｊ８　’でオンオフされる。このタイムチャートでわ
かるように、各単位時間ごとに４個の対アンテナのそれ
ぞれの一方のアンテナを００ハイブリソドカブラ１２１
３で合成する。この合或は単位時間ごとに対アンテナを
１つずつずらして行なう。

次に、この０６ハイブリノトカプラ１．２．１．３の出
力Ａ、Ｂを００／１．８０°ハイブリソドカブラ４に入
力し、差信号Δ１４ａ、和信号Σ１ｄｂに分離する。差
信号１４ａ、和信号１４ｂは振幅位相調整回路１．５．
１６で、信号を調整する。

般に対アンテナの差信号、和信号の振幅差はＳｉ２が０
．２５のとき最小となり、これよりずれると異なってく
ることや、アンテナ間の干渉により位相が影響をうける
のを調整するためである。次に、カージオイド特性をう
るために、９０°ハイブリソドカプラで、差信号１４．
　ａを９０°ずらして和信号１４ｂと合成する。合成出
力１７ａは第１０図に示すような信号波形となる。

方位測定機としての全体の構成を、第７図に示す。第１
図に示した回路は、この図においてアンテナを含む切替
合成回路２０であって、その出力を受信回路２１で検波
出力し、信号処理回路２２でｔ、〜ｔ、に対応した検波
信号を基にフーリエ級数展開により方位角度を求め、Ｃ
ＲＴ等の表示装置２３に周知の技術で方位を表示させる
。ここで信号処理回路２２から切替信号２２ａが切替合
成回路２０に送られる。

上述の測定装置では、ＣＲＴに表示するようにしている
が、方位の角度を数値表示をすることもできる。第７図
において、切替合成回路２０のうち、０°／１８０°ハ
イブリッドカプラ１４と９０°ハイブリッドカプラ１７
との間に第８図に示すようにスイッチ１８．１９を設け
、その切替により差信号１４ａのみとおす。この差信号
１４ａから特開昭６０−９３３６３号公報「無線方位測
定方法」に示すように、フーリエ級数展開した係数の比
から位相を求め電波の方向を数値的に求める。次にスイ
ッチ１８．１９をもとに戻し、和信号を加えることで真
方向の象限判定をする。第８図の場合、差信号のみで電
波の方向を求めるので振幅位相調整回路］、、　５　ａ
、　　］、、　５　ｂは極めて簡単になる利点がある。

別の実施例として、相信号の出力を使用しないで、別に
配置した垂直無指向性アンテナの出力を利用することが
できる。このアンテナは円周に配置されたアンテナ群の
中心に配置し、その出力を第９図に示すように、９０°
ハイブリソドカブラ１７の一方の人力とする。０°／１
８０°ハイブリッドカプラ１４の和信号１．４　ｂの出
力ばＳｉ２が約０．７７の場合には零になり、電波の到
来方向を求めることができなくなるが、この実施例では
上記の欠点がないのでＳｉ２が１に近くなるまで誤差が
少ない測定が可能になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、円周上に配置したアン
テナ群の中心に対して対称な対アンテナを複数個まとめ
て、ダイオードスイッチにより、１ ２ この対アンテナの組を巡回的に回転させて、組としてま
とめた対アンテナの信号から和信号と差信号を分離して
方位測定に用いるものである。これによって、一対の対
アンテナのみを巡回的に回転させる従来技術に対し、極
めて感度が良く、またアンテナ相互の干渉による誤差に
対して、信頼性の高い方位測定が可能とになる。

上記の和信号、差信号は振幅・位相調整をすることによ
り得たカージオイド特性（１＋〜ｔ８に対応した検波信
号〉からフーリエ級数展開により方位角度を得てＣＲＴ
等に表示することができる。

また差信号のみから方位信号を解析的に得て、和信号を
象限判定のみに使用する構成、あるいは和信号として別
に設けた１本のアンテナのセンス信号出力を利用する構
成も、本発明により得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例のアンテナ受信系の構成図
、第２図は第１図のアンテナ信号切替タイムチャート、
第３図、第４図は４個の幻アンテナを回転させた場合に
ついて差信号、和信号を計算し表示した指向性パターン
を、周波数を代えて表示した図、第５図２第６図は比較
のため１個の対アンテナを回転させた場合について差信
号、和信号を計算し表示した指向性パターンを、周波数
を代えて表示した図、第７図は方位測定機の概略構成図
、第８図、第９図はアンテナ受信系の一部を変形した実
施例の要部回路図、第１Ｏ図ば９０゜ハイブリソドカブ
ラの出力１．７　ａの信号波形の一例、第１１図は従来
例のアンテナ受信系の説明図である。 ０ アンテナ群 （アンテナ＃１〜＃８からなる）、 ダイオード切替回路、 ］、、３−−−０°ハイブリソドカブラ、０°／１８０
°ハイブリソドカプラ、 １６−振幅位相調整回路、 ９０″ハイブリツドカプラ、 １９−スイッチ、　　２０−切替合成回路、受信回路、 信号処理回路、　２３−表示装置。 １ １２゜ ４ ５ ７ １８゜ 　１− ２

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）円周上、等間隔に配置された２ｎ個のアンテナの
   うち、中心に対して対称になり、かつ互いに隣接するｎ
   ′（１＜ｎ′≦ｎ）個の対アンテナの、対向するアンテ
   ナの各電波信号Ａ＿ｉ、Ｂ＿ｉ＿＋＿ｎ（ｉ＝１〜ｎ′
   ）をそれぞれ０°ハイブリッドカプラで合成した信号Ａ
   、Ｂを、０°／１８０°ハイブリッドカプラに加えて和
   成分信号と差成分信号に分離した後、上記和成分・差成
   分信号の振幅・位相調整をしてから、９０°ハイブリッ
   ドカプラで合成する構成を有し、前記ｎ′個の対アンテ
   ナを巡回的に、１アンテナ対ずつずらして前記アンテナ
   群から選択受信し、カージオイド特性を得ていることを
   特徴とする無線方位測定空中線系。
2. （２）前記９０°ハイブリッドカプラにおいて、合成す
   る和成分信号は円周上に配置した２ｎ個のアンテナの受
   信信号による和成分信号でなく、別に設けたセンスアン
   テナの信号であることを特徴とする請求項１記載の無線
   方位測定空中線系。
3. （３）前記０°／１８０°ハイブリッドカプラの出力で
   ある差成分信号からフーリエ級数展開により方向角を定
   め、次に和成分信号を加えて象限判定を行なうことを特
   徴とする請求項１記載の無線方位測定空中線系。