JP3938677B2

JP3938677B2 - Antenna polarization switching system

Info

Publication number: JP3938677B2
Application number: JP2001337003A
Authority: JP
Inventors: 統彦大室
Original assignee: アンテン株式会社
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2021-11-01
Also published as: JP2003142940A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ偏波切替システムに関し、さらに詳しくは、携帯電話用基地局アンテナの偏波切替機能を有するアンテ偏波切替システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話の急激な普及により電波のチャネル割り当てが増加し、アナログ方式では対応が困難となり、デジタル化の方向に移行している。また、携帯電話の場合、そのサービスエリアをいかに広く確保し、併せて通話品質を高めることができるかが課題である。そのため、例えば、Ｖ／Ｈ偏波と±４５°偏波のうち、どちらの伝播状況が良いかは環境によって変わってくるため、電波の伝播環境条件を調査するために、実際に現地にそれぞれのアンテナを持ち込んで実験をして決めていた。
また、既設の偏波方式から他の偏波方式に変更したという要望があり、その要望に迅速に対応できることが望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の伝播環境条件を調査するためには、現地に２種類のアンテナを用意して運び込み、さらに、アンテナを変更するために付け替えの作業が必要となる。このため運搬の費用と付け替えの時間が多大となる。
また、既設の偏波方式から他の偏波方式に変更する場合、既設のアンテナ設備を変更するか、若しくは、新たに設備を追加しなければならず、時間的にもコスト的にも多くのロスが発生する。
本発明は、かかる課題に鑑み、一種類のアンテナから２種類の偏波を切替えることができる携帯電話用基地局アンテナのアンテナ偏波切替システム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】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１の発明は、それぞれ互いに直交する偏波を発生する夫々１つずつの給電点を有する放射系と、２つの独立した入力信号を鉛直面に対してプラス・マイナス４５度の直線偏波に変換するか垂直・水平方向の偏波に変換するかを選択する偏波切替手段を備えたアンテナ偏波切替システムにおいて、前記偏波切替手段は、２つの独立した入力信号を前記夫々１つずつの給電点に直接接続するか、若しくは前記２つの独立した入力信号を入力することで、同相同士で足し合わせた信号及び同相と逆相で足し合わせた信号の２つの信号を出力する位相反転型ハイブリッド回路を介して前記夫々１つずつの給電点に接続するかの何れか一方を選択することを特徴とする。
アンテナの給電点に入力信号を直接接続すれば、アンテナからは入力信号が放射系の偏波と同じ偏波として放射される。また、入力信号を位相反転型ハイブリッド回路を介して接続すると、その出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号と、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで給電される。従って、アンテナの鉛直面に対する回転角に対して±４５°の方向に偏波を変換でき、それを偏波切替手段により任意に選択することができる。
かかる発明によれば、２つの独立した入力信号を前記給電点に直接接続するか、若しくは前記入力信号のそれぞれの位相を、同相及び逆相で足し合わせる位相反転型ハイブリッド回路を介して前記給電点に接続するかの何れか一方を選択するので、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
【０００５】
また、請求項２の発明は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されることも本発明の有効な手段である。
アンテナからの偏波は、放射パワーのベクトルの合成により決まる。位相反転型ハイブリッド回路は、その出力端の一方に入力信号を同相足し合わせた信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号を出力する機能があるので、２本の入力端にそれぞれ独立した信号の振幅Ａ１，Ａ２を入力すると、出力端の一方には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）、他方には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）の信号が出力される。つまり、４５°回転したアンテナの場合、Ａ１のベクトル和は垂直となり、Ａ２のベクトル和は水平となる。これにより±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
かかる技術手段によれば、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系を鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【０００６】
また、請求項３の発明は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されることも本発明の有効な手段である。
Ｖ／Ｈ（垂直／水平）アンテナからの偏波を±４５°偏波に変更するには、前記と同様の信号を位相反転型ハイブリッド回路に入力すると、同相のベクトル和は＋４５°の方向になり、逆相のベクトル和は−４５°の方向となる。これによりＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変更することができる。
かかる技術手段によれば、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系を鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記偏波がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図である。この構成は、基板２上に直接給電によりある方向（Ａ−Ａ’）に直線偏波励振する素子アンテナ（マイクロストリップパッチ）群１ａ〜１ｄと、直接給電によりＡ−Ａ’に直交する方向（Ｂ−Ｂ’）に直線偏波励振する素子アンテナ（マイクロストリップパッチ）群２ａ〜２ｄと、素子アンテナ１ａ〜１ｄの同軸給電回路３と、素子アンテナ２ａ〜２ｄの同軸給電回路４と、外部からの制御信号により偏波切替回路６を駆動する制御回路５と、リレー等により入力信号を切り替える偏波切替回路６から構成されている。尚、制御回路５と偏波切替回路６が偏波切替手段を構成する。
以上の構成で、給電回路３と給電回路４は素子アンテナ群１ａ〜１ｄの合成ビームパターンおよび素子アンテナ群２ａ〜２ｄの合成ビームパターンが同じになるように設定されている。ここで、素子アンテナ１ａ〜１ｄおよび２ａ〜２ｄが同相、同振幅で給電された場合、全素子アンテナの合成ビームは直線偏波になり、Ａ−Ａ’およびＢ−Ｂ’の２等分方向Ｃ−Ｃ’となる。
【０００８】
図２（ａ）は、前記マイクロストリップパッチ１ａ〜１ｄのうちの一つのマイクロストリップパッチの断面図である。図２（ｂ）はその平面図である。同図（ａ）において、１２ａは誘電体基板、１２ｂは誘電体基板１２ａ上に積層された例えば銅の薄板であり、マイクロストリップ線路の基板２を構成している。１０ａは例えば銅箔によって構成された円形状のマイクロストリップパッチ、１１ｂは同軸線路からなる給電回路、１１ａはマイクロストリップパッチ１０ａ上の一点である給電点である。アンテナの偏波方向は、同図（ｂ）から明らかなように、該給電点１１ａとマイクロストリップパッチ１０ａの中心１０ｂとを結ぶ方向（Ｂ−Ｂ’方向）に決まる。
図３は、本発明の第２の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図である。図１と同じ構成要素には同じ番号を付している。この構成は、直接給電によりある方向（Ａ−Ａ’）に直線偏波励振する素子アンテナ（マイクロストリップパッチ）群１５ａ〜１５ｄと、素子アンテナ１５ａ〜１５ｄの同軸給電回路３と、同軸給電回路４と、外部からの制御信号により偏波切替回路６を駆動する制御回路５と、スイッチ等により入力信号を切り替える偏波切替回路６から構成されている。Ｑ１、Ｑ２は素子アンテナ１５ａの給電点を示す。
図４は、素子アンテナ１５ａの平面図を示す。図３と図４を併せて参照しながら説明する。図３のアンテナは、一つの素子アンテナに対して、２つの給電点Ｑ１、Ｑ２があり、かつこれらの給電点Ｑ１、Ｑ２は、図４から明らかなように、各々の給電点と素子アンテナの中心Ｐとを結ぶと互いに直交する線上に配置されている。また、給電回路３および４は、それぞれ、給電点Ｑ１、Ｑ２と接続されている。このように本実施形態によれば、少数の素子アンテナで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
図５は、前記第１および第２の実施形態の偏波切替回路６の実施例のブロック図である。この構成は、リレー等により構成される４回路Ｐ１〜Ｐ４を持つリレーＰ２５と、前記回路Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの接点に接続され、出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで出力される位相反転型ハイブリッド回路２４から構成され、リレーＰ２５は外部の制御回路５から全ての接点を同時にＯＮ／ＯＦＦされる。さらに前記回路Ｐ２、Ｐ４の中点２１ａ、２３ａは外部からの信号端子７と信号端子８に接続されている。また、前記回路Ｐ１、Ｐ３の中点２０ａ、２２ａは給電回路３および給電回路４に接続されている。また、位相反転型ハイブリッド回路２４の入力端子２４ａと入力端子２４ｂはそれぞれ回路Ｐ２の接点２１ｃ、Ｐ４の接点２３ｃに接続され、位相反転型ハイブリッド回路２４の同相出力端子２４ｃと逆相出力端子２４ｄはそれぞれ回路Ｐ１の接点２０ｃ、Ｐ３の接点２２ｃに接続される。この図では給電回路３および給電回路４にマイクロストリップパッチアンテナが接続されているが、ダイポールアンテナでも構わない。
【００１０】
まず、マイクロストリップパッチアンテナに接続した場合の動作を図６と併せて参照しながら説明する。図６（ａ）は、入力信号を直接給電点３３，３４に給電したときの給電点と偏波の関係を説明する図である。つまり、図５の回路Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの接点が図の実線側に接続された場合（信号端子７−Ｐ２．２１ａ−Ｐ２．２１ｂ−Ｐ１．２０ｂ−Ｐ１．２０ａ−給電回路３と、信号端子８−Ｐ４．２３ａ−Ｐ４．２３ｂ−Ｐ３．２２ｂ−Ｐ３．２２ａ−給電回路４）であり、この場合は信号端子７−８から直接給電回路３−４に接続されるので、図６（ｂ）の＋４５°の偏波面３６内で振動する＋４５°偏波電界成分（ベクトルＥ１）３１が発生し、第２の給電点３４から給電が行われると図６（ｂ）の−４５°の偏波面３８内で振動する−４５°偏波電界成分（ベクトルＥ２）３２が発生する。これにより、第１の給電点３３と第２の給電点３４に給電される信号がそのまま偏波面３６と３８内で振動する。
次に、偏波をＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変更する場合について説明する。図５の回路Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの接点が図の点線側に接続された場合（信号端子７−Ｐ２．２１ａ−Ｐ２．２１ｃ−１８０°ハイブリッド回路２４の入力端子２４ａ−出力端子２４ｃ−Ｐ１．２０ｃ−Ｐ１．２０ａ−給電回路３と、信号端子８−Ｐ４．２３ａ−Ｐ４．２３ｃ−位相反転型ハイブリッド回路２４の入力端子２４ｂ−出力端子２４ｄ−Ｐ３．２２ｃ−Ｐ３．２２ａ−給電回路４）であり、例えば、同振幅の信号が信号端子７（Ｅ１）と信号端子８（Ｅ２）に入力されると、位相反転型ハイブリッド回路２４によりその出力端２４ｃには（Ｅ１／√２＋Ｅ２／√２）が出力され、出力端２４ｄには（Ｅ１／√２−Ｅ２／√２）が出力される。そしてそれらのベクトル和が、Ｅ１は図６（ｃ）のように垂直方向に励振され、Ｅ２は図６（ｄ）のように水平方向に励振され、±４５°偏波をＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
【００１１】
図７は、ダイポールアンテナに図５の偏波切替回路６が位相反転型ハイブリッド回路２４に接続した場合の動作を説明する図である。接続ルートの説明はマイクロストリップパッチアンテナの場合と同様であるので説明を省略する。図７（ａ）は±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変更する場合について説明する図である。ダイポールアンテナ４１と４２は直交して構成され、給電点４４と４５から位相反転型ハイブリッド回路４８の給電端子４６と４７に接続され、位相反転型ハイブリッド回路４８の入力端子４９，５０に例えば、それぞれ異なる振幅をもつＡ１，Ａ２（Ａ１＞Ａ２）の信号が入力されたとする。位相反転型ハイブリッド回路４８によりその出力端４６には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）が出力され、出力端４７には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）が出力される。そしてそれらのベクトル和が、Ａ１はＶ方向４０に垂直に励振され、Ａ２はＨ方向４３に水平に励振され、±４５°偏波をＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
次に、図７（ｂ）はＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変更する場合について説明する図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。ダイポールアンテナ５２と５４は直交して構成され、給電点５３と５６から位相反転型ハイブリッド回路４８の給電端子４６と４７に接続され、位相反転型ハイブリッド回路４８の入力端子４９，５０に例えば、それぞれ異なる振幅をもつＡ１，Ａ２（Ａ１＞Ａ２）の信号が入力されたとする。位相反転型ハイブリッド回路４８によりその出力端４６には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）が出力され、出力端４７には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）が出力される。そしてそれらのベクトル和が、Ａ１は＋４５°方向５５に励振され、Ａ２は−４５°方向５１に励振され、Ｖ／Ｈ（垂直／水平）偏波を±４５°偏波に変換することができる。
【００１２】
以上のようにアンテナの給電点に２つの独立した入力信号を直接接続すれば、アンテナからは入力信号が放射系の偏波と同じ偏波として放射される。また、２つの独立した入力信号を位相反転型ハイブリッド回路２４を介して接続すると、その出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号と、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで給電される。従って、アンテナの鉛直面に対する回転角に対して±４５°の方向に偏波を変換でき、それを偏波切替手段により任意に選択することができる。これにより、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
また、アンテナからの偏波は、放射パワーのベクトルの合成により決まる。位相反転型ハイブリッド回路は、その出力端の一方に入力信号を同相足し合わせた信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号を出力する機能があるので、２本の入力端にそれぞれ独立した信号Ａ１，Ａ２を入力すると、出力端の一方には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）、他方には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）の信号が出力される。つまり、４５°回転したアンテナの場合、Ａ１のベクトル和は垂直となり、Ａ２のベクトル和は水平となる。これにより±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
また、逆にＶ／Ｈ（垂直／水平）アンテナからの偏波を±４５°偏波に変更するには、前記と同様の信号を位相反転型ハイブリッド回路に入力すると、同相のベクトル和は＋４５°の方向になり、逆相のベクトル和は−４５°の方向となる。これによりＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変更することができる。これにより、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、請求項１は、２つの独立した入力信号を前記給電点に直接接続するか、若しくは前記入力信号のそれぞれの位相を、同相及び逆相で足し合わせる位相反転型ハイブリッド回路を介して前記給電点に接続するかの何れか一方を選択するので、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
請求項２は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号の振幅を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
請求項３は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記偏波がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図。
【図２】（ａ）は本発明のマイクロストリップパッチのうちの一つのマイクロストリップパッチの断面図、（ｂ）はその平面図。
【図３】本発明の第２の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図。
【図４】本発明の１つの素子アンテナの平面図。
【図５】本発明の第１および第２の実施形態の偏波切替回路の実施例のブロック図。
【図６】（ａ）は本発明のパッチの給電点と偏波の関係を説明する図、（ｂ）は偏波面とベクトルとの位置関係を説明する図、（ｃ）は垂直偏波のベクトルを表す図、（ｄ）は水平偏波のベクトルを表す図。
【図７】（ａ）はダイポールアンテナの±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換する場合について説明する図、（ｂ）はダイポールアンテナのＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変換する場合について説明する図。
【符号の説明】
Ｐ１〜Ｐ４リレー回路、２４位相反転型ハイブリッド回路、２５リレー、３０マイクロストリップパッチアンテナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna polarization switching system, and more particularly to an antenna polarization switching system having a polarization switching function of a mobile phone base station antenna.
[0002]
[Prior art]
In recent years, due to the rapid spread of mobile phones, radio wave channel allocation has increased, making it difficult to cope with analog systems, and shifting to digitalization. In the case of a mobile phone, how to secure a wide service area and improve the call quality is a problem. For this reason, for example, whether the propagation condition of V / H polarization or ± 45 ° polarization is better depends on the environment. I decided to experiment with an antenna.
In addition, there is a request that the existing polarization system is changed to another polarization system, and it is desired that the request can be quickly responded.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to investigate the propagation environment conditions, it is necessary to prepare and carry two types of antennas on site, and to change the antennas. For this reason, the cost of transportation and the time for replacement become great.
In addition, when changing from an existing polarization method to another polarization method, it is necessary to change the existing antenna equipment or add new equipment, which is time and cost-intensive. Loss occurs.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an antenna polarization switching system for a mobile phone base station antenna capable of switching two types of polarization from one type of antenna.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, the invention of claim 1 is directed to a radiation system having one feed point that generates polarized waves orthogonal to each other and two independent input signals on a vertical plane. On the other hand, in the antenna polarization switching system comprising polarization switching means for selecting whether to convert to linearly polarized waves of plus or minus 45 degrees or to convert into polarized waves in the vertical and horizontal directions, the polarization switching means comprises: By connecting two independent input signals directly to each one of the feed points, or by inputting the two independent input signals, the signals added together in phase and added in phase and phase are added. One of the two is connected to each one of the feeding points via a phase inversion hybrid circuit that outputs two signals of the combined signals .
If an input signal is directly connected to the feeding point of the antenna, the input signal is radiated from the antenna as the same polarization as that of the radiation system. When an input signal is connected via a phase inversion hybrid circuit, one of its output terminals is fed with a signal obtained by adding the input signal in phase, and the other is fed with a half-phase addition signal. Therefore, the polarization can be converted in a direction of ± 45 ° with respect to the rotation angle with respect to the vertical plane of the antenna, and it can be arbitrarily selected by the polarization switching means.
According to this invention, two independent input signals are directly connected to the feeding point, or the feeding point is connected via a phase inversion hybrid circuit that adds the respective phases of the input signal in phase and in phase. Since either one of them is selected, the polarization can be easily switched, and the propagation environment condition investigation time can be shortened and the antenna replacement cost can be reduced.
[0005]
The invention according to claim 2 is characterized in that a feeding point of an antenna whose polarization plane of the radiation system is rotated by 45 ° with respect to a vertical plane is connected to two output ends of the polarization switching means, and the polarization switching means When the independent signal is input to each of the two input terminals and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the direction of plus / minus 45 °. In addition, when connected via the phase inversion type hybrid circuit, it is also an effective means of the present invention that the signal is converted into polarized waves in the vertical and horizontal directions.
The polarization from the antenna is determined by the synthesis of the radiation power vector. The phase inversion hybrid circuit has a function of outputting a signal obtained by adding in-phase input signals to one of its output terminals, and outputting a signal obtained by adding anti-phase signals to the other, so that the two input terminals are independent of each other. When the signal amplitudes A1 and A2 are input, a signal (A1 / √2 + A2 / √2) is output to one of the output terminals, and a signal (A1 / √2−A2 / √2) is output to the other. That is, in the case of an antenna rotated by 45 °, the vector sum of A1 is vertical and the vector sum of A2 is horizontal. Thereby, it is possible to convert from ± 45 ° polarization to V / H (vertical / horizontal) polarization.
According to this technical means, the feeding point of the antenna obtained by rotating the radiation system by 45 ° with respect to the vertical plane is connected to the two output ends of the polarization switching means, and the two inputs of the polarization switching means are connected. When an independent signal is input to each end and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the direction of plus / minus 45 °, and the phase inversion When connected via a type hybrid circuit, the signal is converted into vertical and horizontal polarization, so that the polarization can be switched with a simple circuit configuration.
[0006]
In the invention of claim 3, the feed point of the antenna in which the polarization plane of the radiation system is parallel to and perpendicular to the vertical plane is connected to the two output ends of the polarization switching means, When independent signals are input to the two input terminals of the polarization switching means, and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the vertical and horizontal directions. It is also an effective means of the present invention that when excited and connected via the phase-inversion hybrid circuit, the signal is converted into plus / minus 45 ° polarized waves.
To change the polarization from the V / H (vertical / horizontal) antenna to ± 45 ° polarization, input the same signal to the phase inversion hybrid circuit, and the in-phase vector sum will be in the direction of + 45 °. Thus, the vector sum of the opposite phase is in the direction of −45 °. Thereby, it is possible to change from V / H (vertical / horizontal) polarization to ± 45 ° polarization.
According to this technical means, the feed point of the antenna that is parallel to the vertical plane and the vertical direction is connected to the two output ends of the polarization switching means, and the polarization switching means When independent signals are input to two input terminals, and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the vertical and horizontal directions, and the phase When connected via an inverting hybrid circuit, the polarization is converted into a plus / minus 45 ° polarization, so that the polarization can be switched with a simple circuit configuration.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
FIG. 1 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to a first embodiment of the present invention. In this configuration, element antennas (microstrip patch) groups 1a to 1d that excite linearly polarized waves in a certain direction (AA ′) by direct feeding on the substrate 2 and a direction orthogonal to AA ′ by direct feeding ( BB ′) element antennas (microstrip patch) groups 2a to 2d for linearly polarized excitation, coaxial feed circuit 3 for element antennas 1a to 1d, coaxial feed circuit 4 for element antennas 2a to 2d, and externally The control circuit 5 drives the polarization switching circuit 6 using the control signal, and the polarization switching circuit 6 switches the input signal using a relay or the like. The control circuit 5 and the polarization switching circuit 6 constitute a polarization switching means.
With the above configuration, the feeding circuit 3 and the feeding circuit 4 are set so that the combined beam patterns of the element antenna groups 1a to 1d and the combined beam patterns of the element antenna groups 2a to 2d are the same. Here, when the element antennas 1a to 1d and 2a to 2d are fed with the same phase and the same amplitude, the combined beam of all the element antennas is linearly polarized, and is divided into two equal directions of AA ′ and BB ′. CC ′.
[0008]
FIG. 2A is a cross-sectional view of one of the microstrip patches 1a to 1d. FIG. 2B is a plan view thereof. In FIG. 2A, 12a is a dielectric substrate, 12b is a thin copper plate, for example, laminated on the dielectric substrate 12a, and constitutes a substrate 2 of a microstrip line. Reference numeral 10a denotes a circular microstrip patch made of, for example, copper foil, 11b denotes a feeding circuit made of a coaxial line, and 11a denotes a feeding point which is one point on the microstrip patch 10a. The polarization direction of the antenna is determined in the direction (BB ′ direction) connecting the feeding point 11a and the center 10b of the microstrip patch 10a, as is apparent from FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of the microstrip patch antenna according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are given the same numbers. In this configuration, element antennas (microstrip patch) groups 15a to 15d that excite linearly polarized waves in a certain direction (AA ′) by direct feeding, the coaxial feeding circuit 3 of the element antennas 15a to 15d, and the coaxial feeding circuit 4 And a control circuit 5 for driving the polarization switching circuit 6 by an external control signal, and a polarization switching circuit 6 for switching an input signal by a switch or the like. Q1 and Q2 indicate feeding points of the element antenna 15a.
FIG. 4 shows a plan view of the element antenna 15a. This will be described with reference to FIGS. The antenna of FIG. 3 has two feeding points Q1 and Q2 with respect to one element antenna, and these feeding points Q1 and Q2 are clearly shown in FIG. When connected to the center P, they are arranged on lines orthogonal to each other. The power feeding circuits 3 and 4 are connected to power feeding points Q1 and Q2, respectively. As described above, according to the present embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained with a small number of element antennas.
[0009]
FIG. 5 is a block diagram of an example of the polarization switching circuit 6 of the first and second embodiments. In this configuration, the relay P25 having four circuits P1 to P4 constituted by relays and the like is connected to the respective contacts of the circuits P1 to P4, and one of the output terminals outputs a signal obtained by adding the input signals in phase. The other is composed of a phase inversion type hybrid circuit 24 in which an anti-phase addition signal is output at half power, and the relay P25 is turned ON / OFF simultaneously from the external control circuit 5. Further, the midpoints 21a and 23a of the circuits P2 and P4 are connected to the signal terminals 7 and 8 from the outside. The midpoints 20a and 22a of the circuits P1 and P3 are connected to the power feeding circuit 3 and the power feeding circuit 4. Further, the input terminal 24a and the input terminal 24b of the phase inversion hybrid circuit 24 are connected to the contact 21c and the contact 23c of the circuit P2, respectively, and the in-phase output terminal 24c and the negative-phase output terminal 24d of the phase inversion hybrid circuit 24 are The contacts 20c of the circuit P1 are connected to the contacts 22c of the P3, respectively. In this figure, the microstrip patch antenna is connected to the power feeding circuit 3 and the power feeding circuit 4, but a dipole antenna may be used.
[0010]
First, the operation when connected to the microstrip patch antenna will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram for explaining the relationship between the feed point and the polarization when the input signal is fed directly to the feed points 33 and 34. That is, when the respective contacts of the circuits P1 to P4 in FIG. 5 are connected to the solid line side in the figure (signal terminals 7-P2.21a-P2.21b-P1.20b-P1.20a-feeding circuit 3 and signal Terminal 8-P4.23a-P4.23b-P3.22b-P3.22a-feeding circuit 4). In this case, since the signal terminal 7-8 is directly connected to the feeding circuit 3-4, FIG. When a + 45 ° polarized electric field component (vector E1) 31 oscillating in the + 45 ° polarization plane 36 of b) is generated and fed from the second feeding point 34, it is −45 ° of FIG. 6B. A −45 ° polarized electric field component (vector E2) 32 oscillating in the polarization plane 38 is generated. As a result, the signals fed to the first feeding point 33 and the second feeding point 34 vibrate in the polarization planes 36 and 38 as they are.
Next, a case where the polarization is changed to V / H (vertical / horizontal) polarization will be described. When the respective contacts of the circuits P1 to P4 in FIG. 5 are connected to the dotted line side in the figure (signal terminal 7-P2.21a-P2.21c-180 ° hybrid circuit 24 input terminal 24a-output terminal 24c-P1. 20c-P1.20a-feed circuit 3 and signal terminal 8-P4.23a-P4.23c-phase inversion hybrid circuit 24 input terminal 24b-output terminal 24d-P3.22c-P3.22a-feed circuit 4) For example, when a signal having the same amplitude is input to the signal terminal 7 (E1) and the signal terminal 8 (E2), the output terminal 24c is (E1 / √2 + E2 / √2) by the phase inversion hybrid circuit 24. ) And (E1 / √2−E2 / √2) is output to the output terminal 24d. The vector sum of E1 is excited in the vertical direction as shown in FIG. 6 (c), E2 is excited in the horizontal direction as shown in FIG. 6 (d), and ± 45 ° polarized wave is converted into V / H (vertical). / Horizontal) polarization can be converted.
[0011]
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation when the polarization switching circuit 6 of FIG. 5 is connected to the phase inversion hybrid circuit 24 to the dipole antenna. Since the description of the connection route is the same as that of the microstrip patch antenna, the description is omitted. FIG. 7A is a diagram for explaining the case of changing from ± 45 ° polarization to V / H (vertical / horizontal) polarization. The dipole antennas 41 and 42 are configured to be orthogonal to each other, and are connected from the feeding points 44 and 45 to the feeding terminals 46 and 47 of the phase inversion hybrid circuit 48. Assume that signals A1, A2 (A1> A2) having different amplitudes are input. The phase inversion hybrid circuit 48 outputs (A1 / √2 + A2 / √2) to the output terminal 46 and (A1 / √2−A2 / √2) to the output terminal 47. The vector sum of them is that A1 is excited vertically in the V direction 40, A2 is excited horizontally in the H direction 43, and ± 45 ° polarization can be converted into V / H (vertical / horizontal) polarization. it can.
Next, FIG. 7B is a diagram for explaining the case of changing from V / H (vertical / horizontal) polarization to ± 45 ° polarization. The same components are given the same reference numbers. The dipole antennas 52 and 54 are configured to be orthogonal to each other, and are connected to the power feeding terminals 46 and 47 of the phase inversion hybrid circuit 48 from the power feeding points 53 and 56, respectively, and input to the input terminals 49 and 50 of the phase inversion hybrid circuit 48, respectively. Assume that signals A1, A2 (A1> A2) having different amplitudes are input. The phase inversion hybrid circuit 48 outputs (A1 / √2 + A2 / √2) to the output terminal 46 and (A1 / √2−A2 / √2) to the output terminal 47. Then, the vector sum thereof is excited in the + 45 ° direction 55 and A2 is excited in the −45 ° direction 51, and the V / H (vertical / horizontal) polarization can be converted into ± 45 ° polarization. .
[0012]
As described above, if two independent input signals are directly connected to the feeding point of the antenna, the input signal is radiated from the antenna as the same polarization as that of the radiation system. In addition, when two independent input signals are connected via the phase inversion hybrid circuit 24, one of the output terminals is a signal obtained by adding the input signals in phase, and the other is provided by a half-power of the anti-phase addition signal. Power is supplied. Therefore, the polarization can be converted in a direction of ± 45 ° with respect to the rotation angle with respect to the vertical plane of the antenna, and it can be arbitrarily selected by the polarization switching means. As a result, it is possible to easily switch the polarization, and it is possible to reduce the investigation time for the propagation environment condition and the cost for replacing the antenna.
Also, the polarization from the antenna is determined by the synthesis of the radiation power vector. The phase inversion hybrid circuit has a function of outputting a signal obtained by adding in-phase input signals to one of its output terminals, and outputting a signal obtained by adding anti-phase signals to the other, so that the two input terminals are independent of each other. When the signals A1 and A2 are input, a signal (A1 / √2 + A2 / √2) is output to one of the output terminals, and a signal (A1 / √2-A2 / √2) is output to the other. That is, in the case of an antenna rotated by 45 °, the vector sum of A1 is vertical and the vector sum of A2 is horizontal. Thereby, it is possible to convert from ± 45 ° polarization to V / H (vertical / horizontal) polarization.
Conversely, in order to change the polarization from the V / H (vertical / horizontal) antenna to ± 45 ° polarization, when the same signal as described above is input to the phase inversion hybrid circuit, the in-phase vector sum is +45. The direction is in the direction of °, and the vector sum of the opposite phase is in the direction of −45 °. Thereby, it is possible to change from V / H (vertical / horizontal) polarization to ± 45 ° polarization. Thereby, the polarization can be switched with a simple circuit configuration.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, claim 1 is a phase inversion in which two independent input signals are directly connected to the feeding point, or the phases of the input signals are added in phase and in phase. Since either one of the two is connected to the feeding point via a hybrid circuit, the polarization can be easily switched, and the time required for investigating propagation environment conditions can be shortened and the cost for replacing antennas can be reduced. .
According to a second aspect of the present invention, two feeding ends of the antenna in which the polarization plane of the radiation system is rotated by 45 ° with respect to the vertical plane are connected to the two output ends of the polarization switching unit, When the independent signal amplitude is input to the input terminals and the signal is directly connected to the antenna feed point by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the direction of plus / minus 45 °, When connected via the phase-inverted hybrid circuit, the signal is converted into polarized waves in the vertical and horizontal directions, so that the polarization can be switched with a simple circuit configuration.
According to a third aspect of the present invention, the antenna switching point is connected to the two output ends of the polarization switching unit, the polarization point of the radiation system being parallel and perpendicular to the vertical plane. When the independent signal is input to each of the two input terminals, and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the vertical and horizontal directions, When connected via a phase inversion type hybrid circuit, the polarization is converted into a plus / minus 45 ° polarization, so that the polarization can be switched with a simple circuit configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to a first embodiment of the present invention.
2A is a cross-sectional view of one of the microstrip patches of the present invention, and FIG. 2B is a plan view thereof.
FIG. 3 is a configuration diagram of a microstrip patch antenna according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of one element antenna of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of an example of the polarization switching circuit according to the first and second embodiments of the present invention.
6A is a diagram for explaining the relationship between the feeding point and the polarization of the patch of the present invention, FIG. 6B is a diagram for explaining the positional relationship between the polarization plane and the vector, and FIG. The figure showing a vector, (d) is a figure showing the vector of a horizontal polarization.
7A is a diagram for explaining a case where a ± 45 ° polarization of a dipole antenna is converted to a V / H (vertical / horizontal) polarization, and FIG. 7B is a diagram illustrating a V / H (vertical / horizontal) of a dipole antenna. ) A diagram for explaining the case of converting from polarization to ± 45 ° polarization.
[Explanation of symbols]
P1-P4 relay circuit, 24 phase inversion hybrid circuit, 25 relay, 30 microstrip patch antenna

Claims

それぞれ互いに直交する偏波を発生する夫々１つずつの給電点を有する放射系と、２つの独立した入力信号を鉛直面に対してプラス・マイナス４５度の直線偏波に変換するか垂直・水平方向の偏波に変換するかを選択する偏波切替手段を備えたアンテナ偏波切替システムにおいて、
前記偏波切替手段は、２つの独立した入力信号を前記夫々１つずつの給電点に直接接続するか、若しくは前記２つの独立した入力信号を入力することで、同相同士で足し合わせた信号及び同相と逆相で足し合わせた信号の２つの信号を出力する位相反転型ハイブリッド回路を介して前記夫々１つずつの給電点に接続するかの何れか一方を選択することを特徴とするアンテナ偏波切替システム。A radiation system having a single feed point that generates polarized waves that are orthogonal to each other, and two independent input signals converted into linearly polarized waves of plus or minus 45 degrees with respect to the vertical plane, or vertical and horizontal In the antenna polarization switching system provided with polarization switching means for selecting whether to convert to polarization of the direction ,
The polarization switching means is a signal obtained by adding two independent input signals directly to the respective feeding points, or by adding the two independent input signals and adding the two in-phase signals together. And an antenna that selects either one of the feed points connected to each of the feed points via a phase-inverted hybrid circuit that outputs two signals of the in-phase and anti-phase signals. Polarization switching system.

前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ偏波切替システム。 The antenna feed point where the polarization plane of the radiation system is rotated by 45 ° with respect to the vertical plane is connected to the two output ends of the polarization switching means, and the two input ends of the polarization switching means are independent of each other. When the signal is input and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the direction of plus / minus 45 °, and the phase inversion hybrid circuit is 2. The antenna polarization switching system according to claim 1, wherein the signal is converted into a vertical / horizontal polarization when connected via an antenna.

前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ偏波切替システム。 Two feed ends of the antenna are connected to the two output ends of the polarization switching means so that the polarization plane of the radiation system is parallel to and perpendicular to the vertical plane. When an independent signal is input to each end and the signal is directly connected to the feeding point of the antenna by the polarization switching means, the signal is linearly polarized in the vertical and horizontal directions, and the phase inversion hybrid circuit 2. The antenna polarization switching system according to claim 1, wherein the signal is converted into a plus / minus 45 [deg.] Polarized wave when connected via an antenna.