JPH0317241B2 - - Google Patents
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- JPH0317241B2 JPH0317241B2 JP3184584A JP3184584A JPH0317241B2 JP H0317241 B2 JPH0317241 B2 JP H0317241B2 JP 3184584 A JP3184584 A JP 3184584A JP 3184584 A JP3184584 A JP 3184584A JP H0317241 B2 JPH0317241 B2 JP H0317241B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
- H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
- H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
- H01Q19/185—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces wherein the surfaces are plane
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- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の技術分野）
本発明は、シヨートバツクフアイヤアンテナの
改良に係り、特に、小型船舶による海事衛星通信
のような移動通信に適用して有効な円偏波シヨー
トバツクフアイヤアンテナに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to an improvement in a short-backfire antenna, and in particular, to a circularly polarized wave antenna that is effective when applied to mobile communications such as maritime satellite communications by small vessels. Regarding shot back fire antenna.
（従来技術）
円偏波シヨートバツクフアイヤアンテナの従来
例を図１に示す。図１ａは正面斜視図、図１ｂは
裏面図である。このアンテナは、図１ａに示すよ
うに、主として大小円形の２枚の反射板１，２
と、クロスダイポール給電素子３と円筒型の金属
リム４で構成され、２枚の反射板１，２の間で電
波が多重反射することにより、アンテナ軸の方向
に鋭い指向性を有することを特徴としている。こ
のアンテナの開口能率は通常80〜85％と高性能で
あり、また小型化の可能性もあり、例えば移動通
信用アンテナとしてその適用が期待できるもので
ある。なお、クロスダイポール給電素子３の両ダ
イポール素子からの信号は、円偏波特性を得るた
めに同軸ケーブル５を経て、90゜ハイブリツド６
で合成され、同軸ケーブル７により図示しない受
信機に送られる。(Prior Art) A conventional example of a circularly polarized short-backfire antenna is shown in FIG. FIG. 1a is a front perspective view, and FIG. 1b is a back view. As shown in Fig. 1a, this antenna mainly consists of two large and small circular reflectors 1 and 2.
It is composed of a cross-dipole feeding element 3 and a cylindrical metal rim 4, and is characterized by having sharp directivity in the direction of the antenna axis due to multiple reflections of radio waves between two reflectors 1 and 2. It is said that The aperture efficiency of this antenna is usually 80 to 85%, which is high performance, and there is also the possibility of miniaturization, so it can be expected to be used as an antenna for mobile communications, for example. Note that the signals from both dipole elements of the cross dipole feed element 3 are connected to a 90° hybrid 6 via a coaxial cable 5 in order to obtain circular polarization characteristics.
and is sent to a receiver (not shown) via a coaxial cable 7.
海事衛星通信の将来システムとして、インマル
サツト（国際海事衛星通信機構）では、1990年頃
から100トン程度の船舶を対象としたスタンダー
ドＢシステムと呼ばれるサービスを開始する計画
にある。このようなサービスにおいては設置スペ
ース等の問題から可能な限り小型軽量であること
が望まれるとともに、電波を良く反射する海面か
らの反射波によるフエージングは避け難いため、
これに対しても対策がなされる必要がある。 As a future system for maritime satellite communications, Inmarsat (International Maritime Satellite Communications Organization) is planning to launch a service called the Standard B system for ships of around 100 tons starting around 1990. In such services, it is desirable to be as small and lightweight as possible due to issues such as installation space, and fading due to reflected waves from the sea surface, which reflects radio waves well, is difficult to avoid.
Measures need to be taken against this as well.
これらの要求を満足するアンテナ装置として
は、上述したシヨートバツクフアイヤアンテナが
有望であるが、従来のものでは、大きさの点とフ
エージング対策の点で直ちに採用することはでき
ない。 The above-mentioned short backfire antenna is a promising antenna device that satisfies these requirements, but the conventional antenna cannot be immediately adopted due to its size and fading countermeasures.
（発明の目的及び特徴）
本発明は、従来技術を改良し、小型でかつ比較
的高い利得を有し、フエージング対策についても
考慮された円偏波用シヨートバツクフアイヤアン
テナを提供することを目的とする。(Object and Features of the Invention) An object of the present invention is to provide a short backfire antenna for circularly polarized waves that is small in size, has a relatively high gain, and takes countermeasures against fading into consideration, by improving the prior art. With the goal.
本発明の特徴は、主反射板の中央部に円形凹部
を設けることにより高利得化を図り、かつ、クロ
スダイポール給電素子が水平線に対して常に所定
の関係を保つように制御可能としたことにある。 The features of the present invention are that high gain is achieved by providing a circular recess in the center of the main reflector, and that the cross dipole feeding element can be controlled so as to always maintain a predetermined relationship with the horizontal line. be.
（発明の構成及び作用） 以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。(Structure and operation of the invention) The present invention will be explained in detail below using the drawings.
図２は、本発明の一実施例を示すもので、ａは
正面図、ｂは裏面図である。図において、８は直
径D1の主反射板１に同心円状に直径D2で深さhs
で設けられたステツプ状円形凹部、９はクロスダ
イポール３の一方のダイポールの給電路に挿入さ
れた可変移相器である。１０は主反射板１の中心
部にあつて、クロスダイポール給電素子３の姿勢
を制御するためのモータ１３と角度検出器１２を
含む回転機構であり、他の符号は図１と同じであ
る。 FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which a is a front view and b is a back view. In the figure, 8 is a concentric circle with a diameter D 2 and a depth h s on the main reflector 1 with a diameter D 1 .
The step-shaped circular recess 9 provided in the cross dipole 3 is a variable phase shifter inserted into the power supply path of one of the dipoles. Reference numeral 10 denotes a rotation mechanism located at the center of the main reflector 1 and including a motor 13 and an angle detector 12 for controlling the attitude of the cross dipole feeding element 3, and other symbols are the same as in FIG.
先ず、放射特性の改善について述べる。一般に
シヨートバツクフアイヤアンテナの放射界は、図
３のように、クロスダイポール給電素子３より放
射された後、実線で示されるごとく２つの反射板
１，２間で多重反射して放射される電界成分と、
破線で示されるごとく主反射板１で反射され放射
される電界成分とで構成される。シヨートバツク
フアイヤアンテナの放射界は前者が主体で、この
成分により放射特性が性格付けられる。一方、後
者の成分は量的に少ないものの、前者成分との間
に位相差が存在するため、前者成分のみで考えた
場合の特性を劣化させていると考えられる。従つ
て、何らかの手段によつて両者の位相差を無くす
ことができれば、アンテナの放射特性を改善でき
利得を向上せしめることができる。 First, we will discuss the improvement of radiation characteristics. In general, the radiation field of a short-backfire antenna is radiated from a cross-dipole feeding element 3, as shown in Fig. 3, and then multiple-reflected between two reflectors 1 and 2, as shown by the solid line, and then radiated. electric field component,
As shown by the broken line, the electric field component is reflected by the main reflecting plate 1 and radiated. The radiation field of a short-backfire antenna is mainly composed of the former, and its radiation characteristics are characterized by this component. On the other hand, although the latter component is quantitatively small, since there is a phase difference between it and the former component, it is thought that it degrades the characteristics when only the former component is considered. Therefore, if the phase difference between the two can be eliminated by some means, the radiation characteristics of the antenna can be improved and the gain can be increased.
図２のステツプ状円形凹部８がこの位相差制御
を行うものである。この位相制御量は主反射板１
の直径D1、副反射板２の直径ｄ、ステツプ状円
形凹部８の深さhsと直径D2、リム４の高さhr、副
反射板２の主反射板１からの高さhaとによつて決
まるが、主として、凹部８の深さhsと主反射板
１，２の直径D1と凹部８の直径D2との比とによ
る。 The step-shaped circular recess 8 shown in FIG. 2 performs this phase difference control. This phase control amount is the main reflector 1
diameter D 1 , diameter d of the sub-reflector 2 , depth h s and diameter D 2 of the step-shaped circular recess 8 , height h r of the rim 4 , height h of the sub-reflector 2 from the main reflector 1 a , but mainly depends on the depth hs of the recess 8 and the ratio of the diameter D 1 of the main reflecting plates 1 and 2 to the diameter D 2 of the recess 8.
図４には使用周波数が1.5GHz（λ＝20cm）で、
D1＝1.7λ、D2＝0.7λ、hr＝0.257λ、ｄ＝0.488λ、
ha＝0.667λとして、hsを０〜20mmまで変化させた
時の無指向性アンテナに対するアンテナ利得
（dBi）と軸比（dB）の変化の様子を示した。hs
＝０mmとは、図１の一般的なシヨートバツクフア
イヤアンテナに等しい。このときの利得に比べ、
hsを深くするとある範囲で利得の向上がみられ
る。アンテナ利得については、0.5dB以上の改善
は極めて大きいものとして一般に評価される。図
４の例において、この範囲はhsが４〜14mmの範囲
であつて0.02〜0.07λに相当する。 In Figure 4, the frequency used is 1.5GHz (λ = 20cm),
D 1 = 1.7λ, D 2 = 0.7λ, h r = 0.257λ, d = 0.488λ,
The change in antenna gain (dBi) and axial ratio (dB) for the omnidirectional antenna when h a =0.667λ and h s is changed from 0 to 20 mm is shown. h s
=0mm is equivalent to the general short backfire antenna shown in FIG. Compared to the gain at this time,
When h s is deepened, gain improvement can be seen within a certain range. Regarding antenna gain, an improvement of 0.5 dB or more is generally considered to be extremely large. In the example of FIG. 4, this range is h s of 4 to 14 mm, which corresponds to 0.02 to 0.07λ.
前記各パラメータについて、実験的に検討する
と次のようになる。副反射板２の直径ｄは、大き
くなるに従いビーム幅は狭くなるが、不要なサイ
ドロープが発生してくるため、0.45〜0.55λの範
囲が好ましい。主反射板１の直径D1はシヨート
バツクフアイヤアンテナとしての高能率性（開口
能率80〜85％）を保持するためには1.5〜2.2λの
範囲に限られる。凹部８の直径D2は主反射板１
の直径D1の関数となり、サイドローブを発生さ
せずビーム幅を狭めるには0.4〜0.7D1の範囲が望
ましい。凹部８の深さhs（cm）は同じく主反射板
１の直径Ｄ（cm）及び波長（cm）に依存し、前記
0.5dB以上の利得改善を得るには次式で示される
範囲に設定する必要がある。 The following is an experimental study of each of the above parameters. As the diameter d of the sub-reflector 2 increases, the beam width becomes narrower, but unnecessary side ropes are generated, so it is preferably in the range of 0.45 to 0.55λ. The diameter D 1 of the main reflector 1 is limited to a range of 1.5 to 2.2λ in order to maintain high efficiency (aperture efficiency of 80 to 85%) as a short fire antenna. The diameter D 2 of the recess 8 is the main reflector 1
It is a function of the diameter D1 , and a range of 0.4 to 0.7D1 is desirable in order to narrow the beam width without generating side lobes. The depth h s (cm) of the recess 8 also depends on the diameter D (cm) and wavelength (cm) of the main reflector 1, and
In order to obtain a gain improvement of 0.5 dB or more, it is necessary to set it within the range shown by the following equation.
hs＝−0.2λ＋AD1 ……(1)
但し、0.12＜Ａ＜0.18
なお、リム４の高さhrは約0.25λ、副反射板２
の高さhaは0.5〜0.68λの範囲に設定されるのが一
般的である。 h s = −0.2λ + AD 1 ...(1) However, 0.12<A<0.18 The height h r of the rim 4 is approximately 0.25λ, and the sub-reflector 2
The height ha is generally set in the range of 0.5 to 0.68λ.
次にフエージング軽減対策について述べる。特
願昭56−44100号（特開昭57−159138号）では、
海事衛星通信における衛星からの電波の海面反射
波は図５のａで示されるように惰円偏波の長軸が
海面に対してほぼ平行な性質を有していることに
着目し、船舶アンテナの偏波特性を同図中ｂで示
す如くａに対して直交する（軸比は同じである
長軸が互いに直交している偏波の旋回方向が
逆である）ようにすることで反射波を抑圧できる
ことが示されている。図からも明らかなように、
ｂで示される船舶アンテナの偏波特性は、惰円の
長軸が海面に対してほぼ垂直な性質を有してい
る。従つて特願昭56−44100号の方式を実現する
に当つては船舶アンテナの偏波特性を船舶の動
揺、船舶の航行による移動に拘らず常に上記の性
質を持たせることが必要である。この海面反射と
直交するような偏波特性は、２つのダイポール素
子を水平面（又は垂直軸）から45゜回転した向き
（すなわちクロスダイポールの相隣る先端を結ぶ
線の一方が水平面と平行になる向き）になるよう
に配置し、この状態で２つの直交するダイポール
に対する給電ポートのうちの一方に挿入した可変
移相器９の位相量を制御することで実現できる。
図６は可変移相器の位相量と偏波の形状の関係を
示している。 Next, we will discuss measures to reduce fading. In Japanese Patent Application No. 56-44100 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-159138),
Focusing on the fact that sea-surface reflected waves of radio waves from satellites in maritime satellite communications have the property that the long axis of the circularly polarized wave is almost parallel to the sea surface, as shown in Figure 5a, By making the polarization characteristics of the wave perpendicular to a as shown by b in the figure (the polarized waves have the same axial ratio but the long axes are orthogonal to each other, the polarized waves have opposite directions of rotation), the reflection can be achieved. It has been shown that waves can be suppressed. As is clear from the figure,
The polarization characteristic of the ship antenna indicated by b has a property that the long axis of the inertia circle is approximately perpendicular to the sea surface. Therefore, in order to realize the method of Japanese Patent Application No. 56-44100, it is necessary to ensure that the polarization characteristics of the ship's antenna always have the above characteristics regardless of the movement of the ship or the ship's navigation. . The polarization characteristics perpendicular to this sea surface reflection are obtained by rotating the two dipole elements by 45 degrees from the horizontal plane (or vertical axis) (i.e., one of the lines connecting the adjacent tips of the cross dipole is parallel to the horizontal plane). This can be achieved by controlling the phase amount of the variable phase shifter 9 inserted into one of the power feeding ports for the two orthogonal dipoles in this state.
FIG. 6 shows the relationship between the phase amount of the variable phase shifter and the shape of polarization.
一般にAz−El方式のマウントに取付けたアン
テナでは、船舶の動揺によつてアンテナの面が回
転する。それに伴つてシヨートバツクフアイヤア
ンテナの給電素子であるクロスダイポールも回転
し所望の偏波特性が得られなくなるため、このま
までは上述のフエージング軽減方式による効果が
損われる。本発明による該アンテナは、船舶の動
揺に伴つて生じるアンテナの回転角と同量の逆方
向の回転をクロスダイポールに与えて、クロスダ
イポールの相隣る先端を結ぶ線の一方が常に水平
となるように主反射板上のクロスダイポール支持
部に回転機構１０が設けられている。図２におい
て、１３はダイポールを回転させるモータであ
り、１２はその角度検出器である。この回転角β
の制御は図示しないアンテナコントロール部で行
う。 Generally, with an antenna attached to an Az-El type mount, the surface of the antenna rotates due to the movement of the ship. Correspondingly, the cross dipole, which is the feeding element of the short-backfire antenna, also rotates, making it impossible to obtain the desired polarization characteristics. If this continues, the effect of the above-mentioned fading reduction method will be impaired. The antenna according to the present invention applies a rotation in the opposite direction to the cross dipole by the same amount as the rotation angle of the antenna caused by the motion of the ship, so that one of the lines connecting adjacent tips of the cross dipole is always horizontal. A rotating mechanism 10 is provided at the cross dipole support portion on the main reflector. In FIG. 2, 13 is a motor that rotates the dipole, and 12 is its angle detector. This rotation angle β
This control is performed by an antenna control section (not shown).
ここで
：動揺なしの場合の衛星相対方位角
θ：動揺なしの場合の衛星相対仰角
δ：船舶のロール角
γ：船舶のピツチ角
とするとき、回転角βは次式によつて求められる
β＝cos-1(sinsin′cosγ+coscos′cosδ-co
ssin′sinδsinγ)……(2)
ただし、′は次式により規定される。 Where: Satellite relative azimuth angle θ when there is no movement: Satellite relative elevation angle δ when there is no movement: Roll angle γ of the ship: Pitch angle of the ship, then the rotation angle β is determined by the following formula β ＝cos -1 (sinsin′cosγ+coscos′cosδ-co
ssin′sinδsinγ)……(2) However, ′ is defined by the following formula.
′＝tan-1（sincosθcosδ＋sinθsinδ／cosc
osθcosγ−sincosθsinδsinγ＋sinθcosδcosγ）
……(3)
図７は該アンテナの給電部の構成を示したもの
である。該アンテナでは、主反射板の中央部にス
テツプ状凹部が形成されていること、フエージン
グ軽減用可変移相器が付加されていること、ダイ
ポールの回転機能を有すること等の特徴を有して
いる。又同図において１１はダイポールアンテナ
素子の整合回路である。 ′=tan -1 (sincosθcosδ＋sinθsinδ／cosc
osθcosγ−sincosθsinδsinγ＋sinθcosδcosγ)
...(3) FIG. 7 shows the configuration of the power feeding section of the antenna. This antenna has features such as a step-shaped recess formed in the center of the main reflector, a variable phase shifter for fading reduction, and a dipole rotation function. There is. Further, in the figure, 11 is a matching circuit for the dipole antenna element.
（発明の効果）
以上説明した様に、主反射板上に同心円的にス
テツプ構造を付加することによりシヨートバツク
フアイヤアンテナの利得を改善すると共に、クロ
スダイポールの回転機構部及び可変移相器を付加
することにより常に水平線に対して偏波楕円の長
軸が垂直な偏波特性を有することができる。この
アンテナは、出来るだけ小型軽量なアンテナが望
まれる移動通信用アンテナとしては、その効果は
大きいと言える。(Effects of the Invention) As explained above, by adding a step structure concentrically on the main reflector, the gain of the short-backfire antenna is improved, and the rotation mechanism of the cross dipole and the variable phase shifter are By adding , it is possible to have a polarization characteristic in which the long axis of the polarization ellipse is always perpendicular to the horizontal line. This antenna can be said to be highly effective as a mobile communication antenna, which requires an antenna that is as small and lightweight as possible.
図１ａ，ｂは従来の円偏波シヨートバツクフア
イヤアンテナの１例を示す正面斜視図及び裏面
図、図２は本発明の実施例を示す正面図及び裏面
図、図３は本発明に係る円偏波シヨートバツクフ
アイヤアンテナの動作を説明するための断面略
図、図４は本発明アンテナの利得及び軸比特性
図、図５及び図６は本発明アンテナの偏波特性を
説明するための略図、図７は本発明アンテナの給
電部の構造例を示すブロツク図である。
１，２……反射板、３……クロスダイポール給
電素子、４……円筒型の金属リム、５，７……同
軸ケーブル、６……90゜ハイブリツド、８……ス
テツプ状円形凹部、９……可変移相器、１０……
回転機構、１１……整合回路、１２……角度検出
器、１３……モータ。
1a and 1b are front perspective views and back views showing an example of a conventional circularly polarized shot-backfire antenna, FIG. 2 is a front view and back view showing an embodiment of the present invention, and FIG. A schematic cross-sectional diagram for explaining the operation of such a circularly polarized short-fire antenna, FIG. 4 is a gain and axial ratio characteristic diagram of the antenna of the present invention, and FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the polarization characteristics of the antenna of the present invention. FIG. 7 is a block diagram showing an example of the structure of the feeding section of the antenna of the present invention. 1, 2...Reflector, 3...Cross dipole feeding element, 4...Cylindrical metal rim, 5, 7...Coaxial cable, 6...90° hybrid, 8...Step-shaped circular recess, 9... ...Variable phase shifter, 10...
Rotating mechanism, 11... matching circuit, 12... angle detector, 13... motor.
Claims (1)
成されるとともに、クロスダイポールの軸には２
つのダイポール素子を水平面に対し45゜に傾斜さ
せるように制御するための回転機構が付加され、
かつ、前記２つのダイポール素子の一方にはフエ
ージング軽減用可変移相器が接続されていること
を特徴とする円偏波用シヨートバツクフアイヤア
ンテナ。 ２ 前記ステツプ状円形凹部のステツプ高は波長
をλとし前記主反射板の直径をD1としたとき−
0.2λ＋AD1〔ここで、0.12＜Ａ＜0.18〕であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の円偏波
用シヨートバツクフアイヤアンテナ。[Claims] 1. A step-shaped circular recess is formed in the center of the main reflector, and 2 are provided on the axis of the cross dipole.
A rotation mechanism is added to control the two dipole elements to be tilted at 45 degrees with respect to the horizontal plane.
A short backfire antenna for circularly polarized waves, characterized in that a variable phase shifter for reducing fading is connected to one of the two dipole elements. 2 The step height of the step-shaped circular recess is, where the wavelength is λ and the diameter of the main reflector is D1 .
The short backfire antenna for circularly polarized waves according to claim 1, characterized in that 0.2λ+AD 1 [here, 0.12<A<0.18].
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3184584A JPS60176305A (en) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Short back fire antenna for circularly polarized wave |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3184584A JPS60176305A (en) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Short back fire antenna for circularly polarized wave |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60176305A JPS60176305A (en) | 1985-09-10 |
| JPH0317241B2 true JPH0317241B2 (en) | 1991-03-07 |
Family
ID=12342387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3184584A Granted JPS60176305A (en) | 1984-02-22 | 1984-02-22 | Short back fire antenna for circularly polarized wave |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60176305A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1178568A4 (en) * | 2000-03-10 | 2003-03-26 | Nippon Antenna Kk | Cross dipole antenna and composite antenna |
-
1984
- 1984-02-22 JP JP3184584A patent/JPS60176305A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60176305A (en) | 1985-09-10 |
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