無線受信装置
【課題】 水平偏波および垂直偏波の選択的な受信と、円偏波による不要信号の排除を可能にし、かつ、広範囲での適用を可能にする無線受信装置を提供する。
【解決手段】 水平偏波の電波を受信する第１のアンテナ１０と、垂直偏波の電波を受信すると共に、λ／４だけ電波の到来方向に対して位置の異なる第２のアンテナ２０と、第１、第２のポートが第１、第２のアンテナ１０、２０にそれぞれ接続されていると共に第３、第４のポートが合成された高周波信号を出力するラットレース回路３１と、第１〜第４の接点がラットレース回路３１の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続する選択スイッチ回路３３とを備え、第１、第２のポートから第１、第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる長さの伝送路で、第１、第２のポートが接続され、第３、第４のポートから第３、第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる長さの伝送路で、第３、第４のポートが接続されている。
【解決手段】 水平偏波の電波を受信する第１のアンテナ１０と、垂直偏波の電波を受信すると共に、λ／４だけ電波の到来方向に対して位置の異なる第２のアンテナ２０と、第１、第２のポートが第１、第２のアンテナ１０、２０にそれぞれ接続されていると共に第３、第４のポートが合成された高周波信号を出力するラットレース回路３１と、第１〜第４の接点がラットレース回路３１の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続する選択スイッチ回路３３とを備え、第１、第２のポートから第１、第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる長さの伝送路で、第１、第２のポートが接続され、第３、第４のポートから第３、第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる長さの伝送路で、第３、第４のポートが接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を用いて無線通信を行う無線受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メガヘルツ帯の電波を用いた無線通信は、各種の分野で用いられている。例えば電力会社では、一般の需要家に対する配電設備の状態を巡視し、また不調となった配電設備の修理を迅速に行って、需要家に対して電気を安定して供給する。このために、営業所は営業区域内を巡回するための自動車を所持し、営業所と自動車との間で連絡や指令などのために、電波による通信が行われている。営業所は移動する自動車と通信するので、広範囲での通信を確保するために、基地局が高い建物や山などに設置されている。営業所と自動車とは、基地局を介在して通信を行う。このために、営業所と基地局との間は、通常、有線で接続されるが、基地局が山の中などにある場合、ケーブルの敷設が困難なときに、６０ＭＨｚ帯の電波である水平偏波や垂直偏波を用いた固定回線で、営業所と基地局とが結ばれている。
【０００３】
ところで、６０ＭＨｚの電波は、通常は電離層を突き抜けるので、電離層による反射波が固定回線に影響を与えることはない。しかし、季節的な要因でスポラディックＥ層と呼ばれる電離度の高い電離層が出現する場合がある。スポラディックＥ層が発生すると、６０ＭＨｚ帯の水平偏波や垂直偏波がスポラディックＥ層で反射する。スポラディックＥ層で反射した水平偏波や垂直偏波には円偏波成分が出現する。さらに、通常は受信することのない遠方の同一の周波数を利用する電波が異常伝搬して営業所などで受信される場合がある。この場合には、混信が発生し、電波で送られる信号が音声である場合には、音声を聞き取ることが困難になるときがある。
【０００４】
こうした事態に対応するために、円偏波と水平偏波および垂直偏波とによる送受信を共用化する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−２３７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、先に述べた装置には各種の回路が必要である。円偏波と水平偏波および垂直偏波とによる送受信を共用化するために、偏波合成回路が装置に付加され、この回路はハイブリッド合成器と移相器とで構成されている。この装置によれば、水平偏波および垂直偏波とを受信したときには、偏波合成回路がこれらの偏波を円偏波に一度変換している。つまり、円偏波の送受信をする装置に対して、偏波合成回路を付加することによって、共用化が行われている。この結果、従来の装置は円偏波の送受信をする装置をベースにしているので、共有化できる装置が限られてしまう。
【０００６】
また、アンテナの大型化により指向性を向上させ、スポラディックＥ層からの反射波を軽減させることも可能である。しかし、この場合には、アンテナを大型にするので、台風や積雪などの自然条件に対して不利となる。
【０００７】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、水平偏波および垂直偏波の選択的な受信と、円偏波による不要信号の排除を可能にし、かつ、広範囲での適用を可能にする無線受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、水平偏波の電波を受信して高周波信号を出力する第１のアンテナと、垂直偏波の電波を受信して高周波信号を出力すると共に、電波の４分の１波長だけ電波の到来方向に対して第１のアンテナと位置の異なる第２のアンテナと、第１および第２のポートが第１および第２のアンテナにそれぞれ接続されていると共に第３および第４のポートが、合成された高周波信号を出力し、第１と第３のポート、第１と第４のポートおよび第２と第３のポートの間に、４分の１波長の電気的な長さの伝送路が接続されていると共に第２と第４のポートの間に、４分の３波長の電気的な長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、第１〜第４の接点がラットレース回路の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続するスイッチ回路と、を備え、第１および第２のポートから第１および第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる長さの伝送路で、第１および第２のポートが接続され、第３および第４のポートから第３および第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる長さの伝送路で、第３および第４のポートが接続されている、ことを特徴とする無線受信装置である。
【０００９】
請求項１の発明では、第１および第２のアンテナが用いられている。そして、第２のアンテナは、電波の４分の１波長だけ、電波の到来方向に対して、第１のアンテナと位置の異なるように配置されている。また、請求項１の発明では、ラットレース回路を形成する伝送路の、次の特性を利用している。伝送路のケーブル長がλ／４である場合に、一端が開放されているときに、他端から伝送路を見たインピーダンスがゼロになる。逆に、一端が短絡されているときに、他端から伝送路を見たインピーダンスが無限大になる。
【００１０】
こうした状態のときに、スイッチ回路により第１の接点が選択されると、第１のポートからラットレース回路を見たインピーダンスはすべて無限大になり、第１のポートには、第１のアンテナだけが接続されている状態となる。これにより、スイッチ回路は、第１のアンテナからの高周波信号を出力する。このとき出力される高周波信号は、第１のアンテナが受信した水平偏波によるものである。同じように、スイッチ回路により第２の接点が選択されると、ラットレース回路の第２のポートには第２のアンテナだけが接続されている状態となる。これにより、スイッチ回路は第２のアンテナからの高周波信号を出力する。このとき出力される高周波信号は、第２のアンテナが受信した垂直偏波によるものである。
【００１１】
スイッチ回路により第３の接点が選択されると、ラットレース回路の特性により、第１および第２つアンテナからの高周波信号が同相のときに、合成された高周波信号を第３のポートが出力する。このとき出力される高周波信号は、右旋円偏波および左旋円偏波の中の一つによるものである。同じように、スイッチ回路により第４の接点が選択されると、２つのアンテナからの高周波信号が逆相のときに、合成された高周波信号を第４のポートが出力する。このとき出力される高周波信号は、右旋円偏波および左旋円偏波の中の、残りの円偏波によるものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の無線受信装置において、スイッチ回路の第１〜第４の接点が開放され、ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の無線受信装置において、スイッチ回路の第１〜第４の接点が短絡され、ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置において、第１のアンテナと第２のアンテナとは、棒状のアンテナ素子が配列されて形成され、アンテナ素子の配列面が互いに直交するように配置されている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置において、ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とが同軸構造の給電線で形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、スイッチ回路により第１または第２の接点が選択されると、スイッチ回路は第１または第２のアンテナからの高周波信号を出力する。しかも、第１のアンテナは水平偏波を受信し、第２のアンテナは垂直偏波を受信するので、通常用いられる電波を受信することを可能にする。スイッチ回路により第３の接点が選択されると、第１および第２のアンテナからの高周波信号が同相のときに、第３のポートが高周波信号を出力する。これにより、一方の円偏波による同相の高周波信号を合成した信号が出力される。また、スイッチ回路により第４の接点が選択されると、第１および第２のアンテナからの高周波信号が逆相のときに、第４のポートが高周波信号を出力する。これにより、残りの円偏波による逆相の高周波信号を合成した信号が出力される。この結果、通常利用される平面波と、スポラディックＥ層などで発生する円偏波とを受信することを可能にする。つまり、請求項１の発明により、混信の原因であった円偏波も積極的に受信することを可能にし、逆に、混信を引き起こしている円偏波を積極的に排除することを可能とする。
【００１７】
請求項２および請求項３の発明によれば、２種類の伝送路を用いて、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続するので、ラットレース回路とスイッチ回路との接続構造を簡単にすることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、第１のアンテナと第２のアンテナとは、棒状のアンテナ素子が配列されて形成されているので、例えば八木・宇田アンテナのような、一般的なアンテナを第１および第２のアンテナとして利用可能である。かつ、第１のアンテナの配列面と第２のアンテナの配列面を直交するように配置するので、第１のアンテナと第２のアンテナとの設置も容易である。
【００１９】
請求項５の発明によれば、ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とを同軸構造の給電線で形成するので、簡単に、かつ、安価にラットレース回路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する接続構造とを作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
この実施の形態では、営業所が巡回用の自動車と交信するために、山などの高所に設置された基地局を利用する場合を例として説明する。かつ、交信される信号が音声である場合を例としている。この実施の形態による無線受信装置を図１に示す。図１の無線受信装置は、図２に示すように、営業所に設置されている無線通信装置１に用いられている。営業所では、例えば担当者が自動車２の巡回者と無線で交信する。このとき、営業所が自動車２との広範囲な通信を確保するために、基地局３が高い建物や山地Ｍなどに設置される。営業所の無線通信装置１と自動車２とは、基地局３を介在して通信を行う。通常、営業所の無線通信装置１と基地局３とは有線で接続されるが、基地局１に対してケーブルの敷設が困難なときには、６０ＭＨｚ帯の電波の水平偏波や垂直偏波を利用した固定回線で、営業所と基地局とが結ばれている。なお、自動車２と基地局３とはデジタル通信で信号を送受信するので、ノイズ電波による影響を受け難い。
【００２２】
ところで、季節的な要因でスポラディックＥ層２００と呼ばれる電離層が出現する場合がある。この場合には、例えば基地局３が出力した電波Ｗ１が、営業所の無線通信装置１に直接到来すると共に、通常は受信することのない遠方からの電波Ｗ２がスポラディックＥ層２００で反射し、円偏波Ｗ３あるいは楕円偏波となって営業所の無線通信装置１に到来することがある。この場合、従来では混信の原因となっていた。
【００２３】
こうした電波を受信する無線通信装置１の無線受信装置は、先の図１に示すように、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０と、受信部３０とを備えている。
【００２４】
第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０は、アンテナ素子１１〜１５、２１〜２５を５個配列した八木・宇田アンテナであるが、素子数などが異なるアンテナが利用可能である。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０は、基地局３から電波を受信すると、高周波信号を受信部３０に送る。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、互いに距離Ｓ１だけ離れてポール１００に固定され、かつ、第２のアンテナ２０が地表面側に、第１のアンテナ１０が第２のアンテナ２０より上側に配列されている。
【００２５】
また、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、アンテナ素子１１〜１５の配列面とアンテナ素子２１〜２５の配列面とが直交するように、ポール１００に設置されている。この実施の形態では、アンテナ素子１１〜１５の配列面が地表面に対して平行になるように、第１のアンテナ１０が設置され、アンテナ素子２１〜２５の配列面が地表面に対して直交するように、第２のアンテナ２０が設置されている。さらに、第１のアンテナ１０の先端と第２のアンテナ２０の先端との間隔Ｓ２がλ／４となるように、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とがポール１００に設置されている。なお、λは、営業所と基地局との間の固定回線で使用される固定回線の搬送波の波長である。この実施の形態では、第１のアンテナ１０の先端に比べて、第２のアンテナ２０の先端がλ／４だけ前方に、つまり、電波の到来方向に突き出している。
【００２６】
このように、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とを配置することにより、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０が水平偏波および垂直偏波と、円偏波とを受信する。つまり、電波の電界が地表面に対して水平な水平偏波は、アンテナ素子１１〜１５の配列面が地表面に対して平行である第１のアンテナ１０で受信される。電波の電界が地表面に対して垂直な垂直偏波は、アンテナ素子２１〜２５の配列面が地表面に対して直交する第２のアンテナ２０で受信される。また、電波の電界が右回りに回転する右旋円偏波と、電波の電界が左回りに回転する左旋円偏波とは、互いの先端の間隔Ｓ２がλ／４だけ離れて設置されている第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で受信される。図３に示すように、円偏波Ｅは、λ／４の位相差つまり９０度の位相差を持つ水平偏波Ｅ１と垂直偏波Ｅ２の合成によって生成されるので、互いの先端の間隔Ｓ２がλ／４だけ離れて設置されている第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０での受信が可能になる。図３では、電界の強さＥｈが水平偏波Ｅ１のプラス方向を表し、電界の強さＥｖが垂直偏波Ｅ２のプラス方向を表している。
【００２７】
この実施の形態では、電波の到来方向に向かって、第１のアンテナ１０に比べて第２のアンテナ２０が前方の位置にある。この状態のときに、図４に示すように、第１のアンテナ１０がポイントＡ１（小丸印）で右旋円偏波を受信する。このときには、右旋円偏波の成分である水平偏波Ｅ１のレベル変化が、プラスからマイナスに切り替わるところである。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０との位置の差がλ／４であり、水平偏波Ｅ１と垂直偏波Ｅ２との位相差もλ／４であるので、第１のアンテナ１０がポイントＡ１（小丸印）で右旋円偏波を受信するときには、第２のアンテナ２０がポイントＡ２（小丸印）で右旋円偏波を受信する。このときには、右旋円偏波の成分である垂直偏波Ｅ２のレベル変化が、プラスからマイナスに切り替わるところである。つまり、この実施の形態による第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で右旋円偏波を受信すると、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは同相の高周波信号を出力する。
【００２８】
また、到来波が左旋円偏波の場合には次のようになる。図５に示すように、第１のアンテナ１０がポイントＡ３（小丸印）で左旋円偏波を受信する。このときには、左旋円偏波の成分である水平偏波Ｅ１のレベル変化が、マイナスからプラスに切り替わるところである。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０との差がλ／４であり、水平偏波Ｅ１と垂直偏波Ｅ２との位相差もλ／４であるので、第１のアンテナ１０がポイントＡ３（小丸印）で左旋円偏波を受信するときには、第２のアンテナ２０がポイントＡ４（小丸印）で左旋円偏波を受信する。このときには、左旋円偏波の成分である垂直偏波Ｅ２のレベル変化が、プラスからマイナスに切り替わるところである。つまり、この実施の形態による第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で左旋円偏波を受信すると、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは逆相の高周波信号を出力する。
【００２９】
こうした第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、同軸構造の給電線でラットレース回路３１に接続されている。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０を接続する同軸構造の給電線は同じ長さであれば任意である。
【００３０】
受信部３０は、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０から高周波信号を受け取ると、高周波信号から音声信号を再生して出力する。受信部３０は、図６に示すように、ラットレース回路３１、接続部３２、選択スイッチ回路３３および受信機３４を備えている。
【００３１】
受信部３０のラットレース回路３１は、同軸構造の給電線などの伝送路を用いて形成された回路である。この実施の形態では、図７に示すラットレース回路３１を用いる。このラットレース回路３１は、４つのポートＰ１〜Ｐ４を持っている。ポートＰ１、Ｐ２は入力端子であり、ポートＰ３、Ｐ４は出力端子である。ポートＰ１は、第１のアンテナ１０と、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１とに接続され、ポートＰ２は、第２のアンテナ２０と、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２とに接続されている。また、ポートＰ３は、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３に接続され、ポートＰ４は、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４に接続されている。なお、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４については、後述する。
【００３２】
ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ３との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ａが接続され、ポートＰ１とポートＰ４との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ｂが接続されている。また、ポートＰ２とポートＰ３との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ｃが接続され、ポートＰ２とポートＰ４との間に３λ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ｄが接続されている。各同軸構造の給電線３１Ａ〜３１Ｄは、高周波信号が流れる伝送路である。
【００３３】
ラットレース回路３１は次のように動作する。図７で時計回りを矢印Ａの方向とし、反時計回りを矢印Ｂの方向とすると、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）、３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）
の両経路を経てポートＰ３に到達する。このとき、時計回りの信号はλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ１に入力された高周波信号により、ポートＰ３からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３４】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
時計回り…３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）
の両経路を経てポートＰ３に到達する。このとき、時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号はλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ２に入力された高周波信号により、ポートＰ３からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３５】
したがって、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。
【００３６】
一方、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）、３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）
の両経路を経てポートＰ４に到達する。このとき、時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号はλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ１に入力された高周波信号により、ポートＰ４からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３７】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
時計回り…３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）
の両経路を経てポートＰ４に到達する。このとき、時計回りの信号は３λ／４だけ遅延し、反時計回りの信号は３λ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ２に入力された高周波信号により、ポートＰ４からは３λ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３８】
したがって、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。
【００３９】
こうした動作をするラットレース回路３１は、２つの特性を持つ。まず、最初の特性について説明する。この特性は、ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ２とに同相の高周波信号を入力すると、ポートＰ３から合成された高周波信号を出力し、ポートＰ４から高周波信号を出力しない、というものである。つまり、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが加え合わされる。これにより、ポートＰ３からは、加え合わされて合成された高周波信号が出力される。こうした特性を同相出力特性とする。
【００４０】
さらに、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。これにより、２つの高周波信号が互いに打ち消し合う。つまり、同相出力特性では、ポートＰ４から高周波信号が出力されない。
【００４１】
次に、ラットレース回路３１の二番目の特性について説明する。この特性は、ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ２とに逆相の高周波信号を入力すると、ポートＰ４から合成された高周波信号を出力し、ポートＰ３から高周波信号を出力しない、というものである。つまり、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。このとき、ポートＰ１に加えられる高周波信号は、ポートＰ２に加えられる高周波信号と位相が１８０度異なるので、λ／２だけ位相が異なることになる。この結果、ポートＰ４からは、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ１に加えられる高周波信号に比べて、３λ／４だけ遅延し、かつ、λ／２だけ位相の異なる高周波信号とが加え合わされる。これにより、ポートＰ４からは、加え合わされた高周波信号が出力される。こうした特性を逆相出力特性とする。
【００４２】
さらに、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。この結果、ポートＰ３からは、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ１に加えられる高周波信号に比べて、λ／４だけ遅延し、かつ、λ／２だけ位相の異なる高周波信号とが合成される。これにより、ポートＰ３では、逆相の高周波信号が打ち消し合う。つまり、逆相出力特性では、ポートＰ３からは、高周波信号が出力されない。
【００４３】
受信部３０の選択スイッチ回路３３は、ラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４のいずれかを、接続部３２を経て次段の受信機３４に接続する。選択スイッチ回路３３は、無線受信装置を使用する担当者によって可動される接点３３Ａと、固定され、かつ、開放されている接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４を備えている。接点３３Ａは受信機３４に接続され、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４はラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４に、接続部３２を介在してそれぞれ接続されている。つまり、選択スイッチ回路３３は、受信機３４を接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の中の一つに順に接続する。このとき、接点３３Ａに接続されていない接点、つまり、受信機３４に接続されていない接点は開放状態になる。
【００４４】
こうした選択スイッチ回路３３は、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４に対応して、例えば４接点を持つロータリスイッチにより構成される。そして、ロータリスイッチの４接点にラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４が接続され、ロータリスイッチの回転軸が操作される。この他にも、選択スイッチ回路３３として、リレーを組み合わせた回路など、各種のものがある。
【００４５】
受信部３０の接続部３２は、ラットレース回路３１と選択スイッチ回路３３との間に設けられている。接続部３２は、接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄによって形成されている。接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂは、ケーブル長がλ／２であり、ラットレース回路３１のポートＰ１、Ｐ２を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１、３３Ｂ２にそれぞれ接続する。接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄは、ケーブル長がλ／４であり、ラットレース回路３１のポートＰ３、Ｐ４を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３、３３Ｂ４にそれぞれ接続する。
【００４６】
こうした選択スイッチ回路３３に使用されている同軸構造の給電線には、次の特性がある。同軸構造の給電線のケーブル長が電気的にλ／４である場合に、一端が開放されているときに、他端から同軸構造の給電線を見たインピーダンスがゼロになる。逆に、一端が短絡されているときに、他端から同軸構造の給電線を見たインピーダンスが無限大になる。なお、ラットレース回路３１の同軸構造の給電線３１Ａ〜３１Ｄも同様である。
【００４７】
ケーブル長が電気的にλ／４である同軸構造の給電線はこうした特性を持つので、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１が開放されているとき、λ／２の電気的なケーブル長を持つ接続ケーブル３２Ａについては、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大になる。接続ケーブル３２Ｂも同様であり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２が開放されているとき、接続ケーブル３２Ｂについては、ポートＰ２から見たインピーダンスは無限大になる。なお、接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂのケーブル長は、電気的にλ／２に限定されず、ポートＰ１、Ｐ２から見たインピーダンスが無限大になるような長さであればよい。
【００４８】
一方、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３が開放されているとき、電気的にλ／４のケーブル長を持つ接続ケーブル３２Ｃについては、ポートＰ３から見たインピーダンスはゼロになる。接続ケーブル３２Ｄも同様であり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４が開放されているとき、接続ケーブル３２Ｄについては、ポートＰ４から見たインピーダンスはゼロになる。なお、接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄのケーブル長は、電気的にλ／４に限定されず、ポートＰ３、Ｐ４から見たインピーダンスがゼロになるような長さであればよい。
【００４９】
受信機３４は、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａから高周波信号を受け取ると、この高周波信号から、音声を再生する。そして、受信機３４は、音声の再生信号を次段の回路、例えば増幅回路などに出力する。
【００５０】
次に、この実施の形態による無線受信装置の動作について説明する。営業所の担当者が無線通信装置１を用いて自動車２の巡回者と交信する場合、基地局３を中継して到来する、自動車２からの電波を、営業所の無線通信装置１に設けられている無線受信装置が受信する。
【００５１】
営業所の担当者は、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、例えば接点３３Ａを接点３３Ｂ１に接続する。これにより、第１のアンテナ１０からの高周波信号は、接続ケーブル３２Ａ、接点３３Ｂ１、接点３３Ａを経て、受信機３４に入力される。
【００５２】
選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ１に接続すると、図８に示すように、接点３３Ｂ２〜３３Ｂ４が開放になる。接点３３Ｂ２が開放になると、ケーブル長が電気的にλ／２の同軸構造の給電線の特性により、ポートＰ２から見た、ケーブル長が電気的にλ／２の接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスは無限大になる。なお、図８では、インピーダンスを見る方向を太い矢印で表し、インピーダンスをＩｍｐで表している。ポートＰ２から見た接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスが無限大つまり開放になるので、ポートＰ３から見た、ケーブル長が電気的にλ／４の同軸構造の給電線３１Ｃのインピーダンスがゼロになる。ポートＰ３から見た同軸構造の給電線３１Ｃのインピーダンスがゼロつまり短絡になるので、ポートＰ１から見た、ケーブル長が電気的にλ／４の同軸構造の給電線３１Ａのインピーダンスが無限大になる。
【００５３】
同じようにして、接点３３Ｂ２が開放になると、ポートＰ２から見た接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスが無限大になるので、ポートＰ４から見た、ケーブル長が電気的に３λ／４の同軸構造の給電線３１Ｄのインピーダンスがゼロになる。ポートＰ４から見た同軸構造の給電線３１Ｄのインピーダンスがゼロつまり短絡になるので、ポートＰ１から見た、ケーブル長が電気的にλ／４の同軸構造の給電線３１Ａのインピーダンスが無限大になる。
【００５４】
このように、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大つまり開放になるので、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になる。同じようにして、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になる。つまり、ポートＰ１には、第１のアンテナ１０と接続ケーブル３２Ａだけが接続されている状態になる。したがって、受信機３４には、第１のアンテナ１０からの高周波信号だけが入力されることになる。この状態は、第１のアンテナ１０による水平偏波を受信するためのものである。
【００５５】
営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａを接点３３Ｂ２に接続すると、接点３３Ｂ１に接点３３Ａを接続した場合と同じように、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になる。また、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になる。つまり、ポートＰ２には、第２のアンテナ２０と接続ケーブル３２Ｂだけが接続されている状態になる。したがって、受信機３４には、第２のアンテナ２０からの高周波信号だけが入力されることになる。この状態は、第２のアンテナ２０による垂直偏波を受信するためのものである。
【００５６】
営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａを接点３３Ｂ３に接続すると、ポートＰ３から見たインピーダンスがゼロになる。つまり、ポートＰ３には、接点３３Ｂ１、接点３３Ｂ２、接点３３Ｂ４からポートＰ３に至る経路がすべて接続されている状態になる。この状態においては、ラットレース回路３１の同相出力特性により、第１のアンテナ１０からの高周波信号と第２のアンテナ２０からの高周波信号が同相のときに、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３に対して、ラットレース回路３１のポートＰ３が高周波信号を送る。選択スイッチ回路３３は、この高周波信号を受信機３４に出力する。つまり、選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ３に接続すると、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で受信された右旋円偏波による高周波信号を合成した信号が、受信機３４に出力される。この状態は、右旋円偏波を受信するためのものである。
【００５７】
営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａを接点３３Ｂ４に接続すると、ポートＰ４から見たインピーダンスがゼロになる。つまり、ポートＰ４には、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ３からポートＰ４に至る経路がすべて接続されている状態になる。この状態においては、ラットレース回路３１の逆相出力特性により、第１のアンテナ１０からの高周波信号と第２のアンテナ２０からの高周波信号が逆相のときに、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４に対して、ラットレース回路３１のポートＰ４が高周波信号を送る。選択スイッチ回路３３は、この高周波信号を受信機３４に出力する。つまり、選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ４に接続すると、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で受信された左旋円偏波による高周波信号を合成した信号が、受信機３４に出力される。この状態は、左旋円偏波を受信するためのものである。
【００５８】
このように、営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作すると、選択スイッチ回路３３は４つの高周波信号を受信機３４に順次に送る。受信機３４は、高周波信号から音声を再生し、再生信号を次段の増幅器などに出力する。このように、営業所の担当者は、最適な状態の再生信号、つまり、聞き易い音声が得られるように、選択スイッチ回路３３を操作すればよい。
【００５９】
こうして、この実施の形態によれば、
ａ．通常の水平偏波を受信する
ｂ．通常の垂直偏波を受信する
ｃ．スポラディックＥ層による左旋円偏波の不要信号を排除する
ｄ．スポラディックＥ層による右旋円偏波の不要信号を排除する
という、４通りの受信方式で受信を行い、この中から最適な再生信号を選択して得ることができる。特に、遠方から到来する電波がスポラディックＥ層の影響により、右旋円偏波または右旋楕円偏波や左旋円偏波または左旋楕円偏波になった場合に、従来は混信の原因となるだけであった。しかし、この実施の形態では、右旋円偏波および左旋円偏波を積極的に排除することができる。
【００６０】
また、水平偏波と垂直偏波とを受信する装置であれば、この実施の形態を適用することができるので、広範囲な受信装置に対してこの実施の形態による技術を適用することが可能である。さらに、この実施の形態による無線受信装置を、基地局３に用いてもよい。この場合には、営業所からの指示信号で、基地局３に設置されている無線受信装置の選択スイッチ回路３３が切り替わるようにすればよい。
【００６１】
（実施の形態２）
実施の形態１では、接続ケーブル３２Ａおよび接続ケーブル３２Ｂの電気的な長さがλ／２であったが、この実施の形態では、接続ケーブル３２Ａおよび接続ケーブル３２Ｂの長さをゼロにしている。つまり、ラットレース回路３１のポートＰ１を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１に直接接続し、ポートＰ２を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２に直接接続する。
【００６２】
この実施の形態により、接続ケーブル３２Ａと接続ケーブル３２Ｂを省くことができ、接続部３２の構成を簡単にすることができる。
【００６３】
（実施の形態３）
実施の形態１では、営業所の無線受信装置が６０ＭＨｚ帯の電波を用いた固定回線を利用した場合を例としたが、この実施の形態では、この周波数帯より、さらに高い周波数で通信を行う。この場合には、無線受信装置のラットレース回路３１や接続部３２で使用されている同軸構造の給電線の代わりに、ラットレース回路３１や接続部３２を基板に形成する。つまり、波長λがさらに短くなるので、長さがλ／４、λ／２、３λ／４のパターンを伝送路として基板に形成することにより、ラットレース回路３１や接続部３２が形成される。
【００６４】
これにより、６０ＭＨｚ帯よりさらに高い周波数で通信を行う無線受信装置に対してラットレース回路３１や接続部３２を設置するために、これらを形成した基板（ストリップライン型伝送路）を取り付ければよいので、無線受信装置を大幅に変更することを不要にし、かつ、さらに低いコストで、無線受信装置を作りだすことができる。
【００６５】
（実施の形態４）
先に述べた各実施の形態は、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の中の一つに、受信機３４を順に接続する。このとき、接点３３Ａに接続されていない接点、つまり、受信機３４に接続されていない接点は開放されている。これに対して、この実施の形態では、受信機３４に接続されていない接点を短絡つまり接地する。
【００６６】
通常、ラットレース回路３１の同軸構造の給電線３１Ａ〜３１Ｄと、接続部３２の接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄとして用いられている同軸構造の給電線とは、シールドが接地されて用いられる。したがって、受信機３４に接続されていない接点を接地すると、この接点は短絡されることになる。
【００６７】
こうした接続をする選択スイッチ回路３３は、例えば図９に示すように、４回路４接点を持つロータリスイッチ３３１０を用いて形成される。つまり、ロータリスイッチ３３１０の各回路３３１１〜３３１４を、ラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４を受信機３４に接続または接地するために、それぞれ使用する。
【００６８】
この場合、接続部３２の接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄの長さを、実施の形態１とは逆にする。接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂは、ケーブル長が電気的にλ／４であり、接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄは、ケーブル長が電気的にλ／２である。こうすることにより、例えば、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１が短絡されているとき、電気的にλ／４のケーブル長を持つ接続ケーブル３２Ａでは、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大になる。接続ケーブル３２Ｂも同様である。
【００６９】
この実施の形態により、受信機３４に接続されていない接点が短絡されるので、外部からノイズなどが混入する可能性などを低減することができる。
【００７０】
以上、この発明の各実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は各実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、各実施の形態による無線通信システムが電力会社で用いられる場合を例としたが、本発明は、メガヘルツ帯やギガヘルツ帯の電波を用いた無線通信を利用する各分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１による無線受信装置を示す構成図である。
【図２】電波が伝わる様子を説明する図である。
【図３】円偏波の合成の様子を説明する図である。
【図４】右旋円偏波の受信の様子を説明する図である。
【図５】左旋円偏波の受信の様子を説明する図である。
【図６】受信部の構成を示す構成図である。
【図７】ラットレース回路を説明する図である。
【図８】インピーダンスの関係を示す図である。
【図９】実施の形態４の選択スイッチ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 無線通信装置
１０ 第１のアンテナ
２０ 第２のアンテナ
３０ 受信部
３１ ラットレース回路
３２ 接続部
３３ 選択スイッチ回路（スイッチ回路）
３４ 受信機
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電波を用いて無線通信を行う無線受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メガヘルツ帯の電波を用いた無線通信は、各種の分野で用いられている。例えば電力会社では、一般の需要家に対する配電設備の状態を巡視し、また不調となった配電設備の修理を迅速に行って、需要家に対して電気を安定して供給する。このために、営業所は営業区域内を巡回するための自動車を所持し、営業所と自動車との間で連絡や指令などのために、電波による通信が行われている。営業所は移動する自動車と通信するので、広範囲での通信を確保するために、基地局が高い建物や山などに設置されている。営業所と自動車とは、基地局を介在して通信を行う。このために、営業所と基地局との間は、通常、有線で接続されるが、基地局が山の中などにある場合、ケーブルの敷設が困難なときに、６０ＭＨｚ帯の電波である水平偏波や垂直偏波を用いた固定回線で、営業所と基地局とが結ばれている。
【０００３】
ところで、６０ＭＨｚの電波は、通常は電離層を突き抜けるので、電離層による反射波が固定回線に影響を与えることはない。しかし、季節的な要因でスポラディックＥ層と呼ばれる電離度の高い電離層が出現する場合がある。スポラディックＥ層が発生すると、６０ＭＨｚ帯の水平偏波や垂直偏波がスポラディックＥ層で反射する。スポラディックＥ層で反射した水平偏波や垂直偏波には円偏波成分が出現する。さらに、通常は受信することのない遠方の同一の周波数を利用する電波が異常伝搬して営業所などで受信される場合がある。この場合には、混信が発生し、電波で送られる信号が音声である場合には、音声を聞き取ることが困難になるときがある。
【０００４】
こうした事態に対応するために、円偏波と水平偏波および垂直偏波とによる送受信を共用化する装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平８−２３７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、先に述べた装置には各種の回路が必要である。円偏波と水平偏波および垂直偏波とによる送受信を共用化するために、偏波合成回路が装置に付加され、この回路はハイブリッド合成器と移相器とで構成されている。この装置によれば、水平偏波および垂直偏波とを受信したときには、偏波合成回路がこれらの偏波を円偏波に一度変換している。つまり、円偏波の送受信をする装置に対して、偏波合成回路を付加することによって、共用化が行われている。この結果、従来の装置は円偏波の送受信をする装置をベースにしているので、共有化できる装置が限られてしまう。
【０００６】
また、アンテナの大型化により指向性を向上させ、スポラディックＥ層からの反射波を軽減させることも可能である。しかし、この場合には、アンテナを大型にするので、台風や積雪などの自然条件に対して不利となる。
【０００７】
この発明の目的は、前記の課題を解決し、水平偏波および垂直偏波の選択的な受信と、円偏波による不要信号の排除を可能にし、かつ、広範囲での適用を可能にする無線受信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、水平偏波の電波を受信して高周波信号を出力する第１のアンテナと、垂直偏波の電波を受信して高周波信号を出力すると共に、電波の４分の１波長だけ電波の到来方向に対して第１のアンテナと位置の異なる第２のアンテナと、第１および第２のポートが第１および第２のアンテナにそれぞれ接続されていると共に第３および第４のポートが、合成された高周波信号を出力し、第１と第３のポート、第１と第４のポートおよび第２と第３のポートの間に、４分の１波長の電気的な長さの伝送路が接続されていると共に第２と第４のポートの間に、４分の３波長の電気的な長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、第１〜第４の接点がラットレース回路の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続するスイッチ回路と、を備え、第１および第２のポートから第１および第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる長さの伝送路で、第１および第２のポートが接続され、第３および第４のポートから第３および第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる長さの伝送路で、第３および第４のポートが接続されている、ことを特徴とする無線受信装置である。
【０００９】
請求項１の発明では、第１および第２のアンテナが用いられている。そして、第２のアンテナは、電波の４分の１波長だけ、電波の到来方向に対して、第１のアンテナと位置の異なるように配置されている。また、請求項１の発明では、ラットレース回路を形成する伝送路の、次の特性を利用している。伝送路のケーブル長がλ／４である場合に、一端が開放されているときに、他端から伝送路を見たインピーダンスがゼロになる。逆に、一端が短絡されているときに、他端から伝送路を見たインピーダンスが無限大になる。
【００１０】
こうした状態のときに、スイッチ回路により第１の接点が選択されると、第１のポートからラットレース回路を見たインピーダンスはすべて無限大になり、第１のポートには、第１のアンテナだけが接続されている状態となる。これにより、スイッチ回路は、第１のアンテナからの高周波信号を出力する。このとき出力される高周波信号は、第１のアンテナが受信した水平偏波によるものである。同じように、スイッチ回路により第２の接点が選択されると、ラットレース回路の第２のポートには第２のアンテナだけが接続されている状態となる。これにより、スイッチ回路は第２のアンテナからの高周波信号を出力する。このとき出力される高周波信号は、第２のアンテナが受信した垂直偏波によるものである。
【００１１】
スイッチ回路により第３の接点が選択されると、ラットレース回路の特性により、第１および第２つアンテナからの高周波信号が同相のときに、合成された高周波信号を第３のポートが出力する。このとき出力される高周波信号は、右旋円偏波および左旋円偏波の中の一つによるものである。同じように、スイッチ回路により第４の接点が選択されると、２つのアンテナからの高周波信号が逆相のときに、合成された高周波信号を第４のポートが出力する。このとき出力される高周波信号は、右旋円偏波および左旋円偏波の中の、残りの円偏波によるものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の無線受信装置において、スイッチ回路の第１〜第４の接点が開放され、ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の無線受信装置において、スイッチ回路の第１〜第４の接点が短絡され、ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置において、第１のアンテナと第２のアンテナとは、棒状のアンテナ素子が配列されて形成され、アンテナ素子の配列面が互いに直交するように配置されている、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置において、ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とが同軸構造の給電線で形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、スイッチ回路により第１または第２の接点が選択されると、スイッチ回路は第１または第２のアンテナからの高周波信号を出力する。しかも、第１のアンテナは水平偏波を受信し、第２のアンテナは垂直偏波を受信するので、通常用いられる電波を受信することを可能にする。スイッチ回路により第３の接点が選択されると、第１および第２のアンテナからの高周波信号が同相のときに、第３のポートが高周波信号を出力する。これにより、一方の円偏波による同相の高周波信号を合成した信号が出力される。また、スイッチ回路により第４の接点が選択されると、第１および第２のアンテナからの高周波信号が逆相のときに、第４のポートが高周波信号を出力する。これにより、残りの円偏波による逆相の高周波信号を合成した信号が出力される。この結果、通常利用される平面波と、スポラディックＥ層などで発生する円偏波とを受信することを可能にする。つまり、請求項１の発明により、混信の原因であった円偏波も積極的に受信することを可能にし、逆に、混信を引き起こしている円偏波を積極的に排除することを可能とする。
【００１７】
請求項２および請求項３の発明によれば、２種類の伝送路を用いて、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続するので、ラットレース回路とスイッチ回路との接続構造を簡単にすることができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、第１のアンテナと第２のアンテナとは、棒状のアンテナ素子が配列されて形成されているので、例えば八木・宇田アンテナのような、一般的なアンテナを第１および第２のアンテナとして利用可能である。かつ、第１のアンテナの配列面と第２のアンテナの配列面を直交するように配置するので、第１のアンテナと第２のアンテナとの設置も容易である。
【００１９】
請求項５の発明によれば、ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とを同軸構造の給電線で形成するので、簡単に、かつ、安価にラットレース回路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する接続構造とを作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
この実施の形態では、営業所が巡回用の自動車と交信するために、山などの高所に設置された基地局を利用する場合を例として説明する。かつ、交信される信号が音声である場合を例としている。この実施の形態による無線受信装置を図１に示す。図１の無線受信装置は、図２に示すように、営業所に設置されている無線通信装置１に用いられている。営業所では、例えば担当者が自動車２の巡回者と無線で交信する。このとき、営業所が自動車２との広範囲な通信を確保するために、基地局３が高い建物や山地Ｍなどに設置される。営業所の無線通信装置１と自動車２とは、基地局３を介在して通信を行う。通常、営業所の無線通信装置１と基地局３とは有線で接続されるが、基地局１に対してケーブルの敷設が困難なときには、６０ＭＨｚ帯の電波の水平偏波や垂直偏波を利用した固定回線で、営業所と基地局とが結ばれている。なお、自動車２と基地局３とはデジタル通信で信号を送受信するので、ノイズ電波による影響を受け難い。
【００２２】
ところで、季節的な要因でスポラディックＥ層２００と呼ばれる電離層が出現する場合がある。この場合には、例えば基地局３が出力した電波Ｗ１が、営業所の無線通信装置１に直接到来すると共に、通常は受信することのない遠方からの電波Ｗ２がスポラディックＥ層２００で反射し、円偏波Ｗ３あるいは楕円偏波となって営業所の無線通信装置１に到来することがある。この場合、従来では混信の原因となっていた。
【００２３】
こうした電波を受信する無線通信装置１の無線受信装置は、先の図１に示すように、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０と、受信部３０とを備えている。
【００２４】
第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０は、アンテナ素子１１〜１５、２１〜２５を５個配列した八木・宇田アンテナであるが、素子数などが異なるアンテナが利用可能である。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０は、基地局３から電波を受信すると、高周波信号を受信部３０に送る。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、互いに距離Ｓ１だけ離れてポール１００に固定され、かつ、第２のアンテナ２０が地表面側に、第１のアンテナ１０が第２のアンテナ２０より上側に配列されている。
【００２５】
また、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、アンテナ素子１１〜１５の配列面とアンテナ素子２１〜２５の配列面とが直交するように、ポール１００に設置されている。この実施の形態では、アンテナ素子１１〜１５の配列面が地表面に対して平行になるように、第１のアンテナ１０が設置され、アンテナ素子２１〜２５の配列面が地表面に対して直交するように、第２のアンテナ２０が設置されている。さらに、第１のアンテナ１０の先端と第２のアンテナ２０の先端との間隔Ｓ２がλ／４となるように、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とがポール１００に設置されている。なお、λは、営業所と基地局との間の固定回線で使用される固定回線の搬送波の波長である。この実施の形態では、第１のアンテナ１０の先端に比べて、第２のアンテナ２０の先端がλ／４だけ前方に、つまり、電波の到来方向に突き出している。
【００２６】
このように、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とを配置することにより、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０が水平偏波および垂直偏波と、円偏波とを受信する。つまり、電波の電界が地表面に対して水平な水平偏波は、アンテナ素子１１〜１５の配列面が地表面に対して平行である第１のアンテナ１０で受信される。電波の電界が地表面に対して垂直な垂直偏波は、アンテナ素子２１〜２５の配列面が地表面に対して直交する第２のアンテナ２０で受信される。また、電波の電界が右回りに回転する右旋円偏波と、電波の電界が左回りに回転する左旋円偏波とは、互いの先端の間隔Ｓ２がλ／４だけ離れて設置されている第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で受信される。図３に示すように、円偏波Ｅは、λ／４の位相差つまり９０度の位相差を持つ水平偏波Ｅ１と垂直偏波Ｅ２の合成によって生成されるので、互いの先端の間隔Ｓ２がλ／４だけ離れて設置されている第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０での受信が可能になる。図３では、電界の強さＥｈが水平偏波Ｅ１のプラス方向を表し、電界の強さＥｖが垂直偏波Ｅ２のプラス方向を表している。
【００２７】
この実施の形態では、電波の到来方向に向かって、第１のアンテナ１０に比べて第２のアンテナ２０が前方の位置にある。この状態のときに、図４に示すように、第１のアンテナ１０がポイントＡ１（小丸印）で右旋円偏波を受信する。このときには、右旋円偏波の成分である水平偏波Ｅ１のレベル変化が、プラスからマイナスに切り替わるところである。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０との位置の差がλ／４であり、水平偏波Ｅ１と垂直偏波Ｅ２との位相差もλ／４であるので、第１のアンテナ１０がポイントＡ１（小丸印）で右旋円偏波を受信するときには、第２のアンテナ２０がポイントＡ２（小丸印）で右旋円偏波を受信する。このときには、右旋円偏波の成分である垂直偏波Ｅ２のレベル変化が、プラスからマイナスに切り替わるところである。つまり、この実施の形態による第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で右旋円偏波を受信すると、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは同相の高周波信号を出力する。
【００２８】
また、到来波が左旋円偏波の場合には次のようになる。図５に示すように、第１のアンテナ１０がポイントＡ３（小丸印）で左旋円偏波を受信する。このときには、左旋円偏波の成分である水平偏波Ｅ１のレベル変化が、マイナスからプラスに切り替わるところである。第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０との差がλ／４であり、水平偏波Ｅ１と垂直偏波Ｅ２との位相差もλ／４であるので、第１のアンテナ１０がポイントＡ３（小丸印）で左旋円偏波を受信するときには、第２のアンテナ２０がポイントＡ４（小丸印）で左旋円偏波を受信する。このときには、左旋円偏波の成分である垂直偏波Ｅ２のレベル変化が、プラスからマイナスに切り替わるところである。つまり、この実施の形態による第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で左旋円偏波を受信すると、第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは逆相の高周波信号を出力する。
【００２９】
こうした第１のアンテナ１０と第２のアンテナ２０とは、同軸構造の給電線でラットレース回路３１に接続されている。第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０を接続する同軸構造の給電線は同じ長さであれば任意である。
【００３０】
受信部３０は、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０から高周波信号を受け取ると、高周波信号から音声信号を再生して出力する。受信部３０は、図６に示すように、ラットレース回路３１、接続部３２、選択スイッチ回路３３および受信機３４を備えている。
【００３１】
受信部３０のラットレース回路３１は、同軸構造の給電線などの伝送路を用いて形成された回路である。この実施の形態では、図７に示すラットレース回路３１を用いる。このラットレース回路３１は、４つのポートＰ１〜Ｐ４を持っている。ポートＰ１、Ｐ２は入力端子であり、ポートＰ３、Ｐ４は出力端子である。ポートＰ１は、第１のアンテナ１０と、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１とに接続され、ポートＰ２は、第２のアンテナ２０と、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２とに接続されている。また、ポートＰ３は、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３に接続され、ポートＰ４は、接続部３２を介在して選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４に接続されている。なお、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４については、後述する。
【００３２】
ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ３との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ａが接続され、ポートＰ１とポートＰ４との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ｂが接続されている。また、ポートＰ２とポートＰ３との間にλ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ｃが接続され、ポートＰ２とポートＰ４との間に３λ／４の電気的な長さの同軸構造の給電線３１Ｄが接続されている。各同軸構造の給電線３１Ａ〜３１Ｄは、高周波信号が流れる伝送路である。
【００３３】
ラットレース回路３１は次のように動作する。図７で時計回りを矢印Ａの方向とし、反時計回りを矢印Ｂの方向とすると、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）、３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）
の両経路を経てポートＰ３に到達する。このとき、時計回りの信号はλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ１に入力された高周波信号により、ポートＰ３からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３４】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
時計回り…３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）
の両経路を経てポートＰ３に到達する。このとき、時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号はλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ２に入力された高周波信号により、ポートＰ３からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３５】
したがって、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。
【００３６】
一方、ポートＰ１に入力された高周波信号は、
時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）、３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）
の両経路を経てポートＰ４に到達する。このとき、時計回りの信号は５λ／４つまりλ／４だけ遅延し、反時計回りの信号はλ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ１に入力された高周波信号により、ポートＰ４からはλ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３７】
また、ポートＰ２に入力された高周波信号は、
時計回り…３λ／４（同軸構造の給電線３１Ｄ）
反時計回り…λ／４（同軸構造の給電線３１Ｃ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ａ）、λ／４（同軸構造の給電線３１Ｂ）
の両経路を経てポートＰ４に到達する。このとき、時計回りの信号は３λ／４だけ遅延し、反時計回りの信号は３λ／４だけ遅延する。この結果、ポートＰ２に入力された高周波信号により、ポートＰ４からは３λ／４だけ遅延した高周波信号が出力される。
【００３８】
したがって、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。
【００３９】
こうした動作をするラットレース回路３１は、２つの特性を持つ。まず、最初の特性について説明する。この特性は、ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ２とに同相の高周波信号を入力すると、ポートＰ３から合成された高周波信号を出力し、ポートＰ４から高周波信号を出力しない、というものである。つまり、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが加え合わされる。これにより、ポートＰ３からは、加え合わされて合成された高周波信号が出力される。こうした特性を同相出力特性とする。
【００４０】
さらに、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。これにより、２つの高周波信号が互いに打ち消し合う。つまり、同相出力特性では、ポートＰ４から高周波信号が出力されない。
【００４１】
次に、ラットレース回路３１の二番目の特性について説明する。この特性は、ラットレース回路３１のポートＰ１とポートＰ２とに逆相の高周波信号を入力すると、ポートＰ４から合成された高周波信号を出力し、ポートＰ３から高周波信号を出力しない、というものである。つまり、ポートＰ４では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、３λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。このとき、ポートＰ１に加えられる高周波信号は、ポートＰ２に加えられる高周波信号と位相が１８０度異なるので、λ／２だけ位相が異なることになる。この結果、ポートＰ４からは、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ１に加えられる高周波信号に比べて、３λ／４だけ遅延し、かつ、λ／２だけ位相の異なる高周波信号とが加え合わされる。これにより、ポートＰ４からは、加え合わされた高周波信号が出力される。こうした特性を逆相出力特性とする。
【００４２】
さらに、ポートＰ３では、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ２に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号とが合成される。この結果、ポートＰ３からは、ポートＰ１に対する入力で生じた、λ／４だけ遅延した高周波信号と、ポートＰ１に加えられる高周波信号に比べて、λ／４だけ遅延し、かつ、λ／２だけ位相の異なる高周波信号とが合成される。これにより、ポートＰ３では、逆相の高周波信号が打ち消し合う。つまり、逆相出力特性では、ポートＰ３からは、高周波信号が出力されない。
【００４３】
受信部３０の選択スイッチ回路３３は、ラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４のいずれかを、接続部３２を経て次段の受信機３４に接続する。選択スイッチ回路３３は、無線受信装置を使用する担当者によって可動される接点３３Ａと、固定され、かつ、開放されている接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４を備えている。接点３３Ａは受信機３４に接続され、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４はラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４に、接続部３２を介在してそれぞれ接続されている。つまり、選択スイッチ回路３３は、受信機３４を接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の中の一つに順に接続する。このとき、接点３３Ａに接続されていない接点、つまり、受信機３４に接続されていない接点は開放状態になる。
【００４４】
こうした選択スイッチ回路３３は、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４に対応して、例えば４接点を持つロータリスイッチにより構成される。そして、ロータリスイッチの４接点にラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４が接続され、ロータリスイッチの回転軸が操作される。この他にも、選択スイッチ回路３３として、リレーを組み合わせた回路など、各種のものがある。
【００４５】
受信部３０の接続部３２は、ラットレース回路３１と選択スイッチ回路３３との間に設けられている。接続部３２は、接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄによって形成されている。接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂは、ケーブル長がλ／２であり、ラットレース回路３１のポートＰ１、Ｐ２を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１、３３Ｂ２にそれぞれ接続する。接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄは、ケーブル長がλ／４であり、ラットレース回路３１のポートＰ３、Ｐ４を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３、３３Ｂ４にそれぞれ接続する。
【００４６】
こうした選択スイッチ回路３３に使用されている同軸構造の給電線には、次の特性がある。同軸構造の給電線のケーブル長が電気的にλ／４である場合に、一端が開放されているときに、他端から同軸構造の給電線を見たインピーダンスがゼロになる。逆に、一端が短絡されているときに、他端から同軸構造の給電線を見たインピーダンスが無限大になる。なお、ラットレース回路３１の同軸構造の給電線３１Ａ〜３１Ｄも同様である。
【００４７】
ケーブル長が電気的にλ／４である同軸構造の給電線はこうした特性を持つので、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１が開放されているとき、λ／２の電気的なケーブル長を持つ接続ケーブル３２Ａについては、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大になる。接続ケーブル３２Ｂも同様であり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２が開放されているとき、接続ケーブル３２Ｂについては、ポートＰ２から見たインピーダンスは無限大になる。なお、接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂのケーブル長は、電気的にλ／２に限定されず、ポートＰ１、Ｐ２から見たインピーダンスが無限大になるような長さであればよい。
【００４８】
一方、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３が開放されているとき、電気的にλ／４のケーブル長を持つ接続ケーブル３２Ｃについては、ポートＰ３から見たインピーダンスはゼロになる。接続ケーブル３２Ｄも同様であり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４が開放されているとき、接続ケーブル３２Ｄについては、ポートＰ４から見たインピーダンスはゼロになる。なお、接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄのケーブル長は、電気的にλ／４に限定されず、ポートＰ３、Ｐ４から見たインピーダンスがゼロになるような長さであればよい。
【００４９】
受信機３４は、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａから高周波信号を受け取ると、この高周波信号から、音声を再生する。そして、受信機３４は、音声の再生信号を次段の回路、例えば増幅回路などに出力する。
【００５０】
次に、この実施の形態による無線受信装置の動作について説明する。営業所の担当者が無線通信装置１を用いて自動車２の巡回者と交信する場合、基地局３を中継して到来する、自動車２からの電波を、営業所の無線通信装置１に設けられている無線受信装置が受信する。
【００５１】
営業所の担当者は、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、例えば接点３３Ａを接点３３Ｂ１に接続する。これにより、第１のアンテナ１０からの高周波信号は、接続ケーブル３２Ａ、接点３３Ｂ１、接点３３Ａを経て、受信機３４に入力される。
【００５２】
選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ１に接続すると、図８に示すように、接点３３Ｂ２〜３３Ｂ４が開放になる。接点３３Ｂ２が開放になると、ケーブル長が電気的にλ／２の同軸構造の給電線の特性により、ポートＰ２から見た、ケーブル長が電気的にλ／２の接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスは無限大になる。なお、図８では、インピーダンスを見る方向を太い矢印で表し、インピーダンスをＩｍｐで表している。ポートＰ２から見た接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスが無限大つまり開放になるので、ポートＰ３から見た、ケーブル長が電気的にλ／４の同軸構造の給電線３１Ｃのインピーダンスがゼロになる。ポートＰ３から見た同軸構造の給電線３１Ｃのインピーダンスがゼロつまり短絡になるので、ポートＰ１から見た、ケーブル長が電気的にλ／４の同軸構造の給電線３１Ａのインピーダンスが無限大になる。
【００５３】
同じようにして、接点３３Ｂ２が開放になると、ポートＰ２から見た接続ケーブル３２Ｂのインピーダンスが無限大になるので、ポートＰ４から見た、ケーブル長が電気的に３λ／４の同軸構造の給電線３１Ｄのインピーダンスがゼロになる。ポートＰ４から見た同軸構造の給電線３１Ｄのインピーダンスがゼロつまり短絡になるので、ポートＰ１から見た、ケーブル長が電気的にλ／４の同軸構造の給電線３１Ａのインピーダンスが無限大になる。
【００５４】
このように、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大つまり開放になるので、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になる。同じようにして、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４からポートＰ１に至る経路が接続されていない状態になる。つまり、ポートＰ１には、第１のアンテナ１０と接続ケーブル３２Ａだけが接続されている状態になる。したがって、受信機３４には、第１のアンテナ１０からの高周波信号だけが入力されることになる。この状態は、第１のアンテナ１０による水平偏波を受信するためのものである。
【００５５】
営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａを接点３３Ｂ２に接続すると、接点３３Ｂ１に接点３３Ａを接続した場合と同じように、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になる。また、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になり、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４からポートＰ２に至る経路が接続されていない状態になる。つまり、ポートＰ２には、第２のアンテナ２０と接続ケーブル３２Ｂだけが接続されている状態になる。したがって、受信機３４には、第２のアンテナ２０からの高周波信号だけが入力されることになる。この状態は、第２のアンテナ２０による垂直偏波を受信するためのものである。
【００５６】
営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａを接点３３Ｂ３に接続すると、ポートＰ３から見たインピーダンスがゼロになる。つまり、ポートＰ３には、接点３３Ｂ１、接点３３Ｂ２、接点３３Ｂ４からポートＰ３に至る経路がすべて接続されている状態になる。この状態においては、ラットレース回路３１の同相出力特性により、第１のアンテナ１０からの高周波信号と第２のアンテナ２０からの高周波信号が同相のときに、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ３に対して、ラットレース回路３１のポートＰ３が高周波信号を送る。選択スイッチ回路３３は、この高周波信号を受信機３４に出力する。つまり、選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ３に接続すると、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で受信された右旋円偏波による高周波信号を合成した信号が、受信機３４に出力される。この状態は、右旋円偏波を受信するためのものである。
【００５７】
営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作し、選択スイッチ回路３３の接点３３Ａを接点３３Ｂ４に接続すると、ポートＰ４から見たインピーダンスがゼロになる。つまり、ポートＰ４には、接点３３Ｂ１〜３３Ｂ３からポートＰ４に至る経路がすべて接続されている状態になる。この状態においては、ラットレース回路３１の逆相出力特性により、第１のアンテナ１０からの高周波信号と第２のアンテナ２０からの高周波信号が逆相のときに、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ４に対して、ラットレース回路３１のポートＰ４が高周波信号を送る。選択スイッチ回路３３は、この高周波信号を受信機３４に出力する。つまり、選択スイッチ回路３３が接点３３Ａを接点３３Ｂ４に接続すると、第１のアンテナ１０および第２のアンテナ２０で受信された左旋円偏波による高周波信号を合成した信号が、受信機３４に出力される。この状態は、左旋円偏波を受信するためのものである。
【００５８】
このように、営業所の担当者が、無線受信装置の受信部３０の選択スイッチ回路３３を操作すると、選択スイッチ回路３３は４つの高周波信号を受信機３４に順次に送る。受信機３４は、高周波信号から音声を再生し、再生信号を次段の増幅器などに出力する。このように、営業所の担当者は、最適な状態の再生信号、つまり、聞き易い音声が得られるように、選択スイッチ回路３３を操作すればよい。
【００５９】
こうして、この実施の形態によれば、
ａ．通常の水平偏波を受信する
ｂ．通常の垂直偏波を受信する
ｃ．スポラディックＥ層による左旋円偏波の不要信号を排除する
ｄ．スポラディックＥ層による右旋円偏波の不要信号を排除する
という、４通りの受信方式で受信を行い、この中から最適な再生信号を選択して得ることができる。特に、遠方から到来する電波がスポラディックＥ層の影響により、右旋円偏波または右旋楕円偏波や左旋円偏波または左旋楕円偏波になった場合に、従来は混信の原因となるだけであった。しかし、この実施の形態では、右旋円偏波および左旋円偏波を積極的に排除することができる。
【００６０】
また、水平偏波と垂直偏波とを受信する装置であれば、この実施の形態を適用することができるので、広範囲な受信装置に対してこの実施の形態による技術を適用することが可能である。さらに、この実施の形態による無線受信装置を、基地局３に用いてもよい。この場合には、営業所からの指示信号で、基地局３に設置されている無線受信装置の選択スイッチ回路３３が切り替わるようにすればよい。
【００６１】
（実施の形態２）
実施の形態１では、接続ケーブル３２Ａおよび接続ケーブル３２Ｂの電気的な長さがλ／２であったが、この実施の形態では、接続ケーブル３２Ａおよび接続ケーブル３２Ｂの長さをゼロにしている。つまり、ラットレース回路３１のポートＰ１を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１に直接接続し、ポートＰ２を選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ２に直接接続する。
【００６２】
この実施の形態により、接続ケーブル３２Ａと接続ケーブル３２Ｂを省くことができ、接続部３２の構成を簡単にすることができる。
【００６３】
（実施の形態３）
実施の形態１では、営業所の無線受信装置が６０ＭＨｚ帯の電波を用いた固定回線を利用した場合を例としたが、この実施の形態では、この周波数帯より、さらに高い周波数で通信を行う。この場合には、無線受信装置のラットレース回路３１や接続部３２で使用されている同軸構造の給電線の代わりに、ラットレース回路３１や接続部３２を基板に形成する。つまり、波長λがさらに短くなるので、長さがλ／４、λ／２、３λ／４のパターンを伝送路として基板に形成することにより、ラットレース回路３１や接続部３２が形成される。
【００６４】
これにより、６０ＭＨｚ帯よりさらに高い周波数で通信を行う無線受信装置に対してラットレース回路３１や接続部３２を設置するために、これらを形成した基板（ストリップライン型伝送路）を取り付ければよいので、無線受信装置を大幅に変更することを不要にし、かつ、さらに低いコストで、無線受信装置を作りだすことができる。
【００６５】
（実施の形態４）
先に述べた各実施の形態は、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１〜３３Ｂ４の中の一つに、受信機３４を順に接続する。このとき、接点３３Ａに接続されていない接点、つまり、受信機３４に接続されていない接点は開放されている。これに対して、この実施の形態では、受信機３４に接続されていない接点を短絡つまり接地する。
【００６６】
通常、ラットレース回路３１の同軸構造の給電線３１Ａ〜３１Ｄと、接続部３２の接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄとして用いられている同軸構造の給電線とは、シールドが接地されて用いられる。したがって、受信機３４に接続されていない接点を接地すると、この接点は短絡されることになる。
【００６７】
こうした接続をする選択スイッチ回路３３は、例えば図９に示すように、４回路４接点を持つロータリスイッチ３３１０を用いて形成される。つまり、ロータリスイッチ３３１０の各回路３３１１〜３３１４を、ラットレース回路３１のポートＰ１〜Ｐ４を受信機３４に接続または接地するために、それぞれ使用する。
【００６８】
この場合、接続部３２の接続ケーブル３２Ａ〜３２Ｄの長さを、実施の形態１とは逆にする。接続ケーブル３２Ａ、３２Ｂは、ケーブル長が電気的にλ／４であり、接続ケーブル３２Ｃ、３２Ｄは、ケーブル長が電気的にλ／２である。こうすることにより、例えば、選択スイッチ回路３３の接点３３Ｂ１が短絡されているとき、電気的にλ／４のケーブル長を持つ接続ケーブル３２Ａでは、ポートＰ１から見たインピーダンスが無限大になる。接続ケーブル３２Ｂも同様である。
【００６９】
この実施の形態により、受信機３４に接続されていない接点が短絡されるので、外部からノイズなどが混入する可能性などを低減することができる。
【００７０】
以上、この発明の各実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は各実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、各実施の形態による無線通信システムが電力会社で用いられる場合を例としたが、本発明は、メガヘルツ帯やギガヘルツ帯の電波を用いた無線通信を利用する各分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施の形態１による無線受信装置を示す構成図である。
【図２】電波が伝わる様子を説明する図である。
【図３】円偏波の合成の様子を説明する図である。
【図４】右旋円偏波の受信の様子を説明する図である。
【図５】左旋円偏波の受信の様子を説明する図である。
【図６】受信部の構成を示す構成図である。
【図７】ラットレース回路を説明する図である。
【図８】インピーダンスの関係を示す図である。
【図９】実施の形態４の選択スイッチ回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 無線通信装置
１０ 第１のアンテナ
２０ 第２のアンテナ
３０ 受信部
３１ ラットレース回路
３２ 接続部
３３ 選択スイッチ回路（スイッチ回路）
３４ 受信機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平偏波の電波を受信して高周波信号を出力する第１のアンテナと、
垂直偏波の電波を受信して高周波信号を出力すると共に、電波の４分の１波長だけ電波の到来方向に対して第１のアンテナと位置の異なる第２のアンテナと、
第１および第２のポートが第１および第２のアンテナにそれぞれ接続されていると共に第３および第４のポートが、合成された高周波信号を出力し、第１と第３のポート、第１と第４のポートおよび第２と第３のポートの間に、４分の１波長の電気的な長さの伝送路が接続されていると共に第２と第４のポートの間に、４分の３波長の電気的な長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、
第１〜第４の接点がラットレース回路の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続するスイッチ回路と、
を備え、第１および第２のポートから第１および第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる長さの伝送路で、第１および第２のポートが接続され、第３および第４のポートから第３および第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる長さの伝送路で、第３および第４のポートが接続されている、
ことを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
スイッチ回路の第１〜第４の接点が開放され、
ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
スイッチ回路の第１〜第４の接点が短絡され、
ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線受信装置。
【請求項４】
第１のアンテナと第２のアンテナとは、棒状のアンテナ素子が配列されて形成され、アンテナ素子の配列面が互いに直交するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
【請求項５】
ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とが同軸構造の給電線で形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置。
【請求項１】
水平偏波の電波を受信して高周波信号を出力する第１のアンテナと、
垂直偏波の電波を受信して高周波信号を出力すると共に、電波の４分の１波長だけ電波の到来方向に対して第１のアンテナと位置の異なる第２のアンテナと、
第１および第２のポートが第１および第２のアンテナにそれぞれ接続されていると共に第３および第４のポートが、合成された高周波信号を出力し、第１と第３のポート、第１と第４のポートおよび第２と第３のポートの間に、４分の１波長の電気的な長さの伝送路が接続されていると共に第２と第４のポートの間に、４分の３波長の電気的な長さの伝送路が接続されているラットレース回路と、
第１〜第４の接点がラットレース回路の第１〜第４のポートにそれぞれ接続され、各接点の一つを選択して次段に接続するスイッチ回路と、
を備え、第１および第２のポートから第１および第２の接点をそれぞれ見たインピーダンスが無限大となる長さの伝送路で、第１および第２のポートが接続され、第３および第４のポートから第３および第４の接点をそれぞれ見たインピーダンスがゼロとなる長さの伝送路で、第３および第４のポートが接続されている、
ことを特徴とする無線受信装置。
【請求項２】
スイッチ回路の第１〜第４の接点が開放され、
ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の無線受信装置。
【請求項３】
スイッチ回路の第１〜第４の接点が短絡され、
ラットレース回路の第１および第２のポートとスイッチ回路の第１および第２の接点とが４分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは４分の１波長の奇数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続され、ラットレース回路の第３および第４のポートとスイッチ回路の第３および第４の接点とが２分の１波長の電気的な長さの伝送路あるいは２分の１波長の整数倍の電気的な長さの伝送路でそれぞれ接続されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の無線受信装置。
【請求項４】
第１のアンテナと第２のアンテナとは、棒状のアンテナ素子が配列されて形成され、アンテナ素子の配列面が互いに直交するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無線受信装置。
【請求項５】
ラットレース回路の各伝送路と、ラットレース回路とスイッチ回路とを接続する各伝送路とが同軸構造の給電線で形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無線受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−６８１７３（Ｐ２０１０−６８１７３Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１７５１（Ｐ２００８−２３１７５１）
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１０日（２００８．９．１０）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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