JPH07209358A - 空間電磁波解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 空間的に存在する電波の空間的偏波ベクトル
情報を求める空間電磁波解析装置を提供する。 【構成】 ８字指向特性アンテナ１３ａ，１３ｂにより
受信し、これら受信信号を中間周波信号に変換後、離散
フーリエ変換をする。固定アンテナ１８の受信信号も中
間周波信号に変換後、離散フーリエ変換する。干渉器２
２で前者のフーリエ変換結果を、後者のそれＶ_R で割算
してメモリ２４，２５にそれぞれ記録する。メモリ２
４，２５のデータをそれぞれホログラム再生器２７，２
８でホログラム再生演算を行い、その結果、をメモリ２
９，３１に記録し、偏波演算器３２で楕円偏波の長軸、
短軸の軸比を求める。各観測点の二次元平面に、輝度変
調し、色を変えて表示器３３に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は伝搬している電波、散
乱した電波、その他空間的に存在する電波の空間的偏波
ベクトルの情報、つまり、強度、軸比、軸方向、傾きな
どのパラメータを求める空間電磁波解析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】不均一媒質中の電波伝搬、電波伝搬路中
に在る構造物による複雑な散乱などの電波伝搬環境の計
測、電子機器などから放射される不要電波の計測などは
従来においては次のようにして行われていた。即ち八木
アンテナやヘリカルアンテナ、ホーンアンテナなどのよ
うにビーム幅の狭い単一指向性、単一偏波のアンテナ
を、ビーム放射方向を軸心として回転させたり、方位方
向に回動したり、仰角方向に回動したりして、特定方向
の特定偏波の強度を調べていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来において八木アン
テナを用いる場合は直線偏波のみしか受信することがで
きず、またヘリカルアンテナを用いる場合は円偏波しか
受信できず、使用するアンテナによって観測できる偏波
情報が制限される。しかし実際には観測空間には各種の
偏波が存在し、これを知るには、水平偏波、垂直偏波、
右旋偏波、左旋偏波のそれぞれについて測定して、綜合
的に解析する必要があった。

【０００４】しかも、空間的な分布イメージが得られに
くかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によれば８字指
向特性が直交されたアンテナ対にて観測面の各点で電波
が受信され、その受信されたアンテナ対の各出力信号は
それぞれ複素信号に変換され、また上記受信電波に対し
基準位相となる基準信号が得られ、この基準信号も基準
複素信号に変換され、この基準複素信号で観測面上の各
点で得られた各複素信号が割算されて受信電波の直交偏
波成分についての干渉データがそれぞれ得られ、これら
干渉データに対して、それぞれ観測面についてホログラ
ム再生演算が行われる。これらホログラム再生演算の結
果Ｈ_a （ｕ，ｖ）及びＨ_b （ｕ，ｖ）を、それぞれ楕円
偏波の垂直成分及び水平成分とする偏波ベクトルが各観
測点（ｕ，ｖ）ごとに求められ、その偏波ベクトルの強
度、軸比、軸方向、傾きなどのパラメータが観測点ごと
に表示される。

【０００６】

【実施例】図１にこの発明の実施例を示す。観測面１１
の各点（ｘ，ｙ）で走査受信手段１２により電波が受信
される。走査受信手段１２は例えばＤａｎ Ｓｌａｔｅ
ｒ，“Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｍｅａ
ｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”，Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１
９９１に実例が示されているが、この手段に対しこの発
明では一偏波アンテナではなく、ダイポールアンテナや
ループアンテナのように８字指向特性をもつ一対のアン
テナ１３ａ，１３ｂが、その８字指向特性を直交させた
ものを用い、観測面１１上の各点（ｘ，ｙ）に移動させ
て受信出力を取出すか、前記一対のアンテナ１３ａ，１
３ｂが観測面１１上の各点（ｘ，ｙ）にそれぞれ配さ
れ、その各点（ｘ，ｙ）のアンテナ対の各受信出力を順
次切替えて取出すようにされる。

【０００７】走査受信手段１２よりの受信信号は、その
一対のアンテナ１３ａ，１３ｂごとに複素信号に変換さ
れる。例えばアンテナ１３ａ，１３ｂの受信出力はスイ
ッチ１４により切替えられて周波数変換器１５に供給さ
れ、局部発振器１６からの周波数ｆ_L の局部信号により
中間周波信号に変換され、その変換された中間周波信号
が離散フーリエ変換器１７により離散フーリエ変換さ
れ、その変換結果として、各観測面１１の各点（観測
点）（ｘ，ｙ）ごとにアンテナ１３ａ，１３ｂと対応し
た複素信号Ｖ_a （ｘ，ｙ），Ｖ_b （ｘ，ｙ）が得られ
る。

【０００８】一方、アンテナ１３ａ，１３ｂの受信信号
に対し基準位相となる基準信号が固定アンテナ１８の受
信出力として用いられ、この基準信号も複素信号に変換
される。即ち固定アンテナ１８の出力は周波数変換器１
９において局部発振器１６からの局部信号により中間周
波信号に変換され、この変換された中間周波信号は離散
フーリエ変換器２１で離散フーリエ変換され、その結果
として基準信号の基準複素信号Ｖ_R が得られる。

【０００９】各観測点の複素信号Ｖ_a （ｘ，ｙ），Ｖ_b
（ｘ，ｙ）は干渉器２２で基準複素信号Ｖ_R により割算
されてそれぞれ干渉データＥ_a （ｘ，ｙ），Ｅ_b （ｘ，
ｙ）とされる。これら干渉データＥ_a （ｘ，ｙ），Ｅ_b
（ｘ，ｙ）はスイッチ２３で切替えられて干渉メモリ２
４，２５に記憶される。その際に、制御部２６により受
信した観測点（ｘ，ｙ）を示す情報をアドレスとしてメ
モリ２４，２５に記憶される。また制御部２６はスイッ
チ１４，２３の切替え制御も行う。

【００１０】干渉データＥ_a （ｘ，ｙ），Ｅ_b （ｘ，
ｙ）はそれぞれホログラム再生器２７，２８において観
測面１１についてホログラム再生演算が次式により行わ
れる。 Ｈ_a (u,v) ＝∫∫Ｅ_a (x,y) ｅｘｐ｛−ｊ２π（ux＋vy）｝ｄｘｄｙ Ｈ_b (u,v) ＝∫∫Ｅ_b (x,y) ｅｘｐ｛−ｊ２π（ux＋vy）｝ｄｘｄｙ ｕ，ｖはそれぞれ観測面１１から観測点を見た方位、仰
角である。

【００１１】これらホログラム再生演算の結果Ｈ
_a （ｕ，ｖ），Ｈ_b （ｕ，ｖ）はそれぞれホログラムメ
モリ２９，３１に記憶される。偏波演算器３２で、これ
らホログラム再生演算結果Ｈ_a （ｕ，ｖ），Ｈ_b （ｕ，
ｖ）をそれぞれ楕円偏波の垂直成分、水平成分とする偏
波ベクトル、Ｈ_ab（ｕ，ｖ，φ）を次式で各観測点
（ｕ，ｖ）について演算する。

【００１２】Ｈ_ab（ｕ，ｖ，φ）＝Ｈ_a （ｕ，ｖ）cos
φ＋Ｈ_b （ｕ，ｖ）sin φ つまりφ＝０ということはこの偏波ベクトルＨ_abは垂直
成分Ｈ_a （ｕ，ｖ）のみであり、φ＝π／２では偏波ベ
クトルＨ_abは水平成分Ｈ_b （ｕ，ｖ）のみである。各観
測点（ｕ，ｖ）について、偏波ベクトルＨ_abの絶対値が
最大となるφ_MAと最小となるφ_MIとを求める。この時、
その観測点（ｕ，ｖ）で、｜Ｈ_ab（ｕ，ｖ，φ_MA）｜は
楕円偏波の長軸であり、｜Ｈ_ab（ｕ，ｖ，φ_MI）｜は楕
円偏波の短軸である。従ってその楕円偏波の軸比ＡＲ
（ｕ，ｖ）は次式で求まる。

【００１３】ＡＲ（ｕ，ｖ）＝｜Ｈ_ab（ｕ，ｖ，φ_MA）
｜／｜Ｈ_ab（ｕ，ｖ，φ_MI）｜ 軸比ＡＲ（ｕ，ｖ）＝１．０の場合は円偏波であること
を示し、ＡＲ（ｕ，ｖ）が無限大の場合は直線偏波であ
ることを示す。更に楕円偏波の電波進行方向に対する傾
き角（前段の傾き）θ（ｕ，ｖ）は垂直成分Ｈ_a （ｕ，
ｖ）の位相と、水平成分Ｈ_b （ｕ，ｖ）の位相との差と
して得られる。

【００１４】このように偏波演算器３２では各観測点
（ｕ，ｖ）での偏波ベクトルＨ_ab（ｕ，ｖ，φ）からそ
の軸比ＡＲ（ｕ，ｖ）、回転角（長軸角度）φ_MA(u,v)
、その強度（長軸）｜Ｈ（ｕ，ｖ，φ_MA）｜、進行方
向に対する傾きθ（ｕ，ｖ）などが演算され、これら偏
波ベクトルＨ_abのパラメータが表示器３３にその観測点
（ｕ，ｖ）と共に表示される。例えば表示器３３の表示
面をｕ，ｖの２次元平面とし、軸比ＡＲ（ｕ，ｖ）、回
転角φ_MA（ｕ，ｖ）／進行方向に対する傾きθ（ｕ，
ｖ）の１つがスイッチ３４で選択されて色相変換器３５
に入力され、その大きさに応じた色相信号に変換され、
その出力でカラー表示器３３の表示色が制御され、また
強度｜Ｈ（ｕ，ｖ，φ_MA）｜に応じて表示器３３の輝度
が制御される。

【００１５】例えば、電子機器よりの不要輻射をこの発
明装置により観測し、回転角φ_MAをスイッチ３４で選択
した場合、図２に示すように表示された。この表示から
電子機器の左側部分から不要輻射があり、左下部分がピ
ンク色となっているのは長軸が横向き、つまり水平方向
であることが理解され、そのピンク色の上側部分の黄色
となっている部分は長軸が縦 、つまり垂直方向となっ
ていることが理解され、かつ黄色の部分でも、下部が明
るく、電波強度が強く、上部は淡く、強度が弱いもので
あることがわかる。

【００１６】上述においてスイッチ１４，２３を省略し
てアンテナ１３ａ，１３ｂの各出力をそれぞれ各別の周
波数変換器で中間周波信号に変換し、それぞれ離散フー
リエ変換を各別に行い、干渉器２２も二つ設けて、これ
ら干渉器の出力をそれぞれ干渉メモリ２４，２５へ供給
してもよい。干渉メモリ２４，２５の出力スイッチで切
替えて読み出し１個のホログラム再生器へ供給し、その
ホログラム再生演算結果をホログラムメモリ２９，３１
に切替え供給してもよい。前記例のように電子機器から
不要輻射を観測する場合で、その電子機器内の信号源が
１個の場合は、その信号源から、基準信号を取出し、固
定アンテナ１８を省略してもよい。更に複素信号を得る
には、受信信号を直交検波し、その二つの検波出力を実
部と虚部としてもよい。この場合は、各周波数成分を得
るため、直交検波の局部信号周波数を順次変化させる必
要がある。更に、観測面１１から比較的近い所について
のホログラム再生演算は別の公知の式によればよい。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、観
測面１１の各点で、８字指向特性のアンテナの１組を、
その特性を直交させて、電波を受信し、これらの両受信
信号を複素信号に変換し、その複素信号をホログラム再
生演算し、これらを垂直成分、水平成分とする楕円偏波
として、解析することにより、電波源の電波の偏波状態
も知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すブロック図。

【図２】その表示例を示す図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 観測面の各点で、８字指向特性が直交さ
   れたアンテナ対にて電波を受信する走査受信手段と、 その走査受信手段で受信された、上記アンテナ対の各出
   力信号をそれぞれ複素信号に変換する手段と、 上記受信電波に対し基準位相となる基準信号を得る手段
   と、 上記基準信号を基準複素信号に変換する手段と、 上記基準複素信号で上記観測面上の各点より得られた各
   複素信号を割算して上記受信電波の直交偏波成分につい
   ての干渉データをそれぞれ得る手段と、 これら干渉データを、それぞれ上記観測面についてホロ
   グラム再生演算を行う手段と、 これらホログラム再生演算の結果Ｈ_a （ｕ，ｖ）及びＨ
   _b （ｕ，ｖ）を、それぞれ楕円偏波の垂直成分及び水平
   成分とする偏波ベクトルを各観測点（ｕ，ｖ）ごとに求
   める手段と、 上記偏波ベクトルのパラメータを上記観測点（ｕ，ｖ）
   ごとに表示する手段と、 を具備する空間電磁波解析装置。
2. 【請求項２】 上記基準信号を得る手段は固定アンテナ
   により電波を受信する手段であることを特徴とする請求
   項１記載の空間電磁波解析装置。
3. 【請求項３】 上記複素信号に変換する手段は、上記受
   信電波を中間周波信号に変換する手段と、上記中間周波
   信号を離散フーリエ変換する手段とよりなることを特徴
   とする請求項１又は２記載の空間電磁波解析装置。
4. 【請求項４】 上記表示器はその表示面をｕ，ｖ平面と
   し、その各ｕ，ｖの位置において、上記偏波ベクトルの
   強さに応じた輝度表示を行い、上記偏波ベクトルのその
   他のパラメータで色相表示を行うものであることを特徴
   とする請求項１乃至３の何れかに記載の空間電磁波解析
   装置。
5. 【請求項５】 上記走査受信手段は、上記直交されたア
   ンテナを上記観測面の各点に移動位置させて、その両ア
   ンテナの受信信号を出力する手段であることを特徴とす
   る空間電磁波解析装置。
6. 【請求項６】 上記走査受信手段は、上記直交されたア
   ンテナが上記観測面の各点に配置され、その各点のアン
   テナの受信信号を順次切替えて出力する手段であること
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の空間電磁
   波解析装置。