JP2007081646A - 送受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナを送受信に兼用した送受信機において、送受信切換部での損失を低減し、かつ小型化が可能な送受信装置を提供する。
【解決手段】 送受信兼用のアンテナと、低雑音増幅器と受信機／高出力増幅器と送信機、及び４端子を有する９０度ハイブリッド分配合成器を有し、さらにアンテナと９０度ハイブリッド分配合成器間に移相器と制御型移相器で構成された移相回路を配置し、受信モードと送信モードとで制御型移相器の移相量を切換え、受信モードではアンテナに入力される１８０度位相の異なる信号成分でなる受信信号を同位相で加算して低雑音増幅器を介して受信機に入力し、送信モードでは高出力増幅器を介して送信機からの信号を位相差が１８０度異なる２つの信号成分でなる送信信号としてアンテナから出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーダ装置や無線通信機器等、送信機と受信機の機能を有する送受信装置に係り、特に送受信切換部における回路損失を低減しかつ小型化した送受信装置に関する。

従来、無線通信の分野では送信機と受信機を内蔵し、アンテナを送受信に兼用した送受信装置が知られている。送受信にアンテナを兼用する場合、送信時には高出力増幅器からの信号をアンテナを介して送信し、受信時にはアンテナからの信号を低雑音増幅器に入力するように、高出力増幅器とアンテナ間、又はアンテナと低雑音増幅器間を接続するように切換える必要がある。

このような切換えを行うために、従来ではアンテナと高出力増幅器又は低雑音増幅器の間にスイッチ回路を配置して送受信を切換えているが、スイッチ回路を挿入したことによる挿入損失が発生する。また、スイッチ回路は耐電力が大きいため小型化が難しく、高出力増幅器／低雑音増幅器からアンテナまでの回路を小型化する上で制約を受けている。

また、特許文献１には、アンテナと、送信アンプ及び受信アンプとの間にサーキュレータを配置し、送信時に発生する反射エネルギーを除去するようにした送受信切換装置が記載されている。しかしながら、この例であってもサーキュレータを配置したことによる挿入損失が発生する。また、サーキュレータの大きさは周波数に依存するため、小型化には物理的な限界があり、送信アンプ／受信アンプからアンテナまでの回路を小型化する上で制約を受けている。
特開平９−１８６６２６号公報

従来の送受信装置においては、アンテナと送信アンプ又は受信アンプの間にスイッチ回路やサーキュレータを配置して送受信の切換えを行っているが、これらスイッチ回路やサーキュレータを挿入したことにより挿入損失が発生し、かつ回路の小型化が難しいという問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、送受信切換部での損失を低減し、かつ送受信切換部の小型化が可能な送受信装置を提供することを目的とする。

本願発明は、送受信兼用のアンテナと低雑音増幅器及び高出力増幅器を有し、前記アンテナからの信号を前記低雑音増幅器を介して受信機で受信する第１のモードと、送信機からの信号を前記高出力増幅器を介して前記アンテナから送信する第２のモードとで動作可能な送受信装置であって、２つの端子を有し前記端子間に１８０度の位相差を持つ２端子型のアンテナと、４端子を有し、第１の端子に前記低雑音増幅器を介して受信機が接続され、第２の端子に前記高出力増幅器を介して送信機が接続され、第１と第３の端子間、及び第２と第４の端子間では同位相で信号を伝送し、前記第１と第４の端子間、及び前記第２と第３の端子間では９０度遅延して信号を伝送する９０度ハイブリッド分配合成器と、前記アンテナの第１の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子間を接続する信号線路と、前記アンテナの第２の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第４の端子間を接続する信号線路とを有し、前記アンテナと前記９０度ハイブリッド分配合成器とを結ぶ信号経路と、前記信号経路内に配置された制御型移相器を含み前記第１のモードと前記第２のモードとで前記信号線路を通る信号の位相を可変する移相回路とを具備し、前記第１のモードでは、前記アンテナで受信した位相差が１８０度異なる２つの信号成分でなる受信信号を、前記移相回路及び前記９０度ハイブリッド分配合成器を介して前記低雑音増幅器に同位相成分として入力し、前記第２のモードでは、前記高出力増幅器からの信号を前記９０度ハイブリッド分配合成器及び前記移相回路を介して位相差が１８０度異なる２つの信号成分からなる送信信号として前記アンテナから出力することを特徴とする。

また、本願発明は、送受信兼用のアンテナと低雑音増幅器及び高出力増幅器を有し、前記アンテナからの信号を前記低雑音増幅器を介して受信機で受信する第１のモードと、送信機からの信号を前記高出力増幅器を介して前記アンテナから送信する第２のモードとで動作可能な送受信装置であって、２端子を有し前記端子間に１８０度の位相差を持つ２端子型のアンテナと、４端子を有し、第１の端子に前記低雑音増幅器を介して受信機が接続され、第２の端子に前記高出力増幅器を介して送信機が接続され、第１と第３の端子間、及び第２と第４の端子間では同位相で信号を伝送し、前記第１と第４の端子間、及び前記第２と第３の端子間では９０度遅延して信号を伝送する９０度ハイブリッド分配合成器と、前記アンテナの第１の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子間に配置され、前記第１のモードと前記第２のモードとで位相量を可変する制御型移相器を含み前記第１のモードでは前記アンテナの第１の端子からの信号を９０度進相して前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子に出力し、前記第２のモードでは前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子から出力された信号を９０度遅延して前記アンテナの第１の端子に出力する移相回路と、前記アンテナの第２の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第４の端子間を同位相で信号を伝送する信号線路と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、低損失化、小型化が可能な送受信装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の送受信装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、１０はアンテナであり、２点の給電点を持ち、２点の給電点間で１８０度の位相差をもつアンテナ（例えばパッチアンテナ等）を用いており、第１の端子１１と第２の端子１２を有している。

また、２０は受信機、３０は送信機である。受信機２０は、低雑音増幅器２１を介してアンテナ１０からの信号を受信処理する。送信機３０は高出力増幅器３１を介して送信信号をアンテナ１０を介して送信する。

４０は、アンテナ１０と、低雑音増幅器２１及び高出力増幅器３１との間に配置された９０度ハイブリッド分配合成器である。９０度ハイブリッド分配合成器４０は４端子構造を有し、各端子をＴａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄとして示している。

前記アンテナ１０の第１の端子１１は、−９０度移相器５１（９０度進相器）と制御型制御型移相器５２の直列回路を介して９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｃに接続している。また、アンテナ１０の第２の端子１２は９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｄに接続している。さらに低雑音増幅器２１は、前記９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔａに接続し、前記高出力増幅器３１は前記９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｂに接続している。

また、制御型移相器５２は制御部５４によって制御され、アンテナ１０からの信号を受信する第１のモードでは移相することなく信号を伝送し、高出力増幅器３１からの信号を送信する第２のモードでは１８０度遅延して信号を伝送する。前記９０度ハイブリッド分配合成器４０は、図２で示すように、端子Ｔａ−Ｔｃ間では位相差０度で信号を伝送し、端子Ｔａ−Ｔｄ間では９０度位相を遅延して信号を伝送する。また、端子Ｔｂ−Ｔｄ間では位相差０度で信号を伝送し、端子Ｔｂ−Ｔｃ間では９０度位相を遅延して信号を伝送する。このような９０度ハイブリッド分配合成器４０としては、例えば米国メリマック・インダストリーズ社製の「90°Power Dividers/Combiners」として市販されているハイブリッド回路を使用することができる。この９０度ハイブリッド分配合成器４０は１チップの小型デバイスで構成されている。

こうして、アンテナの第１の端子１１と９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｃ間を接続する信号線路と、アンテナの第２の端子１２と９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｄ間を接続する信号線路とから成る信号経路によって、アンテナ１０と９０度ハイブリッド分配合成器４０は結ばれ、その信号経路内に移相器５１と制御型制御型移相器５２で成る移相回路が配置され、受信モードと送信モードに応じて制御型制御型移相器５２の移相量を切換えることにより、送受信が可能となる。

次に図３、図４を参照して本発明の送受信装置の動作を説明する。図３（ａ）は送信時の動作を説明する回路図であり、前記制御型移相器５２は１８０度移相器として動作する。

送信機３０で生成され高出力増幅器３１にて増幅された信号をＳｂ、９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｃに現れる信号をＳｃ、端子Ｔｄに現れる信号をＳｄとし、制御型移相器５２の出力信号をＳｅ、−９０度移相器５１の出力をＳｆとすると、それぞれの信号は図３（ｂ）のような位相関係になる。

即ち、高出力増幅器３１からの信号Ｓｂは９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｂに入力され、端子Ｔｃには９０度遅延された信号Ｓｃが得られる。このとき端子ＴｄにはＴｂと同位相の信号Ｓｄが得られる。信号Ｓｃは制御型移相器５２によって１８０度遅延され、信号Ｓｅが得られる。この信号Ｓｅはさらに−９０度移相器５１によって９０度進相され、信号Ｓｆが得られる。

この結果、アンテナ１０の端子１１と１２にはそれぞれ位相差１８０度の信号成分ＳｄとＳｆが出力され、これら信号成分でなる送信信号がアンテナ１０から送信される。

一方、信号の受信時には制御型移相器５２は０度の移相器（つまり移相することなく信号を伝送）となるため、図４（ａ）の回路が形成される。図４（ａ）の回路図において、図３と同様に各部の信号をＳｂ〜Ｓｆとして示し、９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔａに現れる信号をＳａとすると、それぞれの信号は図４（ｂ）のような位相関係になる。

尚、９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔａには、端子Ｔｃと端子Ｔｄからの信号が入力されるので、端子Ｔｃから端子Ｔａに入る信号をＳａ１、端子Ｔｄから端子Ｔａに入る信号をＳａ２として説明する。また、９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｂにも、端子Ｔｃと端子Ｔｄからの信号が入力されるので、端子Ｔｃから端子Ｔｂに入る信号をＳｂ１、端子Ｔｄから端子Ｔｂに入る信号をＳｂ２として説明する。

受信時にはアンテナ１０の端子１１，１２間に、１８０度位相差の異なる信号成分でなる受信信号が入力される。仮に信号成分Ｓｄ，Ｓｆが入力されたとすると、信号Ｓｆは−９０度移相器５１で９０度進相され信号Ｓｅが得られる。次の制御型移相器５２は０度の移相器として機能するため、その出力信号ＳｃはＳｅと同位相である。

信号Ｓｃが９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｃに入力されると、端子Ｔａには同位相（信号Ｓａ１）で出力され、端子Ｔｂには９０度遅延した信号（信号Ｓｂ１）が出力される。また、アンテナ１０の端子１２からの信号Ｓｄが９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｄに入力されると、端子Ｔａには９０度遅延した信号（信号Ｓａ２）が出力され、端子Ｔｂには同位相の信号Ｓｂ２が出力される。

この結果、９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔａには、同位相の信号Ｓａ１とＳａ２が得られ、これらの信号Ｓａ１とＳａ２が同位相で加算されて低雑音増幅器２１で増幅され、受信機２０に入力される。

一方、９０度ハイブリッド分配合成器４０の端子Ｔｂには、互いに逆位相の信号Ｓｂ１とＳｂ２が得られ、これらの信号Ｓｂ１とＳｂ２が逆位相で加算される結果、打ち消しあってキャンセルされるため、高出力増幅器３１に入力されることはない。

このように、本発明では、位相制御により送受信モードを切換えることができるため、従来のようにスィツチ回路やサーキュレータを用いる必要がない。このため送受信切換部での損失を低減することができる。また、送受信切換部を小型化することができる。

また、以上の実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で他の変形例も考えられる。例えば、−９０度移相器５１と制御型移相器５２でなる移相回路は、移相器５１を−４５度移相器とし、制御型移相器５２を１３５度の移相器と０度の移相器に切換えるようにしてもよく、他の移相量をもつ移相器５１と制御型移相器５２を用いることもできる。

本発明の送受信装置の一実施形態を示す回路構成図。 同実施形態に使用する９０度ハイブリッド分配合成器を説明するための構成図。 同実施形態における送信時の動作を説明する説明図。 同実施形態における受信時の動作を説明する説明図。

符号の説明

１０…アンテナ
２０…受信機
２１…低雑音増幅器
３０…送信機
３１…高出力増幅器
４０…９０度ハイブリッド分配合成器
５１…−９０度移相器（９０度進相器）
５２…制御型移相器
５４…制御部

Claims (6)

1. 送受信兼用のアンテナと低雑音増幅器及び高出力増幅器を有し、前記アンテナからの信号を前記低雑音増幅器を介して受信機で受信する第１のモードと、送信機からの信号を前記高出力増幅器を介して前記アンテナから送信する第２のモードとで動作可能な送受信装置であって、
   ２つの端子を有し前記端子間に１８０度の位相差を持つ２端子型のアンテナと、
   ４端子を有し、第１の端子に前記低雑音増幅器を介して受信機が接続され、第２の端子に前記高出力増幅器を介して送信機が接続され、第１と第３の端子間、及び第２と第４の端子間では同位相で信号を伝送し、前記第１と第４の端子間、及び前記第２と第３の端子間では９０度遅延して信号を伝送する９０度ハイブリッド分配合成器と、
   前記アンテナの第１の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子間を接続する信号線路と、前記アンテナの第２の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第４の端子間を接続する信号線路とを有し、前記アンテナと前記９０度ハイブリッド分配合成器とを結ぶ信号経路と、
   前記信号経路内に配置された制御型移相器を含み、前記第１のモードと前記第２のモードとで前記信号線路を通る信号の位相を可変する移相回路と、を具備し、
   前記第１のモードでは、前記アンテナで受信した位相差が１８０度異なる２つの信号成分でなる受信信号を、前記移相回路及び前記９０度ハイブリッド分配合成器を介して前記低雑音増幅器に同位相成分として入力し、前記第２のモードでは、前記高出力増幅器からの信号を前記９０度ハイブリッド分配合成器及び前記移相回路を介して位相差が１８０度異なる２つの信号成分からなる送信信号として前記アンテナから出力することを特徴とする送受信装置。
2. 前記第１のモードでは、前記アンテナで受信した位相差が１８０度異なる２つの信号成分でなる受信信号を、前記移相回路及び前記９０度ハイブリッド分配合成器を通すことで前記９０度ハイブリッド分配合成器の第２の端子には互いに逆位相の信号が供給されることを特徴とする請求項１記載の送受信装置。
3. 前記９０度ハイブリッド分配合成器は、１チップのデバイスで構成されていることを特徴とする請求項１記載の送受信装置。
4. 送受信兼用のアンテナと低雑音増幅器及び高出力増幅器を有し、前記アンテナからの信号を前記低雑音増幅器を介して受信機で受信する第１のモードと、送信機からの信号を前記高出力増幅器を介して前記アンテナから送信する第２のモードとで動作可能な送受信装置であって、
   ２端子を有し前記端子間に１８０度の位相差を持つ２端子型のアンテナと、
   ４端子を有し、第１の端子に前記低雑音増幅器を介して受信機が接続され、第２の端子に前記高出力増幅器を介して送信機が接続され、第１と第３の端子間、及び第２と第４の端子間では同位相で信号を伝送し、前記第１と第４の端子間、及び前記第２と第３の端子間では９０度遅延して信号を伝送する９０度ハイブリッド分配合成器と、
   前記アンテナの第１の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子間に配置され、前記第１のモードと、前記第２のモードとで位相量を可変する制御型移相器を含み、前記第１のモードでは前記アンテナの第１の端子からの信号を９０度進相して前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子に出力し、前記第２のモードでは前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子から出力された信号を９０度遅延して前記アンテナの第１の端子に出力する移相回路と、
   前記アンテナの第２の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第４の端子間を同位相で信号を伝送する信号線路と、を具備したことを特徴とする送受信装置。
5. 前記移相回路は、前記第１のモードでは１８０度遅延して信号を伝送し前記第２のモードでは遅延することなく同位相で信号を伝送する制御型移相器と、９０度進相回路との直列回路にて構成したことを特徴とする請求項３記載の送受信装置。
6. 前記アンテナの第１，第２の端子間には、１８０度位相差を有する信号成分が入・出力され、そのうち一方の端子の信号を基準位相としたとき、他方の端子に入力された信号または、前記９０度ハイブリッド分配合成器の第３の端子から出力された信号を前記移相回路で移相処理し、前記一方の端子と前記９０度ハイブリッド分配合成器の第４の端子間は移相処理することなく接続することを特徴とする請求項４記載の送受信装置。

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