JP2002176372A

JP2002176372A - 無線通信装置

Info

Publication number: JP2002176372A
Application number: JP2000370551A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nomura; 恵信納村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-12-05
Filing date: 2000-12-05
Publication date: 2002-06-21

Abstract

(57)【要約】【課題】各回路ブロックごとに優れた特性を持ちなが
らも広帯域化し、さらに短い時間で帯域全てを調べるこ
とができるような広帯域無線通信装置を提供すること。【解決手段】共通給電点から見た各アンテナの特性イ
ンピーダンスが極小値を呈するように並列接続したアン
テナ部と、前記アンテナ部からの受信信号が入力される
増幅器21であって、増幅器の入力段には制御信号により
整合回路の特性が可変にされる整合回路22を具備し、増
幅器の出力段には広帯域整合回路23を具備する増幅器を
有すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的広帯域の信
号を送受信することができ、全てのチャネルの使用状況
が容易に調べられる構成とした無線通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の無線通信装置の構成を示す
ブロック図である。図６において、アンテナ101で受信
した高周波信号はスイッチ回路102を経て受信回路ブロ
ックに至る。スイッチ回路は一般には半導体スイッチを
使用する。受信高周波信号は広帯域の帯域制限フィルタ
103にて帯域外の不要な信号や雑音成分を除去し、必要
な周波数帯域内の信号のみを取り出す。

【０００３】次いで低雑音増幅器104にて受信高周波信
号を増幅し、ダウンコンバータ105の高周波信号端子に
入力する。ダウンコンバータ105は、入力された受信高
周波信号とローカル信号発振器106の出力信号により中
間周波数信号を出力する。中間周波数信号にはその中心
周波数付近に目的とする信号が存在するが、隣接チャネ
ルなど、その前後の周波数成分も含まれているため、狭
帯域のチャネルフィルタ107にて目的以外の信号を除去
する。目的以外の信号が除去された中間周波数信号は復
調器108に入力され、音声信号や画像信号、或いはディ
ジタルデータ信号など、目的の復調信号を正しく得るこ
とができる。

【０００４】一方、無線通信装置より送信される音声信
号や画像信号、或いはディジタルデータ信号などは、変
調器109により変調され、その出力の送信高周波信号は
大電力増幅器110により増幅される。高調波成分などの
不要信号を帯域通過フィルタ111にて除去し、スイッチ
回路102を通り、アンテナ101より送信される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成による無線通信装置は比較的狭い周波数帯域幅
での運用に適した構成であり、そのままの構成で広帯域
の無線通信装置として運用するためには、様々な課題が
あることは明らかである。

【０００６】例えばアンテナ回路や受信信号用の低雑音
増幅器、送信用の大電力増幅器などはその原理上、優れ
た特性を得るためには狭帯域回路とならざるを得ず、ま
た目的の帯域全てのチャネルの使用状況を調べるために
は、広帯域にしたその分だけ多くの時間が必要となると
いう課題があった。

【０００７】本発明はそれらの課題を解決するため、各
回路ブロックごとに優れた特性を持ちながらも広帯域化
し、さらに短い時間で帯域全てを調べることができるよ
うな、無線通信装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
共通給電点から見た各アンテナの特性インピーダンスが
極小値を呈するように並列接続したアンテナ部を通信装
置の当初段に具備することを特徴とする。

【０００９】請求項２に係る発明は、受信信号が入力さ
れる増幅器入力段には制御信号により整合回路の特性が
可変とされる整合回路を具備し、前記増幅器の出力段に
は広帯域整合回路を具備することを特徴とする。

【００１０】請求項３に係る発明は、受信信号が入力さ
れる増幅器の入力段には中心周波数が順次に相違する複
数個の帯域通過フィルタを具備し、前記フィルタは制御
信号により前記増幅器との接続が切換えられ、前記増幅
器の出力段には広帯域整合回路を具備することを特徴と
する。

【００１１】請求項４に係る発明は、共通給電点から見
た各アンテナの特性インピーダンスが極小値を呈するよ
うに並列接続したアンテナ部と、前記アンテナ部からの
受信信号が入力される増幅器であって、該増幅器の入力
段には制御信号により整合回路の特性が可変とされる整
合回路を具備し、増幅器の出力段には広帯域整合回路を
具備する増幅器と、を有することを特徴とする。

【００１２】請求項５に係る発明は、共通給電点から見
た各アンテナの特性インピーダンスが極小値を呈するよ
うに並列接続したアンテナ部と、前記アンテナ部からの
受信信号が入力される増幅器であって、該増幅器の入力
段には中心周波数が順次に相違する複数個の帯域通過フ
ィルタを具備し、前記フィルタは制御信号により前記増
幅器との接続が切換えられ、前記増幅器の出力段には広
帯域整合回路を具備する増幅器と、を有することを特徴
とする。

【００１３】上記の発明により、無線通信装置の各ブロ
ックはそれぞれ、優れた特性を有して、且つ、全体とし
て広帯域化されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第１の実施の形態に
おけるアンテナ部についての構成と、特性インピーダン
スを示す図である。図１（ａ）において、狭帯域のアン
テナエレメント１乃至５は、給電点６において、全て並
列接続されている。

【００１５】アンテナエレメントはその特性インピーダ
ンスに周波数依存性があり、最もインピーダンスが低く
なった所、即ちインピーダンスを複素数表示をしたとき
リアクタンス分が零となる共振周波数の近傍では、周波
数依存性が小さいためにアンテナエレメントと接続され
る回路との整合がとり易く、従って無線通信装置として
の特性も優れたものとなるが、放射特性などの諸特性を
追求すると、一般にはその有効な帯域幅は狭くなること
が知られている。

【００１６】本発明に係るアンテナとして、図１（ｂ）
はアンテナエレメント１乃至５の特性インピーダンスと
周波数との関連を示す図である。縦軸は特性インピーダ
ンス値を、横軸は周波数をとっている。各アンテナエレ
メントの特性インピーダンスはそれぞれの共振周波数ｆ
₁乃至ｆ₅において最小になっている。共通の給電点６か
ら見たアンテナエレメント側の特性インピーダンスは、
図１（ｃ）に示すようになる。周波数ｆ₁乃至ｆ₅を連続
して使用帯域とする広帯域のアンテナとして動作する。

【００１７】（第２の実施の形態）図２（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第２の実施の形態における
広帯域の低雑音増幅器を示す図である。図２（ａ）は、
その増幅器の構成を示すブロック図である。図２（ａ）
において、増幅回路ＡＭＰ21には入力側の整合回路ＭＮ
22と、出力側の整合回路ＭＮ23が接続されている。また
制御信号24が入力側の整合回路22に印加される。

【００１８】一般に、トランジスタなどの増幅素子を一
段のみで低雑音増幅器を構成する場合に、増幅器の利得
が最大になるように出力側の整合回路23を構成し、増幅
器の雑音指数が最小となるように入力側の整合回路22を
構成する。ここで出力側の整合回路23は広帯域であるこ
とが多いが、増幅器の雑音指数が最小となるような入力
側の整合回路22は利得最大となる整合条件とは一致せ
ず、即ち狭帯域となることは致し方無い。

【００１９】そのため、本発明では、入力側の整合回路
22の動作を制御信号24により切換え、使用する周波数帯
域に適した入力整合回路を選択する。その結果低雑音の
帯域が広帯域となるような低雑音増幅器が実現できる。

【００２０】図２（ｂ）は、入力側の整合回路22として
適当な回路の構成例を示すブロック図である。図２
（ｂ）において、入力端子10はアンテナ側の信号端子、
２個のコンデンサ11は直流遮断、兼高周波信号結合用の
コンデンサを示す。抵抗素子13は制御信号24を入力する
ための素子となっている。そして整合回路22は、バンド
スイッチングダイオード14・コンデンサ15・インダクタ
ンス16・インダクタンス17とにより構成する。

【００２１】図２（ｂ）に示す整合回路22の動作を説明
する。制御信号24の電圧がＬレベルのときは、バンドス
イッチングダイオード14はオフ状態であり、インダクタ
ンス16とインダクタンス17側からダイオード14・制御信
号24の端子を見たインピーダンスは極大である。そのた
め、抵抗素子13の値が十分に大きい場合には、整合回路
22のインダクタンスはインダクタンス16と17とを直列接
続した値となる。この値を使用帯域に合致するように選
定する。

【００２２】次に制御信号24の電圧がＨレベルのとき
は、バンドスイッチングダイオード14はオン状態とな
る。そして増幅器の動作周波数帯域ではコンデンサ15と
ダイオード14のインピーダンスが十分に小さいため、イ
ンダクタンス17の両端は短絡されている。整合回路22と
して、インダクタンス16の値のみが整合に関係する。

【００２３】図２（ｃ）は、整合回路22の他の回路例の
構成を示すブロック図である。図２（ｃ）において、抵
抗素子13とバンドスイッチングダイオード14は、図２
（ｂ）と同様の素子である。インダクタンス12、コンデ
ンサ20及びコンデンサ18・コンデンサ19は、整合回路22
を構成する素子である。

【００２４】図２（ｃ）に示す整合回路22の動作を説明
する。制御信号24の電圧がＬレベルのときは、バンドス
イッチングダイオード14はオフ状態であり、コンデンサ
18とコンデンサ19側からダイオード14・制御信号24の端
子を見たインピーダンスは極大である。そのため、抵抗
素子13の値が十分に大きい場合には、整合回路22の容量
はコンデンサ18とコンデンサ19とを直列接続した値とな
る。この値を使用帯域に合致するように選定する。

【００２５】制御信号24の電圧がＨレベルのときは、バ
ンドスイッチングダイオード14はオン状態となる。そし
て増幅器の動作周波数帯域では、ダイオード14のインピ
ーダンスが十分に小さいため、コンデンサ19の両端は短
絡されている。従って整合回路22の容量としてコンデン
サ18の値のみとなる。

【００２６】なお、バンドスイッチングダイオードを使
用する他に、可変容量ダイオードを使用することができ
る。その場合前記制御信号24は連続的な値を使用するこ
とができ、且つ可変容量ダイオードを共振回路の構成要
素とすることができるから、複雑な周波数特性を有する
整合回路として有用である。

【００２７】以上で説明したように、整合回路を使用す
る場合は、周波数帯によって入力側の整合回路の動作を
切換え、使用する周波数帯に適した入力整合回路の動作
を選択できるから、その帯域での雑音指数が小さくなる
ように選ぶことができる。その結果、低雑音である帯域
が広帯域となるような低雑音増幅器を実現できる。

【００２８】このような構成の低雑音増幅器を受信機の
初段増幅器として用いると、熱雑音の依存性の大きい高
周波帯では増幅器の雑音指数の小さい分だけ受信機の総
合雑音指数を低く抑えられ、その分だけ受信感度を向上
させることができる。

【００２９】（第３の実施の形態）第３の実施の形態
は、図３に示す増幅器で構成した無線通信装置である。
図３において、狭帯域の受信帯域通過フィルタ31乃至33
は、切換スイッチ34、35の切換端子と接続されている。
端子10はアンテナ側の信号出力端子に、増幅器21はフィ
ルタの出力側に、それぞれ接続される。増幅器21の出力
側には図示しない広帯域の整合回路を接続している。制
御信号36は、フィルタ31乃至33の接続を切換えるための
信号である。

【００３０】受信帯域通過フィルタ31乃至33は、適切な
帯域を持つ帯域通過フィルタとして構成され、各フィル
タの中心周波数は順次に相違している。そのため、フィ
ルタは全体として連続した帯域を有する広帯域通過フィ
ルタとして動作する。

【００３１】ここでは、例として３個の狭帯域フィルタ
を接続しているが、増幅器の必要な増幅帯域により、接
続するフィルタの数を任意に選定できる。

【００３２】一般に、狭帯域フィルタは通過帯域内での
減衰量は小さいため、この構成の受信帯域通過フィルタ
は、従来の広帯域フィルタよりも、通過損が少なく、ま
た帯域外減衰量も優れていることは明らかである。従っ
て、この構成のフィルタを受信機の初段に用いると、熱
雑音の依存性の大きい高周波帯では、通過損の小さい分
だけ受信機の総合雑音指数（ＮＦ）を低く抑えられ、そ
の結果、その分だけ受信感度を向上させることができ
る。

【００３３】なお、図３に示す第３の実施の形態では、
増幅器21の入力側に広帯域通過フィルタを適用したが、
出力側或いはその双方に適用しても良い。

【００３４】（第４の実施の形態）本発明の第４の実施
の形態は、前述の第１の実施の形態と第２の実施の形態
の両構成を縦続接続したことであり、図示は省略する。
この場合は広帯域アンテナと、広帯域の低雑音増幅器と
で構成されていて、受信した広帯域信号は全て低雑音状
態で増幅されるから、広帯域無線通信装置として極めて
有効である。

【００３５】（第５の実施の形態）本発明の第５の実施
の形態は、前述の第１の実施の形態と第３の実施の形態
の両構成を縦続接続したことであり、図示は省略する。
この場合は広帯域アンテナと、広帯域の増幅器とで構成
されていて、第４の実施の形態と同様に、広帯域無線通
信装置として極めて有効である。

【００３６】（第６の実施の形態）本発明の第６の実施
の形態は、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す無線通信
装置であって、特にこれらの図はフィルタ部分のみを示
している。前段の周波数変換装置と、後段の増幅器の構
成は従来のものと同等であるため、図示を省略してい
る。図４の各図は、中間周波数増幅段における帯域制限
のため使用するフィルタを示す。これらフィルタは受信
中間周波数増幅段において、帯域内ではあるが、別チャ
ネルの信号を低減させて、目的のチャネルの信号のみを
取り出す役目があり、帯域制限フィルタ或いはチャネル
フィルタという。

【００３７】図４（ａ）において、入力信号端子10は切
換スイッチ37を介してフィルタ40、41、42と接続され
る。切換スイッチ38は各フィルタの出力側に接続され、
選択されたフィルタの出力を増幅器21に印加する。制御
信号39は、切換スイッチ37、38を同期駆動するため使用
する。帯域制限フィルタ40などはその中心周波数が同じ
で、通過帯域幅が異なり、図４においては、フィルタ4
0、41、42の順序で帯域幅が狭くなるものとする。最も
狭い帯域のフィルタ42は、通常チャネルフィルタと呼ぶ
フィルタであって、１チャネル分の帯域幅を有するもの
とする。

【００３８】今、無線通信装置の全チャネル数が100で
あったとして、帯域制限フィルタ40の帯域幅が１０チャ
ネルであるとする。無線通信装置は通信を始める前に他
者が使用していない周波数（チャネル）を捜し出す必要
があるが、使用チャネル数を増加すると、空チャネルを
捜し出すために要する時間が多く必要となる。空チャネ
ルを捜し出すためには、通常は受信した各チャネル毎の
電力測定を行うことで実行している。

【００３９】図４（ａ）に示す実施の形態の回路構成に
よれば、帯域制限フィルタ40が関与している１０チャネ
ルについて測定するときには、制御信号39の制御によ
り、スイッチ37、38を切換えてフィルタ40を使用状態と
して、さらに図の後段に接続する電力測定器（図示せ
ず）で測定する。測定した１０チャネルについて全く使
用されてないことが判ったときには、直ちに次の１０チ
ャネルに切換える。それは図示しない前段において、ロ
ーカル発振周波数を変更して所定の周波数変換を行い、
図示するフィルタに入力すれば良い。この方法で次の１
０チャネルについて測定し、使用チャネルがないときは
さらに次の１０チャネルについて入力する。これを１０
回繰り返せば１０回の入力切換の操作により、１０チャ
ネル全部の測定が短時間にできる。

【００４０】もし或る１０チャネルにおいて、使用中で
あることが判ったときは、そのチャネルを特定するた
め、フィルタ41を、さらにはフィルタ42と順次に狭い帯
域のフィルタを切換接続して、測定を繰り返す。ここで
フィルタ42は最も狭い帯域のフィルタであって、チャネ
ルが特定できた後は、復調時の通話モードに使用する。

【００４１】図４（ｂ）においては、切換スイッチ43、
44は、図４（ａ）における切換スイッチ37、38と同様に
制御信号39により切換えられる。フィルタ42は、図４
（ａ）におけるフィルタ42と同様である。切換スイッチ
43、44が図示の位置にあるときは、通過帯域はこれより
後段の回路系に依存し、即ち、広帯域である。切換スイ
ッチ43、44が図示と反対側に切換ったときは、図４
（ａ）においてフィルタ42のみを使用した場合と同様で
あって、狭帯域信号を受信している状態である。つま
り、図４（ｂ）の構成でも、図４（ａ）と同様の動作を
することができる。

【００４２】図４（ｃ）は、図４（ａ）とは異なるフィ
ルタの接続をしている。図４（ｃ）において、フィルタ
45とフィルタ46は、通過帯域幅と、中心周波数は同じ値
としている。或いは中心周波数を同じとして、通過帯域
幅を広狭に変化させても良い。この構成により図４
（ａ）と同様の動作となる。

【００４３】なお、従来例の図６では、中間周波数信号
に変換するとき、ダウンコンバータ105を使用するとし
たが、元の高周波信号の周波数や信号の帯域を考えたと
きに、都合が良いのであればアップコンバータミキサを
用いてこの実施の形態の構成を適用することができる。

【００４４】制御信号が端子39より入力され、切換スイ
ッチにより中間のフィルタ40の使用をバイパスしている
ときは、フィルタを含むこの回路の周波数特性は、フィ
ルタ40の帯域に制限されないが、その帯域の外部両側の
チャネルは十分に遮断した特性となり、通信装置の使用
帯域特性は良好である。そのため通常は、その状態で使
用することが良く、近隣周波数の混信がある時は、フィ
ルタ40を接続するように制御信号39を入力させる。

【００４５】（第７の実施の形態）図５は本発明の第７
の実施の形態を示す図である。図５において、送信機用
電力増幅器51は、その前段にフィルタ52を、後段にフィ
ルタ53を接続し、フィルタ53には制御信号入力端子54か
らの制御信号が印加される。

【００４６】これらフィルタ、特にフィルタ53について
は、図２のフィルタ22と同様のものを適用して送信機用
とすれば良く、構成の説明は省略する。一般に電力増幅
器では、増幅器の出力或いは利得最大の点と、効率最大
の点とでは、出力整合の条件が異なることが知られてい
る。携帯電話機など、小型の移動端末では、電源電池の
容量や重量、体積を考えると、効率の有利な点で動作さ
せることが良いが、一方で電力最大の点とは動作点が異
なるため、狭帯域の動作とならざるを得ない。

【００４７】この実施の形態によるとき、出力側の整合
回路53の動作を、制御信号54を入力させて切換え、使用
する周波数帯域に適した整合回路を選択すれば良い。そ
の結果高効率である帯域が広帯域となるような大電力増
幅器を実現することができる。このように構成した電力
増幅器を送信機の最終段増幅器として使用すれば、広帯
域で高効率な送信機を構成することができて、通話時間
即ち、使用時間の長い無線通信装置となる。

【００４８】以上で説明した各実施の形態において使用
するデバイスとしては、数ＧＨｚ以下の帯域で使用され
ている半導体スイッチを例示しているが、マイクロ波帯
や、さらに高い周波数帯で使用するときは、導波管使用
の回路など、その周波数帯に適した要素を使用すること
により同様な効果を得ることができる。

【００４９】

【発明の効果】以上の説明のとおり、本発明によると、
広帯域であってなお高効率な送受信特性を有する無線通
信装置を得ることができる。特に受信装置の場合は、全
てのチャネルの状況を短時間で調査できる効果が大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態における広帯
域アンテナの構成を示す図、（ｂ）本発明の第１の実施
の形態における各狭帯域アンテナエレメントのインピー
ダンスを示す図、（ｃ）本発明の第１の実施の形態にお
ける広帯域アンテナのインピーダンスを示す図、

【図２】（ａ）本発明の第２の実施の形態における広帯
域低雑音増幅器の構成を示す図、（ｂ）本発明の第２の
実施の形態における広帯域低雑音増幅器を使用する入力
整合回路を例示する図、（ｃ）本発明の第２の実施の形
態における広帯域低雑音増幅器を使用する入力整合回路
を例示する図、

【図３】本発明の第３の実施の形態における広帯域受信
帯域制限フィルタの構成を示す図、

【図４】（ａ）本発明の第６の実施の形態における帯域
制限フィルタの構成を示す図、（ｂ）本発明の第６の実
施の形態における帯域制限フィルタの構成を示す図、
（ｃ）本発明の第６の実施の形態における帯域制限フィ
ルタの構成を示す図、

【図５】本発明の第７の実施の形態における広帯域電力
増幅器の構成を示す図、

【図６】従来の無線通信装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１、２、３、４、５狭帯域アンテナ６アンテナ給電点 10 信号入力端子 11 コンデンサ 12 インダクタンス 13 抵抗素子 14 バンドスイッチングダイオード 15 コンデンサ 16、17 インダクタンス 18、19、20 コンデンサ 21、51 増幅器 22、52 入力側整合回路 23、53 出力側整合回路 24、36、39、54 制御信号 31、32、33 受信帯域制限フィルタ 34、35 切換スイッチ 36 制御信号入力端子 37、38、43、44、47、48 切換スイッチ 40、41、42、45、46 帯域制限フィルタ 101 アンテナ 102 スイッチ回路 103 帯域制限フィルタ 104 低雑音増幅器 105 ダウンコンバータ 106 ローカル信号発振器 107 狭帯域チャネルフィルタ 108 復調器 109 変調器 110 大電力増幅器 111 帯域通過フィルタ

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共通給電点から見た各アンテナの特性イ
ンピーダンスが極小値を呈するように並列接続したアン
テナ部を通信装置の当初段に具備することを特徴とする
無線通信装置。
【請求項２】受信信号が入力される増幅器入力段には
制御信号により整合回路の特性が可変とされる整合回路
を具備し、前記増幅器の出力段には広帯域整合回路を具備すること
を特徴とする無線通信装置。
【請求項３】受信信号が入力される増幅器の入力段に
は中心周波数が順次に相違する複数個の帯域通過フィル
タを具備し、前記フィルタは制御信号により前記増幅器
との接続が切換えられ、前記増幅器の出力段には広帯域整合回路を具備すること
を特徴とする無線通信装置。
【請求項４】共通給電点から見た各アンテナの特性イ
ンピーダンスが極小値を呈するように並列接続したアン
テナ部と、前記アンテナ部からの受信信号が入力される増幅器であ
って、該増幅器の入力段には制御信号により整合回路の
特性が可変とされる整合回路を具備し、増幅器の出力段
には広帯域整合回路を具備する増幅器と、を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項５】共通給電点から見た各アンテナの特性イ
ンピーダンスが極小値を呈するように並列接続したアン
テナ部と、前記アンテナ部からの受信信号が入力される増幅器であ
って、該増幅器の入力段には中心周波数が順次に相違す
る複数個の帯域通過フィルタを具備し、前記フィルタは
制御信号により前記増幅器との接続が切換えられ、前記増幅器の出力段には広帯域整合回路を具備する増幅
器と、を有することを特徴とする無線通信装置。
【請求項６】周波数変換装置により受信周波数を中間
周波数に変換し、該中間周波数を増幅する無線通信装置
において、前記中間周波数段には、帯域制限フィルタを挿入し、外
部からの制御信号によりフィルタの通過帯域を可変とす
る構成としたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項７】送信する高周波信号が入力される電力増
幅器であって、該増幅器の入力段には広帯域整合回路を
具備し、後段には制御信号により前記増幅器との接続が
切換えられ、帯域通過フィルタの中心周波数が順次に相
違する複数個の帯域通過フィルタを具備することを特徴
とする無線通信装置。