JP2004147011A - Ｒｆフロントエンドおよび無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の通信帯域間のガードバンドが比較的狭い場合においても群遅延特性を劣化させることなく隣接帯域のアイソレーション特性を向上させることの可能なＲＦフロントエンドおよび無線通信装置を提供する。
【解決手段】各通信帯域を分離するためのフィルタ１０３，１０４に、他方のフィルタの通過帯域に相当する位置にノッチ特性を持たせる。また遅延回路１０２ａ，１０２ｂを設けることにより、各フィルタ１０３，１０４を通過する無線周波信号に、互いに逆相の位相差を持たせるようにする。好ましくは、各フィルタ１０３，１０４を通過する無線周波信号に１８０°＋３６０°×ｎ±３０°以内（ｎは０以上の整数）に相当する位相差を持たせる。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯などの高周波帯域を用いる無線通信装置のＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）処理部に備えられるＲＦフロントエンドと、このＲＦフロントエンドを備える無線通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信装置のＲＦフロントエンドにおいて、互いに周波数帯の異なる送信信号と受信信号とを分離するためにデュプレクサが用いられる。一般的なデュプレクサは、送信フィルタと受信フィルタとの間に９０°の位相差を持たせるようにした構成を取ることが多い。
【０００３】
デュプレクサを備えるＲＦフロントエンドの従来の構成として、以下に記述するものがある。従来のＲＦフロントエンドは、無線送信信号を送信用増幅器を介してデュプレクサ内の送信帯域用フィルタに導き、帯域制限してアンテナ端子に導く。また、アンテナ端子に到来した無線周波の受信信号をデュプレクサ内において９０°移相器に導き、９０°移相したのち受信帯域用フィルタで帯域制限し、受信用低雑音増幅器に入力する。
【０００４】
この構成により送受信信号の間に互いに９０°の位相差が生じ、送受のフィルタ間のアイソレーションがゼロ点となるので、最大のアイソレーション特性を実現することができる。特に送信帯域と受信帯域の間のガード帯域が広くとられている場合に、このような構成は有効である。
【０００５】
ところで、近年の無線通信システムでは、周波数の有効利用の観点から送信信号と受信信号との間のガード帯域を狭くすることが検討されている。すなわち周波数は有限の資源であるため、通信にはなんら寄与しない、いわば無駄となるガード帯域を極力少なくしようという要求がある。このような要求に対して上記構成を適用すると、送信帯域用フィルタの特性と受信帯域用フィルタの特性とが周波数軸上において重なり合うことでゼロ点が形成され、結果としてスカート特性が著しく急峻になる。すなわち、送信帯域用フィルタの特性と受信帯域用フィルタとにより送受信帯域のアイソレーションを確保するためにゼロ点が形成され、フィルタ特性が非常に急峻となる。
【０００６】
また、フィルタ単体の特性としてゼロ点を持つフィルタ関数に、楕円関数型フィルタがある。デュプレクサにこの種のフィルタを用いる場合には、送信帯域と受信帯域の間のガードバンドにゼロ点がくるように設計し、最大のアイソレーション特性を得られるようにする。このような構成においても、スカート特性は非常に急峻なものになる。
【０００７】
周知のように、急峻なフィルタ特性は信号帯域内の群遅延特性を著しく劣化させ、位相歪みを生じさせる。このことは、位相変調された信号を再生することが困難になるという不具合を招く。現在では位相変調方式は非常に普遍的な技術であるので、このような不具合が生じることは大変好ましくない。
【０００８】
なお、デュプレクサに関する技術が開示された公知文献として下記の特許文献１および２がある。特許文献１には、温度変化に対する挿入損失特性の劣化を改善し、広い温度範囲に亘って優れた特性を示す誘電体デュプレクサ実現するための技術思想が開示されている。特許文献２には、共振器の多段化が容易で、且つ低損失なデュプレクサを実現するための技術思想が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−２２３９０８号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２０００−３４１００４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように従来では、送信帯域と受信帯域の間のガードバンドが狭い通信システムにおいては隣接帯域のアイソレーション特性と群遅延特性との両立が困難であるという不具合があった。
【００１２】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、複数の通信帯域間のガードバンドが比較的狭い場合においても群遅延特性を劣化させることなく隣接帯域のアイソレーション特性を向上させることの可能なＲＦフロントエンドおよび無線通信装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、複数の通信帯域ごとに割り当てて設けられ、自己に割り当てられる帯域以外の通信帯域にノッチ特性を有する複数の帯域分離用フィルタと、互いに隣接する通信帯域に割り当てられる帯域分離用フィルタを通過する無線周波信号に、互いに逆相の位相差を持たせる位相制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
なお本発明では、互いに隣接する通信帯域に割り当てられる帯域分離用フィルタを通過する無線周波信号に互いに逆相の位相差を持たせるようにするが、本発明の効果を得られる範囲での設計上の誤差、すなわち±３０°以内程度の誤差は許容範囲である。
【００１５】
このような手段を講じたことにより、隣接する帯域に妨害波が到来する場合、あるいは隣接する帯域で無線周波数信号を送受信する場合に、各フィルタが有するノッチ特性により各通信帯域において隣接帯域の電力を抑圧でき、帯域間のアイソレーション特性を向上させることができる。またガードバンド帯域において隣接するフィルタ同士により形成される特性は、両フィルタ特性の和合成となる。これによりスカート特性が急峻となることを防止でき、従って郡遅延特性の劣化をも防止することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係わるＲＦフロントエンドの第１の実施形態を示す機能ブロック図である。このＲＦフロントエンドは、例えばＭＳＢ（Ｍｏｂｉｌｅ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）に使用されるギャップフィラなどの無線通信装置に設けて使用される。この種のシステムにおいては、送信帯域と受信帯域とを隣接させ、かつ両帯域に挟まれたガードバンド帯域を送受信用の帯域よりも狭くすることが考えられている。
【００１８】
図１において、ＲＦ帯域の送信信号は送信用増幅器１０５を介してデュプレクサ１０１内の送信帯域用フィルタ１０３で帯域制限され、遅延回路１０２ａを介してアンテナ端子１０８に導かれる。アンテナ端子１０８に到来したＲＦ帯域の受信信号は、デュプレクサ１０１内において遅延回路１０２ｂを経たのち受信帯域用フィルタ１０４で帯域制限され、受信用低雑音増幅器１０６に入力される。
【００１９】
遅延回路１０２ａ，１０２ｂは、それぞれＲＦ送信信号およびＲＦ受信信号の位相を遅延させて両信号間に互いに逆相の位相差を持たせる。好ましくは、本実施形態では両信号間に１８０°＋３６０°×ｎ±３０°以内（ｎは０以上の整数）に相当する位相差を持たせるようにする。遅延回路１０２ａ，１０２ｂとしては、コプレーナラインやマイクロストリップラインなどを利用できる。
【００２０】
図２は、図１に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の一例を示す図である。図２において符号２０１が送信帯域用フィルタ１０３の特性に対応し、符号２０２が受信帯域用フィルタ１０４の特性に対応する。本実施形態では、各フィルタに、他方のフィルタの通過帯域に相当する位置にノッチ特性を持たせる。すなわち、送信帯域用フィルタ１０３は受信帯域用フィルタ１０４の通過帯域にノッチを有し、受信帯域用フィルタ１０４は送信帯域用フィルタ１０３の通過帯域にノッチを有する。好ましくは、各ノッチ部分において利得がゼロ点となるようにすると良い。
【００２１】
上記構成においては、遅延回路１０２ａ，１０２ｂにより各フィルタ１０３，１０４を通過するＲＦ信号の位相差が、互いに逆相となる。これにより送信ＲＦ信号と受信ＲＦ信号との間のガードバンド帯域において、両フィルタ１０３，１０４の特性の和合成特性が形成される。これによりこの帯域における両フィルタ１０３，１０４のスカートは緩やかなノッチ特性を描く。従ってスカート特性が急峻なカーブを描くことに起因する郡遅延特性の劣化を防止することができ、ガードバンドが狭い通信システムにおいても良好な通信環境を得ることが可能となる。従来のＲＦフロントエンドにおいてはガードバンド帯域において９０°位相差で合成されるため２つのフィルタ特性の差合成特性が形成され、これによりゼロ点が生じて急峻なスカート特性となり、郡遅延特性が劣化していた。
【００２２】
また本実施形態では、各フィルタ１０３，１０４の通過特性に、他方のフィルタの通過帯域に相当する位置にノッチを持たせるようにしているので、和合成特性を形成するにも拘わらず、隣接帯域のアイソレーション特性を大きく取ることが可能となる。なおノッチ特性をもつフィルタとしては、楕円関数型フィルタ、あるいは飛び越し結合を用いる疑似楕円関数型フィルタが知られている。
【００２３】
図３は、図１に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の別の例を示す図である。図示されるように本実施形態では、各フィルタ１０３，１０４の通過帯域におけるノッチの数は一つだけに限定されず、複数設けるようにしても良い。このようにすると、さらに大きなアイソレーション特性を実現できる。
【００２４】
図４は、図１に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の別の例を示す図である。この例は、バンドパスフィルタに代えてハイパスフィルタおよびローパスフィルタを用いた場合の特性を示す。すなわち、図４において符号４０１が送信帯域用フィルタ１０３の特性に対応し、符号４０２が受信帯域用フィルタ１０４の特性に対応する。無線通信に使用する帯域が２つだけである場合には、このような特性によっても両帯域間のアイソレーションを充分に確保することができる。この種の構成はダイプレクサと称され、安価なフィルタを使用できることからコストの削減を期待できる。
【００２５】
このように本実施形態では、隣接する帯域との間のガードバンド幅が通信用の帯域幅以下に設定される複数の通信帯域を用いて無線通信を行なう無線通信装置に備えられるＲＦフロントエンドにおいて、各通信帯域を分離するためのフィルタ１０３，１０４に、他方のフィルタの通過帯域に相当する位置にノッチ特性を持たせる。また遅延回路１０２ａ，１０２ｂを設けることにより、各フィルタ１０３，１０４を通過する無線周波信号に、互いに逆相の位相差を持たせるようにする。なお、本発明の効果を得るためには、各フィルタ１０３，１０４を通過する無線周波信号に１８０°＋３６０°×ｎ±３０°以内（ｎは０以上の整数）に相当する位相差を持たせることができれば良い。
【００２６】
このようにすることでフィルタの通過帯域における群遅延特性による位相変化を小さくでき、隣接電力抑圧と群遅延特性の両立が可能となる。従って送信帯域と受信帯域の間のガードバンドが比較的狭い場合においても群遅延特性を劣化させることなく、隣接帯域のアイソレーション特性を向上させることが可能となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明に係わるＲＦフロントエンドの第２の実施形態を示す機能ブロック図である。図５に示されるＲＦフロントエンドは、遅延回路１０２と送信帯域用フィルタ１０３とを直列接続した送信処理系と、遅延回路１０２と受信帯域用フィルタ１０４とを直列接続した受信処理系とをそれぞれ複数有するフィルタバンク１０７を備える。
【００２８】
各送信帯域用フィルタ１０３にはそれぞれ送信用電力増幅器１０５が接続される。各受信帯域用フィルタ１０４にはそれぞれ受信用定雑音増幅器１０５が接続される。個々の送信処理系および受信処理系において処理される帯域は、第１の実施形態と同様に互いに隣接しており、ガードバンドは個々の帯域よりも狭い。
【００２９】
図６は、図５に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の一例を示す図である。符号２０１は、図５の送信帯域用フィルタ１０３および受信帯域用フィルタ１０４に個々に対応する。
【００３０】
本実施形態においても、ある一つのフィルタの通過帯域特性に、他のフィルタの通過帯域に相当する位置にノッチ特性を持たせるようにする。この場合、隣接する帯域だけでなく、隣接帯域のその次の帯域というように、順次ノッチを形成する。これにより帯域間に良好なアイソレーションを持たせることが可能になる。
【００３１】
また本実施形態においても、帯域が隣接する無線周波信号に、遅延回路１０２により互いに逆相の位相差を持たせるようにする。技術的には、１８０°＋３６０°×ｎ±３０°以内（ｎは０以上の整数）に相当する位相差を持たせられれば良いことは第１の実施形態と同様である。このようにすることで、群遅延特性の劣化を防止することが可能となる。なお本実施形態においても、図３に示される特性と同様に、各帯域において複数のノッチを形成するようにしても良い。
【００３２】
（第３の実施形態）
図７は、本発明に係わるＲＦフロントエンドの第３の実施形態を示す機能ブロック図である。このＲＦフロントエンドは、隣接する帯域を用いて異なる無線周波数信号を送信する装置に適用され、それぞれ異なる送信周波数を受け持つ送信処理系を有するフィルタバンク１０７を備える。各送信処理系の送信帯域用フィルタ１０３には、それぞれ異なる周波数を受け持つ送信用電力増幅器１０５が接続される。
【００３３】
図８は、図５に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の一例を示す図である。このように本実施形態においても、各送信帯域用フィルタ１０３の特性において他のフィルタの通過帯域に相当する位置にノッチを形成する。また各フィルタ１０３に接続される遅延回路１０２の遅延量を調整し、各フィルタ１０３を通過した無線周波数信号の互いの合成位相差が１８０°＋３６０°×ｎ±３０°以内（ｎは０以上の整数）となるようにする。
【００３４】
このように、隣接帯域において送信だけを行なう構成においても、フィルタの通過帯域における群遅延特性による位相変化を小さくでき、隣接帯域の電力抑圧と群遅延特性の両立が可能となる。従って送信帯域と受信帯域の間のガードバンドが比較的狭い場合においても群遅延特性を劣化させることなく、隣接帯域のアイソレーション特性を向上させることが可能となる。
【００３５】
図９は、本実施形態に係わるＲＦフロントエンドの他の構成例を示す機能ブロック図である。この構成は、図７の構成に代えて、送信帯域用フィルタ１０３を受信帯域用フィルタ１０４に置き換え、各受信帯域用フィルタ１０４に受信用低雑音増幅器１０６を接続するようにしたものである。各受信帯域用フィルタ１０４の通過帯域特性および遅延回路１０２の遅延量は図８と同様である。このようにしても上記第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳しく述べたように本発明によれば、複数の通信帯域間のガードバンドが比較的狭い場合においても群遅延特性を劣化させることなく隣接帯域のアイソレーション特性を向上させることの可能なＲＦフロントエンドとこのＲＦフロントエンドを用いた無線通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係わるＲＦフロントエンドの第１の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の一例を示す図。
【図３】図１に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の別の例を示す図。
【図４】図１に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の別の例を示す図。
【図５】本発明に係わるＲＦフロントエンドの第２の実施形態を示す機能ブロック図。
【図６】図５に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の一例を示す図。
【図７】本発明に係わるＲＦフロントエンドの第３の実施形態を示す機能ブロック図。
【図８】図７に示されるＲＦフロントエンドの周波数レスポンス特性の一例を示す図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係わるＲＦフロントエンドの他の構成例を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
１０１…デュプレクサ
１０２…遅延回路
１０３…送信帯域用フィルタ
１０４…受信帯域用フィルタ
１０５…増幅器
１０６…受信用低雑音増幅器
１０７…フィルタバンク
１０８…アンテナ端子

Claims (8)

1. 複数の通信帯域ごとに割り当てて設けられ、自己に割り当てられる帯域以外の通信帯域にノッチ特性を有する複数の帯域分離用フィルタと、互いに隣接する通信帯域に割り当てられる前記帯域分離用フィルタを通過する無線周波信号に、互いに逆相の位相差を持たせる位相制御手段とを具備することを特徴とするＲＦフロントエンド。
2. 前記位相制御手段は、互いに隣接する通信帯域に割り当てられる帯域分離用フィルタを通過する無線周波信号に、互いに１８０°＋３６０°×ｎ±３０°以内（ｎは０以上の整数）の位相差を持たせることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフロントエンド。
3. 前記複数の帯域分離用フィルタは、それぞれ隣接する帯域にノッチ特性を有する帯域通過フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフロントエンド。
4. 前記複数の帯域分離用フィルタは、それぞれ隣接する帯域にノッチ特性を有するハイパスフィルタおよびローパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフロントエンド。
5. 前記位相制御手段は、コプレーナラインにより前記無線周波数信号の位相を遅延する遅延回路であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフロントエンド。
6. 前記位相制御手段は、マイクロストリップラインにより前記無線周波数信号の位相を遅延する遅延回路であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦフロントエンド。
7. 互いに隣接する複数の通信帯域をそれぞれ送信用または受信用または送信用と受信用に割り当てて無線通信を行なう無線通信装置において、
   前記複数の通信帯域ごとに割り当てて設けられ、自己に割り当てられる帯域以外の通信帯域にノッチ特性を有する複数の帯域分離用フィルタと、
   互いに隣接する通信帯域に割り当てられる前記帯域分離用フィルタを通過する無線周波信号に、互いに逆相の位相差を持たせる位相制御手段とを具備することを特徴とする無線通信装置。
8. 隣接する前記通信帯域間のガードバンド幅を通信用の帯域幅以下に設定して無線通信を行なうことを特徴とする請求項８に記載の無線通信装置。

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