JP2004194292A - 送受信フィルタ装置および通信装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失、雑音指数、群遅延特性の劣化を抑え発振動作を防止するとともにＩＭ（相互変調）歪みを低減して受信感度の低下等を抑えた送受信フィルタ装置およびそれを用いた通信装置を提供する。
【解決手段】 アンテナＡＮＴが接続される第１のポート＃１と、送受信回路１０が接続される第２のポート＃２との間に第１・第２の伝送経路Ｐ１，Ｐ２を備え、第１の伝送経路Ｐ１に受信フィルタＲｘａ，Ｒｘｂ，Ｒｘｃ，Ｒｘｄ、増幅回路ＬＮＡおよび９０°ハイブリッド回路１１，１２，１３，１４を設ける。アンテナＡＮＴからの受信信号はポート＃１→１１→（Ｒｘａ，Ｒｘｂ）→１２→ＬＮＡ→１３→（Ｒｘｃ，Ｒｘｄ）→１４→ポート＃２へ伝送され、ＬＮＡには戻らない。これにより受信信号の正帰還による発振を防止する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、送受信信号を選択通過させる送受信フィルタ装置およびそれを備えた通信装置に関するものである。
従来、移動体通信システムにおける基地局には、塔頂のアンテナと送受信回路との間に、受信信号を増幅する増幅回路を備えた送受信フィルタ装置が設けられている。
例えば特許文献１には、アンテナを接続する第１のポートと送受信回路を接続する第２のポートとの間に、第１・第２の伝送経路を備えた送受信フィルタ装置が示されている。
ここで、その構成を図６に示す。図６においてＡＮＴはアンテナ、１０は送受信回路、Ｐ１は受信信号を通過させる第１の伝送経路、Ｐ２は送信信号を通過させる第２の伝送経路である。この第１の伝送経路Ｐ１には、受信信号を通過させる帯域通過特性を有する受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２と、増幅回路ＬＮＡとが備えられている。第２の伝送経路Ｐ２には、受信信号のみを阻止する帯域阻止特性を有する送信フィルタＴｘ１が設けられている。
このような構成により、アンテナＡＮＴから入力された受信信号は第１の伝送経路Ｐ１で増幅されて送受信回路１０へ送られ、送受信回路１０からの送信信号は第２の伝送経路Ｐ２を経由してアンテナＡＮＴへ送られる。
また、特許文献２には、第１の伝送経路と第２の伝送経路との２つの分岐部に、第１のポートから第１の伝送線路を経由して第２のポート方向へ受信信号を伝送し、第２のポートから第２の伝送線路を経由して第１のポート方向へ送信信号を伝送する、方向性を有する回路をそれぞれ設け、且つこれらの方向性を有する回路に、増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送するサーキュレータと、第１のポートから入力された受信信号を前記増幅回路へ伝送し、第２の伝送線路からの送信信号をアンテナへ伝送するサーキュレータを用いた送受信フィルタ装置が示されている。
図５はその特許文献２の構成例を示している。この例では、第１の伝送経路Ｐ１には２つの受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２と増幅回路ＬＮＡを備えている。第１の伝送経路Ｐ１と第２の伝送経路Ｐ２との接続部分にはサーキュレータ１５，１６をそれぞれ設けている。 サーキュレータ１５，１６は、そのポート(1) →(2) 方向、および(2) →(3) 方向を順方向とするサーキュレータである。従って、ポート＃１から入力される受信信号はサーキュレータ１５のポート(2) に入力され、ポート(3) から第１の伝送経路Ｐ１へ伝送される。ＬＮＡにより増幅された受信信号はサーキュレータ１６のポート(3) に入力され、ポート(1) からポート＃２へ出力される。
また、送受信回路１０からポート＃２へ入力される送信信号は、サーキュレータ１６のポート(1) から(2) 方向へ伝送され、第２の伝送経路Ｐ２を経由し、サーキュレータ１５のポート(1) から(2) へ伝送され、ポート＃１を経由しアンテナＡＮＴへ出力される。
国際公開第０２／３１９９７号パンフレット 国際公開第０１／３５６８４号パンフレット
ところが、図６に示したように、第１・第２の伝送経路Ｐ１，Ｐ２を備え、その経路に増幅回路を備えている場合、２つの伝送経路がフィードバックループを構成する場合がある。すなわち、送信フィルタＴｘ１は送信周波数帯域を通過させ、受信周波数帯域を阻止するが、この送信フィルタの受信周波数帯域近傍の減衰量が良好でないと、増幅回路ＬＮＡの出力信号がＲｘ２→Ｔｘ１→Ｒｘ１→ＬＮＡの経路で正帰還され発振してしまう。この発振を抑えるためには、ループゲインが１以下となるように、送信フィルタＴｘ１の受信周波数帯域での減衰量を大きく確保する必要があり、送信フィルタＴｘ１の受信周波数帯の阻止帯域幅を拡大するか、または受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２の通過帯域幅を縮小する必要が生じる。その結果、送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失（ＩＬ:Insertion Loss ）、雑音指数（ＮＦ:Nose Figure）、群遅延（ＧＤ:Group Delay）特性が劣化するという問題が生じる。
また、図５に示したようなサーキュレータを用いた送受信フィルタ装置では、送受信回路１０から送信信号として、周波数の異なる２つの信号がサーキュレータ１６，１５へ入力された場合、サーキュレータ１６，１５内でＩＭ（相互変調）歪みが発生し、そのＩＭ歪み信号がサーキュレータ１６のポート(2) とポート(3) から出力される。例えば高電力サーキュレータの場合、受信信号帯域内の３次ＩＭ（相互変調）歪みレベルは、送信電力４５ｄＢｍ入力において−８０ｄＢｍ程度と大きくなる。このような大きなＩＭ歪みは、非可逆性をもたせるために用いるフェライトの特性に起因している。
上記受信信号帯域内の３次ＩＭ歪み信号がサーキュレータ１５のポート(2) から出力された場合、その信号が近傍の基地局への妨害波としてアンテナから送信されるので、その基地局の受信感度を低下させてしまう。また、サーキュレータ１５のポート(3) から上記ＩＭ歪み信号が力された場合は、そのＩＭ歪み信号がＬＮＡで増幅され自基地局の受信感度を低下させてしまう。
現状の実際のシステムでは、伝送経路で発生される３次ＩＭ歪み信号の許容値は−１００〜−１２０ｄＢｍ程度であるが、上述のようにサーキュレータを用いた構成ではそのレベルを確保することは困難であった。
そこで、この発明の目的は、送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失、雑音指数、群遅延特性の劣化を抑え、発振動作を防止するとともに、ＩＭ（相互変調）歪みを低減して受信感度の低下等を抑えた送受信フィルタ装置およびそれを用いた通信装置を提供することにある。
この発明は、アンテナが接続される第１のポートと送受信回路が接続される第２のポートとの間に、受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備えた第１の伝送経路と、送信信号を通過させる第２の伝送経路とを備えてなる送受信フィルタ装置において、
第１の伝送経路と第２の伝送経路との２つの分岐部に、第１のポートから第１の伝送線路を経由して第２のポート方向へ受信信号を伝送し、第２のポートから第２の伝送線路を経由して第１のポート方向へ送信信号を伝送する、方向性を有する回路をそれぞれ設け、且つこれらの方向性を有する回路に、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する９０°ハイブリッド回路と、第１のポートから入力された受信信号を前記増幅回路へ伝送し、第２の伝送線路からの送信信号を前記アンテナへ伝送する９０°ハイブリッド回路とを備えたことを特徴としている。
また、この発明は、前記９０°ハイブリッド回路の途中に受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを設けたことを特徴としている。
さらに、この発明は、送受兼用のアンテナと送受信回路とを備え、このアンテナと送受信回路との間に前記送受信フィルタ装置を設けて通信装置を構成したことを特徴としている。
この発明によれば、アンテナが接続される第１のポートと送受信回路が接続される第２のポートとの間に、受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備えた第１の伝送経路と、送信信号を通過させる第２の伝送経路とを備えてなる送受信フィルタ装置において、受信信号が第２の伝送経路を経由して第１の伝送経路の入力側へ戻るという正帰還が無くなり、発振動作を阻止することができる。
そのため、第２の伝送経路における送信フィルタの阻止帯域（受信周波数帯域）幅を拡大したり、第１の伝送経路における受信信号の通過帯域幅を縮小したりする必要がなく、その結果、送信信号または受信信号の挿入損失、雑音指数、群遅延特性をそれぞれ改善できる。
しかもこの発明によれば、前記方向性を有する回路を、９０°ハイブリッド回路で構成したことにより、回路構成が簡単になるだけなく、サーキュレータを用いた場合とは異なり、ＩＭ歪みを大幅に低減でき、基地局で用いた場合の受信感度の低下を防止することができる。
また、この発明によれば、前記９０°ハイブリッド回路の途中に受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを設けたことにより、受信信号のみを増幅回路へ伝送し、送信信号だけ反射して第２の伝送経路へ送るという効果が得られる。
さらに、この発明によれば、前記送受信フィルタ装置を送受兼用のアンテナと送受信回路との間に設けたことにより、送信信号または受信信号の挿入損失、雑音指数、群遅延特性がそれぞれ改善でき、低いデータ誤り率で高速伝送可能な通信性能に優れた通信装置が構成できる。
第１の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置について図１〜図４を基に説明する。図１においてＡＮＴは基地局のアンテナ、送受信回路１０は基地局において通信信号の送受信を行う回路である。また、Ｆはサージ吸収フィルタであり、ポート＃１とアンテナＡＮＴとの間、およびポート＃２と送受信回路１０との間にそれぞれ設けている。図１においてアンテナＡＮＴと送受信回路１０とサージ吸収フィルタＦを除いた部分が送受信フィルタ装置１００である。
この送受信フィルタ装置１００の第１のポート＃１にアンテナＡＮＴを接続し、第２のポート＃２に送受信回路１０を接続している。この送受信フィルタ装置１００は、アンテナＡＮＴと共に基地局の塔頂部分に配置される。Ｒｘａ，Ｒｘｂ，Ｒｘｃ，Ｒｘｄはそれぞれ受信周波数帯域の信号を通過させ，送信周波数帯域の信号を阻止する帯域通過特性を有する受信フィルタである。ＬＮＡは低雑音増幅回路である。１１，１２，１３，１４はそれぞれ９０度ハイブリッド回路（以下単に「ハイブリッド回路」という。）である。これらのハイブリッド回路１１〜１４は、信号の伝送方向に方向性を有する電力二等分回路である。ポート＃１からの受信信号はハイブリッド回路１１で電力二等分され、受信フィルタＲｘａ，Ｒｘｂを通過し、ハイブリッド回路１２を通過し，増幅回路ＬＮＡで増幅され、ハイブリッド回路１３で電力二等分され、受信フィルタＲｘｃ，Ｒｘｄを通過し、ハイブリッド回路１４を経由してポート＃２へ出力される。この受信信号は送受信回路１０へ与えられる。
上記ハイブリッド回路１１〜１４は同軸線路をつなぎ合わせることによって構成できるので、特許文献２に示されたサーキュレータのように、フェライト等の磁性体を用いる必要がなく、また同軸線路の内外導体の表面を銀などの良導体でメタライズすることによって、ＩＭは非常に小さくなる。実際に作成したところ−１２５ｄＢｍのＩＭ歪みレベルを達成することができた。したがって、前述したように現状の実際のシステムで許容される３次ＩＭ歪み信号の許容値−１００〜−１２０ｄＢｍ程度以下の値を十分に実現することができる。
図２は上記受信信号の流れについて示している。ポート＃１から入力された受信信号は１１→（Ｒｘａ，Ｒｘｂ）→１２→ＬＮＡ→１３→（Ｒｘｃ，Ｒｘｄ）→１４の経路でポート＃２に出力される。このとき、ハイブリッド回路１１と１２とで２段のハイブリッド回路を構成することになり、受信フィルタＲｘａ，Ｒｘｂがその途中に設けられた構成となっている。この２段のハイブリッド回路は、ポート(1) から入力された受信信号がポート(2) へ出力され、ポート(3) および(4) へは出力されない。
また、ハイブリッド回路１３と１４についても同様に、２段のハイブリッド回路を構成することになり、受信フィルタＲｘｃ，Ｒｘｄがその途中に設けられた構成となっている。この２段のハイブリッド回路の(1) から入力された、ＬＮＡで増幅された受信信号は、ポート(2) からポート＃２へ出力される。ポート(3) および(4) からは出力されない。従ってＬＮＡに正帰還されることはない。
次に、第２の実施形態に係る送受信フィルタ装置について示す。
図１・図２に示した例では、増幅回路ＬＮＡの入力側と出力側に、それぞれ２段のハイブリッド回路を構成したが、その段数を増してもよい。図３は、２段のハイブリッド回路１１，１４と１段のハイブリッド回路１２，１３を設けて、それぞれ３段のハイブリッド回路を構成した場合について示している。但し、図３では、増幅回路ＬＮＡの入力側と出力側を接続する部分をポート＃４，＃３としていて、ハイブリッド回路１１，１４および受信フィルタＲｘａ〜Ｒｘｄの特性を求めるための回路としている。図４はその特性図である。図３において、ポート＃１とポート＃２との間の第１の伝送経路を線路Ｌ０で表している。図３においてハイブリッド回路１１を構成する７つの線路Ｌ１〜Ｌ７はそれぞれ伝送周波数で１／４波長の電気長を備えている。また、各線路のインピーダンスは次の通りである。
Ｌ１〜Ｌ４ ３５．９５Ω
Ｌ５，Ｌ６ １０５．２３Ω
Ｌ７ ４７．２６Ω
ハイブリッド回路１４は１１と同様の構成である。また受信フィルタＲｘａ〜Ｒｘｄはそれぞれ同一の特性である。
図４は図３に示したポート＃１〜＃４の各ポート間の通過／反射特性を示している。ここで、縦軸は通過損失または反射損失であり、ｄＢで表している。また、受信周波数帯域の中心周波数は１９５０ＭＨｚ、送信周波数帯域は１９２０〜１９８０ＭＨｚ以外である。ここで、四角のマークを付した曲線はポート＃１の反射特性（Ｓ１１特性）、丸のマークを付した曲線はポート＃２→ポート＃１方向への通過特性（Ｓ１２特性）、下向き三角のマークを付した曲線はポート＃２の反射特性（Ｓ２２特性）、上向き三角のマークを付した曲線はポート＃３→ポート＃２方向の通過特性（Ｓ２３特性）、菱形のマークを付した曲線はポート＃１→ポート＃４方向の通過特性（Ｓ４１特性）である。
このように、Ｓ１２特性は送信周波数帯域を含む広い周波数帯域に亘って略０ｄＢを保ち、低損失特性が得られている。従って、送信信号がポート＃２からポート＃１方向へ低損失で伝送される。また、Ｓ４１特性およびＳ２３特性は受信周波数帯域１９２０〜１９８０ＭＨｚで略０ｄＢを保ち、低損失特性が得られている。従ってポート＃１から入力された受信信号はポート＃２方向へ低損失で伝送される。
また、このように９０度ハイブリッド回路１１，１４を２段にしたことによって、送信周波数帯域の通過帯域を広くすることができる。
なお、以上に示した各実施形態では、第２の伝送経路Ｐ２を単なる線路としたが、ここに、送信周波数帯域の信号を通過し、受信周波数帯域の信号を遮断する送信フィルタを設けても良い。そのことによって、第２の伝送経路Ｐ２を経由して帰還する受信信号の帰還量を更に抑えることができる。
第１の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図 同送受信フィルタ装置におけるハイブリッド回路の作用を説明するための図 第２の実施形態に係る送受信フィルタ装置の特性解析用の回路図 同特性図 従来の送受信フィルタ装置に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図 従来の別の送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図
符号の説明
１０−送受信回路
１１〜１４−９０度ハイブリッド回路
１５，１６−サーキュレータ
１００−送受信フィルタ
Ｐ１−第１の伝送経路
Ｐ２−第２の伝送経路
ＡＮＴ−アンテナ
Ｒｘａ〜Ｒｘｄ−受信フィルタ
Ｒｘ１，Ｒｘ２−受信フィルタ
ＬＮＡ−増幅回路
Ｒ−抵抗
Ｆ−サージ吸収フィルタ

Claims (3)

  1. アンテナが接続される第１のポートと送受信回路が接続される第２のポートとの間に、受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備えた第１の伝送経路と、送信信号を通過させる第２の伝送経路とを備えてなる送受信フィルタ装置において、
    前記第１の伝送経路と第２の伝送経路との２つの分岐部に、第１のポートから第１の伝送線路を経由して第２のポート方向へ受信信号を伝送し、第２のポートから第２の伝送線路を経由して第１のポート方向へ送信信号を伝送する、方向性を有する回路をそれぞれ設け、且つこれらの方向性を有する回路に、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する９０°ハイブリッド回路と、第１のポートから入力された受信信号を前記増幅回路へ伝送し、第２の伝送線路からの送信信号を前記アンテナへ伝送する９０°ハイブリッド回路とを備えたことを特徴とする送受信フィルタ装置。
  2. 前記受信フィルタを前記９０°ハイブリッド回路の途中に設けた請求項１に記載の送受信フィルタ装置。
  3. 請求項１または２に記載の送受信フィルタ装置の第１ポートに送受兼用のアンテナを接続し、第２ポートに送受信回路を接続してなる通信装置。
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