JP2004514312A - 加算ネットワークを同調する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、加算ネットワークのブランチを加算点に接続するためのインターフェイスを有する加算点（Ｐ）と、この加算点（Ｐ）をアンテナ（ＡＮＴ）に接続するためのインターフェイスとを備え、そして上記ブランチに配置されたチャンネルユニット（ＴＸ１−ＴＸ３）と、通過周波数が、その対応するチャンネルユニットの１つ又は複数の周波数に対応するようなチャンネルユニット特有の通過帯域フィルタ（１−３）とを更に備えた加算ネットワークに係る。加算ネットワークの同調を容易にするために、補償要素（７）が加算点（Ｐ）とアンテナ（ＡＮＴ）との間で加算ネットワークに接続され、上記補償要素の負荷作用は、加算点に接続されたブランチにより加算点（Ｐ）に生じる負荷に実質的に対応する。

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、加算ネットワークに係り、より詳細には、性能を最適化するように加算ネットワークの大きさを定めることに係る。
【０００２】
【背景技術】
加算ネットワークは、例えば、移動システムのベースステーションにおいて、ベースステーションの送信器ブランチを共通の送信アンテナに結合するのに使用される。以下、本発明は、特に、ベースステーションの加算ネットワークを参照して一例として説明するが、他の加算ネットワークにも適用できる。
【０００３】
ベースステーションの加算ネットワークでは、各送信器ブランチは、送信器及び狭帯域の帯域通過フィルタを備え、その通過周波数は、送信器により使用される送信周波数に対応する。帯域通過フィルタ即ち合成フィルタは、送信器が互いに他の送信器の機能と干渉するのを防止する。実際に、各帯域通過フィルタは、通常、対応する送信器の中間周波数に同調されて、その対応送信器により送信された信号を最小限のロスで加算ネットワークへ通過すると同時に、他の送信器の異なる周波数の信号がその対応送信器へ通過するのを防止する。
【０００４】
送信器の送信電力の最大部分がアンテナへ転送されるようにするために、加算ネットワークは、ベースステーション送信器により使用される周波数チャンネルに対して同調されねばならない。加算ネットワークの最適な電気的長さは、送信されるべき信号の搬送波の波長に依存する。従って、厳密には、加算ネットワークは、１つの周波数のみに同調される。加算ネットワークは、一般に、使用可能な周波数帯域の中間、即ちＭ周波数に同調される。この場合に、送信器ブランチの帯域通過フィルタを加算点に接続する加算ネットワークのケーブルは、通常、その長さがλ／２となるように選択され、ここで、λは、Ｍ周波数における波長である。
【０００５】
最適な周波数、即ち通常は、Ｍ周波数から、使用可能な周波数帯域の下端即ちＢ周波数又はその上端即ちＴ周波数に向かって離れると、使用ケーブルの電気的長さは、値λ／２にもはや対応せず、ケーブルの電気的長さが間違ったものとなる。これは、加算点に負荷を招き、即ちリアクティブな不整合を招く。この負荷は、反射ロス及び通過ロスの悪化を招くと共に、合成フィルタの帯域巾を狭くする。
【０００６】
実際に、加算ネットワークの最適な周波数帯域は、加算ネットワークの同調を取り扱う必要なく、ベースステーション送信器の周波数チャンネルの著しい変化を許すには狭過ぎる。しかしながら、実際には、例えば、移動システムにおけるベースステーションの周波数チャンネルを、Ｂ周波数とＴ周波数との間で変更する必要がある。自動的に（リモートコントロールにより）同調可能な合成フィルタが一般的となっており、加算ネットワークの同調を容易にする必要性が生じている。エンジニアがベースステーションの場所を訪れ、そして加算ネットワークのケーブルを、新たな周波数帯域に同調されたケーブルに置き換えるような既に知られた解決策は、高価な上に、時間のかかるタスクである。
【０００７】
又、加算ネットワークの再同調を可能にする遠隔制御される調整要素を加算ネットワークに設けるような解決策も既に知られている。しかしながら、これらの調整要素は、比較的複雑であり、そしてそれらの製造及び管理コストが高いものとなる。
【０００８】
【発明の開示】
本発明の目的は、上記問題を解決すると共に、加算ネットワークの同調を容易にする解決策を提供することである。この目的は、本発明による加算ネットワークの同調方法により達成される。本発明の方法は、加算ネットワークのブランチにより加算点に生じる負荷を決定し、負荷作用が、加算ネットワークのブランチにより加算点に生じる負荷に実質的に対応するような補償要素を選択し、そして上記補償要素を加算点とアンテナとの間で加算ネットワークに接続する段階を含むことを特徴とする。
【０００９】
加算点が導体を経てアンテナに直接接続される場合には、加算点及びアンテナを接続する導体に補償要素を接続することにより加算点とアンテナとの間に補償要素を接続することができる。しかしながら、加算ネットワークの加算点が他のコンポーネント（１つ又は複数）を経てアンテナに接続される場合には、補償要素が、加算点とその後続コンポーネントとの間で、それらを接続する導体に接続される。「導体」という語は、コンポーネント間に信号を転送するための転送ラインを指す。従って、これは、例えば、同軸ケーブル、マイクロストリップ導体等でもよい。
【００１０】
又、本発明は、加算ネットワークのブランチを加算点に接続するためのインターフェイスを有する加算点と、この加算点をアンテナに接続するためのインターフェイスとを備え、そして上記ブランチに配置されたチャンネルユニットと、通過周波数が、その対応するチャンネルユニットの１つ又は複数の周波数に対応するようなチャンネルユニット特有の通過帯域フィルタとを更に備えた加算ネットワークにも係る。本発明の加算ネットワークは、補償要素が加算点とアンテナとの間で加算ネットワークに接続され、上記補償要素の負荷作用は、加算点に接続されたブランチによって加算点に生じる負荷に実質的に対応することを特徴とする。
【００１１】
本発明は、負荷作用が加算ネットワークのブランチにより加算点に生じる負荷と実質的に同じであるような補償要素を加算ネットワークにおいて加算点とアンテナとの間に配置するという考え方をベースとする。このような補償要素を使用すると、チャンネルユニットの周波数チャンネルが切り換えられるときに加算ネットワークを再同調する必要性が排除される。このため、補償要素は、新たな周波数帯域においてもはや最適なものではない加算ネットワークブランチの電気的長さにより生じる不整合を補償する。
【００１２】
この点において、チャンネルユニットの概念は、送信器、受信器又はその組み合わせを指す。本発明の解決策は、送信用途における加算ネットワーク及び受信用途における加算ネットワークの両方に適用することができる。送信用途における加算ネットワークは、送信器の信号を加算しそしてそれらを共通の送信アンテナに付与するように使用される。受信用途における加算ネットワークは、共通のアンテナで受信された信号を異なる受信器へ分岐するのに使用される。本発明によれば、加算点は、導体によりアンテナへ直結することもできるし、或いは別のコンポーネント（１つ又は複数）を経てアンテナへ接続することもできる。それとは別に、加算点は、別の加算点を経てアンテナに接続されてもよい。
【００１３】
従って、本発明の方法及び加算ネットワークの最も重要な効果は、加算ネットワークのブランチを加算点に接続するケーブルを交換する必要がなく、そしてたとえベースステーションにおけるチャンネルユニットの周波数が変更されても、加算ネットワークはいかなる他の種類の同調も必要としないことである。
【００１４】
本発明によれば、最も簡単なケースでは、補償要素は、その長さが、通過帯域フィルタを加算点に接続する導体の全長に実質的に対応するような導体である。このような解決策により達成される著しい付加的な効果は、温度補償された加算ネットワークである。これは、ブランチを加算点に接続する導体と、補償要素の導体との温度変化により生じる変化が互いに補償し合うからである。
【００１５】
加算ネットワークの通過ロスを、導体が補償要素として使用されるときに得られるものより低くすべき場合には、補償要素は、例えば、キャパシタ及びコイルより成る共振器でよい。この場合には、キャパシタ及びコイルの第１の極は、加算点とアンテナとの間でコネクタに接続され、そして第２の極は接地される。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態は、従属請求項２ないし３及び５ないし１２に記載する。
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を、一例として詳細に説明する。
【００１８】
【発明を実施するための最良の形態】
図１は、本発明の加算ネットワークの第１の好ましい実施形態を示すブロック図である。図１の加算ネットワークは、例えば、移動システムにおけるベースステーションの加算ネットワークであり、このネットワークは、異なる加算ネットワークブランチのチャンネルユニットＴＸ１ないしＴＸ３を共通のアンテナＡＮＴに接続するための手段として働く。チャンネルユニットＴＸ１ないしＴＸ３は、受信器、送信器又はその組み合わせである。しかしながら、以下の説明では、一例として、チャンネルユニットＴＸ１ないしＴＸ３は、送信器であって、その信号が加算ネットワークによって合成され、そして共通の送信アンテナに付与されると仮定する。
【００１９】
図１のケースでは、ベースステーションの加算ネットワークは、３つのブランチを備え、その各々は、チャンネルユニットＴＸ１ないしＴＸ３と、帯域通過フィルタ１ないし３とを含む。実際に、ブランチの数は、当然、３つのブランチを含む図１の例示的ケースとは相違してもよい。各帯域通過フィルタ１ないし３の通過周波数は、対応するチャンネルユニットにより使用される周波数（１つ又は複数）に対応するように調整される。これは、例えば、帯域通過フィルタ１が、チャンネルユニットＴＸ１により発生された送信周波数信号を加算ネットワークへ通過すると同時に、他のチャンネルユニットＴＸ２及びＴＸ３により発生された信号がチャンネルユニットＴＸ１へ通過するのを防止することを意味する。帯域通過フィルタ１ないし３は、導体４ないし６によって加算点Ｐへ接続される。この説明において、導体とは、１つのコンポーネントから別のコンポーネントへ信号を転送するための転送ライン、例えば、同軸ケーブル又はマイクロストリップ導体を指す。加算点Ｐにおいて、異なる送信器により発生された信号は、合成され、そして共通のアンテナＡＮＴへ更に供給される。
【００２０】
図１のケースでは、３つの異なる周波数レンジ、即ちＢレンジ（最低周波数）、Ｍレンジ（中間周波数）及びＴレンジ（最高周波数）に属する周波数にベースステーション送信器を同調できると仮定している。ベースステーションの周波数が切り換えられる場合には、選択された周波数レンジにおける周波数チャンネルが、各送信器の使用に対して与えられる。ベースステーションの加算ネットワークの製造中に、導体４ないし６は、所与のブランチが他のブランチのチャンネルユニットに負荷をかけないような大きさにされる。これは、導体の長さがＤ＝λ／２であるときに達成される。但し、λは、Ｍ周波数における波長である。従って、加算ネットワークは、Ｍ周波数レンジにおいて最適に同調される。
【００２１】
周波数変更中に加算ネットワークを再同調する必要がないようにするために、補償要素７が加算ネットワークに追加される。図１の実施形態では、補償要素７は、加算点から距離Ｌに配列される。この距離Ｌは、λをベースステーションの周波数帯域の中間周波数における波長とし、そしてｎを正の整数又はゼロとすれば、Ｌ＝λ／４＋ｎ＊λ／２であるように選択される。
【００２２】
ベースステーション送信器の周波数が低く変更され、即ちＢレンジに向かって変更された場合には、信号波長が導体４ないし６の長さにもはや対応しないように信号波長が変化する。周波数変更により生じるケーブル長さエラーは、加算点Ｐが誘導性負荷となるように加算点Ｐに影響する。加算点Ｐから距離Ｌに移動したときには、加算点において見ることのできるリアクティブインピーダンスが逆符号をとる。キャパシタンスへと変換されるこの加算ネットワークのインピーダンス変化は、対応する大きさの誘導性負荷を生じさせる補償要素７により補償することができる。
【００２３】
同様に、ベースステーション送信器の周波数が高く変更され、即ちＴレンジに向かって変更されたときには、信号波長は、それがもはや導体４ないし６の長さに対応しないように変化する。この周波数変更により生じる導体長さエラーは、加算点Ｐから距離Ｌへ移動するときに、インダクタンスへと変化する容量性負荷を生じさせるように加算点Ｐに作用する。補償要素により生じる負荷は、ブランチにより加算点に生じる負荷に対応するので、この容量性負荷は、インダクタンスへと変換されるブランチのインピーダンス変化を補償する。
【００２４】
上述したように使用される補償要素７が、帯域通過フィルタ１ないし３を加算点に接続する導体４ないし６に電気的特性及び長さが対応する導体である場合には、本発明の解決策は、加算ネットワークに対する温度補償も同時に達成する。これは、温度変化により電気的特性に対して生じる変化が、加算点の異なる側でバランスされるからである。
【００２５】
図２は、本発明による加算ネットワークの第２の好ましい実施形態を示すブロック図である。図２の実施形態は、異なる補償要素を使用すること以外、図１のケースに対応する。図２のケースでは、使用する補償要素がコイル９及びキャパシタ１０であり、その第１の極は加算点ＰとアンテナＡＮＴとの間で導体に接続され、そして第２の極は接地される。従って、補償要素８は、使用する周波数帯域の中間周波数に対して共振回路として働く。
【００２６】
図３は、本発明による加算ネットワークの第３の好ましい実施形態を示すブロック図である。図３の実施形態も、異なる補償要素を使用すること以外、図１のケースに対応する。図３の実施形態では、補償要素１１は、例えば、加算点Ｐと同様の加算要素１２を備えている。実際の信号は、加算要素１２を直接通過する。図３のケースでは、キャパシタンスとして働く短いオープンスタブ１４と、インダクタンスとして働く長いスタブ１３が加算要素１２に接続される。実際に、これらスタブ１３及び１４は、所与の長さの導体であって、Ｍ周波数で並列共振するような大きさにされた導体で構成される。Ｂ周波数では、結合を横方向インダクタンスとして見ることができ、そしてＴ周波数では、横方向キャパシタンスとして見ることができる。
【００２７】
スタブ１３及び１４の長さは、それらがインダクタンスとして働くかキャパシタンスとして働くかを決定する。スタブは、その端において閉じている（接地された）場合、その長さが（０ないしλ／４）＋ｎ＊λ／２の範囲であればインダクタンスとして働き、そしてその長さが（λ／４ないしλ／２）＋ｎ＊λ／２の範囲であれば、キャパシタンスとして働く。又、スタブは、それが開いている（その端が接地されていない）場合、その長さが（λ／４ないしλ／２）＋ｎ＊λ／２の範囲であれば、インダクタンスとして働き、そしてその長さが（０ないしλ／４）＋ｎ＊λ／２の範囲であれば、キャパシタンスとして働く。
【００２８】
キャパシタンスとして働く１つのスタブと、インダクタンスとして働く１つのスタブが加算要素１２に接続されるのではなく、キャパシタンスとして働く多数の並列なスタブ及び／又はインダクタンスとして働く多数の並列なスタブをそこに接続することもできる。ある場合には、これは、以前よりもロスの小さい解決策を提供する。
【００２９】
図４は、本発明による方法の第１の好ましい実施形態を示すフローチャートである。
【００３０】
図４において、ブロックＡでは、加算ネットワークのブランチにより加算点に生じる負荷が決定される。これは、例えば、ブランチにより生じる誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスを見出すことにより達成される。
【００３１】
ブロックＢでは、ブランチにより加算点に対して生じるものに対応する負荷を有する補償要素が選択される。適当な補償要素は、例えば、その横方向負荷がリアクティブで、ＢレンジからＭレンジに向かい、誘導性から無限大へと増加し、そしてＭレンジからＴレンジへ進むときに無限大から容量性へ減少する共振器である。その最も簡単な形態では、ブランチの通過帯域フィルタを加算点に接続する導体と同じ対応長さを有し、そして電気的特性が、帯域通過フィルタを加算点に接続する導体に対応するような導体が選択される。
【００３２】
ブロックＣでは、補償要素は、加算点とアンテナとの間で加算ネットワークに接続される。この場合に、加算点までの距離Ｌは、λを波長としそしてｎを正の整数又はゼロとすれば、Ｌ＝λ／４＋ｎ＊λ／２となるように選択されるのが好ましい。
【００３３】
図５は、本発明の加算ネットワークの第４の好ましい実施形態を示すブロック図である。図５の実施形態は、図２の実施形態にほぼ対応する。しかしながら、図５の場合に、加算ネットワークは、２つの対応する加算点Ｐを有し、その両方に２つのブランチが接続される。一例として、図５が送信用途における加算ネットワークを示すと仮定すれば、加算点Ｐは、各々ブランチで構成されたチャンネルユニットＴＸ１ないしＴＸ２及びＴＸ３ないしＴＸ４により発生された信号を合成する。
【００３４】
図５のケースでは、加算点Ｐは、図２のケースの加算点Ｐのように、アンテナＡＮＴに直結されない。むしろ、加算点Ｐは、第２の加算点Ｐ２を経てアンテナＡＮＴに接続される。換言すれば、加算点の補償要素８が、加算点Ｐと第２加算点Ｐ２との間に配置される。更に、第２の補償要素１５が、第２加算点Ｐ２と、アンテナＡＮＴとの間に配置される。この第２の補償要素１５は、ブランチの方向から第２加算点Ｐ２へと生じる負荷を補償する。加算点Ｐ及びＰ２を接続する導体の電気的長さは、λ／２＋ｎ＊λ／２である。
【００３５】
第２の補償要素１５は、λをベースステーションの周波数帯域の中間周波数における波長とし、そしてｎを正の整数又はゼロとすれば、第２の加算点Ｐ２から距離Ｌ＝λ／４＋ｎ＊λ／２において接続される。図５は、第２の補償要素がコイル及びキャパシタの組み合わせより成るものを一例として示すが、これに代わって、別の形式の補償要素を第２の補償要素として使用することもできる。
【００３６】
図６は、本発明の加算ネットワークの第５の好ましい実施形態を示すブロック図である。図６の実施形態では、加算ネットワークのブランチは、加算点Ｐ３を備え、これを経てブランチの帯域通過フィルタが加算点Ｐに接続される。図６のケースとは異なり、１つ以上のチャンネルユニットが、チャンネルユニット特有の帯域通過フィルタを経て加算点Ｐへ直接接続されてもよく、即ちこのようなブランチが加算点Ｐ３を経て加算点Ｐに接続されずに、接続が行われてもよい。
【００３７】
加算点Ｐ３とＰを接続する導体の電気的長さは、λ／２＋ｎ＊λ／２である。加算点ＰとアンテナＡＮＴとの間には、ブランチにより加算点Ｐに生じる負荷を補償するために補償要素１６が配置される。従って、補償要素１６は、ブランチの方向から加算点Ｐに生じる全負荷に対応する負荷を加算点に生じさせ、そして導体及び加算点Ｐ３の両方により生じる負荷を含むような大きさにされる。
【００３８】
図６の説明は、補償要素１６がコイル及びキャパシタの組み合わせより成ることを一例として示すが、これに代わって、別の形式の補償要素を補償要素１６として使用することもできる。
【００３９】
上記説明及びその関連図面は、本発明を単に例示するものに過ぎないことを理解されたい。特許請求の範囲に規定する本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、本発明の種々の変更や修正がなされ得ることが当業者に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による加算ネットワークの第１の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図２】
本発明による加算ネットワークの第２の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図３】
本発明による加算ネットワークの第３の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図４】
本発明による方法の第１の好ましい実施形態を示すフローチャートである。
【図５】
本発明による加算ネットワークの第４の好ましい実施形態を示すブロック図である。
【図６】
本発明による加算ネットワークの第５の好ましい実施形態を示すブロック図である。

Claims (12)

1. 加算ネットワークを同調する方法において、
   加算ネットワークのブランチにより加算点に生じる負荷を決定し、
   負荷作用が、加算ネットワークのブランチにより加算点に生じる負荷に実質的に対応するような補償要素を選択し、そして
   上記補償要素を加算点とアンテナとの間で加算ネットワークに接続する、
   という段階を含むことを特徴とする方法。
2. 誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスが、上記ブランチにより加算点に生じる誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスに実質的に対応するような補償要素を選択する請求項１に記載の方法。
3. 上記補償要素を、加算点からの電気的距離Ｌにおいて加算点とアンテナとの間で加算ネットワークに接続し、上記電気的距離Ｌは、λをベースステーションの周波数帯域の中間周波数における波長とし、そしてｎを正の整数又はゼロとすれば、Ｌ＝λ／４＋ｎ＊λ／２である請求項１又は２に記載の方法。
4. 加算ネットワークのブランチを加算点に接続するためのインターフェイスを有する加算点（Ｐ）と、この加算点（Ｐ）をアンテナ（ＡＮＴ）に接続するためのインターフェイスとを備え、そして上記ブランチに配置されたチャンネルユニット（ＴＸ１−ＴＸ３）と、通過周波数が、その対応するチャンネルユニットの１つ又は複数の周波数に対応するようなチャンネルユニット特有の通過帯域フィルタ（１−３）とを更に備えた加算ネットワークにおいて、補償要素（７，８，１１，１６）が加算点（Ｐ）とアンテナ（ＡＮＴ）との間で加算ネットワークに接続され、上記補償要素の負荷作用は、加算点に接続されたブランチにより加算点（Ｐ）に生じる負荷に実質的に対応することを特徴とする加算ネットワーク。
5. 上記補償要素（７，８，１１，１６）の誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスは、上記ブランチによって加算点に生じる誘導性リアクタンス及び容量性リアクタンスに実質的に対応する請求項４に記載の加算ネットワーク。
6. 上記補償要素（７，８，１１，１６）は、加算点からの電気的距離Ｌにおいて加算点（Ｐ）とアンテナ（ＡＮＴ）との間に接続され、上記電気的距離Ｌは、λをベースステーションの周波数帯域の中間周波数における波長とし、そしてｎを正の整数又はゼロとすれば、Ｌ＝λ／４＋ｎ＊λ／２である請求項４又は５に記載の加算ネットワーク。
7. 上記補償要素（７）は、上記帯域通過フィルタを加算点（Ｐ）に接続する導体（４−６）の全電気的長さに実質的に対応するような長さの導体より成る請求項４ないし６のいずれかに記載の加算ネットワーク。
8. 上記補償要素（８）は、キャパシタ（１０）及びコイル（９）より成り、その第１の極は、加算点とアンテナとの間でコネクタに接続され、そしてその第２の極は接地される請求項４ないし６のいずれかに記載の加算ネットワーク。
9. 上記補償要素は、共振器より成る請求項４ないし６のいずれかに記載の加算ネットワーク。
10. 上記補償要素（１１）は、インダクタンスとして働く少なくとも１つのスタブ（１３）及びキャパシタンスとして働く少なくとも１つのスタブ（１４）がインターフェイスに接続された加算要素（１２）より成り、上記スタブは、ベースステーションの周波数帯域の中間周波数において共振するような大きさとされる請求項４ないし６のいずれかに記載の加算ネットワーク。
11. 上記加算点（Ｐ）は、第２加算点（Ｐ２）を経て上記アンテナ（ＡＮＴ）に接続され、上記第２加算点（Ｐ２）とアンテナ（ＡＮＴ）との間には第２の補償要素（１５）が接続され、この第２の補償要素の負荷は、上記ブランチの方向から上記第２の加算点（Ｐ２）に生じる負荷に実質的に対応する請求項４ないし１０のいずれかに記載の加算ネットワーク。
12. 上記加算ネットワークのブランチは、上記帯域通過フィルタが上記加算点（Ｐ）に接続されるときに通る加算点（Ｐ３）を含む請求項４ないし１０のいずれかに記載の加算ネットワーク。

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