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

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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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