JP2005341028A - ＢＰＦ（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 柔軟な回路設計や複数仕様の設計を共通化することが可能となるＢＰＦ回路を提供する。
【解決手段】 互いに並列に接続された複数のＢＰＦを備え、この複数のＢＰＦの入力側には、入力ＲＦ信号をこの複数のＢＰＦのいずれか一つに切り替えて入力する少なくとも一つの入力側サーキュレータを備え、この複数のＢＰＦの出力側には、この複数のＢＰＦのいずれか一つからの出力ＲＦ信号を切り替えて出力する少なくとも一つの出力側サーキュレータを備える。さらに、ＢＰＦに入力したＲＦ信号の反射波を終端するアイソレータが入力側サーキュレータと当該ＢＰＦとの間にそれぞれ挿入される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線信号の送受信装置に利用する。特に、ＲＦ(Radio
Frequency)信号を用いた回路に利用する。

無線に使用する周波数を有効に活用するために、複数の周波数帯に分けて利用したり、隣接した周波数を分離して使用することが求められている。

このような送受信装置等において、送信回路や受信回路は部品の高性能化および小型化による広帯域化が進み、様々な周波数を共通回路で使用可能となってきたが、送受信信号を分離し不要波を除去するためのＢＰＦは、波長による大きさの制限や広帯域化のために必要な特性を得るのが容易ではなく、また、離れた複数の周波数を同一の通過帯域内で共通化することが困難であるため、複数のＢＰＦを周波数毎に使い分ける手法が主流である。

解決策として、使用する周波数によって通過帯域を可変させる電子チューン型のＢＰＦも検討されているが、要求される特性を得難いこと、信頼性の確保等の問題があり、商用レベルのものは得られていない。

従来のＢＰＦを利用して隣接した周波数の分離性能を向上させる例としては、例えば、特許文献１に開示された技術がある。
特開２００３−６０５４５号公報

ＲＦ信号は、ＩＦ(Intermediate Frequency)信号のようにスイッチを用いて経路を切り換えることが困難であるため、設計においては通常、ＲＦ回路部は複数の経路を切り換えない単線の回路設計が行われている。これらは設計時の大きな制限事項となり、帯域幅や使用する周波数によって、それぞれ設計が必要となっていた。

例えば、送信回路、受信回路が広帯域特性を有していたとしても、アンテナ共用部に使用するＢＰＦの帯域幅を同じように広帯域化することは困難であるため、使用できる周波数帯域をＢＰＦの帯域幅に限定するしかなった。

したがって、送信と受信とで異なる周波数帯を使用したい場合は、それぞれの使用帯域幅を持つ別の送受信装置を用意するかＢＰＦを交換する必要があった。あるいは、広帯域に使用したい場合には設計が困難な広帯域ＢＰＦを設計するか、隣接する帯域を持つ装置もしくはＢＰＦを複数用意する必要があった。

このように、送信と受信とで、それぞれ別の送受信装置を用意することはコストや設置の手間が大きい。例えば、設置現場において、使用周波数に合わせるためのＢＰＦ交換を行うなどの作業を必要とするので、ＢＰＦ交換時にインピーダンス不整合が起きないような設計を行うか、再度、整合をとる必要がある。さらに、屋外器などではＢＰＦ交換作業後に、筐体の気密を確保する必要があり、出荷時の性能を保持するための手間が大きく望ましい方法とは言えなかった。

本発明は、ＲＦの信号経路を容易に切り替え、それぞれの経路に特性の異なる回路やＢＰＦを組み合わせることで、柔軟な回路設計や、複数仕様の設計を共通化することが可能となるＢＰＦ回路を提供することを目的とする。また、本発明は、同一設計の送受信装置を用いて対向する１組の送受信装置を実現することができるＢＰＦ回路を提供することを目的とする。

本発明は、例えば、電磁石等により着磁の向きを可変できる磁石を有したアイソレータやサーキュレータを利用し、その回転方向を変更することで、ＲＦ信号の進行経路を選択可能とした回路を実現する。それぞれの経路には、使用周波数に応じて使い分けられるように設計された経路数分のＢＰＦを用意し、それぞれの経路を切り換えることで、広帯域特性の実現または複数の周波数帯域を一つの装置で使用可能とすることを実現することができる。

すなわち、本発明のＢＰＦ回路は、互いに並列に接続された複数のＢＰＦを備え、この複数のＢＰＦの入力側には、入力ＲＦ信号をこの複数のＢＰＦのいずれか一つに切り替えて入力する少なくとも一つの入力側サーキュレータを備え、この複数のＢＰＦの出力側には、この複数のＢＰＦのいずれか一つからの出力ＲＦ信号を切り替えて出力する少なくとも一つの出力側サーキュレータを備える。

これにより、複数のＢＰＦを適宜組み合わせることにより、従来と比較して所望する仕様を有するＢＰＦを容易に得ることができる。

さらに、前記ＢＰＦに入力したＲＦ信号の反射波を終端するアイソレータが前記入力側サーキュレータと当該ＢＰＦとの間にそれぞれ挿入されることが望ましい。これにより、ＲＦ信号の反射波による不要波を除去することができる。

あるいは、本発明のＢＰＦ回路は、互いに並列に接続された第一および第二のＢＰＦを備え、この互いに並列に接続された第一および第二のＢＰＦの一端には、共通に第一のサーキュレータが設けられ、この互いに並列に接続された第一および第二のＢＰＦの他端には、それぞれ第二および第三のサーキュレータが接続され、この第二および第三のサーキュレータは、前記第一および第二のＢＰＦを受信回路または送信回路のいずれかにそれぞれ切替え接続する手段を備え、この受信回路および送信回路と前記第二および第三のサーキュレータとの間には、それぞれ不要波を終端するアイソレータが挿入される。

これまでは、対向する二つの送受信装置を個別に設計する必要があったが、本発明のＢＰＦ回路を送受信装置に用いることにより、一つの送受信装置が異なる周波数のＲＦ信号を切り替えて使用することができるようになるため、設計および製造段階では、単一の送受信装置を設計および製造すればよい。

これにより、従来の課題であった、別の送受信装置を用意することはコストや設置の手間が大きく、また、ＢＰＦ交換は交換時にインピーダンス不整合が起きないような設計を行うか、再度、整合をとる必要があること、さらに、屋外器などでは筐体の気密を確保する必要があり、出荷時の性能を保持するための手間が大きく望ましい方法とは言えなかった点を解決することができる。

ＲＦの信号経路を容易に切り替えることができるため、それぞれの経路に特性の異なる回路やＢＰＦを組み合わせることで、柔軟な回路設計や、複数仕様の設計を共通化することが可能となる。

また、従来の送受信装置でＢＰＦを交換する方法を採用していた場合には、交換時のインピーダンス不整合による特性の劣化や屋外器の気密の確保などの、交換作業時の問題があったが、本発明のＢＰＦ回路を送受信装置に用いることにより、これらの問題を解決することができる。さらに、本発明のＢＰＦ回路を送受信装置に用いることにより、広帯域で所望する特性を実現することができ、あるいは複数の周波数帯域を使い分けられる汎用性の高さを有することが可能となり、しかもそれらを高い信頼性を保ったまま実現できる。

（第一実施例）
第一実施例のＢＰＦ回路を図１を参照して説明する。図１は第一実施例のＢＰＦ回路の全体構成図である。

第一実施例のＢＰＦ回路は、図１に示すように、互いに並列に接続された複数のＢＰＦ１−１〜１−ｎを備え、この複数のＢＰＦ１−１〜１−ｎの入力側には、入力ＲＦ信号をこの複数のＢＰＦ１−１〜１−ｎのいずれか一つに切り替えて入力する少なくとも一つの入力側サーキュレータ２を備え、この複数のＢＰＦ１−１〜１−ｎの出力側には、この複数のＢＰＦ１−１〜１−ｎのいずれか一つからの出力ＲＦ信号を切り替えて出力する少なくとも一つの出力側サーキュレータ３を備える。

さらに、ＢＰＦ１−１〜１−ｎに入力したＲＦ信号の反射波を終端するアイソレータ４−１〜４−ｎが入力側サーキュレータ２と当該ＢＰＦ１−１〜１−ｎとの間にそれぞれ挿入される。

以下では、第一実施例を図２を参照して説明する。図２は第一実施例のＢＰＦ回路で二つのＢＰＦを備えた構成例を示す図である。図２に示すように、二本のＲＦ帯導波管により構成されたＢＰＦ１−１および１−２の入出力に回転方向が変更可能なサーキュレータ２および３とアイソレータ４−１および４−２を有し、所望の周波数帯に合わせて回転方向を切り換え、通過するＢＰＦ１−１または１−２を切り換えて使用することが可能な回路を備え、サーキュレータ２、３およびアイソレータ４−１、４−２の回転方向は、切替制御回路５によって容易に切り換え可能な回路とし、高い利便性と汎用性とを有している。

ＢＰＦ１−１が所望のＲＦ周波数の通過帯域を有している場合には、切替制御回路５により、ＢＰＦ１−１側を通過するようにサーキュレータ２およびアイソレータ４−１の回転方向を制御する。所望の周波数のＲＦ信号はＢＰＦ１−１によって不要波を除去しながら通過していく。このときの不要波がＢＰＦ１−２の通過帯域内である場合には、反射した不要波がＢＰＦ１−２側によって通過しないように、アイソレータ４−１を設けて終端する。

不要波の問題が無い場合にはアイソレータ４−１および４−２を省略できるが、ＢＰＦ１−２側で反射して帰って来た自身の位相が異なる信号が合成されないように、ＢＰＦ１−１と１−２との間の線路長を波長に合わせて適切に設定し、同位相になるように設計することが望ましい。

図３はＢＰＦの組み合わせ例を示す図であるが、二本のＢＰＦ１−１および１−２の組み合わせ例としては、図３（Ａ）に示すように、通過帯域を隣接させて、通常の２倍の通過帯域を有する回路を実現させることができる。二本のＢＰＦ１−１および１−２で帯域を分けることは１本のＢＰＦを広帯域にするよりも、例えば、減衰特性の設計において急峻な特性を必要としないため、設計が容易になり、仕様も緩く出来るため、段数の削減による小型化や調整の容易性向上による生産性の向上やコストダウンが可能となる。

図３（Ｂ）に示すように、二本のＢＰＦ１−１および１−２が全く異なる通過帯域を有している場合は、１つの回路で２種類の周波数帯域を使い分けることが可能となり、利便性の向上や利用者の要求に即した柔軟な周波数利用が可能となる。

また、図３（Ｃ）に示すように、隣接周波数を使用しなければならない場合には、通常は分離が困難であるが、狭帯域であり急峻な減衰特性を有するＢＰＦ１−１および１−２を組み合わせることで容易に分離可能となり、従来は困難であった回路設計が容易に実現できる。

すなわち、所望する周波数帯域は完全に通過させ、それ以外の帯域は急峻に減衰させるＢＰＦを得ることは困難であるが、所望する周波数帯域の半分もしくはそれ以下の帯域を通過させ、それ以外は急峻に減衰させるＢＰＦを複数組み合わせることにより所望する周波数帯域を通過させるＢＰＦを得ることは比較的容易である。

なお、切替制御回路５は、サーキュレータ２、３およびアイソレータ４−１、４−２を制御することにより、ＢＰＦ１−１の通過帯域とＢＰＦ１−２の通過帯域とを切り替えることができる。

また、ＢＰＦ１−１と１−２との通過帯域を加算した通過帯域の出力を得たい場合には、サーキュレータ２、３およびアイソレータ４−１、４−２を制御してＢＰＦ１−１と１−２とを時分割的に交互に高速に切り替えることにより、双方の通過帯域を加算した出力を得ることができる。あるいは、サーキュレータ２、３が切替制御回路５の制御によりいずれか一方のＢＰＦ１−１または１−２のＲＦ信号を入出力するモードに加え、双方のＢＰＦ１−１および１−２のＲＦ信号を同時に入出力するモードを備えている場合に、ＢＰＦ１−１と１−２との通過帯域を加算した通過帯域の出力を得たい場合には、双方のＢＰＦ１−１および１−２のＲＦ信号を同時に入出力するモードとすることにより、ＢＰＦ１−１と１−２との通過帯域を加算した通過帯域の出力を得ることができる。

ＢＰＦの組み合わせにルールは無く、設計に応じて如何なる特性を持つＢＰＦを組み合わせてもよく、また、本実施例で示したようなサーキュレータやアイソレータを複数組み合わせることで、経路も複雑化することができる。

（第二実施例）
第二実施例を図４を参照して説明する。図４は第二実施例のＢＰＦ回路のブロック構成図である。第二実施例は、第一実施例のＢＰＦ回路を送受信装置に適用できる構成にした実施例である。

第二実施例のＢＰＦ回路は、図４に示すように、互いに並列に接続されたＢＰＦ１−１および１−２を備え、この互いに並列に接続されたＢＰＦ１−１および１−２の一端には、共通にサーキュレータ２が設けられ、この互いに並列に接続されたＢＰＦ１−１および１−２の他端には、それぞれサーキュレータ３−１および３−２が接続され、このサーキュレータ３−１および３−２は、ＢＰＦ１−１および１−２を受信回路７または送信回路６のいずれかにそれぞれ切替え接続する手段を備え、この受信回路７および送信回路６とサーキュレータ３−１および３−２との間には、それぞれ不要波を終端するアイソレータ４−１１、４−１２、４−１３、４−１４が挿入される。

このように、本実施例のＢＰＦ回路を送受信装置のアンテナ共用部に適用し、対向する送受信装置を共通にすることが可能となる。従来は送受信周波数が逆転した二種類の装置が必要であったが、回転方向が変更可能なアイソレータ４−１１〜４−１４とサーキュレータ２、３−１、３−２および切替制御回路５を組み合わせることで、送受信用のＢＰＦをそのまま入れ替えて利用することが可能となる。これにより、装置設計数は従来の半分となり、設計期間の短縮が可能となり、また、設置時に現場における作業工数をきわめて少なくすることができる。これにより、現場におけるＢＰＦ交換時のインピーダンス不整合による特性の劣化や屋外器の気密の確保などの、交換作業時の問題を解決できる。

本発明によれば、ＲＦの信号経路を容易に切り替えることができるため、それぞれの経路に特性の異なる回路やＢＰＦを組み合わせることで、柔軟な回路設計や、複数仕様の設計を共通化することが可能となるので、ＢＰＦの利用分野を拡大することができる。また、生産性を向上させ、コストも安価にすることができる。

また、従来の送受信装置でＢＰＦを交換する方法を採用していた場合には、ＢＰＦ交換時のインピーダンス不整合による特性の劣化や屋外器の気密の確保などの、交換作業時の問題があったが、本発明のＢＰＦ回路を送受信装置に用いることにより、これらの問題を解決することができる。さらに、本発明のＢＰＦ回路を送受信装置に用いることにより、広帯域で所望する特性を実現することができ、あるいは複数の周波数帯域を使い分けられる汎用性の高さを有することが可能となり、しかもそれらを高い信頼性を保ったまま実現できるので、送受信装置の性能および生産性および信頼性を高めると共に安価にすることができる。

第一実施例のＢＰＦ回路の全体構成図。 第一実施例のＢＰＦ回路で二つのＢＰＦを備えた構成例を示す図。 本実施例のＢＰＦの組み合わせ例を示す図。 第二実施例のＢＰＦ回路の全体構成図。

符号の説明

１−１〜１−ｎ ＢＰＦ
２、３−１、３−２ サーキュレータ
４−１、４−２、４−１１〜４−１４ アイソレータ
５ 切替制御回路
６ 送信回路
７ 受信回路

Claims (3)

1. 互いに並列に接続された複数のＢＰＦ(Band Pass Filter)を備え、
   この複数のＢＰＦの入力側には、入力ＲＦ(Radio Frequency)信号をこの複数のＢＰＦのいずれか一つに切り替えて入力する少なくとも一つの入力側サーキュレータを備え、
   この複数のＢＰＦの出力側には、この複数のＢＰＦのいずれか一つからの出力ＲＦ信号を切り替えて出力する少なくとも一つの出力側サーキュレータを備えた
   ＢＰＦ回路。
2. 前記ＢＰＦに入力したＲＦ信号の反射波を終端するアイソレータが前記入力側サーキュレータと当該ＢＰＦとの間にそれぞれ挿入された請求項１記載のＢＰＦ回路。
3. 互いに並列に接続された第一および第二のＢＰＦを備え、
   この互いに並列に接続された第一および第二のＢＰＦの一端には、共通に第一のサーキュレータが設けられ、
   この互いに並列に接続された第一および第二のＢＰＦの他端には、それぞれ第二および第三のサーキュレータが接続され、
   この第二および第三のサーキュレータは、前記第一および第二のＢＰＦを受信回路または送信回路のいずれかにそれぞれ切替え接続する手段を備え、
   この受信回路および送信回路と前記第二および第三のサーキュレータとの間には、それぞれ不要波を終端するアイソレータが挿入された
   ＢＰＦ回路。

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