JP2005521326A - 受動相互変調混信制御回路 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、本願出願人による米国特許仮出願第60/365,399号「無線アプリケーション用PIM低減ネットワーク」(出願日:2002年3月18日)に対して優先権を主張する。
本発明は、通信システムに関し、特に、複数の通信周波数を用いる無線、携帯電話、衛星、その他のデータ通信システム等の広範な通信システムに用いられる受動相互変調(PIM)混信制御回路に関する。
相互変調(IM)積は、2つ以上の周波数を用いて通信信号を送受信するたびに発生する。一般に、相互変調積は、搬送周波数に関連する高調波の線形結合からなる。発生した相互変調積が近傍で動作している受信器の通過帯域内にあり、その積が通信システムの性能を低下させ得る信号振幅を有する場合、相互変調は混信の問題となる。受動構造や受動装置と高周波(RF)信号パワーとの相互作用から生じた相互変調積は、受動相互変調、すなわち、「PIM」として知られている。一般に、PIMは、有効な高周波信号パワーが、アンテナを用いる放射手段による信号送信に適したレベルのときの問題にすぎない。PIMによって発生した積は、高周波の直接路内の材料、構造、装置、素子、または、強い高周波電界エネルギを受けた物体に関連すると考えられる。
本発明は、受動相互変調(PIM)混信制御回路における上記必要に応じる。この回路は、混信の原因となる、受動的に発生する相互変調積を効果的に低減させる。この回路自体は受動素子から構成することができるので、ホスト通信システムに大きなPIM源が新たに導入されることなく、アンテナ構造近傍やその内部等の混信源の非常に近くに回路を配置することができる。その結果、受動PIM混信制御回路は、固体電力増幅器等の能動装置の高調波特性および相互変調特性を向上させる公知の技術や方法より、構成が簡単で、効果的で、効果的に配置され、構成が経済的であることが多い。送信搬送周波数の倍数である高調波を1つ以上含む帯域(バンド)外対象周波数を直接制御することによって、通信システムの受信帯域等の所望の帯域内で発生する相互変調混信を間接的に抑制するように、受動PIM制御回路を設計するのが有利である。例えば、送信搬送周波数の帯域外(すなわち、受信帯域外の周波数)第2高調波を制御することは、通常、動作受信帯域内の所望の受信信号を大幅に減衰させることなく、受信帯域内で発生する相互変調積の信号振幅を抑制するのに効果的である。
簡単に説明すると、本発明は、伝送媒体の所定の長さおよび所定のインピーダンスを有する部分からなる分布素子から構成された受動相互変調(PIM)混信制御回路において実施することができる。多くの場合、分布素子を、抵抗器、コンデンサ、インダクタ等の従来のディスクリート素子と組み合わせて受動回路を構成し、この受動回路は、分布素子の幅、長さ、位置を選択することによって所望の周波数応答を有するように調整することができる。さらに、完全なPIM混信制御回路は、通常、ディスクリート素子と分布素子とを組み合わせたものから構成され、また、通常、伝送媒体の連続延長によって高周波電磁エネルギを伝達する伝送媒体に直接接続されているか、または、伝送媒体内部に直接接続されている。このため、PIM混信制御回路を、高周波入力接続やアンテナアレイのパワー分割器等のPIM混信源に対して物理的に非常に近くに配置すると共に、PIM混信源に直接接続することができる。このようにPIM回路を効果的に配置・接続した場合、PIM回路は、相互変調混信が受信器の電子機器に入る前に、混信源近傍の相互変調混信を制御する。
2f1+f2;2f1−f2;3f1+f2;3f1−f2;3f1+2f2;3f1−2f2;等
これらの高調波周波数および相互変調積周波数内において、上記のように、通常、第2高調波成分(すなわち、2f1、2f2)はパワーおよび信号振幅が最大である。さらに、第2高調波成分を含む高調波の特定の線形結合がシステムの動作受信帯域内で生じる可能性がある。すなわち、多くの場合、相互変調周波数、2f1−f2および2f2−f1、は受信帯域内で発生する可能性が最も高い混信源である。もちろん、帯域内で発生する実際の相互変調周波数はシステムによって異なり、特定のシステムの送受信動作帯域を分析することによって明らかにすることができる。
また、送信周波数帯域の複合搬送信号は次の式によって与えられる。
式中、ωi=2πfiであり、fiはヘルツで周波数を示す。入力電圧が単一周波数波形の場合、出力電流波形においてその周波数の高調波しか明らかにならない。しかしながら、入力信号が少なくとも2つの搬送周波数からなる場合、出力波形は、搬送周波数の高調波だけでなく、搬送周波数とその高調波との結合による積も含む。例えば、搬送周波数が2つの場合の相互変調積は、fi=±nf1+mf2により与えられる非負周波数で発生し、相互変調積の次数Oは(n+m)として与えられる(n、mは正の整数値)。無線PCSサービス等の場合、送信周波数帯域は受信周波数帯域より高い。さらに、相互変調積周波数(すなわち、
fi=2f1−f2,2f2−f1および3f1−2f2,3f2−2f1および4f1−3f2等
の奇数次数値は、搬送波の分離の定数倍数の場合(例えば、Δf=f2−f1、ここで、f2>f1)、2つの周波数(f1)のうち低い方より小さいか、または、2つの周波数(f2)のうち高い方より大きい。
fi=3f1−2f2=1860(MHz)(PCSのA帯域受信周波数)
fi=4f1−3f2=1820(MHz)(すべてのPCS認可帯域未満)
相互変調積の大きさによっては、A受信帯域およびC受信帯域は共に低下する可能性がある。
(3/4)g3A2 2A1cos(2ω2−ω1)
多項式係数をさらに用いると、3次相互変調積がさらに得られる。しかしながら、これらの積は全て多項式係数のが小さくなるにつれて漸次的に小さくなる。しかしながら、支配的な相互変調付近の受動ネットワークを用いて高調波応答を制御することが、相互変調積の信号振幅に対して有益な効果があるということが判明した。3次積の場合、2次高調波積(2ωi)で動作する吸収フィルタが、3次相互変調積(2ω2−2ω1、2ω1−ω2)の信号振幅を小さくすることができることが分かった。このように確認された利益をもたらすのに用いられている実際の機構を確実に確認することはできないが、これらのネットワークは、吸収、反射相殺、または、これらの方法を組み合わせたものによって高調波応答を修正し、相互変調源近傍の正味の高調波項の大きさおよび位相を効果的に制御することによって動作すると考えられる。このような3次効果の相殺や最小化が可能な本願に受動手段を用いる制御について、その構成および試験を行った。
Claims (28)
- 複数のアナログ送信周波数を伝送する伝送媒体と、少なくとも一つの受信周波数帯域とを有する通信システムにおいて、受動相互変調混信制御回路は、
所望の周波数応答を有する回路に電気的に接続される、伝送媒体の複数の規定された長さの分布素子及びインピーダンス・セグメントと、
前記通信システムの前記伝送媒体の連続延長を介して前記通信システムに直接接続された前記回路と、
を有し、
前記回路は前記受信周波数帯域内で生じる前記送信周波数に関連した相互変調混信を制御するように構成される、
受動相互変調混信制御回路。 - 前記回路が前記送信周波数の高調波倍を構成する帯域外の対象周波数を直接制御することによって、帯域内の相互変調混信を間接的に制御するように構成される請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記伝送媒体上を複数のアンテナ素子に伝送される前記送信周波数を方向付けるアンテナ電力分割器を支持する基板上に物理的に設置される請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記伝送媒体は、一つ以上の誘電物質を有する又は有しないマイクロストリップを有し、
前記分布素子は、所望のインピーダンス及び位相特性を呈するように選択された寸法及び長さを備えた前記マイクロストリップのセグメント有する、
請求項3の受動相互変調混信制御回路。 - 前記分布素子は、一つ以上の誘電物質を有する又は有しないマイクロストリップ、エア・マイクロストリップ、ストリップライン、同軸ケーブル、角型同軸ケーブル及び導波管から基本的に成るグループから選択された伝送媒体のセグメントを有する請求項3の受動相互変調混信制御回路。
- 一つ以上の個別電気素子をさらに有する請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記分布素子は、分流構成を規定する請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記分布素子は、ダイプレクサ構成を規定する請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記分布素子は、多脚分流構成を規定する請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記分布素子は、二方向に同等の背合わせの分流構成を規定する請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 前記分布素子は、二方向に同等の背合わせのダイプレクサ構成を規定する請求項1の受動相互変調混信制御回路。
- 少なくとも2つの送信搬送波周波数及び1つの受信周波数を伝送する伝送媒体と、
複数のアンテナ素子を前記伝送媒体に接続する電力分割器と、
伝送周波数の高調波倍を有する帯域外の対象周波数を直接制御することによって前記受信周波数帯域内で生じる前記送信周波数に関連した帯域内の相互変調混信を間接的に制御するように構成された、
受動相互変調混信制御回路。 - 前記受動相互変調混信制御回路は、所望の周波数応答を備えた回路に電気的に接続された、複数の所定の長さの分布素子及び伝送媒体のインピーダンス・セグメントを有する請求項12のアンテナシステム。
- 伝送媒体上を複数のアンテナ素子へ伝送される前記送信周波数を方向付けるアンテナ電力分割器を支持する基板上に物理的に設置される請求項12の受動相互変調混信制御回路。
- 前記伝送媒体は、一つ以上の誘電物質を有する又は有しないマイクロストリップを有し、
前記分布素子は、所望のインピーダンス及び位相特性を呈するように選択された寸法及び長さを備えた前記マイクロストリップのセグメントを有する、
請求項12の受動相互変調混信制御回路。 - 前記分布素子は、一つ以上の誘電物質を有する又は有しないマイクロストリップ、ストリップライン、同軸ケーブル、角型同軸ケーブル及び導波管から基本的に成るグループから選択された伝送媒体のセグメントを有する請求項12の受動相互変調混信制御回路。
- 一つ以上の個別電気素子をさらに有する請求項12の受動相互変調混信制御回路。
- 前記分布素子は、分流構成、ダイプレクサ構成、多脚分流構成、二方向に同等の背合わせの分流構成及び二方向に同等の背合わせのダイプレクサ構成から基本的に成るグループから選択された回路構成を規定する請求項12の受動相互変調混信制御回路。
- 通信システムに用いる受動相互変調混信制御回路を設計する方法であって、
前記通信システムのための少なくとも2つの送信搬送波周波数を識別するステップと、
前記通信システムのための受信周波数帯域を識別するステップと、
前記受信帯域内で生じる前記送信搬送波周波数に関連した帯域ない相互変調周波数を識別するステップと、
受信帯域外で生じる相互変調周波数の帯域外の主成分を識別するステップと、
前記相互変調周波数の帯域外の主成分を直接制御することによって、前記帯域内の相互変調周波数を間接的に制御する受動相互変調混信制御回路を設計するステップと、
を有する方法。 - 所望の周波数応答を有する回路に電気的に接続される、伝送媒体の複数の規定された長さの分布素子及びインピーダンス・セグメントを有する前記受動相互変調混信制御回路を設計するステップをさらに有する請求項19の方法。
- 一つ以上の個別素子を有する前記受動相互変調混信制御回路を設計するステップをさらに有する請求項20の方法。
- 分流構成、ダイプレクサ構成、多脚分流構成、二方向に同等の背合わせの分流構成及び二方向に同等の背合わせのダイプレクサ構成から基本的に成るグループから選択された回路構成を規定する前記受動相互変調混信制御回路を設計するステップをさらに有する請求項21の方法。
- 複数の送信周波数で送信電力を供給し、受信周波数帯域で受信電力を受け取る伝送媒体を有するアンテナシステムにおいて、
受動相互変調混合抑制回路は、前記通信システムの前記伝送媒体の連続延長を介して前記通信システムに直接接続され、伝送媒体のセグメントから構築された分布素子を有し、前記受信帯域内で生じる相互変調混信を低減するように影響を及ぼすために前記受信帯域外で生じる前記送信周波数の高調波倍を制御するように構成された
改善方法。 - 伝送媒体のセグメントから構築された分布素子を有し、所望の帯域外で生じる混信周波数の識別された対象成分を直接抑制することによって所望の帯域内で生じた混信周波数を間接的に抑制するように構成された受動混信抑制回路。
- 前記混信周波数は、複数の送信周波数に由来する相互変調混信を有し、
前記対象成分は、前記送信周波数の高調波倍を有する、
請求項24の受動混信抑制回路。 - 前記伝送媒体の連続延長を介して前記送信及び受信周波数を伝送する伝送媒体に直接接続された請求項25の受動混合抑制回路。
- 伝送媒体のセグメントから構築された分布素子を有し、前記伝送媒体の連続延長を介して前記送信及び受信周波数を伝送する伝送媒体に直接接続された受動混信抑制回路。
- 送信周波数の高調波倍を有する所望の帯域外で生じる混信周波数の識別された対象成分を直接抑制することによって前記受信周波数内で生じた混信周波数を間接的に抑制するように構成された請求項27の受動混信抑制回路。
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