JP2006157095A

JP2006157095A - 高周波回路及びこれを用いたマルチバンド通信装置

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Publication number: JP2006157095A
Application number: JP2004339988A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Fukamachi; 啓介深町; Shigeru Kenmochi; 茂釼持
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】二つ送信経路に対応した検波機能を備え、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数の少ない、小型化が可能な高周波回路を提供する。
【解決手段】ダイプレクサの共通端子にカプラを接続し、カプラの結合線路と検波用ダイオードとの間に、シャントインダクタおよび位相回路からなる整合回路を設ける。ダイプレクサの共通端子にカプラを接続し、ダイプレクサの低周波側の回路を構成する伝送線路の一部がカプラの主線路の一部を共用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子電器機器間における無線伝送を行う無線通信装置に関し、特に少なくとも２つの通信システムに共用可能で送信電力の検波機能を有した高周波回路及びこれを用いたマルチバンド通信装置に関する。

現在、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に代表される無線ＬＡＮによるデータ通信が広く一般化している。例えばパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、プリンタやハードディスク、ブロードバンドルーターなどのＰＣの周辺機器、ＦＡＸ、冷蔵庫、標準テレビ（ＳＤＴＶ）、高品位テレビ（ＨＤＴＶ）、カメラ、ビデオ、携帯電話等々の電子機器、自動車内や航空機内での有線通信に変わる信号伝達手段として採用され、それぞれの電子電器機器間において無線データ伝送が行われている。無線ＬＡＮの規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａは、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｓ：直交周波数多重分割）変調方式を用いて、最大５４Ｍｂｐｓの高速データ通信をサポートするものであり、その周波数帯域は５ＧＨｚ帯が利用される。またＩＥＥＥ８０２．１１ｂは、ＤＳＳＳ（ＤｉｒｅｃｔＳｅｑｕｅｎｃｅＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ：ダイレクト・シーケンス・スペクトル拡散）方式で、５．５Ｍｂｐｓ、１１Ｍｂｐｓの高速通信をサポートするものであり、無線免許なしに自由に利用可能な、２．４ＧＨｚのＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ，ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｎｄＭｅｄｉｃａｌ：産業、科学及び医療）帯域が利用される。またＩＥＥＥ８０２．１１ｇは、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｓ：直交周波数多重分割）変調方式を用いて、最大５４Ｍｂｐｓの高速データ通信をサポートするものであり、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂと同様に２．４ＧＨｚ帯域が利用される。
以下の説明ではＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇを第一の通信システムとし、ＩＥＥＥ８０２．１１ａを第二の通信システムとして説明する場合がある。

このような無線ＬＡＮを用いたマルチバンド通信装置が特許文献１に記載されている。このマルチバンド通信装置に用いられる高周波回路は、通信周波数帯が異なる２つの通信システム（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）で送受信が可能な２個のデュアルバンドアンテナと、送信側回路、受信側回路との接続を切り替える４つのポートを備えた高周波スイッチSW1と、高周波スイッチの一つのポートと送信側回路との間に配置されるダイプレクサ３と、高周波スイッチの他のポートと受信側回路との間に配置されるダイプレクサ５とを備え、ダイバーシティ受信可能なものである（図１１参照）。

また、無線ＬＡＮを欧州でも使えるようにするための通信システムとしてＩＥＥＥ８０２．１１ｈがあり、新たにＴＰＣ（Transmission Power Control）機能が求められてきている。ここでＴＰＣ機能とは、例えば端末と基地局が近い場合、送信パワーを抑えても良好な通信ができる時は送信電力を抑えるという仕様であり、従来の無線ＬＡＮと比較して、より精度良く出力パワーを制御する必要性がある。

ここで、従来の無線ＬＡＮで使用されているパワー制御回路は、特許文献１に記載されている様に、パワーアンプＰＡ１、ＰＡ２と送信のダイプレクサ３の間に各々カプラを接続し、カプラからの検波信号を検波ダイオードＤ２、Ｄ３および平滑回路Ｃ２およびＲ２で整流し、得られた検波電圧をもとにＲＦＩＣの出力信号を制御するものである。この場合、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の両方にカプラ、検波ダイオード、平滑回路が必要であり、しかも２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の検波電圧端子を選択するアナログスイッチ６も必要であったため、部品点数の増大および通信装置の小型化が困難になるなどの問題点があった。

この問題点の改良として、特許文献２に記述されたようにダイプレクサ３の共通端子にカプラ７を配置する回路（図１２参照）が容易に考案できる。この場合、図１１に示した従来の検波回路と比較して、部品点数を１／２以下に低減する事が可能であり、しかもよりアンテナ出力端に近いところで出力パワーをモニタできるため、検波精度の向上が期待できる。しかしながら、図１２の回路は２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の両方の送信パワーを検波する必要があるため、カプラの結合度の周波数依存性が大きい場合には、出力パワーと検波電圧の関係を一定にする事が非常に困難であった。例えば一般的な小型、低ロスの積層カプラの結合度を２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯で測定すると、それぞれ−１５ｄＢ、−１０ｄＢとなり、５ＧＨｚ帯の方がより結合度が大きく、その差がそのまま検波電圧に反映する。この場合、図９に示した様に、例えばアンテナ端で＋２０ｄＢｍを出力している時の検波電圧が２．４５ＧＨｚでは＋０．５Ｖであるのに対して、５．４ＧＨｚでは＋１Ｖになり問題であった。このような周波数による検波電圧のばらつきはＴＰＣ機能を実現する上では改善するべき課題であった。

本発明は上述の様な問題点を鑑み、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数を削減でき、小型化が可能な高周波回路を提供する事を目的とする。

WO０３／０９２９９７特許第３３７１８８７号

本発明に係る高周波回路は、第一と第二の周波数帯域を選択的に用いて無線通信を行うデュアルバンド無線装置に用いられ、その一つの回路構成として、第一および第二の周波数帯域の送信信号を合成するダイプレクサと、前記ダイプレクサの共通端子に接続されたカプラと、前記カプラの結合線路に接続された検波用ダイオードとからなり、前記カプラの結合線路と前記検波用ダイオードとの間に整合回路を備えたものである。

ここで第一の周波数帯域を２．４GHz帯、第二の周波数帯を５ＧＨｚ帯とした場合に、前述の整合回路は２．４ＧＨｚ帯においてカプラの結合線路側のインピーダンスと、検波用ダイオード側のインピーダンスとを整合するような回路構成にする事が望ましい。このことにより、従来回路（図１２）の問題点であった、カプラの結合度が小さく検波電圧も小さい２．４ＧＨｚ帯において、検波電圧を増加させる事が可能になり、５ＧＨｚ帯の検波電圧との偏差を小さくする事が可能となる。

また、カプラの結合線路と検波用ダイオードとの間に設けられた整合回路は、カプラの結合線路に接続されたシャントインダクタと、カプラの結合線路と検波用ダイオードの間に接続された位相回路とで構成することが好ましい。

この整合回路のスミスチャート上でみた整合調整は、シャントインダクタにより振幅方向を調整し、位相回路により位相方向の調整を個別に変更可能となる。これにより、２．４ＧＨｚ帯においてカプラの結合線路と、検波用ダイオード側とのインピーダンス整合がより簡単に調整可能となる。

また、本発明に係る高周波回路の別の回路構成として、第一および第二の周波数帯域の送信信号を合成するダイプレクサと、前記ダイプレクサの共通端子に接続されたカプラと、前記カプラの結合線路に接続された検波用ダイオードとからなり、前記ダイプレクサは低周波側回路と高周波側回路にて構成され、前記低周波側回路を構成する伝送線路の一部が、前記カプラの主線路の一部を共用する高周波回路がある。

ここで、前記低周波側回路を構成する伝送線路の一部は、第一の周波数帯域の送信信号が通過する主経路であり、この主経路がカプラの主線路を共用するために、カプラの結合度が第一の周波数帯域の送信信号について増加する。このため、第一の周波数帯域を２．４GHz帯、第二の周波数帯を５ＧＨｚ帯とした場合に、従来回路（図１１）の問題点であった検波電圧が小さい２．４ＧＨｚ帯において、検波電圧を増加させる事が可能になり、５ＧＨｚ帯の検波電圧との偏差を小さくする事が可能となる。

本発明に係る高周波回路は、前記第一および第二の周波数帯域において送受信が可能な少なくとも一つ以上のマルチバンドアンテナ端子と、前記第一および前記第二の周波数帯域の送信信号が入力される送信端子と、前記第一および前記第二の周波数帯域の受信信号が出力される受信端子とを有した送受信信号の切換スイッチ回路を備え、前記受信端子は前記第一および前記第二の周波数帯域の受信信号を合成するダイプレクサに接続され、前記送信端子は前記カプラに接続されることが好ましい。

この回路構成によれば、第一の周波数帯域を２．４GHz帯、第二の周波数帯を５ＧＨｚ帯とした場合において、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇのそれぞれの通信システムに適応可能なＲＦフロントエンド回路を提供可能になる。また、本発明によれば、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数を削減でき、小型化が可能な高周波回路が提供可能なため、ＴＰＣ機能を備えたＩＥＥＥ８０２．１１ｈの通信システムについても最適である事は明白である。

本発明によれば、二つ送信経路に対応した検波機能を備え、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数の少ない、小型化が可能な高周波回路が提供可能になる。

本発明の一実施例である高周波回路の回路ブロックを図１に示す。本発明の高周波回路は、ダイプレクサ３、カプラ２、検波用ダイオードＤ１、平滑回路４およびカプラ３と検波用ダイオードＤ１の間に接続された整合回路１により構成される。

ダイプレクサ３の入力端子１ａおよび入力端子１ｂには、２．４ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ）の送信信号および５ＧＨｚ帯（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ）の送信信号がそれぞれ入力される。ダイプレクサ３は２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の送信信号とを合成し、共通端子１ｅに出力する。ここで、ダイプレクサ３の回路構成としては図６〜図８の回路が使用できる。

カプラ２は主線路Ｌ３、副線路Ｌ２および抵抗Ｒ１により構成され、ダイプレクサ３で合成された送信信号はカプラの入力端子１ｅから入力され、カプラの出力端子１ｃに出力される。この時、主線路Ｌ３、副線路Ｌ２は高周波的に結合しており、送信信号の一部がカップリング端子１ｆに出力される。

整合回路１は、シャントインダクタＬ１および位相回路Ｌ４により構成され、カップリング信号はカップリング端子１ｆから入力され、検波用ダイオードＤ１に出力される。この時、整合回路１のシャントインダクタＬ１、および位相回路の定数は、２．４ＧＨｚ帯におけるカップリング端子１ｆのインピーダンスと、検波用ダイオードＤ１側のインピーダンスとを整合するように設定する。整合回路１のスミスチャート上でみた整合調整は、シャントインダクタＬ１により振幅方向を調整し、また位相回路Ｌ４により位相方向の調整をそれぞれ個別に変更可能であり、２．４ＧＨｚ帯におけるカップリング端子と、検波用ダイオードＤ１側とのインピーダンス整合がより簡単に調整可能となる。これにより、従来回路（図１２）の問題点であった、カプラの結合度が小さく検波電圧も小さい２．４ＧＨｚ帯において、検波電圧を増加させる事が可能になり、５ＧＨｚ帯の検波電圧との偏差を小さくする事が可能となる。

検波用ダイオードＤ１のアノード端子１ｇは整合回路１側に接続され、カソード端子１ｈは平滑回路４に接続される。カプラ２および整合回路１を経て到達した高周波信号は検波用ダイオードＤ１に入力され、検波用ダイオードＤ１の順電圧を超えた高周波信号のみがカソード端子１ｈへ伝播し、平滑回路４で直流に変換され、検波端子１ｄにプラスの直流電圧として出力される。

本実施例の高周波回路における出力パワーと検波電圧の関係を測定した結果を図１０に示す。従来回路の結果（図９）と比較して、２．４ＧＨｚ帯の検波電圧と、５ＧＨｚ帯の検波電圧のばらつきが大きく改善していることがわかる。

本発明の他の一実施例である高周波回路の回路ブロックを図２に示す。この高周波回路は、前述の図１のカプラ部分が結合コンデンサＣ１で構成されている。この回路におけるカプラでも図１のカプラと同様に、２．４ＧＨｚ帯の結合度よりも５ＧＨｚ帯の結合度の方が５ｄＢ程度大きくなるため、整合回路１により２．４ＧＨｚ帯の検波電圧を増加させる事により、５ＧＨｚ帯の検波電圧との偏差を小さくする事が可能となる。

本発明の他の一実施例である高周波回路の回路ブロックを図３に示す。この高周波回路はダイプレクサ３の低周波側の回路を構成する伝送線路Ｌ５の一部が、カプラ２の主線路の一部を共用する配置になっている。ここで、伝送線路Ｌ５は、２．４ＧＨｚ帯の送信信号が通過する主経路であり、この主経路の一部がカプラの主線路を共用するために、カプラの結合度が２．４ＧＨｚ帯の送信信号について増加する。このため、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の結合度の周波数偏差を低減可能になる。同様に検波電圧についても、２．４ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯の周波数偏差を低減可能である。

ここで図３において、伝送線路Ｌ５とカプラの副線路Ｌ２の結合する位置は、共通端子１ｅ側で図示しているが、２．４ＧＨｚ帯の送信信号の入力端子１ａとダイプレクサ３の共通端子１ｅ間であれば何処でも良い。また、副線路Ｌ２と結合する伝送線路はＬ５に限定されるものではなく、伝送線路Ｌ６の一部でも同様の効果が得られる。さらに、ダイプレクサ３の回路構成としては図７、図８の回路も使用できる。

本発明の他の一実施例である高周波回路の回路ブロックを図４に示す。この高周波回路は、前述の実施例で示した高周波回路を組み合わせた回路ブロックになっている。すなわち、この高周波回路によれば、ダイプレクサ３の伝送線路Ｌ５の一部がカプラ２の主線路を共用することによる結合度の周波数偏差の抑制効果、および整合回路１による検波電圧の周波数に対するばらつき抑制効果の両方が期待できる。

本発明の他の一実施例である高周波回路の回路ブロックを図５に示す。この高周波回路は、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯で送受信が可能な少なくとも２つのマルチバンドアンテナ端子５ａ、５ｂと、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の送信信号が入力される送信端子１ｃと、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の受信信号が出力される受信端子５ｃとを有した送受信信号の切換ＤＰＤＴ（ＤｕａｌＰｏｌｅＤｕａｌＴｈｒｏｗ）スイッチ回路８を備え、２．４ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯の受信信号を合成するダイプレクサ５に接続され、前記送信端子１ｃは図１で示したカプラ２の出力端子に接続される。

この回路構成によれば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇのそれぞれの通信システムに適応可能なＲＦフロントエンド回路が構成できる。また、図１の高周波回路により、周波数に対する検波電圧のばらつきが小さく、部品点数を削減でき、小型化が可能な高周波回路が提供可能となる。また、ＴＰＣ機能を備えたＩＥＥＥ８０２．１１ｈの通信システムについても最適である。なお図５では、前記送信端子１ｃには図１で示した高周波回路が接続されているが、図２〜４の高周波回路を接続しても同様の効果が得られることは明白である。

本発明の一実施例に係る高周波回路の回路ブロックである。本発明の一実施例に係る高周波回路の回路ブロックである。本発明の一実施例に係る高周波回路の回路ブロックである。本発明の一実施例に係る高周波回路の回路ブロックである。本発明の一実施例に係る高周波回路の回路ブロックである。本発明に用いることができるダイプレクサの回路ブロックの一例である。本発明に用いることができるダイプレクサの回路ブロックの一例である。本発明に用いることができるダイプレクサの回路ブロックの一例である。従来の高周波回路における出力パワーと検波電圧の関係を示す図である。本発明の高周波回路における出力パワーと検波電圧の関係を示す図である。従来の検波機能を備えた高周波回路の回路ブロックである。従来の検波機能を備えた高周波回路の回路ブロックである。

符号の説明

１：整合回路
２、７：カップラ
３：送信用ダイプレクサ
４：平滑回路
５：受信用ダイプレクサ
６：アナログスイッチ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３：抵抗
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：コンデンサ
Ｌ１：インダクタ
Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６：伝送線路
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３：検波用ダイオード

Claims

第一と第二の周波数帯域を選択的に用いて無線通信を行うデュアルバンド無線装置に用いられ、前記第一および前記第二の周波数帯域の送信信号を合成するダイプレクサと、前記ダイプレクサの共通端子に接続されたカプラと、前記カプラの結合線路に接続された検波用ダイオードとからなり、前記カプラの結合線路と前記検波用ダイオードとの間に整合回路を設けたことを特徴とする高周波回路。
前記整合回路は前記結合線路に接続されたシャントインダクタおよび前記結合線路と前記検波用ダイオードの間に接続された位相回路とで構成されることを特徴とする請求項1に記載の高周波回路。
第一と第二の周波数帯域を選択的に用いて無線通信を行うデュアルバンド無線装置に用いられ、前記第一および前記第二の周波数帯域の送信信号を合成するダイプレクサと、前記ダイプレクサの共通端子に接続されたカプラと、前記カプラの結合線路に接続された検波用ダイオードとからなり、前記ダイプレクサは低周波側回路と高周波側回路にて構成され、前記低周波側回路を構成する伝送線路の一部が、前記カプラの主線路の一部を共用することを特徴とする高周波回路。
前記第一および第二の周波数帯域において送受信が可能な少なくとも一つ以上のマルチバンドアンテナ端子と、前記第一および前記第二の周波数帯域の送信信号が入力される送信端子と、前記第一および前記第二の周波数帯域の受信信号が出力される受信端子とを有した送受信信号の切換スイッチ回路を備え、前記受信端子は前記第一および前記第二の周波数帯域の受信信号を分波するダイプレクサに接続され、前記送信端子は請求項１〜３の何れかに記載のカプラに接続されることを特徴とした高周波回路。
請求項１〜４の何れかに記載の高周波回路を用いたことを特徴とするマルチバンド通信装置。