JP2007013993A - 時分割複信の無線通信システムにおける送受信アンテナスイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時分割複信（ＴＤＤ）方式を用いた無線通信システムにおける送受信アンテナスイッチング装置において、特に送信モード時に受信端低雑音増幅器を保護するための装置を提供する。
【解決手段】本発明は、時分割複信（ＴＤＤ）無線通信システムの送受信アンテナスイッチング装置であって、電力増幅器からの信号をアンテナフィードラインに伝送し、アンテナフィードラインからの信号を反射部に伝送するためのサーキュレータと、送信モードの場合に、反射動作がオン状態となってサーキュレータからの信号を反射し、受信モードの場合に反射動作がオフ状態となって前記サーキュレータからの信号を高周波スイッチに伝送する前記反射部と、モードにより、反射部からの信号を低雑音増幅器に伝送し或いは伝送しない高周波スイッチとを含むことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）方式を用いた無線通信システムにおける送受信アンテナスイッチング装置に関するもので、特に、送信モード時に受信端低雑音増幅器（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＬＮＡ）を保護するための装置に関するものである。

一般的に、同一の周波数を時分割して送受信用に区分して使用する時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、高電力高周波送信信号（ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ＲＦ ｔｒａｎｓｍｉｔ ｓｉｇｎａｌ）と低電力高周波受信信号（ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ＲＦ ｒｅｃｅｉｖｅ ｓｉｇｎａｌ）との間のスイッチング機能を遂行するＴＲＡＳ（（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｗｉｔｃｈ）は、送信モード時に受信端低雑音増幅器（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＬＮＡ）に流入される送信電力を遮断させて低雑音増幅器を保護し、受信モード時に送信端から流入される雑音を減少させる機能を遂行する。
一般に、ＴＲＡＳ機能のために主にＲＦスイッチやサーキュレータ（ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）を使用する。

図１は、従来技術によるＲＦスイッチを用いるＴＲＡＳ装置を示す。図１に示すように、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ１０５は、送信モードの場合に、送信部（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）１０１からの送信信号がアンテナフィードライン（ｆｅｅｄ ｌｉｎｅ）に伝送されるようにスイッチングされ、受信モードの場合に、アンテナフィードラインからの受信信号が受信部１０３に伝送されるようにスイッチングされる。すなわち、ＴＤＤ制御信号によってＲＦスイッチ１０５で送受信経路が切り替えられる方式である。このような構造は、主に送信電力が１Ｗ未満であるシステムに適用される。

図２は、従来技術によるサーキュレータを用いるＴＲＡＳ装置を示す。図２に示すように、サーキュレータ２０５は、その方向性により送信部２０１からの送信信号をアンテナフィードラインに伝送し、アンテナフィードラインからの受信信号を受信部２０３に伝送する。すなわち、順方向に対しては信号がほとんど減衰することなく伝送され、逆方向に対しては信号の伝送損失が大きい特性を用いて送受信を分離する方式である。このような構造は、送信電力が数Ｗ（７〜８Ｗ程度）未満であるシステムに適用される。
ＴＲＡＳ装置は、上述したように、低電力の高周波信号を使用するＴＤＤシステムに適用可能であるが、高電力（約１０Ｗ以上）の高周波信号を使用するシステムでは、部品のパワーレーティング（ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｎｇ）、ブレークダウン（ｂｒｅａｋ ｄｏｗｎ）、及び回路の実現時に非現実的なコストなどの問題で適用することができない。特に、図１のような方式で、ＴＲＡＳを実現するときにそのコストは非現実的な金額（約＄１,５００）となり、図２のような方式は比較的中電力まで処理可能であるが、アンテナフィードラインに問題が発生するときに送信電力の反射電力が低雑音増幅器（ＬＮＡ）に流入されて低雑音増幅器に永久的な損傷を起こすという問題点があった。

したがって、上記した問題点を解決するために、本発明の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、高電力の高周波信号を処理することができる送受信アンテナスイッチング装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、高電力を用いる時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、送信モード時に受信端低雑音増幅器を保護するための装置を提供することにある。

また、本発明の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、送信モード時に受信端に印加される信号を全反射するための装置を提供することにある。
本発明の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、電力増幅器からアンテナに到達する送信経路の電力損失を最小化するための装置を提供することにある。

さらに本発明の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、受信モード時にアンテナから低雑音増幅器までの挿入損失（ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ）を最小化するための装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、送信経路と受信経路との間の隔離度を増加させるための装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、低雑音増幅器の前端にリレースイッチを接続して低雑音増幅器を保護するための装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、低雑音増幅器の保護回路に電源が供給されない状態でも低雑音増幅器を保護するための装置を提供することにある。

上記の目的を実現するために、本発明は、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）無線通信システムの送受信アンテナスイッチング装置であって、電力増幅器からの信号をアンテナフィードラインに伝送し、前記アンテナフィードラインからの信号を反射部に伝送するためのサーキュレータと、送信モードの場合に、反射動作がオン状態となって前記サーキュレータからの信号を反射し、受信モードの場合に反射動作がオフ状態となって前記サーキュレータからの信号を高周波スイッチに伝送する前記反射部と、モードにより、前記反射部からの信号を低雑音増幅器に伝送し或いは伝送しない前記高周波スイッチとを含むことを特徴とする。

また、本発明は、時分割複信（ＴＤＤ）の無線通信システムの送受信アンテナスイッチング装置であって、電力増幅器からの信号をアンテナリードラインに伝送し、前記アンテナフィードラインからの信号を反射部に伝送するためのサーキュレータと、前記サーキュレータと低雑音増幅器との間に接続される伝送線路と、前記伝送線路の所定位置で並列（ｓｈｕｎｔ）構造で接続される複数のピンダイオードと、送信／受信モードにより前記複数のピンダイオードのバイアスを制御するための制御器とを含むことを特徴とする。

本発明は、高電力を使用するＴＤＤ方式の無線通信システムで、送受信経路間の高い隔離度を支援することによって、送信モード時に低雑音増幅器を保護することができる利点がある。また、本発明は、低電力ＲＦスイッチを用いて送受信経路の分離機能を実現することによって、ＴＲＡＳ（Ｔｒａｎｓｍｉｔ／Ｒｅｃｅｉｖｅ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｗｉｔｃｈ）モジュールの製造コストを低減し、システムの空間活用度を高めることができる利点がある。また、受信端に電源が供給されないため、受信端の保護回路が動作しない状態でも低雑音増幅器を保護することができる利点がある。すなわち、現在開発が活発なＨＰＩ（Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）システムのＲＦモジュールに適用する場合に、高電力信号のＴＤＤ動作による技術的な難しさを容易に解決可能である。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面の参照して詳細に説明する。
下記に、本発明に関連した公知の機能又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不明にすると判断された場合に、その詳細な説明を省略する。そして、後述する用語は、本発明における機能を考慮して定義した用語として、これはユーザー、運用者の意図又は慣例などにより変えることが可能である。
本発明は、高電力を使用する時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、受信モードで低雑音増幅器を保護するための送受信アンテナスイッチング装置（又はＴＲＡＳ装置）について説明する。

図３は、本発明の一実施形態による時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで送受信アンテナスイッチング装置の構成を示す。図３に示すように、本発明の実施形態による送受信アンテナスイッチング（ＴＲＡＳ）装置３５０は、アイソレータ３５１と、サーキュレータ３５２と、第１の制御部３５３と、反射部３５４と、第２の制御部３５５と、高周波スイッチ（ＲＦ ｓｗｉｔｃｈ）３５６とを含んで構成される。

図３を参照すると、まず、電力増幅器３２０は、送信部３１０からの送信信号を電力増幅して出力する。アイソレータ３５１は、電力増幅器３２０の出力端に接続され、電力増幅器３２０の終端回路を保護する機能を遂行する。すなわち、アンテナフィードライン（ａｎｔｅｎｎａ ｆｅｅｄ ｌｉｎｅ ｐａｔｈ）に異常が発生するときに、反射されて戻る信号を終端させる役割をする。アイソレータ３５１は、電力増幅器３２０の内部に含まれることができる。

サーキュレータ３５２は、方向性によりアイソレータ３５１からの信号を前端部（Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｂｌｏｃｋ：ＦＥＢ）３６０に伝送し、前端部３６０からの信号を反射部３５４に伝送する。
第１の制御部３５３は、ＴＤＤ制御器３００からのＴＤＤ制御信号により反射部３５４の反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）動作をオン／オフとする。

送信モードで、第１の制御部３５３は、反射部３５４の反射動作をオン状態とする。反射部３５４は、サーキュレータ３５２からの信号を全反射する。このように反射された信号は、サーキュレータ３５２の第３のポートから第１のポートを通じてアイソレータ３５１で終端（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）される。
受信モードで、第１の制御部３５３は、反射部３５４の反射動作をオフとする。すると、反射部３５４は、サーキュレータ３５２からの信号を少ない損失で高周波スイッチ３５６に伝送する。ここで、反射部３５４は伝送線路（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）とピンダイオードで構成され、以下、図４及び図６を参照して詳細に説明する。

第２の制御部３５５は、ＴＤＤ制御器３００からのＴＤＤ制御信号により高周波スイッチ３５６のスイッチング動作を制御する。送信モードで、第２の制御部３５５は、高周波スイッチ３５６をオフとして反射部３５４からの信号を低雑音増幅器３４０に伝送しない。受信モードで、第２の制御部３５５は、高周波スイッチ３５６をオンとして反射部３５４からの信号を低雑音増幅器３４０に伝送する。ここで、高周波スイッチ３５６として、ＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ或いはＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチが使用可能である。実際の実現時に、ＳＰＤＴスイッチ及びＳＰＳＴスイッチは、ピンダイオード（ＰＩＮ）、トランジスタ（例えば、ＧａＡｓ ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ））などで実現可能である。
低雑音増幅器３４０は、高周波スイッチ３５６からの信号を低雑音増幅して受信部３３０に出力する。

以下に、図３の構成に基づいて具体的な動作を説明する。
送信モードで、高電力の送信信号が低雑音増幅器３４０に流入しないようにすることが一番重要である。電力増幅器３２０から出力される送信信号は、アイソレータ３５１→サーキュレータ３５２→前端部３６０→アンテナ３７０の経路を通じて放射される。

このとき、反射部３５４は、第１の制御部３５３の制御下に反射動作を遂行してサーキュレータ３５２から入力される漏れ電力（ＲＦ信号）を全反射し、この反射部３５４から低雑音増幅器３４０に至る経路に送信信号が伝送されないように遮断する。一方、反射部３５４で反射された信号は、サーキュレータ３５２の第３のポートから第１のポートを通じてアイソレータ３５１で終端される。すなわち、アイソレータ３５１は、反射された送信信号を吸収して電力増幅器３２０を保護する。また、送信モードで高周波スイッチ３５６は、第２の制御部３５５の制御下にオフされて反射部３５３からの信号を低雑音増幅器３４０に伝送しない。このように、送信モード時に、反射部３５４と高周波スイッチ３５６を用いて低雑音増幅器３４０に流入される電力を遮断する。特に、本発明は、反射部３５４で信号を非常に小さく減衰させるため、送信経路で高電力を使用する場合にも低電力用高周波スイッチ３５６を用いて低雑音増幅器３４０を保護することができる。

受信モードで、システムＮＦ（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ）に直接的に影響を及ぼすアンテナ３７０と低雑音増幅器３４０との間で発生する信号の損失を低下することが重要である。アンテナ３７０を通じて受信される信号は、前端部３６０→サーキュレータ３５２→反射部３５４→高周波スイッチ３５６の経路を通じて低雑音増幅器３４０に入力される。
このとき、反射部３５４は、第１の制御部３５３の制御下に反射動作をオフしてサーキュレータ３５２からの信号を小さい損失で高周波スイッチ３５６に伝送する。
また、受信モードで高周波スイッチ３５６は、第２の制御部３５５の制御下にオン状態となって反射部３５４からの信号を低雑音増幅器３４０に伝送する。このように、受信モード時にサーキュレータ３５２からの信号を損失なしに低雑音増幅器３４０に伝送する。
上記したように、本発明による送受信アンテナスイッチング装置３５０は、送信モード時に送信経路の正常状態及び非正常状態と関係なく送信信号から受信経路を隔離させ、受信モード時に受信信号から送信経路を隔離させつつ、経路損失を最小化することを特徴とする。

図４は、本発明の実施形態による反射部３５４の詳細構成を示す。図４に示すように、反射部３５４は、伝送線路ＴＬ１，ＴＬ２，ＴＬ３と並列に接続される２個のインピーダンス変換素子ＶＩ１，ＶＩ２を含んで構成される。ここで、２個のイピーダンス変換素子ＶＩ１，ＶＩ２は、伝送線路の所定位置で並列（ｓｈｕｎｔ）構造で接続される。このとき、サーキュレータ３５２と接続される伝送線路の開始点から第１のインピーダンス変換素子ＶＩ１が接続される地点までを第１の伝送線路ＴＬ１とし、第１のインピーダンス変換素子ＶＩ１と第２のインピーダンス変換素子ＶＩ２との間を第２の伝送線路ＴＬ２とし、第２のインピーダンス変換素子ＶＩ２が接続される地点から高周波スイッチ３５６が接続される伝送線路の終端点までを第３の伝送線路ＴＬ３とする。

上記のような構造を有する反射部３５４は、高周波スイッチ３５６と接続され、すなわち後端にインピーダンスが存在すると、送信モード時にサーキュレータ３５２からの信号を全反射（反射係数０ｄＢ）可能で、受信モード時にインピーダンス変換素子ＶＩ１，ＶＩ２の寄生成分を相互に相殺させることによって寄生成分による経路損失を最小化することができる。インピーダンス変換素子は、バイアス（ｂｉａｓ）によりインピーダンスが変わる素子で、例えば、ピンダイオードが使用可能である。以下、送信モードと受信モードを、別々に、より詳細に説明する。

送信モードで、第２の制御部３５５は、ＴＤＤ制御器３００からのＴＤＤ制御信号により反射部３５４の出力端に接続された高周波スイッチ３５６をオフ状態とする。このとき、高周波スイッチ３５６のインピーダンスは、オープン（ｏｐｅｎ）状態（反射係数０ｄＢ）にならなければならない。一般に、高周波スイッチ３５６は、オフ時にオープン状態でなく、反射損失を有するインピーダンス状態となる。したがって、オフ時にも入力信号の一部電力を消耗することによって、高電力の送信信号によって高周波スイッチが損傷を受ける場合が発生する。

しかしながら、本発明によると、送信モード時に反射部３５４で全反射特性を生成することによって、後端の高周波スイッチ３５６と低雑音増幅器３４０を高電力から保護することができる。ここで、第１の伝送線路ＴＬ１の特性インピーダンスＺ_０、第２の伝送線路ＴＬ２の特性インピーダンスと電気的長さＥＬ（Electric Length）及び第３の伝送線路ＴＬ３の特性インピーダンスＺ_０が反射部３５４の性能に影響を及ぼすため、このようなパラメーターは実験（ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ）を通じて最適の値を探して設定する。

受信モード時に、第２の制御部３５５は、ＴＤＤ制御器３００からのＴＤＤ制御信号により反射部３５４の出力端に接続された高周波スイッチ３５６をオン状態とする。このとき、高周波スイッチ３６５は、入力インピーダンスは５０Ω（になってＲＦ受信信号を低雑音増幅器３４０に伝送する。また、受信モード時に、第１の制御部３５３は、ＴＤＤ制御器３００からのＴＤＤ制御信号により反射部３５４の反射動作をオフさせる。すなわち、反射部３５４内の２個のインピーダンス変化素子ＶＩ１，ＶＩ２のバイアスを制御して反射動作をオフさせる。このとき、反射部３５４の入力インピーダンスは、５０Ωになってサーキュレータ３５２からのＲＦ受信信号を損失なしに高周波スイッチ３５６に伝送する。

インピーダンス変換素子ＶＩ１，ＶＩ２は、第１の制御部３５３の制御下に送信モードでオン、受信モードでオフとなる。このとき、インピーダンス変換素子ＶＩ１，ＶＩ２は、各モードによって異なる値の抵抗、インダクタンス、キャパシタンスを有する。図４に示すように、同一の特性の２個のインピーダンス変換素子（ピンダイオード）を並列に構成すると、インピーダンス変換素子の寄生成分（インダクタンス、キャパシタンス）が２個のインピーダンス変換素子間の伝送線路によって相殺され、送信モードでは全反射に近接した状態を生成して受信モードでは挿入損失を最小化することができる。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、本発明のより容易な理解のためにピンダイオードの等価回路を示す。
図５Ａに示すように、ピンダイオードは、印加される電圧（ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅ）により抵抗値が変化する可変抵抗Ｒｐ、直列抵抗Ｒｓ、寄生成分Ｌｓ，Ｃｔで構成される。ピンダイオードに順方向バイアス（ｆｏｒｗａｒｄ ｂｉａｓ）を印加すると、ピンダイオードに流れる電流が増加してＲｐの値が‘０’に近接する。（図５Ｂに示すように、順方向バイアスの印加時にピンダイオードの等価回路である。その反面、ピンダイオードに逆方向バイアス（ｒｅｖｅｒｓｅ ｂｉａｓ）を印加すると、ピンダイオードに流れる電流が‘０’となり、Ｒｐの値が最大となる。（図５Ｃに示すように、逆方向バイアスの印加時にピンダイオードの等価回路である。このように、順方向バイアス及び逆方向バイアスでの寄生成分Ｌｓ，Ｃｔは、前述したように、２個のピンダイオードを並列に構成し、それらの間に所定長さの伝送線路を構成することによって除去可能になる。

図６は、本発明の実施形態による反射部３５４の一例を示す。図６に示すように、並列に構成される２個のピンダイオードＤ１，Ｄ２と、伝送線路とを含む。ここで、サーキュレータ３５２に接続される伝送線路の開始点から第１のダイオードＤ１が接続される地点までを第１の伝送線路ＴＬ１とし、第１のダイオードＤ１と第２のダイオードＤ２との間を第２の伝送線路ＴＬ２とし、第２のダイオードＤ２が分岐される地点から高周波スイッチ３５６が接続される伝送線路の終端点までを第３の伝送線路ＴＬ３とする。
送信モード時に、第１の制御部３５３は、ピンダイオードＤ１，Ｄ２に順方向バイアスを印加し、ピンダイオードＤ１，Ｄ２は図５Ｂのように動作する。この場合に、反射部３５４の反射特性を悪化させるダイオードＤ１，Ｄ２の寄生成分Ｌｓは第２の伝送線路ＴＬ２によって相殺される。ここで、第２の伝送線路ＴＬ２の電気的長さＥＬは理論的にλ／４になることが望ましい。

受信モード時に、第１の制御部３５３は、ピンダイオードＤ１，Ｄ２に逆方向バイアスを印加し、ピンダイオードＤ１，Ｄ２は図５Ｃのように動作する。この場合に、反射部３５４の挿入損失を悪化させるダイオードＤ１，Ｄ２の寄生成分Ｌｓ，Ｃｔは、第２の伝送線路ＴＬ２によって相殺される。

上記のように、ピンダイオードを用いる反射部３５４は、高周波スイッチ３５６と結合されて送信モード時にサーキュレータ３５２の第３のポートで理想的な全反射特性（反射係数０ｄＢ）を生成する。また、反射部３５４は、受信モード時に並列に構成されたピンダイオードＤ１，Ｄ２のインダクタンス及びキャパシタンス成分を相殺させ、ピンダイオードＤ１，Ｄ２の寄生成分によって発生する経路損失（又は挿入損失）を最小化する。

一方、反射部３５４の特性は、使用されたピンダイオードの特性とＴＬ１，ＴＬ２，ＴＬ３の特性インピーダンスＺ_０１，Ｚ_０２，Ｚ_０３と電気的長さＥＬ１，ＥＬ２，ＥＬ３によって影響を受ける可能性があり、主に、ＴＬ２の特性Ｚ_０２，ＥＬ２に影響を受ける。したがって、ＴＬ１とＴＬ３よりＴＬ２を最適化することが重要である。理論的に、伝送線路の特性インピーダンスＺ_０１，Ｚ_０２，Ｚ_０３は挿入損失を最小化するために５０Ωとし、第２の伝送線路ＴＬ２の電気的長さＥＬはλ／４に設定することが望ましい。

一方、上述したように、高周波スイッチ３５６は、例えば、ダイオードスイッチ、トランジスタ（例えばＦＥＴ）スイッチなどを使用することができる。ダイオードスイッチを使用する方式としては、並列ピンダイオードを使用する方式、直列ピンダイオードを使用する方式、直列／並列ピンダイオードを混合して使用する方式などがある。

図７は、本発明の実施形態による高周波スイッチ３５６の一例を示す。図７に示すように、高周波スイッチ３５６は、伝送線路と並列に構成される少なくとも２個のピンダイオードＤ３〜ＤＮを含んで構成される。このような構造は、ピンダイオードの順方向及び逆方向バイアス特性とピンダイオードとの間の電気的長さを用いてピンダイオードの寄生成分を除去する。それによって、この構造は、送信モード時に入力と出力との間の隔離度を確保し、受信モード時に入力と出力との間の挿入損失を最小化する。

送信モードで、第２の制御部３５５は、ピンダイオードＤ３〜ＤＮで順方向バイアスを印加し、ピンダイオードＤ３〜ＤＮは図５Ｂのように動作する。このとき、高周波スイッチ３５６の隔離度特性を悪化させるピンダイオードの寄生成分はピンダイオード間に構成される伝送線路によって相殺される。
受信モードで、第２の制御部３５５は、ピンダイオードＤ３〜ＤＮで逆方向バイアスを印加し、ピンダイオードＤ３〜ＤＮは図５Ｃのように動作する。このとき、高周波スイッチ３５６の挿入損失の特性を悪化させるピンダイオードの寄生成分はピンダイオードの間に構成される伝送線路によって相殺される。

ここで、ピンダイオードの間に構成される伝送線路それぞれの特性インピーダンスは、受信モードの挿入損失を最小化するために５０Ωとすることが望ましく、各電気的長さＥＬはλ／４にすることが望ましい。しかしながら、ピンダイオードの使用個数、伝送線路のインピーダンス、低雑音増幅器３４０の入力インピーダンスなどにより伝送線路の長さは変更されうる。すなわち、パラメータは、実験を通じて最適の値に設定される。

一方、反射部３５４と高周波スイッチ３５６が同一のピンダイオード素子を使用すると、反射部３５４と高周波スイッチ３５６を一つの制御器を用いて制御することができる。
図８は、本発明の他の実施形態による時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで、送受信アンテナスイッチング装置の構成を示す。本発明の他の実施形態は、ボードの実装／脱装、障害などによって受信ボード（具体的には、低雑音増幅器の保護回路）に電源供給が遮断される場合にも低雑音増幅器（ＬＮＡ）を保護するための方法に関するものである。図面において、本発明の一実施形態で説明した同一の構成に対しては、同一の参照符号を使用し、同一の構成に対してはその詳細な説明を省略する。

図８に示すように、本発明の他の実施形態による送受信アンテナスイッチング装置３５０は、アイソレータ３５１と、サーキュレータ３５２と、第１の制御部３５３と、反射部３５４と、第２の制御部３５５と、高周波スイッチ（ＲＦ ｓｗｉｔｃｈ）３５６と、リレースイッチ３５７とを含む。

リレースイッチ３５７は、低雑音増幅器３４０の前端に設置され、正常に受信ボード（又は受信端）に電源が供給される場合にオンとなり、受信ボードに電源が供給されない場合にオフとなる。すなわち、受信ボードに電源が供給されないため、受信端保護回路（反射部３５４と高周波スイッチ３５６）が動作しなくても、リレースイッチ３５７をオフさせて低雑音増幅器３４０に流入される電力を遮断する。

ここで、受信端の電源供給が遮断された場合に、低雑音増幅器３４０に誘起される送信電力を算出すると、次のようである。
２.１ｄＢｍ＝＋４７.８ｄＢｍ（ＰＡ出力、６０Ｗ）−０.３ｄＢ（アイソレータの損失）−２０ｄＢ（サーキュレータ隔離度）−０.４ｄＢ（ＳＰＤＴ損失）−２５ｄＢ（リレースイッチの隔離度）

他の例として、受信端の電源供給が遮断され、アンテナがオープンされて送信電力が全反射されるときに、低雑音増幅器３４０に誘起される反射電力を算出すると、次のようである。
１９.１ｄＢｍ＝＋４７.８ｄＢｍ（ＰＡ出力、６０Ｗ）−０.３ｄＢ（アイソレータの損失）−０.３ｄＢ（サーキュレータの損失）−０.９ｄＢ（フィルターの挿入損失）−０.６ｄＢ（方向性カプラの損失）−０.９ｄＢ（フィルターの挿入損失）−０.３ｄＢ（サーキュレータの損失）−０.４ｄＢ（ＳＰＤＴの損失）−２５ｄＢ（リレースイッチの隔離度）

Ａｇｉｌｅｎｔ社のＡＴＦ５４１４３ ＬＮＡの場合、電源が供給されるときに最大入力パワーレーティング（Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｐｕｔ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｎｇ）が１３ｄＢｍであり、低雑音増幅器に電源が供給されない状況では１９.１ｄＢｍ程度の電力に対しても低雑音増幅器が損傷を受けない。このように、本発明の他の実施形態は、ボードの電源と連動されるリレースイッチを用いて低雑音増幅器を二重に保護することを特徴とする。

以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、形式や細部についての様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

従来技術によるＲＦスイッチを使用するＴＲＡＳ装置を示す図である。 従来技術によるサーキュレータを使用するＴＲＡＳ装置を示す図である。 本発明の一実施形態による時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで送受信アンテナスイッチング装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態による反射部の詳細構成を示す図である。 本発明のより容易な理解のためにピンダイオードの等価回路を示す図である。 本発明のより容易な理解のためにピンダイオードの等価回路を示す図である。 本発明のより容易な理解のためにピンダイオードの等価回路を示す図である。 本発明の実施形態による反射部の一例を示す図である。 本発明の実施形態による高周波スイッチの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態による時分割複信（ＴＤＤ）方式の無線通信システムで送受信アンテナスイッチング装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０１，３１０…送信部
１０３，３３０…受信部
２０１…送信部
２０３…受信部
３００…ＴＤＤ制御器
３５３…第１の制御部
３５４…反射部
３５５…第２の制御部
３５６…高周波スイッチ
３６０…前端部

Claims (21)

1. 時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ：ＴＤＤ）無線通信システムの送受信アンテナスイッチング装置であって、
   電力増幅器からの信号をアンテナフィードラインに伝送し、前記アンテナフィードラインからの信号を反射部に伝送するためのサーキュレータと、
   送信モードの場合に、反射動作がオン状態となって前記サーキュレータからの信号を反射し、受信モードの場合に反射動作がオフ状態となって前記サーキュレータからの信号を高周波スイッチに伝送する前記反射部と、
   モードにより、前記反射部からの信号を低雑音増幅器に伝送し或いは伝送しない前記高周波スイッチと
   を含むことを特徴とする装置。
2. 前記反射部は、
   前記サーキュレータと前記高周波スイッチとの間に接続される伝送線路と、
   前記伝送線路の所定位置で並列（ｓｈｕｎｔ）構造で接続する２個のピンダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記２個のピンダイオード間の電気的長さ（はλ／４であることを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 前記伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωであることを特徴とする請求項２記載の装置。
5. 前記高周波スイッチはＳＰＤＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｄｏｕｂｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチ又はＳＰＳＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｌｅ Ｓｉｎｇｌｅ Ｔｈｒｏｗ）スイッチであることを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 前記高周波スイッチはピンダイオード又はトランジスタで構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記高周波スイッチは、
   前記反射部と前記低雑音増幅器との間に接続される伝送線路と、
   前記伝送線路の所定の位置で並列構造で接続される少なくとも２個のピンダイオードと
   を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記少なくとも２個のピンダイオード間の電気的長さはλ／４であることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記反射部で反射されて戻る信号を終端するためのアイソレータをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
10. 前記アイソレータは前記電力増幅器内に含まれることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. ＴＤＤ制御信号により前記反射部の反射動作をオン／オフするための制御器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
12. ＴＤＤ制御信号により前記高周波スイッチのスイッチングを制御するための制御器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
13. ＴＤＤ制御信号により前記反射部の反射動作及び前記高周波スイッチのスイッチング動作を制御するための制御器をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
14. 前記低雑音増幅器の前端に設置され、受信端に電源が供給されない場合に、スイッチングオフされて前記低雑音増幅器に流入される電力を遮断するためのリレースイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
15. 時分割複信の無線通信システムの送受信アンテナスイッチング装置であって、
    電力増幅器からの信号をアンテナリードラインに伝送し、前記アンテナフィードラインからの信号を反射部に伝送するためのサーキュレータと、
    前記サーキュレータと低雑音増幅器との間に接続される伝送線路と、
    前記伝送線路の所定位置で並列（ｓｈｕｎｔ）構造で接続される複数のピンダイオードと、
    送信／受信モードにより前記複数のピンダイオードのバイアスを制御するための制御器と
    を含むことを特徴とする装置。
16. 前記複数のピンダイオード間の電気的長さはλ／４であることを特徴とする請求項１５記載の装置。
17. 前記伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωであることを特徴とする請求項１５記載の装置。
18. 前記伝送線路で反射されて戻る信号を終端するためのアイソレータをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の装置。
19. 前記アイソレータは前記電力増幅器内に含まれることを特徴とする請求項１８記載の装置。
20. 前記伝送線路は、送信モードの場合に前記サーキュレータからの信号を全反射し、受信モードの場合に前記サーキュレータからの信号を損失なしに前記低雑音増幅器に伝送することを特徴とする請求項１５記載の装置。
21. 前記低雑音増幅器の前端に設置され、受信端に電源が供給されない場合にスイッチングオフされ、前記低雑音増幅器に流入される電力を遮断するためのリレースイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の装置。
    

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