JP2008035165A

JP2008035165A - 整合器

Info

Publication number: JP2008035165A
Application number: JP2006205808A
Authority: JP
Inventors: Naoya Fujimoto; 直也藤本
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-02-14

Abstract

【課題】第１の機器（無線機）と第２の機器（アンテナ）との間に接続されて、第１の機器から第２の機器を見たインピーダンスを整合する整合器３で、信号を外部へ出力しない状態で、整合回路２３の自己診断を行う。
【解決手段】可変容量及び可変インダクタンスを有する整合回路２３と、整合回路２３を通過する信号についてインピーダンスに関する電圧及び位相に関する電圧を検出する検出手段２２と、終端抵抗２６と、整合回路２３の出力側を第２の機器に接続する状態と終端抵抗２６に接続する状態とを切り替える切替手段２７と、切替手段２７により整合回路２３の出力側を終端抵抗２６に接続する状態へ切り替えて検出手段２２による検出結果に基づいて整合回路２３を検査する制御手段２４と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、インピーダンスの整合を取る整合器に関し、特に、信号を外部へ出力しない状態で、整合回路の自己診断を行うことが可能な整合器に関する。

例えば、無線機がアンテナを用いて無線通信を行う無線通信装置では、無線機とアンテナとの間に整合器を備えて、当該整合器により無線機とアンテナとのインピーダンス整合を取ることが行われている。
このような整合器では、１個或いは複数個の整合回路を有し、整合回路により整合を取るための整合シーケンスが設定される。そして、整合器では、設定された整合シーケンスに従ってインピーダンスを整合点に収束させる調整処理を行う。整合回路は例えば可変容量と可変インダクタンスを組み合わせて構成されており、調整処理では整合回路の可変容量の値Ｃや可変インダクタンスの値Ｌを調整することが行われる。

ところで、従来では、整合回路部分の自己診断としては、アンテナ若しくはアンテナに変わる擬似負荷を用いて、実際の整合試験を実施することにより、整合回路部分の良否の判定を行っていた。このような自己診断の方法では、例えば、アンテナを用いる場合には、自己診断を行うとアンテナから送信出力が発射されて、運用上問題となることが多いことから、例えば装置外部の擬似負荷が用いられていた。
また、従来の整合回路部分の自己診断の方法では、実際の整合試験を実施することから、整合時に整合回路が有する全ての回路（例えば、コンデンサやコイルなど）を使用するわけではないため、壊れている部分を見落とす可能性があった。

なお、従来技術の一例として、送信機の送信信号発生回路とアンテナとの間に設けられる整合回路を備え、当該整合回路が有する可変素子のリアクタンスをリレーの切替により変化させて送信信号発生回路とアンテナとをインピーダンス整合させるインピーダンス整合装置について検討等されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−２３２３０４号公報

上述のように、従来の整合器では、整合回路部分の自己診断を行う構成について、未だに不十分な点があり、更なる開発が要求されていた。
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、信号を外部へ出力しない状態で、整合回路の自己診断を行うことが可能な整合器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る整合器では、第１の機器と第２の機器との間に接続されて、前記第１の機器から前記第２の機器を見たインピーダンスを整合する構成において、次のような構成とした。
すなわち、可変容量及び可変インダクタンスを有する整合回路と、前記整合回路を通過する信号についてインピーダンスに関する電圧及び位相に関する電圧を検出する検出手段と、終端抵抗と、前記整合回路の出力側を前記第２の機器に接続する状態と前記終端抵抗に接続する状態とを切り替える切替手段と、前記切替手段により前記整合回路の出力側を前記終端抵抗に接続する状態へ切り替えて前記検出手段による検出結果に基づいて前記整合回路を検査する制御手段と、を備えた。

従って、整合回路の出力側を終端抵抗に接続した状態で、整合回路を通過する信号について検出されるインピーダンスに関する電圧や位相に関する電圧に基づいて、整合回路を検査することにより、信号を外部へ出力しない状態で、整合回路の診断（整合器による自己診断）を行うことができる。

ここで、第１の機器及び第２の機器としては、それぞれ、種々なものが用いられてもよい。一例として、第１の機器として増幅器を備えた無線機が用いられ、第２の機器としてアンテナが用いられる。
また、可変容量としては、例えば、容量の値が可変なコンデンサ回路が用いられる。
また、可変インダクタンスとしては、例えば、インダクタンスの値が可変なコイル回路が用いられる。
また、整合回路の構成としては、種々なものが用いられてもよい。
また、終端抵抗としては、種々なものが用いられてもよい。

また、整合回路を検査する態様としては、種々な態様が用いられてもよく、例えば、整合回路が有する可変容量の状態や可変インダクタンスの状態を種々に切り替えて、検出される電圧が予想される値（或いは、それに近い値）である場合には正常であると判定し、検出される電圧が予想される値から大きく異なる場合には異常であると判定するような態様を用いることができる。ここで、予想される値として、範囲を持った値を用いることも可能である。また、例えば、整合回路の切り替え状態（設定態様）とそのときに予想される検出電圧の値或いは傾向（例えば、プラス又はマイナスの変化方向）との対応を予めメモリに記憶しておいて、当該記憶内容に基づいて整合回路を検査するような構成を用いることも可能である。

以上説明したように、本発明に係る整合器では、当該整合器から信号を外部へ出力しない状態で、整合回路の自己診断を行うことができ、整合回路を構成する回路素子に発生した故障を検出することができる。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１には、無線機システムの構成例を示してある。この無線機システムは、例えば、高い周波数（ＨＦ：ＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の信号を通信する無線通信装置などに設けられている。
本例の無線機システムは、無線機１と、アンテナ（空中線）２と、無線機１とアンテナ２との間に設けられた整合器３を備えている。また、無線機１は、送受信機１１と、例えば電力増幅器から成る増幅器１２を備えている。
本例の無線機システムでは、整合器３が無線機１とアンテナ２との間のインピーダンス整合を取る。そして、送信では送受信機１１から出力される送信信号が増幅器１２により増幅されてアンテナ２から無線により送信され、受信ではアンテナ２により受信された信号が増幅器１２により増幅されて送受信機１１により処理される。

図２には、無線機１とアンテナ２とを整合させる本例の整合器３の機能系統の構成例を示してある。
本例の整合器３は、減衰回路２１と、検出回路２２と、整合回路２３と、制御部２４と、電源部２５と、抵抗（終端抵抗）２６と、スイッチ２７を備えている。ここで、終端抵抗２６は、スイッチ２７と接地点（グラウンド）との間に設けられている。また、整合回路２３としては、例えば、無線周波数（ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）の信号に対応した回路が用いられている。
本例の整合器３では、無線機１の増幅器１２から入力される信号が減衰回路２１と検出回路２２と整合回路２３とスイッチ２７を介してアンテナ２或いは終端抵抗２６へ出力され、アンテナ２から入力される信号がスイッチ２７と整合回路２３と検出回路２２と減衰回路２１を介して無線機１の増幅器１２へ出力される。
電源部２５は、各回路へ電源を供給する。

減衰回路２１は、減衰器３１を有する信号経路と、単なる信号線の信号経路（短絡の信号経路）と、これらの信号経路を切り替える２個のスイッチ３２、３３を備えている。２個のスイッチ３２、３３の切り替えは制御部２４により制御され、無線機１の増幅器１２と検出回路２２との間で送受信される信号が減衰器３１を通過する状態と減衰器３１を通過しない状態（本例では、短絡となる状態）とを切り替えることが可能である。
なお、非減衰な経路（本例では、短絡の信号経路）については、例えば減衰器を有しなくとも現実の回路では減衰量が完全にはゼロとはならずに多少の減衰が発生することも考えられるが、ここでは、積極的に減衰を行う経路に対してそのような減衰を行わない経路であるという意味であり、現実的に多少の減衰が発生してしまうようなものについても非減衰な経路に包含される。

本例では、減衰器３１を有する信号経路を使用する状態を低電力モードと言い、単なる信号線の信号経路（短絡の信号経路）を使用する状態を大電力モードと言う。
なお、低電力モードと大電力モードとしては、それぞれ、低電力モードに比べて大電力モードの方が電力レベルが大きいという要件を満たす種々な状態が用いられてもよい。一例として、通常の運用時と同等な或いは通常の運用時に近い電力レベルの状態を大電力モードとし、それより低い電力レベルの状態を低電力モードとして用いることができる。

検出回路２２は、無線機１の増幅器１２とアンテナ２或いは終端抵抗２６との間で送受信される信号に基づいて、進行波の電圧Ｐｆ、反射波の電圧Ｐｒ、位相に関する電圧φ、インピーダンスに関する電圧Ｒを検出し、これらの検出結果を制御部２４へ出力する。
制御部２４は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）やメモリを用いて構成されており、整合動作時には、検出回路２２により検出された各種の電圧に基づいて、整合回路２３を制御して、整合回路２３により最適な整合が取られるようにする。なお、制御部２４は、例えば、各種の制御信号を整合回路２３へ出力することで整合回路２３を制御し、また、整合動作時には、検出電圧に基づいて整合回路２３による整合状態の良し悪しを判定し、この判定結果に基づいて制御を行う。

ここで、本例では、（Ｒ＋jφ）で表される抵抗分のＲ極性や位相分のφ極性（位相極性）を使用することができる。
ここで、Ｒ極性は、検出回路２２により検出されたインピーダンス電圧Ｒを所定の抵抗値（例えば、５０オーム（Ω））の時の電圧と比較して、大きいか或いは小さいかに応じて“１”或いは“０”という極性を持たせたものである。
また、φ極性は、検出回路２２により検出された位相電圧φを誘導性でもなく容量性でもない０の部分と比較して、例えば、位相電圧φが正（プラス）の電圧である場合には誘導性を表す“１”という極性を持たせ、位相電圧φが負（マイナス）の電圧である場合には容量性を表す“０”という極性を持たせたものである。
また、本例では、整合動作時に、整合の程度を確認するために、制御部２４は、ＶＳＷＲ（反射係数）の値を検出する。ＶＳＷＲは、進行波電圧Ｐｆ、反射波電圧Ｐｒ、平方根（ルート）を表す記号ｓｑｒｔを用いて、［｛ｓｑｒｔ（Ｐｆ）＋ｓｑｒｔ（Ｐｒ）｝／｛ｓｑｒｔ（Ｐｆ）−ｓｑｒｔ（Ｐｒ）｝］と表される。ＶＳＷＲの値は、理想的な整合が取られた場合に、１となる。

本例では、制御部２４は、検出されるインピーダンス電圧Ｒに基づいて、Ｒ極性が１である（すなわち、５０オームの時の電圧より大きい）か、或いは、Ｒ極性が０である（すなわち、５０オームの時の電圧より小さい）かを判定し、また、検出される位相電圧φに基づいて、φ極性（位相極性）が１である（すなわち、正の電圧であり誘導性である）か、或いは、φ極性が０である（すなわち、負の電圧であり容量性である）かを判定する。また、制御部２４は、検出される進行波電圧Ｐｆ及び反射波電圧Ｐｒに基づいて、ＶＳＷＲの値を演算する。また、制御部２４では、ＶＳＷＲの値について、それが許容されると判定するための範囲が例えば閾値を用いてメモリに記憶されている。また、制御部２４は、減衰回路２１のスイッチ３２、３３へ切替制御信号を出力して当該スイッチ３２、３３を切り替えることが可能である。

整合回路２３は、例えば、容量の値Ｃを可変に制御することが可能なコンデンサと、インダクタンスの値Ｌを可変に制御することが可能なコイルを組み合わせて構成されている。これらの値Ｃ、Ｌは、制御部２４からの制御値（制御信号）に応じて制御される。
一例として、整合回路２３は、無線機１とアンテナ２とを接続する線路上に可変コンデンサから成る可変容量を有し且つ当該可変容量よりアンテナ２の側の点と接地点（グラウンド）との間に可変コイルから成る可変インダクタンスを有するＴ形整合回路を備える。他の例として、整合回路２３は、無線機１とアンテナ２とを接続する線路上に可変コンデンサから成る可変容量を有し且つ当該可変容量より無線機１の側の点と接地点（グラウンド）との間に可変コイルから成る可変インダクタンスを有するＴ形整合回路を備える。
また、整合回路２３が２個以上の異なる形の整合回路を備えるような構成とすることもできる。この場合、整合回路２３は、複数の整合回路を切り替えるスイッチなどの機能を有し、制御部２４からの制御信号に応じて、使用する整合回路すなわち検出回路２２とアンテナ２との間に接続する整合回路を切り替えることが可能である。

スイッチ２７は、無線機１の側からアンテナ２の側へ伝送される信号である整合回路２３からの出力信号をアンテナ２へ出力する接続状態と終端抵抗２６へ出力する接続状態とを切り替える機能を有している。このスイッチ２７の切り替えは制御部２４により制御される。
本例では、制御部２４は、スイッチ２７へ切替制御信号を出力して当該スイッチ２７を切り替えることが可能である。

図３には、整合回路２３と終端抵抗２６とスイッチ２７の部分の構成例を示してある。
整合回路２３は、コンデンサ回路とコイル回路から構成されている。
コンデンサ回路は、１個のリレー及び１個のコンデンサを有する信号経路を複数であるｎ個並列に配置して構成されており、総じて、n個のコンデンサＡ１〜Ａｎ及びｎ個のリレーＢ１〜Ｂｎを有している。
コイル回路は、複数であるｍ個のスイッチＤ１〜Ｄｍを直列に接続して各スイッチＤ１〜Ｄｍの両端にそれぞれ１個のコイルを接続して構成されており、総じて、ｍ個のコイルＣ１〜Ｃｍを有している。
なお、本例では、コンデンサ回路よりもアンテナ２の側にある信号線路上の点と接地点（グラウンド）との間にコイル回路が設けられている。

コンデンサ回路では、各リレーＢ１〜Ｂｎの接続状態をオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）とで切り替えることにより、接続されて有効となるコンデンサＡ１〜Ａｎを変更することができ、一例として、それぞれ同一の容量を有するコンデンサＡ１〜Ａｎの中で有効となるものの数（０個以上ｎ個以下）を変更することができ、これにより、接続されて有効となる合成容量の値Ｃを変更することができる。
コイル回路では、各リレーＤ１〜Ｄｍの接続状態をオン（ＯＮ）とオフ（ＯＦＦ）とで切り替えることにより、接続されて有効となるコイルＣ１〜Ｃｍを変更することができ、一例として、それぞれ同一のインダクタンスを有するコイルＣ１〜Ｃｍの中で有効となるものの数（０個以上ｍ個以下）を変更することができ、これにより、接続されて有効となる合成インダクタンスの値Ｌを変更することができる。

次に、本例の整合器３において行われる自己診断の処理について詳しく説明する。
本例では、整合器３における自己診断の処理は、制御部２４により制御されて行われる。
制御部２４は、自己診断の処理を行うときには整合回路２３と終端抵抗２６とが接続される状態へスイッチ２７を切り替えてその状態を維持し、例えば、他のときには整合回路２３とアンテナ２とが接続される状態へスイッチ２７を切り替えてその状態を維持する。なお、他の構成例として、自己診断の処理以外の他の処理においても、整合回路２３と終端抵抗２６とを接続する状態を用いる場合がある構成とされてもよい。
このように、自己診断時には、整合器３の内部に設けられた終端抵抗２６へ送信信号が出力されるように切り替えられるため、アンテナ２から送信信号が出力されないようにすることができる。

また、制御部２４は、減衰回路２１について、自己診断の処理を行うときには減衰器３１を有する信号経路を使用する状態である低電力モードとなるようにスイッチ３２、３３を切り替えてその状態を維持し、例えば、他のときには単なる信号線の信号経路（短絡の信号経路）を使用する状態である大電力モードとなるようにスイッチ３２、３３を切り替えてその状態を維持する。なお、他の構成例として、自己診断の処理以外の他の処理（例えば、整合動作の処理）においても、低電力モードを用いる場合がある構成とされてもよい。
このように、自己診断時には、低電力モードへ切り替えられるため、検出回路２２において低電力での電圧検出が可能となり、また、終端抵抗２６として、運用する電力に対して、大幅に小さい定格のものを使用することが可能である。

そして、制御部２４は、整合回路２３を構成する各リレーＢ１〜Ｂｎ、Ｄ１〜Ｄｍのオンオフの状態を制御することにより、整合回路２３において回路に接続されるコンデンサの合成容量の値Ｃ及びコイルの合成インダクタンスの値Ｌを種々に変更する。この場合、回路に接続されるコンデンサの合成容量の値Ｃ及びコイルの合成インダクタンスの値Ｌに応じて、検出回路２２により検出される電圧値が変化し、制御部２４は、その変化した電圧値を検査（チェック）することにより、整合回路２３が正しく動作しているか否かを判定することができる。

一例として、検出回路２２により検出されるインピーダンス電圧Ｒは、抵抗値が５０オーム（Ω）であるときに２．５Ｖであるとすると、抵抗値がより大きくなれば２．５Ｖより増加し、抵抗値がより小さくなれば２．５Ｖより減少する。また、一例として、検出回路２２により検出される位相電圧φは、位相がゼロ（０）であるときに２．５Ｖであるとすると、誘導性のときには２．５Ｖ以上に増加し、容量性のときには２．５Ｖ以下に減少する。
制御部２４は、このような検出電圧の性質に基づいて、整合回路２３を構成する各回路素子（例えば、リレーＢ１〜Ｂｎ、Ｄ１〜ＤｍやコンデンサＡ１〜ＡｎやコイルＣ１〜Ｃｍ）が正常に動作しているか否かを判定する自己診断の処理を行う。本例では、制御部２４がこのような判定を行うために参照する情報として、例えば、整合回路２３の切り替え状態（設定態様）とそのときに予想される検出電圧の値或いは傾向（例えば、プラス又はマイナスの変化方向）との対応などの情報が予めメモリに記憶されている。

このように、本例では、自己診断の判定動作として、制御部２４が、検出回路２２により検出されたインピーダンス電圧Ｒ及び位相電圧φを監視（モニタ）することにより、回路の状態に見合った電圧が出力されているか否かに応じて良否を判定する。
なお、本例では、検出回路２２は故障していないとして説明したが、例えば、制御部２４は、検出回路２２から入力される電圧に異常が発生した場合に、検出回路２２の故障（或いは、故障の可能性）を検出する。

ここで、自己診断の処理において、制御部２４が整合回路２３に設けられた各コンデンサＡ１〜Ａｎや各コイルＣ１〜Ｃｍを回路に接続する態様としては、種々な態様が用いられてもよく、例えば、整合回路２３に設けられた各コンデンサＡ１〜Ａｎや各コイルＣ１〜Ｃｍを１個ずつ順に回路に接続して検査する態様のように、全ての回路素子（或いは、幾つかの回路素子の組み合わせで検査する場合には、全ての組み合わせ）について別個に検査することができるような態様が用いられるのが好ましい。また、このような整合回路２３の設定態様が予めメモリに記憶されて、制御部２４が当該記憶された設定態様に従って整合回路２３の内部の接続状態を設定して（例えば、リレーＢ１〜Ｂｎ、Ｄ１〜Ｄｍの接続状態を切り替えて）、自己診断の処理を制御するような構成とすることも可能である。

以上のように、本例では、アンテナ２のインピーダンスに対してＶＳＷＲが良好になるように整合を行う整合器３において、自己診断機能により、検出回路２２により検出されるインピーダンス電圧Ｒや位相電圧φを用いて、整合回路２３の回路部分を検査することができる。
また、本例の整合器３では、自己診断時には、送信信号（送信波）を終端抵抗２６へ接続する状態とすることにより、装置外部へ送信信号を出力せずに、整合回路２３の構成部分（例えば、リレーＢ１〜Ｂｎ、Ｄ１〜ＤｍやコンデンサＡ１〜ＡｎやコイルＣ１〜Ｃｍ）に故障があるか否かを短時間で明確に見つけ出すことができる。
また、本例の整合器３では、自己診断時には、低電力モードとすることにより、検出回路２２により検出される電圧を小さくすることができ、終端抵抗２６にかかる負担を小さくすることができる。

従って、本例の整合器３では、整合回路２３の構成部分の不良を高精度で検出することができ、また、送信出力を外部に発射せずに、整合器３内の整合回路２３の自己診断を行うことが可能である。これにより、アンテナ２へ送信信号を出力しない状態で、整合回路２３の自己診断を実施することができ、また、例えば、自己診断による故障の検出漏れをゼロに或いは非常に少なくすることが可能である。

なお、本例の整合器３では、第１の機器として増幅器１２を有する無線機１が用いられており、第２の機器としてアンテナ２が用いられており、検出回路２２の機能により検出手段が構成されており、スイッチ２７の機能により切替手段が構成されており、制御部２４の機能により制御手段が構成されており、また、整合回路２３の機能や、終端抵抗２６の機能を有している。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（ＣｏｍｐａｃｔＤｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

無線機システムの構成例を示す図である。整合器の構成例を示す図である。整合回路と終端抵抗とスイッチの部分の構成例を示す図である。

符号の説明

１・・無線機、２・・アンテナ、３・・整合器、１１・・送受信機、１２・・増幅器、２１・・減衰回路、２２・・検出回路、２３・・整合回路、２４・・制御部、２５・・電源部、２６・・終端抵抗、２７、３２、３３・・スイッチ、３１・・減衰器、Ａ１〜Ａｎ・・コンデンサ、Ｂ１〜Ｂｎ、Ｄ１〜Ｄｍ・・リレー、Ｃ１〜Ｃｍ・・コイル

Claims

第１の機器と第２の機器との間に接続されて、前記第１の機器から前記第２の機器を見たインピーダンスを整合する整合器において、
可変容量及び可変インダクタンスを有する整合回路と、
前記整合回路を通過する信号について、インピーダンスに関する電圧及び位相に関する電圧を検出する検出手段と、
終端抵抗と、
前記整合回路の出力側を前記第２の機器に接続する状態と前記終端抵抗に接続する状態とを切り替える切替手段と、
前記切替手段により前記整合回路の出力側を前記終端抵抗に接続する状態へ切り替えて、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記整合回路を検査する制御手段と、
を備えたことを特徴とする整合器。