JP2008135883A - High-frequency power monitor circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高周波電力モニタ回路に関し、更に詳しくは、誘電体基板上の主信号線路に流れる高周波信号の電力(信号レベル)を非接触でモニタする高周波電力モニタ回路に関する。 The present invention relates to a high-frequency power monitor circuit, and more particularly to a high-frequency power monitor circuit that monitors the power (signal level) of a high-frequency signal flowing in a main signal line on a dielectric substrate in a contactless manner.
基地局や移動局(携帯電話)に代表される無線通信装置では、RF信号を高周波増幅器で増幅してアンテナより送信すると共に、送信電力をモニタして増幅器にいフィードバックし、出力一定制御(Auto Power Control)を行っている。特に、ミリ波やマイクロ波電力のモニタを行う場合は、主信号回路にモニタ回路を接触させることで反射や回路インピーダンスに悪影響を与えない様、モニタを非接触で行う必要がある。また、主信号電力とモニタ電力との比は、主信号電力の大きさによらず一定(リニア)である必要がある。この様な条件を満たすものとして、従来は、例えば特許文献1,2に示されるように、主信号回路の一部に方向性結合器をカップリング(電磁結合)させることで高周信号波電力をモニタしていた。
In wireless communication devices typified by base stations and mobile stations (cell phones), RF signals are amplified by a high-frequency amplifier and transmitted from an antenna, and transmission power is monitored and fed back to the amplifier for constant output control (Auto Power Control). In particular, when monitoring millimeter wave or microwave power, it is necessary to perform monitoring in a non-contact manner so as not to adversely affect reflection and circuit impedance by bringing the monitor circuit into contact with the main signal circuit. Further, the ratio between the main signal power and the monitor power needs to be constant (linear) regardless of the magnitude of the main signal power. In order to satisfy such conditions, conventionally, as shown in
図5は従来技術を説明する図で、図5(A)は高周波電力のモニタに方向性結合器を使用した典型的な構成を示している。図において、10は主信号を伝送するマイクロストリップ(伝送路)であり、誘電体基板11の表面に設けたストリップ導体(主線)12と背面の接地導体13とからなる。50は方向性結合器であり、主線12のλ/4に渡ってカップリングさせたストリップ導体(副線)51を含み、該副線51の一方をモニタポートMPに接続すると共に、他方を抵抗54と接地線55とからなる終端回路53で終端している。
FIG. 5 is a diagram for explaining the prior art. FIG. 5A shows a typical configuration in which a directional coupler is used for monitoring high-frequency power. In the figure,
係る構成では、伝送路10を流れる高周波信号電力のうち、端子(1)から(2)に進む電力に比例したモニタ出力Pfを、端子(2)から(1)に進む電力とは無関係に取り出すことができる。即ち、伝送路10の端子(1)に入力する電力をPiとするとき、副線の端子(3)へは数分の1の電力Pfが現れ、端子(4)には更にその1/10以下の電力Prが現れる。この場合の結合度(coupling)Cは、
C=10log(Pi/Pf)
で表され、方向性(directivity)Dは、
D=10log(Pf/Pr)
で表される。更に、伝送路10を端子(2)に通り抜ける電力をPoとすると、挿入損(insertion loss)Lは、
L=10log(Pi/Po)
で表される。
In such a configuration, out of the high-frequency signal power flowing through the
C = 10 log (Pi / Pf)
And the directivity D is
D = 10 log (Pf / Pr)
It is represented by Furthermore, if the power passing through the
L = 10 log (Pi / Po)
It is represented by
図5(B)に方向性結合器のギャップsと結合度Cの関係の具体例を示す。グラフ(1)→(4)は端子(1),(4)間の結合度、グラフ(1)→(3)は端子(1),(3)間の結合度を示し、いずれもXバンド(8〜12GHz)における特性を示している。横軸はギャップsと基板11の厚みhとの比s/hである。グラフ(1)→(3)に注目すると、方向性結合器のモニタ電力は、ギャップsを0に近づけることで−5dB程度になるが、ギャップsが基板厚h(例えば0.5mm)の3倍程度になると、結合度Cは−30dB以下となっており、殆どカップリングは無い。
しかしながら、上記方向性結合器を使用した場合の様に、主信号電力の一部を取り出してモニタする方式であると、主信号伝送路ではその分が必ず挿入損となるため、伝送効率が著しく悪化していた。 However, as in the case where the directional coupler is used, if the method is to extract and monitor a part of the main signal power, the main signal transmission path always has an insertion loss, so the transmission efficiency is remarkably high. It was getting worse.
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、主信号線路を流れる高周波電力に別段の損失を与えることなく、該高周波電力を効率よくモニタ可能な高周波電力モニタ回路を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a high-frequency power monitoring circuit capable of efficiently monitoring the high-frequency power without giving a special loss to the high-frequency power flowing through the main signal line. Is to provide.
本発明の第1の態様による高周波電力モニタ回路は、誘電体基板上の主信号線路に対してカップリングが生じない位置にアンテナを配置し、前記主信号線路から放射される漏れ電波を前記アンテナで受信して前記主信号線路に流れる高周波電力をモニタするものである。 The high-frequency power monitor circuit according to the first aspect of the present invention has an antenna disposed at a position where no coupling occurs with respect to the main signal line on the dielectric substrate, and leaks radio waves radiated from the main signal line. And the high frequency power flowing through the main signal line is monitored.
本発明では、主信号線路から必然的に放射される漏れ電波をカップリング(電磁結合)が生じない位置に設けたアンテナで受信する構成により、主信号線路に別段の挿入損を与えることなく、主信号電力を効率よくモニタできる。 In the present invention, the configuration in which the leaked radio wave inevitably radiated from the main signal line is received by an antenna provided at a position where coupling (electromagnetic coupling) does not occur, without causing a separate insertion loss to the main signal line, The main signal power can be monitored efficiently.
なお、「主信号線路に対してカップリングが生じない位置」についての一例の目安を言うと、主信号線路がマイクロストリップの場合は、上記図5(B)のグラフ(1)→(3)からも明らかな様に、主信号線路から誘電体基板厚h(例えば0.5mm)の2〜3倍以上離れた位置と言う事になる。 Note that an example of the “position at which coupling does not occur with respect to the main signal line” refers to an example of the graph (1) → (3) in FIG. 5B when the main signal line is a microstrip. As can be seen from the above, it is said to be a position away from the main signal line by 2 to 3 times or more of the dielectric substrate thickness h (for example, 0.5 mm).
本発明の第2の態様では、前記アンテナは、誘電体基板表面に設けた平面導体と、背面の接地導体とを有する平面アンテナからなる。従って、アンテナを使用した高周波電力モニタ回路を小型かつ安価に実装できる。好ましくは、一例の平面アンテナは半波長のパッチアンテナである。 In the second aspect of the present invention, the antenna comprises a planar antenna having a planar conductor provided on the surface of the dielectric substrate and a ground conductor on the back surface. Therefore, a high-frequency power monitor circuit using an antenna can be mounted in a small and inexpensive manner. Preferably, the exemplary planar antenna is a half-wave patch antenna.
本発明の第3の態様では、前記モニタする信号の中心周波数を主信号の中心周波数からずらしたものである。後述する如く平面アンテナについての電磁解析により、モニタする信号の中心周波数を主信号の中心周波数からずらした(例えば10乃至20%程度ずらした)周波数領域で相対的に高い受信感度(アンテナ利得)が得られた。 In the third aspect of the present invention, the center frequency of the signal to be monitored is shifted from the center frequency of the main signal. As will be described later, a relatively high reception sensitivity (antenna gain) is obtained in a frequency region in which the center frequency of the signal to be monitored is shifted from the center frequency of the main signal (for example, about 10 to 20%) by electromagnetic analysis of the planar antenna. Obtained.
本発明の第4の態様による高周波電力モニタ回路は、誘電体基板上の主信号線路に対してカップリングが生じない位置に複数の素子アンテナを所定間隔で配置してアレーアンテナを構成すると共に、前記主信号線路から放射される漏れ電波を前記アレーアンテナで受信して前記主信号線路に流れる高周波電力をモニタするものである。本発明では、各素子アンテナの受信出力を同相合成することで、アレーアンテナに高い受信利得が得られる。 The high-frequency power monitor circuit according to the fourth aspect of the present invention is configured as an array antenna by arranging a plurality of element antennas at predetermined intervals at positions where no coupling occurs with respect to the main signal line on the dielectric substrate. The leakage radio wave radiated from the main signal line is received by the array antenna and the high frequency power flowing through the main signal line is monitored. In the present invention, a high reception gain can be obtained in the array antenna by combining the reception outputs of the respective element antennas in phase.
本発明の第5の態様では、主信号線路とアンテナとからなる回路を金属ケースでシールドしたものである。従って、外部からの不要電波(雑音)が干渉することなく、主信号線路の高周波電力のみを適正にモニタできる。 In the fifth aspect of the present invention, a circuit composed of a main signal line and an antenna is shielded by a metal case. Therefore, it is possible to properly monitor only the high-frequency power of the main signal line without interference from unnecessary radio waves (noise) from the outside.
以上述べた如く本発明によれば、主信号線路の高周波電力を効率よくモニタ可能となり、伝送効率の改善に寄与するところが大きい。特にモバイル機器における電力効率の改善
は、バッテリーの長寿命化に貢献する。
As described above, according to the present invention, the high frequency power of the main signal line can be monitored efficiently, which greatly contributes to the improvement of transmission efficiency. In particular, improvement of power efficiency in mobile devices contributes to longer battery life.
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図1は第1の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図で、図1(A)はモニタ回路の斜視図、図1(B)はモニタ回路をy軸方向に見た側面図を示している。図において、11はガラスエポキシ等からなる高周波回路実装用の誘電体基板、12は基板表面のストリップ導体、13は基板背面の接地導体、21は基板11の対向位置に設けられたアンテナ実装用の誘電体基板、22は基板21の表面(図の下面)のアンテナ導体、23は基板背面(図の上面)の接地導体、14は高周波回路を保護及びシールドするための金属筐体、15は金属からなる蓋部材である。なお、背面の接地導体13,23については、金属筐体14と蓋部材15を接地することでそれぞれ代用でき、省略できる。この点は後述する他の実施の形態でも同様である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same reference numerals denote the same or corresponding parts throughout the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a high-frequency power monitor circuit according to the first embodiment, FIG. 1 (A) is a perspective view of the monitor circuit, and FIG. 1 (B) is a side view of the monitor circuit viewed in the y-axis direction. Is shown. In the figure, 11 is a dielectric substrate made of glass epoxy or the like for mounting a high-frequency circuit, 12 is a strip conductor on the surface of the substrate, 13 is a ground conductor on the back of the substrate, and 21 is for mounting an antenna provided at a position opposite to the
ストリップ導体12は誘電体基盤11及び背面の接地導体13と共にマイクロストリップ(主信号線路)10を構成しており、入力ポートIPから入力した高周波信号を出力ポートOPに伝送する。一般に、マイクロストリップにおける伝送損失は、基板11の誘電体損と、導体12の導体損と、空中に放射される電波の放射損との三つに大別されるが、本発明ではこれらの必然的な損失となるもののうち、放射損分を有効に活用することで効率よい電力モニタを可能としている。例えば、基板11の比誘電率εr=4、厚さh=0.5mmとすると、モニタ信号の周波数10GHz(波長λ≒16mm)における基板厚hの波長λに対する割合は0.5/16=0.032となり、この基板厚hでも少なからず放射損が存在する。
The
アンテナ導体22は誘電体基板21及び背面の接地導体23と共に半波長のパッチアンテナ20を構成しており、マイクロストリップ10から漏れ出る放射電波の一部を受信してモニタポートMPに出力する。10GHz帯の高周波信号をモニタするためのパッチアンテナ20の一例のサイズは、a=7〜8mm(≒b)、基板21の厚みw=1.6mm、比誘電率εr=4。2である。マイクロストリップ10とパッチアンテナ20との間は、図1(B)に示す如く、直接にはカップリング(電磁結合)しない程度に離隔されており、よってマイクロストリップ10に結合損は生じない。カップリングが生じない距離の目安は、例えば基板11の厚みh(0.5mm)の3倍以上である。また、パッチアンテナ20の厚みwについては例えば1.6mmと厚めにすることで、パッチアンテナ20の受信感度を高くしている。
The
放射損成分はマイクロストリップ10の材質や形状により一定の割合で放射されるため、放射損の一部をモニタする本実施の形態では、主信号レベルに依存せずに、一定の割合で高周波電力をモニタできる。また、主信号線路で必然的に損失となるような放射成分を利用するため、従来のように主信号電力の一部を取り出す必要が無く、伝送損失を低減できる。また、モニタ回路の全体を金属筐体14,15で覆うことにより、外部からの不要な電波を遮断でき、主信号線路10の高周波電力のみを正確にモニタできる。
Since the radiation loss component is radiated at a constant rate depending on the material and shape of the
図2は第1の実施の形態による高周波電力モニタ回路の伝達特性を示す図で、図1と図5のモニタ回路を電磁界シミュレータで解析した結果を示している。図中、点線は図5の方向性結合器50を使用した場合、実線は図1のアンテナ20を使用した場合にそれぞれ対応し、特性L1,L2は入力ポートIPから出力ポートOPへの伝達特性を表し、特性M1,M2は入力ポートIPからモニタポートMPへの伝達特性を表す。
FIG. 2 is a diagram showing the transfer characteristics of the high-frequency power monitor circuit according to the first embodiment, and shows the result of analyzing the monitor circuit of FIGS. 1 and 5 with an electromagnetic field simulator. In the figure, the dotted line corresponds to the case where the
10GHzの付近で見ると、アンテナ20を使用したモニタ回路の伝送損失は方向性結
合器50を使用したものに比べて約0.1dB程度改善されており、ハイパワーとなる出力段では無視できない差となっている。また、図2の特性曲線より両回路20,50の中心周波数は略9.9GHzであることが読み取れるが、モニタ電力の周波数特性は中心周波数からずれた9.7〜9.8GHz及び10〜10.2GHzの帯域で、アンテナ20を使用した場合のモニタレベルM2の方が方向性結合器50を使用した場合のモニタレベルM1よりも明らかに大きくなっており、アンテナ20を使用した場合は中心周波数(この例では9.9GHz)から僅かに(10〜20%程度)ずれた帯域でモニタするのが有利であることが分かる。
When viewed in the vicinity of 10 GHz, the transmission loss of the monitor circuit using the
そこで、図示しないが、好ましくは、モニタ信号の抽出線路に9.7〜9.8GHz又は10〜10.2GHzの信号を通過させるフィルタ回路を設けることで、高周波電力をこの帯域の信号を中心にモニタすることが可能である。 Therefore, although not shown, it is preferable to provide a filter circuit that allows signals of 9.7 to 9.8 GHz or 10 to 10.2 GHz to pass through the monitor signal extraction line, so that high-frequency power is centered on signals in this band. It is possible to monitor.
図3は第2の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図で、金属製蓋部材15の裏面にパッチアンテナ20を実装した場合を示している。図3(A)はモニタ回路の斜視図、図3(B)はモニタ回路をy軸方向に見た側面図を示している。このパッチアンテナ20は、予め金属製蓋部材15の裏面に誘電体基板21の背面(図の上面)を貼り付け、該基板21の表面に平面矩形状(a≒b)のアンテナ導体24を設けて構成されている。更に、アンテナ20の略中央部に同軸コネクタ40を貫通させ、その外部導体41を接地導体23(蓋部材15)に接続し、かつ中心導体42をアンテナ導体24に接続している。この蓋部材15を金属筐体14に取り付けるとモニタ回路ができあがると共に回路全体がシールドされる。本実施の形態ではモニタポートMP(受電点,給電点に相当)をパッチアンテナ20の端部(縁部)より内側に接続できるため、インピーダンス整合が容易に得られ、受信特性が改善される。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the high-frequency power monitor circuit according to the second embodiment, and shows a case where the
図4は第3の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図で、モニタ回路をアレーアンテナで構成した場合を示している。図4(A)にモニタ回路の斜視図、図4(B)にモニタ回路をy軸方向に見た側面図を示す。誘電体基板11上の主信号線路10に対してカップリングが生じない位置に複数の素子アンテナ31a〜31cを所定間隔で配置する。各素子アンテナ31a〜31cのサイズは図1と同様で良く、これらを伝送線10に沿って各素子31a〜31cの受信出力が同相合成されるような素子間隔で配置することでアレーアンテナ30を構成する。同相合成するために位相調整が必要となるような場合には、各素子アンテナ間に線路長を変える様な移相回路を設けても良い。こうして、主信号線路10から放射される漏れ電波をアレーアンテナ30で受信することにより主信号線路10に流れる高周波電力を高いアンテナ利得でモニタする。また、このようなモニタ回路の全体を金属筐体14と蓋部材15とでシーリド(密封)することにより、内部空間における電波伝搬の状態も安定するので、良好な受信特性が得られる。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the high-frequency power monitor circuit according to the third embodiment, and shows a case where the monitor circuit is configured by an array antenna. 4A is a perspective view of the monitor circuit, and FIG. 4B is a side view of the monitor circuit viewed in the y-axis direction. A plurality of
なお、上記実施の形態では平面アンテナとして矩形状パッチアンテナの例を述べたが、これに限らない。アンテネ導体の平面視形状は円形や楕円形でもよい。また、平面アンテナ以外にも半波長ダイポールアンテナやモノポールアンテナなど、様々な立体形状の高周波アンテナを用い得る。 In the above embodiment, an example of a rectangular patch antenna is described as a planar antenna, but the present invention is not limited to this. The plan view shape of the antenene conductor may be circular or elliptical. In addition to the planar antenna, various three-dimensional high-frequency antennas such as a half-wave dipole antenna and a monopole antenna can be used.
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。 Moreover, although several embodiment suitable for the said invention was described, it cannot be overemphasized that the structure of each part, control, a process, and these combination can be variously changed within the range which does not deviate from this invention. .
10 マイクロストリップ
11,21 誘電体基板
12 ストリップ導体
13,23 接地導体
14 金属筐体
15 蓋部材
20 アンテナ
22,24 アンテナ導体
30 アレーアンテナ
31 素子アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006319316A JP2008135883A (en) | 2006-11-27 | 2006-11-27 | High-frequency power monitor circuit |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006319316A JP2008135883A (en) | 2006-11-27 | 2006-11-27 | High-frequency power monitor circuit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2008135883A true JP2008135883A (en) | 2008-06-12 |
Family
ID=39560432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006319316A Withdrawn JP2008135883A (en) | 2006-11-27 | 2006-11-27 | High-frequency power monitor circuit |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2008135883A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110380238A (en) * | 2019-07-20 | 2019-10-25 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | A kind of paster antenna of the interior monitoring line of same layer integrated RF |
-
2006
- 2006-11-27 JP JP2006319316A patent/JP2008135883A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110380238A (en) * | 2019-07-20 | 2019-10-25 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | A kind of paster antenna of the interior monitoring line of same layer integrated RF |
CN110380238B (en) * | 2019-07-20 | 2020-12-18 | 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 | Patch antenna with same-layer integrated radio frequency inner monitoring line |
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