JP2008277901A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外装置などとして使用される無線通信装置の小型化および軽量化を図ることができると共に、送信用の信号から所望の周波数帯域の成分だけを精度良く通過させることができる無線通信装置を提供すること。
【解決手段】送信周波数変換器２０から出力された高周波数帯域の信号のうち局部発振周波数の成分を除去するスプリアス除去フィルタ１１と、スプリアス除去フィルタ１１を通過した信号を増幅すると共に増幅の前後の信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分を除去するマッチング回路１４を有する増幅部１２と、増幅部１２によって増幅された信号を送信するアンテナ４０とを備え、スプリアス除去フィルタ１１と増幅部１２との間が、所望の周波数帯域よりも低い周波数帯域の成分を除去するストリップ線路１５で接続されているように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線で通信を行う無線通信装置に関し、特に、屋外に設置される衛星通信用の無線通信装置に関する。

従来、衛星通信用の無線通信装置としては、屋外装置と屋内装置とに分離されて構成されており、屋内装置は、任意長の同軸ケーブルを介して屋内装置に接続された信号変調ユニットからなり、屋外装置は、変調された信号の周波数を高周波に変換する送信周波数変換ユニットと、送信周波数変換ユニットから出力された信号を増幅する送信アンプユニットと、増幅された信号を送信するためのアンテナとからなるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の無線通信装置としては、屋外装置がアンテナを含む送受信装置からなり、屋内装置が信号変復調などからなるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。この非特許文献１に記載された概略図を図９に示す、なお、図９に示したブロック図は、送信機能に関わるものだけを示している。

図９に示した無線通信装置は、屋内装置で変調された信号の周波数を高周波数帯域に変換する送信周波数変換器２０と、送信周波数変換器２０によって変換された高周波帯域の信号を所望の周波数帯域の成分だけを通過させるバンドパスフィルタ８と、バンドパスフィルタ８を通過した信号を増幅するパワーアンプ７と、パワーアンプ７で増幅された信号を人工衛星に送信する送受信兼用のアンテナ４０を有している。

図９に示した無線通信装置の送信に用いられる無線信号は、１４．０ＧＨｚ（ギガヘルツ）〜１４．５ＧＨｚの送信周波数帯域幅である。図１０に示した無線通信装置の条件として、送信周波数帯域幅の信号成分の通過損失が少ないこと、送信周波数帯域幅でない周波数帯域の信号成分が極力減衰できること、局部発振周波数である１３ＧＨｚにおいて減衰量が一定量より小さいことが求められる。

上記の条件を満たすため、バンドパスフィルタ８は、マイクロ波の伝送で用いられる方形の断面を持つ方形導波管９によって構成されている。図９に示した無線通信装置に用いられる方形導波管９のフィルタ特性を図１０に示す。図１０に示したように、方形導波管９は、所望の周波数帯域（１４．０ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚ）の成分だけを通過させることができ、所望の周波数帯域でない帯域の成分を減衰させる。

送信周波数変換器２０と方形導波管９との間は、同軸ケーブルで接続されている。また、方形導波管９とパワーアンプ７との間も、同軸ケーブルで接続されている。なお、アンテナ４０には、導波管３０が設けられており、パワーアンプ７と導波管３０との間も、同軸ケーブルで接続されている。
特開２０００−３０７４４２号公報（第３図） 菊田徹、他９名、「ＩＰ対応ＶＳＡＴ衛星通信装置」、日本無線技報、日本無線株式会社、NO.42、2002、p.16-18

従来、移動型の衛星地球局は、上述した屋外装置を大型アンテナとともに大型自動車に搭載して構成されていた。大型自動車は、機動性に欠け、大型免許が必要になる場合もあることから、機動性が良く、誰でも運転できる小型自動車または普通自動車に無線通信装置を搭載し、ＶＳＡＴ（Very Small Aperture Terminal）を構成することが望まれている。その為には、アンテナを小型化するとともに、無線通信装置についても大幅な小型化が必要になる。しかしながら、従来の無線通信装置は、バンドパスフィルタ８の方形導波管９が大きくスペースをとり、さらに大きなケースでそれを包み込んで防水する必要があったため、重量も増加し、小型自動車または普通自動車に搭載する上で大きな障害となっていた。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、小型自動車または普通自動車などに搭載できる程度に、小型化および軽量化することができる無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、局部発振周波数を用いて高周波数帯域の信号に変換する送信周波数変換器と、前記送信周波数変換器から変換された高周波数帯域の信号のうち前記局部発振周波数の成分を除去する除去フィルタと、前記除去フィルタを通過した信号を増幅すると共に増幅の前後の信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分を除去するマッチング回路を有する増幅部と、前記増幅部によって増幅された信号を送信するアンテナとを備え、前記除去フィルタと前記増幅部との間が、前記所望の周波数帯域よりも低い周波数帯域の成分を除去するストリップ線路またはマイクロストリップ線路で接続されている構成を有している。
この構成により、サイズが大きくスペースをとって重量もある方形導波管が不要になり、方形導波管の替わりに、局部発振周波数の成分を除去する除去フィルタ、所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分を除去するマッチング回路、所望の周波数帯域よりも低い周波数帯域の成分を除去するストリップ線路またはマイクロストリップ線路で構成されるため、屋外装置などとして使用される無線通信装置の小型化および軽量化を図ることができると共に、送信用の信号から所望の周波数帯域の成分だけを精度良く通過させることができる。

また、本発明の無線通信装置は、前記アンテナが無線信号の送受信を共用する場合において前記増幅部と前記アンテナとの間を接続するバンドパスフィルタを設け、前記バンドパスフィルタは、前記増幅部によって出力された信号のうち、前記アンテナが前記無線信号を受信するときの受信周波数帯域の成分を除去し、受信周波数帯域の成分を除去した信号を前記アンテナに出力する構成を有している。
この構成により、増幅された信号のうち、アンテナが無線信号を受信するときの受信周波数帯域の成分を除去するため、受信した信号にノイズが混入されてしまうことを防止することができる。

また、本発明の無線通信装置は、前記バンドパスフィルタは、導波管で構成されており、前記増幅部によって増幅された信号をマイクロストリップ線路を介して前記導波管に出力する際に、該マイクロストリップ線路と前記導波管とを接続するマイクロストリップ線路導波管変換器を備えた構成を有している。
この構成により、マイクロストリップ線路と導波管とを接続する部材としてマイクロストリップ線路導波管変換器を用いているため、製造コストが安価になり、無線通信装置を小型化することができる。

本発明は、屋外装置などとして使用される無線通信装置の小型化および軽量化を図ることができると共に、送信用の信号から所望の周波数帯域の成分だけを精度良く通過させることができる無線通信装置を提供するものである。

以下、本発明の実施の形態に係る無線通信装置について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信装置のブロック図を示したものである。

図１に示すように、無線通信装置１００は、変調された信号（以下、変調信号という。）の周波数を高周波数帯域に変換する送信周波数変換器２０、送信周波数変換器２０で高周波数帯域に変換された信号を増幅するパワーアンプ１０、パワーアンプ１０で増幅された信号を通過させる導波管３０、および、導波管３０を通過した信号を送信するアンテナ４０によって構成されている。パワーアンプ１０と送信周波数変換器２０とは、同軸ケーブルで接続されている。

本発明の実施の形態において、無線通信装置１００は、主に屋外に設置され、人工衛星と通信するための通信装置である。なお、無線通信装置１００は、人工衛星と通信する際に信号を送受信することができるが、説明の都合上、信号の送信に関わる部材を主に図示している。

送信周波数変換器２０にあるＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）２１は、局部発振周波数で発振されたローカル信号を生成するようになっている。例えば、ＶＣＯ２１は、１３ＧＨｚのローカル信号を発振するものとする。ミキサ２２は、送信周波数変換器２０に入力された変調信号と、ＶＣＯ２１から出力された１３ＧＨｚのローカル信号とを混合するようになっている。

２つの信号が混合された結果、例えば変調信号が１ＧＨｚとすると、１３ＧＨｚ±１ＧＨｚの周波数の信号、つまり、１４ＧＨｚおよび１２ＧＨｚの信号が生成されるが、無線通信装置１００の送信に用いられる無線信号は、１４．０ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚの送信周波数帯域幅であるとする。

従って、バンドパスフィルタ２３は、１４．０ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚの信号のみを通過させる。増幅器２４は、バンドパスフィルタ２３で通過された信号のうち、１４．０Ｇの信号だけを増幅するようになっており、増幅された信号は、パワーアンプ１０に出力される。

パワーアンプ１０は、信号の不要な成分を除去するスプリアス除去フィルタ１１、スプリアス除去フィルタ１１で除去された信号を増幅する２つの増幅部１２、および、マイクロストリップ線路導波管変換器１６を有している。増幅部１２の各々を区別する場合、増幅部１２Ａまたは増幅部１２Ｂとして記載し、区別しない場合、増幅部１２として記載する。

スプリアス除去フィルタ１１と増幅部１２との間は、ストリップ線路１５Ａで接続されている。増幅部１２Ａと増幅部１２Ｂとの間は、ストリップ線路１５Ｂで接続されている。また、増幅部１２とマイクロストリップ線路導波管変換器１６との間においてもストリップ線路１５Ｃで接続されている。

なお、ストリップ線路１５の各々を区別する場合、ストリップ線路１５Ａ、ストリップ線路１５Ｂ、またはストリップ線路１５Ｃとして記載し、区別しない場合、ストリップ線路１５として記載する。例えば、ストリップ線路１５は、表裏面に導体箔を形成した板状誘電体基板の内部に線状の導体箔を形成した構造を持ち電磁波を伝達する伝送路などである。なお、無線通信装置１００は、ストリップ線路１５をマイクロストリップ線路に替えて構成されていてもよい。マイクロストリップ線路は、裏面に導体箔を形成した板状誘電体基板の表面に線状の導体箔を形成した構造を持ち電磁波を伝達する伝送路などである。

なお、スプリアス除去フィルタ１１は、例えば、ストリップ線路で構成されてもよく、送信周波数変換器２０から出力された高周波数帯域の信号のうち局部発振周波数の成分を除去するものであれば如何なるものでもよい。

また、増幅部１２は、増幅部１２に入力された信号を増幅する増幅素子１３、および、増幅の前後の信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分を除去するマッチング回路１４を有する。所望の周波数帯域は、無線通信装置１００の送信に用いられる無線信号の周波数帯域であって、本発明の実施の形態においては１４．０ＧＨｚ〜１４．５ＧＨｚの帯域幅とする。

なお、増幅素子１３の各々を区別する場合、増幅素子１３Ａまたは増幅素子１３Ｂとして記載し、区別しない場合、増幅素子１３として記載する。マッチング回路１４の各々を区別する場合、マッチング回路１４Ａ、マッチング回路１４Ｂ、マッチング回路１４Ｃ、またはマッチング回路１４Ｄとして記載し、区別しない場合、マッチング回路１４として記載する。

マイクロストリップ線路導波管変換器１６は、マイクロストリップ線路と導波管を接続するためのものであり、図１では、ストリップ線路１５Ｃと導波管３０とを接続している。なお、ストリップ線路１５Ｃにおけるマイクロストリップ線路導波管変換器１６との接触部分は、電磁波を伝達する伝送路を表面に持つマイクロストリップ線路で構成されている。

導波管３０は、増幅部１２によって出力された信号のうち、アンテナ４０が無線信号を受信するときの受信周波数帯域の成分を除去するように調整がなされている。また、導波管３０は、受信周波数帯域の成分を除去した信号をアンテナ４０に出力するようになっている。なお、本発明の実施の形態における受信周波数帯域は、１２．５ＧＨｚ前後の帯域幅とする。また、導波管３０は、本発明のバンドパスフィルタを構成するものであるが、本発明のバンドパスフィルタは、アンテナが無線信号を受信するときの受信周波数帯域の成分を除去するものであれば如何なるものでもよい。

アンテナ４０は、導波管３０から出力された信号を衛星などに送信する。また、本発明の実施の形態において、アンテナ４０は、無線信号の送受信を共用するものであって、例えばオフセットパラボラアンテナからなり、ＶＳＡＴ用の地球局などに用いられるものである。

なお、無線通信装置１００は、送信周波数帯域幅の信号成分の通過損失が少ないこと、送信周波数帯域幅でない周波数帯域の信号成分が極力減衰できること、局部発振周波数である１３ＧＨｚにおいて減衰量が一定量より小さいこと、などの条件を満たすように構成されている。

以上のように構成された無線通信装置１００の動作について説明する。まず、送信周波数変換器２０によって高周波数帯域に変換された信号が同軸ケーブルを通じてパワーアンプ１０に入力される。スプリアス除去フィルタ１１は、送信周波数変換器２０から出力された高周波数帯域の信号のうち局部発振周波数の成分を除去する。

ここで、スプリアス除去フィルタ１１のフィルタ特性を図２に示す。図２では、局部発振周波数が１３．０ＧＨｚであって、スプリアス除去フィルタ１１は、１３．０ＧＨｚの信号成分を中心に鋭く減衰させている。なお、スプリアス除去フィルタ１１は、局部発振周波数の信号成分を一定量まで減衰させる。

スプリアス除去フィルタ１１を通過した信号は、ストリップ線路１５Ａを通じて増幅部１２Ａに入力される。ここで、ストリップ線路１５のフィルタ特性を図３に示す。図３では、所望の周波数帯域の送信周波数帯域幅よりも低い周波数帯域の成分が、ストリップ線路１５で減衰されている。なお、ストリップ線路１５は、コンデンサの役割を果たしており、直流成分を除去して交流成分を通過させる。

次に、ストリップ線路１５Ａを通じて増幅部１２Ａに入力された信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分がマッチング回路１４Ａで除去され、除去された信号は増幅素子１３Ａで増幅され、増幅された信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分が再度マッチング回路１４Ｂで除去される。

ここで、マッチング回路１４のフィルタ特性を図４に示す。図４では、所望の周波数帯域の送信周波数帯域幅よりも高い周波数帯域の成分が、マッチング回路１４で減衰されている。なお、マッチング回路１４は、一般的な増幅回路に用いられるものであって、増幅回路の出力インピーダンスと、増幅回路の出力を受ける受け側回路の入力インピーダンスを等しくするものである。

次に、マッチング回路１４Ｂから出力された信号は、ストリップ線路１５Ｂを通じて増幅部１２Ｂに入力される。ストリップ線路１５Ｂを通じて増幅部１２Ｂに入力された信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分がマッチング回路１４Ｃで除去され、除去された信号は増幅素子１３Ｂで増幅され、増幅された信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分が再度マッチング回路１４Ｄで除去される。

図５は、スプリアス除去フィルタ１１、ストリップ線路１５、およびマッチング回路１４を使用した場合のフィルタ特性を実線で示したものである。なお、一点破線は、従来の方形導波管のフィルタ特性を示したものである。スプリアス除去フィルタ１１、ストリップ線路１５、およびマッチング回路１４が使用されることで、図２、図３、および図４に示したフィルタ特性がそれぞれ合成され、合成されたフィルタ特性は、衛星通信の送信時に要求されるフィルタ特性を満たすことができる。

なお、アンテナ４０が送受信を共用する場合、送信で発生するサーマル雑音が、受信したときの信号に混入することを防ぐため、受信周波数帯域においても従来の方形導波管のバンドパスフィルタと同等の減衰量が得られることが望ましい、図６は、図５に示したフィルタ特性に加えて受信周波数帯域を示した図である。図６に示すように、本発明の実施の形態における受信周波数帯域は、１２．５ＧＨｚ前後の帯域幅である。

このため、マッチング回路１４Ｄから出力された信号は、ストリップ線路１５Ｃおよびマイクロストリップ線路導波管変換器１６を通じて導波管３０に入力され、導波管３０は、入力された信号のうち、アンテナ４０が無線信号を受信するときの受信周波数帯域の成分を除去し、受信周波数帯域の成分を除去した信号をアンテナ４０に出力する。

ここで、導波管３０のフィルタ特性を図７に示す。図７では、受信周波数帯域幅の成分が、導波管３０で減衰されることを表している。

図８は、スプリアス除去フィルタ１１、ストリップ線路１５、マッチング回路１４、および導波管３０を使用した場合のフィルタ特性を実線で示したものである。なお、一点破線は、従来の方形導波管のフィルタ特性を示したものである。スプリアス除去フィルタ１１、ストリップ線路１５、マッチング回路１４、および導波管３０が使用されることで、図６および図７に示したフィルタ特性がそれぞれ合成され、合成されたフィルタ特性は、アンテナ４０が送受信を共用する場合における衛星通信の送信時に要求されるフィルタ特性を満たすことができる。

以上説明したように、従来の無線通信装置では、バンドパスフィルタとしてサイズが大きくスペースをとって重量もある方形導波管が使用されていたが、無線通信装置１００は、従来から使用されていた方形導波管を不要とし、方形導波管の替わりに、局部発振周波数の成分を除去するスプリアス除去フィルタ１１、所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分を除去するマッチング回路１４、所望の周波数帯域よりも低い周波数帯域の成分を除去するストリップ線路１５で構成されるため、屋外装置などとして使用される無線通信装置１００の小型化および軽量化を図ることができると共に、送信用の信号から所望の周波数帯域の成分だけを精度良く通過させることができる。

また、無線通信装置１００は、屋外装置などとして使用される無線通信装置１００の小型化および軽量化を図ることができるため、小型自動車または普通自動車のルーフ上などに屋外装置として無線通信装置１００を搭載することもできる。

以上のように、本発明は、屋外装置などとして使用される無線通信装置の小型化および軽量化を図ることができると共に、送信用の信号から所望の周波数帯域の成分だけを精度良く通過させることができるという効果を有し、屋外に設置される衛星通信用の無線通信装置等として有用である。

本発明の実施の形態に係る無線通信装置のブロック図 本発明の実施の形態に係るスプリアス除去フィルタのフィルタ特性を示す図 本発明の実施の形態に係るストリップ線路のフィルタ特性を示す図 本発明の実施の形態に係るマッチング回路のフィルタ特性を示す図 本発明の実施の形態に係るスプリアス除去フィルタ、ストリップ線路、およびマッチング回路を使用した場合のフィルタ特性を示す図 本発明の実施の形態における受信周波数帯域を示す図 本発明の実施の形態に係る導波管のフィルタ特性を示す図 本発明の実施の形態に係るスプリアス除去フィルタ、ストリップ線路、マッチング回路、および導波管を使用した場合のフィルタ特性を示す図 従来の無線通信装置のブロック図 従来の無線通信装置で使用される方形導波管のフィルタ特性を示す図

符号の説明

７、１０ パワーアンプ
８、２３ バンドパスフィルタ
９ 方形導波管
１１ スプリアス除去フィルタ
１２ 増幅部
１３ 増幅素子
１４ マッチング回路
１５ ストリップ線路
１６ マイクロストリップ線路導波管変換器
２０ 送信周波数変換器
２１ ＶＣＯ
２２ ミキサ
２４ 増幅器
３０ 導波管
４０ アンテナ
１００ 無線通信装置

Claims (3)

1. 局部発振周波数を用いて高周波数帯域の信号に変換する送信周波数変換器と、
   前記送信周波数変換器から変換された高周波数帯域の信号のうち前記局部発振周波数の成分を除去する除去フィルタと、
   前記除去フィルタを通過した信号を増幅すると共に増幅の前後の信号のうち所望の周波数帯域よりも高い周波数帯域の成分を除去するマッチング回路を有する増幅部と、
   前記増幅部によって増幅された信号を送信するアンテナとを備え、
   前記除去フィルタと前記増幅部との間が、前記所望の周波数帯域よりも低い周波数帯域の成分を除去するストリップ線路またはマイクロストリップ線路で接続されていることを特徴とする無線通信装置。
2. 前記アンテナが無線信号の送受信を共用する場合において前記増幅部と前記アンテナとの間を接続するバンドパスフィルタを設け、
   前記バンドパスフィルタは、前記増幅部によって出力された信号のうち、前記アンテナが前記無線信号を受信するときの受信周波数帯域の成分を除去し、受信周波数帯域の成分を除去した信号を前記アンテナに出力することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記バンドパスフィルタは、導波管で構成されており、
   前記増幅部によって増幅された信号をマイクロストリップ線路を介して前記導波管に出力する際に、該マイクロストリップ線路と前記導波管とを接続するマイクロストリップ線路導波管変換器を備えたことを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。

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