JP2009124425A - 信号分配装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各ポート間のインピーダンスの整合が取れ、所望の信号帯域を除去できる信号分配装置を提供する。
【解決手段】配線ボード１１上に、ポート１からポート６を備え、第１の減衰器１４と信号伝送線路１２からなる６つの各伝送路１７の一端がポート１からポート６に接続され、各伝送路１７の他端を分岐点１３で共通に接続し、分岐点１３にはさらにフィルタ２０がグランドとの間に接続され、分岐点１３において、信号が各伝送路１７に均等に分配される構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、３つ以上の信号伝送路を共通に接続する信号分配装置に関し、特に３台以上の通信装置を相互に同じ通信環境で接続して、その通信装置の通信性能の評価を行う場合に適用して好適な信号分配装置に関する。

従来、例えば携帯電話のような無線で通信を行う無線通信装置（またはその無線通信装置用ソフトウエア）の評価や開発を行う場合、外部からノイズや反射波の影響を受けずに安定して通信できる状態を作り出す為、無線通信装置同士を同軸ケーブル等の有線で接続することがある。

この場合、接続する無線通信装置が２台であれば、その２台の無線通信装置のポートを１本のケーブルで直接接続するだけでよいが、３台以上の無線通信装置を接続する場合には、無線通信装置を接続するすべてのポート間で等しく信号を分配しなければ、それぞれの無線装置での無線通信状態に相当する信号の送受信状態を正確に再現することはできない。しかし、３つ以上のポート間での分配を等しくするためには、信号の分配器や減衰器を組み合わせて使用する必要があり、複雑で大掛かりなネットワークを構築する必要がある。

また１つの入力ポートから入力された信号を複数の出力ポートに分配する分配器が提案されているが、すべてのポート間でインピーダンスが一定にはならない為、３つ以上の高周波伝送線路が接続する分配器には利用できない。

特許文献１には、マイクロ波帯およびミリ波帯において、１つの信号を２つに分割する電力分配器が開示されている。
特開２０００−３０７３１３号公報

上述したように、３台以上の無線通信装置を有線で直接接続して、その接続した複数台の無線通信装置の内の２台の無線通信装置間で信号の送受信を行いながら、他の無線通信装置に及ぼす影響の測定などの、３台以上の無線通信装置間の相互の影響を測定したい場合がある。しかしながら、従来の分配器は、全てのポートのインピーダンスが等しい構成ではないため、無線通信環境を再現した有線での接続状態とはならず、正確な影響などの測定が困難であった。

また、従来の分配器を使用した接続構成の場合、例えば低損失のマイクロ波電力分配器を用いると、信号強度が強い場合、受信側で信号が歪むという問題があった。

本発明は、無線通信装置などの通信装置を複数台接続して、それぞれの通信装置の通信状態を等しくすると共に、各通信装置間で伝送される信号を適正な信号とすることが簡単にできる信号分配装置を提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも３つの入出力ポートを備え、それぞれの入出力ポートの特性が等しい信号分配装置としたものである。
その構成としては、入出力ポートの数に対応して複数用意された伝送路の一端を、各入出力ポートに接続し、その複数の伝送路の他端を分岐点で共通に接続する。それぞれの伝送路の途中には、それぞれの抵抗値が等しい第１の抵抗器を接続する。さらに、分岐点とグランド部との間に、特定の周波数帯を除去する受動型フィルタを接続する構成とする。

本発明によると、各伝送路を接続した分岐点から各入出力ポート側を見た構成が等しく、各入出力ポートのインピーダンスを等しくした上で、受動型フィルタの作用で所望の周波数帯の信号を除去することができる。そして、それぞれの伝送路の途中に接続した第１の抵抗器があることで、各入出力ポート間で伝送される信号強度を適正な強度とすることができる。

本発明によって、複数のポート間のインピーダンスの整合が取れ、さらに所望の信号成分を取り除くことができる信号伝送装置を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施の形態の例を、図１から図３を用いて説明する。
まず、図１を参照して本発明の実施の形態の原理を説明する。
図１に示すように、本実施の形態の信号分配装置は、６つのポートを備え、各ポートにそれぞれ別の通信装置の通信端子（無線通信装置の場合にはアンテナ接続部）が、直接又は信号線を介して接続される。本実施の形態の信号伝送装置は、この６つのポートを全て等しい信号特性として、ポートに接続された各通信装置の通信状態を等しくするものである。
信号分配装置は、配線ボード１１を備える。その配線ボード１１上に信号伝送線路１２と第１の減衰器が直列に接続して伝送路１７を形成している。

伝送路１７の一端はポート１０（例えばポート１）と接続し、他端は分岐点１３と接続している。図１の例では６つの伝送路１７が、分岐点１３に共通に接続している。また分岐点１３にはグランドと接続した第２の減衰器１５が接続している。分岐点１３にはさらにフィルタ２０がグランドとの間に接続されている。

また配線ボード１１と回路を囲むようにシールドボックス１６が形成されており、ポート１０はシールドボックスの外に設置されている。

次に、本実施の形態のより具体的な構成例を、図２に示す。図２の構成例では、図１の第１の減衰器１４に対応して、直列抵抗１４を接続した例としてある。また、図１の第２の減衰器１５に対応して、並列抵抗１５を接続した例としてある。また、信号伝送線路１２は例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路を使用することができる。

図１のフィルタ２０は、図２の例では、直列インダクタンス２１と直列キャパシタンス２２を直列に接続した構成の回路である。本例では直列インダクタンス２１の一端を分岐点１３に接続し、他端をグランドと接続した直列キャパシタンス２２に接続している。

このように構成された図１及び図２の回路の動作を次に説明する。図２の例では直列抵抗１４と並列抵抗１５の値を設定することで所望の減衰率を有する回路を形成することができる。

この直列抵抗１４の値を「ｒｓ」と表すと、直列抵抗１４の値はポートの数をＮ、減衰量をＫ、信号伝送路の特性伝送路の特性インピーダンスを５０Ωとすると、次の式によって求めることができる。
ｒｓ＝５０×（１−Ｋ）／（１＋Ｋ）

また並列抵抗１５の値を「ｒｐ」と表すと、並列抵抗１５の抵抗値ｒｐ（Ω）は、次の式によりよって求めることができる。
ｒｐ＝１００×Ｋ／（（１＋Ｋ) ×（１−（Ｎ−１）×Ｋ））

上記２つの式によって直列抵抗１４及び並列抵抗１５の値が求まる。さらに、回路の信号の除去帯域は分岐点１３に接続される直列インダクタンス２１と直列キャパシタンス２２によって決定される。信号の除去帯域は、直列インダクタンス２１と直列キャパシタンス２２の値をそれぞれ変化させて、インピーダンスを変えることにより制御することができる。

したがって、例えば各ポートに無線通信端末（図２では示されていない）を接続し、ポート１に接続された無線通信端末から、信号を送信すると仮定する。この場合、ポート１に入力された信号は伝送路１７の減衰器１４（直列抵抗１４）で信号強度が減衰され、分岐点１３に伝送される。

分岐点１３では各ポート（ポート２〜ポート６）に接続される伝送路１７に均等な強度で信号が分配される。また分岐点１３に接続する第２の減衰器（並列抵抗１５）にも信号が分配される。この第２の減衰器１５は分岐点１３における信号の強度を減衰させるため、他の伝送路１７に伝送される信号全体を一律に減衰させる働きを有する。

各ポートに接続される伝送路１７では第１の減衰器１４によってさらに信号が減衰され、それぞれのポート（ポート２〜ポート６）に信号が到達する。また、分岐点１３に接続するフィルタによって不要な信号は除去される。

したがって、本例では、直列抵抗１４と並列抵抗１５の値を設定することで分配、減衰機能を共に有し且つ、どのポートから見てもインピーダンスが等しい回路を構成することができる。

つまり入力ポート、出力ポートの区別なく、すべてのポートでインピーダンスの整合を取ることができる。さらに各ポート間で信号の減衰、つまり挿入損が一定になるので各ワイヤレス通信機が同じ通信状態で通信を行うことができる。

したがって、実際の無線通信環境と同等の環境を構築することができる。これは図３に示したような状況と同じである。図３では、４つの無線通信端末（無線通信端末１〜無線通信端末４）がそれぞれ減衰率−５０ｄＢで互いに無線接続されている。

実際の無線通信環境では、外部ノイズまたは妨害波が入ってくるが、本例による分配器では、このような外部ノイズまたは妨害波がなく、且つ実際の無線通信環境と同等の環境を実現することができる。

さらに、回路をＩＣ（Integrated Circuit）チップとして形成すれば装置の小型化を図ることができる。その結果、従来のように分配器、減衰器、終端器等高周波部品を複雑に組み合わせて回路を構成する必要がなく、評価したいワイヤレス通信機を図２の構成の分配器に接続するだけでマルチ端末ワイヤレス通信の評価、開発システムを構築することができる。

直列抵抗１４は信号伝送線路１２と接続され、配線ボード１１に形成される。したがって、通常は無線通信端末の試験等を行うときに、抵抗値を変更することはできない。しかし、並列抵抗１５は分岐点１３とグランドとの間に接続されるので、分岐点１３に接続するポートを新たに設けて、外部からの接続により抵抗値を変更することができる。また、並列抵抗１５は省略することもできる。

図４は、第１の実施の形態の例の変形例を示す。この図４は、図２に示した信号分配装置の並列抵抗１５を省略した場合の構成である。即ち、図４に示すように、分岐点１３には、直列抵抗１４の他に、フィルタ２０を構成する直列インダクタンス２１だけを接続し、図２に示した並列抵抗１５を省略した構成としてある。その他の部分は、図２の信号分配装置と同様に構成し、その説明は省略する。直列抵抗１４の抵抗値ｒｓは上記の式を用いて決定することができる。

回路の動作については、分岐点１３に接続する第２の減衰器１５が存在しないが、第１の減衰器１４によって各伝送路１２の信号が一律に減衰される。よって、図２の例と同様であるので説明は省略する。

次に本発明の第２の実施の形態の例を、図５を用いて説明する。
図５において、第１の実施の形態の例と構成が同じ部分については、同一符号を付す。図５に示した本実施の形態の構成例は、ポートを４つ設置した例としてある。ポートと接続する各伝送路１７には、並列インダクタンス２３と並列キャパシタンス２４の並列回路が分岐点１３と直列抵抗１４の間に接続されている。

この第２の実施の形態の例では、分岐点１３とグランドとの間に接続されるフィルタ２０のほかに、伝送路１７と分岐点１３との間に並列インダクタンス２３と並列キャパシタンス２４の並列回路が接続されている。よって、ポート間を通過する信号の通過帯域のフィルタ次数が４次となる。

第２の実施の形態の例による分配器の動作を説明する。図６は図５の回路の信号特性を示した図である。図の横軸は周波数であり、縦軸は減衰率を表している。図示したように、信号の減衰率３０は０．１０ＧＨｚｋら０．７ＧＨｚ付近にかけては平坦な特性を有しており、０．７ＧＨｚ付近から急激に信号の伝送特性が小さくなり、１．００ＧＨｚ付近で最小になっている。

つまり周波数１ＧＨｚ付近の信号の大部分はフィルタ２０によってグランドに流れるため、回路内には伝送されない。１．００ＧＨｚ付近から１．４ＧＨｚ付近にかけて急激に伝送特性が大きくなり、１．４ＧＨｚ付近から１０．００ＧＨｚまでは平坦な特性を有している。

図６からわかるように、第２の実施の形態の例における回路の特性は、急峻な特性を有するフィルタを実現することができる。よって、信号の除去帯域幅が狭い場合に好適である。

次に本発明の実施の形態の第３の実施の形態の例を、図７を用いて説明する。
図７において、第１の実施の形態の例と構成が同じ部分については同一符号を付す。図７は第３の実施の形態の例を示した構成図である。図示したように分岐点１３に直列インダクタンス２１、直列キャパシタンス２２で構成されるフィルタが２つ接続されている。ここで説明の便宜上、直列インダクタンス２１と直列キャパシタンス２２で構成されるフィルタを「第１のフィルタ」と称し、直列インダクタンス２５と直列キャパシタンス２６で構成されるフィルタを「第２のフィルタ」と称する。

次に第３の実施の形態の例による回路の動作を説明する。第１のフィルタと第２のフィルタの共振周波数を異なる値に設定することによって、２つの信号帯域に対するフィルタを構成することができる。この第３の実施の形態の例による回路の特性を図８に示した。図８の横軸は信号の周波数であり、縦軸は減衰率である。

信号特性は、周波数０．１０ＧＨｚから０．２０ＧＨｚ付近まではほぼ平坦な特性を示しており、０．２０ＧＨｚ付近から急激に伝送特性が減少し、約０．３３ＧＨｚ付近で最小となる。０．３３ＧＨｚ付近の最小点から０．５０ＧＨｚ付近まで急激に伝送特性が増加する。

０．５０ＧＨｚ付近から２ＧＨｚ付近まではほぼ平坦な特性となり、２ＧＨｚ付近から２ＧＨｚ付近まで伝送特性が急激に減少し最小値をとる。２ＧＨｚ付近から４ＧＨｚ付近まで伝送特性が急激に増加し、４ＧＨｚ付近から１０ＧＨｚまでほぼ平坦な特性となる。

このように分岐点１３に共振周波数の異なる２つのフィルタを設けると、信号の除去帯域も２つ設定される。つまり、共振周波数を異なる値に設定すれば、分岐点１３に接続されるフィルタの数だけ信号の除去帯域が設定される。

よって、除去すべき周波数帯域が複数存在する場合は、必要な数だけ分岐点１３とグランドの間にフィルタを設ければ良い。

本発明の第１の実施の形態の例の構成を示した概念図である。 本発明の第１の実施の形態の例の具体的な回路例を示した構成図である。 本発明の第１の実施の形態の例と同等な現実の通信環境を示した構成図である。 本発明の第１の実施の形態の例の変形例を示した構成図である。 本発明の第２の実施の形態の例を示した構成図である。 本発明の第２の実施の形態の例の特性図である。 本発明の第３の実施の形態の例を示した構成図である。 本発明の第３の実施の形態の例の特性図である。

符号の説明

１０・・・ポート、１１・・・配線ボード、１２・・・信号伝送線路、１４・・・第１の減衰器、１５・・・第２の減衰器、１６・・・シールドボックス、２０・・・フィルタ

Claims (4)

1. 少なくとも３つの入出力ポートを備え、それぞれの入出力ポートの特性が等しい信号分配装置であって、
   前記入出力ポートの数に対応して複数用意され、それぞれの一端が前記入出力ポートに接続された伝送路と、
   それぞれの抵抗値が等しく、前記複数の伝送路の途中に接続された第１の抵抗器と、
   前記複数の伝送路の他端を共通に接続した分岐点と、
   前記分岐点とグランド部との間に接続されて、特定の周波数帯を除去する受動型フィルタとを備えることを特徴とする
   信号分配装置。
2. 前記分岐点と前記グランド部との間に、第２の抵抗器を接続したことを特徴とする
   請求項１に記載の信号分配装置。
3. 前記複数の伝送路の他端と前記分岐点の間に、それぞれ特性が等しいフィルタを接続したことを特徴とする
   請求項１に記載の信号分配装置。
4. 前記分岐点と前記グランド部との間に接続する受動型フィルタは、それぞれ除去する周波数帯域が異なる複数の受動型フィルタを備えたことを特徴とする
   請求項１に記載の信号分配装置。

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