JP2009164990A - アンテナ整合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの入力インピーダンスと送信機最終段回路の出力インピーダンスが極端に不整合な状態でも、アンテナチューナを損傷させず、かつ整合処置を行うアンテナ整合装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のアンテナ整合装置１０は、信号源１からの信号を増幅してアンテナ８に出力する送信機最終段回路３を備える送信機に備えられるアンテナ整合装置１０であって、信号源１からの信号を送信機最終段回路３よりも小さく増幅する小電力増幅器５、小電力増幅器５から出力される信号のＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出回路６、送信機最終段回路３とアンテナ８との間に配設され送信機とアンテナ８とのインピーダンス整合を行うアンテナチューナ７、信号源１と前記アンテナチューナ７との間について送信機最終段回路３を挿入するかまたは小電力増幅器５とＶＳＷＲ検出回路６を挿入するかを切り替える切り替え回路２，４を備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、送信機をアンテナに対してインピーダンス整合させるアンテナ整合装置に関する。

送信周波数が変化するとアンテナの入力インピーダンスは変化する。アンテナの入力インピーダンスと送信機最終段回路の出力インピーダンスとの不整合により、送信出力低下や送信機最終段回路の歪み発生による不要波の放射が生じる。アンテナチューナは、アンテナと送信機最終段回路との間に設けることにより、アンテナの入力インピーダンスと送信機最終段回路の出力インピーダンスとの整合をとる回路である。大電力送信機の場合は、アンテナの入力インピーダンスと送信機最終段回路の出力インピーダンスとの間に大きな不整合が発生すると、送信電力の多くが反射電力となりアンテナチューナの整合回路に帰還し、アンテナチューナの部品が損傷する場合がある。

反射電力による部品の損傷を解決するために、特許文献１ではアンテナチューナの制御動作時にまずスルー回路に切り替えた状態にてＶＳＷＲ値を検出し、ＶＳＷＲ値が所定の設定値以下であれば、整合回路側に切り替えて整合制御を行う方法が示されている。また、アンテナのインピーダンス整合に関するその他の発明として、特許文献２において、アンテナ特性情報記憶手段、周波数取得手段及びインピーダンス整合状態検出手段からの信号に基づいてインピーダンス整合手段の所要素子の値を制御し、整合処置を迅速に完了させる方法が示されている。

特開平７−２７３６８０号公報 特開２００７−７４５７３号公報

しかしながら、特許文献１の方法ではアンテナチューナの制御動作時にまずスルー回路に切り替えた状態にてＶＳＷＲ値を検出し、ＶＳＷＲ値が所定の設定値以下であれば、整合回路側に切り替えて整合制御を行うが、ＶＳＷＲ値が所定の設定値以上の場合にはスルー回路に接続されたままとなるため、アンテナチューナ等の損傷は回避できるが、整合処置が行われないという課題があった。また、特許文献２に示されている方法は、反射電力による部品の損傷を根本的に解決するものではない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、アンテナの入力インピーダンスと送信機最終段回路の出力インピーダンスが極端に不整合な状態でも、アンテナチューナを損傷させず、かつ整合処置を行うアンテナ整合装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ整合装置は、信号源からの信号を増幅してアンテナに出力する送信機最終段回路を備える送信機に備えられるアンテナ整合装置であって、信号源からの信号を送信機最終段回路よりも小さく増幅する小電力増幅器、小電力増幅器から出力される信号のＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出回路、送信機最終段回路とアンテナとの間に配設され送信機とアンテナとのインピーダンス整合を行うアンテナチューナ、信号源と前記アンテナチューナとの間について送信機最終段回路を挿入するかまたは小電力増幅器とＶＳＷＲ検出回路を挿入するかを切り替える切り替え回路を備えて構成される。

本発明のアンテナ整合装置は切り替え回路を備えており、インピーダンス整合を行うときは小電力増幅器を使用し、アンテナチューナに入力された電力が全反射した場合にも十分に耐える電力かつ、ＶＳＷＲ検出手段を動作させる略最小電力をアンテナチューナに入力するため、アンテナの入力インピーダンスと小電力増幅回路の出力インピーダンスが極端に不整合な状態でもアンテナチューナを損傷することなく、インピーダンス整合を行うことが可能である。

以下、この発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。

＜実施の形態１＞
（構成）
図１は本実施の形態に係るアンテナ整合装置１０の構成を示すブロック図である。アンテナ整合装置１０は、信号源１からの信号を増幅してアンテナ８に出力する送信機最終段回路３を備える送信機に備えられるものである。

アンテナ整合装置１０は１入力２出力構成の切り替え回路２を備え、信号源１は切り替え回路２の入力部と接続される。また切り替え回路２の一方の出力部は、上述した送信機最終段回路３の入力部と接続され、他方の出力部は信号源１からの信号を送信機最終段回路３よりも小さく増幅する小電力増幅器５の入力部と接続される。小電力増幅器５の出力部は小電力増幅器５から出力される信号のＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出回路６と接続される。

また、アンテナ整合装置１０は２入力１出力構成の切り替え回路４を備え、切り替え回路４の一方の入力部は送信機最終段回路３の出力部と接続され、切り替え回路４の他方の入力部はＶＳＷＲ検出回路６の出力部と接続される。切り替え回路４の出力部は送信機とアンテナ８とのインピーダンス整合を行うアンテナチューナ７の入力部と接続される。

切り替え回路２と切り替え回路４は連動して動作し、信号源１とアンテナチューナ７との間について送信機最終段回路３を挿入するかまたは小電力増幅器５とＶＳＷＲ検出手段６を挿入するかを切り替える切り替え回路となる。

アンテナチューナ７の内部には３６０度の位相に対応したインピーダンス整合回路７１が備えられ、切り替え回路４の出力部はインピーダンス整合回路７１の入力部と接続される。インピーダンス整合回路７１は、直列コイルと並列コンデンサにてπ型回路構成や、直列コンデンサと並列コイルにてＴ型回路で構成される。インピーダンス整合回路７１の出力部はアンテナ８と接続される。すなわちアンテナチューナ７は、切り替え回路４を介して送信機最終段回路３とアンテナ８との間に配設される。

アンテナ整合装置１０はさらに制御部９を備える。制御部９はＶＳＷＲ検出回路６およびインピーダンス整合回路７１と接続され、インピーダンス整合回路７１を介して３６０度の位相を分割した所定回数のインピーダンス整合回路設定を行い、各設定においてＶＳＷＲ検出回路６より検出されるＶＳＷＲ値を制御部９に備えられる記憶回路９１に記録し、ＶＳＷＲ値の最小値をインピーダンス整合回路７１に最終設定する機能を備える。

（動作）
次に、本発明に係るアンテナ整合装置１０の動作を、図４に示すフローチャートを基に説明する。インピーダンス整合動作時には、切り替え回路２と切り替え回路４を小電力増幅器５およびＶＳＷＲ検出回路６側に接続し（Ｓ１）、アンテナチューナ７に入力した電力が全反射した場合にも小電力増幅器５の耐電力が十分に耐える電力かつ、ＶＳＷＲ検出回路６を動作させる略最小電力をアンテナチューナ７に入力する。ＶＳＷＲ検出回路６によりアンテナに入力される信号のＶＳＷＲ検出を行い（Ｓ２）、ＶＳＷＲ検出結果を制御部９の記憶回路９１に記録する（Ｓ３）。

制御部９はインピーダンス整合回路７１を介して３６０度に対応した所定回数の回路設定を行い、ＶＳＷＲの記録を行う（Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４のループ）。所定回数の設定終了後、ＶＳＷＲ検出結果のＶＳＷＲ最小値を読み出して（Ｓ５）、インピーダンス整合回路７１の最終設定を行う（Ｓ６）。

最終設定が行われた後は、切り替え回路２と切り替え回路４を送信機最終段回路３側に接続する。このとき、アンテナチューナ７は送信機最終段回路３とアンテナ８との間に配設される。その後、インピーダンス整合されたインピーダンス整合回路７１を介して、送信機最終段回路３により信号の送信が行われる。

（効果）
本発明のアンテナ整合装置１０は切り替え回路２，４を備えており、インピーダンス整合を行うときは小電力増幅器５を使用し、アンテナチューナ７に入力された電力が全反射した場合にも十分に耐える電力かつ、ＶＳＷＲ検出回路を動作させる略最小電力をアンテナチューナ７に入力するため、アンテナの入力インピーダンスと小電力増幅回路５の出力インピーダンスが極端に不整合な状態でもアンテナチューナ７を損傷することなく、インピーダンス整合を行うことが可能である。

＜実施の形態２＞
（構成）
図２は本実施の形態に係るアンテナチューナ７の構成を示すブロック図である。アンテナチューナ７は、１８０度の位相に対応したインピーダンス整合回路７１、１入力２出力構成の切り替え回路７２、２入力１出力構成の切り替え回路７４を備える。切り替え回路７２の入力部はインピーダンス整合器の出力部と接続され、切り替え回路７２の一方の出力部は切り替え回路７４の一方の入力部と接続される。切り替え回路７２の他方の出力部は信号を往復させることにより位相を１８０度遅らせる９０度位相器７３（例えばＬＰＦ）の入力部と接続され、９０度位相器７３の出力部は、切り替え回路７４の他方の入力部と接続される。

アンテナチューナ７の外部との接続については、図１に示すアンテナチューナ７と同様にインピーダンス整合器７１の入力部は切り替え回路４の出力部と接続され、切り替え回路７４の出力部はアンテナ８と接続される。また、切り替え回路７２と切り替え回路７４は連動して動作し、インピーダンス整合回路７１とアンテナ８との間について直接接続するかまたは９０度位相器７３を挿入するかを切り替える切り替え回路となる。

その他の構成は実施の形態１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

（動作）
本実施の形態においては、図４のフローチャートにおけるＳ２→Ｓ３→Ｓ４のループ、すなわち制御部９がインピーダンス整合回路７１を介して３６０度に対応した所定回数の回路設定を行い、ＶＳＷＲの記録を行う過程において、まずアンテナチューナ７内部の切り替え回路７２と７４がスルー回路に接続された状態、すなわちインピーダンス整合回路７１とアンテナ８を直接接続した状態にて、１８０度に対応した所定回数の整合回路設定とＶＳＷＲ検出を行い、ＶＳＷＲ検出結果を制御部９の記憶回路９１に記録する。

その後、アンテナチューナ内部の切り替え回路７２と７４を９０度位相器７３側に接続した状態にて１８０度に対応した所定回数の整合回路設定とＶＳＷＲ検出を行い、ＶＳＷＲ検出結果を制御部９の記憶回路９１に記録する。

以上の方法により３６０度位相に対応した所定回数の回路設定が行われる。すなわち、アンテナチューナ７内部について、反射位相を１８０度遅らせる９０度位相器７３と１８０度に対応したインピーダンス整合回路７１とを組み合わせる構成としたことにより、３６０度位相に対応した所定回数の回路設定が可能となる。所定回数の設定終了後、記憶回路９１に記録されているＶＳＷＲ検出結果のＶＳＷＲ最小値を読み出して（Ｓ５）、インピーダンス整合回路７１の最終設定を行う（Ｓ６）。

その他の動作は実施の形態１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

（効果）
インピーダンス整合回路７１はπ型回路やＴ型回路の多段整合となり、実施の形態１に示した３６０度位相に対応したインピーダンス整合回路７１は回路規模が大きくなる。しかし、本実施の形態においては９０度位相器７３を使用することにより、１８０度位相に対応したインピーダンス整合回路７１で対応可能となり、回路規模を小さくすることが可能である。

＜実施の形態３＞
（構成）
図３は本実施の形態に係るアンテナチューナ７の構成を示すブロック図である。アンテナチューナ７は、１８０度の位相に対応したインピーダンス整合器７１、１入力２出力構成の切り替え回路７２、２入力１出力構成の切り替え回路７４を備える。

切り替え回路７２の入力部はインピーダンス整合回路７１の出力部と接続され、切り替え回路７２の一方の出力部は信号を往復させることにより位相を９０度遅らせる＋４５度位相器（第１の４５度位相器）７５（例えばＬＰＦ）の入力部と接続され、切り替え回路７２の他方の出力部は信号を往復させることにより位相を９０度進める−４５度位相器（第２の４５度位相器）７６（例えばＨＰＦ）の入力部と接続される。また、切り替え回路７４の一方の入力部は＋４５度位相器７５の出力部と接続され、切り替え回路７４の他方の入力部は−４５度位相器７６の出力部と接続される。

アンテナチューナ７の外部との接続については、図１に示すアンテナチューナ７と同様にインピーダンス整合器７１の入力部は切り替え回路４の出力部と接続され、切り替え回路７４の出力部はアンテナ８と接続される。また、切り替え回路７２と切り替え回路７４は連動して動作し、インピーダンス整合回路７１とアンテナ８との間について＋４５度位相器７５を挿入するかまたは−４５度位相器７６を挿入するかを切り替える切り替え回路となる。

その他の構成は実施の形態１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

（動作）
本実施の形態においては、図４のフローチャートにおけるＳ２→Ｓ３→Ｓ４のループ、すなわち制御部９がインピーダンス整合回路７１を介して３６０度に対応した所定回数の回路設定を行い、ＶＳＷＲの記録を行う過程において、まずアンテナチューナ７内部の切り替え回路７２，７４を反射位相を９０度遅らせる＋４５度位相器７５に接続した状態にて、１８０度に対応した所定回数の整合回路設定とＶＳＷＲ検出を行い、ＶＳＷＲ検出結果を制御部９の記憶回路９１に記録する。

その後、アンテナチューナ７内部の切り替え回路７２と７４を反射位相を９０度進める−４５度位相器７６に接続した状態にて１８０度に対応した所定回数の整合回路設定とＶＳＷＲ検出を行い、ＶＳＷＲ検出結果を制御部９の記憶回路９１に記録する。

以上の方法により３６０度位相に対応した所定回数の回路設定が行われる。すなわち、アンテナチューナ７内部について、反射位相を９０度遅らせる＋４５度位相器７５と、反射位相を９０度進める−４５度位相器７６とを組み合わせることにより反射位相１８０度に対応した位相器となり、かつ１８０度に対応したインピーダンス整合回路７１とを組み合わせる構成としたことにより、３６０度位相に対応した所定回数の回路設定が可能となる。所定回数の設定終了後、記憶回路９１に記録されているＶＳＷＲ検出結果のＶＳＷＲ最小値を読み出して（Ｓ５）、インピーダンス整合回路７１の最終設定を行う（Ｓ６）。

その他の動作は実施の形態１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。

（効果）
インピーダンス整合回路７１はπ型回路やＴ型回路の多段整合となり、実施の形態１に示した３６０度位相に対応したインピーダンス整合回路７１は回路規模が大きくなる。しかし、本実施の形態においては＋４５度位相器７５，−４５度位相器７６を使用することにより、１８０度位相に対応したインピーダンス整合回路７１で対応可能となり、回路規模を小さくすることが可能である。

本発明の実施形態１に係るアンテナ整合装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係るアンテナチューナを示すブロック図である。 本発明の実施形態３に係るアンテナチューナを示すブロック図である。 本発明に係るアンテナ整合装置のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 信号源、２，４，７２，７４ 切り替え回路、３ 送信機最終段回路、５ 小電力増幅器、６ ＶＳＷＲ検出回路、７ アンテナチューナ、７１ インピーダンス整合回路、７３ ９０度位相器、７５ ＋４５度位相器、７６ −４５度位相器、８ アンテナ、９ 制御部、９１ 記憶回路、１０ アンテナ整合装置。

Claims (4)

1. 信号源からの信号を増幅してアンテナに出力する送信機最終段回路を備える送信機に備えられるアンテナ整合装置であって、
   前記信号源からの信号を前記送信機最終段回路よりも小さく増幅する小電力増幅器と、
   前記小電力増幅器から出力される信号のＶＳＷＲ値を検出するＶＳＷＲ検出回路と、
   前記送信機最終段回路と前記アンテナとの間に配設され前記送信機と前記アンテナとのインピーダンス整合を行うアンテナチューナと、
   前記信号源と前記アンテナチューナとの間について前記送信機最終段回路を挿入するかまたは前記小電力増幅器と前記ＶＳＷＲ検出回路を挿入するかを切り替える切り替え回路と、を備える、
   アンテナ整合装置。
2. 前記アンテナチューナは３６０度の位相に対応したインピーダンス整合回路を備え、
   前記インピーダンス整合回路を介して３６０度の位相を分割した所定回数のインピーダンス整合回路設定を行い、各設定において前記ＶＳＷＲ検出手段より検出されるＶＳＷＲ値のうち最小値を前記インピーダンス整合回路に最終設定する制御部と、をさらに備える、
   請求項１に記載のアンテナ整合装置。
3. 前記アンテナチューナは、１８０度の位相に対応したインピーダンス整合回路と、信号を往復させることにより位相を１８０度遅らせる９０度位相器と、前記インピーダンス整合回路と前記アンテナとの間について直接接続するかまたは前記９０度位相器を挿入するかを切り替える切り替え回路と、をさらに備える、
   請求項２に記載のアンテナ整合装置。
4. 前記アンテナチューナは、１８０度の位相に対応したインピーダンス整合回路と、信号を往復させることにより位相を９０度遅らせる第１の４５度位相器と、信号を往復させることにより位相を９０度進める第２の４５度位相器と、前記インピーダンス整合回路と前記アンテナとの間について前記第１の４５度位相器を挿入するかまたは前記第２の４５度位相器を挿入するかを切り替える切り替え回路と、をさらに備える、
   請求項２に記載のアンテナ整合装置。

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