JP2010283558A - 空中線整合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで実用的に送信機とアンテナとの間の不整合を検出し、これらの間を整合させる。
【解決手段】送信機とアンテナとの整合開始の、空中線整合装置２の制御回路２０は、整合回路１０８のインピーダンスが、送信信号の定格インピーダンスの１／２程度になるように初期設定する。さらに、制御回路２０は、整合用信号が送信機から入力されているときには、整合回路１０８の合成インピーダンスを最低の値とする。入力された送信信号の誤差信号の測定と、測定の結果として得られた誤差信号の値をより小さくする整合回路２０に対する制御を、予め決められた回数、あるいは、予め決められた時間の範囲内で、誤差信号が予め決められた値よりも小さくなるまで繰り返して行い、送信機とアンテナとを整合させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、送信機と空中線（アンテナ）との間のインピーダンスを整合させる空中線整合装置に関する。

例えば、特許文献１は、送信機とアンテナとの間のインピーダンスを整合させる（以下、「送信機とアンテナとを整合させる」などと略記することがある）整合回路を自己診断できるように構成された空中線整合装置が開示されている。

特開２００８−３５１６５号公報

本発明は、上述のような背景からなされ、低コストで実用的に送信機とアンテナとの間の不整合を検出し、これらの間を整合させることができるように改良された空中線整合装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる空中線整合装置は、入力された送信信号の進行波成分の電圧を示す進行波信号を検出する検出回路と、外部からの制御信号に応じてインピーダンスを変化させて、前記入力された送信信号と、この送信信号を無線信号として送信する空中線とを整合させる整合回路と、前記整合回路のインピーダンスを制御する制御回路とを有する空中線整合装置であって、前記制御回路は、前記整合回路のインピーダンスの初期値を、前記送信信号のインピーダンスに対して予め決められた値とし、前記整合回路のインピーダンスが前記初期値をとるときに、前記送信信号が入力されたか否かを判断し、前記送信信号が入力されたと判断したときに、前記整合回路のインピーダンスを最も低い値とし、前記空中線整合装置からの影響を受けない状態の送信信号と、前記整合回路に入力される送信信号との間に生じる誤差に基づいて、前記整合回路のインピーダンスを、前記送信信号と前記空中線とを整合させるように、前記整合回路を制御する。

本発明にかかる空中線整合装置によれば、低コストで実用的に送信機とアンテナとの間の不整合を検出し、これらの間を整合させることができる。

一般的な第１の空中線整合装置１の構成を例示する図である。 図１に示した整合回路の構成を示す図である。 本願発明にかかる第２の空中線整合装置２を示す図である。

［本願発明の背景］
以下、本願発明を説明する前に、その理解を助けるために、本願発明がなされた背景を説明する。
図１は、一般的な第１の空中線整合装置１の構成を例示する図である。
図２は、図１に示した整合回路１０８の構成を示す図である。
図１に示すように、第１の空中線整合装置１は、誤差検出回路１００、リレースイッチ１０２、終端器１０４、第１の制御回路１０６および整合回路１０８から構成される。
図２に示すように、整合回路１０８は、制御回路１０６からの制御に応じてキャパシタンスおよびインダクタンスが調整される可変コンデンサおよび可変コイルから構成される。

整合回路１０８において、可変コンデンサの一方の端子は、誤差検出回路１００を介して送信機（図示せず）に接続され、他方の端子は、可変コイルの一方の端子と、送信機から空中線整合装置１を介して入力された送信信号を、無線通信回線に、無線信号として送信する空中線（アンテナ；図示せず）とが接続される。
可変コイルの他方の端子は、接地される。
空中線整合装置１は、これらの構成部分により、送信機とアンテナとの間のインピーダンスを自動的に整合させる。
なお、図１に示した空中線整合装置１の構成部分と実質的に同一の構成部分には、図３においても同じ符号が付される。

空中線整合装置１において、誤差検出回路１００は、送信機から整合回路１０８に対して入力される送信信号の進行波成分の電圧を検出する。
また、送信機から空中線整合装置１には、反射信号の影響を受けないようにバッファ回路を介した調整用の送信信号がさらに供給されている（図示せず）。
制御回路１０６は、整合回路１０８からの反射波に起因して生じる誤差を含む送信機の送信信号の波形と、バッファ回路を介して送信機から入力された送信信号とを比較することにより、整合回路１０８に入力される送信信号と、反射信号の影響を受けていない送信信号の誤差を検出する。
誤差検出回路１００は、検出した進行波成分の電圧値と、検出した誤差を示す誤差信号とを、制御回路１０６に値して出力する。

制御回路１０６は、誤差検出回路１００から入力された進行波成分の電圧値と、検出した誤差を示す誤差信号とを処理して、進行波成分の電圧が最大になり、誤差信号が示す送信信号の波形の誤差が最小になるように、制御回路１０６の可変コンデンサおよび可変コイルのキャパシタンスの値およびインダクタンスの値を変更する。
また、制御回路１０６は、リレースイッチ１０２を制御し、誤差検出回路１００から出力される送信信号を、整合回路１０８または終端器１０４に対して出力する。
なお、例えば、誤差検出回路１００は、ＣＰＵ、メモリ（いずれも図示せず）および上記検出および信号発生に必要なアナログ／ディジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路；図示せず）などのハードウェア構成部分を有し、メモリに記憶されたプログラムを実行して、上記処理を行う。
あるいは、例えば、誤差検出回路１００は、ディジタル的な処理およびディジタル的な処理またはこれらのいずれかを行う専用のハードウェアにより、上記処理を行う。

終端器１０４は、そのインピーダンスが、送信信号を終端するために最適な値、つまり、送信信号のインピーダンス（送信機の出力インピーダンス）の値と複素共役な値（例えば５０Ω純抵抗値）をとり、リレースイッチ１０２を介して入力される送信信号を終端する。
整合回路１０８は、上述したように、その可変コンデンサと可変コイルのキャパシタンスの値およびインダクタンスの値が、制御回路１０６の制御に従って調整され、送信機（送信信号）とアンテナとの間のインピーダンスを整合させる。

［空中線整合装置１の動作］
以下、第１の空中線整合装置１の動作を説明する。

［送信信号の存在・不存在に応じた動作］
空中線整合装置１により送信機とアンテナとを整合させるときには、まず、送信機から整合動作用の送信信号（例えば、送信機の定格出力の１／２〜１／２０の電力の送信信号）が、空中線整合装置１に供給され、この整合動作用の信号が入力されているか否かが、誤差検出回路１００を介して制御回路１０６により判断される。
空中線整合装置１において、空中線整合装置１が、送信機とアンテナとの間の整合をとるときに、送信信号が空中線整合装置１に入力されていないと判断されるときには、制御回路１０６は、空中線整合装置１のユーザに対して音・映像などの形式で何らかアラームを出し、さらに、リレースイッチ１０２を制御して、誤差検出回路１００と整合回路１０８とが接続された状態として、送信禁止のための制御を行わない。
このように送信禁止をしないことにより、空中線整合装置１のアンテナ側に電力計などの測定器が接続されているときには、この測定器を用いた送信機および空中線整合装置１自体の測定が可能となる。

一方、制御回路１０６は、例えば、一定時間以上、送信機とアンテナとの間の整合をとっても、送信信号の進行波成分の電圧が予め決められた値に達せず、また、誤差信号が示す誤差が、予め決められた値より小さくならなかったときには、送信機とアンテナとの間の整合が失敗したと判断して、ユーザに対するアラームを出し、さらに、リレースイッチ１０２を制御して、誤差検出回路１００と終端器１０４とが接続された状態として、送信禁止のための制御を行う。
このような送信禁止により、整合失敗に起因する送信機の故障などが防止される。

［空中線整合装置１における入力信号の判定動作］
空中線整合装置１が、送信機とアンテナとを整合させるときには、まず、リレースイッチ１０２を制御して、誤差検出回路１００と終端器１０４とを接続し、整合動作用の送信信号を、終端器１０４により終端する。
制御回路１０６は、誤差検出回路１００を介して入力された整合動作用送信信号を、Ａ／Ｄ変換して取り込み、送信信号の電圧が、予め定められた閾値を超えているか否かを判断する。
制御回路１０６は、送信信号の電圧が、予め定められた閾値を超えているときに、空中線整合装置１に送信信号が入力されていると判断し、これ以外のときには、空中線整合装置１に送信信号が入力されていないと判断する。

このように空中線整合装置１の制御回路１０６は、送信信号を、送信機の最適な負荷としての終端器１０４で終端することにより、ほとんど空中線整合装置１から送信機の方向への反射信号なしに、送信信号の進行波成分の電圧を、精度良く測定することができる。
従って、空中線整合装置１の制御回路１０６は、送信機から空中線整合装置１に送信信号が入力されているか否かを精度高く測定することができる。

［送信機とアンテナとの整合］
空中線整合装置１の制御回路１０６は、送信信号の入力を検出すると、リレースイッチ１０２を制御して、誤差検出回路１００と整合回路１０８とを接続する。
誤差検出回路１００は、入力された送信信号の誤差信号の測定と、測定の結果として得られた誤差信号の値をより小さくする整合回路１０８に対する制御を、予め決められた回数、あるいは、予め決められた時間の範囲内で、誤差信号が予め決められた値よりも小さくなるまで繰り返して行い、送信機とアンテナとを整合させる。

なお、空中線整合装置１においては、送信信号の電力が大きくなればなるほど、終端器１０４の消費電力容量およびリレースイッチ１０２が通過させることができる最大電力値を大きくする必要があるので、終端器１０４およびリレースイッチ１０２のコストが大きくなる。
また、空中線整合装置１が整合動作を行うときには、整合回路１０８の可変コイルおよび可変コンデンサの合成インピーダンスの初期値は、空中線整合装置１からの不要送信電力を極力抑えるために、最も低くなるように設定される（数Ω〜十数Ω程度）。
また、整合回路１０８のインピーダンスが低いと、送信信号は、低いインピーダンスの負荷に印加されることとなるので、その進行波成分の電圧も低くなる。
従って、整合動作の初期において、誤差検出回路１００は、精度良く信号波成分の電圧を検出しにくい。

［本願発明にかかる空中線整合装置２］
図３は、本願発明にかかる第２の空中線整合装置２を示す図である。
図３に示すように、第２の空中線整合装置２は、図１，図２に示した第１の空中線整合装置１からリレースイッチ１０２および終端器１０４を取り除いて、誤差検出回路１００と整合回路１０８とを直結し、空中線整合装置１における第１の制御回路１０６を、制御内容が異なる第２の制御回路２０に置換した構成を採る。
空中線整合装置２は、これらの構成部分により、整合動作の初期において、整合回路１０８のインピーダンスを、空中線整合装置１においてよりも高くするようにして、送信信号の進行波成分の電圧値を高くして、誤差検出回路１００が、実用上充分な精度で、進行波成分の電圧を検出して、送信機とアンテナとの間の整合をとることができる。

［空中線整合装置２の動作］
送信機とアンテナとの整合動作が開始されるとき、第２の空中線整合装置２の第２の制御回路２０は、整合回路１０８の可変コイルおよび可変コンデンサの合成インピーダンスが、例えば、送信信号の定格インピーダンスの１／２程度の予め決められ、整合回路１０８のインピーダンスの最低値よりも高い値の初期値に設定されるように制御する。
この初期設定の後、第２の制御回路２０は、第１の制御回路１０６と同様に、整合用信号の有無を判断し、整合用信号が送信機から入力されているときには、整合回路１０８の可変コイルおよび可変コンデンサの合成インピーダンスを、第１の空中線整合装置１の整合回路１０８の合成インピーダンスと同じ最低の値とする。

なお、第２の制御回路２０は、送信信号が検出されないとき、および、送信機とアンテナとの間の整合が不能なときには、第１の制御回路１０６と同様な制御を行う。
この場合、送信機とアンテナとの間の整合が不能なときに、制御回路２０が送信信号の送信を禁止するためには、送信機に対して送信禁止のための何らかの制御を行えばよい（例えば、送信機に送信禁止用信号が活性化したときに、送信を止めるための構成部分（図示せず）を設け、この構成部分に対して制御回路２０が制御を行えばよい）。
制御回路２０は、この状態から、第１の空中線整合装置１の整合回路１０８と同様に、入力された送信信号の誤差信号の測定と、測定の結果として得られた誤差信号の値をより小さくする整合回路１０８に対する制御を、予め決められた回数、あるいは、予め決められた時間の範囲内で、誤差信号が予め決められた値よりも小さくなるまで繰り返して行い、送信機とアンテナとを整合させる。

なお、以上説明した空中線整合装置２における整合動作のためには、制御回路２０を、ＣＰＵ（ＭＰＵ）を使用したソフトウェア制御とし、整合回路１０８の可変コイルおよび可変コンデンサを、制御回路２０からのディジタル信号に応じたリレーの切り替えによる可変可能とすることが望ましい。
空中線整合装置１に接続されるアンテナが広帯域で使用可能な場合には、送信信号の周波数によって、整合回路１０８の可変コイルおよび可変コンデンサの初期値を変更する必要がある。
しかしながら、このように空中線整合装置２の制御回路２０および整合回路１０８を構成することにより、制御回路２０へのソフトウェア的なプリセットにより、広帯域アンテナに対する整合動作が容易となる。
また、第１の空中線整合装置１に必要とされたリレースイッチ１０２および終端器１０４が、第２の空中線整合装置２においては必要とされないので、空中線整合装置２は、空中線整合装置１に比べて低コストで実現されうる。

本発明は、送信機とアンテナとの間のインピーダンスを整合させるために利用可能である。

１，２・・・空中線整合装置，１００・・・誤差検出回路，１０２・・・リレースイッチ，１０４・・・終端器，１０６，２０・・・制御回路，１０８・・・整合回路，

Claims (1)

1. 入力された送信信号の進行波成分の電圧を示す進行波信号を検出する検出回路と、
   外部からの制御信号に応じてインピーダンスを変化させて、前記入力された送信信号と、この送信信号を無線信号として送信する空中線とを整合させる整合回路と、
   前記整合回路のインピーダンスを制御する制御回路と
   を有する空中線整合装置であって、
   前記制御回路は、前記整合回路を制御して、
   前記整合回路のインピーダンスの初期値を、前記送信信号のインピーダンスに対して予め決められた値とし、
   前記整合回路のインピーダンスが前記初期値をとるときに、前記送信信号が入力されたか否かを判断し、
   前記送信信号が入力されたと判断したときに、前記整合回路のインピーダンスを最も低い値とし、
   前記空中線整合装置からの影響を受けない状態の送信信号と、前記整合回路に入力される送信信号との間に生じる誤差に基づいて、前記整合回路のインピーダンスを、前記送信信号と前記空中線とを整合させる
   空中線整合装置。

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