JP2010511353A

JP2010511353A - 無損失伝送経路アンテナスイッチ切換回路

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Publication number: JP2010511353A
Application number: JP2009539407A
Authority: JP
Inventors: マニコーン，アンソニー
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2010-04-08
Also published as: IL199042A; US7561854B2; WO2008070418A1; EP2089981A1; US20080132180A1; NO20092493L; KR20090086117A; ATE545988T1; EP2089981B1

Abstract

直交結合電力増幅器を使用する送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のためのシステム（２００）が提供される。システムは、第１入力ポート（２６０）、第２入力ポート（２６４）、分離ポート（２６６）、及び出力ポート（２６２）を有する直交（９０°）ハイブリッド電力結合器（２１８）を有する。システムは、また、第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路を有する。ＲＦ電力増幅回路は、第１入力ポート及び第２入力ポートへ夫々結合される。ＲＦ電力増幅器回路は夫々、第１の状態と第２の状態との間で選択的に変化する出力インピーダンスを有する。直交ハイブリッド電力結合器は、各ＲＦ電力増幅器回路が第１の状態にある場合は第１入力ポート及び第２入力ポートから出力ポートへＲＦエネルギを伝え、各ＲＦ電力増幅器回路が第２の状態にある場合は出力ポートから分離ポートへＲＦエネルギを伝える。

Description

本発明の配置は送受信機に関する。より具体的には、本発明の配置は、送信器又は受信器をアンテナへ接続するスイッチ回路に関する。

従来のＲＦ電力増幅器は、一般に、１又はそれ以上のＲＦ電力分割器及び結合器を使用する。かかるＲＦ分割器及び結合器は、通常、ＲＦ信号を増幅する複数のＲＦ電力増幅器回路へＲＦ電力を分配するために使用される。複数のＲＦ電力増幅器回路からの出力ＲＦ信号は、その後、単一の高電力ＲＦ出力を形成するよう１又はそれ以上の結合器回路で結合される。直交（９０°）ハイブリッドカプラは、一般に、ＲＦ電力分割器を実施するために使用される。同タイプの直交（９０°）ハイブリッドカプラが、また、ＲＦ電力結合器を実施するためにも使用され得る。

上記の構成要素を有する従来の送受信機回路１００が図１に示されている。図１に関して、第１の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１０６は、入力ポート１５４、分離ポート１５０、及び出力ポート１５２、１５６を設けられている。入力ポート１５４は、送信器１０２へ結合されている。分離ポート１５０は、抵抗終端１０４（例えば、５０オーム抵抗器）を介して接地へ結合されている。各出力ポート１５２、１５６は、入力ポート１５４でのＲＦ電力に対して半分だけ低減された出力ＲＦ電力を供給する。なお、出力ポート１５２で供給されるＲＦ信号は、出力ポート１５６でのＲＦ信号に対して９０°位相がずれている。このような直交ハイブリッドカプラは、当該技術でよく知られている。出力ポート１５２は、第１の電力増幅器１０８へ結合されている。同様に、出力ポート１５６は、第２の電力増幅器１１０へ結合されている。

送信器１０２は、無線周波数（ＲＦ）信号を第１の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１０６へ伝えることができる。続いて、直交（９０°）ハイブリッドカプラ１０６は、第１の出力ＲＦ信号を第１の電力増幅器１０８へ、及び第２の出力ＲＦ信号を第２の電力増幅器１１０へ伝える。各電力増幅器１０８、１１０は、受け取ったＲＦ信号の電力を或る量だけ増幅する動作を実行する。その後、これらの電力増幅器１０８及び１１０は、増幅したＲＦ信号を、第２の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１１２の入力ポート１６０及び１６４へ伝える。この第２の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１１２は、第１の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１０６と比べて、送受信機回路１００内の反転配置で実施される。実際には、第２の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１１２は結合器として働き、すなわち、増幅されたＲＦ信号を結合する。なお、当業者には明らかなように、入力ポート１６０で受け取られた信号は、入力ポート１６４で受け取られた信号に対して９０°だけ位相シフトされている。実際には、ポート１６０及び１６４での位相シフトは、ポート１５２及び１５６での位相シフトと反対であり、これより、最終的に、ポート１６０及び１６４で受け取られた信号は、出力ポート１６２において同相で結合される。２つの増幅されたＲＦ信号を結合した後、直交（９０°）ハイブリッドカプラ１１２は、アンテナ１１６への電気経路に沿って、結果として得られたＲＦ信号を伝える。この電気経路は、通常、アンテナスイッチ１１４を有する。例えば、アンテナスイッチ１１４は、ＰＩＮダイオードにより実施され得る。アンテナスイッチ１１４でのＰＩＮダイオードは、ＤＣ電源１２０によって供給される高電圧／高電流制御信号によって制御される。送信モードで、アンテナスイッチ１１４は、第２の直交（９０°）ハイブリッドカプラ１１２の出力ポート１６２とアンテナ１１６との間に低損失経路を作り出す。

受信モードで、アンテナスイッチ１１４は、アンテナ１１６から直交（９０°）ハイブリッドカプラ１１２を切り離し、代わりに、アンテナ１１６と低雑音増幅器１２２との間の低損失経路を作り出す。結果として、受信される無線周波数（ＲＦ）信号は、アンテナ１１６から低雑音増幅器１２２へアンテナスイッチ１１４を通って伝えられる。低雑音増幅器１２２は、受信されたＲＦ信号の電力を増幅させる動作を実行する。続いて、低雑音増幅器１２２は、増幅したＲＦ信号を受信器１２４へ伝える。

このような従来の送受信機回路１００の利点にも関わらず、それは或る欠点を有する。例えば、アンテナスイッチ１１４は、かなりの量の損失を送信経路に導入しうる。この損失は、アンテナ１１６での所望の電力出力を達成するために、電力増幅器１０８及び１１０が付加的なＲＦ電力出力を生成することを必要とする。また、ＲＦ電力増幅器１０８及び１１０から必要とされる付加的なＲＦ電力は、外部電源（図示せず。）からの更なる電力を必要とする。結果として、送受信機１１０全体の効率は下がる。加えて、アンテナスイッチ１１４は、しばしば、十分なレベルのＲＦ電力を扱うよう設計されているＰＩＮダイオードＲＦスイッチを有する。このようなアンテナスイッチ１１４は、しばしば、動作するのに数百ボルトを必要とする。特に、このような電圧をアンテナスイッチ１１４へ供給するのに適した電流電源は、携帯用機器に組み込むのが困難である。

以上より、送信されるＲＦ信号が被る電力損失の量を最小限とすることができるアンテナスイッチ回路を備えた送受信機回路が、依然として必要である。また、より低い電圧で動作することができるアンテナスイッチ回路を備えた送受信機回路も、依然として必要である。

本発明は、直交結合電力増幅器を使用する送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のためのシステムに関する。当該システムは、第１入力ポート、第２入力ポート、分離ポート、及び出力ポートを有する直交ハイブリッド電力結合器を有する。また、当該システムは、第１ＲＦ電力増幅器回路及び第２ＲＦ電力増幅器回路を有する。これら第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路は、前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートへ夫々結合されている。

第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路は、夫々、第１の状態と第２の状態との間で選択的に変化する出力インピーダンスを有する。前記直交ハイブリッド電力結合器は、前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路が夫々前記第１の状態にある場合は前記第１及び第２の入力ポートから前記出力ポートへＲＦエネルギを伝える。前記直交ハイブリッド電力結合器は、前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路が夫々前記第２の状態にある場合は前記出力ポートから前記分離ポートへＲＦエネルギを伝える。本発明の１つの様相に従って、前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路の前記出力インピーダンスは、前記第１の状態で前記第１及び第２の入力ポートに実質的に整合する。前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路の前記出力インピーダンスは、前記第２の状態で前記第１及び第２の入力ポートに実質的に整合しない。

本発明の様相に従って、当該システムは、また、アンテナを有する。前記直交ハイブリッド電力結合器の前記出力ポートは、このアンテナへ結合されている。有利に、前記直交ハイブリッド電力結合器の前記出力ポートは、いずれのＲＦ切換も除いて前記アンテナへ結合され得る。

本発明の他の様相に従って、当該システムは制御回路を有する。この制御回路は、前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路へ結合されている。前記制御回路は、制御信号に応答して前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路を前記第１の状態と前記第２の状態との間で選択的に遷移させるために設けられる。

本発明の他の様相に従って、当該システムは、また、ＲＦスイッチを有する。このＲＦスイッチは、前記直交ハイブリッド電力結合器の前記分離ポートへ結合される入力端子を有する。前記ＲＦスイッチは、当該ＲＦスイッチの第１出力端子又は当該ＲＦスイッチの第２出力端子のいずれか一方へ選択的に前記入力端子を結合するよう構成される。前記ＲＦスイッチの前記第１出力端子は、例えば５０オーム（５０Ω）抵抗器のような抵抗終端へ接続される。

本発明の他の様相に従って、前記ＲＦスイッチは、前記制御回路に応答する。前記ＲＦスイッチは、前記第１の状態で当該ＲＦスイッチの前記第１出力端子へ前記入力端子を結合するよう構成される。前記ＲＦスイッチは、前記第２の状態で当該ＲＦスイッチの前記第２出力端子へ前記入力端子を結合するよう構成される。前記ＲＦスイッチの前記第２出力端子は、例えば低雑音増幅器のような受信器入力回路へ結合される。

本発明の他の様相に従って、当該システムは、前記抵抗終端でＲＦ信号の存在を検出するＲＦ検出器回路を有する。これに関連して、当然に、前記制御回路は、前記ＲＦ検出器回路が所定レベルのＲＦエネルギを検出する場合に、第２のＲＦスイッチの入力端子を第２の抵抗終端へ結合されたままとするよう構成される。

更なる他の様相に従って、本発明は、送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のための方法に関する。当該方法は幾つかの工程を有する。送信構成で、当該方法は、第１ＲＦ電力増幅器回路で第１ＲＦ信号を及び第２電力増幅器回路で第２ＲＦ信号を増幅する工程を有する。前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路の出力は、前記第１及び第２のＲＦ信号の和であるＲＦ出力信号を生成するよう直交ハイブリッド電力結合器の第１及び第２の入力ポートへ結合される。その後、前記直交ハイブリッド電力結合器の出力ポートからの前記ＲＦ出力信号は、いずれの介在するアンテナスイッチも除いてアンテナへ結合される。

当該方法は、また、前記アンテナから前記ハイブリッド電力結合器の分離ポートへとＲＦ信号の低損失経路を設ける工程を有する。この低損失経路は、前記直交ハイブリッド電力結合器の前記第１及び第２の入力ポートでインピーダンス不整合を引き起こすことによって提供される。本発明の実施例で、かかるインピーダンス不整合は、前記第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路のバイアス電圧を除く又は少なくとも変更することによって、前記第１及び第２の入力ポートで引き起こされる。当該方法は、また、入力端子を有するＲＦスイッチへ前記分離ポートを結合する工程と、前記アンテナから前記分離ポートへとＲＦ信号の低損失経路を設けると同時に前記入力端子を受信器回路へ選択的に結合する工程とを有する。

添付の図面を参照して種々の実施形態について記載する。図面中、同じ参照符号は同じ事項を表す。

従来の送受信機回路のブロック図である。本発明を理解するのに有用な送受信機回路のブロック図である。本発明を理解するのに有用な、制御回路を有する送受信機回路のブロック図である。送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のための方法のフロー図である。

以下、図２乃至４を参照して、本発明の実施形態について記載する。本発明の幾つかの実施形態は、従来の送受信機回路よりも電力損失が小さく、従来の送受信機回路よりも発生する熱量が小さく、従来の送受信機回路よりも効率がよい送受信機回路を提供する。

ここで図２を参照すると、本発明を理解するのに有用な送受信機回路２００が示されている。図２から明らかなように、回路２００は、送信器２０２、ＲＦスイッチ２０４、抵抗終端２０６及び２０８、直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４、コントローラ２１６、並びにアンテナ２２２を有する。送受信機回路２００は、また、ＲＦスイッチ２２０、受信器入力回路２２８、受信器２３０、及び抵抗終端２４０を有する。これらの構成要素の夫々は、当業者によく知られている。従って、これらの構成要素については、ここではこれ以上詳細に記載しない。

以下、本発明の理解を助けるために、送受信機回路２００の動作について詳細に記載する。第１の状態で、電力が送信器２０２へ供給される。送信器２０２は、無線周波数（ＲＦ）エネルギを外部装置（例えば、直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０）へ伝えるよう構成されている。これに関連して、当然に、送信器２０２は、通常、無線周波数のための発振器、変調器、及び少なくとも１つの増幅器を有する。

また、第１の状態で、制御信号が、ＲＦスイッチ２０４の制御端子２０７で受信される。結果として、ＲＦスイッチ２０４の入力端子２０５は、ＲＦスイッチ２０４の出力端子２０１へ結合される。実際には、送信器２０２は、直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０の入力ポート２５４へ接続される。そのようにして、送信器２０２は、ＲＦエネルギを直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０へ伝えることができる
ＲＦエネルギを受け取ると、直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０は、入力ポート２５４で受け取ったＲＦ電力を等しく分割して、位相が９０°ずれた２つの等しい電力ＲＦ出力を出力ポート２５２及び２５６で供給する動作を実行する。かかる２つの等しい電力ＲＦ出力信号を生成した後、直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０は、第１の等電力ＲＦ出力信号をＲＦ電力増幅器回路２１２へ及び第２の等電力ＲＦ出力信号をＲＦ電力増幅器回路２１４へ伝える。

コントローラ２１６は、制御信号を各ＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４へ伝える。結果として、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は、それらの第１の状態へと遷移する。この第１の状態で、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は、ＲＦゲイン及び高ＲＦ電力出力を生じさせるよう適切にバイアスをかけられる。ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は、また、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の入力ポート２６０及び２６４に実質的に整合する出力インピーダンスを提供するよう適切にバイアスをかけられる。これに関連して、当然に、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は半導体トランジスタを有する。当業者には明らかなように、半導体トランジスタは、自身に印加される直流（ＤＣ）バイアス電圧及び電流に反応する。そのようにして、ＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４の出力インピーダンスは、単に自身に印加されるＤＣバイアス電圧及び電流を変化させることによって、低出力インピーダンスと高出力インピーダンスとの間で選択的に遷移することができる。

一実施例に従って、コントローラ２１６は、第１の状態で第１の制御信号を各電力増幅器回路２１２、２１４へ伝える。第１の制御信号は、ＲＦ電力トランジスタへ供給される実際のバイアス電圧であってよい。代替的に、第１の制御信号は、ＲＦ電力トランジスタへ印加されるバイアス電圧を制御するために間接的に使用されてよい。例えば、制御信号は、バイアス電圧をＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４へ供給する電圧調整装置又は回路を制御することができる。

実施の詳細にもかかわらず、第１の制御信号は、このような信号がＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４へ伝えられる場合に、ＲＦ電力トランジスタがオンされるように選択される。実際には、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の出力インピーダンスは、入力ポート２６０のインピーダンスと実質的に整合しない高出力インピーダンスから、入力ポート２６０の入力インピーダンスにより厳密に整合し又はこの入力インピーダンスに近似する出力インピーダンスへと遷移する。

第２の状態で、コントローラ２１６は、第２の制御信号を各電力増幅器回路２１２、２１４へ伝える。第１の制御信号と同じく、第２の制御信号は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４でＲＦ電力トランジスタへ供給される実際のバイアス電圧であってよい。しかし、第２の制御信号は、また、このようなバイアス電圧を間接的に制御するよう配置されてよい。例えば、制御信号は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４へバイアス電圧を供給する電圧調整回路を制御することができる。

実施の詳細にもかかわらず、第２の制御信号は、このような信号がＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４へ伝えられる場合に、ＲＦ電力トランジスタがオフされるように選択される。実際には、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の出力インピーダンスは、入力ポート２６０のインピーダンスに略等しい低出力インピーダンスから、入力ポート２６０のインピーダンスに極めて整合しない高出力インピーダンスへと遷移する。

ここで記載されるようにＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４の出力インピーダンスを制御するトランジスタバイアス電圧制御回路及び他の技術は、当該技術でよく知られている。これに関連して、当然に、本発明は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の出力インピーダンスを選択的に制御するための、ここで記載される特定の技術に限定されない。代わりに、あらゆる適切な配置が使用されてよい。例えば、ＲＦ電力トランジスタへ印加されるＤＣバイアス電圧を選択的に変更することによってＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の出力インピーダンスを制御するのではなく、可変出力インピーダンス変圧器回路が使用されてよい。出力インピーダンス変圧器は、同じ効果を得るよう必要に応じてＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の出力インピーダンスを選択的に変更することができる。然るに、これらの制御特徴については詳細に記載しない。

直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０から伝えられる第１及び第２のＲＦ信号を受け取ると、各ＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４は、受け取ったＲＦ信号のＲＦ電力を増幅させる動作を実行する。その後、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は、増幅したＲＦ信号を、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の入力ポート２６０及び２６４へ伝える。直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８は、増幅されたＲＦ信号の一方について９０°だけ位相をシフトする動作を実行する。これにより、２つの増幅された信号は同相である。次いで、２つの増幅された信号は、単一の出力ＲＦ信号を形成するよう結合される。続いて、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８は、この出力ＲＦ信号を、外部装置（図示せず。）への送信のために、アンテナ２２２へ伝える。当然に、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８からアンテナ２２２へ伝えられる出力ＲＦ信号は最小のＲＦ電力損失しか有さない。かかる最小電力損失は、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の出力ポート２６２とアンテナ２２２との間のアンテナスイッチ１１４（図１）を削除することによって達成される。

また、この第１の状態で、制御信号は、ＲＦスイッチ２２０の制御端子２２７で受信される。結果として、ＲＦスイッチ２２０の入力端子２２１は、ＲＦスイッチ２２０の出力端子２２３へ結合される。実際には、ＲＦエネルギは、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８から抵抗終端２４０（例えば、５０オーム（５０Ω）抵抗器）へ結合され得る。ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の間のインピーダンス不整合及び／又はアンテナ電圧定在波比（ＶＳＷＲ）によるＲＦエネルギのあらゆる反射が、分離ポート２６６へ伝えられる。このような反射ＲＦエネルギは、反射電力が吸収される抵抗終端２４０へ、スイッチ２２０を通って導かれる。

第２の状態で、送受信機回路２００は、アンテナ２２２からＲＦ信号を受信し、その信号を受信器入力回路２２８へ伝えるよう構成される。第２の状態で、制御信号は、ＲＦスイッチ２０４の制御端子２０７で受信される。結果として、ＲＦスイッチ２０４の入力端子２０５は、ＲＦスイッチ２０４の出力端子２０３へ結合される。実際には、送信器２０２は、抵抗終端２０８へ接続される。そのようにして、送信器２０２からのあらゆるＲＦエネルギが、送信器２０２から抵抗終端２０８を介して接地へ結合され得る。

第２の状態で、各ＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４のバイアス電圧は、変更されるか、又は完全に除かれるかのいずれかである。実際には、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は、それらのバイアス電圧を変えることによって、それらの第２の状態に遷移する。この第２の状態で、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４は、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の入力ポート２６０及び２６４に実質的に整合しない出力インピーダンスを提供するよう適切にバイアスをかけられる。これに関連して、当然に、各ＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４の出力インピーダンスは、第１の状態と第２の状態との間で選択的に変化する。これに関連して、当然に、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４のバイアス電圧を変化させることは、これらの回路２１２及び２１４の出力インピーダンスを変化させる１つの可能な方法である。他の方法も可能である。例えば、ＲＦ増幅器回路２１２及び２１４のための出力整合回路が設けられてよい。この回路は、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の入力ポート２６０及び２６４の側から見たＲＦ増幅器回路の出力インピーダンスを選択的に制御する。概して、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の入力ポート２６０及び２６４でのインピーダンス不整合は、アンテナ２２２からの電力を、低ＲＦ電力損失を有して直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の分離ポート２６６へ向かわせる。然るに、入力ポート２６０及び２６４で実質的なインピーダンス不整合を与えることによって、低損失経路がアンテナ２２２から分離ポート２６６へ設けられ得る。

これに関連して、当然に、入力ポート２６０及び２６４での開回路又は入力ポート２６０及び２６４での短絡により、アンテナ２２２から分離ポート２６６への低損失経路が得られる。かかるシナリオは、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４が第２の状態にある場合に現れる。この状態で、伝送経路の挿入損失は、本質的に、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の挿入損失のそれである。期待される範囲の挿入損失値が下記の表に表されている。当然のことながら、挿入損失値は、入力ポート２６０及び２６４での入力インピーダンス値の関数である。

第２の状態で、制御信号は、ＲＦスイッチ２２０の制御端子２２７で受信され、それによって、ＲＦスイッチ２２０に、入力端子２２１と出力端子２２５との間に低損失ＲＦ経路を形成させる。そのようにして、ＲＦエネルギは、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の分離ポート２６６から受信器入力回路２２８へ結合される。本発明の一実施例に従って、受信器入力回路２２８は、ＲＦ電力を増幅するよう構成される。ＲＦ電力を増幅した後、受信器入力回路２２８は、増幅したＲＦ信号を受信器２３０へ伝える。

本発明の一実施例に従って、受信器入力回路２２８は、有利に、低雑音増幅器を有する。低雑音増幅器は、少量の雑音しかＲＦ信号に加えることなくＲＦ電力を増幅させることができる。なお、本発明はこれに関して限定されない。受信器入力回路２２８は、特定の送受信機回路２００の用途に適したあらゆる回路又は装置を有してよい。例えば、受信器入力回路２２８は、必要に応じて、帯域通過フィルタ、デプレクサ回路又は他の何らかの信号処理回路を有してよい。また、当然に、受信器入力回路２２８は、制限なく、受信器２３０の中に組み込まれてよい。

当然に、ＲＦスイッチ２０４及び２２０は、有利に、低電力ＰＩＮ又はＭＭＩＣスイッチとして選択される。しかし、本発明はこれに関して限定されない。ＲＦスイッチ２０４及び２２０は、特定の送受信機回路２００の用途に適し且つ比較的少ない電力量しか動作に必要としないならば、当該技術で知られているどんなＲＦスイッチとして選択されてもよい。

また、当然に、送受信機回路２００は、図１に示される従来の送受信機回路１００に対して利点を有する。例えば、送受信機回路２００のアーキテクチャは、アンテナ２２２と直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８との間の高電力ＰＩＮダイオードスイッチの必要性を打ち消す。そのようにして、送受信機回路２００には、高電力ＰＩＮダイオードスイッチを駆動するための高電圧電源の必要性が全くない。実際には、ＤＣ電源（図示せず。）は、送受信機回路２００へほとんど電力を供給せず、それによって、回路全体の効率は高まり、回路によって発生する熱量も減る。

更に、当然に、制御回路が、ＲＦスイッチ２０４及び２２０を制御するために、送受信機回路２００に実装され得る。この制御回路は、また、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の間のインピーダンス不整合及び／又はアンテナ電圧定在波比による損害からＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４を保護する手段を提供することができる。このようなＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の保護は、抵抗終端２４０へ伝送されるあらゆる伝送電力の大きさをモニタすることによって達成され得る。以下、回路内に実装されるこのような制御回路を備えた送受信機回路について、図３に関連して、より詳細に記載する。当然に、図３に示される制御回路は、本発明の制御回路の単なる１つの可能な実施である。然るに、本発明はこれに関して限定されない。

ここで図３を参照すると、本発明を理解するのに有用な送受信機回路３００が提供される。図３に示されるように、送受信機回路３００は、送信器２０２、ＲＦスイッチ２０４、抵抗終端２０６及び２０８、直交（９０°）ハイブリッド電力分割器２１０、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４、コントローラ２１６、並びにアンテナ２２２を有する。送受信機回路３００は、また、ＲＦスイッチ２２０、受信器入力回路２２８、受信器２３０、及び抵抗終端２４０を有する。（図２に関連する）上記記載はこれらの挙げられている構成要素に関して十分である。

図３を再び参照すると、送受信機回路３００は、ＲＦスイッチ２２０を制御し且つＲＦスイッチ２０４を制御する制御回路を有する。図３に示されるように、制御回路は、コントローラ２３８及びインバータ２２４、ＲＭＳ−ＤＣ変換器２２６、レベル検出器回路２３４、基準電圧源２３２、並びにＡＮＤゲート２３６を有する。

コントローラ２３８は、低電圧低電流制御信号をインバータ２２４へ伝えるよう構成される回路を有する。インバータ２２４は、制御回路２３８からの受信信号を反転させ、その反転信号をＲＦスイッチ２２０の制御端子２２７へ伝えるよう構成される回路を有する。

ＲＦスイッチ２２０は、入力端子２２１を出力端子２２３又は出力端子２２５のいずれか一方へ選択的に結合するよう構成されている。例えば、ＲＦスイッチ２２０は低電圧低電流制御信号に応答し、これにより、入力端子２２１は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４がそれらの第１の状態にある場合に出力端子２２３へ結合される。ＲＦスイッチ２２０は、また、低電圧低電流制御信号に応答し、これにより、入力端子２２１は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４がそれらの第２の状態にある場合に出力端子２２５へ結合される。

ＲＦ検出器回路は、抵抗終端２４０でのＲＦエネルギの存在を検出するために設けられる。このＲＦ検出器回路は、ＲＭＳ−ＤＣ変換器２２６及びレベル検出器回路２３４を有する。ＲＭＳ−ＤＣ変換器２２６は、ＲＦエネルギを可変なＤＣ電圧出力へ変換するよう構成される回路を有する。ＲＭＳ−ＤＣ変換器２２６は、また、この可変ＤＣ電圧出力をレベル検出器回路２３４へ伝えるよう構成される回路を有する。

望ましくは、レベル検出器回路２３４は比較器回路（例えば、開ループ両極性インジケータ）である。なお、本発明はこれに関して限定されない。レベル検出器回路２３４は、特定の送受信機回路３００の用途に適した仕様を有するならば、当該技術で知られるどんな回路を有してもよい。

再び図３を参照すると、レベル検出器回路２３４は、反転入力端子２７０、非反転入力端子２７２、Ｖ＋端子２７８、Ｖ−端子２７６、及び出力端子２７４を有する。反転入力端子２７０は、ＲＭＳ−ＤＣ変換器２２６へ電気的に結合されている。非反転入力端子２７２は、基準電圧源２３２へ電気的に結合されている。基準電圧源２３２は、基準電圧（Ｖ_ＲＥＦ）をレベル検出器回路２３４へ供給するよう構成されている。

図３に示されるように、Ｖ＋端子２７８は電源２４２へ結合されており、Ｖ−端子２７６は接地へ結合されている。そのようにして、入力電源電圧は、レベル検出器回路２３４のＶ＋端子２７８及びＶ−端子２７６の間に直接に結合されている。レベル検出器回路２３４の出力電圧（Ｖ_ＯＵＴ）は、強いてレベル検出器回路２３４の正飽和レベル又は負飽和レベルのいずれか一方にされる。例えば、非反転入力端子２７２での電圧が反転入力端子２７０の電圧よりも正である場合は、Ｖ_ＯＵＴは、レベル検出器回路２３４の正飽和レベル（すなわち、入力電源電圧の値）となる。代替的に、端子２７２での電圧が端子２７０の電圧よりも正でない場合は、Ｖ_ＯＵＴは、レベル検出器回路２３４の負飽和レベル（すなわち、零）となる。

レベル検出器回路２３４の出力端子２７４は、ＡＮＤゲート２３６へ電気的に結合されている。ＡＮＤゲート２３６は、入力端子２８０及び２８２並びに出力端子２８４を有する。入力端子２８０は、コントローラ２３８へ電気的に結合されている。コントローラ２３８は、低電圧低電流制御信号をＡＮＤゲート２３６へ伝えるよう構成されている。同様に、入力端子２８２は、レベル検出器回路２３４の出力２７４へ電気的に結合されている。

ＡＮＤゲート２３６は、高い又は低い電圧値を有する出力信号を生成するよう構成される回路を有する。例えば、入力端子２８０及び２８２でのいずれの電圧も高値（例えば、１ボルト）である場合は、ＡＮＤゲート２３６の出力信号は高電圧値（例えば、５ボルト）を有する。入力端子２８０及び２８２での電圧のいずれも高値でないか、又はいずれか一方のみが高値である場合は、ＡＮＤゲート２３６の出力信号は低電圧値（例えば、零電圧）を有する。ＡＮＤゲート２３６は、更に、ＲＦスイッチ２０４の制御端子２０７へ出力信号を伝えるよう構成される。

ＲＦスイッチ２０４は、入力端子２０５を出力端子２０１又は出力端子２０３のいずれか一方へ選択的に結合するよう構成されている。例えば、ＲＦスイッチ２０４は、ＡＮＤゲート２３６からの出力信号に応答し、これにより、入力端子２０５は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４がそれらの第１の状態にある場合に出力端子２０１へ結合される。ＲＦスイッチ２０４は、また、ＡＮＤゲート２３６からの出力信号に応答し、これにより、入力端子２０５は、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４がそれらの第２の状態にある場合に出力端子２０３へ結合される。

当然に、レベル検出器回路２３４及びＲＭＳ−ＤＣ変換器２２６は、直交ハイブリッド電力増幅器２１８の１又はそれ以上のポートに対するＲＦ電力増幅器回路２１２、２１４及び／又はアンテナ２２２の間のインピーダンス不整合に起因して抵抗終端２４０へ伝送されるあらゆる伝送電力の大きさをモニタする手段を提供する。例えば、抵抗終端２４０へ伝送される反射伝送電力の過度の大きさ（例えば、２０パーセント超）の場合に、ＲＦスイッチ２２０の入力端子２２１とＲＦスイッチ２２０の出力端子２２５との間のＲＦ経路は除かれ、代わりに、ＲＦスイッチ２２０の入力端子２２１は、ＲＦスイッチ２２０の出力端子２２３へ結合される。そのようにして、ＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４からの高電力ＲＦエネルギが受信器入力回路２２８へ伝えられることを防がれる。受信器入力回路２２８は、このような信号によって容易に損傷を与えられる。

ここで図４を参照すると、送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のための方法４００のフロー図が提供される。方法４００はステップ４０２で始まり、ステップ４０４に続く。ステップ４０４で、第１のＲＦ電力増幅器回路２１２で第１のＲＦ信号が及び第２のＲＦ電力増幅器回路２１４で第２のＲＦ信号が増幅される。その後、ステップ４０６が実行される。ステップ４０６で、第１及び第２のＲＦ電力増幅器回路２１２及び２１４の出力は、第１及び第２のＲＦ信号の和であるＲＦ出力信号を生成するよう、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の第１及び第２の入力ポート２６０及び２６４へ夫々結合される。ステップ４０６の後、方法４００はステップ４０８に続く。ステップ４０８で、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の出力ポート２６２からのＲＦ出力信号は、いずれの介在するアンテナスイッチも入れないでアンテナ２２２へ結合される。

ステップ４１０で、アンテナ２２２から直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の分離ポート２６６へのＲＦ信号の低損失経路は、直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の第１及び第２の入力ポート２６０及び２６４でインピーダンス不整合を引き起こすことによって選択的に提供される。ステップ４１２で、ＲＦスイッチ２２０の入力端子２２１は、受信器入力回路２２８へ選択的に結合される。結果として、ＲＦ信号の低損失経路が、アンテナ２２２から直交（９０°）ハイブリッド電力結合器２１８の分離ポート２６６へ設けられる。ステップ４１２の後、ステップ４１４が実行される。ステップ４１４で、方法４００が終了する。

当業者には明らかなように、方法４００は、送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のための方法の一実施例である。しかし、本発明はこれに関して限定されず、送受信機での無損失伝送経路アンテナ切換のための他のいずれの方法も、制限無く、使用され得る。

Claims

直交結合電力増幅器を使用する送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のためのシステムであって、
第１入力ポート、第２入力ポート、分離ポート、及び出力ポートを有する直交ハイブリッド電力結合器と、
前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートへ夫々結合され、第１の状態と第２の状態との間で選択的に変化する出力インピーダンスを夫々が有する第１ＲＦ電力増幅器回路及び第２ＲＦ電力増幅器回路と
を有し、
前記直交ハイブリッド電力結合器は、前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路が夫々前記第１の状態にある場合は前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートから前記出力ポートへＲＦエネルギを伝え、前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路が夫々前記第２の状態にある場合は前記出力ポートから前記分離ポートへＲＦエネルギを伝える、システム。
前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路の前記出力インピーダンスは、前記第１の状態で前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートに実質的に整合し、前記第２の状態で前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートに実質的に整合しない、請求項１記載のシステム。
前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路へ結合され、制御信号に応答して前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路を前記第１の状態と前記第２の状態との間で選択的に遷移させる制御回路を更に有する、請求項１記載のシステム。
前記分離ポートへ結合される入力端子を有するＲＦスイッチを更に有し、
前記ＲＦスイッチは、当該ＲＦスイッチの第１出力端子又は当該ＲＦスイッチの第２出力端子のいずれか一方へ選択的に前記入力端子を結合するよう構成される、請求項１記載のシステム。
前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路へ結合され、制御信号に応答して前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路を前記第１の状態と前記第２の状態との間で選択的に遷移させる制御回路を更に有する、請求項４記載のシステム。
第１出力ポート、第２出力ポート、入力ポート、及び分離ポートを有する直交ハイブリッド電力分割器を更に有し、
前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路は夫々、前記第１出力ポート及び前記第２出力ポートへ結合される、請求項１記載のシステム。
前記第１出力端子は、前記直交ハイブリッド電力分割器へ結合される、請求項６記載のシステム。
送受信機での無損失の伝送経路アンテナ切換のための方法であって、
第１ＲＦ電力増幅器回路で第１ＲＦ信号を及び第２電力増幅器回路で第２ＲＦ信号を増幅する工程と、
前記第１ＲＦ信号及び前記第２ＲＦ信号の和であるＲＦ出力信号を生成するよう前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路の出力を夫々直交ハイブリッド電力結合器の第１入力ポート及び第２入力ポートへ結合する工程と、
いずれの介在するアンテナスイッチも除いて前記直交ハイブリッド電力結合器の出力ポートからアンテナへ前記ＲＦ出力信号を結合する工程と、
前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートでインピーダンス不整合を引き起こすことによって、前記アンテナから前記ハイブリッド電力結合器の分離ポートへとＲＦ信号の低損失経路を選択的に設ける工程と
を有する方法。
前記第１ＲＦ電力増幅器回路及び前記第２ＲＦ電力増幅器回路からバイアス電圧を除くことによって、前記第１入力ポート及び前記第２入力ポートで前記インピーダンス不整合を引き起こす工程を更に有する、請求項８記載の方法。
入力端子を有するＲＦスイッチへ前記分離ポートを結合する工程と、
前記アンテナから前記分離ポートへとＲＦ信号の低損失経路を設けると同時に前記入力端子を受信器回路へ選択的に結合する工程と
を更に有する、請求項９記載の方法。