JP2011055457A - 送受信信号を分離するための結合装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、無線通信を提供し、送信部と受信部とがアンテナを共有する無線通信システムにおいて、送信部から受信部に漏れる信号を減少させる。
【解決手段】結合装置は、送信部と受信部とがアンテナを共有する送受信機におけるＲＦ送信信号とＲＦ受信信号とを分配する第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートを有し、第１ポートと第２ポートとの間に通過経路が形成され、第１ポートに入力された信号は、第４ポートにカップリングされ、第２ポートに入力された信号は、第３ポートにカップリングされ、第１ポートと第４ポートとの間は、遮断（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）され、第２ポートと第３ポートとは、遮断されている４ポート回路と、第３ポートから出力される信号を減衰させて出力する減衰器とを備え、ＲＦ送信信号が第１ポートに入力され、ＲＦ受信信号が第２ポートに入力され、減衰器の出力及び第４ポートの出力が受信部に提供される。
【選択図】図６

Description

本発明は、無線通信に関し、さらに詳細には、送信部と受信部とがアンテナを共有する無線通信システムにおいて、送信部から受信部に漏れる信号を減少させることのできる技術に関する。

送受信信号の通信システムの一例として、無線周波数識別（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；以下、ＲＦＩＤとする）システムを例に挙げることができる。ＲＦＩＤとは、マイクロチップを内蔵したタグ（ｔａｇ）、ラベル（ｌａｂｅｌ）、カードなどに保存されたデータを、無線周波数を利用してリーダ（ｒｅａｄｅｒ）で自動認識する技術のことを意味する。

ＲＦＩＤ技術とは、無線でＲＦＩＤタグの情報をＲＦＩＤ認識器に読み込む技術を称する。受動型ＲＦＩＤタグの場合、ＲＦＩＤタグの外部にバッテリーのように、ＲＦＩＤタグを駆動させるための電源が別に備えられていない。そのため、ＲＦＩＤタグが駆動するためには、外部からＲＦＩＤタグ側へＲＦ ＣＷ信号を供給し続けなければ、ＲＦＩＤタグの駆動に必要な電源を生成することができない。しかしながら、受動型ＲＦＩＤ認識器でＲＦＩＤタグから発生する信号を読もうとする場合にも、ＲＦＩＤ認識器は、持続的にＲＦ ＣＷ信号を発生してＲＦＩＤタグ側へ伝達しなければならない。この場合、送信信号とＲＦＩＤタグから発生してＲＦＩＤ認識器に伝達される信号とが混合されてＲＦＩＤ認識器に受信されるので、ＲＦＩＤタグ信号を判別し難い。特に、アンテナを一つのみ使用する場合、ＲＦＩＤ認識器において送信信号が受信信号に比べてその強度が極めて大きいため、送信部から送信される信号が受信部に漏れる現象を避けることができない。送信信号が受信部に漏れることにより、受信信号の品質が低下する。

図１は、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を送・受信するアンテナ１４０、ベースバンド信号をＲＦ送信信号ＴＸ_１に変換する送信部１２０、ｐｏｒｔ ２の出力を入力信号として受けてベースバンド信号に変換する受信部１３０、及び循環器（ｃｉｒｃｕｌａｔｏｒ）１１０を使用して受信部１３０に入力される信号から送信信号の漏れ信号１５０を分離する装置１００を示す。循環器１１０は、ｐｏｒｔ １ ｐｏｒｔ ２、ｐｏｒｔ ２ ｐｏｒｔ ３、ｐｏｒｔ ３ ｐｏｒｔ １の方向には信号が伝達されるが、この方向と反対であるｐｏｒｔ ２ ｐｏｒｔ １、ｐｏｒｔ １ ｐｏｒｔ ３、ｐｏｒｔ ３ ｐｏｒｔ ２の方向には信号が伝達されないという特性を有する。強い磁界によって非相反性（ｎｏｎ−ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）を有するためである。このような非相反性を利用すると、送信部１２０から受信部１３０へ漏れる信号１５０を遮断（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）できる。この方法では、通常２５ｄＢ程度の遮断性能を得ることができる。ただし、この装置１００で使用する周波数がＧＨｚより低い場合、例えば、使用周波数が８６０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚである場合には、循環器が極めて大きく、かつコストも高いという短所がある。

図２は、ＲＦ信号を送・受信する１個のアンテナ１４０と方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ）２１０とを使用して、受信部１３０に入力される信号から送信部１２０から出力された送信信号の漏れ信号を分離する分離装置２００を示す。図２の方向性結合器２１０は、ｐｏｒｔ １ ｐｏｒｔ ２の方向には、信号通過経路（ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｔｈ）を有し、ｐｏｒｔ １ ｐｏｒｔ ３の方向には、信号遮断経路（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｐａｔｈ）を有し、ｐｏｒｔ １ ｐｏｒｔ ４の方向には、結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）による信号カップリング経路（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｐａｔｈ）を有する。そして、各ポートは、残りの他のポートに対して相反性（ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ）を有する。ｐｏｒｔ １ ｐｏｒｔ ３の関係は、遮断経路になって送信部１２０の送信信号ＴＸ_１が受信部１３０の接続されたポートｐｏｒｔ ３に伝達されるのが遮断されるが、一部は漏れて漏れ信号ＴＸ_３になって受信部１３０に入力される。この場合、通常２５ｄＢ程度の遮断性能を得ることができる。
上述した２種類の装置１００、２００は、送信信号ＴＸ_１と受信信号ＲＸ_２とを分離するために一般にＲＦＩＤで使用される装置である。上記の２つの場合にも、ＲＦ送信信号ＴＸ_１がＲＦＩＤ認識器の受信部１３０に漏れる現象を完璧には遮断できない。送信信号の強度が大きくなるほど、漏れる信号の強度も大きくなる。

図３は、１個のアンテナ１４０、２個の方向性結合器２１０、均衡発振器（ｂａｌａｎｃｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３２０、及びウィルキンソン電力結合器（ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｒ）３３０を使用して、送信信号の遮断性能を改善させる装置３００を示す。均衡発振器３２０は、一つの結合器２１０に送信信号と位相の同じ信号をいれ、他の結合器２１０には、送信信号と位相の１８０度異なる差動信号（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｉｇｎａｌ）をいれる。ウィルキンソン電力結合器３３０において位相の１８０度異なる差動信号は、互いに相殺（ｃａｎｃｅｌ ｏｕｔ）されてアンテナ１４０から受信された送信信号を除去して、所望の受信信号のみを分離することができる。しかしながら、この装置３００は、送信信号の半分だけを送信に使用し、残りの半分を単純に受信部１３０に漏れた信号を相殺するために使用する。すなわち、送信電力の無駄使いが発生する。

図４は、ベクトルモジュレータ（ｖｅｃｔｏｒ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）４３０を使用して、位相が１８０度異なる信号を作って送信信号を除去する技術を示した図である。送信部１２０と接続された結合器２１０を介して、送信信号４７１の一部がベクトルモジュレータ４３０に伝達され、ベクトルモジュレータ４３０は、循環器１１０から漏れた送信信号４５０と大きさは同じで、かつ位相は１８０度異なる相殺信号４９０を生成して結合器２１０に提供する。相殺信号４９０が提供された結合器２１０は、生成された相殺信号４９０とアンテナ１４０とに受信された受信信号４６０及び漏れた送信信号４５０とを加算して、漏れ送信信号４５０を除去する。この方法は、漏れた送信信号４５０と大きさが同じく、位相差が１８０度である相殺信号４９０を作らなければならないため、ベクトルモジュレータ４３０を正確に具現せねばならず、これは難しくて複雑である。

本発明は、前述した問題点を解決するためのものであて、その目的は、アンテナを共有する通信システムにおいて送信部の送信信号が受信部に漏れるのを遮断できる結合装置及びこれを利用した送受信機を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、可変型減衰器の減衰値を適応的に変化させつつ、送信部から受信部に漏れる信号の遮断効果を極大化できる結合装置及び減衰値の制御方法を提案することにある。

本発明による結合装置は、送信部と受信部とがアンテナを共有する送受信機におけるＲＦ送信信号とＲＦ受信信号とを分配する装置である。この結合装置は、第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートを有し、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に通過経路が形成されており、第１ポートに入力された信号は、第４ポートにカップリングされ、第２ポートに入力された信号は、第３ポートにカップリングされ、第１ポートと第３ポートとの間は、遮断（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）されており、第２ポートと第４ポートとは、遮断されている４ポート回路と、第４ポートから出力される信号を減衰させて出力する減衰器とを備える。ＲＦ送信信号が第１ポートに入力され、ＲＦ受信信号が第２ポートに入力され、減衰器の出力及び第３ポートの出力が受信部に提供される。

第３ポートの出力信号から減衰器の出力信号を減算し、減算された出力が受信部に提供される減算器をさらに備えることが好ましい。
ここで、減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であることが好ましい。
ここで、４ポート回路は、方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ）及び高周波変成器（ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のうち、いずれか一つであることが好ましい。

本発明による送受信機は、送信部、受信部及び前で提案された結合装置を備える。減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であり、受信部は、第３ポートの出力信号から減衰器の出力信号を減算して増幅する低雑音増幅器（ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＬＮＡ）と、低雑音増幅器の出力から送信漏れ信号の信号強度（ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ；ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定部と、測定されたＲＳＳＩ値に応じて、減衰器の減衰値を制御する制御部とを備える。結合装置の第２ポートに接続されるアンテナをさらに備えることが好ましい。

本発明による送受信機は、送信部、受信部及び前記結合装置を備える。減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であり、受信部は、第３ポートの出力信号から前記減衰器の出力信号を減算して増幅する低雑音増幅器と、低雑音増幅器の出力信号をダウン変換するミキサー（Ｍｉｘｅｒ）と、ミキサーの出力の低周波成分のみを通過させる低帯域フィルタ（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ、ＬＰＦ）と、低帯域フィルタの出力から送信漏れ信号の信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定部と、測定されたＲＳＳＩ値に応じて減衰器の減衰値を制御する制御部とを備える。

結合装置の第２ポートに接続されるアンテナをさらに備えることが好ましい。
ここで、４ポート回路は、方向性結合器及び高周波変成器のうち、いずれか一つであることが好ましい。

本発明による送受信機において、制御部が可変型減衰器の減衰値を制御する方法は、可変型減衰器の減衰値を予め設定された最小値に設定する第１ステップと、ＲＦ信号を受信し、第４ポートの出力が可変型減衰器に入力され、可変型減衰器の出力と第３ポートの出力とが減算器により減算される第２ステップと、記減算器の出力から送信漏れ信号の信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定する第３ステップと、可変型減衰器の減衰値を順次高め、減算器の出力のＲＳＳＩ値を測定する第４ステップと、測定されたＲＳＳＩ値のうち、最も低いＲＳＳＩ値であるときの減衰値を可変型減衰器の減衰値として設定する第５ステップとを含む。

本発明によれば、アンテナを共有する通信システムにおいて送信部の送信信号が受信部に漏れるのを遮断できる。
また、本発明によれば、減衰器の減衰値を適応的に変化させつつ、送信部から受信部に漏れる信号の遮断効果を極大化できる。

循環器１１０を使用して受信部１３０に入力される信号から送信信号の漏れ信号１５０を分離する装置１００を示した図である。 方向性結合器２１０を使用して、送信部１２０から出力された送信信号の漏れ信号を、受信部１３０の入力信号から分離する装置２００を示した図である。 アンテナ１４０、２個の方向性結合器２１０、均衡発振器（ｂａｌａｎｃｅｄ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３２０及びウィルキンソン電力結合器３３０を使用して、信信号の遮断性能を改善させる装置３００を示した図である。 ベクトルモジュレータを使用して位相の異なる信号を作って送信信号を除去する技術を示した図である。 本発明に使用される４ポート回路５００を示した図である。 本発明の一実施形態による、結合装置６００を備えるＲＦ送受信機６０１のブロック図である。 本発明の他の実施形態による、結合装置７００を備えるＲＦ送受信機７０１のブロック図である。 本発明による減衰器６３０を、抵抗を介して示した図である。 本発明による図６の結合装置６００を模擬実験するために使用した回路図８００を示した図である。 図８Ｂに示した回路８００の遮断特性の模擬実験結果を示した図である。 図８Ｂに示した回路８００の結合特性の模擬実験結果を示した図である。 結合装置６１０、６２０を備えるＲＦ送受信機６０２、６０３の２種類の実施形態を示したものであって、信号を減算するための減算器６７０を、バラン６７１を利用して示した図である。 結合装置６１０、６２０を備えるＲＦ送受信機６０２、６０３の２種類の実施形態を示したものであって、信号を減算するための減算器６７０を、差動増幅器６７２を利用して示した図である。 ４ポート回路５００の実施形態として、方向性結合器２１０の代わりに高周波変成器２１１を使用して構成した結合装置６１０を備えるＲＦ送受信機６０４を示した図である。 ＲＦ送受信機１３００として、減衰器１３３０の減衰値を可変する制御可能な可変型減衰器１３３０を使用する場合を示した図である。 ＲＦ送受信機１４００として、減衰器１３３０の減衰値を可変する制御可能な可変型減衰器１３３０を使用する場合を示した図である。 本発明の一実施形態によるＲＦ送受信機１３００で行われる送信信号の遮断効果を極大化する可変型減衰器の減衰値を探す方法を示すフローチャートである。

図５は、本発明に使用される４ポート回路５００を示した図である。図５に示したように、４ポート回路５００は、４個のポートｐｏｒｔ １、ｐｏｒｔ ２、ｐｏｒｔ ３、ｐｏｒｔ ４を有する。各ポート間の関係を述べると、第１ポートｐｏｒｔ １に送信信号ＴＸ_１が入力されると、挿入損失（Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ ｌｏｓｓ）により減衰された信号ＴＸ_２が第２ポートｐｏｒｔ ２に出力される（式（１））が、こういう場合に第１ポートｐｏｒｔ １と第２ポートｐｏｒｔ ２との間に通過経路が形成されていると仮定する。第１ポートｐｏｒｔ １に入力された送信信号ＴＸ_１は、結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって第４ポートｐｏｒｔ ４に信号ＴＸ_４が出力される（式（２））が、こういう場合に第１ポートｐｏｒｔ １と第４ポートｐｏｒｔ ４とは、カップリングされていると仮定する。第１ポートｐｏｒｔ １に入力された送信信号ＴＸ_１の一部は、漏れによって第３ポートｐｏｒｔ ３に信号ＴＸ_３が出力される（式３）が、こういう場合に第１ポートｐｏｒｔ １と第３ポートｐｏｒｔ ３との間は、遮断経路が形成されていると仮定する。また、本発明に使用される４ポート回路は、各ポートに対して相反性を有する。

よって、第２ポートｐｏｒｔ ２に受信信号ＲＸ_２が印加される場合、第１ポートｐｏｒｔ １から挿入損失により減衰された信号ＲＸ_１が出力され（式（４））、第３ポートｐｏｒｔ ３から結合信号ＲＸ_３が出力され（式（５））、第４ポートｐｏｒｔ ４から漏れ信号ＲＸ_４が出力される（式（６））。

図６は、本発明の一実施形態による結合装置６００を備えるＲＦ送受信機６０１のブロック図である。図に示したＲＦ送受信機６０１は、ＲＦ信号を送・受信するアンテナ１４０、ベースバンド信号をＲＦ送信信号ＴＸ_１に変換する送信部１２０、結合装置６００、結合装置６００の出力を入力信号として受けてベースバンド信号に変換する受信部１３０、及びベースバンド信号を処理するベースバンド部６６０を備える。結合装置６００は、減衰器６３０、４ポート回路５００及び減算器６７０を備える。

４ポート回路５００の４個のポート間の関係は、図５にて説明した関係と同様である。第１ポートｐｏｒｔ １は、送信部１２０から伝達された送信信号ＴＸ_１が入力され、第４ポートｐｏｒｔ ４では、送信信号ＴＸ_１がカップリングされた信号ＴＸ_４及びアンテナ１４０を介して流入する受信信号ＲＸ_２の漏れ信号ＲＸ_４が共に出力される（式（７））。

第３ポートｐｏｒｔ ３では、アンテナ１４０を介して第２ポートｐｏｒｔ ２に流入する受信信号ＲＸ_２がカップリングされた信号ＲＸ_３及び第１ポートｐｏｒｔ １に入力された送信信号ＴＸ_１の漏れた信号ＴＸ_３が共に出力される（式（８））。

第３ポートｐｏｒｔ ３から出力される送信信号ＴＸ_１から漏れた送信信号ＴＸ_３は、式（８）の右辺の２番目の項であるＴＸ_１／Ｐ_{Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ}であり、本発明の実施形態の一つである方向性結合器の場合、この値（ＴＸ_１／Ｐ_{Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ}）は、通常２５ｄＢ程度である。
結合装置６００の第４ポートｐｏｒｔ ４に接続された減衰器６３０の減衰値を（Ｐ_{ｃｏｕｐｌｉｎｇ}／Ｐ_{Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ}）に、すなわち４ポート回路５００の結合される程度と遮断される程度の比で設定すると、減衰器６３０の出力信号ＴＸ_５、ＲＸ_５は、以下の式のように表すことができる（式（９））。

このような比で減衰された出力ＴＸ_５、ＲＸ_５及び第３ポートｐｏｒｔ ３からの出力信号ＴＸ_３、ＲＸ_３が結合装置６００に備えられた減算器６７０に伝達され、減算器６７０は、第３ポートｐｏｒｔ ３の出力ＴＸ_３、ＲＸ_３から減衰器６３０の出力ＴＸ_５、ＲＸ_５を減算して受信部６４０に信号ＲＸ_６を出力する。減算器６７０の信号ＲＸ_６は、式（１０）のように表すことができる。

上記の式（１０）から分かるように、減算器６７０の出力信号ＲＸ_６は、送信信号ＴＸ_１の成分は除去され、受信信号ＲＸ_２の成分のみから構成される。すなわち、送信部１２０から入力された送信信号ＴＸ_１の漏れ信号ＴＸ_３が除去されて受信部１３０に伝達される。本発明の一実施形態による方向性結合器の場合、Ｐ_{Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ}値がＰ_{ｃｏｕｐｌｉｎｇ}との間で１０ｄＢ以上の差が出るので、式（１０）の右辺における第２番目の項は、第１番目の項に比べて大きさが極めて小さい。このため、第２番目の項は無視できる。

本発明と図２に示した従来の技術を比較してみれば、図２に示した方向性結合器２１０の第３ポートｐｏｒｔ ３から出力されて受信部１３０に伝達される信号ＴＸ_３、ＲＸ_３とは異なり、図６に示した発明の受信部１３０に伝達される信号ＲＸ_６には、第１ポートｐｏｒｔ １に入力された送信信号ＴＸ_１の漏れた信号ＴＸ_３が除去されていることが分かる。すなわち、送信信号の遮断特性がさらに高まる。

図７は、本発明の他の一実施形態による結合装置７００を備えるＲＦ送受信機７０１のブロック図である。図に示したＲＦ送受信機７０１は、ＲＦ信号を送・受信するアンテナ１４０、ベースバンド信号をＲＦ送信信号ＴＸ_１に変換する送信部１２０、結合装置７００、結合装置７００の出力を入力信号として受けて減算機能を行いベースバンド信号に変換する受信部７４０、及びベースバンド信号を処理するベースバンド部６６０を備える。結合装置７００は、４ポート回路５００、減衰器６３０を備える。図６のＲＦ送受信機６０１と図７のＲＦ送受信機７０１との差異は、図７の受信部７４０が減算器６７０を備えるという点にある。

減衰値を（Ｐ_{ｃｏｕｐｌｉｎｇ}／Ｐ_{Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ}）に、すなわち４ポート回路５００の結合される程度と遮断される程度の比で設定すると、減衰器６３０の出力信号ＴＸ_５、ＲＸ_５は、上記式のように表すことができる（式（９））。減衰された出力ＴＸ_５、ＲＸ_５及び第３ポートｐｏｒｔ ３からの出力信号ＴＸ_３、ＲＸ_３が受信部７４０に備えられた減算器６７０に提供され、減算器６７０は、第３ポートｐｏｒｔ ３の出力ＴＸ_３、ＲＸ_３から減衰器６３０の出力ＴＸ_５、ＲＸ_５を減算する。減算器６７０の出力ＲＸ_６は、上記の式式（１０）と同じである。減算器６７０の出力信号ＲＸ_６は、受信部７４０に備えられたベースバンド変換部７４２でベースバンド信号に変換されて、ベースバンド部６６０に提供される。

上記の式（１０）から分かるように、送信信号ＴＸ_１の成分は除去され、受信信号ＲＸ_２のみから構成された信号ＲＸ_６がベースバンド変換部７４２に伝達される。すなわち、送信部１２０から入力された送信信号ＴＸ_１の漏れ信号ＴＸ_３が除去されて、ベースバンド変換部７４２に伝達される。本発明の一実施形態による方向性結合器の場合、Ｐ_{Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ}値がＰ_{ｃｏｕｐｌｉｎｇ}と１０ｄＢ以上の差が出るので、式（１０）の右辺における第２番目の項は、第１番目の項に比べて大きさが極めて小さい。したがって、第２番目の項は無視できる。

本発明と図２に示した従来の技術を比較してみれば、図２に示した方向性結合器２１０の第３ポートｐｏｒｔ ３から出力されて受信部１３０に伝達される信号ＴＸ_３、ＲＸ_３とは異なり、図７の発明においてベースバンド変換部７４２に伝達される信号ＲＸ_６には、第１ポートｐｏｒｔ １に入力された送信信号ＴＸ１の漏れた信号ＴＸ_３が除去されていることが分かる。すなわち、送信信号の遮断特性がさらに高まる。

図８Ａは、本発明による減衰器６３０を、抵抗を介して示した図である。減衰器６３０は、従来の多様な技術を利用して構成できる。その一例として、図８Ａに示したように、抵抗接続で減衰器を構成することもできる。図８Ａの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ抵抗Ｒ１〜Ｒ１０を利用して構成した例示的な減衰器を示す。それぞれ入力端子ｉｎと出力端子ｏｕｔとを備える。入力端子ｉｎに入力された信号は、入力端子ｉｎと出力端子ｏｕｔとの間に接続した抵抗値分だけ減衰された信号が出力端子ｏｕｔに出力されて、所望する程度の信号の減衰を得ることができる。当業者は、図８Ａに示した回路構造の他にも多様な公知技術を利用して減衰器を構成できる。

図８Ｂは、本発明による図６の結合装置６００を模擬実験に使用した回路図８００を示す。図６の受信部１３０、送信部１２０及びアンテナ１４０と対応する図８Ｂの受信部８４０、送信部８５０及びアンテナ８６０は、それぞれ５０ Ｏｈｍの抵抗で構成しており、模擬実験に使用された回路８００は、減衰器８１０、減算器としてバラン（ＢＡＬＵＮ）６７１及び４ポート回路５００として方向性結合器８３０を備える。方向性結合器８３０は、結合度が１０ｄＢ、遮断程度が２２ｄＢである理想的な結合器８３０である。誘電率が１０である一般的なセラミック結合器の物理的な大きさは、誘電率が１０である場合の９００ＭＨｚ帯域の波長である１０．５１２ｃｍより極めて小さくて、経路の差による位相変化はほぼないと仮定した。

図９Ａは、図８Ｂに示した回路８００の遮断特性の模擬実験結果を示した図である。減衰器８１０の減衰程度に応じて遮断特性の変化を示す。減衰器６３０の減衰値を結合特性と遮断特性の差である１２ｄＢに設定した場合（図中の符号９１０）、実験に使用された方向性結合器８３０自体の遮断特性は２２ｄＢであるが、結合装置６００の遮断特性は、５６ｄＢ（図中の符号９２０）に増加することが確認できる。
図９Ｂは、図８Ｂに示した回路８００の結合特性の模擬実験結果を示した図である。減衰器８１０の減衰程度に応じて、結合特性の変化を示す。減衰器８１０の設定値を結合特性と遮断特性との差である１２ｄＢに設定（図中の符号９１０）した場合、実験に使用された方向性結合器８３０自体の結合特性は１０ｄＢであるが、結合装置６００の結合特性は、１４ｄＢ（図中の符号９３０）に悪くなることが確認できる。

しかしながら、ＲＦ送受信機６０１の性能は、結合器の結合特性よりは、遮断特性がさらに大きな影響を及ぼすので、本発明による結合装置６００を使用すると、受信性能の改善効果を得ることができる。提案された本発明であるＲＦＩＤ送受信機６０１を製品に適用してＲＦＩＤタグの認識距離を測定した。以下の実験結果のように、認識距離が増加したことが分かる。

図１０と図１１は、結合装置６１０、６２０を備えるＲＦ送受信機６０２、６０３の２種類の実施形態を示した図である。図１０と図１１のＲＦ送受信機６０２，６０３は、結合装置６００、アンテナ１４０、４ポート回路５００、減衰器６３０及びベースバンド部６６０を共通に備える。図１０に示す結合装置６１０は、減算器６７０としてバラン６７１を備える。図１１では、結合装置６２０は、減算器６７０として差動増幅器６７２を備える。
当業者は、その他にも多様な公知技術を利用して図６の減算器６７０を構成して、本発明であるＲＦ送受信機６０１の多様な変形例を構成できるはずであり、そういう変形例も本発明の権利範囲に属するものと意図される。

第１の実施形態の変形例１
図１２は、本発明の４ポート回路５００の実施形態として方向性結合器２１０の代わりに、高周波変成器２１１を使用して構成した結合装置６１０を備えるＲＦ送受信機６０４を示した図である。
図１２の結合装置６１０は、高周波変成器２１１、減衰器６３０及び減算器６７０を備える。高周波変成器２１１は、４個のポートｐｏｒｔ １、ｐｏｒｔ ２、ｐｏｒｔ ３、ｐｏｒｔ ４を有する。各ポート間の関係を述べると、図５に示したものと同じである。第１ポートｐｏｒｔ １と第２ポートｐｏｒｔ ２は、通過経路を形成しているので、第１ポートｐｏｒｔ １に送信部１２０から送信信号ＴＸ_１が入力されると、挿入損失により減衰された信号ＴＸ_２が第２ポートｐｏｒｔ ２に出力される（式（１））。第１ポートｐｏｒｔ １と第４ポートｐｏｒｔ ４とは、カップリングされているので、送信部１２０から送信信号ＴＸ_１が入力されると、第４ポートｐｏｒｔ ４にカップリングされた信号ＴＸ_４が出力される（式（２））。第１ポートｐｏｒｔ １と第４ポートｐｏｒｔ ４とは、遮断経路を形成しているので、送信部１２０から第１ポートｐｏｒｔ １に入力された送信信号ＴＸ_１の漏れ信号ＴＸ_３が第３ポートｐｏｒｔ ３に出力される（式（３））。また、本発明に使用される高周波変成器２１１は、各ポートに対して相反性を有する。

高周波変成器２１１の第２ポートｐｏｒｔ ２は、アンテナ１４０と接続され、第４ポートｐｏｒｔ ４は、減衰器６３０と接続され、第１ポートｐｏｒｔ １は、送信部１２０と接続され、第３ポートｐｏｒｔ ３の出力及び減衰器６３０の出力は、減算器６７０に提供され、減算器６７０は、減算された出力を受信部１３０に提供する。
図１２のように、４ポート回路５００の実施形態として高周波変成器２１１を使用したＲＦ送受信機６０４の詳細な説明は、図６のＲＦ送受信機６０１と同一なので省略する。
変形例１より先に説明した本発明の実施形態に使用された４ポート回路は、方向性結合器２１０であるが、方向性結合器２１０を高周波変成器２１１に代替しても同じ目的と効果を奏する。各ポート間の関係が上記のような高周波変成器２１１は、当業者にとって周知の技術であって、詳細な説明は省略する。また、高周波変成器２１１を除いたすべての構成要素であるアンテナ１４０、減衰器６３０、減算器６７０、受信部１３０、送信部１２０及びベースバンド部６６０は、先に説明した方向性結合器が使用された第１の実施の形態と同じなので、具体的な説明は省略する。

第２の実施形態−減衰値の適応的変化
図１３及び図１４は、ＲＦ送受信機１３００、１４００として、減衰器１３３０の減衰値を可変する制御可能な可変型減衰器１３３０を使用する場合を示した図である。可変型減衰器１３３０を使用する場合、４ポート回路５００やＰＣＢのような他の部品の特性が変更されても、一定に所望の程度の遮断性能を得ることができる。図１３及び図１４の図に示したＲＦ送受信機１３００、１４００は、ＲＦ信号を送・受信するアンテナ１４０、ベースバンド信号をＲＦ送信信号ＴＸ_１に変換する送信部１２０、結合装置１３０１、結合装置１３０１の出力を入力信号として受けてベースバンド信号に変換する受信部１３４０、１４４０及びベースバンド信号を処理するベースバンド部６６０を備える。結合装置１３０１は、４ポート回路５００及び減衰値の制御可能な可変型減衰器１３３０を備える。
図１３及び図１４の受信部１３４０、１４４０は、入力された信号を減算及び増幅する低雑音増幅器１３４１、送信漏れ信号の信号強度ＲＳＳＩを測定する信号強度測定部１３４２、測定されたＲＳＳＩ値に基づいて可変型減衰器１３３０の減衰値を制御する減衰器制御部１３４３を共通に備える。
図１３と図１４のＲＦ送受信機１３００、１４００の差異は、以下で別に説明する。

実施形態２−１
図１３に示したＲＦ送受信機１３００は、送信部１２０、受信部１３４０、結合装置１３０１、アンテナ１４０及びベースバンド部６６０を備える。
結合装置１３０１は、４ポート回路５００及び減衰値の制御可能な可変型減衰器１３３０を備える。
受信部１３４０は、低雑音増幅器１３４１、信号強度測定部１３４２及び測定されたＲＳＳＩ値に応じて可変型減衰器１３３０の減衰値を制御する減衰器制御部１３４３を備える。
４ポート回路５００の第１ポートｐｏｒｔ １に送信部１２０から提供された送信信号ＴＸ_１が入力され、第２ポートｐｏｒｔ ２にアンテナ１４０が接続され、第４ポートｐｏｒｔ ４は、可変型減衰器１３３０の入力端に接続される。受信部１３４０に含まれた低雑音増幅器１３４１は、第３ポートｐｏｒｔ ３の出力ＴＸ_３、ＲＸ_３及び可変型減衰器１３３０の出力ＴＸ_５、ＲＸ_５を入力されて減算、増幅機能を行い、信号強度測定部１３４２は、低雑音増幅器１３４１の出力ＲＸ_６から送信漏れ信号の信号強度ＲＳＳＩを測定し、該測定されたＲＳＳＩ値を減衰器制御部１３４３に伝達する。減衰器制御部１３４３は、測定されたＲＳＳＩ値に基づいて、最も低いＲＳＳＩ値を有するように可変型減衰器１３３０の減衰値を制御することによって、送信信号の遮断効果を極大化することができる。受信部１３４０の出力は、ベースバンド部６６０に入力される。

実施形態２−２
図１４に示したように、ＲＦ送受信機１４００は、結合装置１３０１、アンテナ１４０、送信部１２０、受信部１４４０及びベースバンド部６６０を備える。
結合装置１３０１は、４ポート回路５００及び減衰値の制御可能な可変型減衰器１３３０を備える。
受信部１４４０は、低雑音増幅器１３４１、信号強度測定部１３４２、ベースバンド変換部１４４４及び測定されたＲＳＳＩ値に応じて可変型減衰器１３３０の減衰値を制御する減衰器制御部１３４３を備える。
４ポート回路５００の第１ポートｐｏｒｔ １に送信部１２０から提供された送信信号ＴＸ_１が入力され、第２ポートｐｏｒｔ ２にアンテナ１４０が接続され、第４ポートｐｏｒｔ ４は、可変型減衰器１３３０の入力端に接続される。受信部１４４０に備えられた低雑音増幅器１３４１は、第３ポートｐｏｒｔ ３の出力ＴＸ_３、ＲＸ_３及び可変型減衰器１３３０の出力信号ＴＸ_５、ＲＸ_５の入力を受けて減算、増幅機能を行い、該減算、増幅された出力信号ＲＸ_６をベースバンド変換部１４４４に伝達する。

図１４に示したＲＦ送受信機１４００は、図１３のＲＦ送受信機１３００とは異なり、別途のベースバンド変換部１４４４を受信部１４４０に備える。ベースバンド変換部１４４４は、受信部１４４０に備えられた低雑音増幅器１３４１と信号強度測定部１３４２との間に接続されて、低雑音増幅器１３４１から出力された信号ＲＸ_６の入力を受けて、ＢＢ＿Ｉ及びＢＢ＿Ｑの出力をベースバンド部６６０に提供し、Ｌｅａｋ＿Ｉ及びＬｅａｋ＿Ｑの出力を信号強度測定部１３４２に伝達する。ベースバンド変換部１４４４は、ミキサー（ｍｉｘｅｒ）１４４５と低帯域フィルタ（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）１４４６とを備える。
信号強度測定部１３４２は、ベースバンド変換部１４４４から出力された信号Ｌｅａｋ＿Ｉ、Ｌｅａｋ＿Ｑの信号強度ＲＳＳＩを測定し、該測定されたＲＳＳＩ値を減衰器制御部１３４３に伝達する。減衰器制御部１３４３は、測定されたＲＳＳＩ値に基づいて、最も低いＲＳＳＩ値を有するように可変型減衰器１３３０の減衰値を制御することにより、送信信号の遮断効果を極大化することができる。

図１５は、本発明の一実施形態によるＲＦ送受信機１３００で行われる送信信号の遮断効果を極大化する可変型減衰器１３３０の減衰値を探す方法を示したフローチャートである。
まず、可変型減衰器１３３０の減衰値を予め設定された最小値に設定する（Ｓ１）。
その後、ＲＦ信号を受信し、第４ポートｐｏｒｔ ４の出力信号が可変型減衰器１３３０に入力され、可変型減衰器１３３０の出力と第３ポートｐｏｒｔ ３の出力とが減算器６７０に入力され、減算された信号が出力される（Ｓ２）。
その後、減算器６７０の出力から送信漏れ信号の信号強度ＲＳＳＩを測定する（Ｓ３）。
その後、可変型減衰器１３３０の減衰値を順次高めつつ、ＲＳＳＩ値を測定する（Ｓ４）。
その後、測定されたＲＳＳＩ値のうち、最も低いＲＳＳＩ値であるときの減衰値を可変型減衰器１３３０の減衰値として設定する（Ｓ５）。
提案された新しい結合装置は、以上説明した実施形態にのみ限定されるものではなく、１個のアンテナを共有して信号を送信及び受信する無線通信システムにおいて、受信される信号から送信信号の漏れた信号を分離するすべての無線通信システムに適用可能であることは明らかである。

以上説明したように、本発明の属する技術分野における当業者は、本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施できるということを理解できるはずである。
したがって、以上記述した実施形態は、すべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならず、本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、後述する特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその等価概念から導かれるすべての変更又は変形された形態が本発明の範囲に属するものと解さねばならない。

１２０ 送信部
１３０ 受信部
１４０ アンテナ
２１０ 方向性結合器
５００ ４ポート回路
６００ 結合装置
６３０ 減衰器
６７０ 減算器
６６０ ベースバンド部

Claims (12)

1. 送信部と受信部とがアンテナを共有する送受信機におけるＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、無線周波数）送信信号とＲＦ受信信号とを分配する結合（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）装置であって、
   第１ポート、第２ポート、第３ポート及び第４ポートを有する４ポート回路として、
   前記第１ポートと前記第２ポートとの間に通過経路が形成されており、前記第１ポートに入力された信号は、前記第４ポートにカップリングされ、前記第２ポートに入力された信号は、前記第３ポートにカップリングされ、前記第１ポートと前記第３ポートとの間は、遮断（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）されており、前記第２ポートと前記第４ポートとは、遮断されている４ポート回路と、
   前記第４ポートから出力される信号を減衰させて出力する減衰器とを備え、
   前記ＲＦ送信信号が前記第１ポートに入力され、前記ＲＦ受信信号が前記第２ポートに入力され、前記減衰器の出力及び前記第３ポートの出力が前記受信部に提供される結合装置。
2. 前記第３ポートの出力信号から前記減衰器の出力信号を減算する減算器をさらに備え、
   前記減算器の出力が前記受信部に提供される、請求項１に記載の結合装置。
3. 前記減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であることを特徴とする、請求項１に記載の結合装置。
4. 前記４ポート回路は、方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ）及び高周波変成器（ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のうち、いずれか一つであることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の結合装置。
5. 送信部、受信部及び請求項１に記載の結合装置を備える送受信機であって、
   前記減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であり、
   前記受信部は、前記第３ポートの出力信号から前記減衰器の出力信号を減算して増幅する低雑音増幅器（ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＬＮＡ）と、
   前記低雑音増幅器の出力から送信漏れ信号の信号強度（ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ；ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定部と、
   前記測定されたＲＳＳＩ値に応じて、前記減衰器の減衰値を制御する制御部とを備える、送受信機。
6. 前記結合装置の前記第２ポートに接続されるアンテナをさらに備える、請求項５に記載の送受信機。
7. 送信部、受信部及び請求項２に記載の結合装置を備える送受信機であって、
   前記減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であり、
   前記減算器は、前記第３ポートの出力信号から前記減衰器の出力信号を減算し、
   前記受信部は、減算器の出力から送信漏れ信号の信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定部と、
   前記測定されたＲＳＳＩ値に応じて前記減衰器の減衰値を制御する制御部とを備える送受信機。
8. 前記結合装置の第２ポートに接続されるアンテナをさらに備える、請求項７に記載の送受信機。
9. 送信部、受信部及び請求項１に記載の結合装置を備える送受信機であって、
   前記減衰器は、減衰程度を可変する制御可能な可変型減衰器であり、
   前記受信部は、前記第３ポートの出力信号から前記減衰器の出力信号を減算して増幅する低雑音増幅器と、
   前記低雑音増幅器の出力信号をダウン変換するミキサー（Ｍｉｘｅｒ）と、
   前記ミキサーの出力の低周波成分のみを通過させる低帯域フィルタ（ｌｏｗ ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ、ＬＰＦ）と、
   前記低帯域フィルタの出力から送信漏れ信号の信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定部と、
   前記測定されたＲＳＳＩ値に応じて前記減衰器の減衰値を制御する制御部とを備える送受信機。
10. 前記結合装置の第２ポートに接続されるアンテナをさらに備える、請求項９に記載の送受信機。
11. 前記４ポート回路は、方向性結合器及び高周波変成器のうち、いずれか一つであることを特徴とする、請求項５〜１０のうちのいずれか１項に記載の送受信機。
12. 請求項５、７又は９のうちのいずれか１項に記載の送受信機において、前記制御部が前記可変型減衰器の減衰値を制御する方法であって、
    前記可変型減衰器の減衰値を予め設定された最小値に設定するステップと、
    ＲＦ信号を受信し、前記第４ポートの出力が前記可変型減衰器に入力され、前記可変型減衰器の出力と前記第３ポートの出力とが前記減算器により減算されるステップと、
    前記減算器の出力から送信漏れ信号の信号強度（ＲＳＳＩ）を測定する信号強度測定ステップと、
    前記可変型減衰器の減衰値を順次高め、前記減算器の出力のＲＳＳＩ値を測定するステップと、
    前記測定されたＲＳＳＩ値のうち、最も低いＲＳＳＩ値であるときの減衰値を前記可変型減衰器の減衰値として設定するステップとを含む減衰値の制御方法。