JP2012065143A - 送受信切替器における前置増幅器保護回路及び電力増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は送受信切替器における前置増幅器保護回路に関し、前置増幅器を保護することを目的としている。
【解決手段】送信波を入力して電力増幅させ、アンテナ５に供給して送信すると共に、アンテナ５からの信号を受信して前置増幅器７に与えるように構成され、送信と受信を切り替えることができるように構成された送受信切替器において、送信波を電力増幅してアンテナ５に供給する電力増幅器１と、該電力増幅器１の出力側に設けられた送信波を検出するためのカプラ１０と、該カプラ１０の出力を受けて、元の切り替え信号とのＯＲをとり、切り替え信号として送受信切替器に与えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は送受信切替器における前置増幅器保護回路及び電力増幅器に関し、更に詳しくは送受信切替時における前置増幅器の保護を図るようにした前置増幅器保護回路に関する。

図３は従来の一般的な送受信回路を示す図である。図において、１は送信波を受けて電力増幅する電力増幅器、３はコンデンサＣ１を介して前記電力増幅器１と接続されるダイオードａである。２は系を送信モードと受信モードに切り替えるための切り替え信号である。該切り替え信号２はコンデンサＣ２，抵抗Ｒ１及びコイルＬ１よりなる回路を介して前記ダイオード３のアノードに接続される。

５は送信波を送信すると共に、受信波を受信するアンテナである。このアンテナは、ＮＭＲ装置の場合には、検出器となる。該アンテナ５は、コンデンサＣ３を介してダイオード３のカソードに接続される。６はλ／４線路であり、その一端はダイオード３のカソードに接続されている。４はλ／４線路６の他端と接続されるダイオードｂであり、その他端はグラウンドと接続されている。７はλ／４線路とコンデンサＣ４を介して接続され、アンテナ５で検出した受信信号を増幅する前置増幅器である。この前置増幅器７の出力は図示しない受信機に入るようになっている。

ダイオードａ及びダイオードｂは電流を流すと、高周波に対して導通状態となるダイオードである。例えばピン（ＰＩＮ）ダイオード等が用いられる。λ／４線路６は使用周波数の１／４波長の電気長を持つ線路である。λ／４線路６としては、例えば同軸ケーブルが用いられる。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。

送信波が電力増幅器１により送信に足りる電力まで増幅される。送信状態の時には、切り替え信号２を正の電圧にする。するとダイオードａ，ダイオードｂに電流が流れ、送信波に対して導通状態になる。ダイオードａが導通状態なので、送信波はダイオードａとコンデンサＣ３を介してアンテナ５に供給される。

一方、λ／４線路６はダイオードｂで片端がグラウンドに短絡されるため、使用周波数においてそのインピーダンスが理論的に無限大になり、送信波が通過するのを阻止する。よって、増幅された送信波は前置増幅器７の方向には流れることがない。これに対して受信状態の時には、切り替え信号２を負の電圧にする。すると、ダイオードａ、ダイオードｂ共に逆バイアスとなり、非導通となる。よって、アンテナ５で受信された信号は電力増幅器１の方向には流れることはなく、前置増幅器７の方向に伝えられる。

従来のこの種の装置としては、少なくとも２つの通信方式に共用可能な通信端末であって、第１の周波数で第１の方式での通信が可能であり、この第１の周波数より高い周波数で第２の方式又は第３の方式での通信を選択可能であることを特徴とする通信端末が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−３２５０４９号公報（段落００２６〜００２７、図９）

図５は従来回路の送受信切り替えタイミングの制御の様子を示す図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、８は回路の全体の動作を制御する制御回路である。９は該制御回路８によってその出力が制御される発振器である。該発振器９の出力が送信波として電力増幅器１に入力される。また、制御回路８からは切り替え信号２も出力される。このように構成された回路の動作を説明すると、以下の通りである。

制御回路８から発振器９に送信波を出力するための信号が伝えられ、送信波が生成される。電力増幅器１から出力される送信波は、発振器９や電力増幅器１を通過することによって多少の遅れ時間を持つ。そのため、切り替え信号２は、その時間遅れを見越して、切り替えの待ち時間をとったタイミングで制御回路８から出力される。

図６は図５に示す回路の動作タイミングを示す図である。（ａ）は送信波を出力させる信号、（ｂ）は電力増幅器１から出力される送信波、（ｃ）は切り替え信号のタイミングである。

送信波を出力させる信号が（ａ）に示すように出力されたものとする。電力増幅器１からは（ｂ）に示すようにΔｔ１だけ遅れて送信波が出力される。そこで、切り替え信号のタイミングは、（ｃ）に示すように送信波の遅れΔｔ１を見越した時間Δｔ２だけ切り替えの待ち時間Δｔ２をとった後、モードが送信モードから受信モードに切り替わる。このように切り替わることにより、送信波が受信波に混入することはない。

ここで、電力増幅器１の種類を変えたり、送信波に変調をかけたりすると、遅れが変動することがある。若し、その遅れが当初見越した切り替えの待ち時間を上回ってしまうと、送信波がまだ出ている時に送受信回路が受信に切り替わってしまうことがある。

図７は従来回路の問題点の説明図である。（ａ）に示すように、送信波を出力させる信号がΔｔ１という送信波の予想以上の遅れが生じたものとする。この結果、（ｂ）に示すように、電力増幅器１から出力される送信波は、当初見越した切り替えの待ち時間Δｔ２を越えて更にΔｔ３だけ遅れてしまうことがある。切り替え信号は、（ｃ）に示すように当初の見越し時間Δｔ２だけ遅れて切り替えてしまう。従って、Δｔ３の遅れ時間だけ、送信波が受信モードの時にも出力されてしまう。

受信状態ではダイオードａが逆バイアスで非導通状態ではあるが、そのアイソレーション（分離）には限界があり、電力増幅された送信波が前置増幅器７に漏れてしまう。このため、漏れた電力により前置増幅器７が飽和して正常動作に復帰するまでに時間がかかったり、ひどい場合には前置増幅器７の特性を劣化させたり、故障させたりする場合がある。一般的に送信波の振幅はアンテナ５で受信される信号よりもはるかに大きいため、前置増幅器７は飽和する。飽和して元の状態に戻るのに時間がかかったり、故障させたりする。

送信から受信に切り替える速度を要求されない場合は、単に切り替えの待ち時間を変動に耐えうるよう長く取ればよいと考えられる。しかしながら、例えばＮＭＲ装置では、高周波パルス送信後に放出されるＮＭＲ信号は時間と共に減衰してしまうため、なるべく速く受信モードに切り替えて信号を取り込む必要がある。このため、そのような用途に使用される送受信切替器では、切り替えの待ち時間を長くとることができない。

本発明はこのような課題に鑑みなされたものであって、受信モードに入った時にまだ送信状態が続いてしまうという不具合を確実に防止することができる送受信切替器における前置増幅器保護回路を提供することを目的としている。

上記した課題を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。

（１）請求項１記載の発明は、送信波を入力して電力増幅させ、アンテナに供給して送信すると共に、アンテナからの信号を受信して前置増幅器に与えるように構成され、送信と受信を切り替えることができるように構成された送受信切替器において、送信波を電力増幅してアンテナに供給する電力増幅器と、該電力増幅器の出力側に設けられた送信波を検出するためのカプラと、該カプラの出力を受けて、ロジック的に処理できる信号に置き換える検波回路と、該検波回路の出力と元の切り替え信号とのＯＲをとり、切り替え信号として送受信切替器に与えるようにした制御回路とを具備することを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、前記送受信切替器は、電力増幅器と該電力増幅器の出力に接続されたカプラと、該カプラの出力を受けてロジック的に処理できる信号に置き換える検波回路と、前記カプラの他端と接続される第１のダイオードと、該第１のダイオードと接続されたλ／４線路と、該λ／４線路の他端とグラウンド間に接続された第２のダイオードと、前記λ／４線路と接続された前置増幅器とから構成されることを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、前記λ／４線路の代わりにインダクタＬとコンデンサＣを使用したＬＣ型の回路を用いることを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、電力増幅器の出力に、該電力増幅器が使用されていない時にはグラウンドに、該電力増幅器が使用されている時にはその出力をグラウンドから切り離す切替回路を設けたことを特徴とする。

本発明は以下に示すような効果を有する。

（１）請求項１記載の発明によれば、送信波を検出するカプラの出力と元の切り替え信号とのＯＲをとったもので、送受信切り替え信号を作成するようにしたので、受信モードに切り替わっても送信信号が漏れる不具合を防止することができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、電力増幅器と該電力増幅器の出力に接続されたカプラと、該カプラの他端と接続される第１のダイオードと、該第１のダイオードと接続されたλ／４線路と、該λ／４線路の他端とグラウンド間に接続された第２のダイオードと、前記λ／４線路と接続された前置増幅器とから構成されるようにしたので、送受信切り替えを信号を確実に動作させることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、λ／４線路の代わりにＬＣ型の回路を用いても、送信モードの時に、前置増幅器側に送信信号が漏れるのを防止することができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、電力増幅器のオン／オフ動作を確実に行なうことができる。

本発明回路の一実施例を示す図である。 本発明の各部の動作波形を示す図である。 従来の一般的な送受信回路を示す図である。 従来回路の切り替えタイミングを示す図である。 従来回路の送受信切り替えタイミングの制御の様子を示す図である。 図５に示す回路の動作タイミングを示す図である。 従来回路の問題点の説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は電力増幅器、２は切り替え信号、３はダイオードａ、４はダイオードｂ、５は送受信アンテナ、６はλ／４線路、７は前置増幅器、８は制御回路、９は発振器である。以上の構成は図５に示す従来回路と同じである。

９は制御回路８の制御信号を受けて送信信号を発生する発振器、１０は電力増幅器１の出力の検出を行なうカプラ、１１は該カプラ１０の出力を受けて、ロジック的に処理できる信号に置き換える検波回路である。系切り替え信号は、制御回路８内で作成される。２０は元の切り替え信号と検波回路１１からの信号とのＯＲ（論理和）をとるＯＲ回路である。そして、該ＯＲ回路２０の出力が切り替え信号２として用いられる。このように構成された回路の動作を説明すれば、以下の通りである。

図２は本発明の各部の動作波形を示す図である。（ａ）は送信波を出力させる信号、（ｂ）は電力増幅器１から出力される送信波、（ｃ）は検波回路１１の出力、（ｄ）は元の切り替え信号のタイミング、（ｅ）は元の切り替え信号と検波回路１１の出力のＯＲをとった信号である。この（ｅ）に示す信号を切り替え信号として用いる。
（Ａ）送信モード
送信モードの時には、（ａ）に示すように送信波を出力させる信号が出力される。この送信波を出力させる信号が出力されると、制御回路８は発振器から送信波を発生させる。この送信波は電力増幅器１に入り、その出力は（ｂ）に示すようなものとなる。カプラ１０はこの送信波を検出し、検波回路１１に与える。該検波回路１１はカプラ１０の出力を受けると、（ｃ）に示すように電力増幅器１から出力される送信波と同一幅Ｔの信号を出力する。

制御回路８は（ｄ）に示す元の切り替え信号と検波回路１１の出力とのＯＲをとり、このＯＲをとった信号を切り替え信号として回路に与える。この結果、図１に示す回路は送信モードとなり、ダイオードａとダイオードｂとをオンにする。この結果、電力増幅器１の出力でアンテナ５を駆動する。アンテナ５から送信波が送信される。この時、λ／４線路６を介してダイオードｂがグラウンドに接続されているので、λ／４は無限大のインピーダンスとなり、送信波が受信回路側に漏れることはない。
（Ｂ）受信モード
切り替え信号２が（ｅ）に示すように送信モードから受信モードになると、ダイオードａとダイオードｂはオフとなる。この結果、電力増幅器１からの送信波がアンテナ５側に漏れることはない。この時、アンテナ５で受信された信号はλ／４線路６を介して前置増幅器７に入力される。該前置増幅器７はアンテナ５で受信された信号を増幅して受信機（図示せず）に送られる。

本発明によれば、図２のタイミングチャートに示すように、受信モード中に送信波が前置増幅器７側に漏れることはなくなる。従って、前置増幅器７が飽和したりして、その特性が劣化したり、故障したりすることはない。

上述の実施例では、送信モードの時に受信側の線路をハイインピーダンスにするためにλ／４線路を用いた場合を例にとった。しかしながら、本発明はλ／４線路に限るものではない。同様の動作はインダクタＬとコンデンサＣを用いたＬＣ型回路でも実現することができる。

また、本発明は送受信切替器以外の回路にも応用することができる。例えば、電力増幅器の後段に取り付けるノイズブランカがある。電力増幅器は出力していない時でも基礎的なノイズを持っている。そのノイズをカットしたい時にはその出力をダイオードでグラウンドに落とすようなノイズブランカを使用する場合がある。若し、電力増幅器の出力が出ている状態でダイオードがグラウンドに落ちると、増幅器やノイズブランカのダイオードにダメージを与える。そこで本発明を利用してノイズブランカの制御信号を作成すれば、電力増幅器の故障を避けることができる。

１ 電力増幅器
３ ダイオードａ
４ ダイオードｂ
５ アンテナ
６ λ／４線路
７ 前置増幅器
８ 制御回路
９ 発振器
１０ カプラ
１１ 検波回路
２０ ＯＲ回路
Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ
Ｌ１ コイル
Ｒ１ 抵抗

Claims (4)

1. 送信波を入力して電力増幅させ、アンテナに供給して送信すると共に、アンテナからの信号を受信して前置増幅器に与えるように構成され、送信と受信を切り替えることができるように構成された送受信切替器において、
   送信波を電力増幅してアンテナに供給する電力増幅器と、
   該電力増幅器の出力側に設けられた送信波を検出するためのカプラと、
   該カプラの出力を受けて、ロジック的に処理できる信号に置き換える検波回路と、
   該検波回路の出力と元の切り替え信号とのＯＲをとり、切り替え信号として送受信切替器に与えるようにした制御回路と、
   を具備することを特徴とする送受信切替器における前置増幅器保護回路。
2. 前記送受信切替器は、電力増幅器と該電力増幅器の出力に接続されたカプラと、該カプラの出力を受けてロジック的に処理できる信号に置き換える検波回路と、前記カプラの他端と接続される第１のダイオードと、該第１のダイオードと接続されたλ／４線路と、該λ／４線路の他端とグラウンド間に接続された第２のダイオードと、前記λ／４線路と接続された前置増幅器とから構成されることを特徴とする請求項１記載の送受信切替器における前置増幅器保護回路。
3. 前記λ／４線路の代わりにインダクタＬとコンデンサＣを使用したＬＣ型の回路を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の送受信切替器における前置増幅器保護回路。
4. 電力増幅器の出力に、該電力増幅器が使用されていない時にはグラウンドに、該電力増幅器が使用されている時にはその出力をグラウンドから切り離す切替回路を設けたことを特徴とする電力増幅器の切替回路。

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