JP2012222489A - 高周波回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
平衡型増幅器とスイッチ回路を備えた高周波回路であって、前記平衡型増幅器は複数の入力ポートと異なるアンテナと接続される複数の出力ポートを有し、各入力ポート及び各出力ポートとグランドとの間に、スイッチ素子と抵抗とを備えた終端回路を有する。
【選択図】 図1
Description
第1ハイブリッド回路121に接続された終端抵抗225によって第1及び第2増幅器123、124の入力側からの反射波を吸収する。なお理想的には終端抵抗225が接続されるポートには電圧は現れない。また、第2ハイブリッド回路122に接続された終端抵抗226は、出力ポートOUTへ入力する反射波を吸収し、第1及び第2増幅器123の位相や出力電力のばらつきによって生じる合成損失を吸収する。理想的には終端抵抗226が接続されるポートにもまた電圧は現れない。
この回路では平衡型増幅器120の出力ポートの他方が、スイッチ回路を介さずにアンテナと接続される。送信時においては、送信器125と平衡型増幅器120との間に配置されたSPDTスイッチ回路129によってアンテナANTと送信器125とが接続される。平衡型増幅器120の出力ポートに接続されたSPDTスイッチ回路130によって終端抵抗133を介して接地され、高周波信号は送信器125からアンテナANTを経て放射される。
次に高周波回路におけるアンテナダイバシティの構成例を説明する。特許文献2には図25、図26に示す高周波回路が開示されている。この高周波回路170は、増幅器184の出力側に3つのSPDTスイッチ回路180、181、182が接続され、2つのアンテナANT1、ANT2と、第1受信回路Rx1、第2受信回路Rx2、送信回路Txとの間の接続を切り換える。
しかしながら、送信出力電力の高出力化に伴って、SPDTスイッチ回路180、181、182へ送信器から+26dBm(0.4W)以上の電力が入力される。
図27にSPDTスイッチ回路の基本的な構成を示す。第1ポートP1と第2ポートP2との間にはFETからなるスイッチング素子190と、第1ポートP1と第3ポートP3との間にはFETからなるスイッチング素子191とを備える。各スイッチング素子のゲート電極に制御ポートVから制御電圧が印加されて、各ポート間の電気的な接続状態を各スイッチング素子のON状態/OFF状態にて制御する。
また本発明の高周波回路を並列に設けて、それぞれの平衡型増幅器の出力ポート側にアンテナを接続してデータ送受信の帯域を広げる無線通信技術であるMIMO(Multi−Input Multi−Output)を実現可能な構成としても良い。
この様な簡単な構成でありながらアンテナダイバシティが利用可能であり、必要なスイッチ素子も低減できる為、挿入損失の増大を抑え、回路の大型化を防ぎながら電気的特性に優れた高周波回路をえることが出来る。
図3(a)(b)は終端回路の構成を示す等価回路である。スイッチ素子SWとしてFET(電界効果トランジスタ)やダイオードを用いることが出来る。スイッチ素子SWは制御ポートVより制御電圧が与えられON/OFFの状態が制御される。なお、ポートPs1、Ps2のどちらが入力ポートや出力ポートと接続しても良い。またDCカットコンデンサは省略し示しているが、終端回路と入力ポートや出力ポートとの間、あるいは入力ポートや出力ポートとハイブリッド回路との間に適宜配置される。
図5に示す図で、本発明の高周波回路で実現される接続状態を(a)条件1、(b)条件2として説明する。本発明では入力ポートの一つのポートと、出力ポートの一つのポートとが接地される。
また出力ポート側の第3終端回路302のスイッチ素子SW3がOFF状態に制御されて第1出力ポートOUT1とグランドとの間が高インピーダンスとなり、第4終端回路303のスイッチ素子SW4がON状態に制御されて低インピーダンスとなり第2出力ポートOUT2とグランドとの間が終端抵抗R4で接続される。
このようなスイッチ素子の制御によって、高周波回路は図22で示した回路構成と等価となり、第1入力ポートIN1から入力した高周波信号は第1出力ポートOUT1より出力される。なお反射波や合成損失は終端抵抗R2,R4に吸収される。
また出力ポート側の第3終端回路302のスイッチ素子SW3がON状態に制御されて低インピーダンスとなり第1出力ポートOUT1とグランドとの間が終端抵抗R3で接続され、第4終端回路303のスイッチ素子SW4がOFF状態に制御されて第2出力ポートOUT2とグランドとの間が高インピーダンスとなる。
このようなスイッチ素子の制御によって、高周波回路は図22で示した回路構成とは異なる入出力の関係が実現可能となる。なお平衡型増幅器自体の構成は変わらずその動作も同様であって、第2入力ポートIN2から入力した高周波信号は第2出力ポートOUT2より出力され、反射波や合成損失は終端抵抗R1,R3によって吸収される。
なお、固定局と移動局が近くにあって大きな送信出力電力が必要で場合には、一方の増幅器を非動作状態としても良い。この場合、第1、第2ハイブリッド回路によって分配損失が発生するものの、増幅器による電力消費を抑えることができる。
各入力ポートにはRFICから、各出力ポートにはアンテナから不要な信号が進入する場合がある。例えば、他方のアンテナからの放射波が他方のアンテナに入射する場合等、不要な信号が平衡型増幅器に入力すると損失が増加する。スイッチ回路320、321、322、323は、不要な信号が各経路に進入するのを防ぐ様に機能する。なお図中、各経路にスイッチ回路を配置するが、必要に応じて入力ポート側のみ、あるいは出力ポート側のみに設ける場合もある。
各スイッチ素子の制御は図7で示した高周波回路と同様である。このような構成によれば、入力1ポート、出力2ポートの高周波回路となり、各スイッチ素子の制御によって第5ポートPo5に入力した高周波信号を第3ポートPo3又は第4ポートPo4に出力することが容易に可能となる。
なお、第1スイッチ回路320、第2スイッチ回路321、第1終端回路300、第2終端回路301を一つのSPDTスイッチ回路SC5として見ることも可能である。図10はSPDTスイッチ回路SC5の等価回路である。第1スイッチ回路320のスイッチ素子SW10と第2終端回路301のスイッチ素子SW2のゲート間を接続して制御ポートVを共通とし、第2スイッチ回路321のスイッチ素子SW11と第1終端回路300のスイッチ素子SW1のゲート間を接続して制御ポートVを共通としている。
各スイッチ回路はFETからなるスイッチ素子で構成することが出来る。なお信号経路に配置される各スイッチ回路は高周波信号の電力によっては、FETの多段接続や、デュアルゲート構造などの耐電力を高めた構成を適宜採用し得る。また第1スイッチ回路320と第1終端回路300を第1スイッチ回路SC1とし、また第2スイッチ回路321と第2終端回路301を第2スイッチ回路SC2として示している。
なお図中の破線で示した部分は、RFIC内にて送信信号をTx1端子又はTx2端子へ出力するための部分である。スイッチ回路等を含んで構成される場合には、第1終端回路300を第1スイッチ回路SC1とし、第2終端回路301を第2スイッチ回路SC2として構成しても良い。
ここでは、第1ポートPo1と第6ポートPo6が接続される条件1(送信モードTx1)、第2ポートPo2と第8ポートPo8が接続される条件2(送信モードTx2)、第8ポートPo8と第9ポートPo9が接続される条件3(受信モードRx1)、第6ポートPo6と第9ポートPo9が接続される条件4(受信モードRx2)で、第1増幅器15、第2増幅器16は条件1、2では動作状態であり、条件3、4では非動作状態である場合を説明するが、異なるアンテナを使って送受信を同時に行なう場合は条件1と条件3や条件2と条件4が同時に成立するように、増幅器の動作状態や各スイッチ素子の動作状態が制御されて表3で示した動作と異なる場合がある。また、条件3、4では第1スイッチ回路SC1、第2スイッチ回路SC2は動作に寄与しないので、その各スイッチ素子のON/OFF状態は適宜設定され得る。
第1ハイブリッド回路20として90度ハイブリッドカップラを用いる場合、そのポートP1を第1入力ポートIN1と接続すると、ポートP2は第2増幅器16の入力側と接続され、ポートP3が第2入力ポートIN2と接続され、ポートP4が第1増幅器15の入力側と接続される。ポートP2に入力した信号は2分配され、ポートP2 とポートP4に現れる信号は、ポートP1−P2間での位相遅れのため90度の位相差となる。
この高周波回路では図18に示す様に、第1入力ポートIN1に高周波信号を入力すると第2出力ポートOUT2に現れ、第2入力ポートIN2に高周波信号を入力すると第1出力ポートOUT1に現れる。出力ポート側に現れる高周波信号の電圧は増幅器の他に第1、第2ハイブリッド回路20、21の移相差や特性インピーダンスのばらつきのよる結合差等に影響されるが、この高周波回路によればハイブリッド回路の移相差の影響を減じることが出来て、合成損失を低減することが出来る。
第1、第2増幅器15、16を領域で動作させると非線形動作となり、基本周波数成分の他に、偶数次高調波成分(2n倍波;nは1以上の自然数)、奇数次高調波成分(3n倍波)といった高調波成分が生じてしまう。偶数次高調波成分に対して第2ハイブリッド回路21は所定のインピーダンス負荷とはならず反射して第1、第2増幅器15、16へ入力し、基本波と混合されて、基本波と同じ周波数で移相のずれた周波数成分となる。これによって出力ポートから出力される高周波信号にリップルが生じる場合がある。また、高周波回路10に入力される高周波信号にも高調波成分が含まれ第1、第2増幅器15、16で増幅されてしまう場合もある。
15 第1増幅器
16 第2増幅器
30、31 高調波減衰手段
20 第1ハイブリッド回路
21 第2ハイブリッド回路
300 第1終端回路
301 第2終端回路
310 第3終端回路
311 第4終端回路
R1、R2、R3、R4 終端抵抗
IN1 第1入力ポート
IN2 第2入力ポート
OUT1 第1出力ポート
OUT2 第2入力ポート
Claims (5)
- 平衡型増幅器とスイッチ回路を備えた高周波回路であって、
前記平衡型増幅器は複数の入力ポートと異なるアンテナと接続される複数の出力ポートを有し、各入力ポート及び各出力ポートとグランドとの間にスイッチ素子と抵抗とを備えた終端回路を備えたことを特徴とする高周波回路。 - 前記平衡型増幅器は2つの入力ポートと2つの出力ポートを備え、一つの入力ポートへ信号を入力し、一つの出力ポートへ増幅後の信号が出力可能であり、他の入力ポートと出力ポートは前記抵抗で終端される様に各終端回路のスイッチ素子が制御されることを特徴とする請求項1に記載の高周波回路。
- 前記平衡型増幅器の入力ポート側にSPDTスイッチ回路が接続され、
前記SPDTスイッチ回路は各入力ポートに接続された前記終端回路を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波回路。 - 前記平衡型増幅器の出力ポートのそれぞれにSPDTスイッチ回路が接続され、
前記各SPDTスイッチ回路は出力ポートに接続された前記終端回路を含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の高周波回路。 - 前記平衡型増幅器の入力ポートは高周波半導体回路の送信回路と接続され、前記アンテナは高周波半導体回路の受信回路とも接続されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の高周波回路。
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Citations (5)
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