JP2014519229A

JP2014519229A - 絶縁型零度反応性無線周波数高出力結合器

Info

Publication number: JP2014519229A
Application number: JP2014508460A
Authority: JP
Inventors: ヒュン，リアン; ホドゲッツ，マイケル
Original assignee: アルカテル−ルーセント
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2014-08-07
Also published as: EP2702688A1; KR20130143722A; US20120274414A1; WO2012148843A1; CN103609019B; EP2702688B1; US8698576B2; KR101507260B1; CN103609019A

Abstract

例示的な通信デバイスは、第１通信コンポーネントと結合するように構成された第１伝送線を有する結合器を含む。第２伝送線は、第２通信コンポーネントと結合するように構成されている。第３伝送線は、第１および第２伝送線と結合されている。絶縁モジュールは、第１および第２伝送線と結合されている。絶縁モジュールは、コンポーネントのうちの１つが動作不能である場合は第１通信コンポーネントを第２通信コンポーネントから絶縁するように構成された、抵抗、キャパシタンス、およびインダクタンスを有する。また、絶縁モジュールコンポーネントは、コンポーネントのうちの１つが動作不能である場合は第１および第２伝送線にＲＦ整合を提供するように構成されている。

Description

本発明は、一般に通信に関する。より具体的には、本発明は通信のために信号を結合することに関する。

通信システム内には、信号を結合するための様々な用途がある。たとえば、零度反応性結合および９０度ハイブリッド方式は、マルチ・キャリア電力増幅器（ＭＣＰＡ）および平衡電力増幅器（ＰＡ）、または低雑音増幅器（ＬＮＡ）の構成を実現するために使用されてきた。知られている手法に関連付けられるトレード・オフおよび制限がある。たとえば、製造可能性のためのマルチ・レイヤ・ブロード・サイド構造（ｂｒｏａｄｓｉｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する９０度ハイブリッド方式はポート絶縁（ｐｏｒｔｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を提供するが、より低いピーク・パワー・ハンドリングと比較的高いコストに悩まされる。したがって、９０度ハイブリッド方式は、フレーム・レベル・アプリケーションにとって好ましい選択ではない。一方、反応性結合器は、限られたポート絶縁を有する。したがって、ＭＣＰＡ構成で使用される場合、そのような結合器は、１つの増幅器の故障が他の増幅器に問題を生じさせる可能性をもたらす。言い換えれば、増幅器のうちの１つが故障すると、１つの増幅器が動作不能である場合の残りのＲＦ電力は、反応性結合器の整合しない状況の結果として部分的に失われる。

ポート・クロス・オーバ・レジスタ（ｐｏｒｔｃｒｏｓｓｏｖｅｒｒｅｓｉｓｔｏｒ）を含むウィルキンソン型の無線周波数結合器は、ポート絶縁の問題に対処することができる。しかし、ウィルキンソン型の結合器は、クロス・オーバ・レジスタの接地へのキャパシタンスのために、さらなる無線周波数損失とポートの間隔制限をもたらす。したがって、ウィルキンソン型結合器は、フレーム・レベルの高出力アプリケーションにとって有用とは考えられない。このような支線結合器およびブロード・サイド結合器などの他のタイプの知られている結合器は良好なポート絶縁を提供するが、レイアウトおよび製造が困難である、ＲＦ損失が比較的高い、およびコストが比較的高いという欠点がある。

開示した例の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明から当業者に明らかになるであろう。詳細な説明に付随する図面を、以下のように簡単に説明できる。

本発明の実施形態によって設計された例示的通信デバイスを概略的に示す図である。

図１は、結合器２０を含む通信デバイスを概略的に示している。第１伝送線２２は、第１通信コンポーネント２４と結合するように構成されている。第２伝送線２６は、第２通信コンポーネント２８と結合するように構成されている。

第３伝送線３０は、第１伝送線２２および第２伝送線２６と結合されている。通信コンポーネント２４および２８からの信号は、第３伝送線３０に沿って伝搬される合成信号に合成される。

一例では、通信コンポーネント２４、２８は増幅器を備え、結合器２０はマルチ・キャリア電力増幅器（ＭＣＰＡ）の結合のために使用される。一例では、通信コンポーネント２４および２８は、無線通信システムマクロセル基地局の増幅器を備える。例示的結合器２０によって、このような増幅器からの信号を高出力および低損失で合成できるようになる。

通信コンポーネント２４と２８との両方が許容される方法で動作している場合、第３伝送線３０上で結果として得られる合成信号は所望の特性を有する。ある状況下では、通信コンポーネント２４または２８のうちの１つが機能不良になるか、または故障して、所望するように動作できない（すなわち、少なくとも一時的に動作不能になる）可能性がある。図示した例は、通信コンポーネント２４と２８とを互いに絶縁して、それらの通信コンポーネントのうちの１つが動作不能になった場合に、もう１つのコンポーネントの性能に悪影響を及ぼさないようにする絶縁モジュール３２を含む。絶縁モジュール３２は、通信コンポーネント２４および２８のうちの１つが動作不能になった場合に、それらの通信コンポーネントを互いに絶縁するための、抵抗、キャパシタンス、およびインダクタンスを含む。また、絶縁モジュール３２は、コンポーネント２４または２８のうちの１つが動作不能になった場合、第１伝送線２２と第２伝送線２６との間の整合を提供する。

例示的な絶縁モジュール３２は、第４伝送線３４を含む。第１レジスタ３６は、第４伝送線３４と接地との間に結合されている。また、絶縁モジュール３２は、第２伝送線２６に結合された第５伝送線３８を含む。第２レジスタ４０は、第５伝送線３８と接地との間に結合されている。第１コンデンサ４２は第１レジスタ３６と並列であり、第４伝送線３４と接地との間に結合されている。第２コンデンサ４４は第１レジスタ４０と並列であり、第５伝送線３８と接地との間に結合されている。第３コンデンサ４６は、第１コンデンサ４２および第２コンデンサ４４と並列である。

第１インダクタ４８は、第１コンデンサ４２および第１レジスタ３６と並列である。第１インダクタ４８は、第４伝送線３４と第３コンデンサ４６との間に結合されている。第１インダクタ４８は、第１インダクタ４８と接地との間の第３コンデンサ４６と直列である。第２インダクタ５０は、第２コンデンサ４４および第２レジスタ４０と並列である。第２インダクタ５０は、第５伝送線３８と第３コンデンサ４６との間に結合されている。第２インダクタ５０は、第３コンデンサ４６と直列である。

一例では、図示した例に合致する絶縁モジュールを実現するために、低コストのマイクロストライプ線、またはストライプ線の製造技法を使用することができる。絶縁モジュールコンポーネントの例示的構成は、入力間に比較的大きな間隔が必要とされる可能性のある状況において有用であることを表す。

絶縁モジュール３２のコンポーネントは受動的であると考えられる。通信コンポーネント２４と２８との両方が予想または所望の通りに動作している場合、第１伝送線２２と第２伝送線２６とのそれぞれに、同じ電圧、位相、および振幅が存在している。このような状況下では、絶縁モジュール３２の受動素子は、結合器２０、または通信コンポーネント２４および２８の性能にいかなる影響も及ぼさない。

通信コンポーネント２４または２８のうちの１つが動作不能になった場合、受動素子は、絶縁モジュールと伝送線２２および２６との間の接合部にそれぞれＲＦ整合を提供する。一方の第４伝送線３４および第１伝送線２２の結合と、他方の第２伝送線２６および第５伝送線３８の結合との間のＲＦ整合によって、一方の結合が、他方の入力に関わらず整合していることが確実になる。たとえば、レジスタ３６、コンデンサ４２および４６、ならびにインダクタ４８は、第１伝送線２２（５０オーム）および第１通信コンポーネント２４（５０オーム）と整合する。同様に、レジスタ４０、コンデンサ４４および４６、ならびにインダクタ５０は、第２伝送線２６（５０オーム）および第２通信コンポーネント２８（５０オーム）と整合する。ＲＦ整合によって、通信コンポーネント２４と２８が互いにＲＦ絶縁されるので、通信コンポーネント２４と２８のうちの１つが動作不能になった場合、他方に悪影響を及ぼさない。

図示した例は、たとえば、第１伝送線２２と第４伝送線３４との間の接合部で示している望ましくないキャパシタンスを回避するために、第１および第２伝送線の動作周波数で共振するように絶縁モジュール３２のコンポーネントを同調させることによって、損失を最小化する。これは、クロス・オーバ・レジスタが原因で望ましくないキャパシタンスを回避することができないウィルキンソン結合器などの他の結合器とは異なる。損失を最小限に抑えながら所望の整合と絶縁を提供するために、絶縁モジュール３２のコンポーネントの一意の構成および結合によって、このような望ましくないキャパシタンスを回避できる。

コンポーネント２４または２８のうちの１つが所望するように機能しない場合に、絶縁モジュール３２の抵抗は、普通なら問題である電力を吸収する。絶縁モジュール３２のインダクタンスおよびキャパシタンスは、ＲＦ整合を提供するために動作周波数で共振する。電力吸収とＲＦ整合によって、電力損失を低減しながら絶縁が提供される。

一例では、結合器２０は、８００ＭＨｚセルラー無線通信のために使用される。この例では、第１通信コンポーネント２４は、５０オームのシステムまたはコンポーネントと見なされうる増幅器である。第２通信コンポーネント２８も、５０オームのシステムまたはコンポーネントと見なされうる増幅器である。このような一例では、第１伝送線２２および第２伝送線２６は、それぞれ５０オーム、９０度の伝送線である。第３伝送線３０は３５オーム、９０度の伝送線であり、第３伝送線３０からの合成信号が５０オームのシステムに整合される。

第４伝送線３４および第５伝送線３８は、それぞれ３５オーム、９０度の伝送線である。第１レジスタ３６は、第２レジスタ４０の抵抗と等しい抵抗を有する。一例では、それらのそれぞれのレジスタは２５オームの抵抗を有する。その抵抗は、４分の１波長整合を実現する機能を提供する（たとえば、３５オーム＝ＳＱＲＴ（５０オーム×２５オーム））。

このような一例では、第１コンデンサ４２は、第２コンデンサ４４のキャパシタンスと等しいキャパシタンスを有する。一例では、そのキャパシタンスは７．９６ｐＦである。第１インダクタ４８は、第２インダクタ５０のインダクタンスと等しいインダクタンスを有する。８００ＭＨｚの通信信号に有用な一例では、そのインダクタンスは４．９７５ｎＨと等しい。このような一例における第３コンデンサ４６のキャパシタンスは１５．９２ｐＦである。

５０オームの通信コンポーネントおよび８００ＭＨｚのセルラー通信信号を含む構成についての例示的な値を提供したが、所与の状況では他のコンポーネントの値が有用であることが分かるだろう。この説明の利益を得る当業者は、彼らの特定の状況のニーズを満たすために絶縁モジュール３２内のコンポーネントの値を最適化する方法を理解できるであろう。

図示した例は、高出力アプリケーションに対応し、ＲＦ絶縁を提供し、伝送損失を最小限に抑える。さらに、図示した例は、比較的低コストのソリューションを可能にする、実現可能な設計実装を提供する。図示した例では、ある増幅器が動作不能になった場合に、もう１つの増幅器で確実にＲＦ電力伝送できるようにするために、入力ポート（たとえば、通信コンポーネント２４と伝送線２２との間、および通信コンポーネント２８と伝送線２６との間のそれぞれの結合）の十分な絶縁を提供する。さらに、その絶縁は最小限のメインパスＲＦ損失で利用可能である。一例では、図示した構成は、絶縁を提供する他の知られている結合器と比較して、約０．１５〜０．２デシベルのメインパス損失の利点を提供する。無線通信では、たとえば、０．５デシベルの損失は重要と考えられるので、メインパス損失におけるあらゆる低減が重要なものと考えられる。たとえば、メインパス損失を約０．２デシベル低減することによって、マクロセル基地局トランシーバ（ＢＴＳ）にとって数百ワットＤＣの節約になる。したがって、図示した例によって、従前の結合器の弱点や欠点を回避しながら、マクロセルのＢＴＳでＭＣＰＡを実施できるようになる。

上記の説明は、事実上例示的なものであり、限定的なものではない。開示した例の変形および修正は本発明の本質から必ずしも逸脱しないことが、当業者には明らかになるであろう。本発明に与えられる法的保護の範囲は、以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定されうる。

Claims

第１通信コンポーネントと結合するように構成された第１伝送線と、
第２通信コンポーネントと結合するように構成された第２伝送線と、
前記第１および第２伝送線と結合されている第３伝送線とを含む結合器と、
前記第１および第２伝送線と結合された絶縁モジュールであって、前記コンポーネントのうちの１つが動作不能である場合は前記第１通信コンポーネントを前記第２通信コンポーネントから絶縁して、前記コンポーネントのうちの１つが動作不能である場合は前記第１および第２伝送線にＲＦ整合を提供するように構成された、抵抗、キャパシタンス、およびインダクタンスを有する絶縁モジュールとを備える、通信デバイス。
前記絶縁モジュールが、
前記第１伝送線に結合された第４伝送線と、
前記第４伝送線と接地との間に結合された第１レジスタと、
前記第２伝送線に結合された第５伝送線と、
前記第５伝送線と接地との間に結合された第２レジスタとを備える、請求項１に記載のデバイス。
前記絶縁モジュールが、
前記第４伝送線と接地との間にあり、前記第１レジスタと並列である第１コンデンサと、
前記第４伝送線と接地との間にあり、前記第２レジスタと並列である第２コンデンサと、
前記第１および第２コンデンサと並列である第３コンデンサと、
前記第１および第２コンデンサと前記第３コンデンサとの間にあり、前記第３コンデンサと直列である少なくとも１つのインダクタとを備える、請求項２に記載のデバイス。
前記少なくとも１つのインダクタが、
前記第１コンデンサと前記第３コンデンサとの間にあり、前記第１コンデンサと並列である第１インダクタと、
前記第２コンデンサと前記第３コンデンサとの間にあり、前記第２コンデンサと並列である第２インダクタとを備える、請求項３に記載のデバイス。
前記絶縁モジュールが、
前記第１伝送線に結合された第４伝送線と、
前記第４伝送線と接地との間に結合された第１レジスタと、
前記第２伝送線に結合された第５伝送線と、
前記第５伝送線と接地との間に結合された第２レジスタと、
前記第４伝送線と接地との間にあり、前記第１レジスタと並列である第１コンデンサと、
前記第４伝送線と接地との間にあり、前記第２レジスタと並列である第２コンデンサと、
前記第１および第２コンデンサと並列である第３コンデンサと、
前記第１コンデンサと前記第３コンデンサとの間にあり、前記第１コンデンサと並列である第１インダクタと、
前記第２コンデンサと前記第３コンデンサとの間にあり、前記第２コンデンサと並列である第２インダクタとを備える、請求項１に記載のデバイス。
前記第１レジスタの抵抗が、前記第２レジスタの抵抗と等しく、
前記第１インダクタのインダクタンスが前記第２インダクタのインダクタンスと等しく、
前記第１コンデンサのキャパシタンスが前記第２コンデンサのキャパシタンスと等しい、請求項５に記載のデバイス。
前記絶縁モジュールが、
前記第１通信コンポーネントを前記第２通信から絶縁して、前記絶縁モジュールと前記第１伝送線との間の結合、および前記絶縁モジュールと前記第２伝送線との間の結合にキャパシタンスをもたらさずに、前記第１および第２伝送線にＲＦ整合を提供する、請求項１に記載のデバイス。
前記絶縁モジュールの前記キャパシタンスおよび前記インダクタンスが、前記第１伝送線と前記絶縁モジュールとの間の前記結合で示している望ましくないキャパシタンスを回避するために、前記第１伝送線の動作周波数で共振する、請求項１に記載のデバイス。
前記絶縁モジュールが、
前記第１伝送線の前記動作周波数で共振するために同調された第１コンデンサおよび第１インダクタと、
前記第２伝送線の動作周波数で共振するために同調された第２コンデンサおよび第２インダクタを備える、請求項８に記載のデバイス。
前記絶縁モジュールの前記キャパシタンスおよび前記インダクタンスが、前記第２伝送線と前記絶縁モジュールとの間の前記結合で示している望ましくないキャパシタンスを回避するために、前記第２伝送線の動作周波数で共振する、請求項８に記載のデバイス。