JP2016046587A - Switching device, transmitter receiver, and antenna device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching device, a transmitter receiver, and an antenna device capable of suppressing reduction of signal strength, while protecting the device.SOLUTION: A switching device has a first resonator, a second resonator, a third resonator, and a frequency setting unit. The first resonator is connected with an antenna element, and capable of changing the resonance frequency. The second resonator is capable of electromagnetic field coupling with the first resonator at a first frequency. The third resonator is capable of electromagnetic field coupling with the first resonator at a second frequency different from the first frequency. The frequency setting unit sets the resonance frequency of the first resonator at the first frequency or second frequency.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明の実施形態は、切替装置、送受信装置、及びアンテナ装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a switching device, a transmission / reception device, and an antenna device.

従来、送信と受信で１つのアンテナ素子を共用する通信機器には、アンテナ素子に送信フィルタ及び受信フィルタを並列に接続した分波回路が設けられている。また、送信フィルタを通過した送信信号の一部が分岐点で受信フィルタに回り込んでしまうことにより、受信フィルタが破損するのを防止するため、受信フィルタの前段に回り込み信号を抑制するための抑制フィルタを設ける方法が開示されている。   Conventionally, a communication device that shares one antenna element for transmission and reception is provided with a branching circuit in which a transmission filter and a reception filter are connected in parallel to the antenna element. In addition, in order to prevent the reception filter from being damaged when a part of the transmission signal that has passed through the transmission filter wraps around the reception filter at the branch point, suppression for suppressing the sneak signal before the reception filter. A method of providing a filter is disclosed.

しかしながら、この方法を用いる場合、受信フィルタへ回り込んだ送信信号は、抑制フィルタで減衰された後、受信フィルタで反射されて分岐点に戻り、送信信号に合成される。そのため、受信フィルタで反射された信号は、送信信号に対して位相がずれており、信号レベルも低下している。従って、抑制フィルタを通り受信フィルタで反射された信号が送信信号に合成されることにより、送信信号の強度が低下する問題があった。   However, when this method is used, the transmission signal that has entered the reception filter is attenuated by the suppression filter, then reflected by the reception filter, returns to the branch point, and is combined with the transmission signal. For this reason, the signal reflected by the reception filter is out of phase with the transmission signal, and the signal level is also lowered. Therefore, there is a problem in that the intensity of the transmission signal is reduced by combining the signal reflected by the reception filter through the suppression filter with the transmission signal.

特開２００５−３３２６４号公報JP 2005-33264 A

本発明が解決しようとする課題は、装置を保護しつつ、信号の強度の低下を抑制することができる切替装置、送受信装置、及びアンテナ装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a switching device, a transmission / reception device, and an antenna device that can suppress a decrease in signal strength while protecting the device.

実施形態の切替装置は、第１の共振器と、第２の共振器と、第３の共振器と、周波数設定部とを持つ。前記第１の共振器は、アンテナ素子に接続され、共振周波数を変更可能な共振器である。前記第２の共振器は、前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な共振器である。前記第３の共振器は、前記第１の共振器と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で電磁界結合可能な共振器である。前記周波数設定部は、前記第１の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第２の周波数に設定する。   The switching device according to the embodiment includes a first resonator, a second resonator, a third resonator, and a frequency setting unit. The first resonator is a resonator connected to an antenna element and capable of changing a resonance frequency. The second resonator is a resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency. The third resonator is a resonator that can be electromagnetically coupled at a second frequency different from the first frequency. The frequency setting unit sets a resonance frequency of the first resonator to the first frequency or the second frequency.

第１の実施形態のフェーズドアレイアンテナ１の構成図。The block diagram of the phased array antenna 1 of 1st Embodiment. 第１の実施形態の切替装置１００の構成図。The block diagram of the switching apparatus 100 of 1st Embodiment. 第１の実施形態の共振器の構成図。The block diagram of the resonator of 1st Embodiment. 周波数可変共振器１０２が共振周波数を変更する仕組みを説明するための図。The figure for demonstrating the mechanism in which the frequency variable resonator 102 changes a resonant frequency. 第１の実施形態の周波数設定部１０８による処理の流れの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the flow of the process by the frequency setting part 108 of 1st Embodiment. 第２の実施形態の切替装置１００の構成図。The block diagram of the switching apparatus 100 of 2nd Embodiment. 超伝導共振器の温度変化に基づくフィルタ特性の変化の一例を示す図。The figure which shows an example of the change of the filter characteristic based on the temperature change of a superconducting resonator. 臨界温度以下まで十分冷却された超伝導共振器のフィルタ特性と、常温で使用される共振器（常伝導共振器）のフィルタ特性の一例を示す図。The figure which shows an example of the filter characteristic of the superconducting resonator cooled enough to below the critical temperature, and the filter characteristic of the resonator (normal conduction resonator) used at normal temperature. 第３の実施形態の切替装置１００の構成図。The block diagram of the switching apparatus 100 of 3rd Embodiment. 第３の実施形態の周波数設定部１２５による処理の流れの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the flow of a process by the frequency setting part 125 of 3rd Embodiment. 第４の実施形態の切替装置１００の構成図。The block diagram of the switching apparatus 100 of 4th Embodiment. 第４の実施形態の周波数設定部１２５による処理の流れの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of the flow of a process by the frequency setting part 125 of 4th Embodiment.

以下、実施形態の切替装置、送受信装置、及びアンテナ装置を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, a switching device, a transmission / reception device, and an antenna device according to embodiments will be described with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のフェーズドアレイアンテナ１の構成図である。フェーズドアレイアンテナ１は、複数のアンテナ素子１０−１〜１０−ｎと、複数のＬＮＡ（Low Nose Amplifier）２０−１〜２０−ｎと、複数の移相器３０−１〜３０−ｎと、合成器４０と、複数のＰＡ（Power Amplifier）５０−１〜５０−ｎと、複数の移相器６０−１〜６０−ｎと、分配器７０と、複数の切替装置１００−１〜１００−ｎとを備える。 (First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a phased array antenna 1 according to the first embodiment. The phased array antenna 1 includes a plurality of antenna elements 10-1 to 10-n, a plurality of LNAs (Low Nose Amplifiers) 20-1 to 20-n, a plurality of phase shifters 30-1 to 30-n, A combiner 40, a plurality of PAs (Power Amplifiers) 50-1 to 50-n, a plurality of phase shifters 60-1 to 60-n, a distributor 70, and a plurality of switching devices 100-1 to 100- n.

アンテナ素子１０−１〜１０−ｎを用いて信号を送信する場合、分配器７０は送信信号を移相器６０−１〜６０−ｎに分配する。移相器６０−１〜６０−ｎは、分配されたそれぞれの送信信号の位相を調整し、ＰＡ５０−１〜５０−ｎに出力する。ＰＡ５０−１〜５０−ｎは、移相器６０−１〜６０−ｎにより位相を調整された信号をそれぞれ増幅し、切替装置１００−１〜１００−ｎに出力する。   When transmitting a signal using the antenna elements 10-1 to 10-n, the distributor 70 distributes the transmission signal to the phase shifters 60-1 to 60-n. The phase shifters 60-1 to 60-n adjust the phases of the distributed transmission signals and output the adjusted signals to the PAs 50-1 to 50-n. The PAs 50-1 to 50-n amplify the signals whose phases are adjusted by the phase shifters 60-1 to 60-n, respectively, and output the amplified signals to the switching devices 100-1 to 100-n.

切替装置１００−１〜１００−ｎがアンテナ素子１０−１〜１０−ｎを用いて信号を送信する場合、外部の制御部（不図示）から切替装置１００−１〜１００−ｎに送信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、切替装置１００−１〜１００−ｎは、ＰＡ５０−１〜５０−ｎから入力された信号をアンテナ素子１０−１〜１０−ｎに送信するよう内部の信号伝達ルートを切り替える。   When the switching devices 100-1 to 100-n transmit signals using the antenna elements 10-1 to 10-n, an external control unit (not shown) switches the switching devices 100-1 to 100-n to the transmission mode. A switching signal for switching is input. In response to the input of this signal, the switching devices 100-1 to 100-n are internally configured to transmit the signals input from the PAs 50-1 to 50-n to the antenna elements 10-1 to 10-n. Switch the signal transmission route.

また、詳細は後述するが、切替装置１００−１〜１００−ｎは、ＰＡ５０−１〜５０−ｎから入力された信号から送信周波数の成分の信号を抽出するフィルタ機能を有する。切替装置１００−１〜１００−ｎは、抽出した送信周波数の成分の信号をアンテナ素子１０−１〜１０−ｎへと出力する。   Although details will be described later, the switching devices 100-1 to 100-n have a filter function of extracting a signal of a transmission frequency component from signals input from the PAs 50-1 to 50-n. The switching devices 100-1 to 100-n output the extracted transmission frequency component signals to the antenna elements 10-1 to 10-n.

一方、アンテナ素子１０−１〜１０−ｎを用いて信号を受信する場合、外部の制御部（不図示）から切替装置１００−１〜１００−ｎに受信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、切替装置１００−１〜１００−ｎは、アンテナ素子１０−１〜１０−ｎからの信号をＬＮＡ２０−１〜２０−ｎに送信するよう内部の信号伝達ルートを切り替える。   On the other hand, when receiving a signal using the antenna elements 10-1 to 10-n, a switching signal for switching to the reception mode is input from the external control unit (not shown) to the switching devices 100-1 to 100-n. The In response to the input of this signal, the switching devices 100-1 to 100-n transmit internal signals so as to transmit the signals from the antenna elements 10-1 to 10-n to the LNAs 20-1 to 20-n. Switch routes.

また、詳細は後述するが、切替装置１００−１〜１００−ｎは、アンテナ素子１０−１〜１０−ｎから入力された信号から受信周波数の成分の信号を抽出するフィルタ機能を有する。切替装置１００−１〜１００−ｎは、抽出した受信周波数の成分の信号をＬＮＡ２０−１〜２０−ｎへと出力する。   Although details will be described later, the switching devices 100-1 to 100-n have a filter function of extracting a reception frequency component signal from signals input from the antenna elements 10-1 to 10-n. The switching devices 100-1 to 100-n output the extracted reception frequency component signals to the LNAs 20-1 to 20-n.

ＬＮＡ２０−１〜２０−ｎは、ノイズの発生が少ない増幅器である。ＬＮＡ２０−１〜２０−ｎは、切替装置１００−１〜１００−ｎから入力された信号を増幅し、移相器３０−１〜３０−ｎに出力する。移相器３０−１〜３０−ｎは、ＬＮＡ２０−１〜２０−ｎから入力されたそれぞれの信号の位相を調整し、合成器４０に出力する。   The LNAs 20-1 to 20-n are amplifiers that generate less noise. The LNAs 20-1 to 20-n amplify the signals input from the switching devices 100-1 to 100-n and output the amplified signals to the phase shifters 30-1 to 30-n. The phase shifters 30-1 to 30-n adjust the phases of the respective signals input from the LNAs 20-1 to 20-n and output them to the combiner 40.

合成器４０は、移相器３０−１〜３０−ｎから入力された信号を合成し、合成波を出力する。このような構成によって、各移相器３０−１〜３０−ｎがそれぞれの信号の位相を調整し、合成器４０が位相を調整されたそれぞれの信号を合成することで、特定方向に送信信号を出力し、また特定方向からの信号を高感度に受信することができる。   The combiner 40 combines the signals input from the phase shifters 30-1 to 30-n and outputs a combined wave. With such a configuration, each of the phase shifters 30-1 to 30-n adjusts the phase of each signal, and the synthesizer 40 synthesizes each signal whose phase is adjusted, thereby transmitting signals in a specific direction. And a signal from a specific direction can be received with high sensitivity.

図２は、第１の実施形態の切替装置１００の構成図である。以下、いずれの系列のアンテナ素子、切替装置、ＬＮＡ、ＰＡ、または移相器であるかを示す「−」以下の符号を省略して説明する。切替装置１００は、アンテナ素子１０に接続される第１の端子１０１と、ＰＡ５０に接続される第２の端子１０４と、ＬＮＡ２０に接続される第３の端子１０６とを備える。また、切替装置１００は、第１の端子１０１に接続された周波数可変共振器１０２と、第２の端子１０４に接続された共振器１０３と、第３の端子１０６に接続された共振器１０５と、第４の端子１０７に接続された周波数設定部１０８とを備える。   FIG. 2 is a configuration diagram of the switching device 100 according to the first embodiment. In the following, description will be made by omitting the symbol “−” indicating which series of antenna element, switching device, LNA, PA, or phase shifter. The switching device 100 includes a first terminal 101 connected to the antenna element 10, a second terminal 104 connected to the PA 50, and a third terminal 106 connected to the LNA 20. Further, the switching device 100 includes a variable frequency resonator 102 connected to the first terminal 101, a resonator 103 connected to the second terminal 104, and a resonator 105 connected to the third terminal 106. And a frequency setting unit 108 connected to the fourth terminal 107.

本実施形態において、送信周波数と受信周波数とは異なる。具体的には、送信周波数はｆ１、受信周波数はｆ２である。周波数設定部１０８は、周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ１とｆ２のいずれかに設定する。 In the present embodiment, the transmission frequency and the reception frequency are different. Specifically, the transmission frequency is f 1 and the reception frequency is f 2 . The frequency setting unit 108 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 102 to either f 1 or f 2 .

本実施形態において、共振器１０３は１つだけでもよいが、フィルタ特性を向上させるために損失との兼ね合いを考慮したうえで複数設けられることが好ましい。また、共振器１０５についても同様に、フィルタ特性を向上させるために損失との兼ね合いを考慮したうえで複数設けられることが好ましい。図２では、共振器１０３が２つ設けられ、共振器１０５が２つ設けられた例を示している。周波数可変共振器１０２の共振周波数はｆ１またはｆ２に変更可能であるが、共振器１０３の共振周波数はｆ１に固定され、共振器１０５の共振周波数はｆ２に固定されている。 In the present embodiment, only one resonator 103 may be provided, but it is preferable that a plurality of resonators 103 be provided in consideration of the balance with loss in order to improve the filter characteristics. Similarly, it is preferable that a plurality of resonators 105 be provided in consideration of the balance with loss in order to improve the filter characteristics. FIG. 2 shows an example in which two resonators 103 are provided and two resonators 105 are provided. The resonance frequency of the variable frequency resonator 102 can be changed to f 1 or f 2. However, the resonance frequency of the resonator 103 is fixed to f 1, and the resonance frequency of the resonator 105 is fixed to f 2 .

周波数可変共振器１０２、共振器１０３、及び共振器１０５は、例えば図３に示されるように、基板上に形成されたマイクロストリップラインのパターンを有する構造としてよい。ここで、２つの基板の間隔は、周波数可変共振器１０２と共振器１０５の間との間で電磁界結合が成立する距離となるように設定されている。また、基板上における周波数可変共振器１０２と共振器１０３の距離、共振器１０３と共振器１０３の間の距離、及び共振器１０５と共振器１０５の間の距離も、電磁界結合が成立する距離となるように設定されている。ここで、各共振器間の距離を調整するために結合を補助する線路などを別途配置しても良い。   The frequency variable resonator 102, the resonator 103, and the resonator 105 may have a structure having a microstrip line pattern formed on a substrate as shown in FIG. 3, for example. Here, the distance between the two substrates is set to be a distance at which electromagnetic coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the resonator 105. Further, the distance between the frequency variable resonator 102 and the resonator 103 on the substrate, the distance between the resonator 103 and the resonator 103, and the distance between the resonator 105 and the resonator 105 are also distances at which electromagnetic field coupling is established. It is set to become. Here, in order to adjust the distance between the resonators, a line for assisting coupling may be separately arranged.

次に、アンテナ素子１０を用いて信号を送信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を送信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に送信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１０８は周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ１に設定する。 Next, the operation of the switching device 100 when a signal is transmitted using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 transmits a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the transmission mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to this signal is input, the frequency setting unit 108 sets a resonance frequency of the variable frequency resonator 102 to f 1.

ＰＡ５０により増幅された信号は、第２の端子１０４に入力される。共振器１０３の共振周波数はｆ１であるため、共振器１０３は第２の端子１０４から入力された信号から周波数ｆ１の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。一方、周波数可変共振器１０２の共振周波数はｆ１に設定されている。周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ１）と共振器１０３の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間に電磁界結合が成立する。ここで、電磁界結合とは、電磁波による無線結合を意味する。ここで、結合の例として共振器１０２と共振器１０３が同じ共振周波数ｆ１となる場合を扱っているが、若干共振周波数がずれた場合も結合するため、多少の共振周波数のずれは許容できる。 The signal amplified by the PA 50 is input to the second terminal 104. Since the resonance frequency of the resonator 103 is f 1 , the resonator 103 extracts a signal having the frequency f 1 from the signal input from the second terminal 104 and outputs the extracted signal. On the other hand, the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 is set to f 1. Since equal to the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 of the resonance frequency (f 1) and the resonator 103 (f 1), the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the resonator 103. Here, electromagnetic field coupling means wireless coupling by electromagnetic waves. Here, as an example of coupling, the case where the resonator 102 and the resonator 103 have the same resonance frequency f 1 is handled. However, since the coupling is performed even when the resonance frequency is slightly shifted, a slight shift in the resonance frequency is allowable. .

周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間に電磁界結合が成立すると、周波数可変共振器１０２は、共振器１０３から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を第１の端子１０１へと出力することができる。出力された周波数ｆ１の信号は、アンテナ素子１０へと送信される。 When the electromagnetic field coupling between the variable frequency resonator 102 and the resonator 103 is satisfied, the frequency variable resonator 102 receives a signal of a frequency f 1 output from the resonator 103, the received signal of the first It can output to the terminal 101. The output signal of frequency f 1 is transmitted to the antenna element 10.

一方、周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ１）と共振器１０５の共振周波数（ｆ２）とは異なるため、周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間に電磁界結合は成立しない。従って、送信信号が受信側の共振器１０５に回り込んで共振器１０５を破損することを防止することができるとともに、不要な経路がないため送信信号の強度の低下を防止することができる。 On the other hand, since the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable resonator 102 and the resonance frequency (f 2 ) of the resonator 105 are different, electromagnetic coupling is not established between the frequency variable resonator 102 and the resonator 105. Accordingly, it is possible to prevent the transmission signal from entering the resonator 105 on the reception side and damaging the resonator 105, and it is possible to prevent a decrease in the strength of the transmission signal because there is no unnecessary path.

次に、アンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に受信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１０８は周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ２に設定する。 Next, the operation of the switching device 100 when receiving a signal using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 receives a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the reception mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to this signal is input, the frequency setting unit 108 sets a resonance frequency of the variable frequency resonator 102 to f 2.

アンテナ素子１０により受信された信号は、第１の端子１０１に入力される。周波数可変共振器１０２の共振周波数はｆ２に設定されているため、周波数可変共振器１０２は第１の端子１０１から入力された信号から周波数ｆ２の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ２）と共振器１０５の共振周波数（ｆ２）とは等しいため、周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間に電磁界結合が成立する。ここで、結合の例として共振器１０２と共振器１０５が同じ共振周波数ｆ２となる場合を扱っているが、若干共振周波数がずれた場合も結合するため、多少の共振周波数のずれは許容できる。 A signal received by the antenna element 10 is input to the first terminal 101. Since the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 is set to f 2, the frequency variable resonator 102 extracts a signal of frequency f 2 from the signal input from the first terminal 101, and outputs the extracted signal . Since equal to the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 of the resonance frequency (f 2) and the resonator 105 (f 2), the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the resonator 105. Here, the resonator 102 and the resonator 105 are dealing with a case in which the same resonance frequency f 2 as an example of coupling, for coupling also shifted slightly resonance frequency shift of some resonant frequency is acceptable .

周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間に電磁界結合が成立すると、共振器１０５は、周波数可変共振器１０２から出力された周波数ｆ２の信号を受信し、受信した信号を第３の端子１０６へと出力することができる。出力された周波数ｆ２の信号は、第３の端子１０６からＬＮＡ２０に入力される。 When the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the resonator 105, the resonator 105 receives a signal of a frequency f 2 output from the frequency variable resonator 102, the received signal of the third The data can be output to the terminal 106. The output signal of frequency f 2 is input from the third terminal 106 to the LNA 20.

一方、周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ２）と共振器１０３の共振周波数（ｆ１）とは異なるため、周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間に電磁界結合は成立しない。従って、受信信号が送信側の共振器１０３に回り込むことを防止することができる。 On the other hand, different from the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 of the resonance frequency (f 2) and the resonator 103 (f 1), the electromagnetic field coupling between the variable frequency resonator 102 and the resonator 103 is not established. Therefore, it is possible to prevent the reception signal from entering the resonator 103 on the transmission side.

このように、周波数設定部１０８が周波数可変共振器１０２の共振周波数の設定を切り替えることで、周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間で電磁界結合を成立させるか、または周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間で電磁界結合を成立させるかを切り替えることができる。なお、各共振器間の電磁界結合を確実に切断するために、周波数ｆ２は周波数ｆ１からできるだけ離れた値に設定することが好ましい。 In this way, the frequency setting unit 108 switches the setting of the resonance frequency of the frequency variable resonator 102, thereby establishing electromagnetic coupling between the frequency variable resonator 102 and the resonator 103, or the frequency variable resonator. It can be switched whether to establish electromagnetic field coupling between the resonator 102 and the resonator 105. Note that the frequency f 2 is preferably set to a value as far as possible from the frequency f 1 in order to reliably cut the electromagnetic field coupling between the resonators.

図４は、周波数可変共振器１０２が共振周波数を変更する仕組みを説明するための図である。周波数可変共振器１０２の両端部には、可変コンデンサ１５０、１５１がそれぞれ設けられている。周波数設定部１０８は、可変コンデンサ１５０及び１５１の静電容量を変更することにより、周波数可変共振器１０２の共振周波数を切り替えることができる。   FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism in which the variable frequency resonator 102 changes the resonance frequency. Variable capacitors 150 and 151 are provided at both ends of the variable frequency resonator 102, respectively. The frequency setting unit 108 can switch the resonance frequency of the frequency variable resonator 102 by changing the capacitances of the variable capacitors 150 and 151.

なお、周波数可変共振器１０２の構成は、図４に示すものに限られない。例えば、可変コンデンサに代えて可変コイルを設け、周波数設定部１０８が可変コイルのインダクタンスを変更するようにしてもよい。また、周波数設定部１０８が周波数可変共振器１０２に誘電体を近づけたり遠ざけたりすることで、周波数可変共振器１０２の共振周波数を変更してもよい。また、スイッチ等により物理的な電気長を可変しても良い。   The configuration of the variable frequency resonator 102 is not limited to that shown in FIG. For example, a variable coil may be provided instead of the variable capacitor, and the frequency setting unit 108 may change the inductance of the variable coil. Further, the frequency setting unit 108 may change the resonance frequency of the frequency variable resonator 102 by moving the dielectric closer to or away from the frequency variable resonator 102. Further, the physical electrical length may be varied by a switch or the like.

周波数設定部１０８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やプログラムメモリ、各種インターフェース等を有するマイクロコンピュータである。また、周波数設定部１０８は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等によって実現されてもよい。周波数設定部１０８は、以下に説明するように、送信モードへの切替信号を受信した場合には周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ１に設定し、受信モードへの切替信号を受信した場合には周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ２に設定する。 The frequency setting unit 108 is, for example, a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit), a program memory, various interfaces, and the like. Further, the frequency setting unit 108 may be realized by an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like. The frequency setting unit 108 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 102 to f 1 when receiving the switching signal to the transmission mode and receives the switching signal to the reception mode, as described below. to set the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 f 2 in.

図５は、第１の実施形態の周波数設定部１０８による処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、周波数設定部１０８は、外部の制御部から第４の端子１０７を介して切替信号を受信するまで待機する（ステップＳ１００）。切替信号は、送信モードへの切替信号と、受信モードへの切替信号のいずれかである。周波数設定部１０８が切替信号を受信すると（ステップＳ１００のＹＥＳ）、周波数設定部１０８は、受信した切替信号が送信モードへの切替信号であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。   FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a processing flow by the frequency setting unit 108 according to the first embodiment. First, the frequency setting unit 108 waits until it receives a switching signal from the external control unit via the fourth terminal 107 (step S100). The switching signal is either a switching signal to the transmission mode or a switching signal to the reception mode. When the frequency setting unit 108 receives the switching signal (YES in step S100), the frequency setting unit 108 determines whether or not the received switching signal is a switching signal to the transmission mode (step S101).

受信した切替信号が送信モードへの切替信号である場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、周波数設定部１０８は、周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ１に設定する（ステップＳ１０２）。この結果、周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ１）と共振器１０３の共振周波数（ｆ１）は等しくなり、周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間に電磁界結合が成立する。一方、周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ１）と共振器１０５の共振周波数（ｆ２）は異なるものとなり、周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間に電磁界結合は成立しない。従って、第２の端子１０４に入力された信号のうち周波数ｆ１の成分の信号は、共振器１０３及び周波数可変共振器１０２の信号伝達ルートを経て第１の端子１０１に出力される。 If the received switching signal is a switching signal to the transmission mode (YES in step S101), the frequency setting unit 108 sets the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 to f 1 (step S102). As a result, the frequency variable resonator 102 of the resonance frequency (f 1) and the resonance frequency of the resonator 103 (f 1) is equal, the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the resonator 103. On the other hand, the resonance frequency (f 2) of the resonance frequency (f 1) and the resonator 105 of the variable frequency resonator 102 is different from the electromagnetic field coupling between the variable frequency resonator 102 and the resonator 105 is not established. Accordingly, the signal having the frequency f 1 component among the signals input to the second terminal 104 is output to the first terminal 101 through the signal transmission route of the resonator 103 and the variable frequency resonator 102.

一方、受信した切替信号が送信モードへの切替信号ではない場合、即ち受信モードへの切替信号を受信した場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、周波数設定部１０８は、周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ２に設定する（ステップＳ１０３）。この結果、周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ２）と共振器１０５の共振周波数（ｆ２）は等しくなり、周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間に電磁界結合が成立する。一方、周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ２）と共振器１０３の共振周波数（ｆ１）とは異なるものとなり、周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間の電磁界結合が成立しなくなる。従って、第１の端子１０１に入力された信号は、周波数可変共振器１０２及び共振器１０５の信号伝達ルートを経て第３の端子１０６に出力される。 On the other hand, when the received switching signal is not the switching signal to the transmission mode, that is, when the switching signal to the receiving mode is received (NO in step S101), the frequency setting unit 108 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 102. set to f 2 (step S103). As a result, the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 of the resonance frequency (f 2) and the resonator 105 (f 2) are equal, the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the resonator 105. On the other hand, it is different from the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 of the resonance frequency (f 2) and the resonator 103 (f 1), holds the electromagnetic field coupling between the variable frequency resonator 102 and the resonator 103 Disappear. Accordingly, the signal input to the first terminal 101 is output to the third terminal 106 through the signal transmission route of the frequency variable resonator 102 and the resonator 105.

ステップＳ１０２の処理またはステップＳ１０３の処理が完了すると、周波数設定部１０８はステップＳ１００に戻り、再び切替信号を受信するまで待機する。このように、周波数設定部１０８が切替信号を受信する度にステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理が繰り返し実行される。   When the process of step S102 or the process of step S103 is completed, the frequency setting unit 108 returns to step S100 and waits until a switching signal is received again. Thus, every time the frequency setting unit 108 receives a switching signal, the processes of steps S101 to S103 are repeatedly executed.

このように、周波数設定部１０８が周波数可変共振器１０２の共振周波数の設定を切り替えることで、周波数可変共振器１０２と共振器１０３との間、あるいは周波数可変共振器１０２と共振器１０５との間のいずれか一方のみ電磁界結合を成立させることができる。これによって、周波数ｆ１の送信信号が受信側の共振器１０５へ回り込むことを防止できるため、受信側の共振器１０５を保護しつつ、送信信号の強度の低下を抑制することができる。 As described above, the frequency setting unit 108 switches the setting of the resonant frequency of the frequency variable resonator 102, so that the frequency variable resonator 102 and the resonator 103, or between the frequency variable resonator 102 and the resonator 105. Only one of these can establish electromagnetic field coupling. As a result, it is possible to prevent the transmission signal having the frequency f 1 from entering the reception-side resonator 105, and thus it is possible to suppress a decrease in the strength of the transmission signal while protecting the reception-side resonator 105.

以上説明した本実施形態によれば、アンテナ素子１０に接続された周波数可変共振器１０２と、周波数可変共振器１０２と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な共振器１０３と、周波数可変共振器１０２と第２の周波数（ｆ２）で電磁界結合可能な共振器１０５と、周波数可変共振器１０２の共振周波数を、第１の周波数（ｆ１）または第２の周波数（ｆ２）に設定する周波数設定部１０８とを備えることにより、装置を保護しつつ、信号の強度の低下を抑制することができる。 According to the present embodiment described above, the frequency variable resonator 102 connected to the antenna element 10, the frequency variable resonator 102, the resonator 103 that can be electromagnetically coupled at the first frequency (f 1 ), and the frequency The resonance frequency of the variable resonator 102 and the resonator 105 that can be electromagnetically coupled at the second frequency (f 2 ) and the variable frequency resonator 102 is set to the first frequency (f 1 ) or the second frequency (f 2). ) Is set, the signal strength reduction can be suppressed while protecting the apparatus.

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態の切替装置１００の構成図である。第２の実施形態は、受信側の共振器を超伝導共振器とした点で第１の実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心に説明する。 (Second Embodiment)
FIG. 6 is a configuration diagram of the switching device 100 according to the second embodiment. The second embodiment differs from the first embodiment in that the receiving-side resonator is a superconducting resonator. Hereinafter, the difference will be mainly described.

本実施形態の切替装置１００には、第１の実施形態における共振器１０５に代えて、超伝導共振器１１６が設けられている。超伝導共振器１１６は１つだけでもよいが、フィルタ特性を向上させるために損失との兼ね合いを考慮したうえで複数設けられることが好ましい。図６では、超伝導共振器１１６が２つ設けられた例を示している。周波数可変共振器１０２の共振周波数はｆ１またはｆ２に変更可能であるが、共振器１０３の共振周波数はｆ１に固定され、超伝導共振器１１６の共振周波数はｆ２に固定されている。なお、本実施形態における信号送信時の動作は、第１の実施形態における信号送信時の動作と同様である。 The switching device 100 according to this embodiment is provided with a superconducting resonator 116 instead of the resonator 105 according to the first embodiment. Although only one superconducting resonator 116 may be provided, it is preferable that a plurality of superconducting resonators 116 be provided in consideration of the balance with loss in order to improve the filter characteristics. FIG. 6 shows an example in which two superconducting resonators 116 are provided. The resonance frequency of the variable frequency resonator 102 can be changed to f 1 or f 2. However, the resonance frequency of the resonator 103 is fixed to f 1, and the resonance frequency of the superconducting resonator 116 is fixed to f 2 . . The operation during signal transmission in the present embodiment is the same as the operation during signal transmission in the first embodiment.

アンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に受信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１０８は周波数可変共振器１０２の共振周波数をｆ２に設定する。 An operation of the switching device 100 when receiving a signal using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 receives a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the reception mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to this signal is input, the frequency setting unit 108 sets a resonance frequency of the variable frequency resonator 102 to f 2.

アンテナ素子１０により受信された信号は、第１の端子１０１に入力される。周波数可変共振器１０２の共振周波数はｆ２に設定されているため、周波数可変共振器１０２は第１の端子１０１から入力された信号から周波数ｆ２の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。周波数可変共振器１０２の共振周波数（ｆ２）と超伝導共振器１１６の共振周波数（ｆ２）とは等しいため、周波数可変共振器１０２と超伝導共振器１１６との間に電磁界結合が成立する。 A signal received by the antenna element 10 is input to the first terminal 101. Since the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 is set to f 2, the frequency variable resonator 102 extracts a signal of frequency f 2 from the signal input from the first terminal 101, and outputs the extracted signal . Since the resonance frequency of the variable frequency resonator 102 and (f 2) equal to the resonance frequency of the superconducting resonator 116 (f 2), electromagnetic coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the superconducting resonator 116 To do.

周波数可変共振器１０２と超伝導共振器１１６との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器１１６は、周波数可変共振器１０２から出力された周波数ｆ２の信号を受信し、受信した信号を第３の端子１０６へと出力することができる。出力された周波数ｆ２の信号は、第３の端子１０６からＬＮＡ２０に入力される。 When the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 102 and the superconducting resonator 116, the superconducting resonator 116 receives a signal of a frequency f 2 output from the frequency variable resonator 102, the received signal Can be output to the third terminal 106. The output signal of frequency f 2 is input from the third terminal 106 to the LNA 20.

超伝導共振器１１６は、冷却板１１０上に設けられている。冷却板１１０は、冷却部１１１によって冷却される。冷却板１１０には熱伝導率の高い材料を用いることが好ましく、例えば銅等の金属を用いるとよい。また、冷却制御部１１３は、冷却板１１０上に設けられた温度計１１２の検知温度に基づき冷却部１１１を制御する。冷却制御部１１３は、超伝導共振器１１６が超伝導状態となる臨界温度Ｔｃ以下となるまで十分冷却されるように、冷却部１１１を制御する。   Superconducting resonator 116 is provided on cooling plate 110. The cooling plate 110 is cooled by the cooling unit 111. It is preferable to use a material having high thermal conductivity for the cooling plate 110, and for example, a metal such as copper may be used. Further, the cooling control unit 113 controls the cooling unit 111 based on the temperature detected by the thermometer 112 provided on the cooling plate 110. The cooling control unit 113 controls the cooling unit 111 so that the superconducting resonator 116 is sufficiently cooled to a temperature equal to or lower than a critical temperature Tc at which the superconducting resonator 116 enters a superconducting state.

超伝導共振器１１６は、超伝導状態となる臨界温度Ｔｃ以下まで冷却されると、電気抵抗が大きく低下する。このため、臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却された超伝導共振器１１６を切替装置１００に用いることで、信号の損失を低減することができる。一例として、超伝導共振器１１６は、酸化マグネシウム基板上にイットリウム系超伝導体のマイクロストリップラインを設けた構造とすればよい。また、超伝導材料には、ニオブまたはニオブすずといった超電導体、およびＹ系銅酸化物高温超伝導を用いても良い。また、超伝導体と銅、金、銀といった金属が複合されても良い。基板は、酸化マグネシウム、サファイアまたはアルミン酸ランタンといった、多様の適した材料を用いても良い。   When the superconducting resonator 116 is cooled to a temperature equal to or lower than the critical temperature Tc at which a superconducting state is obtained, the electric resistance is greatly reduced. For this reason, signal loss can be reduced by using the superconducting resonator 116 sufficiently cooled to the critical temperature Tc or lower for the switching device 100. As an example, the superconducting resonator 116 may have a structure in which a microstrip line of yttrium-based superconductor is provided on a magnesium oxide substrate. Further, as the superconductive material, a superconductor such as niobium or niobium tin, and a Y-based copper oxide high temperature superconductor may be used. Further, a superconductor and a metal such as copper, gold, or silver may be combined. The substrate may use a variety of suitable materials such as magnesium oxide, sapphire, or lanthanum aluminate.

図７は、超伝導共振器の温度変化に基づくフィルタ特性の変化の一例を示す図である。図７は、超伝導共振器がマイクロストリップパターンを１つ有する場合の変化の一例を示している。図７に示されるように、超伝導共振器の温度が８８Ｋのときには、超伝導共振器はフィルタとして機能しない。しかし、超伝導共振器が８６Ｋ、８０Ｋ、７０Ｋと冷却されるにつれて、急峻なフィルタ特性を示すようになる。   FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change in filter characteristics based on a change in temperature of the superconducting resonator. FIG. 7 shows an example of a change when the superconducting resonator has one microstrip pattern. As shown in FIG. 7, when the temperature of the superconducting resonator is 88K, the superconducting resonator does not function as a filter. However, as the superconducting resonator is cooled to 86K, 80K, and 70K, a steep filter characteristic is exhibited.

図８は、臨界温度まで冷却された超伝導共振器のフィルタ特性と、常温で使用される共振器（常伝導共振器）のフィルタ特性の一例を示す図である。図８は、共振器が複数のマイクロストリップパターンを有する場合の一例を示す。共振器に複数のマイクロストリップパターンを設けることによって、フィルタのカットオフ特性を急峻にすることができる。また、フィルタ特性のピークをフラットにし、抽出する信号の周波数範囲を広げることができる。   FIG. 8 is a diagram illustrating an example of filter characteristics of a superconducting resonator cooled to a critical temperature and filter characteristics of a resonator used at room temperature (normal conducting resonator). FIG. 8 shows an example where the resonator has a plurality of microstrip patterns. By providing a plurality of microstrip patterns in the resonator, the cutoff characteristic of the filter can be made steep. Moreover, the peak of the filter characteristic can be flattened and the frequency range of the signal to be extracted can be expanded.

また、図８に示される通り、超伝導共振器１１６は常伝導共振器に比べて急峻なカットオフ特性を有する。従って、切替装置１００に超伝導共振器１１６を用いることで、目的の周波数範囲の信号を効率よく抽出することができる。   Further, as shown in FIG. 8, the superconducting resonator 116 has a sharper cut-off characteristic than the normal conducting resonator. Therefore, by using the superconducting resonator 116 in the switching device 100, it is possible to efficiently extract a signal in a target frequency range.

また、超伝導共振器１１６、冷却板１１０、冷却部１１１、及び温度計１１２は、チャンバー１１４の内部に収容されている。真空ポンプ１１５は、チャンバー１１４の内部の空気を吸い出すことで、チャンバー１１４の内部を真空に近い状態にする。これによって、高い断熱効果が得られ、冷却部１１１の冷却効率を高めることができる。   Superconducting resonator 116, cooling plate 110, cooling unit 111, and thermometer 112 are housed inside chamber 114. The vacuum pump 115 sucks out the air inside the chamber 114 to make the inside of the chamber 114 close to a vacuum. Thereby, a high heat insulation effect is obtained and the cooling efficiency of the cooling unit 111 can be increased.

第２の実施形態の周波数設定部１０８による処理の流れは、第１の実施形態の周波数設定部１０８による処理の流れと同様である。すなわち、第２の実施形態の周波数設定部１０８は、図５に示されるフローチャートを実行する。   The process flow by the frequency setting unit 108 of the second embodiment is the same as the process flow by the frequency setting unit 108 of the first embodiment. That is, the frequency setting unit 108 of the second embodiment executes the flowchart shown in FIG.

以上説明した本実施形態によれば、アンテナ素子１０に接続された周波数可変共振器１０２と、周波数可変共振器１０２と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な共振器１０３と、周波数可変共振器１０２と第２の周波数（ｆ２）で電磁界結合可能な超伝導共振器１１６と、周波数可変共振器１０２の共振周波数を、第１の周波数（ｆ１）または第２の周波数（ｆ２）に設定する周波数設定部１０８とを備えることにより、第１の実施形態と同様に、装置を保護しつつ、信号の強度の低下を抑制することができる。 According to the present embodiment described above, the frequency variable resonator 102 connected to the antenna element 10, the frequency variable resonator 102, the resonator 103 that can be electromagnetically coupled at the first frequency (f 1 ), and the frequency The resonance frequency of the superconducting resonator 116 that can be electromagnetically coupled to the variable resonator 102 at the second frequency (f 2 ) and the variable frequency resonator 102 is set to the first frequency (f 1 ) or the second frequency ( By providing the frequency setting unit 108 set to f 2 ), it is possible to suppress a decrease in signal strength while protecting the apparatus, as in the first embodiment.

また、本実施形態では、受信側の共振器として超伝導共振器１１６を用いることで、受信信号の損失を低減することができるとともに、目的の周波数範囲の信号を効率よく抽出することができる。   Further, in this embodiment, by using the superconducting resonator 116 as the receiving-side resonator, it is possible to reduce the loss of the received signal and efficiently extract the signal in the target frequency range.

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態の切替装置１００の構成図である。第３の実施形態は、２つの周波数可変共振器１２１及び１２３を備える点で第１の実施形態と異なる。第１及び第２の本実施形態は、送信周波数（ｆ１）と受信周波数（ｆ２）が異なることを前提としているが、本実施形態は、送信周波数と受信周波数が同じ周波数の場合に適用できる。以下、係る相違点を中心に説明する。 (Third embodiment)
FIG. 9 is a configuration diagram of the switching device 100 according to the third embodiment. The third embodiment differs from the first embodiment in that it includes two frequency variable resonators 121 and 123. The first and second embodiments are based on the premise that the transmission frequency (f 1 ) is different from the reception frequency (f 2 ), but this embodiment is applied when the transmission frequency and the reception frequency are the same frequency. it can. Hereinafter, the difference will be mainly described.

切替装置１００は、第１の端子１０１に接続された共振器１２０と、第２の端子１０４に接続された共振器１２２と、第３の端子１０６に接続された共振器１２４と、第４の端子１０７に接続された周波数設定部１２５とを備える。また、切替装置１００は、周波数可変共振器１２１及び１２３を備える。周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１及び１２３の共振周波数をｆ１とｆ２のいずれかに設定する。 The switching device 100 includes a resonator 120 connected to the first terminal 101, a resonator 122 connected to the second terminal 104, a resonator 124 connected to the third terminal 106, a fourth A frequency setting unit 125 connected to the terminal 107. The switching device 100 includes variable frequency resonators 121 and 123. The frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonators 121 and 123 to either f 1 or f 2 .

周波数可変共振器１２１及び１２３の共振周波数はｆ１またはｆ２に変更可能であるが、共振器１２０、１２２、及び１２４の共振周波数はｆ１に固定されている。なお、各共振器は１つだけでもよいが、フィルタ特性を向上させるために損失との兼ね合いを考慮したうえで複数設けられることが好ましい。ここでは例として周波数可変共振器１２１と周波数可変超伝導共振器１２３をｆ１とｆ２の同じ周波数に可変しているが、必ずしも同じ周波数にする必要はなく、周波数可変共振器１２１をｆ１とｆ２に可変、波数可変超伝導共振器１２３をｆ１とｆ３に可変しても良い。 The resonance frequency of the frequency variable resonators 121 and 123 can be changed to f 1 or f 2 , but the resonance frequencies of the resonators 120, 122, and 124 are fixed to f 1 . Although only one resonator may be provided, it is preferable that a plurality of resonators be provided in consideration of tradeoff with loss in order to improve filter characteristics. Here, as an example, the frequency variable resonator 121 and the frequency variable superconducting resonator 123 are variable to the same frequency of f 1 and f 2 , but it is not always necessary to have the same frequency, and the frequency variable resonator 121 is set to f 1. variable to f 2, the wave number variable superconducting resonator 123 may be varied to f 1 and f 3.

次に、アンテナ素子１０を用いて信号を送信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を送信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に送信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ１に設定するとともに、周波数可変共振器１２３の共振周波数をｆ２に設定する。 Next, the operation of the switching device 100 when a signal is transmitted using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 transmits a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the transmission mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to the input of this signal, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 to f 1 and sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 123 to f 2 .

ＰＡ５０は送信信号を増幅し、第２の端子１０４に入力する。共振器１２２の共振周波数はｆ１であるため、共振器１２２は第２の端子１０４から入力された信号から周波数ｆ１の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。一方、周波数可変共振器１２１の共振周波数はｆ１に設定されている。周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ１）と共振器１２２の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変共振器１２１と共振器１２２との間に電磁界結合が成立する。 The PA 50 amplifies the transmission signal and inputs it to the second terminal 104. Since the resonance frequency of the resonator 122 is f 1 , the resonator 122 extracts a signal having the frequency f 1 from the signal input from the second terminal 104 and outputs the extracted signal. On the other hand, the resonance frequency of the variable frequency resonator 121 is set to f 1. Since the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable resonator 121 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 122, electromagnetic field coupling is established between the frequency variable resonator 121 and the resonator 122.

周波数可変共振器１２１と共振器１２２との間に電磁界結合が成立すると、周波数可変共振器１２１は、共振器１２２から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を出力することができる。また、周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ１）と共振器１２０の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変共振器１２１と共振器１２０との間に電磁界結合が成立する。 When the electromagnetic field coupling between the variable frequency resonator 121 and the resonator 122 is satisfied, the frequency variable resonator 121 receives a signal of a frequency f 1 output from the resonator 122, to output the received signal Can do. Further, since the resonance frequency (f 1 ) of the variable frequency resonator 121 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120, electromagnetic field coupling is established between the frequency variable resonator 121 and the resonator 120.

周波数可変共振器１２１と共振器１２０との間に電磁界結合が成立すると、共振器１２０は、周波数可変共振器１２１から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を第１の端子１０１へと出力することができる。出力された周波数ｆ１の信号は、アンテナ素子１０へと送信される。 When the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 121 and the resonator 120, the resonator 120 receives the signal of frequency f 1 output from the frequency variable resonator 121, the received signal of the first It can output to the terminal 101. The output signal of frequency f 1 is transmitted to the antenna element 10.

一方、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２３の共振周波数（ｆ２）とは異なるため、共振器１２０と周波数可変共振器１２３との間に電磁界結合は成立しない。従って、送信信号が受信側の周波数可変共振器１２３に回り込んで周波数可変共振器１２３を破損することを防止することができるとともに、送信信号の強度の低下を防止することができる。 On the other hand, since the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is different from the resonance frequency (f 2 ) of the frequency variable resonator 123, electromagnetic coupling is not established between the resonator 120 and the frequency variable resonator 123. Therefore, it is possible to prevent the transmission signal from entering the frequency variable resonator 123 on the reception side and damaging the frequency variable resonator 123, and it is possible to prevent a decrease in the strength of the transmission signal.

次に、アンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に受信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１２５は周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ２に設定するとともに、周波数可変共振器１２３の共振周波数をｆ１に設定する。 Next, the operation of the switching device 100 when receiving a signal using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 receives a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the reception mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to the input of this signal, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 to f 2 and sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 123 to f 1 .

アンテナ素子１０により受信された信号は、第１の端子１０１に入力される。共振器１２０の共振周波数はｆ１であるため、共振器１２０は第１の端子１０１から入力された信号から周波数ｆ１の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。また、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２３の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、共振器１２０と周波数可変共振器１２３との間に電磁界結合が成立する。 A signal received by the antenna element 10 is input to the first terminal 101. Since the resonance frequency of the resonator 120 is f 1 , the resonator 120 extracts a signal having the frequency f 1 from the signal input from the first terminal 101 and outputs the extracted signal. Further, since the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable resonator 123, electromagnetic field coupling is established between the resonator 120 and the frequency variable resonator 123.

共振器１２０と周波数可変共振器１２３との間に電磁界結合が成立すると、周波数可変共振器１２３は、共振器１２０から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を出力することができる。また、周波数可変共振器１２３の共振周波数（ｆ１）と共振器１２４の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変共振器１２３と共振器１２４との間に電磁界結合が成立する。 When the electromagnetic field coupling is established between the resonator 120 and the variable frequency resonator 123, the frequency variable resonator 123 receives a signal of a frequency f 1 output from the resonator 120, to output the received signal Can do. In addition, since the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable resonator 123 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 124, electromagnetic field coupling is established between the frequency variable resonator 123 and the resonator 124.

周波数可変共振器１２３と共振器１２４との間に電磁界結合が成立すると、共振器１２４は、周波数可変共振器１２３から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を第３の端子１０６へと出力することができる。出力された周波数ｆ１の信号は、第３の端子１０６からＬＮＡ２０に入力される。 When the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 123 and the resonator 124, the resonator 124 receives a signal of a frequency f 1 output from the frequency variable resonator 123, the received signal of the third The data can be output to the terminal 106. The output signal of frequency f 1 is input from the third terminal 106 to the LNA 20.

一方、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ２）とは異なるため、共振器１２０と周波数可変共振器１２１との間に電磁界結合は成立しない。従って、受信信号が送信側の周波数可変共振器１２１に回り込むことを防止することができる。 On the other hand, different from the resonant frequency of the resonator 120 the resonant frequency of the (f 1) and the variable frequency resonator 121 (f 2), the electromagnetic field coupling is not established between the resonator 120 and the variable frequency resonator 121. Therefore, it is possible to prevent the reception signal from entering the frequency variable resonator 121 on the transmission side.

周波数設定部１２５は、例えば、ＣＰＵやプログラムメモリ、各種インターフェース等を有するマイクロコンピュータである。また、周波数設定部１２５は、ＬＳＩやＡＳＩＣ等によって実現されてもよい。周波数設定部１２５は、以下に説明するように、送信モードへの切替信号を受信した場合には、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ１に設定するとともに、周波数可変共振器１２３の共振周波数をｆ２に設定する。また、周波数設定部１２５は、受信モードへの切替信号を受信した場合には、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ２に設定するとともに、周波数可変共振器１２３の共振周波数をｆ１に設定する。 The frequency setting unit 125 is, for example, a microcomputer having a CPU, a program memory, various interfaces, and the like. Further, the frequency setting unit 125 may be realized by an LSI, an ASIC, or the like. As will be described below, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 to f 1 and receives the resonance frequency of the frequency variable resonator 123 when receiving a signal for switching to the transmission mode. the set to f 2. In addition, when receiving the signal for switching to the reception mode, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 to f 2 and sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 123 to f 1 . To do.

図１０は、第３の実施形態の周波数設定部１２５による処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、周波数設定部１２５は、外部の制御部から第４の端子１０７を介して切替信号を受信するまで待機する（ステップＳ３００）。周波数設定部１２５が切替信号を受信すると（ステップＳ３００のＹＥＳ）、周波数設定部１２５は、受信した切替信号が送信モードへの切替信号であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。   FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a processing flow by the frequency setting unit 125 according to the third embodiment. First, the frequency setting unit 125 waits until a switching signal is received from the external control unit via the fourth terminal 107 (step S300). When the frequency setting unit 125 receives the switching signal (YES in step S300), the frequency setting unit 125 determines whether or not the received switching signal is a switching signal to the transmission mode (step S301).

受信した切替信号が送信モードへの切替信号である場合（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ１に設定する（ステップＳ３０２）。この結果、共振器１２２の共振周波数（ｆ１）、周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ１）、及び共振器１２０の共振周波数（ｆ１）は等しくなり、共振器１２２と周波数可変共振器１２１との間及び周波数可変共振器１２１と共振器１２０との間に電磁界結合が成立する。 If the received switching signal is a switching signal to the transmission mode (YES in step S301), the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the variable frequency resonator 121 to f 1 (step S302). As a result, the resonance frequency of the resonator 122 (f 1), the resonance frequency (f 1) frequency variable resonator 121, and the resonance frequency of the resonator 120 (f 1) is equal made, the resonator 122 and the variable frequency resonator Electromagnetic coupling is established between the variable frequency resonator 121 and the frequency variable resonator 121 and the resonator 120.

次に、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２３の共振周波数をｆ２に設定する（ステップＳ３０３）。この結果、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２３の共振周波数（ｆ２）とは異なるものとなり、共振器１２０と周波数可変共振器１２３との間に電磁界結合は成立しなくなる。従って、第２の端子１０４に入力された信号のうち周波数ｆ１の成分の信号は、共振器１２２、周波数可変共振器１２１、及び共振器１２０の信号伝達ルートを経て第１の端子１０１に出力される。 Then, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the variable frequency resonator 123 f 2 (step S303). As a result, the electromagnetic field coupling between the resonance frequency of the resonator 120 and (f 1) becomes different from the resonance frequency of the variable frequency resonator 123 (f 2), the resonator 120 and the variable frequency resonator 123 satisfied No longer. Accordingly, the signal having the frequency f 1 component among the signals input to the second terminal 104 is output to the first terminal 101 through the signal transmission route of the resonator 122, the variable frequency resonator 121, and the resonator 120. Is done.

一方、受信した切替信号が送信モードへの切替信号ではない場合、即ち受信モードへの切替信号を受信した場合（ステップＳ３０１のＮＯ）、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ２に設定する（ステップＳ３０４）。この結果、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ２）は異なるものとなり、共振器１２０と周波数可変共振器１２１との間に電磁界結合は成立しなくなる。また、周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ２）と共振器１２２の共振周波数（ｆ１）は異なるものとなり、周波数可変共振器１２１と共振器１２２との間にも電磁界結合は成立しなくなる。 On the other hand, when the received switching signal is not the switching signal to the transmission mode, that is, when the switching signal to the reception mode is received (NO in step S301), the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121. set to f 2 (step S304). As a result, the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is different from the resonance frequency (f 2 ) of the frequency variable resonator 121, and electromagnetic field coupling is established between the resonator 120 and the frequency variable resonator 121. Disappear. Further, the resonance frequency (f 1) of the variable frequency resonator 121 of the resonance frequency (f 2) and the resonator 122 becomes different, electromagnetic coupling also between the variable frequency resonator 121 and the resonator 122 is established Disappear.

次に、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２３の共振周波数をｆ１に設定する（ステップＳ３０５）。この結果、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２３の共振周波数（ｆ１）とは等しくなり、共振器１２０と周波数可変共振器１２３との間に電磁界結合が成立する。従って、第１の端子１０１に入力された信号は、共振器１２０、周波数可変共振器１２３、及び共振器１２４の信号伝達ルートを経て第３の端子１０６に出力される。 Next, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 123 to f 1 (step S305). As a result, the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable resonator 123, and electromagnetic field coupling is established between the resonator 120 and the frequency variable resonator 123. . Therefore, the signal input to the first terminal 101 is output to the third terminal 106 through the signal transmission route of the resonator 120, the variable frequency resonator 123, and the resonator 124.

ステップＳ３０３の処理またはステップＳ３０５の処理が完了すると、周波数設定部１２５はステップＳ３００に戻り、再び切替信号を受信するまで待機する。このように、周波数設定部１２５が切替信号を受信する度にステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理が繰り返し実行される。   When the process of step S303 or the process of step S305 is completed, the frequency setting unit 125 returns to step S300 and waits until a switching signal is received again. As described above, each time the frequency setting unit 125 receives the switching signal, the processes in steps S301 to S305 are repeatedly executed.

以上説明した本実施形態によれば、アンテナ素子１０に接続された共振器１２０と、共振器１２０と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な周波数可変共振器１２１と、共振器１２０と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な周波数可変共振器１２３と、周波数可変共振器１２１及び１２３の共振周波数を、第１の周波数（ｆ１）または第２の周波数（ｆ２）に設定する周波数設定部１２５とを備えることにより、第１及び第２の実施形態と同様に、装置を保護しつつ、信号の強度の低下を抑制することができる。 According to the present embodiment described above, the resonator 120 connected to the antenna element 10, the frequency variable resonator 121 that can be electromagnetically coupled to the resonator 120 at the first frequency (f 1 ), and the resonator 120. And the frequency variable resonator 123 capable of electromagnetic field coupling at the first frequency (f 1 ), and the resonance frequencies of the frequency variable resonators 121 and 123 are the first frequency (f 1 ) or the second frequency (f 2). The frequency setting unit 125 that is set to) can be used to protect the apparatus and suppress a decrease in signal strength, as in the first and second embodiments.

（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態の切替装置１００の構成図である。第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に、送信周波数と受信周波数が同じ周波数の場合に適用できる。しかし、第４の実施形態は、受信側の共振器を超伝導共振器とした点で第３の実施形態と異なる。以下、係る相違点を中心に説明する。 (Fourth embodiment)
FIG. 11 is a configuration diagram of the switching device 100 according to the fourth embodiment. As in the third embodiment, the fourth embodiment can be applied when the transmission frequency and the reception frequency are the same frequency. However, the fourth embodiment differs from the third embodiment in that the reception-side resonator is a superconducting resonator. Hereinafter, the difference will be mainly described.

本実施形態の切替装置１００には、第３の実施形態における周波数可変共振器１２３に代えて、周波数可変超伝導共振器１３０が設けられている。また、本実施形態の切替装置１００には、第３の実施形態における共振器１２４に代えて、超伝導共振器１３１が設けられている。   The switching device 100 according to the present embodiment is provided with a frequency variable superconducting resonator 130 instead of the frequency variable resonator 123 according to the third embodiment. In addition, the switching device 100 according to the present embodiment includes a superconducting resonator 131 instead of the resonator 124 according to the third embodiment.

切替装置１００は、第１の端子１０１に接続された共振器１２０と、第２の端子１０４に接続された共振器１２２と、第３の端子１０６に接続された超伝導共振器１３１と、第４の端子１０７に接続された周波数設定部１２５とを備える。また、切替装置１００は、周波数可変共振器１２１と、周波数可変超伝導共振器１３０とを備える。周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１及び周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数をｆ１とｆ２のいずれかに設定する。 The switching device 100 includes a resonator 120 connected to the first terminal 101, a resonator 122 connected to the second terminal 104, a superconducting resonator 131 connected to the third terminal 106, And a frequency setting unit 125 connected to the fourth terminal 107. The switching device 100 includes a frequency variable resonator 121 and a frequency variable superconducting resonator 130. The frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 and the frequency variable superconducting resonator 130 to either f 1 or f 2 .

周波数可変共振器１２１及び周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数はｆ１またはｆ２に変更可能であるが、共振器１２０、共振器１２２、及び超伝導共振器１３１の共振周波数はｆ１に固定されている。各共振器は１つだけでもよいが、フィルタ特性を向上させるために損失との兼ね合いを考慮したうえで複数設けられることが好ましい。 The resonance frequency of the frequency variable resonator 121 and the frequency variable superconducting resonator 130 can be changed to f 1 or f 2. However, the resonance frequency of the resonator 120, the resonator 122, and the superconducting resonator 131 is f 1 . It is fixed. Although only one resonator may be provided, it is preferable to provide a plurality of resonators in consideration of the balance with loss in order to improve the filter characteristics.

次に、アンテナ素子１０を用いて信号を送信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を送信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に送信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ１に設定するとともに、周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数をｆ２に設定する。 Next, the operation of the switching device 100 when a signal is transmitted using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 transmits a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the transmission mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to the input of this signal, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 to f 1 and sets the resonance frequency of the frequency variable superconducting resonator 130 to f 2 .

ＰＡ５０は送信信号を増幅し、第２の端子１０４に入力する。共振器１２２の共振周波数はｆ１であるため、共振器１２２は第２の端子１０４から入力された信号から周波数ｆ１の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。一方、周波数可変共振器１２１の共振周波数はｆ１に設定されている。周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ１）と共振器１２２の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変共振器１２１と共振器１２２との間に電磁界結合が成立する。 The PA 50 amplifies the transmission signal and inputs it to the second terminal 104. Since the resonance frequency of the resonator 122 is f 1 , the resonator 122 extracts a signal having the frequency f 1 from the signal input from the second terminal 104 and outputs the extracted signal. On the other hand, the resonance frequency of the variable frequency resonator 121 is set to f 1. Since the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable resonator 121 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 122, electromagnetic field coupling is established between the frequency variable resonator 121 and the resonator 122.

周波数可変共振器１２１と共振器１２２との間に電磁界結合が成立すると、周波数可変共振器１２１は、共振器１２２から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を出力することができる。また、周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ１）と共振器１２０の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変共振器１２１と共振器１２０との間に電磁界結合が成立する。 When the electromagnetic field coupling between the variable frequency resonator 121 and the resonator 122 is satisfied, the frequency variable resonator 121 receives a signal of a frequency f 1 output from the resonator 122, to output the received signal Can do. Further, since the resonance frequency (f 1 ) of the variable frequency resonator 121 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120, electromagnetic field coupling is established between the frequency variable resonator 121 and the resonator 120.

周波数可変共振器１２１と共振器１２０との間に電磁界結合が成立すると、共振器１２０は、周波数可変共振器１２１から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を第１の端子１０１へと出力することができる。出力された周波数ｆ１の信号は、アンテナ素子１０へと送信される。 When the electromagnetic field coupling is established between the variable frequency resonator 121 and the resonator 120, the resonator 120 receives the signal of frequency f 1 output from the frequency variable resonator 121, the received signal of the first It can output to the terminal 101. The output signal of frequency f 1 is transmitted to the antenna element 10.

一方、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数（ｆ２）とは異なるため、共振器１２０と周波数可変超伝導共振器１３０との間に電磁界結合は成立しない。従って、送信信号が受信側の周波数可変超伝導共振器１３０に回り込んで周波数可変超伝導共振器１３０を破損することを防止することができるとともに、送信信号の強度の低下を防止することができる。 On the other hand, the electromagnetic field coupling between the resonant frequency (f 1) and the resonance frequency (f 2) of the variable frequency superconducting resonator 130 differs for the resonator 120 and the variable frequency superconducting resonator 130 of resonator 120 Does not hold. Therefore, it is possible to prevent the transmission signal from entering the frequency variable superconducting resonator 130 on the receiving side and damaging the frequency variable superconducting resonator 130, and to prevent the transmission signal from being lowered in intensity. .

次に、アンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合の切替装置１００の動作について説明する。切替装置１００がアンテナ素子１０を用いて信号を受信する場合、外部の制御部（不図示）から第４の端子１０７に受信モードへ切り替えるための切替信号が入力される。この信号が入力されたことに応じて、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ２に設定するとともに、周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数をｆ１に設定する。 Next, the operation of the switching device 100 when receiving a signal using the antenna element 10 will be described. When the switching device 100 receives a signal using the antenna element 10, a switching signal for switching to the reception mode is input from the external control unit (not shown) to the fourth terminal 107. In response to the input of this signal, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121 to f 2 and sets the resonance frequency of the frequency variable superconducting resonator 130 to f 1 .

アンテナ素子１０により受信された信号は、第１の端子１０１に入力される。共振器１２０の共振周波数はｆ１であるため、共振器１２０は第１の端子１０１から入力された信号から周波数ｆ１の信号を抽出し、抽出した信号を出力する。また、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、共振器１２０と周波数可変超伝導共振器１３０との間に電磁界結合が成立する。 A signal received by the antenna element 10 is input to the first terminal 101. Since the resonance frequency of the resonator 120 is f 1 , the resonator 120 extracts a signal having the frequency f 1 from the signal input from the first terminal 101 and outputs the extracted signal. Further, since the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable superconducting resonator 130, electromagnetic field coupling is provided between the resonator 120 and the frequency variable superconducting resonator 130. Is established.

共振器１２０と周波数可変超伝導共振器１３０との間に電磁界結合が成立すると、周波数可変超伝導共振器１３０は、共振器１２０から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を出力することができる。また、周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数（ｆ１）と超伝導共振器１３１の共振周波数（ｆ１）とは等しいため、周波数可変超伝導共振器１３０と超伝導共振器１３１との間に電磁界結合が成立する。 When the electromagnetic field coupling is established between the resonator 120 and the variable frequency superconducting resonator 130, a variable frequency superconducting resonator 130 receives a signal of a frequency f 1 output from the resonator 120, the received signal Can be output. In addition, since the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable superconducting resonator 130 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the superconducting resonator 131, the frequency variable superconducting resonator 130 and the superconducting resonator 131 are arranged. The electromagnetic field coupling is established.

周波数可変超伝導共振器１３０と超伝導共振器１３１との間に電磁界結合が成立すると、超伝導共振器１３１は、周波数可変超伝導共振器１３０から出力された周波数ｆ１の信号を受信し、受信した信号を第３の端子１０６へと出力することができる。出力された周波数ｆ１の信号は、第３の端子１０６からＬＮＡ２０に入力される。 When electromagnetic coupling is established between the variable frequency superconducting resonator 130 and the superconducting resonator 131, the superconducting resonator 131 receives the signal of the frequency f 1 output from the variable frequency superconducting resonator 130. The received signal can be output to the third terminal 106. The output signal of frequency f 1 is input from the third terminal 106 to the LNA 20.

一方、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ２）とは異なるため、共振器１２０と周波数可変共振器１２１との間に電磁界結合は成立しない。従って、受信信号が送信側の共振器１０３に回り込むことを防止することができる。 On the other hand, different from the resonant frequency of the resonator 120 the resonant frequency of the (f 1) and the variable frequency resonator 121 (f 2), the electromagnetic field coupling is not established between the resonator 120 and the variable frequency resonator 121. Therefore, it is possible to prevent the reception signal from entering the resonator 103 on the transmission side.

周波数可変超伝導共振器１３０及び超伝導共振器１３１は、冷却板１３４上に設けられている。冷却板１３４は、冷却部１３５によって冷却される。また、冷却制御部１３７は、冷却板１３４上に設けられた温度計１３６の検知温度に基づき冷却部１３５を制御する。周波数可変超伝導共振器１３０及び超伝導共振器１３１は、冷却部１３５により周波数可変超伝導共振器１３０及び超伝導共振器１３１が超伝導状態となる臨界温度Ｔｃ以下まで十分冷却される。   The variable frequency superconducting resonator 130 and the superconducting resonator 131 are provided on a cooling plate 134. The cooling plate 134 is cooled by the cooling unit 135. The cooling control unit 137 controls the cooling unit 135 based on the temperature detected by the thermometer 136 provided on the cooling plate 134. The variable frequency superconducting resonator 130 and the superconducting resonator 131 are sufficiently cooled by the cooling unit 135 to a temperature equal to or lower than the critical temperature Tc at which the variable frequency superconducting resonator 130 and the superconducting resonator 131 are in a superconducting state.

また、周波数可変超伝導共振器１３０、超伝導共振器１３１、冷却板１３４、冷却部１３５、及び温度計１３６は、チャンバー１３８の内部に収容されている。真空ポンプ１３９は、チャンバー１３８の内部の空気を吸い出すことで、チャンバー１３８の内部を真空に近い状態にする。これによって、高い断熱効果が得られ、冷却部１３５の冷却効率を高めることができる。   Further, the variable frequency superconducting resonator 130, the superconducting resonator 131, the cooling plate 134, the cooling unit 135, and the thermometer 136 are accommodated inside the chamber 138. The vacuum pump 139 draws air inside the chamber 138 to bring the inside of the chamber 138 into a state close to a vacuum. Thereby, a high heat insulation effect is obtained, and the cooling efficiency of the cooling unit 135 can be increased.

図１２は、第４の実施形態の周波数設定部１２５による処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、周波数設定部１２５は、外部の制御部から第４の端子１０７を介して切替信号を受信するまで待機する（ステップＳ４００）。周波数設定部１２５が切替信号を受信すると（ステップＳ４００のＹＥＳ）、周波数設定部１２５は、受信した切替信号が送信モードへの切替信号であるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。   FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a processing flow by the frequency setting unit 125 according to the fourth embodiment. First, the frequency setting unit 125 waits until it receives a switching signal from the external control unit via the fourth terminal 107 (step S400). When the frequency setting unit 125 receives the switching signal (YES in step S400), the frequency setting unit 125 determines whether or not the received switching signal is a switching signal to the transmission mode (step S401).

受信した切替信号が送信モードへの切替信号である場合（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ１に設定する（ステップＳ４０２）。この結果、共振器１２２の共振周波数（ｆ１）、周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ１）、及び共振器１２０の共振周波数（ｆ１）は等しくなり、共振器１２２と周波数可変共振器１２１との間及び周波数可変共振器１２１と共振器１２０との間に電磁界結合が成立する。 If the received switching signal is a switching signal to the transmission mode (YES in step S401), the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the variable frequency resonator 121 to f 1 (step S402). As a result, the resonance frequency of the resonator 122 (f 1), the resonance frequency (f 1) frequency variable resonator 121, and the resonance frequency of the resonator 120 (f 1) is equal made, the resonator 122 and the variable frequency resonator Electromagnetic coupling is established between the variable frequency resonator 121 and the frequency variable resonator 121 and the resonator 120.

次に、周波数設定部１２５は、周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数をｆ２に設定する（ステップＳ４０３）。この結果、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数（ｆ２）とは異なるものとなり、共振器１２０と周波数可変超伝導共振器１３０との間に電磁界結合は成立しなくなる。従って、第２の端子１０４に入力された信号のうち周波数ｆ１の成分の信号は、共振器１２２、周波数可変共振器１２１、及び共振器１２０の信号伝達ルートを経て第１の端子１０１に出力される。 Then, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the variable frequency superconducting resonator 130 to f 2 (step S403). As a result, different from the resonant frequency of the resonator 120 (f 1) and the resonance frequency (f 2) of the variable frequency superconducting resonator 130, electromagnetic between the resonator 120 and the variable frequency superconducting resonator 130 The boundary coupling is not established. Accordingly, the signal having the frequency f 1 component among the signals input to the second terminal 104 is output to the first terminal 101 through the signal transmission route of the resonator 122, the variable frequency resonator 121, and the resonator 120. Is done.

一方、受信した切替信号が送信モードへの切替信号ではない場合、即ち受信モードへの切替信号を受信した場合（ステップＳ４０１のＮＯ）、周波数設定部１２５は、周波数可変共振器１２１の共振周波数をｆ２に設定する（ステップＳ４０４）。この結果、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ２）は異なるものとなり、共振器１２０と周波数可変共振器１２１との間に電磁界結合は成立しなくなる。また、周波数可変共振器１２１の共振周波数（ｆ２）と共振器１２２の共振周波数（ｆ１）は異なるものとなり、周波数可変共振器１２１と共振器１２２との間にも電磁界結合は成立しなくなる。 On the other hand, when the received switching signal is not the switching signal to the transmission mode, that is, when the switching signal to the reception mode is received (NO in step S401), the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable resonator 121. It is set to f 2 (step S404). As a result, the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is different from the resonance frequency (f 2 ) of the frequency variable resonator 121, and electromagnetic field coupling is established between the resonator 120 and the frequency variable resonator 121. Disappear. Further, the resonance frequency (f 1) of the variable frequency resonator 121 of the resonance frequency (f 2) and the resonator 122 becomes different, electromagnetic coupling also between the variable frequency resonator 121 and the resonator 122 is established Disappear.

次に、周波数設定部１２５は、周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数をｆ１に設定する（ステップＳ４０５）。この結果、共振器１２０の共振周波数（ｆ１）と周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数（ｆ１）とは等しくなり、共振器１２０と周波数可変超伝導共振器１３０との間に電磁界結合が成立する。従って、第１の端子１０１に入力された信号は、共振器１２０、周波数可変超伝導共振器１３０、及び超伝導共振器１３１の信号伝達ルートを経て第３の端子１０６に出力される。 Next, the frequency setting unit 125 sets the resonance frequency of the frequency variable superconducting resonator 130 to f 1 (step S405). As a result, the resonance frequency (f 1 ) of the resonator 120 is equal to the resonance frequency (f 1 ) of the frequency variable superconducting resonator 130, and an electromagnetic field is present between the resonator 120 and the frequency variable superconducting resonator 130. Join is established. Therefore, the signal input to the first terminal 101 is output to the third terminal 106 through the signal transmission route of the resonator 120, the variable frequency superconducting resonator 130, and the superconducting resonator 131.

ステップＳ４０３の処理またはステップＳ４０５の処理が完了すると、周波数設定部１２５はステップＳ４００に戻り、再び切替信号を受信するまで待機する。このように、周波数設定部１２５が切替信号を受信する度にステップＳ４０１〜Ｓ４０５の処理が繰り返し実行される。   When the process of step S403 or the process of step S405 is completed, the frequency setting unit 125 returns to step S400 and waits until a switching signal is received again. As described above, every time the frequency setting unit 125 receives the switching signal, the processes in steps S401 to S405 are repeatedly executed.

以上説明した本実施形態によれば、アンテナ素子１０に接続された共振器１２０と、共振器１２０と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な周波数可変共振器１２１と、共振器１２０と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な周波数可変超伝導共振器１３０と、周波数可変共振器１２１及び周波数可変超伝導共振器１３０の共振周波数を、第１の周波数（ｆ１）または第２の周波数（ｆ２）に設定する周波数設定部１２５とを備えることにより、第１〜第３の実施形態と同様に、装置を保護しつつ、信号の強度の低下を抑制することができる。 According to the present embodiment described above, the resonator 120 connected to the antenna element 10, the frequency variable resonator 121 that can be electromagnetically coupled to the resonator 120 at the first frequency (f 1 ), and the resonator 120. And the variable frequency superconducting resonator 130 that can be electromagnetically coupled to each other at the first frequency (f 1 ), and the resonance frequencies of the frequency variable resonator 121 and the frequency variable superconducting resonator 130 are the first frequency (f 1 ). Alternatively, by providing the frequency setting unit 125 that sets the second frequency (f 2 ), it is possible to suppress a decrease in signal strength while protecting the device, as in the first to third embodiments. it can.

また、本実施形態では、受信側の共振器として周波数可変超伝導共振器１３０を用いることで、受信信号の損失を低減することができるとともに、目的の周波数範囲の信号を効率よく抽出することができる。   Further, in the present embodiment, by using the variable frequency superconducting resonator 130 as the receiving-side resonator, it is possible to reduce the loss of the received signal and efficiently extract the signal in the target frequency range. it can.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、アンテナ素子１０に接続され、共振周波数を変更可能な第１の共振器１０２と、第１の共振器１０２と第１の周波数（ｆ１）で電磁界結合可能な第２の共振器１０３と、第１の共振器１０２と第１の周波数（ｆ１）とは異なる第２の周波数（ｆ２）で電磁界結合可能な第３の共振器１０５と、第１の共振器１０２の共振周波数を、第１の周波数（ｆ１）または第２の周波数（ｆ２）に設定する周波数設定部１０８とを持つことにより、装置を保護しつつ、信号の強度の低下を抑制することができる。 According to at least one embodiment described above, the first resonator 102 connected to the antenna element 10 and capable of changing the resonance frequency, and the first resonator 102 and the electromagnetic wave at the first frequency (f 1 ). A second resonator 103 capable of field coupling, and a third resonator 105 capable of electromagnetic field coupling at a second frequency (f 2 ) different from the first resonator 102 and the first frequency (f 1 ). And a frequency setting unit 108 that sets the resonance frequency of the first resonator 102 to the first frequency (f 1 ) or the second frequency (f 2 ), thereby protecting the device and A decrease in strength can be suppressed.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

１０…アンテナ、２０…ＬＮＡ、３０…移相器、４０…合成器、５０…ＰＡ、６０…移相器、７０…分配器、１００…切替装置、１０１…第１の端子、１０２…周波数可変共振器、１０３…共振器、１０４…第２の端子、１０５…共振器、１０６…第３の端子、１０７…第４の端子、１０８…周波数設定部、１１１…冷却部、１１６…超伝導共振器、１３０…超伝導周波数可変共振器   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Antenna, 20 ... LNA, 30 ... Phase shifter, 40 ... Synthesizer, 50 ... PA, 60 ... Phase shifter, 70 ... Distributor, 100 ... Switching device, 101 ... First terminal, 102 ... Variable frequency Resonator 103 ... Resonator 104 ... Second terminal 105 ... Resonator 106 ... Third terminal 107 ... Fourth terminal 108 ... Frequency setting unit 111 ... Cooling unit 116 ... Superconducting resonance 130, superconducting frequency variable resonator

Claims (14)

アンテナ素子に接続され、共振周波数を変更可能な第１の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で電磁界結合可能な第３の共振器と、
前記第１の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第２の周波数に設定する周波数設定部と、
を備える切替装置。 A first resonator connected to the antenna element and capable of changing a resonance frequency;
A second resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency;
A third resonator capable of electromagnetic field coupling at a second frequency different from the first frequency of the first resonator;
A frequency setting unit for setting a resonance frequency of the first resonator to the first frequency or the second frequency;
A switching device comprising: 前記周波数設定部は、
前記アンテナ素子を用いて信号の送信が行われる場合、前記第１の共振器の共振周波数を前記第１の周波数に設定し、
前記アンテナ素子を用いて信号の受信が行われる場合、前記第１の共振器の共振周波数を前記第２の周波数に設定する、
請求項１記載の切替装置。 The frequency setting unit includes:
When signal transmission is performed using the antenna element, the resonance frequency of the first resonator is set to the first frequency,
When signal reception is performed using the antenna element, the resonance frequency of the first resonator is set to the second frequency.
The switching device according to claim 1. 前記第２の共振器は、共振周波数が前記第１の周波数である複数の共振器を備える、
請求項１または２記載の切替装置。 The second resonator includes a plurality of resonators whose resonance frequency is the first frequency.
The switching device according to claim 1 or 2. 前記第３の共振器は、共振周波数が前記第２の周波数である複数の共振器を備える、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切替装置。 The third resonator includes a plurality of resonators whose resonance frequency is the second frequency.
The switching device according to any one of claims 1 to 3. 前記第３の共振器は超伝導体で形成され、
前記第３の共振器を冷却する冷却部を更に備える、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の切替装置。 The third resonator is formed of a superconductor;
A cooling unit for cooling the third resonator;
The switching device according to any one of claims 1 to 4. アンテナ素子に接続され、共振周波数を変更可能な第１の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で電磁界結合可能な第３の共振器と、
前記第１の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第２の周波数に設定する周波数設定部と、
送信信号を増幅して前記第２の共振器へ出力する第１の増幅器と、
前記第３の共振器から出力される受信信号を増幅する第２の増幅器と、
を備える送受信装置。 A first resonator connected to the antenna element and capable of changing a resonance frequency;
A second resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency;
A third resonator capable of electromagnetic field coupling at a second frequency different from the first frequency of the first resonator;
A frequency setting unit for setting a resonance frequency of the first resonator to the first frequency or the second frequency;
A first amplifier for amplifying a transmission signal and outputting the amplified signal to the second resonator;
A second amplifier for amplifying a reception signal output from the third resonator;
A transmission / reception device comprising: アンテナ素子と、
前記アンテナ素子に接続され、共振周波数を変更可能な第１の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で電磁界結合可能な第３の共振器と、
前記第１の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第２の周波数に設定する周波数設定部と、
送信信号を増幅して前記第２の共振器へ出力する第１の増幅器と、
前記第３の共振器から出力される受信信号を増幅する第２の増幅器と、
を備えるアンテナ装置。 An antenna element;
A first resonator connected to the antenna element and capable of changing a resonance frequency;
A second resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency;
A third resonator capable of electromagnetic field coupling at a second frequency different from the first frequency of the first resonator;
A frequency setting unit for setting a resonance frequency of the first resonator to the first frequency or the second frequency;
A first amplifier for amplifying a transmission signal and outputting the amplified signal to the second resonator;
A second amplifier for amplifying a reception signal output from the third resonator;
An antenna device comprising: アンテナ素子に接続された第１の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第２の共振器であって、共振周波数を変更可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第３の共振器であって、共振周波数を変更可能な第３の共振器と、
前記第２の共振器及び前記第３の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に設定する周波数設定部と、
を備える切替装置。 A first resonator connected to the antenna element;
A second resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency, the second resonator being capable of changing a resonance frequency;
A third resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency, the third resonator being capable of changing a resonance frequency;
A frequency setting unit that sets a resonance frequency of the second resonator and the third resonator to the first frequency or a second frequency different from the first frequency;
A switching device comprising: 前記周波数設定部は、
前記アンテナ素子を用いて信号の送信が行われる場合、前記第２の共振器の共振周波数を前記第１の周波数に設定するとともに、前記第３の共振器の共振周波数を前記第２の周波数に設定し、
前記アンテナ素子を用いて信号の受信が行われる場合、前記第２の共振器の共振周波数を前記第２の周波数に設定するとともに、前記第３の共振器の共振周波数を前記第１の周波数に設定する、
請求項８記載の切替装置。 The frequency setting unit includes:
When signal transmission is performed using the antenna element, the resonance frequency of the second resonator is set to the first frequency, and the resonance frequency of the third resonator is set to the second frequency. Set,
When signal reception is performed using the antenna element, the resonance frequency of the second resonator is set to the second frequency, and the resonance frequency of the third resonator is set to the first frequency. Set,
The switching device according to claim 8. 前記第２の共振器と前記第１の周波数で電磁界結合する第４の共振器を更に備える、
請求項８または９記載の切替装置。 A fourth resonator that is electromagnetically coupled to the second resonator at the first frequency;
The switching device according to claim 8 or 9. 前記第３の共振器と前記第１の周波数で電磁界結合する第５の共振器を更に備える、
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の切替装置。 A fifth resonator that is electromagnetically coupled to the third resonator at the first frequency;
The switching device according to any one of claims 8 to 10. 前記第３の共振器は超伝導体で形成され、
前記第３の共振器を冷却する冷却部を更に備える、
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の切替装置。 The third resonator is formed of a superconductor;
A cooling unit for cooling the third resonator;
The switching device according to any one of claims 9 to 11. アンテナ素子に接続された第１の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第２の共振器であって、共振周波数を変更可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第３の共振器であって、共振周波数を変更可能な第３の共振器と、
前記第２の共振器及び前記第３の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に設定する周波数設定部と、
送信信号を増幅して前記第２の共振器へ出力する第１の増幅器と、
前記第３の共振器から出力される受信信号を増幅する第２の増幅器と、
を備える送受信装置。 A first resonator connected to the antenna element;
A second resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency, the second resonator being capable of changing a resonance frequency;
A third resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency, the third resonator being capable of changing a resonance frequency;
A frequency setting unit that sets a resonance frequency of the second resonator and the third resonator to the first frequency or a second frequency different from the first frequency;
A first amplifier for amplifying a transmission signal and outputting the amplified signal to the second resonator;
A second amplifier for amplifying a reception signal output from the third resonator;
A transmission / reception device comprising: アンテナ素子と、
前記アンテナ素子に接続された第１の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第２の共振器であって、共振周波数を変更可能な第２の共振器と、
前記第１の共振器と第１の周波数で電磁界結合可能な第３の共振器であって、共振周波数を変更可能な第３の共振器と、
前記第２の共振器及び前記第３の共振器の共振周波数を、前記第１の周波数または前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に設定する周波数設定部と、
送信信号を増幅して前記第２の共振器へ出力する第１の増幅器と、
前記第３の共振器から出力される受信信号を増幅する第２の増幅器と、
を備えるアンテナ装置。 An antenna element;
A first resonator connected to the antenna element;
A second resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency, the second resonator being capable of changing a resonance frequency;
A third resonator that can be electromagnetically coupled to the first resonator at a first frequency, the third resonator being capable of changing a resonance frequency;
A frequency setting unit that sets a resonance frequency of the second resonator and the third resonator to the first frequency or a second frequency different from the first frequency;
A first amplifier for amplifying a transmission signal and outputting the amplified signal to the second resonator;
A second amplifier for amplifying a reception signal output from the third resonator;
An antenna device comprising:
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