JP2016086244A - 無線回路 - Google Patents

Abstract

【課題】受信に影響を及ぼすことなく、送信系において最適な負荷を容易に構成できる無線回路を提供する。
【解決手段】本発明の無線回路（１００）は、送受信帯域の信号を分波するデュプレクサ（１０６）と、上記デュプレクサ（１０６）に入力される送信信号を増幅する電力増幅器（１０８）との間に配置され、アンテナ（１０１・１０２）の送信系の負荷を調整する負荷調整部（１０７）とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナに接続された無線回路に関する。

近年、携帯電話やスマートフォンなどの無線機器から出力される電波が人体に悪影響を及ぼす可能性があることが懸念されている。そこで、高周波通信モジュールを搭載した電子機器では、人体が一定時間にどの位の電磁界強度を受けたのかを表す指標の許容値を示すＳＡＲ（Specific Absorption Rate）値を満たすことが義務付けられている。例えば特許文献１には、簡易な方法でＳＡＲ対策を講じるため、図５に示すように、高周波モジュール１０において、人体との距離に基づき２極双投スイッチ１３を切り換え、ＲＦモジュール１２内の電力増幅器１２２（図６）に接続されるアンテナを切換える構成の携帯情報端末が開示されている。

特開２０１３−１９８０７４号公報（２０１３年９月３０日公開）

ところで、上記構成の携帯情報端末では、ＲＦモジュール１２とアンテナ１８，１９の間には整合回路１６，１７があり、ＲＦモジュール１２の内部には、図６に示すように、変復調部１２１の出力ラインに電力増幅器１２２が配置されている。ここで、電力増幅器１２２のアンテナ１８，１９に対する負荷インピーダンスは異なるため、負荷調整が必要となる。この場合の負荷調整は、整合回路１６，１７によって行われる。

しかしながら、ＲＦモジュール１２は、図６に示す構成となっているため、整合回路１６，１７において負荷調整を行った場合、電力増幅器１２２の送信系Ｔｘの負荷だけでなく、受信系Ｒｘの負荷も調整されることになる。つまり、送信系Ｔｘにおいて最適な負荷を構成する場合、負荷調整が受信に影響を及ぼすことになる。

従って、特許文献１の構成では、受信に影響を及ぼすことなく、送信系Ｔｘにおいて最適な負荷を容易に構成するのは困難であるという問題が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、受信系とは別に送信系の負荷調整を独立して行うことにより、受信に影響を及ぼすことなく、送信系において最適な負荷を容易に構成できる無線回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る無線回路は、少なくとも１本のアンテナが接続された無線回路であって、送受信帯域の信号を分波するデュプレクサと、上記デュプレクサに入力される送信信号を増幅する電力増幅器と、上記電力増幅器と上記デュプレクサとの間に配置され、上記アンテナの送信系の負荷を調整する第１の負荷調整部と、を備えていることを特徴としている。

本発明の一態様によれば、受信に影響を及ぼすことなく、送信系において最適な負荷を容易に構成できるという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係る無線回路の概略構成を示す図である。 図１に示す無線回路の変形例の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態２に係る無線回路の概略構成を示す図である。 図３に示す無線回路の変形例の概略構成を示す図である。 従来の携帯情報端末の高周波モジュールの概略構成を示す図である。 図５に示す高周波モジュール内のＲＦモジュールの概略構成を示す図である。

〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（無線回路）
図１は、実施形態１に係る無線回路１００の概略構成を示す図である。無線回路１００は、図１に示すように、アンテナ１０１・１０２、整合回路１０３・１０４、切替えスイッチ１０５、デュプレクサ１０６、負荷調整部１０７、電力増幅部１０８、ＲＦＩＣ１０９を備えている。ここで、上記構成の無線回路１００のうち、デュプレクサ１０６、負荷調整部（第１の負荷調整部）１０７、電力増幅部１０８、ＲＦＩＣ１０９によって高周波回路を構成する。なお、図１に示すブロック図は、無線回路１００が有する各種機能のうち、本発明に特有なものを表現したものであり、無線回路１００が、図１に示されていない機能を有していてもよいことは言うまでもない。

アンテナ１０１及びアンテナ１０２は、それぞれ異なる周波数帯域で動作するアンテナである。本実施形態において、アンテナ１０１は周波数帯域Ａで動作するローバンドアンテナであり、アンテナ１０２は周波数帯域Ｂで動作するミッドバンドアンテナであるとするが、各アンテナが動作するバンドはこれに限定されない。

整合回路１０３及び整合回路１０４は、それぞれに接続されたアンテナ１０１及びアンテナ１０２と、後段の高周波回路（デュプレクサ１０６、負荷調整部１０７、電力増幅部１０８、ＲＦＩＣ１０９）との整合を取るために、アンテナ１０１及びアンテナ１０２の共振周波数を調整するようになっている。

切替えスイッチ１０５は、２極双投スイッチ（ＤＰＤＴ−ＳＷ：Dual Pole Dual Throw Switch）からなる。すなわち、切替えスイッチ１０５は、端子ａと端子ｃが導通し、端子ｂと端子ｄとが導通した第１の状態と、端子ａと端子ｄが導通し、端子ｂと端子ｃとが導通した第２の状態とを切替える。切替えスイッチ１０５の切替え制御は、ＲＦＩＣ１０９から出力される制御信号の一つである、切替えスイッチコントロール信号にて行われる。

具体的には、切替えスイッチ１０５は、ＲＦＩＣ１０９からの切替えスイッチコントロール信号に応じて、デュプレクサ１０６からアンテナ１０１・１０２への２つの状態、すなわち上述した第１の状態（ＴＲｘ１−アンテナ１０１及びＲｘ２−アンテナ１０２）と、上述した第２の状態（ＴＲｘ１−アンテナ１０２及びＲｘ２−アンテナ１０１）とを切替える。

ここで、上記ＴＲｘ１は、送信電力（送信信号）Ｔｘ１と受信電力（受信信号）Ｒｘ１の経路を示し、上記Ｒｘ２は、受信電力Ｒｘ２の経路を示している。つまり、切替えスイッチ１０５によって第１の状態に切替えられたときの経路、すなわち送信電力Ｔｘ１がデュプレクサ１０６からアンテナ１０１に送信される経路または受信電力Ｒｘ１がアンテナ１０１からデュプレクサ１０６に送信される経路と、受信電力Ｒｘ２がアンテナ１０２からデュプレクサ１０６に送信される経路とを示す。また、切替えスイッチ１０５によって第２の状態に切替えられたときの経路、すなわち送信電力Ｔｘ１がデュプレクサ１０６からアンテナ１０２に送信される経路または受信電力Ｒｘ１がアンテナ１０２からデュプレクサ１０６に送信される経路と、受信電力Ｒｘ２がアンテナ１０１からデュプレクサ１０６に送信される経路とを示している。

デュプレクサ１０６は、送受信帯域の信号を分波するフィルタ、すなわち入力された電力を、送信電力Ｔｘ１、受信電力Ｒｘ１、受信電力Ｒｘ２に分けるフィルタである。

負荷調整部１０７は、上記アンテナ１０１・１０２の送信系毎の負荷を調整する。具体的には、負荷調整部１０７は、電力増幅部１０８のアンテナ１０１・１０２に対する負荷インピーダンスを調整するために、可変容量素子によって構成されている。可変容量素子による容量値（負荷容量値）は、上述した切替えスイッチ１０５における第１の状態または第２の状態への切替えに応じて設定される。

電力増幅部１０８は、上記デュプレクサ１０６に入力される送信電力Ｔｘ１を増幅する。電力増幅部１０８は、負荷によって電力増幅率、消費電力などが変る。

ＲＦＩＣ１０９は、送信電力Ｔｘ１を送信すると共に、受信電力Ｒｘ１及び受信電力Ｒｘ２を受信して合成する通信モデムＩＣであり、上記の切替えスイッチ１０５を切替え制御すると共に、上記の切替えスイッチ１０５の切替え状態に応じて、負荷調整部１０７を制御する制御部として機能する。ここで、ＲＦＩＣ１０９では、アンテナ１０１やアンテナ１０２から受信した電波（受信電力Ｒｘ１、Ｒｘ２）から所望の情報を得て、アンテナ１０１やアンテナ１０２から電波（送信電力Ｔｘ１）を送信して情報を相手に伝達する。

ＲＦＩＣ１０９は、切替えスイッチ１０５の切替え状態に応じて設定される負荷調整部１０７の負荷容量値を記憶するメモリ１１０を含んでいる。つまり、メモリ１１０には、電力増幅部１０８のアンテナ１０１・１０２に対する負荷インピーダンスを調整するために必要な、切替えスイッチ１０５の切替え状態を示す第１の状態、第２の状態それぞれに対応した負荷調整部１０７の負荷容量値が記憶されている。

従って、ＲＦＩＣ１０９によって、切替えスイッチ１０５が第１の状態に切替えられたとき、あるいは第２の状態に切替えられたとき、それぞれの状態に応じて、負荷調整部１０７の負荷容量値が設定されるため、電力増幅部１０８のアンテナ１０１・１０２に対する負荷インピーダンスが適切に調整され、その結果、最適な送信系の負荷を構成することが可能となる。

（送信系の負荷調整）
上記構成の無線回路１００では、上記負荷調整部１０７を、デュプレクサ１０６と電力増幅部１０８との間に設置している。つまり、ＲＦＩＣ１０９から出力される送信電力Ｔｘ１の送信経路（送信系）上に、電力増幅部１０８、負荷調整部１０７、デュプレクサ１０６が順に配置されている。これにより、負荷調整部１０７による負荷容量値の設定（負荷の調整）が送信経路にのみ影響を与え、受信経路（受信系）に影響を与えない。

具体的には、デュプレクサ１０６によって送信電力Ｔｘ１側は送信周波数帯域を通過させて、受信周波数帯域は遮断する。また、デュプレクサ１０６によって受信電力Ｒｘ１側は受信周波数帯域を通過させて送信周波数帯域を遮断する。従って、電力増幅部１０８とデュプレクサ１０６との間に負荷調整部１０７を設けることで、負荷調整部１０７による調整の影響はデュプレクサ１０６によって送信周波数帯のみに限定され、受信周波数帯は遮断されることになる。このように、電力増幅部１０８とデュプレクサ１０６との間に負荷調整部１０７を設けることで、負荷調整部１０７による負荷調整の影響を送信周波数帯に限定できるため、受信周波数帯に影響を及ぼすことなく送信系の負荷の調整ができる。

従って、上記構成の無線回路１００によれば、受信系とは別に送信系の負荷調整を独立して行うことになるので、受信に影響を及ぼすことなく、送信系において最適な負荷を容易に構成できるという効果を奏する。

なお、上記構成の無線回路１００では、２本のアンテナ１０１・１０２を用いて、アンテナ１０１・１０２とそれぞれで通信に使用される通信周波数が異なっているため、アンテナと通信周波数ごと、すなわち上記切替えスイッチ１０５の切替え状態、すなわち第１の状態、第２の状態に応じて負荷を調整する構成となっているが、本発明は、これに限定されるものではなく、単一アンテナで、通信周波数ごとに負荷を可変して調整する構成であってもよいし、単一アンテナで、負荷調整部１０７を可変でない容量素子で構成してもよい。単一アンテナの例について、以下の変形例１において説明する。

〔変形例１〕
図２は、図１に示す無線回路１００において、アンテナを１本にした場合の無線回路１００ａの概略構成を示す図である。無線回路１００ａは、図２に示すように、図１に無線回路１００とほとんど同じ構成であり、異なるのは、アンテナが１本（アンテナ１０１）になった点と、切替えスイッチ１０５ａの構成が変った点である。従って、無線回路１００ａにおいて、無線回路１００と同じ符号を付記した部材についての説明の詳細は省略する。

切替えスイッチ１０５ａは、図２に示すように、端子ａと端子ｃを導通させた第３の状態と、端子ｂと端子ｃを導通させた第４の状態とを切替えるものである。具体的には、切替えスイッチ１０５ａは、ＲＦＩＣ１０９からの切替えスイッチコントロール信号に応じて、デュプレクサ１０６からアンテナ１０１のパス、すなわち第３の状態（ＴＲｘ１−アンテナ１０１）と、第４の状態（Ｒｘ２−アンテナ１０１）とを切替える。

ここで、負荷調整部１０７は、前記実施形態１と同様に、アンテナ１０１にて通信する通信周波数毎に負荷を可変して調整しているが、通信周波数が固定されていれば、調整する負荷容量も自ずと決まるため、負荷調整部１０７を可変容量素子で構成せず、複数の容量素子によって予め負荷容量を設定する構成であってもよい。

なお、前記実施形態１及び変形例１の無線回路１００、１００ａでは、何れも負荷調整部１０７は送信電力Ｔｘ１の電力を増幅する電力増幅部１０８と、デュプレクサ１０６との間に設けられているだけなので、負荷調整部１０７による負荷容量の調整が行われると、送信電力Ｔｘと受信電力Ｒｘ１との間のアイソレーションが変化（劣化）する。これを改善するための例について以下の実施形態２及び変形例２に説明する。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図３は、本実施形態に係る無線回路２００を示し、図１に示す無線回路１００に対して、デュプレクサ１０６の受信電力Ｒｘ１の出力側に、負荷調整部（第２の負荷調整部）１１１が設けられている点である。

負荷調整部１１１は、負荷調整部１０７と同じ可変容量素子からなり、上記アンテナ１０１・１０２の受信系の負荷を調整する。具体的には、負荷調整部１１１は、受信電力Ｒｘ１を受信する経路（アンテナ１０１−切替えスイッチ１０５−デュプレクサ１０６−ＲＦＩＣ１０９までの経路と、アンテナ１０２−切替えスイッチ１０５−デュプレクサ１０６−ＲＦＩＣ１０９までの経路）の負荷を調整する。

ここで、負荷調整部１０７と負荷調整部１１１とにおける負荷容量値の設定値は、互いの値を対応付けて設定される。つまり、ＲＦＩＣ１０９は、負荷調整部１０７において負荷容量値の設定を行った際に、送信電力Ｔｘと受信電力Ｒｘ１との間のアイソレーションが変化しないように、負荷調整部１１１における負荷容量値を設定する。これらの負荷容量値は、ＲＦＩＣ１０９内のメモリ１１０に記憶させて、負荷調整部１０７及び負荷調整部１１１の負荷容量を調整する際に用いる。

以上のように、デュプレクサ１０６とＲＦＩＣ１０９の受信電力Ｒｘ１の入力部との間に負荷調整部１１１を挿入し、デュプレクサ１０６から出力される受信電力Ｒｘ１の送信周波数帯のインピーダンスがオープンに近づくように当該負荷調整部１１１を制御する。

これにより、ＲＦＩＣ１０９によって、切替えスイッチ１０５が第１の状態に切替えられたとき、あるいは第２の状態に切替えられたとき、それぞれの状態に応じて、負荷調整部１０７の負荷容量値が設定され、且つ、送信電力Ｔｘと受信電力Ｒｘ１との間のアイソレーションが変化しないように負荷調整部１１１の負荷容量値も設定されるため、最適な送信系の負荷及び受信系の負荷を構成することができる。

従って、無線回路２００において、負荷調整部１０７の負荷容量値が切り替わっても、送信電力Ｔｘと受信電力Ｒｘ１との間のアイソレーションが変化（劣化）することはない。

ここで、負荷調整部１１１を、デュプレクサ１０６とＲＦＩＣ１０９の受信電力Ｒｘ１の入力部との間に挿入するだけでなく、デュプレクサ１０６とＲＦＩＣ１０９の受信電力Ｒｘ２の入力部との間にも挿入してもよい。この場合、通信周波数に応じて、受信で力Ｒｘ２の送信周波数のインピーダンスをオープンに近づけることで、送信電力Ｔｘ１の出力部→受信電力Ｒｘ２の入力部の系で飛び込んでくる、自身の送信波を減衰させることができる。このような、送信波の飛び込みが減衰することで、デバイスの破壊を防ぐことができるという効果を奏する。

なお、上記構成の無線回路２００では、２本のアンテナ１０１・１０２を用いて、アンテナ１０１・１０２とそれぞれで通信に使用される通信周波数が異なっているため、アンテナと通信周波数ごと、すなわち上記第１の状態、第２の状態に応じて負荷を調整する構成となっているが、本発明は、これに限定されるものではなく、単一アンテナで、通信周波数ごとに負荷を可変して調整する構成であってもよいし、単一アンテナで、負荷調整部１０７及び負荷調整部１１１を可変でない容量素子で構成してもよい。単一アンテナの例について、以下の変形例１において説明する。

〔変形例２〕
図４は、図３に示す無線回路２００において、アンテナを１本にした場合の無線回路２００ａの概略構成を示す図である。無線回路２００ａは、図４に示すように、図３に無線回路２００とほとんど同じ構成であり、異なるのは、アンテナが１本（アンテナ１０１）になった点と、切替えスイッチ１０５ａの構成が変った点である。従って、無線回路２００ａにおいて、前記実施形態２の無線回路２００と同じ符号を付記した部材についての説明の詳細は省略する。

切替えスイッチ１０５ａは、図２に示すように、端子ａと端子ｃを導通させた第３の状態と、端子ｂと端子ｃを導通させた第４の状態とを切替えるものである。具体的には、切替えスイッチ１０５ａは、ＲＦＩＣ１０９からの切替えスイッチコントロール信号に応じて、デュプレクサ１０６からアンテナ１０１のパス、すなわち第３の状態（ＴＲｘ１−アンテナ１０１）と、第４の状態（Ｒｘ２−アンテナ１０１）とを切替える。

ここで、負荷調整部１０７及び負荷調整部１１１は、前記実施形態２と同様に、アンテナ１０１にて通信する通信周波数毎に負荷を可変して調整しているが、通信周波数が固定されていれば、調整する負荷容量も自ずと決まるため、負荷調整部１０７及び負荷調整部１１１を可変容量素子で構成せず、複数の容量素子によって予め負荷容量を設定する構成であってもよい。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係る無線回路は、アンテナ１０１・１０２が接続された無線回路１００であって、送受信帯域の信号を分波するデュプレクサ１０６と、上記デュプレクサ１０６に入力される送信信号を増幅する電力増幅器（電力増幅部１０８）と、上記電力増幅器（電力増幅部１０８）と上記デュプレクサ１０６との間に配置され、上記アンテナ１０１・１０２の送信系の負荷を調整する第１の負荷調整部（負荷調整部１０７）と、を備えていることを特徴としている。

上記構成によれば、負荷調整部によって、電力増幅器とデュプレクサとの間における送信系の負荷が調整されることで、受信系とは別に送信系の負荷調整を独立して行うことができる。

従って、受信に影響を及ぼすことなく、送信系において最適な負荷を容易に構成できるという効果を奏する。

本発明の態様２に係る無線回路は、上記態様１において、アンテナ１０１・１０２が接続され、それぞれの通信周波数が異なるとき、上記第１の負荷調整部（負荷調整部１０７）は、上記アンテナ１０１・１０２毎の送信系の負荷を調整してもよい。

上記構成によれば、複数のアンテナが接続され、それぞれの通信周波数が異なるときのように、アンテナ毎の送信系の負荷が異なる場合、上記負荷調整部によって、上記アンテナ毎の送信系の負荷を調整することで、アンテナの切替えに応じた送信系の負荷を構成することができる。

本発明の態様３に係る無線回路は、上記態様２において、上記第１の負荷調整部（負荷調整部１０７）は、アンテナ１０１・１０２の切替えに応じて容量を可変にできる可変容量素子であってもよい。

上記構成によれば、負荷調整部は、アンテナの切替えに応じて容量を可変にできる可変容量素子からなることで、アンテナの切替えに応じて適切な負荷を簡単な構成で迅速に調整することができる。

本発明の態様４に係る無線回路は、上記態様１において、上記アンテナ１０１が１本であるとき、上記第１の負荷調整部（負荷調整部１０７）は、上記アンテナ１０１の送信系の負荷に合わせた容量の容量素子であってもよい。

上記の構成によれば、アンテナの送信系の負荷を簡単な構成で迅速に調整することができる。

本発明の態様５に係る無線回路は、上記態様１〜４の何れか１態様において、上記デュプレクサ１０６の受信信号の出力側に、上記アンテナ１０１・１０２の受信系の負荷を調整する第２の負荷調整部（負荷調整部１１１）が設けられ、上記第２の負荷調整部（負荷調整部１１１）は、上記第１の負荷調整部（負荷調整部１０７）において負荷容量値の設定を行った際に、送信電力と受信電力との間のアイソレーションが変化しないように、上記アンテナ１０１・１０２の受信系の負荷を調整するようにしてもよい。

上記構成によれば、第１の負荷調整部の負荷容量値が切り替わっても、送信電力Ｔｘと受信電力Ｒｘ１との間のアイソレーションを変化（劣化）させないようにできる。

本発明の態様６に係る無線機は、上記態様１〜５の何れか１態様の無線回路を備えている。

上記の構成によれば、上記態様１〜５と同等の効果を奏する。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、アンテナに接続され、アンテナの送信系の負荷の調整が必要な無線回路及び無線機に利用することができる。

１００ 無線回路
１００ａ 無線回路
１０１ アンテナ
１０２ アンテナ
１０３ 整合回路
１０４ 整合回路
１０５ スイッチ
１０５ａ スイッチ
１０６ デュプレクサ
１０７ 負荷調整部
１０８ 電力増幅部
１０９ ＲＦＩＣ
１１０ メモリ
１１１ 負荷調整部
２００ 無線回路
２００ａ 無線回路

Claims (5)

1. 少なくとも１本のアンテナが接続された無線回路であって、
   送受信帯域の信号を分波するデュプレクサと、
   上記デュプレクサに入力される送信信号を増幅する電力増幅器と、
   上記電力増幅器と上記デュプレクサとの間に配置され、上記アンテナの送信系の負荷を調整する第１の負荷調整部と、
   を備えていることを特徴とする無線回路。
2. 複数のアンテナが接続され、それぞれの通信周波数が異なるとき、
   上記第１の負荷調整部は、
   上記アンテナ毎の送信系の負荷を調整していることを特徴とする請求項１に記載の無線回路。
3. 上記第１の負荷調整部は、
   アンテナの切替えに応じて容量を可変にできる可変容量素子からなることを特徴とする請求項２に記載の無線回路。
4. 上記アンテナが１本であるとき、
   上記第１の負荷調整部は、
   上記アンテナの送信系の負荷に合わせた容量の容量素子からなることを特徴とする請求項１に記載の無線回路。
5. 上記デュプレクサの受信信号の出力側に、上記アンテナの受信系の負荷を調整する第２の負荷調整部が設けられ、
   上記第２の負荷調整部は、
   上記第１の負荷調整部において負荷容量値の設定を行った際に、送信電力と受信電力との間のアイソレーションが変化しないように、上記アンテナの受信系の負荷を調整することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の無線回路。

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