JP2016086371A

JP2016086371A - 送受信装置

Info

Publication number: JP2016086371A
Application number: JP2014219828A
Authority: JP
Inventors: 塚本　秀樹; Hideki Tsukamoto; 秀樹塚本
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2016-05-19

Abstract

【課題】アンテナの負荷インピーダンスによる受信性能の劣化を抑制する。
【解決手段】送受信装置１０は、アンテナＡＮＴ、アンテナ共用器１１、アイソレータ１４、および位相調整回路１５を備える。アンテナＡＮＴは、送信信号を外部に送信し、外部からの受信信号を受信する。アンテナ共用器１１は、送信信号入力端子１１１、アンテナ接続端子１１２および受信信号出力端子１１３を備える。アイソレータ１４は、送信信号入力端子１１１に接続されている。位相調整回路１５は、アイソレータ１４とアンテナＡＮＴとの間に接続され、アイソレータ１４からアンテナＡＮＴを視た位相が受信周波数帯域の信号レベルが極小となる位相になるように、位相を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波信号の送受信を行う送受信装置に関する。

現在、一般的に利用されている無線通信システムには、送信信号と受信信号の周波数帯域が異なるシステムが存在する。この場合、無線通信装置の小型化等の観点から、送受信を１つのアンテナで行うことが多い。例えば、特許文献１に示すように、従来の送受信モジュールでは、送信回路と受信回路は、デュプレクサ等のアンテナ共用器を介してアンテナに接続される。そして、このような送受信モジュールでは、送信回路の保護のために、特許文献１に示すように、送信回路の後段、すなわち、送信回路の出力端とアンテナ共用器との間に、アイソレータが接続されていることがある。

特許第４０６４３７９号明細書

しかしながら、このようなアイソレータとアンテナ共用器を用いた送受信回路では、次に示す問題が生じることを発明者らは解明した。携帯機器では、送受信環境（例えば、携帯機器を操作者が保持する態様、携帯機器の周辺の電波環境等）によって、アンテナの負荷インピーダンスが変動することがある。そして、このような負荷インピーダンスの変動により、送信信号がアンテナで反射すると、アンテナから送信回路のアイソレータに反射信号が伝送される。

反射信号がアイソレータに入射されると、その反響によって、アイソレータを通過した送信信号に含まれる受信周波数帯域のノイズが増加する。これにより、アンテナ共用器を介して受信回路側に漏洩するノイズレベルが上昇し、受信性能が劣化してしまう（後述の図２を参照）。

この発明の目的は、アンテナの負荷インピーダンスによる受信性能の劣化を抑制できる送受信装置を提供することにある。

この発明の送受信装置は、アンテナ、アンテナ共用器、アイソレータ、および位相調整回路を備える。アンテナは、送信信号を外部に送信し、外部からの受信信号を受信する。アンテナ共用器は、アンテナ接続端子、送信信号入力端子および受信信号出力端子を備える。アイソレータは、送信信号入力端子に接続されている。位相調整回路は、アイソレータとアンテナとの間に接続され、受信信号の周波数帯域の信号の位相を調整する。

この構成では、アンテナのインピーダンスの負荷変動によってアンテナで送信信号が反射して、その一部が送信信号入力端子から出力されても、アイソレータによる送信信号における受信信号周波数帯域の周波数成分を有するノイズの発生が抑制される。

また、この発明の送受信装置は、アンテナの負荷インピーダンスを検出する検出部と、負荷インピーダンスの変動量に応じて位相調整回路の位相調整量を設定する制御部と、を備えることが好ましい。

この構成では、アンテナの負荷インピーダンスの変動に応じて位相を調整できる。したがって、ノイズレベルをより精確に低下できる。

また、この発明の送受信装置は、送信信号の送信時に受信信号出力端子から出力される受信信号のノイズレベルを検出する検出部と、ノイズレベルに応じて位相調整回路の位相調整量を設定する制御部と、を備えていてもよい。

この構成では、受信信号出力端子から出力されるノイズレベルを観測しながら、位相を調整できる。したがって、ノイズレベルをより精確に低下できる。

また、この発明の送受信装置の位相調整回路は、アイソレータとアンテナ共用器との間に接続されていることが好ましい。

この構成では、受信信号の伝送経路に位相調整回路が入らない。これにより、受信信号の伝送損失を低く抑えられる。

この発明によれば、アンテナの負荷インピーダンスに影響されない優れた受信性能を有する送受信装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る送受信装置の回路ブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る送信信号の周波数帯域におけるアイソレータからアンテナを視たインピーダンスの位相と、アンテナ共用器の受信信号出力端子から出力される受信周波数帯域のノイズレベルとの関係を示すグラフである。本発明の第１の実施形態に係る位相調整方法のフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る送受信装置の回路ブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る位相調整方法のフローチャートである。

本発明の第１の実施形態に係る送受信装置について、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る送受信装置の回路ブロック図である。

送受信装置１０は、アンテナ共用器１１、送信信号生成部１２、受信部１３、アイソレータ１４、位相調整回路１５、検出部１６、制御部２０、および、アンテナＡＮＴを備える。

アンテナ共用器１１は、デュプレクサ等からなる。アンテナ共用器１１は、送信信号入力端子１１１、アンテナ接続端子１１２、および、受信信号出力端子１１３を備える。アンテナ共用器１１は、送信信号入力端子１１１から入力された送信信号をアンテナ接続端子１１２に出力する。アンテナ共用器１１は、アンテナ接続端子１１２から入力された受信信号を受信信号出力端子１１３に出力する。

送信信号入力端子１１１は、位相調整回路１５に接続されている。位相調整回路１５は、アイソレータ１４の出力端子に接続されている。アイソレータ１４の入力端子は、送信信号生成部１２に接続されている。

送信信号生成部１２は、送信信号を生成して、アイソレータ１４に出力する。アイソレータ１４を通過した送信信号は、位相調整回路１５を介して、アンテナ共用器１１の送信信号入力端子１１１に入力される。

位相調整回路１５は、伝送する高周波信号の位相を調整する。例えば、位相調整回路１５は、電気長（線路長）の異なる複数の導体と、これら複数の導体を選択的に接続する切替部とを備える。位相調整回路１５は、制御部２０で設定される位相補正値に応じた導体を選択する。

アンテナ接続端子１１２は、検出部１６を介して、アンテナＡＮＴに接続されている。検出部１６は、制御部２０に接続され、制御部２０は、位相調整回路１５に接続されている。

検出部１６は、アンテナＡＮＴの負荷インピーダンスを検出する。検出部１６は、例えば、方向性結合器を備え、アンテナ接続端子１１２とアンテナＡＮＴとの間で伝送される反射信号（送信信号がアンテナＡＮＴで反射した信号）を検出する。検出部１６は、検出した反射信号を制御部２０に出力する。

制御部２０は、所定の時間間隔で測定タイミングを設定し、各測定タイミングで検出される反射信号の電圧定在波比ＶＳＷＲと位相によって負荷インピーダンスを算出する。制御部２０は、異なる測定タイミング間での負荷インピーダンスの差、すなわち、負荷インピーダンスの変動量を算出する。制御部２０は、負荷インピーダンスの変動量に応じて、位相補正値を設定する。制御部２０は、位相補正値を位相調整回路１５に出力する。

なお、本実施形態では、制御部２０が位相補正値を算出、出力して、位相調整回路１５が位相補正値に基づいて導体を選択する態様を示しているが、制御部２０において、位相調整回路１５の導体選択の制御まで行ってもよい。

次に、具体的な位相調整の方法について説明する。

送信信号入力端子１１１にアイソレータ１４を接続した回路構成では、課題に示したように、アンテナＡＮＴの負荷インピーダンスの変動に伴って、アンテナ共用器１１の受信信号出力端子１１３から出力される受信周波数帯域のノイズレベルが変化することが、発明者らによって実験的に解明されている。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る送信信号の周波数帯域におけるアイソレータからアンテナを視たインピーダンスの位相と、アンテナ共用器の受信信号出力端子から出力される受信周波数帯域のノイズレベルとの関係を示すグラフである。

図２に示すように、送信信号の周波数帯域におけるアイソレータ１４からアンテナＡＮＴを視たインピーダンスの位相が特定の値（図２の例であれば、送信信号の位相に換算して、２４０°に相当する値）の時に、受信周波数帯域のノイズレベルは極小となる。

アンテナＡＮＴが設計時のインピーダンスを有する状況、すなわち、ユーザや他の誘電体がアンテナＡＮＴに不要に触っていない状況では、例えば、送信信号の周波数帯域におけるアイソレータからアンテナを視たインピーダンスの位相を極小になるように、位相調整回路１５を設定する。

ここで、ユーザや他の誘電体がアンテナＡＮＴを不要に触ってしまったような状況では、アンテナの負荷インピーダンスが変動する。これにより、送信信号の周波数帯域におけるアイソレータ１４からアンテナＡＮＴを視たインピーダンスの位相がシフトする。このような位相のシフトが生じると、図２に示すように、受信周波数帯域のノイズレベルが上昇してしまう。

しかしながら、本実施形態の送受信装置１０では、負荷インピーダンスの変動量を検出し、この負荷インピーダンスの変動量に応じて位相補正値を設定し、導体を選択することができる。これにより、負荷インピーダンスによる位相シフト量を相殺するように、位相調整回路１５の位相シフト量を設定することができる。すなわち、図２の例であれば、アイソレータ１４からアンテナＡＮＴを視た位相が常に２４０°になるように、位相調整回路１５の導体が選択される。

これにより、アンテナＡＮＴの送受信環境によることなく、受信信号出力端子１１３から受信部１３に漏洩する受信周波数帯域のノイズのレベルを低くすることができる。したがって、受信部１３の受信性能の劣化を抑制することができる。

なお、上述の位相調整の処理は、プログラム化して記憶媒体に記憶しておき、制御部２０がこのプログラムを読み出して実行することでも実現できる。図３は、本発明の第１の実施形態に係る位相調整方法のフローチャートである。

ステップＳ１０１として、アンテナＡＮＴの負荷インピーダンスの変動を検出する。

ステップＳ１０２として、負荷インピーダンスの変動量に基づいて位相シフト量を算出する。例えば、負荷インピーダンスの変動量と位相シフト量との関係式を予め用意する。もしくは、負荷インピーダンスの変動量と位相シフト量との関係を記憶するテーブルを予め用意する。負荷インピーダンスの変動量が算出されれば、関係式もしくはテーブルを参照して、位相シフト量を決定する。

ステップＳ１０３として、位相シフト量から位相補正値を決定する。位相シフト量と位相補正値との関係も予めテーブルまたは関係式によって用意しておけばよい。また、位相シフト量をそのまま位相補正値に用いてもよい。

ステップＳ１０４として、位相補正値に基づいて、位相調整回路の調整を行う。例えば、位相補正値に応じた電気長の導体を選択する。

次に、本発明の第２の実施形態に係る送受信装置について、図を参照して説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る送受信装置の回路ブロック図である。

本実施形態に係る送受信装置１０Ａは、第１の実施形態に係る送受信装置１０に対して、検出部１６Ａおよび制御部２０Ａに関する構成及び処理が異なる。

検出部１６Ａは、アンテナ共用器１１の受信信号出力端子１１３に接続されている。より具体的には、検出部１６Ａは、受信信号出力端子１１３と受信部１３との間に接続されている。検出部１６Ａは、受信周波数帯域の信号レベルを検出して、制御部２０Ａに出力する。制御部２０Ａは、受信周波数帯域の信号レベルに応じて位相補正値を決定し、位相調整回路１５に出力する。

より具体的には、本実施形態の送受信装置１０Ａは、次の処理を実行する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る位相調整方法のフローチャートである。

ステップＳ２０１として、検出部１６Ａは、受信周波数帯域の信号レベル（ノイズレベル）を検出する。検出部１６Ａは、ノイズレベルの検出処理を、送信信号の送信期間に行う。検出部１６Ａは、ノイズレベルを制御部２０Ａに出力する。

ステップＳ２０２として、制御部２０Ａは、位相調整回路１５の位相を変更する。

ステップＳ２０３として、検出部１６Ａは、受信周波数帯域の信号レベル（ノイズレベル）を検出する。検出部１６Ａは、ノイズレベルを制御部２０Ａに出力する。

ステップＳ２０４として、制御部２０Ａは、各検出タイミングでのノイズレベルを比較する。制御部２０Ａは、ノイズレベルが極小となるまで、位相調整回路１５の位相を変更しながら、ノイズレベルを取得する（Ｓ２０４：ＮＯ，Ｓ２０２，Ｓ２０３）。制御部２０Ａは、ノイズレベルが極小であることを検出すると（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、ノイズレベルが極小となる位相を検出する。

ステップＳ２０５として、制御部２０Ａは、ノイズレベルが極小となる位相に基づく位相補正値を決定し、位相調整回路１５に出力する。制御部２０Ａは、新たにノイズレベルの変動が生じるまでは、位相調整回路１５の位相を固定する。

このような構成および処理を用いても、アンテナＡＮＴの送受信環境によることなく、受信信号出力端子１１３から受信部１３に漏洩する受信周波数帯域のノイズのレベルを低くすることができる。したがって、受信部１３の受信性能の劣化を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、送信信号生成部１２および受信部１３は、送受信装置１０とは別の基板上に形成してもよい。

また、予めアンテナＡＮＴの負荷インピーダンスの変動量が分かる状況であれば、検出部１６と制御部２０の組、または検出部１６Ａと制御部２０Ａの組を省略することができる。例えば、位相調整回路１５は、アンテナＡＮＴの外部環境をなんらかの方法で取得し、その外部環境に応じて受信周波数帯域の信号に対する位相調整を行えばよい。

また、上述の実施形態では、アイソレータ１４と送信信号入力端子１１１との間に位相調整回路１５を接続する態様を示したが、アンテナ接続端子１１３と検出部１６との間に位相調整回路１５を接続してもよい。ただし、アイソレータ１４と送信信号入力端子１１１との間に位相調整回路１５を接続する態様では、受信信号が位相調整回路１５を伝送しないので、受信信号の伝送損失を抑制できる。

また、上述の実施形態では、電気長の異なる複数の導体を切り替える構造によって、位相調整回路１５を構成する例を示した。しかしながら、連続的に導体の長さを変化させる構造、実装型のインダクタやキャパシタを選択的に用いる構成、可変キャパシタや可変インダクタを用いる構成によって、位相調整回路１５を実現してもよい。

１０，１０Ａ：送受信装置
１１：アンテナ共用器
１２：送信信号生成部
１３：受信部
１４：アイソレータ
１５：位相調整回路
１６，１６Ａ：検出部
２０，２０Ａ：制御部
１１１：送信信号入力端子
１１２：アンテナ接続端子
１１３：受信信号出力端子

Claims

送信信号を外部に送信し、外部からの受信信号を受信するアンテナと、
アンテナ接続端子、送信信号入力端子および受信信号出力端子を備えるアンテナ共用器と、
前記送信信号入力端子に接続されたアイソレータと、
前記アイソレータと前記アンテナとの間に接続され、前記受信信号の周波数帯域の信号の位相を調整する位相調整回路と、
を備える、送受信装置。
前記アンテナの負荷インピーダンスを検出する検出部と、
前記負荷インピーダンスの変動量に応じて、前記位相調整回路の位相調整量を設定する制御部と、
を備える、請求項１に記載の送受信装置。
前記送信信号の送信時に、前記受信信号出力端子から出力される受信信号のノイズレベルを検出する検出部と、
前記ノイズレベルに応じて、前記位相調整回路の位相調整量を設定する制御部と、
を備える、請求項１に記載の送受信装置。
前記位相調整回路は、前記アイソレータと前記送信信号入力端子との間に接続されている、
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の送受信装置。