JP3872361B2 - デュプレクサおよびそれを具備する携帯無線機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の通信方式に対応した携帯無線機に用いるデュプレクサに関する。
【0002】
【従来の技術】
デュプレクサは携帯無線機で送信信号と受信信号を分配するのに用いられ、その回路図は図5に示される。デュプレクサ30は、図5に示されるようにアンテナ31から受信した信号を、受信フィルタ34を通過して受信回路32に供給して、送信回路33からの信号を、送信フィルタ35を通過してアンテナ31に送信する。ここで、受信フィルタ34と送信フィルタ35はハイパスフィルタかローパスフィルタのいずれかを用いる。例えば、受信フィルタ34にハイパスフィルタ、送信フィルタ35にローパスフィルタを用いて送受信を行う規格の場合、ハイパスフィルタはアンテナ31から受信した信号のみを通過して送信回路33からの信号を阻止し、ローパスフィルタは送信回路33からの信号のみを通過してアンテナ31から受信した信号を阻止する。このようにして、デュプレクサ30はそれぞれの信号を分配することが出来る。
【0003】
そして、現在では、携帯無線機の通信方式は、送受信する分野や規格が異なったり、利用状況が異なったりすれば、異なった通信方式が採用されており、上述のデュプレクサ30については、そのうちのいくつかの通信方式を1つの携帯無線機で利用できる機能/構成が要求されている。
【0004】
このような複数の通信方式に利用できるデュプレクサ40の回路図を図6に示す。このデュプレクサ40は、スイッチ回路46とフィルタ回路44,45からなる。スイッチ回路46で通信方式を選択し、フィルタ回路44又はフィルタ回路45の何れかに設定される。また、フィルタ回路44は、受信フィルタに設定されたフィルタ44aと、送信フィルタに設定されたフィルタ44bとがスイッチ回路46の一方のスイッチと接続されている。また、フィルタ回路45は、受信フィルタに設定されたフィルタ45aと、送信フィルタに設定されたフィルタ45bとがスイッチ回路46の他方のスイッチと接続されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなデュプレクサ40では、使用する通信方式の分だけフィルタ回路44、45の数が多くなり、デュプレクサ40の回路構成が複雑化し、ひいては大型化を招くという問題点を有していた。
そこで、部品点数を減らさずに、フィルタ回路を1つで構成するとともに、例えば、特願平2001−362386の技術を用いて周波数帯域のみを可変し、仮想的に異なる送受信通信方式毎のフィルタ回路を有するようにしたデュプレクサが考えられている。
【0006】
ところが、上述のデュプレクサについては、送信信号と受信信号の周波数帯域の規格が互いに逆となっている通信方式に用いることは難しかった。
【0007】
例えば、ある通信規格では送信側の通過帯域が高周波側で受信側の通過帯域が低周波側にある場合、図5に示すデュプレクサの受信回路32に接続された受信フィルタ34はハイパスフィルタとして構成され、逆に送信フィルタ35はローパスフィルタとして構成されることになる。しかし、他の通信規格において送信側の通過帯域が低周波側で受信側の通過帯域が高周波側にある場合、送信信号は送信フィルタがローパスフィルタであるために阻止されてアンテナに送信されない。また、受信信号はローパスフィルタを通過して送信回路に供給されてしまうことになり、単に周波数帯域のみを変化させることだけでは、いくつかの通信方式を1つの携帯無線機で利用することは困難であった。
【0008】
従って、送信信号と受信信号の周波数帯域の規格が逆となっている通信方式については、結局、図6で示すような複雑な回路構成を取らざるを得なかった。
【0009】
本発明は上述の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的は、小型化であり、かつ、簡単な回路構成でありながら、送信信号と受信信号の周波数帯域が逆の規格となる通信方式が含まれたとしても対応できるデュプレクサおよびそれを用いた携帯無線機を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、送信信号通過帯域を高周波数側に有する送受信通信方式と送信信号通過帯域を低周波数側に有する送受信通信方式との二つの送受信通信方式に対応可能なデュプレクサであって、アンテナに接続されるアンテナ端子と、受信回路に接続された受信端子と、送信回路に接続された送信端子と、前記アンテナから受信した信号のうち、特定の周波数の信号を通過させて前記受信回路に供給するとともに、前記送信回路からの信号を通過させて前記アンテナに送信する一組のローパスフィルタ及びハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタと前記受信端子及び前記送信端子との間に配置され、何れかの端子に接続を切り替える第1のスイッチと、前記ローパスフィルタと前記受信端子及び前記送信端子との間に配置され、何れかの端子に接続を切り替える第2のスイッチと、前記ハイパスフィルタと前記受信端子が接続されるときに前記ローパスフィルタと前記送信端子が接続され、前記ハイパスフィルタと前記送信端子が接続されるときに前記ローパスフィルタと前記受信端子が接続されるように、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを連動させて切り替える制御回路とから成り、前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタが、それぞれ信号側端と短絡端とを有し該信号側端が可変容量素子を介してグランド電位に接続され互いに電磁結合もしくは静電結合する複数のストリップ線路からなる共振器と、前記それぞれの可変容量素子毎に設けられた電圧制御回路とからなり、前記制御回路による前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチの切替えとともに前記電圧制御回路から前記可変容量素子への制御電圧の印加がなされて前記共振器の共振周波数を変更し、前記第一の送受信通信方式と前記第二の送受信通信方式との切り替えがなされることを特徴とするものである。また、二つの送受信通信方式が、PDC通信方式とGSM通信方式であることを特徴とする。さらには、二つの送受信通信方式を利用可能な携帯無線機が上記本発明のデュプレクサを具備することを特徴とするものである。
【0011】
従って、送信信号と受信信号の周波数帯域が逆の規格となる送受信通信方式を含む複数の通信方式を利用する場合についても、1つの携帯無線機で受信用と送信用のそれぞれにローパスフィルタとハイパスフィルタを用意する必要がなくなり、ローパスフィルタとハイパスフィルタはそれぞれ1つずつの簡単な回路構成にすることができ、これにより携帯無線機の小型化を達成することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のデュプレクサを図面に基づいて詳説する。
【0013】
図1は本発明の送信信号通過帯域を高周波数側に有する送受信通信方式と送信信号通過帯域を低周波数側に有する送受信通信方式との二つの送受信通信方式に利用できるデュプレクサの回路図である。図1に示すデュプレクサ10は、主に、アンテナ端子6、フィルタ回路4、スイッチ回路5及び受信端子7、送信端子8から構成されている。
【0014】
アンテナ端子6は携帯無線機と基地局との間で信号の送受信を行うアンテナ1に接続されている。そして、アンテナ1から受信した信号をフィルタ回路4に供給し、フィルタ回路4からの信号をアンテナ1に送信する。
【0015】
フィルタ回路4は、アンテナ端子6を介して接続された第1のフィルタ4aと第2のフィルタ4bより構成する。第1のフィルタ4aと第2のフィルタ4bはハイパスフィルタかローパスフィルタのいずれか1つに設定されている。また、図3では共振器となるストリップ線路51a〜51dが電磁結合もしくは静電結合することで所定通過帯域を有するフィルタ特性を形成している。
【0016】
図3に示すようにストリップ線路51a〜51dの一端は信号側端(開放端)となり、他端はグランド電位に接続する短絡端側となっている。そして、このストリップ線路51a〜51dに並列に、即ち、ストリップ線路51a〜51dの開放端側と容量成分Cin1〜Cin4が接続され、この容量成分Cin1〜Cin4と一端が短絡した可変容量素子Ct1〜Ct4が直列接続している。
【0017】
また、このフィルタ回路には電圧制御回路61a〜61dを具備している。なお、電圧制御回路61a〜61dは、インダクタンス成分(コイル)、容量成分(コンデンサ)とから構成され、可変容量素子Ct1〜Ct4に印加する電圧が供給される制御電圧端子tを有している。この電圧制御回路61a〜61dは、高周波遮断回路として動作して、例えば、ストリップ線路51a〜51dの開放端側に流れる高周波成分が制御電圧端子tやグランド電位に流れることがないようにしている。具体的には、インダクタンス成分により高周波信号の遮断を行い、また、容量成分によって、グランド電位に制御信号をグランド電位に落ちないようにしている。そして、この制御電圧端子tに制御電圧を供給することにより、制御電圧が電圧制御回路61a〜61dを介して可変容量素子Ct1〜Ct4に印加される。これにより、可変容量素子Ct1〜Ct4の端子間に直流電圧が印加されて、可変容量素子Ct1〜Ct4が安定した直線性でその容量成分の変化が達成できる。その結果、この可変された可変容量素子Ct1〜Ct4の容量成分とコンデンサCin1〜Cin4の容量成分が直列的に合成され、この合成容量成分が、ストリップ線路51a〜51dで構成される共振器の容量成分と並列合成される。即ち、LC共振回路の容量成分部分の一部が可変容量素子Ct1〜Ct4の容量成分の可変により共振周波数を可変させることができる。
【0018】
なお、この構成に限定されず、第1のフィルタ4a、第2のフィルタ4bは誘導成分と容量成分とを有したLC共振回路から構成し、その通過帯域を可変する制御をLC共振回路の容量成分を変化させるものであれば上述のような回路構成を用いなくても良い。
【0019】
このような周波数帯域を可変できるフィルタ回路4の構造としては、他の構造が種々考えられるが、特に図4に示すように、誘電体層57a〜57cが積層された積層体57の層間にストリップ線路51a〜51dを形成する構成をとると、通常の配線パターン及び後述のグランド電極157と同一工程で、かつ近似した構造ができることから望ましい。
【0020】
また、フィルタ回路4は、積層体57の略全面にグランド電極157を形成しており、その表面に可変容量素子Ct1〜Ct4がチップ部品として実装されている。なお、図では便宜上、符号は回路図と同一としている。
【0021】
更に、誘電体層57a〜57bからなる積層体57の端面の略全面にもグランド電極157が形成され、一部に入出力端子電極158が形成されている。そして、誘電体層57aと誘電体層57bとの間には、ストリップ線路51a〜51dが形成され、誘電体層57bと誘電体層57cとの間にはアンテナ端子電極52(1a)と入出力端子158に接続する入出力電極53a、53bが形成されている。また、積層体57の表面にはグランド電極157とは接続しない接続電極511a〜511dがそれぞれ形成されており、ストリップ線路51a〜51dの開放端と誘電体層57aを介して容量成分Cin1〜Cin4を形成している。
【0022】
なお、この可変容量素子Ct1〜Ct4を用いたデュプレクサ10の具体的な構成及び制御については、特願平2001−362386に開示されている。
【0023】
受信端子7は、フィルタ回路4を通過した信号を受信回路2に供給するように構成されている。なお、受信回路2は、受信した信号をさらに周波数選択しながら増幅するための回路であり、低雑音増幅器やバンドパスフィルタ等で構成される。
送信端子8は、送信回路3からの信号を、フィルタ回路4に供給するように構成されている。なお、送信回路3は、高周波増幅を行う回路で、パワーアンプが回路の中心であり、その他に信号の逆流を防ぐアイソレータや、高調波を阻止するローパスフィルタで構成されている。
【0024】
スイッチ回路5aは、第1のフィルタ4aと受信端子7又は送信端子8の何れかに切り替え、スイッチ回路5bは、第2のフィルタ4bと受信端子7又は送信端子8の何れかに切り替え可能に構成されている。
【0025】
制御回路9は、第1のフィルタ4aと受信端子7又は送信端子8の接続状態と、第2のフィルタ4bと受信端子7又は送信端子8の接続状態とが互いに反転するように第1のスイッチ5aと第2のスイッチ5bを連動させて切り替えるように構成されている。なお、切り替えに使われる部品は、ダイオードやFET等の半導体部品を用いれば良好な特性が得られる。
【0026】
本発明のデュプレクサ10の特徴的なところは、スイッチ回路5a、5bが制御回路9により第1のフィルタ4aと受信端子7又は送信端子8の接続状態と、第2のフィルタ4bと受信端子7又は送信端子8の接続状態とが互いに反転するように第1のスイッチ5aと第2のスイッチ5bを連動させて切り替えるために、第1のフィルタ4a、第2のフィルタ4bは共に、アンテナ1から受信回路2への信号の供給と、送信回路3からアンテナ1への信号の供給の機能を有し、これにより、わざわざ送受信通信方式に応じてフィルタを構成しなくても回路構成が簡単で小型化を達成することができるものである。
【0027】
具体的な通信方法について図に基づき説明する。図2は本発明のデュプレクサを送信信号通過帯域を高周波数側に有する送受信通信方式と送信信号通過帯域を低周波数側に有する送受信通信方式との二つの送受信通信方式に利用した例を説明する図である。
【0028】
11は日本のPDC(Personal Digital Cellular)通信方式であり、12は送信信号周波数特性を、13は受信信号周波数特性を示す。また、faはPDC通信方式の送信周波数規格における送信信号通過帯域、fbはPDC通信方式の受信周波数規格における受信通過帯域を示す。一方、21は欧州等ののGSM(Global System for Mobile communications)通信方式であり、22は送信信号周波数特性を、23は受信信号周波数特性を示す。また、fcはGSM通信方式の送信周波数規格における送信信号通過帯域、fdはGSM通信方式の受信周波数規格における受信通過帯域を示す。
【0029】
上記二つの送受信通信方式は、以下のように適宜選択される。
GSM通信方式21では、第1のフィルタ4aは送信信号通過帯域fcが使用され、第2のフィルタ4bは受信信号通過帯域fdが使用されている。このとき、第1のフィルタ4aと送信端子8が接続し、第2のフィルタ4bと受信端子7が接続されている。
同様に、PDC通信方式11では、第1のフィルタ4aは受信信号通過帯域fbが使用され、第2のフィルタ4bは送信信号通過帯域faが使用されている。このとき、第1のフィルタ4aと受信端子7が接続し、第2のフィルタ4bと送信端子8が接続されている。
【0030】
これら二つの送受信通信方式は制御回路9によりスイッチ5a、5bが、同時に切り替えるものである。即ち、ローパスフィルタがアンテナ1から受信回路2への信号を通過するときにはハイパスフィルタは送信回路7からの信号を通過できるようにし、ローパスフィルタが送信回路3からの信号を通過するときにはハイパスフィルタはアンテナ1から受信回路2への信号を通過させ、この2通りの接続状態が同時に切り替えられるようにしている。
【0031】
【発明の効果】
以上のように本発明のデュプレクサは、簡単な回路構成でありながら、受信用と送信用のそれぞれにローパスフィルタとハイパスフィルタをそれぞれ用意する必要がなくなるので、送信信号と受信信号の周波数帯域が逆の規格となる通信方式を含む複数の通信方式に利用できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複数の通信方式に利用できるデュプレクサの回路図である。
【図2】本発明のデュプレクサを複数の通信方式に利用した例を説明する図である。
【図3】本発明のフィルタ回路の等価回路図である。
【図4】本発明に用いるフィルタ回路を積層体で構成した場合の分解斜視図である。
【図5】従来の通信制御方法を用いたデュプレクサの図である。
【図6】従来の通信制御方法を用いたデュプレクサの他の図である。
【符号の説明】
1・・・・・・・・アンテナ
2・・・・・・・・受信回路
3・・・・・・・・送信回路
4・・・・・・・・フィルタ回路
4a・・・・・・・・第1のフィルタ
4b・・・・・・・・第2のフィルタ
10・・・・・・・デュプレクサ
Claims (3)
- 送信信号通過帯域を高周波数側に有する第一の送受信通信方式と送信信号通過帯域を低周波数側に有する第二の送受信通信方式との二つの送受信通信方式に対応可能なデュプレクサであって、
アンテナに接続されるアンテナ端子と、
受信回路に接続された受信端子と、
送信回路に接続された送信端子と、
前記アンテナから受信した信号のうち、特定の周波数の信号を通過させて前記受信回路に供給するとともに、前記送信回路からの信号を通過させて前記アンテナに送信する一組のローパスフィルタ及びハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタと前記受信端子及び前記送信端子との間に配置され、何れかの端子に接続を切り替える第1のスイッチと、
前記ローパスフィルタと前記受信端子及び前記送信端子との間に配置され、何れかの端子に接続を切り替える第2のスイッチと、
前記ハイパスフィルタと前記受信端子が接続されるときに前記ローパスフィルタと前記送信端子が接続され、前記ハイパスフィルタと前記送信端子が接続されるときに前記ローパスフィルタと前記受信端子が接続されるように、前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとを連動させて切り替える制御回路とから成り、
前記ローパスフィルタおよび前記ハイパスフィルタが、それぞれ信号側端と短絡端とを有し該信号側端が可変容量素子を介してグランド電位に接続され互いに電磁結合もしくは静電結合する複数のストリップ線路からなる共振器と、前記それぞれの可変容量素子毎に設けられた電圧制御回路とからなり、前記制御回路による前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチの切替えとともに前記電圧制御回路から前記可変容量素子への制御電圧の印加がなされて前記共振器の共振周波数を変更し、前記第一の送受信通信方式と前記第二の送受信通信方式との切り替えがなされることを特徴とするデュプレクサ。 - 前記二つの送受信通信方式が、PDC通信方式とGSM通信方式であることを特徴とする請求項1記載のデュプレクサ。
- 請求項1または請求項2記載のデュプレクサを具備する二つの送受信通信方式を利用可能な携帯無線機。
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