JP3898714B2 - 無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクティブアンテナを用いて無線信号の送受信を行う無線装置に関する。

近年、無線LAN等の無線装置の爆発的普及に伴い、ノート型PCをはじめ、液晶TV等のAV機器、プリンタ等の組み込み機器等の種々の機器に無線装置を搭載する傾向がある。この場合、実装面積の制約と送受信特性を確保する観点から、アンテナを送受信機本体から分離して設置する場合がある。

以下では、時分割デュプレクス(TDD)方式の無線装置において、一つのアンテナで送受信を共用とする場合を想定する。アンテナを送受信機本体から分離して設置する場合、受信時にLNAよりも前段の損失が増えることになり、無線装置のNFが劣化してしまう問題がある。

この問題を回避する手段として、アンテナ直近の受信用の信号線路に、アンテナから送受信機本体までの線路損失を補償するための増幅器を設置するアクティブアンテナという技術が知られている（特許文献１参照）。
特開平11-215018号公報

しかしながら、増幅器を増設すると、電源電圧の線路が新たに必要になる。また、アンテナを共用し、送受信を切替えるためのスイッチが必要であるので、送受信を切替える制御線が新たに必要になる。

このように、信号線路を送受信で共用したとしてもアンテナと送受信機本体の間には３本の線路が必要となり、実装面積が増大してしまう。

この問題を回避する手段として、信号線路に増幅器とスイッチの電源電圧および送受切替えの制御信号を重畳させる手法が知られている。この手法ではアンテナを２本使用する場合を前提としている。この方法では、制御端子が1ヶ所でHigh or Lowで切替えるスイッチを使用することを前提としている。例えばMEMS等を用いた機械式スイッチならば、制御端子が1ヶ所のみで制御できる可能性があるが、常にON/OFFを繰り返すTDD方式に用いるスイッチには高い耐久性・信頼性が求められる。

無線装置に用いられるスイッチとして現在主流である半導体スイッチは高い耐久性・信頼性を備えている。また入手性という観点からも半導体スイッチが多く採用されている。

しかしながら、半導体スイッチを用いる場合、制御端子が2ヶ所以上あり、必ず常に制御電圧が必要となる。例えば制御信号がLowの場合にはインバータを使ってHighにする方法も考えられるが、インバータの動作電源が必要となり、結局必ず常に電源が必要となってくる。このため、アクティブアンテナと送受信機本体の間の線路は必ず2本以上必要である。

本発明の目的は、アクティブアンテナと送受信機本体との間の信号線路を１本だけにすることができる無線装置を提供することにある。

本発明の一態様によれば、アンテナと、前記アンテナで受信した無線信号を増幅する増幅器と、送受信の信号線路を切り替える送受切替回路と、を有するアクティブアンテナと、変復調処理を行う送受信機本体と、前記アクティブアンテナと前記送受信機本体とを接続する１本の信号線路と、前記信号線路上の信号電力の一部を利用して、送信時における前記送受切替回路の切替制御電圧を生成する送信制御信号検出部と、を備え、前記アクティブアンテナと前記送受信機本体とを接続する配線が１本の信号線路のみで送受信動作が可能であり、前記送信制御信号検出部は、前記信号線路に対して電力分岐を行う電力分岐手段と、前記電力分岐手段を通過した信号を整流する整流器と、を有し、前記送受切替回路は、送信時には、前記整流器の出力に基づいて切替制御されることを特徴とする無線装置が提供される。

本発明によれば、送受信機本体とアクティブアンテナの間の配線を１本の信号線路のみでアクティブアンテナを実現することができ、回路の実装面積を削減し、無線装置のレイアウトの自由度が高まる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１の無線装置は、アクティブアンテナ１と、送受信機本体２と、アクティブアンテナ１および送受信機本体２を接続する１本の信号線路３と、送信制御信号検出部６とを備えている。信号線路３上のアクティブアンテナ１との接続部分と信号線路３上の送受信機本体２との接続部分には、それぞれキャパシタ素子Ｃ１，Ｃ２が接続されている。

アクティブアンテナ１は、アンテナ１１と、このアンテナ１１で受信した無線信号を増幅する低雑音増幅器１２と、送受信の信号線路３を切り替えるスイッチ１３，１４とを有する。スイッチ１３はアンテナ１１と増幅器１２の間に接続され、スイッチ１４は増幅器１２と信号線路３の間に接続されている。

送信制御信号検出部６は、信号線路３上の信号電圧の一部を利用して、送信時におけるスイッチ１３，１４の切替制御信号を生成する。

送受信機本体２は、アナログの信号処理（例えば変復調処理）を行うアナログ部１５と、デジタルの信号処理を行うデジタル部１６を有する。信号線路３はアナログ部１５に接続される。デジタル部１６は、受信制御信号生成部４に対して送受信制御信号を供給する。

アクティブアンテナ１内のスイッチ１３，１４は、例えば図２に示すように、半導体スイッチで構成される。制御電圧Vctrl TXがロウで、制御電圧Vctrl RXがハイのときに受信方向に切り替えられ、制御電圧Vctrl TXがハイで、制御電圧Vctrl RXがロウのときに送信方向に切り替えられる。

図２のような半導体スイッチを用いることで、耐久性および信頼性が向上し、安定した動作が保証される。

図１の無線装置は、例えばテレビ等の各種機器に搭載可能である。テレビやモニタに図１の無線装置を搭載する場合、図３に示すように、一般に伝搬特性がよい画面の上辺近くにアンテナ１１を配置し、画面の下部に送受信機本体２を配置する。

次に、図１の無線装置の動作を説明する。送信時には、送受信機本体２から出力された送信電力の一部が信号線路３を介して送信制御信号検出部６に入力される。送信制御信号検出部６は、送受信機本体２から出力された送信電力の一部を直流電圧に変換し、スイッチ１３，１４の制御電圧を生成する。この制御電圧に従って、スイッチ１３，１４は信号線路３を切り替える。

受信時には、信号線路３上に重畳された電圧により、スイッチ１３，１４は信号線路３の切り替えを行い、増幅器１２は動作する。

このように、第１の実施形態では、送信時には、信号線路３上の送信電力を利用して送信制御信号検出部６にてスイッチ１３，１４の制御電圧を生成する。また、受信時には、アクティブアンテナ１と送受信機本体２とを接続する１本の信号線路３上の信号に重畳された電圧を用いて増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の制御電圧とするため、１本の信号線路３だけで、スイッチ１３，１４の切替制御と、増幅器１２の利得制御を行うことができる。このため、送信および受信のいずれにおいても、１本の信号線路３だけでアクティブアンテナ１を実現でき、無線装置の構成を簡略化できる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態のうち、受信制御信号生成部を用いて受信時のみ信号線路３に電圧を重畳することを特徴としたものである。

図４は本発明の第２の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図４では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。受信制御信号生成部４は、受信時における増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の切替制御電圧とを生成して、信号線路３上の信号電圧に重畳する。なお、受信時における増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の切替制御電圧は同じ電圧レベルであるため、信号電圧に重畳される電圧は１種類だけである。これにより受信時に信号線路に対して直流電圧を重畳することが可能となり、受信時のスイッチへの制御電圧とすることが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第２の実施形態の構成を具体化したものである。

図５は本発明の第３の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図５では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。

図５の受信制御信号生成部４は、信号線路３と接地線との間に直列接続されるインダクタ素子Ｌ１および抵抗素子Ｒ１と、インダクタ素子Ｌ１および抵抗素子Ｒ１の接続経路に電源電圧を供給するか否かを切り替えるトランジスタＱ１とを有する。

トランジスタＱ１は、デジタル部１６からの送受信制御信号により、送信時にはオフ状態になり、受信時にはオン状態になる。トランジスタＱ１がオンすると、インダクタ素子Ｌ１と抵抗素子Ｒ１との接続経路に電源電圧VCCが供給される。

インダクタ素子Ｌ１のインダクタンスを十分に大きな値にすることで、インダクタ素子Ｌ１が高周波信号に与える影響を無視できる。

次に、図５の無線装置の動作を説明する。受信時には、トランジスタＱ１がオンし、インダクタ素子Ｌ１と抵抗素子Ｒ１との接続経路に電源電圧VCCが供給される。これにより、信号線路３上に電源電圧VCCが重畳される。この電源電圧VCCは、アクティブアンテナ１付近で取り出されて、スイッチ１３，１４の制御電圧と増幅器１２の電源電圧として利用される。一方、送信時には、トランジスタＱ１はオフし、第１の実施形態と同様に動作する。

このように、第３の実施形態では、簡易な回路により、受信時に信号線路３に電源電圧VCCを重畳できるため、全体の回路構成を簡略化できる。

図５では、送受信機本体２から出力される送受信制御信号が送信時にロウで、受信時にハイになる例を説明したが、送受信制御信号の論理がその逆の場合（送信時にハイで、受信時にロウ）もありうる。この場合、図６に示すように、送受信機本体２から受信制御信号生成部４に供給される送受信制御信号を反転する論理反転回路２３を設けて、この論理反転回路２３の出力を受信制御信号生成部４に供給すればよい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、第１の実施形態のうち、信号線路に対して電源電圧を常に印加することを特徴としたものである。

図７は本発明の第４の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図７では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。第４の実施形態では、信号線路に対してインダクタL３を介して電源電圧を常に印加する。これにより送信時に信号線路より取り出した送信制御信号を増幅または論理反転することが可能となり、送受信機本体から出力される送受信制御信号を使用することなく、送受信の切替え動作が可能となる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第１の実施形態のうち、受信制御信号印加部を用いて受信時のみ信号線路３からスイッチおよび低雑音増幅器に対して電圧を印加することを特徴としたものである。

図８は本発明の第５の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図８では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。第５の実施形態では、受信制御信号印加部５を用いて受信時のみ信号線路３からスイッチおよび低雑音増幅器に対して電圧を印加する。これにより受信時に信号線路に重畳された受信制御信号をスイッチおよび低雑音増幅器に印加することが可能となる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態は、第５の実施形態の構成を具体化したものである。

図９は本発明の第６の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図９では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。第６の実施形態では、受信制御信号印加部５は、受信制御信号生成部４内のインダクタ素子Ｌ１と同じく高周波的に影響を無視できる値のインダクタンスをもつインダクタ素子Ｌ２を有する。このインダクタ素子Ｌ２の一端は信号線路３に接続され、他端はスイッチ１３，１４の制御端子と増幅器１２の電源端子に接続されている。これにより受信時に信号線路に重畳された受信制御信号をスイッチおよび低雑音増幅器に印加することが可能となる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態は、電力分岐部を用いて送信電力の一部を分岐するものである。

図１０は本発明の第７の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１０では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図１０の送信制御信号検出部６は、電力分岐部４９と、電力分岐部４９を通過した信号を整流する整流器とを有する。整流器D１は、より具体的にはダイオードD１で構成される。

電力分岐部４９の出力をダイオードＤ１に入力すると、一方向のみの振幅信号が得られる。ダイオードＤ１を通過し、直流電圧が得られる。この直流電圧がスイッチへの送信時の制御電圧として用いられる。

このように、第７の実施形態では、電力分岐部４９、ダイオードＤ１を用いて、送信電力の一部によりスイッチ１３，１４を切替制御するため、信号線路３上の送信電力に基づいてスイッチ１３，１４を切替制御でき、信号線路３の数を削減できる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態は、第７の実施形態の構成のうち、電力分岐手段を方向性結合器としたものである。

図１１は本発明の第８の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１１では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。第８の実施形態では、電力分岐手段４９を方向性結合器２１とすることで、送信電力のみを分岐することが可能となり、安定した動作を実現することが可能である。方向性結合器２１は、より具体的には、図１２に示すように、信号線路３に略平行に近接配置される線路等で構成される。信号線路３に略平行に近接配置される線路は、高周波的に見ると、無数のキャパシタ素子が並列接続されているのと等価である。したがって、これら無数のキャパシタ素子を介して、容量カップリングにより送信電力の一部が伝達される。

なお、方向性結合器２１は、送受信機本体２からアクティブアンテナ１への送信信号については、容量カップリングにより得られる信号が位相を強め合うことから、ダイオードＤ１に十分な信号が流れるが、アクティブアンテナ１から送受信機本体２への受信信号については、容量カップリングにより得られる信号が位相を互いに弱め合うことから、ダイオードＤ１にはほとんど信号が流れない。

したがって、方向性結合器２１とダイオードＤ１を含む周辺回路を最適に設計することにより、送信時にスイッチ１３，１４が必要とする制御電圧を生成することができる。送信時に、送受信機本体２が例えば+16dBmで出力し、方向性結合器２１から+6dBmを取り出すとすると、ダイオードＤ１の変換効率にも依存するが、１Ｖ程度の直流電圧を得ることができる。

受信時には信号線路３に逆向きに信号が流れるため、方向性結合器２１は受信信号を取り出すことはできず、送信電力によりスイッチ１３，１４の切替制御が行われることはない。

（第９の実施形態）
第９の実施形態は、第１の実施形態の構成のうち、送信制御信号検出部の構成を具体化したものであり、第７の実施形態にローパスフィルタを追加した構成である。

図１３は本発明の第９の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１３では、図１と同じ構成部分には同一符号を付しており、相違点を中心に説明する。第９の実施形態では、第７の実施形態にローパスフィルタ２２を追加することで、整流器を通した後の出力電圧を時間的に積分し、十分な直流電圧が得られる。これにより、スイッチ１３、１４へ安定して制御電圧を印加することが可能となる。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、送信制御信号検出部６内のローパスフィルタ２２の出力を論理反転して受信時の制御信号とし、その出力をさらに論理反転して送信時の制御信号とするものである。

図１４は本発明の第１０の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１４では、図１３と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図１４の無線装置は、図１３の構成に加えて、送信制御信号検出部６内のローパスフィルタ２２の出力を論理反転する第１の論理反転部２８と、第１の論理反転部２８の出力をさらに論理反転する第２の論理反転部２９とを有する。

図１４の無線装置内の送信制御信号検出部６は、方向性結合器２１と、ダイオードＤ１と、ローパスフィルタ２２と、第１および第２の論理反転部２８、２９を有する。第１および第２の論理反転部２８，２９は例えばそれぞれNPNトランジスタと抵抗素子を有する。送信制御信号検出部６の出力を第１の論理反転部２８が論理反転することにより、送信時にはLowの信号を、受信時にはHighの信号を発生する。この信号を受信側の増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の制御電圧として用いる。次に第１の論理反転部２８の出力を第２の論理反転部２９が論理反転することにより、送信時にはHighの信号を、受信時にはLowの信号を発生する。この信号を送信側のスイッチ１３，１４の制御電圧として用いる。これにより、送受信機本体から出力される送受信制御信号を使用することなく、送受信の切替え動作が可能である。

なお、第１の論理反転部２８を動作させるためには、送信電力からトランジスタが動作する０．６〜０．８V程度の一定の電圧を取り出す必要があるが、対策として、方向性結合器２１を最適に設計すること、ダイオードＤ１の入力でのインピーダンス整合を取ること、ダイオードＤ１の出力の負荷抵抗を調整すること、ダイオードＤ１にバイアスを印加すること、ローパスフィルタの時定数を調整すること、トランジスタのベースにバイアスを印加すること、等により所定の電圧を取り出すことが可能である。また、この際、送受信の切替え時間に注意する必要がある。IEEE８０２．１１ａの例では、送信から受信は約１６ｕｓ、受信から送信は切替え時間がそのまま送信信号の波形劣化に繋がるため、長くても数ｕｓ以内で切替わる必要がある。よって上記対策のうち、ダイオードD1の出力の負荷抵抗値、およびローパスフィルタの時定数によって定まる時定数を長くとも数ｕｓ程度に調整する必要がある。

これにより、送信電力が小さい場合でも、1本の信号線路3のみで安定した無線送信が可能となる。

（第１１の実施形態）
第１１の実施形態は、送信制御信号検出部６内のローパスフィルタ２２の出力を増幅し、さらに論理反転するものである。

図１５は本発明の第１１の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１５では、図１３と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図１５の無線装置内の送信制御信号検出部６は、方向性結合器２１と、ダイオードＤ１と、ローパスフィルタ２２の他に、非反転増幅部３２および論理反転部４８を有する。この非反転増幅部３２は、ローパスフィルタ２２の出力を増幅する。非反転増幅部３２で増幅された信号は、スイッチ１３，１４の送信時の制御電圧として用いられる他に、論理反転部４８にも供給される。論理反転部４８の出力は、非反転増幅部３２の出力信号に基づいて、受信時のみ、増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の制御電圧を出力する。

非反転増幅部３２および論理反転部４８は、より具体的には、例えば図１７に示すように、オペアンプと、NPNトランジスタＱ２とで構成される。なお、NPNトランジスタＱ２はMOSトランジスタＱ２に置き換えてもよい。

このように、第１１の実施形態では、送信制御信号検出部６内のローパスフィルタ２２の出力を非反転増幅部３２で増幅することができるため、送信電力が小さい場合でも、１本の信号線路３のみで安定した無線送信が可能となる。また、非反転増幅部３２の出力は、論理反転部４８にも供給されるため、論理反転部４８は受信時のみ、増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の制御電圧を出力することが可能となる。

（第１２の実施形態）
第１２の実施形態は、送信制御信号検出部６内のローパスフィルタ２２の出力を増幅し、NANDゲートにてさらに論理反転するものである。

図１６は本発明の第１２の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１６では、図１３と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図１６の無線装置内の送信制御信号検出部６は、方向性結合器２１と、ダイオードＤ１と、ローパスフィルタ２２の他に、非反転増幅部３２およびNANDゲートを有する。この非反転増幅部３２は、ローパスフィルタ２２の出力を増幅する。非反転増幅部３２で増幅された信号は、スイッチ１３，１４の送信時の制御電圧として用いられる他に、NANDゲート３３にも供給される。NANDゲート３３は、インダクタ素子Ｌ２の他端と非反転増幅部３２の出力信号との論理積の反転信号を出力する。NANDゲート３３の出力は、非反転増幅部３２の出力信号に基づいて、受信時のみ、増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の制御電圧を出力する。

図１７に示すように、非反転増幅部３２は例えばオペアンプで構成され、NANDゲート３３は、NPNトランジスタＱ３、ダイオードＤ２，Ｄ３および抵抗素子Ｒ２〜Ｒ７で構成される。なお、NPNトランジスタＱ３はMOSトランジスタＱ３に置き換えてもよい。

このように、第１２の実施形態では、送信制御信号検出部６内のローパスフィルタ２２の出力を非反転増幅部３２で増幅することができるため、送信電力が小さい場合でも、１本の信号線路３のみで安定した無線送信が可能となる。また、非反転増幅部３２の出力は、NANDゲート３３にも供給されるため、NANDゲート３３は受信時のみ、増幅器１２の電源電圧とスイッチ１３，１４の制御電圧を出力できる。

（第１３の実施形態）
第１３の実施形態は、信号線路３にバイアス電圧を印加するものである。

図１８は本発明の第１３の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１８では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図１８の無線装置は、図１３の構成に加えて、送信制御信号検出部６にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧生成部３１と、このバイアス電圧生成部３１の出力端子と信号線路３との間に接続されるインダクタ素子Ｌ４とを備える。また、送信制御信号検出部６は、方向性結合器２１、ダイオードＤ１およびローパスフィルタ２２の他に、信号線路３上のバイアス電圧を検出するインダクタ素子Ｌ５を有する。

送信時には、送受信機本体２は、バイアス電圧生成部３１に対して送受信制御信号を発生する。この信号を受けたバイアス電圧生成部３１は、バイアス電圧を生成する。このバイアス電圧は、インダクタ素子Ｌ４を介して信号線路３上の信号に重畳される。これにより、ダイオードＤ１の検波効率を向上できる。

このように、第１３の実施形態では、送信時に、信号線路３上の信号にバイアス電圧を印加するため、ダイオードＤ１が整流を行う電圧範囲を広げることができ、送信電力が小さい場合でも、１本の信号線路３のみで安定した無線送信が可能となる。

（第１４の実施形態）
上述した第１３の実施形態により、送信電力が小さくならないようにある程度は制御することができるが、送信電力が非常に小さい場合には、図１５、１６、１７のようなオペアンプ３２を設けても、送信電力が、送受信を切替えるしきい値以下になるおそれがある。そこで、第１４の実施形態は、送信電力が、送受信を切替えるしきい値よりも小さくならないようにするものである。

図１９は本発明の第１４の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図１９では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図１９の無線装置は、図９の構成に加えて、送信電力が、送受信を切替えるしきい値未満か否かを検出し、しきい値未満の場合には送信電力を補正する下限送信電力決定部４１と、この下限送信電力決定部４１の出力端子と信号線路３との間に接続されるインダクタ素子Ｌ６と、下限送信電力決定部４１により送信電力を補正した場合にスイッチ１３，１４の切り替えを制御する第１および第２の送信電力調整部４２ａ，４２ｂとを備えている。

図２０は送受信機本体２から出力される送信信号の送信電力レベルを示す電力波形図である。図２０の時刻ｔ１〜ｔ２では、送信電力がしきい値を下回っている。このような場合、下限送信電力決定部４１は、送信電力を補正して、しきい値以上にする。これにより、送信電力がしきい値未満になるおそれがなくなり、スイッチ１３，１４を精度よく切替制御できる。

ところが、このような制御を行うと、アンテナ１１から放射される送信電力レベルが本来よりも大きくなってしまう。そこで、送信電力の補正を行った場合には、第１および第２の送信電力調整部４２ａ，４２ｂにより、スイッチ１３，１４をアッテネータとして作用させる。具体的には、スイッチ１３，１４への制御電圧と増幅器１２への電源電圧の供給を遮断して、スイッチ１３，１４の一方（例えば、スイッチ１４）を受信側に切り替える。スイッチ１３，１４のアイソレーション損失量が例えば約-20dBであれば、下限送信電力決定部４１により送信電力が約20dB増えるように制御を行う。

これにより、アンテナ１１での送信電力は本来の送信電力に等しくなる。例えば、送信電力の制御を行うIEEE802.11h準拠の無線LANにおける最小送信電力は約-10dBmである。よって、送信機本体が20dB多く送信電力を発生すると、約10dBmとなり、送信時のスイッチ制御を行うしきい値よりも大きくすることができる。

図１９の無線装置を、Digital Beam Forming (DBF)やMulti-Input Multi-Output(MIMO)等の複数のアクティブアンテナを用いて同時に送信を行う無線装置に適用する場合、送信制御信号検出部６、受信制御信号印加部５および第１および第２の送信電力調整部４２ａ，４２ｂを１つのアクティブアンテナ１用の信号線路３にのみ接続し、電源電圧や制御電圧を他のアクティブアンテナに供給すればよいため、構成を簡略化できるとともに、消費電力の低減が図れる。

このように、第１４の実施形態では、下限送信電力決定部４１を設けて、送信電力がしきい値未満にならないように送信電力を補正し、かつ補正した送信電力をアンテナ１１に送信する直前で調整するため、送受信機本体２から出力された送信電力が極端に小さい場合でも、１本の信号線路３だけで安定に無線信号を送受信することができる。

（第１５の実施形態）
第１５の実施形態は、第１４の実施形態同様、送信電力がしきい値よりも小さくならないようにするものである。図２１は第１５の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図２１では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図２１の無線装置は、下限送信電力決定部４１と、送信電力減衰部４６と、送信電力減衰制御信号発生部４７とを備えており、送信電力減衰制御信号発生部７は、送信制御信号検出部６と下限送信電力決定部４１の信号に基づき、両方がHighの場合にのみ、送信電力減衰部４６を動作させ、補正された送信電力を本来の電力に等しくなるよう送信電力を減衰させる。これにより、送受信機本体２から出力された送信電力が極端に小さい場合でも、1本の信号線路3だけで安定に無線信号を送受信することができる。

（第１６の実施形態）
第１６の実施形態は、アクティブアンテナ１内に複数のアンテナを設けるものである。

図２２は本発明の第１０の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図２２では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図２２の無線装置内のアクティブアンテナ１は、送信用アンテナ１１ａと、受信用アンテナ１１ｂと、これらアンテナ１１ａ，１１ｂの選択を行うスイッチ４３とを有する。受信用アンテナには増幅器１２が接続されており、スイッチ４３には信号線路３が接続されている。

受信制御信号印加部５は、増幅器１２の電源電圧と、受信時におけるスイッチ４３の制御電圧を生成する。送信制御信号検出部６は、送信時におけるスイッチ４３の制御電圧を生成する。

このように、第１６の実施形態では、送信用と受信用に別個のアンテナをもつが、図９よりもスイッチの数を減らすことができる。

（第１７の実施形態）
第１７の実施形態は、アンテナで送受信される無線信号と異なる周波数の送信制御信号を、信号線路３上に重畳するものである。

図２３は本発明の第１７の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図２３では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図２３の無線装置は、図９の構成に加えて、アンテナで送受信される無線信号と異なる周波数の送信制御信号を生成する送信制御信号生成部４４と、インダクタ素子Ｌ７とを備えている。送信制御信号生成部４４で生成された送信制御信号は、インダクタ素子Ｌ７を介して信号線路３上の送信信号に重畳される。

送信制御信号検出部６は、送信信号に重畳された送信制御信号を検出して、スイッチ１３，１４を切替制御する。送信制御信号検出部６を、送信制御信号を取り出すのに最も効率のよい設計にすることにより、送信電力の強度によらずに安定してスイッチ１３，１４に制御電圧を供給できる。また、送信電力の損失も減少できる。

このように、第１１の実施形態では、送信時にスイッチを切替制御するために用いる送信制御信号の周波数を送信信号と異なる周波数にしたため、送信制御信号を確実に送信制御信号検出部６で検出でき、スイッチ１３，１４を安定して切替制御できる。

（第１８の実施形態）
第１８の実施形態は、複数のアクティブアンテナを備えている。

図２４は本発明の第１８の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図である。図２４では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図２４の無線装置は、２つのアクティブアンテナ１ａ，１ｂを備えている。各アクティブアンテナ１ａ，１ｂは、図１のアクティブアンテナ１と同様に構成されている。送受信機本体２は、各アクティブアンテナ１ａ，１ｂに対応するアナログ部１５ａ，１５ｂを有する。これらアナログ部１５ａ，１５ｂはデジタル部１６に接続されている。受信制御信号生成部４は、２つのアクティブアンテナ１ａ，１ｂで共用される。各アクティブアンテナ１ａ，１ｂはそれぞれ１本の信号線路３で送受信機本体２と接続されている。

第１８の実施形態によれば、複数のアクティブアンテナを設けても、信号線路３の数が大幅に増えることがなく、また、複数のアクティブアンテナで１つの受信制御信号生成部４を共用するため、全体の構成を簡略化できる。また、複数のアクティブアンテナを設けることにより、Digital Beam Forming (DBF)やMulti-Input Multi-Output (MIMO)等の複数のアクティブアンテナを用いて同時に送信を行う場合においても、構成を簡略化できる。

図２４以外に、複数のアクティブアンテナ１を設ける変形例がいくつか考えられる。図２５は本発明の第１８の実施形態に係る無線装置の変形例の概略構成を示すブロック図である。図２５の無線装置は、図２４の構成に加えて、アンテナ選択スイッチ２４を備えている。また、送受信機本体２には、一つのアナログ部１５のみが設けられている。これにより、ダイバーシチ等の効果を得る場合においても、構成を簡略化できる。

アンテナ選択スイッチ２４は、送受信機本体２に接続するアダプティブアンテナを選択する。実際には、電波状態の変化に応じて、アンテナ選択スイッチ２４を切り替えることにより、ダイバーシチ効果が得られる。

（第１９の実施形態）
第１９の実施形態は、送信制御信号検出部を複数のアクティブアンテナで共用するものである。

図２６は本発明の第１９の実施形態に係る無線装置の他の変形例の概略構成を示すブロック図である。図２６では、図９と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。

図２６の無線装置は、複数のアクティブアンテナで１つの送信制御信号検出部６を共用する。送信制御信号検出部６内の方向性結合器２１は、１本の信号線路３のみに容量結合されている。この信号線路３上の送信電力の一部に基づいて、送信制御信号検出部６は制御電圧を生成する。生成された制御電圧は、他の信号線路３に接続されたアクティブアンテナ内のスイッチにも供給される。

図２６の無線装置の場合、受信制御信号生成部４と送信制御信号検出部６を複数のアクティブアンテナで共用するため、図９よりもさらに構成を簡略化できる。

本発明の第１の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 スイッチの動作を説明する図。 テレビモニタに無線装置を搭載した例を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第３の実施形態に係る無線装置の変形例の概略構成を示すブロック図。 本発明の第４の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第５の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第６の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第７の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第８の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 方向性結合器の原理を説明する図。 本発明の第９の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１０の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１１の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１２の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 図１３のNANDゲートの具体的構成を示すブロック図。 本発明の第１３の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１４の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 送受信機本体２から出力される送信信号の送信電力レベルを示す電力波形図。 本発明の第１５の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１６の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１７の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１８の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１８の実施形態に係る無線装置の変形例の概略構成を示すブロック図。 本発明の第１９の実施形態に係る無線装置の概略構成を示すブロック図。

符号の説明

１ アクティブアンテナ
２ 送受信機本体
３ 信号線路
４ 受信制御信号生成部
５ 受信制御信号印加部
６ 送信制御信号検出部
１１ アンテナ
１２ 増幅器
１３，１４ スイッチ
１５ アナログ部
１６ デジタル部
２１ 方向性結合器
２２ ローパスフィルタ
２３ 論理反転回路
２４ アンテナ選択スイッチ
３１ バイアス電圧生成部
３２ オペアンプ
３３ NANDゲート
４１ 下限送信電力決定部
４２ａ 第１の送信電力調整部
４２ｂ 第２の送信電力調整部
４３ スイッチ
４４ 送信制御信号生成部
４６ 送信電力減衰部
４７ 送信電力減衰制御信号発生部
４８ 論理反転部
４９ 電力分岐手段

Claims (18)

1. アンテナと、前記アンテナで受信した無線信号を増幅する増幅器と、送受信の信号線路を切り替える送受切替回路と、を有するアクティブアンテナと、
   変復調処理を行う送受信機本体と、
   前記アクティブアンテナと前記送受信機本体とを接続する１本の信号線路と、
   前記信号線路上の信号電力の一部を利用して、送信時における前記送受切替回路の切替制御電圧を生成する送信制御信号検出部と、を備え、
   前記アクティブアンテナと前記送受信機本体とを接続する配線が１本の信号線路のみで送受信動作が可能であり、
   前記送信制御信号検出部は、
   前記信号線路に対して電力分岐を行う電力分岐手段と、
   前記電力分岐手段を通過した信号を整流する整流器と、を有し、
   前記送受切替回路は、送信時には、前記整流器の出力に基づいて切替制御されることを特徴とする無線装置。
2. 無線機本体からの送受信情報に基づいて、受信時における前記増幅器の電源電圧と、前記送受切替回路の切替制御電圧に用いる受信制御信号を生成して、前記信号線路上の信号電圧に重畳する送受信制御信号生成部を備えることを特徴とする請求項１記載の無線装置。
3. 前記受信制御信号生成部は、上記受信制御信号を生成するトランジスタと、受信制御信号を前記信号線路に印加するインダクタを有することを特徴とする請求項２に記載の無線装置。
4. 前記無線機本体から前記信号線路に電源電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の無線装置。
5. 前記信号線路から取り出した前記受信制御信号に基づき、アクティブアンテナ内のスイッチを受信側に切替え制御し、低雑音増幅器を動作させる受信制御信号印加部を備えることを特徴とする請求項２、３のいずれかに記載の無線装置。
6. 前記受信制御信号印加部は、一端が前記信号線路に接続され、他端が前記増幅器の電源端子と前記送受切替回路の切替制御端子とに接続されるインダクタ素子を有することを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
7. 前記電力分岐手段は、前記信号線路に対して容量結合される方向性結合器であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の無線装置。
8. 前記送信制御信号検出部は、前記整流器で整流された信号の高周波成分を除去するローパスフィルタを有し、
   前記送受切替回路は、送信時には、前記ローパスフィルタの出力に基づいて切替制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の無線装置。
9. 前記送信制御信号検出部は、
   前記整流器またはローパスフィルタの出力信号を論理反転する第１の論理反転部と、
   前記第１の論理反転部の出力をさらに論理反転する第２の論理反転部と、有し、
   受信時に、前記第１の論理反転部は第１の論理値を出力し、かつ前記第２の論理反転部は第２の論理値を出力し、送信時に、前記第１の論理反転部は前記第２の論理値を出力し、かつ前記第２の論理反転部は前記第１の論理値を出力することを特徴とする請求項８に記載の無線装置。
10. 前記送信制御信号検出部は、
    前記整流器またはローパスフィルタの出力信号を非反転増幅する非反転増幅部と、
    前記非反転増幅部の出力を論理反転する論理反転部と、を有し、
    受信時に、前記非反転増幅部は第２の論理値を出力し、かつ前記論理反転部は第１の論理値を出力し、送信時に、前記非反転増幅部は前記第１の論理値を出力し、かつ前記論理反転部は前記第２の論理値を出力することを特徴とする請求項８または９に記載の無線装置。
11. 前記送信制御信号検出部は、前記ローパスフィルタの出力信号を増幅する非反転増幅部をさらに有し、
    前記送受切替回路は、送信時には、前記非反転増幅部の出力に基づいて切替制御され、
    前記受信制御信号印加部は、前記非反転増幅部の出力に基づいて、受信時のみ、前記増幅器に電源電圧を供給するとともに前記送受切替回路を切替制御することを特徴とする請求項８または９に記載の無線装置。
12. 前記信号線路に対して印加される直流バイアス電圧を生成するバイアス電圧生成部を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の無線装置。
13. 前記送受信機本体から出力される送信電力が所定のしきい値より小さい場合に、送信電力を補正する送信電力補正部と、
    前記送信電力補正部により送信電力の補正を行った場合に、前記送受切替回路を切替制御して送信電力を調整する送信電力調整部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の無線装置。
14. 前記送受信機本体から出力される送信電力が所定のしきい値より小さい場合に、送信電力を補正する送信電力補正部と、
    前記送信電力補正部により送信電力の補正を行った場合に、前記送信電力補正部からの信号と前記送信制御信号検出部からの信号とに基づいて、送信中に前記送信電力補正部からの信号が入力された場合にのみ送信電力を減衰させる送信電力減衰部と、
    前記送信電力減衰部を制御するための制御信号を発生する送信電力減衰制御信号送信部と、を備えることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の無線装置。
15. 前記アンテナは、
    送信用アンテナと、
    前記増幅器に接続される受信用アンテナと、を有し、
    前記送受切替回路は、前記送信制御信号検出部および前記受信制御信号印加部の出力電圧に基づいて、前記送信用アンテナまたは前記受信用アンテナを選択することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の無線装置。
16. 前記アンテナから送受信される無線信号と異なる周波数の送信制御信号を生成する送信制御信号生成部を備え、
    前記送信制御信号は、信号線路上の送信信号に重畳されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の無線装置。
17. 前記アクティブアンテナ、前記受信制御信号印加部および前記送信制御信号検出部を組として、複数組が設けられ、
    前記受信制御信号生成部は、前記複数組で共用されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の無線装置。
18. 前記アクティブアンテナが複数設けられ、
    前記送信制御信号検出部は、前記複数で共用されることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の無線装置。

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