JP4263320B2

JP4263320B2 - アンテナ共用送受信装置

Info

Publication number: JP4263320B2
Application number: JP27312999A
Authority: JP
Inventors: 秀聡山▲崎▼; 均 ▲高▼井; 嘉夫浦部; 健一森
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2019-09-27
Also published as: JP2000174656A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はアンテナ共用送受信装置に関し、より特定的には、ＥＩＲＰ等の条件下で所定の通信品質を保持することができる送信局と受信局との距離を拡大するアンテナ共用送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近急増している、無線ＬＡＮ等の小規模無線ネットワークを構成する、小電力データ通信システムなどの無線通信システムにおいて、当該システムの最大送信出力は、近隣システムへの電波干渉等を防止するために、予め等価等方放射出力（ＥＩＲＰ）等によって制限されている。例えば、２．４ＧＨｚ帯を用いる小電力データ通信システムでは、送受信機出力は、１ＭＨｚ当たり、接続された送信アンテナのダイポール利得に相当する電力を１０ｍＷから減じた値以下と規定されている。従来から、所定の通信品質を保持することができる送信局と受信局との距離（以下、到達距離と称す）を拡大する方法として高利得アンテナが用いられている。
【０００３】
例えば、ＥＩＲＰ等の条件下で高利得アンテナを使用して到達距離を拡大した送受信装置が、特開平７−１５４３１４号公報に開示されている。
【０００４】
図４は、特開平７−１５４３１４号公報に開示されている従来の送受信装置の一例を示す図である。従来の送受信装置は、無指向性送信アンテナ１０と、高利得受信アンテナ１１と、送受信機２０とを備えている。無指向性送信アンテナ１０は、上記の制限を満たす一定利得のアンテナで、当該アンテナは変更されず、高利得受信アンテナ１１は、ユーザが希望する到達距離を確保することができる利得のアンテナに変更される。その結果、従来の送受信装置は、送受信機の設計を変更することなく、到達距離を拡大することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の送受信装置は、送信専用アンテナと受信専用アンテナとを別個独立に備えていた。システム設計者等は、ＥＩＲＰの制限下で到達距離を拡大する必要が生じた場合に、送信専用アンテナの利得は変えずに、受信専用アンテナの利得のみを増加させることができた。
【０００６】
ところが、近年急増している移動体通信等で用いられている、送受信機のＲＦ入出力端に、送信用、受信用のどちらにも使用する送受信共用アンテナを接続したアンテナ共用送受信装置においては、ＥＩＲＰ等の制限下でアンテナ利得を増加させて到達距離を拡大するには、多大なコストや開発期間を要し得る送受信機の設計変更が必要となるという問題を有していた。なぜなら、アンテナ共用送受信装置においては、アンテナ利得を増加させると、受信時のみならず送信時のアンテナ利得も増加させることになるので、ＥＩＲＰ等の規定を満たすには、増加させたアンテナ利得分だけアンテナに給電する送信信号電力を減衰させる必要があり、そのために、送受信機内部の送信部の設計を変更し、送受信機のＲＦ入出力端から出力する送信信号電力を減衰させる必要があったからである。単に、アンテナに給電する送信信号電力を減衰させるだけでよければ、送受信機の設計を変更しなくても、アンテナと送受信機のＲＦ入出力端との間に減衰器を介挿して電力を所定のレベルまで減衰することは可能である。しかし、アンテナ共用送受信装置の場合、送受信共用アンテナと送受信機のＲＦ入出力端とを結ぶ伝送路に、増加させたアンテナ利得に見合う減衰量の減衰器を介挿した場合、受信信号も減衰してしまい、アンテナ給電栓端における受信感度が増加させたアンテナ利得と同じだけ劣化してしまうので、送受信共用アンテナを高利得アンテナに変更しても、到達距離を拡大することがでない。従って、アンテナ共用送受信装置の場合、ＥＩＲＰ等の制限下で、当初送受信機設計時に予定したアンテナ利得より高い利得のアンテナを送受信共用アンテナに使用して到達距離を拡大するためには、送受信機のＲＦ入出力端から出力する送信信号レベルを調節するために、多大なコストや開発期間を要し得る送受信機の設計変更が必要となる。
【０００７】
それ故、本発明の目的は、ＥＩＲＰ等の制限の下、送受信機の設計を変更することなく、送受信機の設計当初に使用を予定したアンテナより高い利得のアンテナを共用して到達距離を拡大する、アンテナ共用送受信装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明は、１つのアンテナを共用して信号の送信および受信を行うアンテナ共用送受信装置であって、
送信信号を発生して出力し、受信信号を入力して処理する送受信機と、
送受信機が出力した送信信号を空中に放射し、空中を伝搬する信号を受信して受信信号として出力するアンテナと、
送受信機とアンテナとの間で、送信信号および受信信号を双方向に伝送させるための伝送経路を形成する伝送経路形成手段とを備え、
伝送経路形成手段は、
その一端が送受信機に接続される第１の共通伝送経路と、
その一端がアンテナに接続される第２の共通伝送経路と、
第１の共通伝送経路の他端と第２の共通伝送経路の他端との間に介挿される第１の伝送経路と、
第１の共通伝送経路の他端と第２の共通伝送経路の他端との間に介挿され、かつ第１の伝送経路と並列的に設けられる第２の伝送経路と、
第１の共通伝送経路の他端と第１および第２の伝送経路の各一端との間に配置され、第１の共通伝送経路から送信信号が入力されたときは第１の伝送経路に出力し、第２の伝送経路から受信信号が入力されたときは第１の共通伝送経路に出力する、第１のサーキュレータと、
第２の共通伝送経路の他端と第１および第２の伝送経路の各他端との間に配置され、第２の共通伝送経路から受信信号が入力されたときは第２の伝送経路に出力し、第１の伝送経路から送信信号が入力されたときは第２の共通伝送経路に出力する、第２のサーキュレータと、
第１の伝送経路上に配置され、そこを伝送される送信信号を減衰する減衰器とを含み、
減衰器の減衰量は、アンテナの固有の利得と、伝送経路形成手段を介さず送受信機に直接接続された場合に最大送信出力に関する所定規格を満たす所定のアンテナの利得との差から、第１の伝送経路の伝送減衰量を減じた値以上の値に予め設定される。
【０００９】
上記のように、本発明によれば、２つの伝送経路を設けて一方の経路に設けた減衰器によって送信信号を減衰させるので、その減衰量を調整することによりアンテナに供給される送信信号のレベルを変更することができる。これにより、アンテナ共用送受信装置は、アンテナの給電栓端の受信感度に影響を与えることなく、アンテナに供給される送信信号レベルを変更することができる。
【００１１】
また、上記のように、本発明によれば、送信信号の出力値が規制された環境下でも送受信機の送信出力レベルを変更せずに規制を遵守した所定のレベルの送信信号をアンテナに供給することができる。従って、アンテナ共用送受信装置は、高利得アンテナを用いて到達距離を拡大させるために送受信機の設計変更を必要としない。
【００１２】
また、本発明において、伝送経路形成手段は、
第２の伝送経路上に配置され受信信号を増幅する増幅手段と、
第２の伝送経路上に配置され受信信号に含まれる不要な周波数成分を除去する周波数成分除去手段とをさらに含み、
増幅手段の利得は、減衰器の減衰量に応じて予め調整されており、それによって送信信号および受信信号のうち、アンテナの給電栓端で反射される信号および第２のサーキュレータから漏洩する信号が送受信機の送受信特性に与える影響が抑圧されることを特徴とする。
【００１３】
上記のように、本発明によれば、システム設計者等は、増幅手段の利得を減衰器の利得に応じて予め調整することにより、不要な信号が送受信機の送受信特性に与える悪影響を及ぼさない範囲内でアンテナ給電栓端における受信感度を向上させて到達距離をさらに拡大することができる。
【００１４】
また、本発明において、伝送経路形成手段は、第１の共通伝送経路上に配置される減衰器をさらに含み、
増幅手段の利得は、第１の共通伝送経路上に配置される減衰器の減衰量に応じて予め調整されており、それによって送信信号および受信信号のうち、アンテナの給電栓端で反射される信号および第２のサーキュレータから漏洩する信号が送受信機の送受信特性に与える影響が抑圧されることを特徴とする。
【００１５】
上記のように、本発明によれば、システム設計者等は、単一の減衰器を設けたアンテナ共用送受信装置よりも柔軟に増幅手段の利得を決定することができ、かつ、不要な信号が送受信機の送受信特性に与える影響を抑圧することができる。
【００１６】
また、本発明において、周波数成分除去手段は、送信信号と受信信号が異なる周波数である場合に送信信号がアンテナの給電栓端で反射される信号および第２のサーキュレータから漏洩する信号が第２の伝送経路を伝送するのを遮断することを特徴とする。
【００１７】
上記のように、本発明によれば、送信信号がアンテナ給電栓端で反射される信号および第２のサーキュレータから漏洩する信号が伝送経路形成手段を周回することを阻止できる。従って、システム設計者等は、送信信号強度に関係なく、受信信号が伝送経路形成手段を周回することのみに注意して、不要な周回受信信号が送受信機の受信特性に悪影響を及ぼさない範囲内で増幅手段の利得を決定できるので、送受信に同じ周波数を使用する場合に比べ、より柔軟に増幅器の利得を決定できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ共用送受信装置の構成を示すブロック図である。図１において、本実施形態のアンテナ共用送受信装置１００は、送受信共用アンテナ１０１と、送受信機１０２と、サーキュレータ１３１および１３２と、減衰器１０４とを備えている。サーキュレータ１３１は、３つの入出力端子を有しており、送受信信号パス１０９、送信信号専用パス１０７および受信信号専用パス１０８によって、送受信共用アンテナ１０１、減衰器１０４およびサーキュレータ１３２に接続されている。サーキュレータ１３２は、３つの入出力端子を有しており、送受信信号パス１０６、送信信号専用パス１０７、および受信信号専用パス１０８によって、送受信機１０２、減衰器１０４およびサーキュレータ１３１に接続されている。また、減衰器１０４は、送信信号専用パス１０７上に配置される。
【００１９】
図１を参照して、まず、アンテナ共用送受信装置１００の送信動作について説明する。送受信機１０２は、送信信号を出力する。出力された送信信号は、送受信信号パス１０６を伝送され、サーキュレータ１３２を介して送信信号専用パス１０７に伝送されて減衰器１０４に入力される。減衰器１０４に入力された送信信号は、送受信共用アンテナ１０１から出力される際に規定の出力値以内のレベルになるように減衰され、その後、サーキュレータ１３１を介して送受信信号パス１０９を伝送されて送受信共用アンテナ１０１から出力される。次に受信動作について説明する。所定の利得を有する送受信共用アンテナ１０１で受信された受信信号は、送受信信号パス１０９を伝送され、サーキュレータ１３１を介して受信信号専用パス１０８を伝送され、サーキュレータ１３２を介して送受信信号パス１０６を伝送されて送受信機１０２に入力される。
【００２０】
システム設計者等は、送信信号専用パス１０７上に配置した減衰器１０４に、予め送受信共用アンテナ１０１の利得に応じた減衰量を与えている。今、ＥＩＲＰ等の所定条件の下、所定の通信品質を保持することができる送信局と受信局との距離（以下、到達距離と称す）を拡大する場合、システム設計者等は、送受信機１０２の開発当初に使用が予定されていた送受信共用アンテナの利得よりも高い利得の送受信共用アンテナ１０１を用いる必要がある。このような場合でも、システム設計者等は、送受信共用アンテナ１０１の利得に応じて減衰器１０４の減衰量を変更して送信信号のレベルを調整することができるので、送受信機１０２の設計変更を行う必要がない。
【００２１】
一方、受信信号専用パス１０８は、サーキュレータ１３２および１３１を相互に直接接続している。これにより、受信信号専用パス１０８上を伝送される受信信号は減衰器１０４で減衰されることなく、送受信機１０２に入力される。従って、システム設計者等が送受信機１０２の開発当初に使用を予定したアンテナの利得に比べ、送受信共用アンテナ１０１から送受信機１０２までの経路の伝送損失以上に高い利得をもつアンテナを送受信共用アンテナ１０１として使用すれば、開発当初に使用を予定したアンテナを使用する場合よりも到達距離を拡大することができる。
【００２２】
次に、具体的な数値例を示し、アンテナ共用送受信装置１００がどの程度到達距離を拡大することができるかについて説明する。例えば、ＥＩＲＰが＋１０ｄＢｍ以上＋２０ｄＢｍ以下に規定された無線通信システムにおいて、アンテナ共用送受信装置１００を用いる。今、送受信機１０２が利得０ｄＢｉの無指向性アンテナの使用を予定して開発されたもので、その出力が＋２０ｄＢｍであるとし、減衰器１０４での減衰量を除く送受信機１０２から送受信共用アンテナ１０１までの送信信号専用パス１０７を含む経路の伝送損失が２ｄＢ、送受信共用アンテナ１０１から送受信機１０２までの受信信号専用パス１０８を含む経路の伝送損失が２ｄＢであり、送受信共用アンテナ１０１は、利得２２ｄＢｉの指向性アンテナであり、減衰器１０４の減衰量は２０ｄＢであるとする。このとき、アンテナ共用送受信装置１００の送信出力は、無指向性アンテナを使用した場合と同様にＥＩＲＰが２０ｄＢｍとなり、アンテナ利得から受信信号専用パス１０８を含む経路の伝送損失を差し引いた利得は２０ｄＢとなる。従って、無指向性アンテナが使用された場合に比べて到達距離は大幅に拡大される。例えば、伝搬損が自由空間損となる見通し環境では、利得２２ｄＢｉの高利得アンテナを用いたアンテナ共用送受信装置１００は、無指向性アンテナを送受信機１０２に接続したアンテナ共用送受信装置に比べて、到達距離を約１０倍拡大することができる。
【００２３】
以上のように、２つのサーキュレータ１３１および１３２は、送信信号を送受信信号パス１０６と、送信信号専用パス１０７と、送受信信号パス１０９とからなる経路を伝送させ、受信信号を送受信信号パス１０９と、受信信号専用パス１０８と、送受信信号パス１０６とからなる経路を伝送させる。さらに、システム設計者等は、送受信共用アンテナから出力される送信信号の出力値が規定レベル以内になるように送受信共用アンテナ１０１の利得に応じた減衰値を与えた減衰器を送信信号専用パス１０７上に配置する。これにより、システム設計者等は、送受信機１０２の設計を変更する必要なく、送受信共用アンテナ１０１として送受信機の設計当初に使用を予定したアンテナより高い利得のアンテナを用いることにより、到達距離を拡大することができる。
【００２４】
なお、送受信共用アンテナ１０１は、１つのアンテナに限定されるものではなく、例えば、複数のアンテナを並列にして指向性を高めたアンテナ系であるとしてもよい。
【００２５】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ共用送受信装置の構成を示すブロック図である。図２において、本実施形態のアンテナ共用送受信装置２００は、送受信機１０２と、サーキュレータ１３１および１３２と、減衰器１０４と、帯域通過フィルタ２０６と、ローノイズアンプ２０５と、送受信共用アンテナ１０１と、送受信信号パス１０６と、送信信号専用パス１０７と、受信信号専用パス１０８と、送受信信号パス１０９とを備えている。アンテナ共用送受信装置２００は、受信信号専用パス１０８上にローノイズアンプ２０５および帯域通過フィルタ２０６を備えている点がアンテナ共用送受信装置１００と相違する。なお、第１の実施形態と同一の構成については参照番号を同一とし、詳細な説明を省略する。また、送信信号が伝送する経路は、第１の実施形態と同一であるので、ここではアンテナ共用送受信装置２００の受信時の動作について説明する。また、便宜のため、アンテナ共用送受信装置１００が備える各素子等に与えられた具体的数値の一例を記載すると、送受信機１０２は、利得０ｄＢの無指向性アンテナの使用を前提として開発されており、送信出力＋２０ｄＢｍ、減衰器１０４での減衰量を除く送受信機１０２から送受信共用アンテナ１０１までの送信信号専用パス１０７を含む経路の伝送損失が２ｄＢ、送受信共用アンテナ１０１から送受信機１０２までの受信信号専用パス１０８を含む経路の伝送損失が２ｄＢであり、送受信共用アンテナ１０１は、利得２２ｄＢｉの指向性アンテナであり、減衰器１０４の減衰量は２０ｄＢである。以下、本実施形態においては特に断らない限り、各構成素子等は以上の値を与えられているものとする。
【００２６】
次に、図２を参照して、アンテナ共用送受信装置２００の受信動作について説明する。送受信共用アンテナ１０１で受信された受信信号は、送受信信号パス１０９、サーキュレータ１３１、受信信号専用パス１０８を介してローノイズアンプ２０５に入力されて増幅される。その後、増幅された受信信号は、帯域通過フィルタ２０６によって妨害波等の不要な周波数成分が除去され、サーキュレータ１３２および送受信信号パス１０６を介して送受信機１０２に入力される。アンテナ共用送受信装置２００は、受信信号をローノイズアンプ２０５で増幅することにより、送受信共用アンテナ１０１の給電栓端における雑音指数（以下、受信総合ＮＦと称す）をアンテナ共用送受信装置１００に比べて小さくすることができる。従って、図２に示したアンテナ共用送受信装置２００は、アンテナ共用送受信装置１００よりも送受信共用アンテナの給電栓端における受信感度を向上させることができるので、アンテナ共用送受信装置１００と同じ利得の送受信共用アンテナを用いるとしても、アンテナ共用送受信装置１００よりも到達距離を拡大することができる。なお、以下、記載の冗長をさけるために特に必要がない限り、送受信信号等が伝送する経路を示す送受信信号パス１０６と、送信信号専用パス１０７と、受信信号専用パス１０８と、送受信信号パス１０９とは逐一記載しない。
【００２７】
次に、具体的数値を示し、アンテナ共用送受信装置２００がどの程度到達距離を拡大することができるかについて説明する。今、ローノイズアンプ２０５の利得を２０ｄＢ、雑音指数（以下、単にＮＦと記載する）を１ｄＢ、帯域通過フィルタ２０６の伝送損失を１ｄＢとし、帯域通過フィルタ２０６の伝送損失を含むローノイズアンプ２０５の出力端から送受信機１０２までの伝送損失を２ｄＢとし、ＮＦ１３ｄＢの送受信機１０２を使用すると、アンテナ共用送受信装置２００の受信総合ＮＦは、３ｄＢとなる。すなわち、アンテナ共用送受信装置１００でＮＦ１３ｄＢの送受信機１０２を使用したとすると、受信総合ＮＦは１５ｄＢとなるので、アンテナ共用送受信装置２００の受信感度は、アンテナ共用送受信装置１００に比べて１２ｄＢ向上することになる。その結果、同じ利得の送受信共用アンテナを用いるのであれば、アンテナ共用送受信装置２００は、アンテナ共用送受信装置１００よりもさらに到達距離を拡大することができる。例えば、伝搬損が自由空間損となる見通し環境においては、アンテナ共用送受信装置２００は、到達距離をアンテナ共用送受信装置１００の約４倍に拡大することができる。システム設計者等がアンテナ共用送受信装置１００を使用して同様の到達距離を確保しようとすると、上述した受信感度の向上分だけさらに送受信共用アンテナを高利得にするしかないので、この場合、その利得を３４ｄＢｉとする必要がある。ところが、一般にアンテナは、利得が高いほど指向性が高まり、システム構築者等は、アンテナを厳密に指向方向にあわせて設置する必要が生じる。それ故、同じ到達距離を確保するのであれば可能な限りアンテナの利得は低い方がアンテナ設置上は有利である。上述のことから、アンテナ共用送受信装置２００は、アンテナ共用送受信装置１００よりも低い利得の送受信共用アンテナが用いられてもアンテナ共用送受信装置１００と同じ到達距離を確保することができる点で有利である。
【００２８】
同じ周波数を用いて時分割方式で信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、アンテナ共用送受信装置２００を使用した場合、送受信機１０２のＲＦ入出力端子から出力された送信信号の一部や、送受信機１０２のＲＦ入出力端で反射する受信信号の一部は、送受信共用アンテナ１０１の給電栓端で反射したり、サーキュレータ１３１を逆方向、すなわち受信信号専用パス方向に漏洩する。これらの信号は、ローノイズアンプ２０５で増幅された後、送受信機１０２のＲＦ入出力端に帰還する。従って、ローノイズアンプ２０５にあまり利得の大きいものを使用すると、上記の送受信機１０２のＲＦ入出力端に帰還する信号（以下、帰還信号と称し、送信信号に係る帰還信号を送信帰還信号、受信信号に係る帰還信号を受信帰還信号と称す）は、発振したり、発振はしないまでも送受信機１０２の送受信動作に悪影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、減衰器１０４は、送信信号をアンテナ利得に応じた規定のレベルに減衰するだけでなく、帰還信号も減衰するので、システム設計者等は、減衰器１０４の減衰量および送受信機１０２の特性を考慮して適当な大きさの利得を持つローノイズアンプ２０５を用いて、帰還信号が送受信動作に悪影響を及ぼさないようにすることができる。このことについて、図２を参照して、具体的な数値例を示しながら詳細に説明する。なお、図２において点Ａは送受信機１０２のＲＦ入出力端を、点Ｂは減衰器１０４とサーキュレータ１３１との接続点を、点Ｃは送受信共用アンテナ１０１の給電栓端を示している。
【００２９】
まず、送信時において、例えば減衰器１０４とサーキュレータ１３１との接続点（点Ｂ）から点Ｃまでの伝送損失を１ｄＢとし、逆方向損失が１８ｄＢのサーキュレータ１３１および給電栓端（点Ｃ）の反射特性がＶＳＷＲ１．５（反射減衰量１４ｄＢ）の送受信共用アンテナ１０１を使用すると、点Ａから出力された送信信号のうち、点Ｃで反射し点Ａに逆入力する信号のレベルは＋２ｄＢｍ、点Ａに帰還する信号のレベルは−１ｄＢｍであるから、送受信機１０２に帰還する信号の合計レベルは、せいぜい＋４ｄＢｍ程度となる。ここで、上記の回路素子の利得および減衰量より、送受信機１０２の送信出力（＋２０ｄＢ）に対する帰還信号の減衰量（点Ａから点Ｃ方向をみた場合の反射減衰量）は１６ｄＢ程度であり、送受信共用アンテナ１０１の反射減衰量１４ｄＢとほぼ同程度となる。このように、アンテナ共用送受信装置２００は、利得２０ｄＢのローノイズアンプ２０５が受信信号専用パス１０８上に配置されても、点Ａに帰還する送信信号のレベルを送受信共用アンテナ１０１が送受信機１０２に直接接続された場合と同程度とすることができる。その結果、アンテナ共用送受信装置２００は、点Ｃでの反射やサーキュレータ１３１での漏洩により送受信機１０２に帰還する送信信号の一部が送信動作に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００３０】
次に、受信時において、送受信機１０２のＲＦ入出力端（点Ａ）で反射した受信信号の一部は上述した送信信号の一部と同一の経路を周回し、点Ａに帰還する。これらの帰還信号は、受信信号に対して妨害信号となり得るが、上述した送信信号の一部が送受信機１０２に帰還する場合と同様に、システム設計者等は、減衰器１０４の減衰量および送受信機１０２の特性に対応して適当に調整された利得のローノイズアンプ２０５を用いることによって、点Ａに帰還する受信信号のレベルを、システム設計者等が予定した受信品質を保持するために必要なレベル以下とすることができる。例えば、上述した数値例の場合、送受信機１０２から出力された信号に対して、送受信機１０２に帰還する信号の減衰量は、上述したように１６ｄＢ程度である。よって、送受信機１０２の反射特性（ＶＳＷＲ）がどんなに悪くとも、送受信機１０２に最初に入力される受信信号と帰還信号との比（Ｃ／Ｉ比）は、１６ｄＢ以上ある。このように、アンテナ共用送受信装置２００は、利得２０ｄＢのローノイズアンプ２０５が受信信号専用パス上に配置されても、送受信機１０２に送受信共用アンテナ１０１が直接接続された場合と同程度のＣ／Ｉ比が保持される。その結果、アンテナ共用送受信装置２００は、点Ａに帰還する受信信号の一部が受信動作に悪影響を及ぼすことを回避することができる。
【００３１】
なお、以上に上げた数値例は、一般に市販されているサーキュレータやアンテナの利得から鑑みて、十分に実現できる値である。また、上記の説明では、点Ａに帰還する信号が送受信動作に悪影響を及ぼさないようにできることをわかりやすく説明するために、アンテナ共用送受信装置２００を用いた場合と、送受信機１０２に送受信共用アンテナ１０１を直接接続した場合とで、帰還信号の強度が同程度になる数値例を示したが、送受信機の特性上許容されるならば、送受信機１０２に送受信共用アンテナ１０１を直接接続した場合に比べ、アンテナ共用送受信装置２００を用いた場合の方が帰還信号の強度が強くなるような利得のローノイズアンプ２０５を使用することももちろん可能である。例えば、送受信機１０２の特性上、送信帰還信号の強度が＋６ｄＢｍ以下なら送信動作に悪影響を及ぼさず、Ｃ／Ｉ比が１２ｄＢ以下ならシステム設計者等が予定した受信品質を保持できる場合、送信動作に悪影響を及ぼさない条件を満たすためには、ローノイズアンプ２０５として上記の数値例より２ｄＢ大きい利得（利得２２ｄＢ）以下のローノイズアンプが使用可能であり、予定した受信品質を保持する条件を満たすためには、利得２４ｄＢ以下のローノイズアンプが使用可能なので、従って、送受信両方の上記条件を満たすためには、利得２２ｄＢ以下のローノイズアンプが使用可能である。
【００３２】
さらに、システム設計者等は、異なる周波数帯域を用いて送受信を行う無線通信システムにおいて、アンテナ共用送受信装置２００を用いて送信を行おうとする場合、送信信号を遮断するような特性を有する帯域通過フィルタ２０６を選択することにより、送受信機１０２に帰還する送信信号を送信動作および受信動作に影響を与えない程度まで減衰することができる。この場合、システム設計者等は、送信信号強度に関係なく、Ｃ／Ｉ比がシステム設計者等が予定した受信品質を保持できる条件を満たす範囲内でローノイズアンプ２０５の利得を決定できるので、送受信に同じ周波数を使用する場合に比べ、より柔軟にローノイズアンプ２０５の利得を決定できる。例えば、上述した数値例のように、送信帰還信号の強度が＋６ｄＢｍ以下なら送信動作に悪影響を及ぼさず、Ｃ／Ｉ比が１２ｄＢ以下ならシステム設計者等が予定した受信品質を保持できる場合、利得２４ｄＢ以下のローノイズアンプを使用すればＣ／Ｉ比の条件が満足され、送信帰還信号は帯域通過フィルタ２０６により遮断されてその強度は＋６ｄＢｍ以下となるので、利得２４ｄＢ以下のローノイズアンプを使用しても送受信両方の上記条件を満たすことができる。
【００３３】
なお、本実施形態においてローノイズアンプ２０５の前段までの挿入損失を可能な限り少なくして受信感度を向上するように、帯域通過フィルタ２０６をローノイズアンプ２０５の後段に配置しているがこの限りではない。それほど受信感度を向上しなくても、必要な到達距離を確保することができる場合には、ローノイズアンプ２０５と帯域通過フィルタ２０６との接続位置関係を逆にしてもよい。また、ローノイズアンプ２０５の利得が予め決定されていて、送受信共用アンテナ１０１が変更されたために減衰器１０４の減衰量が不足する場合は、例えばシステム設計者等は、帯域通過フィルタ２０６の後段に減衰器を追加してもよい。さらに、本実施形態において送受信方式は、時分割方式としたがこの限りではない。送受信機１０２が同時送受信に対応している場合、アンテナ共用送受信装置２００は、同時に送受信動作を行うことができる。
【００３４】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ共用送受信装置の構成を示すブロック図である。図３において、本実施形態のアンテナ共用送受信装置３００は、送受信機１０２と、サーキュレータ１３１および１３２と、減衰器３４１および３４２と、帯域通過フィルタ２０６と、ローノイズアンプ２０５と、送受信共用アンテナ１０１と、送受信信号パス１０６と、送信信号専用パス１０７と、受信信号専用パス１０８と、送受信信号パス１０９とを備えている。アンテナ共用送受信装置３００は、減衰器１０４に代えて減衰器３４１を備えており、さらに減衰器３４２を追加した点が図２のアンテナ共用送受信装置２００と相違する。なお、第２の実施形態と同一の構成については参照番号を同一とし、詳細な説明を省略する。また、明確のため第１および第２の実施形態で説明したアンテナ共用送受信装置１００および２００と比較しつつアンテナ共用送受信装置３００について説明する。なお、以下、第２の実施形態と同様に記載の冗長をさけるために特に必要がない限り送受信信号等が伝送する経路を示す送受信信号パス１０６と、送信信号専用パス１０７と、受信信号専用パス１０８と、送受信信号パス１０９とは逐一記載しない。
【００３５】
アンテナ共用送受信装置３００は、送信動作時、送受信機１０２が出力する送信信号を減衰器３４２および減衰器３４１で減衰し、その結果、送受信共用アンテナ１０１からＥＩＲＰ等の規定に適合するレベルで送信信号を出力する。さらに、アンテナ共用送受信装置３００は、不要な信号、すなわち送受信動作時に送受信機１０２に帰還される信号を減衰器３４２によって減衰することがアンテナ共用送受信装置２００と異なっている。
【００３６】
アンテナ共用送受信装置２００は、送受信共用アンテナ１０１の利得に応じて減衰器１０４の減衰量が設定されていたため、ローノイズアンプ２０５の利得は、減衰器１０４の減衰量および送受信機１０２の特性に応じた適当な値が選択される必要があった。例えば、送受信共用アンテナ１０１がより小さい利得の送受信共用アンテナに変更されると、減衰器１０４もより小さな減衰量の減衰器に変更される必要が生じ、それに伴ってローノイズアンプ２０５の利得も変更されなければならなかった。しかし、アンテナ共用送受信装置３００は、減衰器３４１および３４２を備えたことにより、送受信機１０２が送信する信号を減衰するばかりでなく、送受信機１０２に帰還する不要な信号、すなわち送受信共用アンテナ１０１の給電栓端での反射する信号およびサーキュレータ１３１を逆方向に漏洩する信号をも減衰する。従って、システム設計者等は、ローノイズアンプ２０５として減衰器３４１の減衰量に相対的に決定される利得のものを使用する必要がなくなり、アンテナ共用送受信装置２００に比べて柔軟にローノイズアンプを選択することができる。さらに、アンテナ共用送受信装置３００は、アンテナ共用送受信装置１００よりも小さな利得の送受信共用アンテナを用いても、第１の実施形態と同様の到達距離を確保することができるのはアンテナ共用送受信装置２００と同様である。
【００３７】
次に、各素子に具体的な数値例を与えて到達距離の拡大と送信信号出力の抑制について説明する。なお、図３において点Ａは送受信機１０２のＲＦ入出力端を、点Ｂは減衰器１０４とサーキュレータ１３１との接続点を、点Ｃは送受信共用アンテナ１０１の給電栓端を示している。今、ローノイズアンプの利得を２０ｄＢ、ＮＦ１ｄＢとし、帯域通過フィルタ２０６の伝送損失を１ｄＢとし、送受信機１０２のＮＦを１３ｄＢとし、送受信共用アンテナ１０１給電栓端（点Ｃ）からローノイズアンプ２０５までの伝送損失を１ｄＢ、帯域通過フィルタ２０６での伝送損失を含むローノイズアンプ２０５の出力端から送受信機１０２のＲＦ入出力端（点Ａ）までの減衰器３４２での減衰を除く伝送損失を２ｄＢとする。この場合において、減衰器３４２の減衰量を９ｄＢとするとアンテナ共用送受信装置３００の受信総合ＮＦは７ｄＢとなり、アンテナ共用送受信装置１００に比べて受信感度が８ｄＢ向上する。従って、システム設計者等は、送受信共用アンテナ１０１として利得１４ｄＢｉのアンテナを使用すると、アンテナ共用送受信装置１００の送受信共用アンテナ１０１として利得２２ｄＢｉのアンテナを使用するのと同じだけ到達距離を拡大することができる。なお、アンテナ共用送受信装置３００が備える、送受信機１０２は、利得０ｄＢｉの無指向性アンテナの使用を前提として開発されており、その送信出力が＋２０ｄＢｍであり、減衰器３４２および３４１の減衰量を除く点Ａから点Ｃまでの伝送系路上の伝送損失が２ｄＢであるとすると、システム設計者等は、減衰器３４１の減衰量を３ｄＢとすることにより、送受信共用アンテナ１０１からの送信出力を第１の実施形態で示した規定値（ＥＩＲＰ＋１０ｄＢ以上＋２０ｄＢ以下）を遵守したレベルとすることができる。
【００３８】
次に、同じ周波数を用いて時分割方式で信号の送受信を行う無線通信システムにおいて、アンテナ共用送受信装置３００を使用した場合における送信帰還信号および受信帰還信号の減衰について説明する。今、各素子等に与えられている具体的な数値例は既に述べた通りであるとする。この場合、減衰器３４１および減衰器３４２による送信帰還信号または受信帰還信号の減衰量は、図３から明らかなように、当該送信帰還信号または当該受信帰還信号が減衰器３４２を２回、減衰器３４１を１回通過することになるので、２１ｄＢであり、アンテナ共用送受信装置２００における減衰器１０４による減衰量より大きい。従って、サーキュレータ１３１の逆方向損失、送受信共用アンテナ１０１の反射特性、送受信機１０２と送受信共用アンテナ１０１との間の伝送経路（ただし、減衰器３４１，３４２を除く）上の伝送損失がアンテナ共用送受信装置２００と同じであればアンテナ共用送受信装置３００の送信帰還信号および受信帰還信号のレベルはアンテナ共用送受信装置２００に比べて低くなる。従って、アンテナ共用送受信装置３００もアンテナ共用送受信装置２００と同様に、送信帰還信号または受信帰還信号が送受信機１０２の送受信特性に悪影響を及ぼすことを防ぐことができる。なお、アンテナ共用送受信装置３００において減衰器を配置する位置および個数は、上記の送信帰還信号または受信帰還信号を効果的に減衰することができれば図３に示したものに限定されるものではない。例えば、部品を共通化するために送受信共用アンテナの利得に関わらず、常に同じ利得のローノイズアンプ２０５を使用する必要があるときには、ローノイズアンプ２０５の出力端と減衰器３４２との間にさらに別の減衰器を配してもよい。
【００３９】
さらに、システム設計者等は、異なる周波数帯域を用いて送受信を行う無線通信システムにおいて、アンテナ共用送受信装置３００を用いて送信を行おうとする場合、送信信号を遮断するような特性を有する帯域通過フィルタ２０６を選択することにより、送受信機１０２に帰還する送信信号を送信動作および受信動作に影響を与えない程度にまで減衰することができる。この場合、システム設計者等は、送信信号強度に関係なく、Ｃ／Ｉ比がシステム設計者等が予定した受信品質を保持できる条件を満たす範囲内でローノイズアンプ２０５の利得を決定できるので、送受信に同じ周波数を使用する場合に比べ、より柔軟にローノイズアンプ２０５の利得を決定できる。
【００４０】
以上のように、アンテナ共用送受信装置３００は、アンテナ共用送受信装置２００と同様の機能に加えて、システム設計者等がローノイズアンプ２０５を、減衰器３４１の減衰量に相対的に拘束されずに選択することができるという利点を有する。
【００４１】
なお、本実施形態においてローノイズアンプ２０５前段までの挿入損失を可能な限り少なくして受信感度を向上するように、帯域通過フィルタ２０６をローノイズアンプ２０５の後段に配置しているがこの限りではない。それほど受信感度を向上しなくても、必要な到達距離を確保することができる場合には、ローノイズアンプ２０５と帯域通過フィルタ２０６との接続位置関係を逆にしてもよい。また、ローノイズアンプ２０５の利得が予め決定されていて、送受信共用アンテナ１０１が変更されたために減衰器３４１および３４２の減衰量が不足する場合は、例えばシステム設計者等は、帯域通過フィルタ２０６の後段に減衰器を追加してもよい。さらに、本実施形態において送受信方式は、時分割方式としたがこの限りではない。送受信機１０２が同時送受信に対応している場合、アンテナ共用送受信装置３００は、同時に送受信動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ共用送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るアンテナ共用送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係るアンテナ共用送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】従来の送受信装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１…送受信共用アンテナ
１０２…送受信機
１０４、３４１、３４２…減衰器
１３１、１３２…サーキュレータ
２０５…ローノイズアンプ
２０６…帯域通過フィルタ

Claims

１つのアンテナを共用して信号の送信および受信を行うアンテナ共用送受信装置であって、
送信信号を発生して出力し、受信信号を入力して処理する送受信機と、
前記送受信機が出力した前記送信信号を空中に放射し、空中を伝搬する信号を受信して前記受信信号として出力するアンテナと、
前記送受信機と前記アンテナとの間で、前記送信信号および前記受信信号を双方向に伝送させるための伝送経路を形成する伝送経路形成手段とを備え、
前記伝送経路形成手段は、
その一端が前記送受信機に接続される第１の共通伝送経路と、
その一端が前記アンテナに接続される第２の共通伝送経路と、
前記第１の共通伝送経路の他端と前記第２の共通伝送経路の他端との間に介挿される第１の伝送経路と、
前記第１の共通伝送経路の他端と前記第２の共通伝送経路の他端との間に介挿され、かつ前記第１の伝送経路と並列的に設けられる第２の伝送経路と、
前記第１の共通伝送経路の他端と前記第１および第２の伝送経路の各一端との間に配置され、前記第１の共通伝送経路から前記送信信号が入力されたときは前記第１の伝送経路に出力し、前記第２の伝送経路から前記受信信号が入力されたときは前記第１の共通伝送経路に出力する、第１のサーキュレータと、
前記第２の共通伝送経路の他端と前記第１および第２の伝送経路の各他端との間に配置され、前記第２の共通伝送経路から前記受信信号が入力されたときは前記第２の伝送経路に出力し、前記第１の伝送経路から前記送信信号が入力されたときは前記第２の共通伝送経路に出力する、第２のサーキュレータと、
前記第１の伝送経路上に配置され、そこを伝送する前記送信信号および受信信号を減衰する減衰器とを含み、
前記減衰器の減衰量は、前記アンテナの固有の利得と、前記伝送経路形成手段を介さず前記送受信機に直接接続された場合に最大送信出力に関する所定規格を満たす所定のアンテナの利得との差から、前記第１の伝送経路の伝送減衰量を減じた値以上の値に予め設定されることを特徴とする、アンテナ共用送受信装置。
前記伝送経路形成手段は、
前記第２の伝送経路上に配置され前記受信信号を増幅する増幅手段と、
前記第２の伝送経路上に配置され前記受信信号に含まれる不要な周波数成分を除去する周波数成分除去手段とをさらに含み、
前記増幅手段の利得は前記減衰器の減衰量に応じて予め調整されており、そのことによって、前記送信信号および前記受信信号のうち、前記アンテナの給電栓端で反射される信号および前記第２のサーキュレータから漏洩する信号が前記送受信機の送受信特性に与える影響を抑圧することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ共用送受信装置。
前記伝送経路形成手段は、前記第１の共通伝送経路上に配置される減衰器をさらに含み、
前記増幅手段の利得は前記第１の共通伝送経路上に配置される減衰器の減衰量に応じて予め調整されており、そのことによって前記送信信号および受信信号のうち、前記アンテナの給電栓端で反射される信号および前記第２のサーキュレータから漏洩する信号が前記送受信機の送受信特性に与える影響を抑圧することを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ共用送受信装置。
前記周波数成分除去手段は、前記送信信号と前記受信信号が異なる周波数である場合に前記送信信号が前記アンテナの給電栓端で反射される信号および前記第２のサーキュレータから漏洩する信号が前記第２の伝送経路を伝送するのを遮断することを特徴とする、請求項２または３に記載のアンテナ共用送受信装置。