JP4442052B2 - 適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として携帯電話機などの無線装置の高周波部で使用する適応型高周波フィルタおよび適応型高周波共用器およびそれらを用いた無線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波フィルタおよび高周波アンテナ共用器は携帯電話機などの無線装置で多数使用されている。中でも、送信周波数帯域および受信周波数帯域を２つに分割し、それぞれの周波数帯域を切り替えられる周波数シフト型高周波アンテナ共用器はさらに以前のアンテナ共用器よりも小形化が可能になるということで最近一部の携帯電話機において使用され始めている。ここでは、以下に図面を参照しながら、上記した従来の周波数シフト型高周波アンテナ共用器の一例について説明する。
【０００３】
図９は従来の周波数シフト型高周波アンテナ共用器の回路構成を示すものである。図９において、９１は誘電体共振器である。９２はＰＩＮダイオードスイッチ、９３は並列容量で、ＰＩＮダイオードスイッチ９２により、誘電体共振器９１との並列接続がオンオフされる。９４は送信端子、９５は受信端子、９６はアンテナ端子である。９７はノッチ結合容量で、９８は段間結合インダクタ、９９はローディング容量で、これらにより電圧制御型バンドエリミネーションフィルタが構成される。また、９１０は段間結合容量、９１１は入出力結合インダクタ、９１２は飛び越し結合容量で、これらにより電圧制御型有極バンドパスフィルタが構成される。９１３は整合インダクタ、９１４は整合容量でこれらにより２つのフィルタのインピーダンスが調整されて結合され、アンテナ共用器を構成する。
【０００４】
以上のように構成された周波数シフト型高周波アンテナ共用器について、以下その動作について説明する。
【０００５】
まず、誘電体共振器に並列に、ＰＩＮダイオードスイッチとキャパシタが直列接続された回路が接続されている。ＰＩＮダイオードスイッチを電気的にオン、オフすることによって共振器の共振周波数は低い周波数ｆ１と高い周波数ｆ２に選択的に切り替えられる。図９の従来例では受信側にそのような周波数切り替え型共振器で構成された帯域通過型フィルタが用いられ、送信側には周波数切り替え型共振器で構成された帯域阻止型フィルタが用いられている（例えば、特開平１１−２４３３０４号公報）。
【０００６】
このような構成にすることにより、フィルタが全通過帯域を同時に低損失化する必要が無くなり、また減衰帯域も相手方の全通過帯域を同時に高減衰化する必要がなくなるため、それぞれ半分の帯域をカバーするフィルタで十分になり、フィルタの負担が軽くなる。すなわち、見かけ上、フィルタの送受間隔を全通過帯域の半分だけ広げたのと同じ効果を有する。
【０００７】
あるいは、無線装置が基地局から送られる信号もしくはＧＰＳなどの他の通信手段を用いて、位置情報を検出し、無線装置が使用される国ごとにフィルタの減衰量を変化させるという考え方は、特開２０００−３１２１６１号公報等により公知である。このフィルタも全システムに対応する減衰特性を同時にフィルタに負わせるのは厳しいので、無線装置が使用される国ごとにフィルタ特性を切り替えるという発想である。
【０００８】
また、実際の従来例のアンテナ共用器を用いた無線装置の構造は、図１０に示されるようになっている。ここで、１０１は誘電体フィルタもしくはアンテナ共用器、１０２は内部アンテナ、１０３は半導体ＩＣ、１０４はプリント基板、１０６は外部アンテナであり、部品点数も多いため製造し難くて、無線部の占有面積も随分大きなものとなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、単純に送信信号、受信信号の通過帯域に追随して周波数を二者択一で変化させることのみしかできず、本発明で示す、信号監視部を有し、そこで最適フィルタ特性を考慮して適応的にフィルタ特性を変化制御するという考え方は全く無かったので、周囲の電波環境や無線装置の内部周波数構成により生ずる妨害信号やスプリアス信号に起因する無線装置特性の劣化に十分に対処できないという問題点を有していた。
【００１０】
また、検出した位置情報を基にフィルタの減衰量を変化させるということは、電波環境や無線装置の動作状況に応じてフィルタの特性を適応的に変化させるという技術思想とは異なり、フィルタには限られた自由度しか与えられておらず、不十分な特性しか得られなかった。すなわち、フィルタの性能を最大限引き出すという効果は期待できなかった。
【００１１】
また、これを従来の周波数固定式のフィルタで行なおうとすれば、超高性能なフィルタ特性を必要とし、多段高Ｑ構成が必須なため、フィルタの形状がとてつもなく大きくなるという問題点を有していた。すなわち、フィルタ小形化のために共振素子を小形化すれば高周波特性が劣化してしまい、実用的な特性を得ることは不可能であった。
【００１２】
さらに、実際のフィルタの部品実装の形態を鑑みると、部品点数も多いため製造し難くて、無線部の占有面積が随分大きなものとなってしまっていた。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑み、フィルタと信号監視部を有し、フィルタの周波数特性を周囲の電波環境や無線装置の動作状態に応じて適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、それらの構成部品を積層技術を用いて集積化し、小形・高性能な適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の適応型高周波フィルタは、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御し、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御するという構成を備えたものである。
【００２３】
あるいは本発明の適応型高周波フィルタは、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御し、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御するという構成を備えたものである。
【００２５】
さらには本発明の構成は、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は送信信号の不要スプリアス信号波を最小化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の送信信号の前記不要スプリアス信号波を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御するという構成を備えたものである。
【００２６】
さらには本発明の構成は、前記共振素子が分布定数型のTEMモード共振器であるという構成を備えたものである。
【００２７】
さらには本発明の構成は、前記電圧制御型インピーダンス可変素子がバラクタダイオードを用いた可変容量回路であるという構成を備えたものである。
【００２８】
さらには本発明の構成は、前記共振素子が積層誘電体内に形成された分布定数型のストリップ線路共振器であり、前記電圧制御型インピーダンス可変素子がバラクタダイオードを用いた可変容量回路であり、前記バラクタダイオードが前記積層誘電体表面に実装されたことを特徴とするという構成を備えたものである。
【００２９】
さらには本発明の適応型高周波アンテナ共用器は、２つのフィルタが、第１の通過帯域と第１の阻止帯域を有する請求項１記載の第１の適応型高周波フィルタと、第２の通過帯域と第２の阻止帯域を有する請求項１記載の第２の適応型高周波フィルタからなり、前記第１の通過帯域と前記第１の阻止帯域は周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第２の通過帯域と前記第２の阻止帯域も周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第１の通過帯域と前記第２の阻止帯域が略一致し、前記第１の阻止帯域と前記第２の通過帯域が略一致するという構成を備えたものである。
【００３０】
あるいは本発明の無線装置は、前記適応型高周波フィルタを用いたという構成を備えたものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態の適応型高周波フィルタについて、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの回路ブロック図を示すものである。図１において、１は共振素子、２は電圧制御型インピーダンス可変素子、３は制御部、４は信号監視部、５は電圧制御型周波数可変共振子、６は制御信号、７は制御電圧信号、８は無線装置、９は内部発振器、１０はモニター信号である。
【００３４】
以上のように構成された適応型高周波フィルタについて、以下図１、図２及び図６、図７を用いてその動作を説明する。
【００３５】
まず図１あるいは図２において、全体は携帯電話機などの無線装置８または１０８を示している。１１は無線部の受信回路部あるいは送信回路部を表す回路ブロックであるが、ここでは説明の簡単化のために受信部を念頭において以降の説明を行なっていく。その場合、端子１５にはアンテナ部からの信号が入力されることになる。図１あるいは図２では１段の電圧制御型周波数可変共振子５または１０５を例として記載しているが、多段のバンドパスフィルタやバンドエリミネーションフィルタあるいはそれらの組合わせでも良いことは言うまでもない。図１は１段のバンドパスフィルタの場合を例示し、図２は１段のバンドエリミネーションフィルタの場合を例示している。さらに５または１０５はアンテナ共用器の一部を構成するアンテナトップのフィルタであっても良いし、段間フィルタであっても良い。端子１５に入力された信号は５または１０５でフィルタリングされて信号１６となり、無線部１１に入力される。
【００３６】
無線部１１が送信回路の場合は信号１６の伝達の向きは当然逆方向となり、端子１５は出力端子となる。
【００３７】
無線部１１の中には内部発振器９が含まれる。この発振周波数により、無線装置８または１０８の受信周波数が決まってくるが、この周波数はベースバンド部１２で生成される周波数制御信号１３によりコントロールされる。この受信信号に関わる情報は周波数情報信号１４として信号監視部４にも伝達される。無線部１１から信号監視部４にはモニター信号１０も伝達される。このモニター信号１０は、受信信号の強度であったり、復調信号のＳ／Ｎ比であったり、ビットエラーレートであったりする。
【００３８】
また、１７は無線部１１とベースバンド部１２間で情報をやりとりする送受信ベースバンド信号である。
【００３９】
本発明においては、これらを限定するものではなく信号監視部４を無線装置８または１０８内に設け、信号監視部４から出力された制御信号６に応じて、制御部３で制御電圧信号７を生成せしめ、電圧制御型周波数可変共振子５または１０５を適応的に制御するところがポイントである。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、周波数情報信号１４とモニター信号１０が信号監視部４に与えられているところが非常に重要かつ新規な点であり、信号監視部４ではそれらの情報に基づき、適応制御アルゴリズムにて制御信号６を算出することになる。
【００４１】
ここで、適応制御アルゴリズムの一例としては、例えば受信信号に対して最適フィルタリング特性を実現する例を提示する。携帯電話システムなどの伝達信号においては、信号の同期や識別をするためにあらかじめ伝送信号毎に決められた一定の信号系列をまず基地局から端末に向かって、あるいは端末から基地局に向かって送信してくることが通常行なわれている。
【００４２】
これらの信号はそれぞれの無線機において既知であるので、これを例えばトレーニング信号として利用することが出来る。すなわち、この信号の複製を無線機内で生成し、これと受信信号の相互相関係数を求めれば、受信信号が所望信号に似てくる、すなわち、相互相関係数値を最大化しつつ受信信号電力を最小化すれば、妨害信号が抑圧されると共に、相互相関係数値は最大になる。
【００４３】
したがって、無線機として最適受信信号が得られることになる。最大点の求め方はいろいろな方法が考えられるが、電圧制御型周波数可変共振子５または１０５に与える制御電圧信号を無作為に極微少量だけ変化させ、最大値の方向を探るという摂動法もひとつの方法であるし、相互相関係数値の最大値からのずれを評価関数として定義し、その導関数を計算により導出して最小点を探索するという方法もある。もちろん、真の伝送信号に相当する部分はあらかじめ知り得ないので、その部分に対する相互相関係数値は誤差となるが、既知の信号部分に特に着目して重み付けすることにより、所望信号と妨害信号では明らかに相互相関係数値に差が出てくるので、この方法は十分有効であると言える。
【００４４】
また、送信信号に対して最適フィルタリング特性を実現する場合は、無線機は理想的な送信信号をあらかじめ知っているので、もっと簡単になり、送信信号と例えば出力端子１５から得られるモニター信号の相互相関係数を最大化しつつ、トータルの送信信号を最小化すれば、不要なスプリアス送信信号は抑圧されることになる。
【００４５】
なお、本実施の形態において、モニター信号１０は図では無線部１１から出力されるように描かれているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、端子１５の外側に図示されていない信号分波器を持ってきて、そこから分波された信号を持ってきてモニター信号１０としてもよい。そのような構成とすることにより、より正確に外部の電波環境を知ることができ、優れたフィルタの周波数特性を実現できることとなる。
【００４６】
この適応型高周波フィルタの周波数特性について受信時の動作を、図６を用いて説明することができる。６１は内部局発信号、６２はイメージ周波数信号、６３は受信周波数信号である。無線装置が必要とするのは受信周波数信号６３だけである。よって、ここに使われるフィルタは、受信信号周波数６３だけを通し、内部局発信号６１、イメージ周波数信号６２は減衰させるフィルタである。中間周波数が低い場合、すなわち、前記各周波数間隔が狭い場合は、非常に急峻なフィルタが要求され、挿入損失も大きくなる。言い換えれば、形状の非常に大きなフィルタが必要となってしまう。また、通常、受信周波数はある一定の帯域幅を持つため、その帯域幅が中間周波数に対して無視できなくなってくる場合は、フィルタの通過帯域と減衰帯域の最近接端の周波数間隔はさらに狭くなり、ますますフィルタへの負担が重くなってくることとなる。
【００４７】
この適応型高周波フィルタの周波数特性について送信時の動作を、図７を用いて説明することができる。７１は送信周波数信号、７２は２倍高調波、７３は３倍高調波、７４はスプリアス信号である。無線装置が必要とするのは送信周波数信号７１だけである。よって、ここに使われるフィルタは、送信信号周波数７１だけを通し、２倍高調波７２、３倍高調波７３、スプリアス信号７４は減衰させるフィルタである。スプリアス信号の周波数は、内部発振器９の発振周波数から予測することができるため、信号監視部４ではそれらの情報に基づき、制御信号６を算出することができる。
【００４８】
本願発明の構成では、フィルタは逐次真に通過させたい周波数のみを通過周波数信号として保証し、減衰させたい信号が実際に存在する周波数においてのみ減衰量を保証するように、信号監視部がフィルタの周波数特性を適応的に制御するというものである。したがって、フィルタには必要最小限の共振器数と無負荷Ｑ値が要求されるだけであるので、フィルタを小形化しつつ、挿入損失、優れた選択特性を得られるという格別の効果がある。
【００４９】
上記課題をさらに言い換えれば、従来のフィルタは所望信号が存在する可能性があるところは全て通過帯域とし、妨害信号やスプリアス信号が存在する可能性があるところは全て減衰帯域としていた。この点は従来例で挙げた周波数シフト型高周波アンテナ共用器も位置情報検出型高周波アンテナ共用器もどちらにも当てはまる点である。これに対して、本願発明の構成は、真に所望信号あるいは妨害信号やスプリアス信号が存在する周波数を割り出してそれぞれそこに通過帯域、あるいは必要なだけの減衰極を持っていくという点で大きく異なっているのである。
【００５０】
なお、上記説明では信号監視部４にはモニター信号１０も入力されると書いたが、より簡便な方法として、周波数情報信号１４だけで適応制御する方法も考えられる。この場合は、前述の無線装置よりフィルタリング特性の最適化という点では多少劣るが、回路規模はそれほど複雑にならずに済み、かつ、従来の高周波フィルタや無線装置よりも性能を向上させることができるという特徴を持つ。
【００５１】
以上のように本実施例によれば、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続し、一ないしは複数個の前記電圧制御型周波数可変共振素子を用いてフィルタを構成するとともに、前記信号監視部は少なくとも前記フィルタが搭載される無線装置の内部発振器の発振周波数の情報に基づいて適応的に制御信号を発生させ、前記制御信号に基づき前記制御部にて発生させる制御電圧信号にて、前記フィルタの周波数特性を適応的に可変制御することにより、フィルタの周波数特性を無線装置の動作状態に応じて適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタを提供することができる。
【００５２】
または、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタを提供することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す適応型高周波アンテナ共用器の回路ブロック図を示すものである。３０８はアンテナ共用器部全体を示し、１０はモニター信号、１４は周波数情報信号、４は信号監視部、６は制御信号、３は制御部、７は制御電圧信号である。３６は例えば受信端子、３７は送信端子、３８はアンテナ端子であり、送信信号、受信信号の周波数の割り当てにより、３６と３７は入れ替わってよい。
【００５５】
３１は上側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ、３２は下側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ、３３および３４は電圧制御型バンドエリミネーションフィルタである。また、３５はフィルタを共用器化するためのインピーダンス・位相調整素子である。端子３６とインピーダンス・位相調整素子３５までの間には上側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ３１と電圧制御型バンドエリミネーションフィルタ３３が挿入される。端子３７とインピーダンス・位相調整素子３５までの間には下側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ３２と電圧制御型バンドエリミネーションフィルタ３４が挿入される。
【００５６】
このアンテナ共用器の伝達度を模式的に表したのが図８である。例えばここで、低い周波数帯を受信、高い周波数帯を送信と仮定すると、グラフ８１は受信フィルタの伝達度を示し、グラフ８２は送信フィルタの伝達度を示す。さらに詳しく見ていくと、８３は受信通過帯域、８４は送信通過帯域、８５は受信フィルタの送信帯域減衰極、８６は送信フィルタの受信帯域減衰極、８７および８８はスプリアス信号除去のための周波数可変ノッチの減衰極を示している。
【００５７】
受信通過帯域８３の周波数は送信フィルタの受信帯域減衰極８６の周波数に合致し、送信通過帯域８４の周波数は受信フィルタの送信帯域減衰極８５の周波数に合致する。実施例の回路によれば、受信通過帯域８３と受信フィルタの送信帯域減衰極８５、および送信通過帯域８４と送信フィルタの受信帯域減衰極は一定の周波数間隔を保ったまま同期して変化する。
【００５８】
この有極フィルタ単体の振る舞いは、特開平０８−１７２３３３号公報で明らかにされているが、これを２つ組合わせてアンテナ共用器としての特性を実現するという技術思想は今まで着想されていなかった。すなわちアンテナ共用器においては、前記合致する通過帯域と減衰極の周波数は、２つの通過帯域の間隔を維持して変化させれば、その合致の関係は崩れることが無いというところが新規な点であり、この特徴を生かすことにより、通常７個から１０個程度の共振器を必要とする従来のアンテナ共用器とは比べ物にならないほど簡単に、例えばたった２個の共振器でアンテナ共用器を構成することができるという画期的な効果を生じせしめる。すなわち、アンテナ共用器の小形化、低ロス化、部品点数の削減による製造のし易さなどの格別の効果が挙げられる。
【００５９】
さらに、不要な妨害信号やスプリアス信号に対しては、ノッチ型の周波数可変共振素子３３もしくは３４を用いて、図８の８７、８８で表されるような減衰極をまさに必要とする周波数に持っていくのである。
【００６０】
以上のように、２つのフィルタが、第１の通過帯域と第１の阻止帯域を有する、帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、信号監視部にて無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、制御部にて制御信号に基づく制御電圧信号でフィルタの周波数特性を適応的に変化制御する第１の適応型高周波フィルタと、第２の通過帯域と第２の阻止帯域を有する、帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は送信信号の不要スプリアス信号波を最小化するように、信号監視部にて無線装置の送信信号の不要スプリアス信号波を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、制御部にて制御信号に基づく制御電圧信号でフィルタの周波数特性を適応的に変化制御する第２の適応型高周波フィルタからなり、前記第１の通過帯域と前記第１の阻止帯域は周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第２の通過帯域と前記第２の阻止帯域も周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第１の通過帯域と前記第２の阻止帯域が略一致し、前記第１の阻止帯域と前記第２の通過帯域が略一致することを特徴とする小形で高性能な適応型高周波アンテナ共用器を提供することができる。
【００６１】
（実施の形態３）
以下本発明の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。
【００６２】
図４は本発明の実施の形態３を示す適応型高周波フィルタの外観斜視図を示すものである。４１はセラミック積層体、４２はバラクターダイオード、４３は制御用ＩＣである。セラミック積層体４１の中にはフィルタを構成する共振器が少なくともひとつは含まれている。また、バラクターダイオード４２はセラミック積層体４１の上面に実装されており、これにより電圧制御型周波数可変共振素子が積層構造で実現されることとなる。このような構造をとることにより、フィルタの小形化が実現できるとともに、共振器とバラクターダイオードを一体化することによりこの形で高周波特性が保証できることとなる。すなわち、余計な寄生容量や寄生インダクタによる高周波特性の劣化を考えなくてもすむという大きな利点がある。
【００６３】
もちろん、積層体上面にはバラクターダイオード４２以外の、インダクタや抵抗が実装されていて構わない。また、積層体の内部にインダクタや容量が形成されていても構わないことは言うまでも無い。
【００６４】
制御用ＩＣ４３は、少なくとも実施の形態１、２で示した信号監視部を含み、好ましくは制御部も集積一体化されて含むような半導体ＩＣである。そのような構成であれば、制御用ＩＣ４３から積層体（電圧制御型周波数可変共振素子）に伝達される信号は直流の制御電圧信号なので、高周波的なインピーダンス整合などを気にしなくても良い。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態３の別の変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図５は本発明の実施の形態３の別の変形例を示す適応型高周波フィルタの外観斜視図を示すものである。図５において、５１は低温焼成積層セラミック内蔵適応型高周波フィルタ、５２は内蔵アダプティブアンテナアレイ、５３は制御用ＩＣで、それらはすべてセラミック積層体の表面あるいは内部に形成または実装されている。
【００６７】
以上のように構成されたセラミック積層ＲＦデバイスについて、さらに、図５を用いてその動作を説明する。まず図５はセラミック積層ＲＦデバイスを示すものであって、適応型高周波フィルタと、アダプティブアンテナアレイと、一ないしは複数個の半導体ＩＣがひとつのセラミック積層体に集積化されていることを示したものである。
【００６８】
内蔵アダプティブアンテナアレイ５２は、２素子以上のアンテナ素子（図５は２素子の場合を例示）の励振の振幅と位相を制御し、アンテナパターンのビーム方向とヌル(零点)方向を、例えば信号対妨害波比を最大にするような指導原理に基づいて制御するものである。その制御の演算は制御用ＩＣ５３の中で行なわれ、制御信号は同制御用ＩＣ５３から出力されるものである。制御用ＩＣ５３は、少なくとも実施の形態１、２で示した信号監視部を含み、好ましくは制御部も集積一体化されて含むような半導体ＩＣである。前記した励振の振幅と位相を制御する回路はセラミック積層体の内部もしくは表面に作られる。アダプティブアンテナアレイは周辺の電波環境や人体近接効果を考慮して制御されるので、無線部の特性は飛躍的に向上する。低温焼成積層内蔵適応型高周波フィルタ５１は、アダプティブアンテナアレイと同じく、電波環境に応じて例えば信号対妨害波比を最大にするような指導原理に基づいて、フィルタの通過特性を制御するものである。
【００６９】
構成としては、例えば、ストリップライン共振素子にバラクタダイオードを装荷し、周波数可変型共振器を構成し、電圧により周波数を制御できるフィルタを構成する。フィルタとしては、帯域通過型、帯域阻止型などが考えられる。このようにすれば、所望信号を通過帯域とし、妨害信号には阻止帯域をあてがうので、無線部の特性は飛躍的に向上する。これらの制御信号は、制御用ＩＣ５３より出力され、共振器可変素子はセラミック積層体の内部もしくは表面に作られるので、大幅な小形化が可能となる。さらに、ここで考えている制御用ＩＣ５３は、大規模集積化されたＩＣを想定しており、無線部の送受信回路として働くだけでなく、低温焼成積層内蔵適応型高周波フィルタや内蔵アダプティブアンテナアレイの制御信号も発生するものとすれば全体を大幅に小形化し、部品点数の削減によるコストダウンも可能となる。もちろん上記記載は半導体ＩＣを１チップ化することを必須条件とするものではなく、べつに複数構成のＩＣとすることを拒むものではない。
【００７０】
以上のように本実施の形態によれば、セラミック積層体と、適応型高周波フィルタと、アダプティブアンテナアレイと、一ないしは複数個の制御用ＩＣを具備し、前記セラミック積層体の内部または表面に前記適応型高周波フィルタと前記アダプティブアンテナアレイと前記制御用ＩＣを形成もしくは実装し、前記適応型高周波フィルタと前記アダプティブアンテナアレイを前記制御用ＩＣにより制御することにより、小形で高性能なセラミック積層ＲＦデバイスおよびそれを用いた携帯電話機を実現することができる。なお、本実施の形態においては、アンテナとしてアダプティブアンテナアレイを用いたが、本願発明はこれに限ることなく、例えば通常のセラミックアンテナを用いても前述の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御することにより、フィルタの周波数特性を周囲の電波環境や無線装置の動作状態に応じて適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の別の変形例における適応型高周波フィルタの回路ブロック図
【図３】本発明の実施の形態２における適応型高周波アンテナ共用器の回路ブロック図
【図４】本発明の実施の形態３における適応型高周波フィルタの外観斜視図
【図５】本発明の実施の形態３の別の変形例における適応型高周波フィルタの外観斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの動作を説明するための周波数−受信信号強度の関係図
【図７】本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの動作を説明するための周波数−送信信号強度の関係図
【図８】本発明の実施の形態２における適応型高周波アンテナ共用器の動作を説明するためのフィルタ特性図
【図９】従来の周波数シフト型高周波アンテナ共用器の回路図
【図１０】従来の無線装置における各高周波部品の配置を説明するための無線装置の内部構造図
【符号の説明】
１ 共振素子
２ 電圧制御型インピーダンス可変素子
３ 制御部
４ 信号監視部
５ 電圧制御型周波数可変共振子
６ 制御信号
７ 制御電圧信号
８ 無線装置
９ 内部発振器
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として携帯電話機などの無線装置の高周波部で使用する適応型高周波フィルタおよび適応型高周波共用器およびそれらを用いた無線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高周波フィルタおよび高周波アンテナ共用器は携帯電話機などの無線装置で多数使用されている。中でも、送信周波数帯域および受信周波数帯域を２つに分割し、それぞれの周波数帯域を切り替えられる周波数シフト型高周波アンテナ共用器はさらに以前のアンテナ共用器よりも小形化が可能になるということで最近一部の携帯電話機において使用され始めている。ここでは、以下に図面を参照しながら、上記した従来の周波数シフト型高周波アンテナ共用器の一例について説明する。
【０００３】
図９は従来の周波数シフト型高周波アンテナ共用器の回路構成を示すものである。図９において、９１は誘電体共振器である。９２はＰＩＮダイオードスイッチ、９３は並列容量で、ＰＩＮダイオードスイッチ９２により、誘電体共振器９１との並列接続がオンオフされる。９４は送信端子、９５は受信端子、９６はアンテナ端子である。９７はノッチ結合容量で、９８は段間結合インダクタ、９９はローディング容量で、これらにより電圧制御型バンドエリミネーションフィルタが構成される。また、９１０は段間結合容量、９１１は入出力結合インダクタ、９１２は飛び越し結合容量で、これらにより電圧制御型有極バンドパスフィルタが構成される。９１３は整合インダクタ、９１４は整合容量でこれらにより２つのフィルタのインピーダンスが調整されて結合され、アンテナ共用器を構成する。
【０００４】
以上のように構成された周波数シフト型高周波アンテナ共用器について、以下その動作について説明する。
【０００５】
まず、誘電体共振器に並列に、ＰＩＮダイオードスイッチとキャパシタが直列接続された回路が接続されている。ＰＩＮダイオードスイッチを電気的にオン、オフすることによって共振器の共振周波数は低い周波数ｆ１と高い周波数ｆ２に選択的に切り替えられる。図９の従来例では受信側にそのような周波数切り替え型共振器で構成された帯域通過型フィルタが用いられ、送信側には周波数切り替え型共振器で構成された帯域阻止型フィルタが用いられている（例えば、特開平１１−２４３３０４号公報）。
【０００６】
このような構成にすることにより、フィルタが全通過帯域を同時に低損失化する必要が無くなり、また減衰帯域も相手方の全通過帯域を同時に高減衰化する必要がなくなるため、それぞれ半分の帯域をカバーするフィルタで十分になり、フィルタの負担が軽くなる。すなわち、見かけ上、フィルタの送受間隔を全通過帯域の半分だけ広げたのと同じ効果を有する。
【０００７】
あるいは、無線装置が基地局から送られる信号もしくはＧＰＳなどの他の通信手段を用いて、位置情報を検出し、無線装置が使用される国ごとにフィルタの減衰量を変化させるという考え方は、特開２０００−３１２１６１号公報等により公知である。このフィルタも全システムに対応する減衰特性を同時にフィルタに負わせるのは厳しいので、無線装置が使用される国ごとにフィルタ特性を切り替えるという発想である。
【０００８】
また、実際の従来例のアンテナ共用器を用いた無線装置の構造は、図１０に示されるようになっている。ここで、１０１は誘電体フィルタもしくはアンテナ共用器、１０２は内部アンテナ、１０３は半導体ＩＣ、１０４はプリント基板、１０６は外部アンテナであり、部品点数も多いため製造し難くて、無線部の占有面積も随分大きなものとなっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、単純に送信信号、受信信号の通過帯域に追随して周波数を二者択一で変化させることのみしかできず、本発明で示す、信号監視部を有し、そこで最適フィルタ特性を考慮して適応的にフィルタ特性を変化制御するという考え方は全く無かったので、周囲の電波環境や無線装置の内部周波数構成により生ずる妨害信号やスプリアス信号に起因する無線装置特性の劣化に十分に対処できないという問題点を有していた。
【００１０】
また、検出した位置情報を基にフィルタの減衰量を変化させるということは、電波環境や無線装置の動作状況に応じてフィルタの特性を適応的に変化させるという技術思想とは異なり、フィルタには限られた自由度しか与えられておらず、不十分な特性しか得られなかった。すなわち、フィルタの性能を最大限引き出すという効果は期待できなかった。
【００１１】
また、これを従来の周波数固定式のフィルタで行なおうとすれば、超高性能なフィルタ特性を必要とし、多段高Ｑ構成が必須なため、フィルタの形状がとてつもなく大きくなるという問題点を有していた。すなわち、フィルタ小形化のために共振素子を小形化すれば高周波特性が劣化してしまい、実用的な特性を得ることは不可能であった。
【００１２】
さらに、実際のフィルタの部品実装の形態を鑑みると、部品点数も多いため製造し難くて、無線部の占有面積が随分大きなものとなってしまっていた。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑み、フィルタと信号監視部を有し、フィルタの周波数特性を周囲の電波環境や無線装置の動作状態に応じて適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、それらの構成部品を積層技術を用いて集積化し、小形・高性能な適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の適応型高周波フィルタは、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御し、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御するという構成を備えたものである。
【００２３】
あるいは本発明の適応型高周波フィルタは、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御し、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御するという構成を備えたものである。
【００２５】
さらには本発明の構成は、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は送信信号の不要スプリアス信号波を最小化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の送信信号の前記不要スプリアス信号波を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御するという構成を備えたものである。
【００２６】
さらには本発明の構成は、前記共振素子が分布定数型のTEMモード共振器であるという構成を備えたものである。
【００２７】
さらには本発明の構成は、前記電圧制御型インピーダンス可変素子がバラクタダイオードを用いた可変容量回路であるという構成を備えたものである。
【００２８】
さらには本発明の構成は、前記共振素子が積層誘電体内に形成された分布定数型のストリップ線路共振器であり、前記電圧制御型インピーダンス可変素子がバラクタダイオードを用いた可変容量回路であり、前記バラクタダイオードが前記積層誘電体表面に実装されたことを特徴とするという構成を備えたものである。
【００２９】
さらには本発明の適応型高周波アンテナ共用器は、２つのフィルタが、第１の通過帯域と第１の阻止帯域を有する請求項１記載の第１の適応型高周波フィルタと、第２の通過帯域と第２の阻止帯域を有する請求項１記載の第２の適応型高周波フィルタからなり、前記第１の通過帯域と前記第１の阻止帯域は周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第２の通過帯域と前記第２の阻止帯域も周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第１の通過帯域と前記第２の阻止帯域が略一致し、前記第１の阻止帯域と前記第２の通過帯域が略一致するという構成を備えたものである。
【００３０】
あるいは本発明の無線装置は、前記適応型高周波フィルタを用いたという構成を備えたものである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の一実施の形態の適応型高周波フィルタについて、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの回路ブロック図を示すものである。図１において、１は共振素子、２は電圧制御型インピーダンス可変素子、３は制御部、４は信号監視部、５は電圧制御型周波数可変共振子、６は制御信号、７は制御電圧信号、８は無線装置、９は内部発振器、１０はモニター信号である。
【００３４】
以上のように構成された適応型高周波フィルタについて、以下図１、図２及び図６、図７を用いてその動作を説明する。
【００３５】
まず図１あるいは図２において、全体は携帯電話機などの無線装置８または１０８を示している。１１は無線部の受信回路部あるいは送信回路部を表す回路ブロックであるが、ここでは説明の簡単化のために受信部を念頭において以降の説明を行なっていく。その場合、端子１５にはアンテナ部からの信号が入力されることになる。図１あるいは図２では１段の電圧制御型周波数可変共振子５または１０５を例として記載しているが、多段のバンドパスフィルタやバンドエリミネーションフィルタあるいはそれらの組合わせでも良いことは言うまでもない。図１は１段のバンドパスフィルタの場合を例示し、図２は１段のバンドエリミネーションフィルタの場合を例示している。さらに５または１０５はアンテナ共用器の一部を構成するアンテナトップのフィルタであっても良いし、段間フィルタであっても良い。端子１５に入力された信号は５または１０５でフィルタリングされて信号１６となり、無線部１１に入力される。
【００３６】
無線部１１が送信回路の場合は信号１６の伝達の向きは当然逆方向となり、端子１５は出力端子となる。
【００３７】
無線部１１の中には内部発振器９が含まれる。この発振周波数により、無線装置８または１０８の受信周波数が決まってくるが、この周波数はベースバンド部１２で生成される周波数制御信号１３によりコントロールされる。この受信信号に関わる情報は周波数情報信号１４として信号監視部４にも伝達される。無線部１１から信号監視部４にはモニター信号１０も伝達される。このモニター信号１０は、受信信号の強度であったり、復調信号のＳ／Ｎ比であったり、ビットエラーレートであったりする。
【００３８】
また、１７は無線部１１とベースバンド部１２間で情報をやりとりする送受信ベースバンド信号である。
【００３９】
本発明においては、これらを限定するものではなく信号監視部４を無線装置８または１０８内に設け、信号監視部４から出力された制御信号６に応じて、制御部３で制御電圧信号７を生成せしめ、電圧制御型周波数可変共振子５または１０５を適応的に制御するところがポイントである。
【００４０】
以上のように本実施の形態によれば、周波数情報信号１４とモニター信号１０が信号監視部４に与えられているところが非常に重要かつ新規な点であり、信号監視部４ではそれらの情報に基づき、適応制御アルゴリズムにて制御信号６を算出することになる。
【００４１】
ここで、適応制御アルゴリズムの一例としては、例えば受信信号に対して最適フィルタリング特性を実現する例を提示する。携帯電話システムなどの伝達信号においては、信号の同期や識別をするためにあらかじめ伝送信号毎に決められた一定の信号系列をまず基地局から端末に向かって、あるいは端末から基地局に向かって送信してくることが通常行なわれている。
【００４２】
これらの信号はそれぞれの無線機において既知であるので、これを例えばトレーニング信号として利用することが出来る。すなわち、この信号の複製を無線機内で生成し、これと受信信号の相互相関係数を求めれば、受信信号が所望信号に似てくる、すなわち、相互相関係数値を最大化しつつ受信信号電力を最小化すれば、妨害信号が抑圧されると共に、相互相関係数値は最大になる。
【００４３】
したがって、無線機として最適受信信号が得られることになる。最大点の求め方はいろいろな方法が考えられるが、電圧制御型周波数可変共振子５または１０５に与える制御電圧信号を無作為に極微少量だけ変化させ、最大値の方向を探るという摂動法もひとつの方法であるし、相互相関係数値の最大値からのずれを評価関数として定義し、その導関数を計算により導出して最小点を探索するという方法もある。もちろん、真の伝送信号に相当する部分はあらかじめ知り得ないので、その部分に対する相互相関係数値は誤差となるが、既知の信号部分に特に着目して重み付けすることにより、所望信号と妨害信号では明らかに相互相関係数値に差が出てくるので、この方法は十分有効であると言える。
【００４４】
また、送信信号に対して最適フィルタリング特性を実現する場合は、無線機は理想的な送信信号をあらかじめ知っているので、もっと簡単になり、送信信号と例えば出力端子１５から得られるモニター信号の相互相関係数を最大化しつつ、トータルの送信信号を最小化すれば、不要なスプリアス送信信号は抑圧されることになる。
【００４５】
なお、本実施の形態において、モニター信号１０は図では無線部１１から出力されるように描かれているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、端子１５の外側に図示されていない信号分波器を持ってきて、そこから分波された信号を持ってきてモニター信号１０としてもよい。そのような構成とすることにより、より正確に外部の電波環境を知ることができ、優れたフィルタの周波数特性を実現できることとなる。
【００４６】
この適応型高周波フィルタの周波数特性について受信時の動作を、図６を用いて説明することができる。６１は内部局発信号、６２はイメージ周波数信号、６３は受信周波数信号である。無線装置が必要とするのは受信周波数信号６３だけである。よって、ここに使われるフィルタは、受信信号周波数６３だけを通し、内部局発信号６１、イメージ周波数信号６２は減衰させるフィルタである。中間周波数が低い場合、すなわち、前記各周波数間隔が狭い場合は、非常に急峻なフィルタが要求され、挿入損失も大きくなる。言い換えれば、形状の非常に大きなフィルタが必要となってしまう。また、通常、受信周波数はある一定の帯域幅を持つため、その帯域幅が中間周波数に対して無視できなくなってくる場合は、フィルタの通過帯域と減衰帯域の最近接端の周波数間隔はさらに狭くなり、ますますフィルタへの負担が重くなってくることとなる。
【００４７】
この適応型高周波フィルタの周波数特性について送信時の動作を、図７を用いて説明することができる。７１は送信周波数信号、７２は２倍高調波、７３は３倍高調波、７４はスプリアス信号である。無線装置が必要とするのは送信周波数信号７１だけである。よって、ここに使われるフィルタは、送信信号周波数７１だけを通し、２倍高調波７２、３倍高調波７３、スプリアス信号７４は減衰させるフィルタである。スプリアス信号の周波数は、内部発振器９の発振周波数から予測することができるため、信号監視部４ではそれらの情報に基づき、制御信号６を算出することができる。
【００４８】
本願発明の構成では、フィルタは逐次真に通過させたい周波数のみを通過周波数信号として保証し、減衰させたい信号が実際に存在する周波数においてのみ減衰量を保証するように、信号監視部がフィルタの周波数特性を適応的に制御するというものである。したがって、フィルタには必要最小限の共振器数と無負荷Ｑ値が要求されるだけであるので、フィルタを小形化しつつ、挿入損失、優れた選択特性を得られるという格別の効果がある。
【００４９】
上記課題をさらに言い換えれば、従来のフィルタは所望信号が存在する可能性があるところは全て通過帯域とし、妨害信号やスプリアス信号が存在する可能性があるところは全て減衰帯域としていた。この点は従来例で挙げた周波数シフト型高周波アンテナ共用器も位置情報検出型高周波アンテナ共用器もどちらにも当てはまる点である。これに対して、本願発明の構成は、真に所望信号あるいは妨害信号やスプリアス信号が存在する周波数を割り出してそれぞれそこに通過帯域、あるいは必要なだけの減衰極を持っていくという点で大きく異なっているのである。
【００５０】
なお、上記説明では信号監視部４にはモニター信号１０も入力されると書いたが、より簡便な方法として、周波数情報信号１４だけで適応制御する方法も考えられる。この場合は、前述の無線装置よりフィルタリング特性の最適化という点では多少劣るが、回路規模はそれほど複雑にならずに済み、かつ、従来の高周波フィルタや無線装置よりも性能を向上させることができるという特徴を持つ。
【００５１】
以上のように本実施例によれば、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続し、一ないしは複数個の前記電圧制御型周波数可変共振素子を用いてフィルタを構成するとともに、前記信号監視部は少なくとも前記フィルタが搭載される無線装置の内部発振器の発振周波数の情報に基づいて適応的に制御信号を発生させ、前記制御信号に基づき前記制御部にて発生させる制御電圧信号にて、前記フィルタの周波数特性を適応的に可変制御することにより、フィルタの周波数特性を無線装置の動作状態に応じて適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタを提供することができる。
【００５２】
または、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタを提供することができる。
【００５３】
（実施の形態２）
以下本発明の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。
【００５４】
図３は本発明の第２の実施の形態を示す適応型高周波アンテナ共用器の回路ブロック図を示すものである。３０８はアンテナ共用器部全体を示し、１０はモニター信号、１４は周波数情報信号、４は信号監視部、６は制御信号、３は制御部、７は制御電圧信号である。３６は例えば受信端子、３７は送信端子、３８はアンテナ端子であり、送信信号、受信信号の周波数の割り当てにより、３６と３７は入れ替わってよい。
【００５５】
３１は上側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ、３２は下側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ、３３および３４は電圧制御型バンドエリミネーションフィルタである。また、３５はフィルタを共用器化するためのインピーダンス・位相調整素子である。端子３６とインピーダンス・位相調整素子３５までの間には上側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ３１と電圧制御型バンドエリミネーションフィルタ３３が挿入される。端子３７とインピーダンス・位相調整素子３５までの間には下側極を持つ電圧制御型有極バンドパスフィルタ３２と電圧制御型バンドエリミネーションフィルタ３４が挿入される。
【００５６】
このアンテナ共用器の伝達度を模式的に表したのが図８である。例えばここで、低い周波数帯を受信、高い周波数帯を送信と仮定すると、グラフ８１は受信フィルタの伝達度を示し、グラフ８２は送信フィルタの伝達度を示す。さらに詳しく見ていくと、８３は受信通過帯域、８４は送信通過帯域、８５は受信フィルタの送信帯域減衰極、８６は送信フィルタの受信帯域減衰極、８７および８８はスプリアス信号除去のための周波数可変ノッチの減衰極を示している。
【００５７】
受信通過帯域８３の周波数は送信フィルタの受信帯域減衰極８６の周波数に合致し、送信通過帯域８４の周波数は受信フィルタの送信帯域減衰極８５の周波数に合致する。実施例の回路によれば、受信通過帯域８３と受信フィルタの送信帯域減衰極８５、および送信通過帯域８４と送信フィルタの受信帯域減衰極は一定の周波数間隔を保ったまま同期して変化する。
【００５８】
この有極フィルタ単体の振る舞いは、特開平０８−１７２３３３号公報で明らかにされているが、これを２つ組合わせてアンテナ共用器としての特性を実現するという技術思想は今まで着想されていなかった。すなわちアンテナ共用器においては、前記合致する通過帯域と減衰極の周波数は、２つの通過帯域の間隔を維持して変化させれば、その合致の関係は崩れることが無いというところが新規な点であり、この特徴を生かすことにより、通常７個から１０個程度の共振器を必要とする従来のアンテナ共用器とは比べ物にならないほど簡単に、例えばたった２個の共振器でアンテナ共用器を構成することができるという画期的な効果を生じせしめる。すなわち、アンテナ共用器の小形化、低ロス化、部品点数の削減による製造のし易さなどの格別の効果が挙げられる。
【００５９】
さらに、不要な妨害信号やスプリアス信号に対しては、ノッチ型の周波数可変共振素子３３もしくは３４を用いて、図８の８７、８８で表されるような減衰極をまさに必要とする周波数に持っていくのである。
【００６０】
以上のように、２つのフィルタが、第１の通過帯域と第１の阻止帯域を有する、帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、信号監視部にて無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、制御部にて制御信号に基づく制御電圧信号でフィルタの周波数特性を適応的に変化制御する第１の適応型高周波フィルタと、第２の通過帯域と第２の阻止帯域を有する、帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は送信信号の不要スプリアス信号波を最小化するように、信号監視部にて無線装置の送信信号の不要スプリアス信号波を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、制御部にて制御信号に基づく制御電圧信号でフィルタの周波数特性を適応的に変化制御する第２の適応型高周波フィルタからなり、前記第１の通過帯域と前記第１の阻止帯域は周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第２の通過帯域と前記第２の阻止帯域も周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第１の通過帯域と前記第２の阻止帯域が略一致し、前記第１の阻止帯域と前記第２の通過帯域が略一致することを特徴とする小形で高性能な適応型高周波アンテナ共用器を提供することができる。
【００６１】
（実施の形態３）
以下本発明の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。
【００６２】
図４は本発明の実施の形態３を示す適応型高周波フィルタの外観斜視図を示すものである。４１はセラミック積層体、４２はバラクターダイオード、４３は制御用ＩＣである。セラミック積層体４１の中にはフィルタを構成する共振器が少なくともひとつは含まれている。また、バラクターダイオード４２はセラミック積層体４１の上面に実装されており、これにより電圧制御型周波数可変共振素子が積層構造で実現されることとなる。このような構造をとることにより、フィルタの小形化が実現できるとともに、共振器とバラクターダイオードを一体化することによりこの形で高周波特性が保証できることとなる。すなわち、余計な寄生容量や寄生インダクタによる高周波特性の劣化を考えなくてもすむという大きな利点がある。
【００６３】
もちろん、積層体上面にはバラクターダイオード４２以外の、インダクタや抵抗が実装されていて構わない。また、積層体の内部にインダクタや容量が形成されていても構わないことは言うまでも無い。
【００６４】
制御用ＩＣ４３は、少なくとも実施の形態１、２で示した信号監視部を含み、好ましくは制御部も集積一体化されて含むような半導体ＩＣである。そのような構成であれば、制御用ＩＣ４３から積層体（電圧制御型周波数可変共振素子）に伝達される信号は直流の制御電圧信号なので、高周波的なインピーダンス整合などを気にしなくても良い。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態３の別の変形例について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図５は本発明の実施の形態３の別の変形例を示す適応型高周波フィルタの外観斜視図を示すものである。図５において、５１は低温焼成積層セラミック内蔵適応型高周波フィルタ、５２は内蔵アダプティブアンテナアレイ、５３は制御用ＩＣで、それらはすべてセラミック積層体の表面あるいは内部に形成または実装されている。
【００６７】
以上のように構成されたセラミック積層ＲＦデバイスについて、さらに、図５を用いてその動作を説明する。まず図５はセラミック積層ＲＦデバイスを示すものであって、適応型高周波フィルタと、アダプティブアンテナアレイと、一ないしは複数個の半導体ＩＣがひとつのセラミック積層体に集積化されていることを示したものである。
【００６８】
内蔵アダプティブアンテナアレイ５２は、２素子以上のアンテナ素子（図５は２素子の場合を例示）の励振の振幅と位相を制御し、アンテナパターンのビーム方向とヌル(零点)方向を、例えば信号対妨害波比を最大にするような指導原理に基づいて制御するものである。その制御の演算は制御用ＩＣ５３の中で行なわれ、制御信号は同制御用ＩＣ５３から出力されるものである。制御用ＩＣ５３は、少なくとも実施の形態１、２で示した信号監視部を含み、好ましくは制御部も集積一体化されて含むような半導体ＩＣである。前記した励振の振幅と位相を制御する回路はセラミック積層体の内部もしくは表面に作られる。アダプティブアンテナアレイは周辺の電波環境や人体近接効果を考慮して制御されるので、無線部の特性は飛躍的に向上する。低温焼成積層内蔵適応型高周波フィルタ５１は、アダプティブアンテナアレイと同じく、電波環境に応じて例えば信号対妨害波比を最大にするような指導原理に基づいて、フィルタの通過特性を制御するものである。
【００６９】
構成としては、例えば、ストリップライン共振素子にバラクタダイオードを装荷し、周波数可変型共振器を構成し、電圧により周波数を制御できるフィルタを構成する。フィルタとしては、帯域通過型、帯域阻止型などが考えられる。このようにすれば、所望信号を通過帯域とし、妨害信号には阻止帯域をあてがうので、無線部の特性は飛躍的に向上する。これらの制御信号は、制御用ＩＣ５３より出力され、共振器可変素子はセラミック積層体の内部もしくは表面に作られるので、大幅な小形化が可能となる。さらに、ここで考えている制御用ＩＣ５３は、大規模集積化されたＩＣを想定しており、無線部の送受信回路として働くだけでなく、低温焼成積層内蔵適応型高周波フィルタや内蔵アダプティブアンテナアレイの制御信号も発生するものとすれば全体を大幅に小形化し、部品点数の削減によるコストダウンも可能となる。もちろん上記記載は半導体ＩＣを１チップ化することを必須条件とするものではなく、べつに複数構成のＩＣとすることを拒むものではない。
【００７０】
以上のように本実施の形態によれば、セラミック積層体と、適応型高周波フィルタと、アダプティブアンテナアレイと、一ないしは複数個の制御用ＩＣを具備し、前記セラミック積層体の内部または表面に前記適応型高周波フィルタと前記アダプティブアンテナアレイと前記制御用ＩＣを形成もしくは実装し、前記適応型高周波フィルタと前記アダプティブアンテナアレイを前記制御用ＩＣにより制御することにより、小形で高性能なセラミック積層ＲＦデバイスおよびそれを用いた携帯電話機を実現することができる。なお、本実施の形態においては、アンテナとしてアダプティブアンテナアレイを用いたが、本願発明はこれに限ることなく、例えば通常のセラミックアンテナを用いても前述の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御することにより、フィルタの周波数特性を周囲の電波環境や無線装置の動作状態に応じて適応的に変化制御できる小形で高性能な適応型高周波フィルタおよび適応型高周波アンテナ共用器およびそれらを用いた無線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１の別の変形例における適応型高周波フィルタの回路ブロック図
【図３】本発明の実施の形態２における適応型高周波アンテナ共用器の回路ブロック図
【図４】本発明の実施の形態３における適応型高周波フィルタの外観斜視図
【図５】本発明の実施の形態３の別の変形例における適応型高周波フィルタの外観斜視図
【図６】本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの動作を説明するための周波数−受信信号強度の関係図
【図７】本発明の実施の形態１における適応型高周波フィルタの動作を説明するための周波数−送信信号強度の関係図
【図８】本発明の実施の形態２における適応型高周波アンテナ共用器の動作を説明するためのフィルタ特性図
【図９】従来の周波数シフト型高周波アンテナ共用器の回路図
【図１０】従来の無線装置における各高周波部品の配置を説明するための無線装置の内部構造図
【符号の説明】
１ 共振素子
２ 電圧制御型インピーダンス可変素子
３ 制御部
４ 信号監視部
５ 電圧制御型周波数可変共振子
６ 制御信号
７ 制御電圧信号
８ 無線装置
９ 内部発振器
Claims (8)
- 共振素子と、電圧制御型インピーダンス可変素子と、制御部と、信号監視部を具備し、前記共振素子と前記電圧制御型インピーダンス可変素子を電気的に接続し電圧制御型周波数可変共振素子を構成し、前記電圧制御型周波数可変共振素子と前記制御部を電気的に接続して、帯域通過型周波数可変共振素子と少なくともひとつは帯域阻止型周波数可変共振素子を形成し、前記帯域通過型周波数可変共振素子および帯域阻止型周波数可変共振素子を複数個組み合わせてフィルタを構成するとともに、前記フィルタの周波数特性を周囲の電波環境と前記フィルタを搭載する無線装置の内部発振器の発振周波数の情報を勘案して前記信号監視部において前記フィルタの最適周波数特性が得られるように適応的に制御する制御信号を発生させ、前記制御信号を前記制御部に伝達して制御電圧信号を発生させ、前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御し、前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は所望受信信号対妨害波比を最大化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の受信信号の不要妨害信号を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御することを特徴とする適応型高周波フィルタ。
- 前記帯域阻止型周波数可変共振素子の阻止帯域は送信信号の不要スプリアス信号波を最小化するように、前記信号監視部にて前記無線装置の送信信号の前記不要スプリアス信号波を監視しながら適応制御アルゴリズムによって制御信号を発生し、前記制御部にて前記制御信号に基づく制御電圧信号で前記フィルタの周波数特性を適応的に変化制御することを特徴とする請求項１記載の適応型高周波フィルタ。
- 前記共振素子が分布定数型のTEMモード共振器であることを特徴とする請求項１記載の適応型高周波フィルタ。
- 前記電圧制御型インピーダンス可変素子がバラクタダイオードを用いた可変容量回路であることを特徴とする請求項１記載の適応型高周波フィルタ。
- 前記共振素子が積層誘電体内に形成された分布定数型のストリップ線路共振器であり、前記電圧制御型インピーダンス可変素子がバラクタダイオードを用いた可変容量回路であり、前記バラクタダイオードが前記積層誘電体表面に実装されたことを特徴とする請求項１記載の適応型高周波フィルタ。
- ２つのフィルタが、第１の通過帯域と第１の阻止帯域を有する請求項１記載の第１の適応型高周波フィルタと、第２の通過帯域と第２の阻止帯域を有する請求項２記載の第２の適応型高周波フィルタからなり、前記第１の通過帯域と前記第１の阻止帯域は周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第２の通過帯域と前記第２の阻止帯域も周波数間隔が一定で同期して変化し、前記第１の通過帯域と前記第２の阻止帯域が略一致し、前記第１の阻止帯域と前記第２の通過帯域が略一致することを特徴とする適応型高周波アンテナ共用器。
- 請求項１記載の前記適応型高周波フィルタを用いたことを特徴とする無線装置。
- 請求項６記載の前記適応型高周波アンテナ共用器を用いたことを特徴とする無線装置。
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