JP4715757B2 - Communications system - Google Patents
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本発明は、レーダー、RF−ID(Radio Frequency Identification)等の、通信基地局が放射した電磁波が不特定物体あるいは端末局に散乱されて再び基地局に到来し、その到来した電磁波を再度通信基地局が受信し、不特定物体あるいは端末局固有の情報を識別する通信システムに関するものである。 In the present invention, an electromagnetic wave radiated from a communication base station such as a radar or RF-ID (Radio Frequency Identification) is scattered by an unspecified object or a terminal station and arrives at the base station again. The present invention relates to a communication system that a station receives and identifies unspecified objects or information unique to a terminal station.
不特定多数の物体を遠隔で識別する技術は、物流の量的増加および流通速度の高速化に伴い、近年富にその有用性が期待されている。このような、大量且つ高速に物体を識別するためには、それら複数の物体の位置関係が特定できないために、物体に浸潤する情報伝達手段の適用が必要不可欠になる。このような用途に対しては無線技術が適しており、特に、電磁波を用いて物体を検出するシステム及び同物体の有する情報を伝達するシステムが、例えば、レーダーシステムあるいは無線タグシステムとして既に実現に供している。 The technology for remotely identifying an unspecified number of objects is expected to be useful in abundance in recent years as the quantity of physical distribution increases and the distribution speed increases. In order to identify objects in such a large amount and at high speed, it is indispensable to apply information transmission means that infiltrate the objects because the positional relationship between these objects cannot be specified. Wireless technology is suitable for such applications, and in particular, a system for detecting an object using electromagnetic waves and a system for transmitting information held by the object have already been realized, for example, as a radar system or a wireless tag system. I am serving.
しかしながら、物流の高速化・大容量化に伴い、電磁波を用いた物体検出・情報伝達の能力、換言すれば、同システムにおいて電磁波の到達する距離を向上させることが、普遍的社会要請となっている。電磁波は伝達距離と共にその距離の2〜3乗程度に比例して減衰するため、電磁波の伝達距離が増加すると基地局から放射された電磁波が再び基地局に到来する際にはその電力が著しく減少しており、種々の擾乱因子に対して極めて耐性の低いものとなっている。このようなシステムでは基地局から到来した電磁波のエネルギーをなるべく変換損少なく基地局へと再放射させるために、一般には識別すべき物体からの散乱電磁界そのものを情報伝送のための搬送波として使う方法が一般的である。何らかの手段で新たな搬送波を生成するためには、電磁波の高周波電力を何らかの手段のための電源電力に変換する必要が生じ、その際は必ず変換損が現実には生じてしまう。電磁波を用いた無線伝送では搬送波に与えるべき電力で電磁波の到達距離が制限されてしまうので、搬送波生成の電力効率を最大にすることが、システムにおける電磁波の到達距離、換言すればシステムの適用限界を最大にすることに繋がる。 However, with the increase in logistics speed and capacity, it has become a universal social requirement to improve the ability of object detection and information transmission using electromagnetic waves, in other words, the distance that electromagnetic waves can reach in the system. Yes. The electromagnetic wave attenuates in proportion to the distance to the power of 2 to 3 along with the transmission distance. Therefore, when the transmission distance of the electromagnetic wave increases, when the electromagnetic wave radiated from the base station arrives at the base station again, its power decreases remarkably. Therefore, it is extremely resistant to various disturbance factors. In such a system, in order to re-radiate the energy of the electromagnetic wave arriving from the base station to the base station with as little conversion loss as possible, generally a method of using the scattered electromagnetic field itself from the object to be identified as a carrier wave for information transmission Is common. In order to generate a new carrier wave by some means, it is necessary to convert the high-frequency power of the electromagnetic wave into power supply power for some means, and in that case, a conversion loss always occurs in reality. In wireless transmission using electromagnetic waves, the reach of electromagnetic waves is limited by the power to be applied to the carrier, so maximizing the power efficiency of carrier generation is the reach of electromagnetic waves in the system, in other words, the application limit of the system Leads to maximizing
散乱波を直接搬送波として用いるシステムでは、基地局が放射する送信電力自体が、基地局に再到来する電磁波の最大の擾乱因子となる。何故なら、両者の周波数が同一であるために、フィルタ等の汎用の技術を用いた、該擾乱因子の除去が出来ないからである。一般に無線通信システムでは、送信波と受信波を二重化(デュプレックス)するために、周波数分割二重(フリーケンシー・デバイド・デュプレックス:FDD)あるいは時間分割二重(タイム・デバイド・デュプレックス:TDD)と呼ばれる、異なる周波数あるいは異なる時間タイミングで受信と送信を行い、等価的に送信波と受信波を二重化する技術が用いられている。散乱波を直接搬送波として用いる場合は、方向分割二重(ディレクション・デバイド・デュプレックス:DDD)とでも呼ぶことができる従来技術が知られており、この技術ではサーキュレーターを用いて基地局から出て行く電磁波と基地局に入ってくる電磁波の方向性の違いを用いて等価的に送信波と受信波を二重化している(例えば、非特許文献1参照)。 In a system that uses scattered waves directly as a carrier wave, the transmission power itself radiated from the base station is the largest disturbance factor of the electromagnetic waves that re-enter the base station. This is because the disturbance factor cannot be removed using a general-purpose technique such as a filter because the frequencies of both are the same. In general, in a radio communication system, frequency division duplex (frequency division duplex: FDD) or time division duplex (time division duplex: TDD) is used to duplex a transmission wave and a reception wave (duplex). A technique called reception and transmission at different frequencies or different time timings, which is equivalently duplexed between a transmission wave and a reception wave, is used. In the case of using a scattered wave directly as a carrier wave, a conventional technique that can be called direction division duplex (DDD) is known. In this technique, a circulator is used to exit from a base station. The transmission wave and the reception wave are equivalently duplicated by using the difference in directionality between the electromagnetic wave and the electromagnetic wave entering the base station (see, for example, Non-Patent Document 1).
図14は従来の通信基地局の構成を示す回路図である。図14に示すように、通信基地局は、電磁波の発生源である搬送波発生器61と、電磁波を外部に(例えば、端末局に向かって)放射するアンテナ68と、アンテナ68での受信波を受信する受信回路62と、搬送波発生器61、アンテナ68及び受信回路62を接続するサーキュレーター64とを備える。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional communication base station. As shown in FIG. 14, the communication base station includes a
図14の通信基地局では、方向性結合器としてサーキュレーター64を用いており、搬送波発生器61で発生した電磁波は、サーキュレーター64を介してアンテナ68より放射される。基地局に再到来する電磁波は、アンテナ68よりサーキュレーター64に導かれ、サーキュレーター64の有する非相反性により、搬送波発生器61へではなく受信回路62へと伝達される。
In the communication base station of FIG. 14, a
しかしながら、従来の通信基地局によれば、サーキュレーター64において、原理的には発生し得ない逆回転方向への電磁エネルギーの回り込みが、現実には−20〜−30dB程度発生してしまう。一方、基地局と対象物体、或いは基地局と端末局の距離が大きくなるに従い、基地局に再到来する電磁波は、その距離の2〜3乗に比例して減衰し微弱となるため、搬送波発生器61からサーキュレーター64を介して受信回路62への送信波の回り込みの度合い(ノイズ)が増加し、基地局と対象物体或いは基地局と端末局との距離を大きく取ることが出来ないという問題があった。
However, according to the conventional communication base station, in the
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、基地局で発生させる電磁波自体が、基地局に再到来する電磁波に対する擾乱となることを抑制し、結果として、基地局と対象物体あるいは端末局の距離を大きく取ることを可能ならしめる通信システムを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems and suppress the electromagnetic wave itself generated at the base station from becoming a disturbance to the electromagnetic wave rearriving at the base station. As a result, the base station and the target object or terminal station It is an object of the present invention to provide a communication system that makes it possible to take a large distance.
上記目的を達成するために、本発明は、基地局と端末局から構成される通信システムであって、該基地局は送信回路と受信回路を具備し、該送信回路を第一の基地局90°ハイブリッドカプラのポート1に結合し、該第一の基地局90°ハイブリッドカプラのポート2は抵抗で終端され、上記第一の基地局90°ハイブリッドカプラのポート3とポート4には夫々第一および第二のサーキュレーターのポート1が結合し、該第一および第二のサーキュレーターのポート2には各々の旋回偏波方向が異なる第一および第二の基地局円偏波アンテナが結合し、上記第一および第二のサーキュレーターのポート3には第二の基地局90°ハイブリッドカプラの夫々ポート1及びポート2が結合し、上記第二の基地局90°ハイブリッドカプラのポート3は抵抗で終端され、上記第二の基地局90°ハイブリッドカプラのポート4に該受信回路が結合され、上記端末局は各々の旋回偏波方向が異なる第一および第二の端末局円偏波アンテナを具備し、該第一および第二の端末局円偏波アンテナには端末局90°ハイブリッドカプラのポート3とポート4が結合し、該端末局90°ハイブリッドカプラのポート2は抵抗で終端され、上記端末局90°ハイブリッドカプラのポート1に変調器が結合するものである。
To achieve the above object, the present invention is a communication system including a base station and a terminal station, the base station comprises a transmitting circuit and the receiving circuit, the transmission circuit a first base station 90 ° bind to
上記変調器は、アンテナの入力インピーダンスを切り替えるものであってもよい。 The modulator may switch an input impedance of the antenna.
上記送信回路が、搬送波発生回路であってもよい。 The transmission circuit may be a carrier wave generation circuit.
上記基地局は、一枚の多層基板を用いて形成され、上記基地局円偏波アンテナ以外の構成要素が該多層基板の表面に実装され、旋回偏波方向が異なる二つの基地局円偏波アンテナが上記多層基板の裏面に実装されてもよい。上記二つの基地局円偏波アンテナが、二つの給電点を具備する一連の面構造で実現されてもよい。 The base station is formed using a single multilayer board, components other than the base station circular polarization antenna is mounted on the surface of the multilayer substrate, two base stations circular polarization turning the polarization direction are different An antenna may be mounted on the back surface of the multilayer substrate. The two base station circularly polarized antennas may be realized by a series of plane structures including two feeding points.
上記端末局は、一枚の多層基板を用いて形成され、上記端末局円偏波アンテナ以外の構成要素が該多層基板の表面に実装され、旋回偏波方向が異なる二つの端末局円偏波アンテナが上記多層基板の裏面に実装されてもよい。 The terminal station is formed using a single multilayer board, components other than the terminal station circular polarization antenna is mounted on the surface of the multilayer substrate, two terminal stations circular polarization turning the polarization direction are different antenna may be mounted on the rear surface of the multilayer substrate.
上記二つの端末局円偏波アンテナが、二つの給電点を具備する一連の面構造で実現されてもよい。 The two terminal-station circularly polarized antennas may be realized by a series of plane structures including two feeding points.
上記端末局は、整流回路とマイクロプロセッサと記憶回路と切り替えスイッチを具備し、上記二つの端末局円偏波アンテナから入力された電磁波のエネルギーを該整流回路により該マイクロプロセッサに供給し、該マイクロプロセッサは該記憶回路に格納されている情報をもとに該切り替えスイッチを一定の規則でオンオフすることで上記二つの端末局円偏波アンテナの入力インピーダンスを切り替えてもよい。 The terminal station comprises a rectifier circuit and a microprocessor with memory circuits and the changeover switch, the rectifier circuit energy of the input electromagnetic wave from the two terminal station circular polarization antenna is supplied to the microprocessor, the microsensor The processor may switch the input impedances of the two terminal-station circularly polarized antennas by turning on / off the change-over switch according to a certain rule based on information stored in the storage circuit.
上記端末局が複数存在し、各端末局の送信する変調信号の送信タイミングが互いに異なるようにしてもよい。 There may be a plurality of the terminal stations, and the transmission timings of the modulation signals transmitted by the terminal stations may be different from each other.
上記構成によれば、方向分割二重方式が抱える基地局のサーキュレーターを介して発生する受信回路への送信電力の漏洩を互いに異なる旋回偏波方向を持つ二つ一組の円偏波アンテナ用いて抑制することができるので、基地局と対象物体あるいは端末局の距離を大きく取ることが可能となる。 According to the above configuration, square using countercurrent division duplex circularly polarized wave antenna pairwise with different turning the polarization direction of the leakage of the transmission power to the reception circuit which generates through the circulator base station faced by Therefore, the distance between the base station and the target object or the terminal station can be increased.
本発明によれば、基地局のアンテナで受信した受信波に対して、基地局の送信波自体のよる擾乱を大幅に抑制できるので、受信波が有する情報の信号対雑音比を良くすることができる。その結果として基地局と対象物体あるいは端末局との距離を大きく取ることができ、通信基地局を有する通信システムの適用範囲(領域)を拡大するという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, since the disturbance due to the transmission wave of the base station itself can be greatly suppressed with respect to the reception wave received by the base station antenna, the signal-to-noise ratio of the information contained in the reception wave can be improved. it can. As a result, it is possible to increase the distance between the base station and the target object or the terminal station, and the excellent effect of expanding the application range (region) of the communication system having the communication base station is exhibited.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る第1の実施形態の通信システム(偏波分割二重PDD通信システム)の構成を示す回路図である。
図1に示すように、通信システムは、基地局(図中BS)10と端末局(図中TS)20とで構成される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a communication system (polarization division duplex PDD communication system) according to a first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the communication system includes a base station (BS in the figure) 10 and a terminal station (TS in the figure) 20.
基地局10は、送信回路1、受信回路2、基地局同相二分配器3と180度移相器4の結合体である基地局逆相二分配手段、第一のサーキュレーター5、第二のサーキュレーター6、第一の基地局円偏波アンテナ7及び第二の基地局円偏波アンテナ8を備える。
The
送信回路1の入力は基地局同相二分配器3の入力ポートに結合し、基地局同相二分配器3の第一出力および第二出力には夫々第一のサーキュレーター5のポート1および180度移相器4を介した第二のサーキュレーター6のポート1が結合し、該第一および第二のサーキュレーターのポート2には各々の旋回偏波方向が異なる第一の基地局円偏波アンテナ7および第二の基地局円偏波アンテナ8が結合し、該第一および第二のサーキュレーターのポート3には基地局同相二合成器9の第一および第二の入力ポートが結合し、該基地局同相二合成器の出力ポートに受信回路2が結合される。
The input of the
端末局20は、変調器21、端末局同相二合成器23と180度移相器24とを接続してなる(或いは結合体である)端末局逆相二分配結合手段と、第一の端末局円偏波アンテナ27及び第二の端末局円偏波アンテナ28を備える。
The
旋回偏波方向が異なる第一の端末局円偏波アンテナ27および第二の端末局円偏波アンテナ28には、夫々端末局同相二合成器23の第一の入力ポートおよび180度移相器24を介した第二の入力ポートが結合し、該端末局同相二合成器23の出力ポートに変調器21が結合している。
The first terminal station circularly polarized
本実施の形態の通信システムの作用を説明する。 The operation of the communication system of the present embodiment will be described.
送信回路1より出力された電磁波(送信波信号)は基地局同相二分配器3により互いに同相で2つの送信波(信号)に分配される。その送信波の一方は、第一のサーキュレーター5を介して第一の基地局円偏波アンテナ7より外部空間に放射される。送信波の他方は、 第二のサーキュレーター6と180度移相器4により、180度(π/2)位相が変化され、第二の基地局円偏波アンテナ8より外部空間に放射される。すなわち、両基地局円偏波アンテナ7,8からそれぞれ放射された送信波は、異なる偏波(逆相)にて殆ど損失なく放射される。実際には、各要素の銅損、鉄損、放射損等により損失が生じるが−1dB程度若しくはそれ以下であり、事実上問題にはならない。
The electromagnetic wave (transmission wave signal) output from the
他方、第一の基地局円偏波アンテナ7および第二の基地局円偏波アンテナ8からそれぞれ入力された電磁波は、第一、第2サーキュレーター5、6を介して基地局同相二合成器9により同相合成され殆ど損失なく受信回路2に伝達される。
On the other hand, the electromagnetic waves input from the first base station circularly
ここで、基地局10では、送信回路1より出力され、基地局同相二分配器3で二分配された電力の一部は、第一のサーキュレーター5と第二のサーキュレーター6において逆回転方向(受信回路2方向)へと漏れ込む(回り込む)。しかし、本実施の形態では、第二のサーキュレーター6で漏れ込む電磁波は、180度移相器4の働きにより、第一のサーキュレーター5で漏れ込む電磁波電磁波に対して逆相である。よって、互いに逆相の電磁波は基地局同相二合成器9により合成されるので相殺され、殆ど受信回路2に到達することが出来ない。
Here, in the
また、端末局20では、互いに偏波の異なる電磁波(受信波)をそれぞれ第一の端末局円偏波アンテナ27、第二の端末局円偏波アンテナ28で受信する。受信した電磁波は互いに逆相であるが、第二端末局円偏波アンテナ28で受信された電磁波は180度移相器24で位相変化される。よって、2つの電磁波は互いに同相となり、これら電磁波は端末局同相二合成器23で同相合成され、変調器21へ伝達される。
The
逆に、変調器21から送信される電磁波は、上記の経路を逆方向に通り、互いに偏波の異なる電磁波が第一及び第二の端末局円偏波アンテナ27,28から放射される。
Conversely, the electromagnetic wave transmitted from the modulator 21 passes through the above-mentioned path in the reverse direction, and electromagnetic waves having different polarizations are radiated from the first and second terminal station circularly
基地局10および端末局20が有する各々異なる旋回偏波方向を持つ一組の円偏波アンテナ間は、電磁波の偏波の直交性により高いアイソレーション特性を呈する。実際はアンテナの製造誤差等により多少の漏洩がお互いのアンテナ間に発生するが、その漏洩も上述した同様の原理にて相殺することができる。
A pair of circularly polarized antennas having different swirl polarization directions of the
従って、本実施形態の通信システムによれば、従来の方向分割二重方式が抱える基地局のサーキュレーターを介して発生する受信回路への送信電力の漏洩を互いに異なる旋回偏波方向を持つ二つ一組の円偏波アンテナ用いて抑制することができるので信号対雑音化が改善され、基地局と対象物体あるいは端末局の距離を大きくする効果がある。 Therefore, according to the communication system of the present embodiment, leakage of transmission power to the receiving circuit generated via the circulator of the base station that the conventional direction division duplex system has has two different circular polarization directions. Since it can be suppressed by using a pair of circularly polarized antennas, signal-to-noise is improved, and the distance between the base station and the target object or terminal station is increased.
次に、本発明に係る好適な第二の実施形態を図2に基づいて説明する。 Next, a second preferred embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG.
図2に示すように、本実施形態の通信システムは、図1の基地局同相二分配器3と180度移相器4の結合体及び端末局同相二合成器23と180度移相器24の結合体を、同等の動作を行う基地局ラットレース回路13および端末局ラットレース回路33でそれぞれ置き換えた点において、図1の通信システムと異なる。
As shown in FIG. 2, the communication system of this embodiment includes a combination of the base station in-phase two
基地局ラットレース回路13では、送信回路1から入力された電磁波(送信波)が、それぞれ第一のサーキュレーター5、第二のサーキュレーター6から出力されるが、基地局ラットレース回路13の入力ポート(送信回路1側)から、各出力ポート(第一のサーキュレーター5側、第二のサーキュレーター6側)までの電気長が1/2波長異なるので分配される電磁波は互いに逆相となる。
In the base station
次に、第三の実施形態を図3に基づいて説明する。 Next, a third embodiment will be described based on FIG.
図3に示すように、本実施形態では、第二の実施形態の通信システムにおいて、基地局10の基地局同相二合成器9をウイルキンソン二合成回14路で置き換えたものである。
As shown in FIG. 3, in this embodiment, in the communication system of the second embodiment, the base station in-phase two
ウイルキンソン二合成回路14は、図2の基地局同相二合成器9と同様に、入力された2つの電磁波を同相合成するものである。
The Wilkinson two-synthesizing
本実施形態では、同相二合成器9を簡単な回路構成で実現できるウイルキンソン二合成回路14で置き換えているので、通信システムの基地局および端末局の小型化に効果がある。
In this embodiment, since the in-phase two
本実施形態の通信システムの一実施例について説明する。図4は、図3の基地局10の構造を示し、図5は図3の端末局20の構造を示す透明斜視図である。
An example of the communication system according to this embodiment will be described. FIG. 4 shows the structure of the
図4に示すように、基地局は、表層101と中間グランド層105と裏層102との三層構造をなす多層基板を備える。表層101と中間グランド層105の間は第一の誘電体層103が形成され、裏層102と中間グランド層105の間は第二誘電体層104が形成され、裏層102には第一の基地局円偏波アンテナ47と第二の基地局円偏波アンテナ48が形成され、表層101には送信回路41、基地局ラットレース回路43、終端抵抗59、第一のサーキュレーター45、第二のサーキュレーター46、ウイルキンソン二合成回路44および受信回路42が形成される。送信回路41、受信回路42、第一および第二のサーキュレーター45,46、基地局ラットレース回路43、ウイルキンソン二合成回路44、終端抵抗59、第一および第二の基地局円偏波アンテナ47,48の電気的結線関係は図3の基地局と同じである。終端抵抗59の一端はスルーホール114によって中間グランド層105に電気的に結合し、第一および第二のサーキュレーターと第一および第二の基地局円偏波アンテナとの電気的結合は、中間グランド層105に設けられた通過孔115を非接触貫通し第二のスルーホール116によってなされる。
As shown in FIG. 4, the base station includes a multilayer substrate having a three-layer structure of a
また、図5に示すように、端末局は、表層101と中間グランド層105と裏層102との三層構造をなす多層基板で構成され、表層101と中間グランド層105の間は第一の誘電体層103が形成され、裏層102と中間グランド層105の間は第二誘電体層104が形成され、裏層102には第一の端末局円偏波アンテナ67と第二の端末局円偏波アンテナ68が形成され、表層101には変調回路61、端末局ラットレース回路73および終端抵抗69が形成される。変調回路61、端末局ラットレース回路73、終端抵抗69、第一および第二の端末局円偏波アンテナ67,68の電気的結線関係は図3の端末局20と同じである。終端抵抗69の一端はスルーホール114によって中間グランド層105に電気的に結合し、端末局ラットレース回路と第一および第二の基地局円偏波アンテナとの電気的結合は、中間グランド層105に設けられた通過孔115を非接触貫通し第二のスルーホール116によってなされる。
Further, as shown in FIG. 5, the terminal station is composed of a multilayer substrate having a three-layer structure of a
本実施例によれば、図3の実施形態の基地局10及び端末局20を、汎用プリント多層基板プロセスを用いて一体の薄板構造で形成でき、小型かつ安価に実現することができる。
According to the present embodiment, the
次に、第四の実施形態を図6に基づいて説明する。 Next, a fourth embodiment will be described based on FIG.
図6に示すように、本実施形態の通信システムは、基地局10と端末局20とで構成され、基地局10は、送信回路1、受信回路2、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16、第一のサーキュレーター5、第二のサーキュレーター6、第一の基地局円偏波アンテナ7及び第二の基地局円偏波アンテナ8を備え、端末局20は、変調器21、端末局90°ハイブリッドカプラ35、第一の端末局円偏波アンテナ27及び第二の端末局円偏波アンテナ28を備える。
As shown in FIG. 6, the communication system according to the present embodiment includes a
基地局10の回路構成(電気的結線関係)は、図3の基地局ラットレース回路13を、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15で置き換え、ウイルキンソン二合成回路14を第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16で置き換えたものと等価である。
The circuit configuration (electrical connection relationship) of the
具体的には、送信回路1の入力は第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15のポート1に結合し、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15のポート2は抵抗で終端され、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15のポート3とポート4には夫々第一のサーキュレーター5および第二のサーキュレーター6のポート1が結合し、第一および第二のサーキュレーターのポート2には各々の旋回偏波方向が異なる第一の基地局円偏波アンテナ7および第二の基地局円偏波アンテナ8が結合し、第一および第二のサーキュレーターのポート3には第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16の夫々ポート1およびポート2が結合し、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート3は抵抗で終端され、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート4に受信回路2が結合されている。
Specifically, the input of the
端末局20の回路構成は、図3の端末局ラットレース回路33を端末局90°ハイブリッドカプラ35で置き換えたものと等価である。
The circuit configuration of the
具体的には、端末局20は各々の旋回偏波方向が異なる第一の端末局円偏波アンテナ27および第二の端末局円偏波アンテナ28を具備し、第一および第二の端末局円偏波アンテナには端末局90°ハイブリッドカプラ35のポート3とポート4が結合し、該端末局90°ハイブリッドカプラ35のポート2は抵抗で終端され、端末局90°ハイブリッドカプラ35のポート1に変調器21が結合している。
Specifically, the
基地局10の送信回路1より発生した電磁波(送信波)は第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15により二分配され、第一のサーキュレーター5および第二のサーキュレーター6を介して第一の基地局円偏波アンテナ7および第二の基地局円偏波アンテナ8より概略無損失に外部空間に放射される。
An electromagnetic wave (transmission wave) generated from the
ここで、送信波について説明すると、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15において、送信波がポート1から入力されると、ポート3から出力される送信波に対して、ポート4から出力される送信波は、その位相はπ/4遅れて出力される。したがって、第一及び第二の基地局円偏波アンテナ7、8から放射される送信波は、位相差π/4を有する。
Here, the transmission wave will be described. When the transmission wave is input from the
端末局20より再放射され外部から到来する受信波は第一の基地局円偏波アンテナ7および第二の基地局円偏波アンテナ8より入力され、第一および第二のサーキュレーター5、6を介して第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16により同相合成され概略無損失に受信回路2に伝達される。
A received wave re-radiated from the
ここで、受信波について説明すると、第一の基地局円偏波アンテナ7からの受信波は、第二の基地局円偏波アンテナ8からの受信波に対して、その位相がπ/4遅れている(後述する端末局20の説明参照)。第2の基地局90°ハイブリッドカプラ16において、ポート2から入力された受信波は、ポート1から入力された受信波に対して、その位相がπ/4遅れる。したがって、第一の基地局円偏波アンテナ7、第一のサーキュレーター5を通り、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート1に入力される受信波と、第二の基地局円偏波アンテナ8、第二のサーキュレーター6を通り、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート2に入力される受信波とは、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート4で位相差がなく同相合成される。
Here, the received wave will be described. The phase of the received wave from the first base station circularly
一方、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ15により二分配された、送信回路1の出力の一部は、第一および第二のサーキュレーター5、6において漏れ込み(回り込み波)、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16へ伝搬してしまう。しかしこれらの回り込み波は、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16により逆相合成されるので、受信回路2への伝達は概略阻止される。
On the other hand, a part of the output of the
ここで、その逆相合成について説明すると、第一のサーキュレーター5で回り込み、第二の基地局ハイブリッドカプラ16のポート1に入力される回り込み波は、第二のサーキュレーター6で回り込み、第二の基地局ハイブリッドカプラ16のポート2に入力される回り込み波に対して、その位相がπ/2進んでいる。また、上述したように、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16では、ポート2から入力された受信波は、ポート1から入力された受信波に対して、その位相がπ/4遅れる。
Here, the reverse phase synthesis will be described. A sneak wave that wraps around at the
したがって、第一のサーキュレーター5で回り込み、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート1に入力される受信波と、第二のサーキュレーター6で回り込み、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート2に入力される受信波とは、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ16のポート4でその位相差がπ/2となり逆相合成される(相殺される)。
Accordingly, the
また、端末局20において、第一の端末局円偏波アンテナ27では、第一の基地局円偏波アンテナ7で放射された電磁波を受信し、第二の端末局円偏波アンテナ28では、第一の基地局円偏波アンテナ8で放射された電磁波を受信する。
In the
よって、第一の端末局円偏波アンテナ27の受信波は、第二の端末局偏波アンテナ28の受信アンテナ28の受信波に対して位相π/4進んでいる。これら受信波は端末局90°ハイブリッドカプラ35のポート3及びポート4にそれぞれ入力され、端末局90°ハイブリッドカプラ35のポート1では位相差がなくなり、同相合成されて出力される。
Therefore, the received wave of the first terminal station circularly
逆に、変調器21からの電磁波は、端末局90°ハイブリッドカプラ35において、ポート3から出力される電磁波が、ポート4から出力される電磁波に対して位相π/4遅れる。よって、第一の端末局円偏波アンテナ27から放射される電磁波は、第二の端末局円偏波アンテナ28から放射される電磁波に対して、その位相がπ/4遅れている。
Conversely, the electromagnetic wave from the
本実施形態の通信システムによれば、図1の通信システムと同様に、送信回路1が生成する搬送波の電力の、基地局に再到来する電磁波への擾乱を抑制することができるので、図1の通信システムと同様の効果を有する。
According to the communication system of the present embodiment, as in the communication system of FIG. 1, the disturbance of the power of the carrier wave generated by the
また、図1の通信システムと比べて、180度移相器4を省略することができるので基地局10および端末局20の構成部品点数を減らすことができ、基地局10および端末局20の製造コストを低減する効果がある。
Further, compared to the communication system of FIG. 1, the 180 degree phase shifter 4 can be omitted, so that the number of components of the
本実施形態の通信システムの一実施例について説明する。図7は、図6の基地局10の構造を示し、図8は図6の端末局20の構造を示す透明斜視図である。
An example of the communication system according to this embodiment will be described. FIG. 7 shows the structure of the
図7に示すように、基地局は、表層101と中間グランド層105と裏層102との三層構造をなす多層基板を備える。表層101と中間グランド層105の間は第一の誘電体層103が形成され、裏層102と中間グランド層105の間は第二誘電体層104が形成され、裏層102には第一の基地局円偏波アンテナ47と第二の基地局円偏波アンテナ48が形成され、表層101には送信回路41、第一の基地局90°ハイブリッドカプラ回路55、第二の基地局90°ハイブリッドカプラ回路56、終端抵抗59、第一のサーキュレーター45、第二のサーキュレーター46および受信回路42が形成される。送信回路41、受信回路42、第一および第二のサーキュレーター45,46、第一および第二の基地局90°ハイブリッドカプラ回路55,56、終端抵抗59、第一および第二の基地局円偏波アンテナ47,48の電気的結線関係は図6の基地局10と同じである。終端抵抗59の一端はスルーホール114によって中間グランド層105に電気的に結合し、第一および第二のサーキュレーターと第一および第二の基地局円偏波アンテナとの電気的結合は、中間グランド層105に設けられた通過孔115を非接触貫通し第二のスルーホール116によってなされる。
As shown in FIG. 7, the base station includes a multilayer board having a three-layer structure of a
また、図8に示すように、端末局は、表層101と中間グランド層105と裏層102との三層構造をなす多層基板を備える。表層101と中間グランド層105の間は第一の誘電体層103が形成され、裏層102と中間グランド層105の間は第二誘電体層104が形成され、裏層102には第一の端末基地局円偏波アンテナ67と第二の端末局円偏波アンテナ68が形成され、表層101には変調回路61、端末局90°ハイブリッドカプラ回路75、および終端抵抗69が形成される。変調回路61、端末局90°ハイブリッドカプラ回路75、終端抵抗69、第一および第二の端末基地局円偏波アンテナ67,68の電気的結線関係は図6の端末局20と同じである。終端抵抗69の一端はスルーホール114によって中間グランド層105に電気的に結合し、端末局90°ハイブリッドカプラ回路と第一および第二の基地局円偏波アンテナとの電気的結合は、中間グランド層105に設けられた通過孔115を非接触貫通し第二のスルーホール116によってなされる。
Further, as shown in FIG. 8, the terminal station includes a multilayer substrate having a three-layer structure of a
本実施例によれば、図4の実施形態の基地局10及び端末局20を、汎用プリント多層基板プロセスを用いて一体の薄板構造で形成でき、小型かつ安価に実現することができる。
According to the present embodiment, the
次に、第五の実施形態を図9に基づいて説明する。 Next, a fifth embodiment will be described based on FIG.
図9に示すように、本実施形態の通信システムは、図3の通信システムと、変調器21を負荷抵抗37で終端された切り替えスイッチ36に置き換えた点において異なるものである。
As shown in FIG. 9, the communication system of the present embodiment is different from the communication system of FIG. 3 in that the
切り替えスイッチ36を開閉することで、第一の端末局円偏波アンテナ27及び第二の端末局円偏波アンテナ28の入力インピーダンスが変化するので、基地局10より放射された電磁波の端末局20における反射係数を変化させることができる。よって、基地局10への再放射電磁波の振幅に変調を掛けることができる。切り替えスイッチ36および負荷抵抗37は安価な部品で小型に実現できるので通信システムの端末局の小型化、低コスト化に効果がある。
By opening and closing the
次に、第六の実施形態を図10に基づいて説明する。 Next, a sixth embodiment will be described based on FIG.
図10に示すように、本実施形態の通信システムは、図9の通信システムにおいて、送信回路1として搬送波発生回路19を用いたものである。
As shown in FIG. 10, the communication system of the present embodiment uses a carrier
本実施形態では、送信回路1として簡単な回路構成で実現できる搬送波発生器19を用いているので、通信システムの基地局の小型化に効果がある。
In the present embodiment, since the
また、一般に、第一及び第二のサーキュレーター5,6および基地局ラットレース回路13は、現実的には広範な周波数領域で同一の性能を保つことが難しい。本実施形態では、周波数帯域が極狭の送信波を発生する搬送波発生器19を用いることにより、占有周波数帯域極小となる単一周波数のみ(位相のずれが殆どない)が、サーキュレーター5,6を介して受信回路2側に漏れ込むので、結果として漏れ込み波の逆相合成による相殺効果を大きくすることができる。
In general, the first and
次に、第七の実施形態を図11に基づいて説明する。 Next, a seventh embodiment will be described based on FIG.
図11に示すように、本実施形態の通信システムは、図3の実施形態の一実施例である図4の基地局と比べて、第一の基地局円偏波アンテナ47と第二の基地局円偏波アンテナ48の代わりに、二つの給電点を持つ一体面状の左右両偏波発生アンテナ49で置き換えられている点において異なる。
As shown in FIG. 11, the communication system of this embodiment is different from the base station of FIG. 4 that is an example of the embodiment of FIG. The difference is that instead of the local circularly polarized
本実施形態に拠れば左右両偏波のアンテナの最大寸法を、図4の実施例の基地局と比べて増大できるので、PDD通信システムの基地局のアンテナ利得を増大することが出来るので、PDD通信システムの通信距離拡大に効果がある。 According to the present embodiment, the maximum size of the left and right polarized antennas can be increased as compared with the base station of the embodiment of FIG. 4, so that the antenna gain of the base station of the PDD communication system can be increased. This is effective in extending the communication distance of the communication system.
次に、第八の実施形態を図12に基づいて説明する。 Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIG.
図10に示すように、本実施形態の通信システムは、上述の実施形態の端末局20と、基地局10が構成要素となっている。
As shown in FIG. 10, the communication system according to the present embodiment includes the
理解の簡明さを図るために、基地局および端末局の一組の各々旋回偏波方向の異なる円偏波アンテナを1つのシンボルで表し、基地局側がアンテナ17、端末局側がアンテナ18と表している。
For the sake of simplicity of understanding, a pair of base station and terminal station, each representing a circularly polarized antenna with a different direction of polarization, is represented by one symbol, the base station side is represented by
端末局20は切り替えスイッチ92、整合回路93、整流回路94、平滑回路95、マイクロプロセッサ96およびメモリ97を具備し、アンテナ18に切り替えスイッチ92が並列に接続し、アンテナ18の入力電力は整合回路93を介して整流回路94に入力し平滑回路95を経てマイクロプロセッサ96の電源となる。マイクロプロセッサ96はあらかじめメモリ97に蓄えられている情報を参照して、該スイッチ92を開閉することによりアンテナ18の入力インピーダンスを変化させて、基地局アンテナ17から放射された単一周波数の電磁波81に対する散乱電磁波82に振幅変調を施す。
The
本実施形態によれば、アンテナ18で受信された電磁波を端末局11の電力として用いているので、電池等の内部電源を用いることなく、遠隔の通信を実現することができる。ひいては、環境、保全、寿命等で端末局で電池の使用が困難な環境での無線による情報伝送を実現することができる。
According to the present embodiment, since the electromagnetic wave received by the
次に、第九の実施形態を図13に基づいて説明する。 Next, a ninth embodiment will be described based on FIG.
図13に示すように、本実施形態の通信システムは、前実施形態の通信システムにおいて、端末局が複数存在するものである。図面では、前実施形態と同様に、基地局および端末局の一組の各々旋回方向の異なる円偏波アンテナを1つのシンボルで表している。 As shown in FIG. 13, the communication system of this embodiment has a plurality of terminal stations in the communication system of the previous embodiment. In the drawing, as in the previous embodiment, each set of circularly polarized antennas having different turning directions in a set of base stations and terminal stations is represented by one symbol.
本実施の形態では3個の端末局200,201,202が存在し、基地局10は其れ其れの端末局200,201,202を識別して認識する必要がある。端末局200,201,202は夫々アンテナ180,181,182を具備し、内部に持っているメモリの内容に応じて切り替えスイッチのオンオフパターンを時系列的に違うものとする。
In the present embodiment, there are three
この構成によれば、ある期間において、アンテナ180,181,182からの散乱電磁波の送出タイミングをずらすことが可能となり、そのタイミングを基地局10が検出することで、これら3つの端末局200,201,202を識別することが可能となる。
According to this configuration, it is possible to shift the transmission timing of scattered electromagnetic waves from the
本実施形態の通信システムによれば、複数の端末局を基地局が識別できるので、通信システム全体としての通信容量を増大させる効果がある。 According to the communication system of the present embodiment, since the base station can identify a plurality of terminal stations, there is an effect of increasing the communication capacity of the entire communication system.
1 送信回路
2 受信回路
3 同相二分配器
4 180度移相器
5 第一のサーキュレーター
6 第二のサーキュレーター
7 第一の基地局円偏波アンテナ
8 第二の基地局円偏波アンテナ
9 同相二合成器
10 基地局
13 ラットレース回路
14 ウイルキンソン二合成回路
15 第一の基地局90°ハイブリッドカプラ
16 第二の基地局90°ハイブリッドカプラ
17 基地局アンテナ
18 端末局アンテナ
19 搬送波発生回路
20 端末局
21 変調器
23 同相二合成器
24 180度移相器
27 第一の端末局円偏波アンテナ
28 第二の端末局円偏波アンテナ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該基地局は送信回路と受信回路を具備し、
該送信回路を第一の基地局90°ハイブリッドカプラのポート1に結合し、
該第一の基地局90°ハイブリッドカプラのポート2は抵抗で終端され、
上記第一の基地局90°ハイブリッドカプラのポート3とポート4には夫々第一および第二のサーキュレーターのポート1が結合し、
該第一および第二のサーキュレーターのポート2には各々の旋回偏波方向が異なる第一および第二の基地局円偏波アンテナが結合し、
上記第一および第二のサーキュレーターのポート3には第二の基地局90°ハイブリッドカプラの夫々ポート1及びポート2が結合し、
上記第二の基地局90°ハイブリッドカプラのポート3は抵抗で終端され、
上記第二の基地局90°ハイブリッドカプラのポート4に該受信回路が結合され、
上記端末局は各々の旋回偏波方向が異なる第一および第二の端末局円偏波アンテナを具備し、
該第一および第二の端末局円偏波アンテナには端末局90°ハイブリッドカプラのポート3とポート4が結合し、該端末局90°ハイブリッドカプラのポート2は抵抗で終端され、
上記端末局90°ハイブリッドカプラのポート1に変調器が結合することを特徴とする通信システム。 A communication system comprising a base station and a terminal station,
The base station comprises a transmit and receive circuits,
Coupling the transmitter circuit to port 1 of the first base station 90 ° hybrid coupler;
Port 2 of the first base station 90 ° hybrid coupler is terminated with a resistor,
It said port 1 of the respective first and second circulator is coupled to the ports 3 and 4 of the first base station 90 ° hybrid coupler,
First and second base station circularly polarized antennas having different swirl polarization directions are coupled to port 2 of the first and second circulators,
Port 1 and port 2 of the second base station 90 ° hybrid coupler are coupled to port 3 of the first and second circulators, respectively.
Port 3 of the second base station 90 ° hybrid coupler is terminated with a resistor,
The receiving circuit is coupled to port 4 of the second base station 90 ° hybrid coupler,
The terminal station comprises first and second terminal station circularly polarized antennas each having different swirl polarization directions,
Ports 3 and 4 of the terminal station 90 ° hybrid coupler are coupled to the first and second terminal station circularly polarized antennas, and port 2 of the terminal station 90 ° hybrid coupler is terminated with a resistor.
A communication system, wherein a modulator is coupled to port 1 of the terminal station 90 ° hybrid coupler.
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