JP5300057B2 - 送受信機 - Google Patents

Description

本発明は、送受信機に関し、さらに詳しくは、アンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が悪化した場合に発生する反射波を抑制する回路構成に関するものである。

従来からレーダ送受信機や時分割多重方式の送受信機は、１本のアンテナを共用して送受信を行なうように構成されている。例えば、図４は１本のアンテナを共用した送受信機の概略構成を示す図である。送信増幅部１０で増幅した送信信号（ｆ１）が送受分離用サーキュレータ１１のポート１を介してポート２に出力してアンテナ１２に送出されるが、アンテナ１２のＶＳＷＲ（voltage standing wave ratio：電圧定在波比）が悪化した場合に、送信信号（ｆ１）が送受分離用サーキュレータ１１に反射して、ポート２から入力してポート３から出力される（その時の反射波をｆｘとする）。反射してきた送信信号（ｆｘ）は送受分離用サーキュレータ１１を介して受信帯域用帯域除去フィルタ（以下、帯域除去フィルタと呼ぶ）１３に到達し、そこで帯域除去フィルタの帯域外であるために反射され、送受分離用サーキュレータ１１のポート３に戻ってくる。送受分離用サーキュレータ１１に戻ってきた送信信号（ｆｘ）は、ポート３から入力してポート１から出力して送信増幅部１０に戻ってくることになり、送信増幅部１０に過剰な電力が入力されて送信増幅部１０を破損させるといった問題がある。
また、特許文献１には、良好な受信雑音性能を保ちつつ、大電力の高周波信号が入力されても破壊や劣化を回避することができる増幅器について開示されている。また、特許文献２には、安定な動作を確保しつつ小型化が可能なマイクロ波電力送信機について開示されている。また、特許文献３には、送信と受信を時分割で行なう送受信機のアンテナ切換スイッチで発生する送信電力損失を軽減し、送受信機の低消費電力化を図るアンテナ送受共用回路について開示されている。
特開２００８−２４５０８１公報 特開２００５−３１１７０１公報 特開平９−３２１６５４号公報

しかし、特許文献１に開示されている従来技術は、大電力の高周波信号が入力されても破壊や劣化を回避することができる増幅器を半導体で構成しているため、大電力といってもおのずと限界がある。
また、特許文献２に開示されている従来技術は、送信反射波を検出することにより、送信を停止する構成であるため、制御が複雑となるといった問題がある。
また、特許文献３に開示されている従来技術は、送信時はＲＦスイッチを用いて、受信側ポートを終端させ、受信時は送信側ポートを終端させるように構成しているため、制御が複雑で、且つＲＦスイッチを制御する回路が必要となる。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、少なくとも２つのサーキュレータを組み合わせることにより、反射波が送信側に戻ることを防止して、送信増幅部の破損を低減して送受信装置のコストダウンと信頼性の向上を図ることができる送受信機を提供することを目的とする。

本発明は、かかる課題を解決するために、送信信号を増幅する送信増幅部と、送信増幅部により増幅された送信信号を電波として放射すると共に、受信電波を受信信号として受信するアンテナと、送信増幅部とアンテナとの間に配置され、送信増幅部により増幅された送信信号をアンテナに供給すると共に、アンテナから供給される受信信号を増幅された送信信号と分離して出力する３ポートの送受分離用サーキュレータと、送受分離用サーキュレータにより分離された受信信号に含まれる不要帯域信号を除去し、受信帯域の受信信号のみ通過させる帯域除去フィルタと、帯域除去フィルタを通過した受信信号を増幅する受信増幅部と、反射波吸収用終端器と、アンテナと帯域除去フィルタとの間において送受分離用サーキュレータに対し直列に配置され、送受分離用サーキュレータにより分離された受信信号、又はアンテナのＶＳＷＲが悪化したときに送信信号がアンテナから反射した反射波を帯域除去フィルタに供給すると共に、帯域除去フィルタの入力端子で不要帯域信号として反射された反射波を受信信号と分離して反射波吸収用終端器に伝送する３ポートの反射防止用サーキュレータと、を備えたことを特徴とする。

本発明では、送信増幅部とアンテナとの間に送受分離用サーキュレータを配置するので、送信信号は１つのサーキュレータを介して送信されることになる。また、アンテナと帯域除去フィルタとの間に送受分離用サーキュレータと反射防止用サーキュレータを直列に配置するので、受信信号は２つのサーキュレータを介して受信されることになる。ここで、サーキュレータにより信号が分離されるときに、何がしかのパワーがロスする。また、分離しきれずに漏洩するパワーも少なからず発生する。本発明の場合は、受信時に２つのサーキュレータを介して動作するため、受信時のパワーロスが２倍となるが、反射波は反射波吸収用終端器により吸収され、分離しきれないパワーは送受分離用サーキュレータにより更に減衰される。これにより、送信増幅部に到達する反射波のパワーを更に減衰させることができる。

本発明によれば、少なくともサーキュレータを２つ備え、帯域除去フィルタから反射した反射波を１つのサーキュレータにより分離して終端器により吸収させ、送信増幅部に戻る反射波を低減させるので、簡単な構成で外部からの制御を全く必要とせずに反射波を分離して吸収することができる。
また、受信時に２つのサーキュレータを介して動作するため、受信時のパワーロスが２倍となるが、反射波は反射波吸収用終端により吸収され、分離しきれないパワーは送受分離用サーキュレータにより更に減衰される。これにより、送信増幅部に到達する反射波のパワーを更に減衰させることができる。
また、送信時に２つのサーキュレータを介して動作するため、送信時のパワーロスが２倍となるが、受信時は少ないパワーロスで信号を受信することができる。これにより、反射波を減衰しつつ、受信時のＳ／Ｎを大きくすることができる。

また、送受分離用サーキュレータとして、送信信号を第１のポートに入力して第２のポートから出力し、受信信号を第２のポートに入力して第３のポートから出力する。また、反射防止用サーキュレータとして受信信号を第１のポートに入力して第２のポートから出力し、反射波を第２のポートに入力して第３のポートから出力する。そして、第３ポートには反射波吸収用終端器を接続する。これにより、送信増幅部に到達する反射波を更に減衰されることができる。
また、反射波吸収用終端器は、伝送回路のインピーダンス（５０Ω）整合するように設定される。また、位相が変化しないように純抵抗が使用される。これにより、回路のインピーダンス整合が図れて反射波吸収用終端器からの不要な反射を防止することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の第１の実施形態に係る送受信機の構成を示す図である。この送受信機１００は、送信信号（ｆ１）を増幅する送信増幅部１と、送信増幅部１により増幅された送信信号（ｆ１）を電波として放射すると共に、受信電波を受信信号（ｆ２）として受信するアンテナ３と、アンテナ３から送信する送信信号（ｆ１）と受信した受信信号（ｆ２）を分離する送受分離用サーキュレータ２と、送受分離用サーキュレータ２により分離された受信信号（ｆ２）に含まれる不要帯域信号を除去する帯域除去フィルタ６と、帯域除去フィルタ６を通過した受信信号（ｆ２）を増幅する受信増幅部７と、帯域除去フィルタ６から反射された不要信号（ｆｘ）を反射波吸収用終端器（以下、単に終端器と呼ぶ）５に伝送する反射防止用サーキュレータ（アイソレータ）４と、を備えて構成されている。

本実施形態の最も大きな特徴は、少なくとも送受分離用サーキュレータ２と反射防止用サーキュレータ４を備え、帯域除去フィルタ６から反射した反射波（ｆｘ）を反射防止用サーキュレータ４により分離して終端器５により吸収させ、送信増幅部１に戻る反射波（ｆｘ）を低減させたことである。これにより、簡単な構成で外部からの制御を全く必要とせずに反射波を分離して吸収することができる。
即ち、送信増幅部１とアンテナ３との間に送受分離用サーキュレータ２を配置し、アンテナ３と帯域除去フィルタ６との間に送受分離用サーキュレータ２と反射防止用サーキュレータ４とを直列に配置して、反射防止用サーキュレータ４の１つのポートに終端器５を接続した構成である。本発明では、送信増幅部１とアンテナ３との間に送受分離用サーキュレータ２を配置するので、送信信号（ｆ１）は１つのサーキュレータを介して送信されることになる。また、アンテナ３と帯域除去フィルタ６との間に送受分離用サーキュレータ２と反射防止用サーキュレータ４を直列に配置するので、受信信号（ｆ２）は２つのサーキュレータを介して受信されることになる。ここで、サーキュレータにより信号が分離されるときに、何がしかのパワーがロスする。また、分離しきれずに漏洩するパワーも少なからず発生する。本実施形態の場合は、受信時に２つのサーキュレータを介して動作するため、受信時のパワーロスが２倍となるが、反射波（ｆｘ）は終端器５により吸収され、分離しきれないパワーは送受分離用サーキュレータ２により更に減衰される。これにより、送信増幅部１に到達する反射波のパワーを更に減衰させることができる。

更に具体的に説明すると、送受分離用サーキュレータ２及び反射防止用サーキュレータ４が夫々３ポートにより構成されている場合、送受分離用サーキュレータ２のポート（１）（第１のポート）に送信増幅部１の出力端子１ｂを接続し、ポート（２）（第２のポート）にアンテナ３を接続し、ポート（３）（第３のポート）に反射防止用サーキュレータ４のポート（１）（第１のポート）を接続し、反射防止用サーキュレータ４のポート（２）（第２のポート）に帯域除去フィルタ６の入力端子６ａを接続し、ポート３（第３のポート）に終端器５を接続する。即ち、３ポートサーキュレータの場合、ポート（１）に入力した信号はポート（２）に、ポート（２）から入力した信号はポート（３）に、ポート（３）に入力した信号はポート（１）に出力される。つまり、矢印の方向に信号が分離される構成である。これらのうち、反射防止用サーキュレータ４のように、ポート（３）に整合を取った負荷（終端器５）を接続するとアイソレータとなる。この原理に基づいて２つのサーキュレータを接続配置すると、一方のサーキュレータは送信と受信の分離用に、他方のサーキュレータ（アイソレータ）は信号から反射波を分離する機能を果たす。本実施形態では、送受分離用サーキュレータ２として、送信信号（ｆ１）をポート（１）に入力してポート（２）から出力し、受信信号（ｆ２）をポート（２）に入力してポート（３）から出力する。また、反射防止用サーキュレータ４として、受信信号（ｆ２）をポート（１）に入力してポート（２）から出力し、反射波（ｆｘ）をポート（２）に入力してポート（３）から出力する。そして、ポート（３）には終端器５を接続する。これにより、送信増幅部１に到達する反射波のパワーを更に減衰させることができる。

次に送信信号（ｆ１）を実線の矢印、受信信号（ｆ２）を点線の矢印として表し、本実施形態の動作について説明する。図１ではアンテナ３からの反射波が存在しない場合について説明する。送信動作として、送信信号（ｆ１）は送信増幅部１の入力端子１ａに入力される。入力された送信信号（ｆ１）は送信増幅部１により所定のパワーに増幅されて、出力端子１ｂから出力されて、送受分離用サーキュレータ２のポート（１）に入力される。送受分離用サーキュレータ２は送信信号（ｆ１）を分離してポート（２）に出力する。そしてアンテナ３を介して電波として放射される。従って、送信時には送信信号（ｆ１）は受信増幅部７に入力されない。
次に受信動作として、アンテナ３から受信した受信信号（ｆ２）は、送受分離用サーキュレータ２のポート（２）に入力される。送受分離用サーキュレータ２は受信信号（ｆ２）を分離してポート（３）に出力する。ポート（３）は反射防止用サーキュレータ４のポート（１）に接続されているので、ポート（１）から入力した受信信号（ｆ２）は分離されてポート（２）から出力される。ポート（２）は帯域除去フィルタ６の入力端子６ａに接続されている。帯域除去フィルタ６は、受信帯域（ｆ２）のみが通過するように構成されているので、出力端子６ｂから受信信号（ｆ２）が出力され、受信増幅部７の入力端子７ａに入力される。そして、所定のパワーに増幅されて出力端子７ｂから出力される。従って、受信時には受信信号（ｆ２）は送信増幅部１に入力されない。

次に、アンテナ３のＶＳＷＲが悪化して送信信号（ｆ１）がアンテナ３から反射される場合について図２により説明する。この説明では、反射波を（ｆｘ）を点線として説明する。送信時の動作は図１と同様であるので説明を省略する。送信信号（ｆ１）は、アンテナ３のＶＳＷＲが悪化した場合に、送信信号（ｆ１）が送受分離用サーキュレータ２に反射波（ｆｘ）として反射してくる。反射波（ｆｘ）は送受分離用サーキュレータ２のポート（２）に入力され、反射波（ｆｘ）を分離してポート（３）に出力する。ポート（３）は反射防止用サーキュレータ４のポート（１）に接続されているので、ポート（１）から入力した反射波（ｆｘ）は分離されてポート（２）から出力される。ポート（２）は帯域除去フィルタ６の入力端子６ａに接続されている。しかし、帯域除去フィルタ６は受信帯域（ｆ２）のみが通過するように構成されているので、入力端子６ａで反射波（ｆｘ）は反射されて、反射防止用サーキュレータ４のポート（２）に入力される。ポート（２）に入力された反射波（ｆｘ）はポート（３）に分離されて、終端器５を介してグランドＧに流れる。その結果、反射波（ｆｘ）のパワーは終端器５により消費されてポート（１）には殆ど現れないので、送受分離用サーキュレータ２のポート（１）を介して送信増幅部１を破壊することはない。

図３は本発明の第２の実施形態に係る送受信機の構成を示す図である。同じ構成要素には図１と同じ参照番号を付して説明する。この送受信機１１０が図１と異なる点は、送信増幅部１とアンテナ３との間に反射防止用サーキュレータ４と送受分離用サーキュレータ２を直列に配置し、アンテナ３と帯域除去フィルタ６との間に送受分離用サーキュレータ２を配置して、反射防止用サーキュレータ４のポート（３）に終端器５を接続した点である。
本実施形態では、送信増幅部１とアンテナ３との間に反射防止用サーキュレータ４と送受分離用サーキュレータ２とを直列に配置するので、送信信号（ｆ１）は２つのサーキュレータを介して送信されることになる。また、アンテナ３と帯域除去フィルタ６との間に送受分離用サーキュレータ２を配置するので、受信信号（ｆ２）は１つのサーキュレータを介して受信されることになる。ここで、サーキュレータにより信号が分離されるときに、何がしかのパワーがロスする。また、分離しきれずに漏洩するパワーも少なからず発生する。本実施形態の場合は、送信時に２つのサーキュレータを介して動作するため、送信時のパワーロスが２倍となるが、受信時は少ないパワーロスで信号を受信することができる。これにより、反射波（ｆｘ）を減衰しつつ、受信時のＳ／Ｎを大きくすることができる。

更に具体的に説明すると、送受分離用サーキュレータ２及び反射防止用サーキュレータ４が夫々３ポートにより構成されている場合、反射防止用サーキュレータ４のポート（１）に送信増幅部１の出力端子１ｂを接続し、ポート（２）に送受分離用サーキュレータ２のポート（１）を接続し、ポート（３）に終端器５を接続し、送受分離用サーキュレータ２のポート（２）にアンテナ３を接続し、ポート（３）に帯域除去フィルタ６の入力端子６ａを接続する。
本実施形態では、反射防止用サーキュレータ４として、送信信号（ｆ１）をポート（１）に入力してポート（２）から出力し、反射波（ｆｘ）をポート（２）に入力してポート（３）から出力する。そして、ポート（３）には終端器５を接続する。また、送受分離用サーキュレータ２として、送信信号（ｆ１）をポート（１）に入力してポート（２）から出力し、受信信号（ｆ２）をポート（２）に入力してポート（３）から出力する。また、反射波（ｆｘ）をポート（２）に入力してポート（３）から出力する。これにより、反射波（ｆｘ）を減衰しつつ、受信時のＳ／Ｎを大きくすることができる。

次に送信信号（ｆ１）を実線の矢印、受信信号（ｆ２）を点線の矢印として表し、本実施形態の動作について説明する。ここではアンテナ３からの反射波が存在しない場合について説明する。送信動作として、送信信号（ｆ１）は送信増幅部１の入力端子１ａに入力される。入力された送信信号（ｆ１）は送信増幅部１により所定のパワーに増幅されて、出力端子１ｂから出力されて、反射防止用サーキュレータ４のポート（１）に入力される。反射防止用サーキュレータ４は送信信号（ｆ１）を分離してポート（２）に出力する。ポート（２）は送受分離用サーキュレータ２のポート（１）に接続されているので、分離されてポート（２）から出力される。そしてアンテナ３を介して電波として放射される。従って、送信時には送信信号（ｆ１）は受信増幅部７に入力されない。
次に受信動作として、アンテナ３から受信した受信信号（ｆ２）は、送受分離用サーキュレータ２のポート（２）に入力される。送受分離用サーキュレータ２は受信信号（ｆ２）を分離してポート（３）に出力する。ポート（３）はは帯域除去フィルタ６の入力端子６ａに接続されている。帯域除去フィルタ６は、受信帯域（ｆ２）のみが通過するように構成されているので、出力端子６ｂから受信信号（ｆ２）が出力され、受信増幅部７の入力端子７ａに入力される。そして、所定のパワーに増幅されて出力端子７ｂから出力される。従って、受信時には受信信号（ｆ２）は送信増幅部１に入力されない。

次に、アンテナ３のＶＳＷＲが悪化して送信信号（ｆ１）がアンテナ３から反射される場合について説明する。この説明では、反射波（ｆｘ）を一点鎖線の矢印として説明する。送信時の動作は前述した動作と同様であるので説明を省略する。送信信号（ｆ１）は、アンテナ３のＶＳＷＲが悪化した場合に、送信信号（ｆ１）が送受分離用サーキュレータ２に反射波（ｆｘ）として反射してくる。反射波（ｆｘ）は送受分離用サーキュレータ２のポート（２）に入力され、反射波（ｆｘ）を分離してポート（３）に出力する。ポート（３）は帯域除去フィルタ６の入力端子６ａに接続されている。しかし、帯域除去フィルタ６は受信帯域（ｆ２）のみが通過するように構成されているので、入力端子６ａで反射波（ｆｘ）は反射されて、送受分離用サーキュレータ２のポート（３）に入力される。ポート（３）に入力された反射波（ｆｘ）はポート（１）に分離されて、反射防止用サーキュレータ４のポート（２）に入力され、ポート（３）に分離されて終端器５を介してグランドＧに流れる。その結果、反射波（ｆｘ）のパワーは終端器５により消費されてポート（１）には殆ど現れないので、送信増幅部１を破壊することはない。
尚、終端器５は、伝送回路のインピーダンス（５０Ω）に整合するように設定される。また、位相が変化しないように純抵抗が使用される。これにより、回路のインピーダンス整合が図れて終端器５からの不要な反射を防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る送受信機の構成を示す図である。 アンテナのＶＳＷＲが悪化して送信信号がアンテナから反射される場合について説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係る送受信機の構成を示す図である。 １本のアンテナを共用した送受信機の概略構成を示す図である。

１、１０ 送信増幅部、２、１１ 送受分離用サーキュレータ、３、１２ アンテナ、４ 反射防止用サーキュレータ、５ 反射吸収用終端器、６、１３ 帯域除去フィルタ、７、１４ 受信増幅部、１００、１１０ 送受信機、ｆ１ 送信信号、ｆ２ 受信信号、ｆｘ 反射波、Ｇ グランド

Claims (3)

1. 送信信号を増幅する送信増幅部と、
   該送信増幅部により増幅された送信信号を電波として放射すると共に、受信電波を受信信号として受信するアンテナと、
   前記送信増幅部と前記アンテナとの間に配置され、前記送信増幅部により増幅された送信信号を前記アンテナに供給すると共に、前記アンテナから供給される前記受信信号を前記増幅された送信信号と分離して出力する３ポートの送受分離用サーキュレータと、
   該送受分離用サーキュレータにより分離された受信信号に含まれる不要帯域信号を除去し、受信帯域の受信信号のみ通過させる帯域除去フィルタと、
   該帯域除去フィルタを通過した受信信号を増幅する受信増幅部と、
   反射波吸収用終端器と、
   前記アンテナと前記帯域除去フィルタとの間において前記送受分離用サーキュレータに対し直列に配置され、前記送受分離用サーキュレータにより分離された受信信号、又は前記アンテナのＶＳＷＲが悪化したときに送信信号が前記アンテナから反射した反射波を前記帯域除去フィルタに供給すると共に、前記帯域除去フィルタの入力端子で不要帯域信号として反射された前記反射波を前記受信信号と分離して前記反射波吸収用終端器に伝送する３ポートの反射防止用サーキュレータと、
   を備えたことを特徴とする送受信機。
2. 前記送受分離用サーキュレータ及び前記反射防止用サーキュレータは、それぞれ第１ポートに入力した信号を第２ポートに出力し、前記第２ポートに入力した信号を第３ポートに出力し、前記第３ポートに入力した信号を前記第１ポートに出力する３ポートサーキュレータであり、
   前記送受分離用サーキュレータの第１ポートに前記送信増幅部の出力端子を接続し、第２ポートに前記アンテナを接続し、第３ポートに前記反射防止用サーキュレータの第１ポートを接続し、前記反射防止用サーキュレータの第２ポートに前記帯域除去フィルタの入力端子を接続し、前記反射防止用サーキュレータの第３ポートに前記反射波吸収用終端器を接続したことを特徴とする請求項１記載の送受信機。
3. 前記反射波吸収用終端器は、所定の抵抗値を有する純抵抗器により構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の送受信機。

Images