JP5573885B2 - 自己診断回路 - Google Patents

Description

本発明は、高周波回路の異常の有無を診断する自己診断回路に関する。

無線通信装置は、通信線の敷設が不要であり、通信線の敷設が困難な場所や敷設工事が不経済な場所への設置を容易に行うことができる等の利点を有するため、近年では様々な分野で多用されている。例えば、プラントや工場等においては、上記の無線通信装置として無線フィールド機器と呼ばれる無線通信が可能な現場機器（測定器、操作器）が用いられており、無線フィールド機器の測定結果を示す測定信号や無線フィールド機器の動作を制御するための制御信号が無線通信により送受信されている。

このような無線通信装置は、動作不良や故障等の異常が生じた場合に、異常が生じた旨を早期に報知するとともに異常原因の特定を容易にすべく、内部に設けられた高周波回路の異常の有無を診断する自己診断回路を備える。この自己診断回路は、例えば無線信号の送信を行う送信回路、或いは無線信号の送受信を行う送受信回路に設けられており、信号伝送路をアンテナに向かって伝播する高周波信号の一部を分岐し、分岐した高周波信号の信号レベルの大小に応じて異常の有無を診断している。

以下の特許文献１には、送信機の高周波回路部（プリアンプ、電力増幅器、アッテネータ）が正常であるか否か診断する自己診断回路の一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１では、送信前に自己診断を行って高周波回路部の各出力の振幅値を検出し、この各出力振幅値と正常時の振幅値とを比較することによって、高周波回路部の各回路が正常であるか否かを判断するようにしている。

特開２０００−３６７６７号公報

ところで、従来の自己診断回路は、上述した通り、基本的には信号伝送路をアンテナに向かって伝播する高周波信号の信号レベルの大小に応じて異常の有無を診断するものである。このため、無線通信装置に設けられた高周波回路の前段部分の異常を検出することはできるものの、後段部分の異常を検出することは一切できないという問題があった。ここで、高周波回路の前段部分とは、高周波信号が入力される入力部から自己診断回路が設けられた部分までの回路をいい、高周波回路の後段部分とは、自己診断回路が設けられた部分から高周波信号が出力される出力部まで（或いは、アンテナまで）の回路をいう。

また、従来の無線通信装置は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display：液晶表示装置）を備えており、自己診断回路の診断結果をＬＣＤに表示することによって、異常が生じた旨を報知するようにしているものが多い。しかしながら、無線通信装置は、通信相手から離間した位置に設置されることが多く、無線通信装置が屋外の辺鄙な場所に設置されている場合には、異常の発生を迅速に発見できないという問題があった。とりわけ、前述した無線フィールド機器は、数百メートル〜数キロメートル程度離間して配置されることもあるため、頻繁に無線フィールド機器を巡回しなければ、異常の発生を知ることすらできないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高周波回路の前段部分のみならず後段部分の異常を診断することができ、また異常の発生を容易に知ることができる自己診断回路を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の自己診断回路は、高周波信号の入力部（Ｔ１）と出力部（ＡＴ）との間の信号伝送路（Ｌ）に結合され、該信号伝送路を伝播する信号を用いて高周波回路の診断を行う自己診断回路（３０）において、前記出力部から前記入力部に向かって前記信号伝送路を伝播する高周波信号を検出する検出部（３１）と、前記検出部の検出結果に応じて、前記信号伝送路に対する前記自己診断回路の結合部と前記出力部との間に配置された前記高周波回路の後段部分（１０ｂ）の異常の有無を診断する診断部（３３）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、出力部から入力部に向かって信号伝送路を伝播する高周波信号が検出部によって検出され、検出部の検出結果に応じて高周波回路の後段部分（信号伝送路に対する自己診断回路の結合部と出力部との間に配置された部分）の異常の有無が診断される。
また、本発明の自己診断回路は、前記診断部が、前記検出部の検出結果を用いて前記高周波回路の後段部分における前記入力部から伝播した高周波信号の反射特性を求め、該反射特性に基づいて前記高周波回路の後段部分の異常の有無を診断することを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、前記検出部が、前記信号伝送路上に形成されて前記信号伝送路を伝播する高周波信号を放射するアンテナとして機能し得る第１パターン（Ｐ１２）と、前記第１パターンと電磁的に結合する第２パターン（Ｐ１３）と、前記第１パターンから前記第２パターンに伝播した高周波信号を検出する検出素子（３１ａ、３１ｂ）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、前記第１パターンの前記出力部側における端部と前記信号伝送路との間を接続状態又は遮断状態にするスイッチ（１７）を備えており、前記診断部が、前記高周波回路の後段部分の異常を診断した場合には、前記スイッチを制御して前記第１パターンの前記出力部側における端部と前記信号伝送路との間を遮断状態にして前記第１パターンをアンテナとして機能させることを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、前記検出部が、前記第１パターンに対する前記第２パターンの電磁的な結合力を変化させ得る第３パターン（Ｐ１４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、前記診断部が、前記高周波回路の後段部分の異常を診断した場合には、前記第３パターンを用いて前記第１パターンに対する前記第２パターンの電磁的な結合力を弱めることを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、前記検出部が、前記入力部から前記出力部に向かって前記信号伝送路を伝播する高周波信号の検出も可能であり、前記診断部が、前記検出部の検出結果を用いて前記信号伝送路に対する前記自己診断回路の結合部と前記入力部との間に配置された前記高周波回路の前段部分（１０ａ）の透過特性を求め、該透過特性に基づいて前記高周波回路の前段部分の異常の有無を診断することを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、前記出力部が、高周波信号の出力に加えて高周波信号の入力が可能な入出力部であり、前記入出力部から入力されて前記高周波回路の後段部分の少なくとも一部を伝播した高周波信号を検出する検出回路（２４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の自己診断回路は、少なくとも前記検出部が、ワンチップ化又はモジュール化されていることを特徴としている。

本発明によれば、出力部から入力部に向かって信号伝送路を伝播する高周波信号を検出部で検出し、検出部の検出結果に応じて高周波回路の後段部分（信号伝送路に対する自己診断回路の結合部から出力部側の部分）の異常の有無を診断部で診断しているため、高周波回路の前段部分のみならず後段部分の異常を診断することができるという効果がある。
また、本実施形態によれば、信号伝送路上に形成されて信号伝送路を伝播する高周波信号を放射するアンテナとして機能し得る第１パターンを検出部に設けており、異常を診断した場合に、第１パターンを用いて報知信号を発報しているため、異常の発生を容易に知ることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による自己診断回路を備える無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態における検出部３１の構成を示す平面図である。 本発明の第２実施形態による自己診断回路を備える無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態における検出部３１の構成を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による自己診断回路について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による自己診断回路を備える無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の無線通信装置１は、送信回路１０（高周波回路）、受信回路２０、自己診断回路３０、パワーデバイダＰＤ、及びアンテナＡＴ（出力部）等を備えており、入力端Ｔ１（入力部）から入力される信号（高周波信号）をアンテナＡＴから無線信号として送信するとともに、アンテナＡＴで受信された無線信号の受信処理等を行う。

この無線通信装置１は、送信回路１０、パワーデバイダＰＤ、及びアンテナＡＴ等からなる高周波回路の異常の有無の診断が可能である。そして、異常があると診断した場合に、無線通信装置１は、その旨を示す無線信号（報知信号）の発報を、アンテナＡＴを用いて行い、或いはアンテナＡＴを用いずに行うことが可能である。尚、無線通信装置１は、例えばプラントや工場等に設置される無線フィールド機器に設けられており、入力端Ｔ１から入力される信号の周波数は数ＧＨｚ程度である。

送信回路１０は、高周波トランス１１、Ｉ／Ｑ変調器１２、プリアンプ１３、ローパスフィルタ１４、アイソレータ１５、双方向カプラ１６（結合部）、スイッチ１７、パワーアンプ１８、スイッチ１８ａ、及び可変アッテネータ１９を備えており、入力端Ｔ１から入力される信号の変調や増幅等を行って送信信号を生成する。高周波トランス１１は、入力端Ｔ１から入力される信号（シングルエンド信号）を差動信号に変換する。Ｉ／Ｑ変調器１２は、高周波トランス１１から出力される信号に応じて、互いに独立な同相（In-phase）搬送波及び直交位相（Quadrature）搬送波の振幅及び位相を変調する。

プリアンプ１３は、Ｉ／Ｑ変調器１３から出力される信号を、予め規定された所定の増幅率で増幅する。ローパスフィルタ１４は、プリアンプ１３で増幅された信号に含まれる高調波を抑制するために設けられるフィルタである。アイソレータ１５は、フィルタ１４から双方向カプラ１６に向かう信号を通過させ、逆向きの信号を遮断する。双方向カプラ１６は、送信回路１０に設けられた信号伝送路Ｌ（Ｉ／Ｑ変調器１２〜可変アッテネータ１９を接続する伝送路）と自己診断回路３０とを電気的に結合し、信号伝送路Ｌを伝播する信号の一部を自己診断回路３０に向けて分岐する。

スイッチ１７は、双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌ上に設けられており、閉状態又は開状態になることによって信号伝送路Ｌを接続状態又は遮断状態にする。パワーアンプ１８は、プリアンプ１３から出力されてローパスフィルタ１４〜スイッチ１７を順に介した信号を増幅する。尚、スイッチ１７とパワーアンプ１８との間に設けられたスイッチ１８ａは、スイッチ１７とパワーアンプ１８の入力端とを接続するか、或いはスイッチ１７とパワーアンプ１８の出力端とを接続するかを切り替えるスイッチである。

可変アッテネータ１９は、送信回路１０の出力段に設けられた減衰量が可変なアッテネータである。この可変アッテネータ１９は、送信回路１０からパワーデバイダＰＤに出力される送信信号の信号レベルの調整や、パワーデバイダＰＤで分配されて送信回路１０に入力される受信信号（アンテナＡＴで受信された受信信号）の遮断に用いられる。尚、Ｉ／Ｑ変調器１２、スイッチ１７、スイッチ１８ａ、及び可変アッテネータ１９は、自己診断回路３０に設けられるＣＰＵ３３によって制御される。

受信回路２０は、可変アッテネータ２１、低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）２２、及びＩ／Ｑ復調器２３を備えており、アンテナＡＴで受信されてパワーデバイダＰＤを介した無線信号の受信処理を行う。可変アッテネータ２１は、受信回路２０の入力段に設けられた減衰量が可変なアッテネータである。この可変アッテネータ２１は、パワーデバイダＰＤから受信回路２０に入力される受信信号の信号レベルの調整や、パワーデバイダＰＤで分配されて受信回路２０に入力される送信信号の遮断に用いられる。低雑音増幅回路２２は、可変アッテネータ２１で信号レベルの調整が行われた受信信号を増幅する。Ｉ／Ｑ復調器２３は、低雑音増幅回路２２で増幅された受信信号を復調する。尚、可変アッテネータ２１は、自己診断回路３０に設けられるＣＰＵ３３によって制御される。

自己診断回路３０は、検出部３１、切替スイッチ３２、及びＣＰＵ３３（診断部）を備えており、送信回路１０、パワーデバイダＰＤ、及びアンテナＡＴ等からなる高周波回路の異常の有無を診断する。ここで、自己診断回路３０は、高周波回路の前段部分である前段回路１０ａのみならず、高周波回路の後段部分である後段回路１０ｂの異常の有無の診断が可能である。上記の前段回路１０ａは、双方向カプラ１６から入力端Ｔ１側の回路（具体的には、高周波トランス１１〜アイソレータ１５からなる回路）をいう。これに対し、上記の後段回路１０ｂは、双方向カプラ１６から入出力端Ｔ２側の回路（具体的には、スイッチ１７〜可変アッテネータ１９に加えて、パワーデバイダＰＤ及びアンテナＡＴを含めた回路）をいう。

検出部３１は、前述した双方向カプラ１６と、信号伝送路Ｌを伝播する信号を検出する２つの検出素子３１ａ，３１ｂとを備える。検出素子３１ａは、入力端Ｔ１から入出力端Ｔ２に向かって信号伝送路Ｌを伝播する信号のうちの双方向カプラ１６で分岐された信号を検出する。これに対し、検出素子３１ｂは、入出力端Ｔ２から入力端Ｔ１に向かって信号伝送路Ｌを伝播する信号のうちの双方向カプラ１６で分岐された信号を検出する。ここで、検出素子３１ｂで検出される信号は、例えば入力端Ｔ１から入出力端Ｔ２に向かって信号伝送路Ｌを伝播する信号が後段回路１０ｂで反射することによって得られる反射信号である。切替スイッチ３２は、検出部３１とＣＰＵ３３との間に設けられ、ＣＰＵ３３の制御の下で、ＣＰＵ３３に接続される検出素子３１ａ，１３ｂの切り替えを行う。

ＣＰＵ３３は、検出部３１の検出結果に応じて、Ｉ／Ｑ変調器１２や可変アッテネータ１９，２１を制御して送信信号や受信信号のレベル調整等を行う。また、ＣＰＵ３３は、切替スイッチ３２の切り替えを行い、検出部３１の検出結果を用いて前段回路１０ａ及び後段回路１０ｂの異常の有無を診断する。具体的に、ＣＰＵ３３は、検出部３１に設けられた検出素子３１ａの検出結果を用いて前段回路１０ａの異常の有無を診断し、検出素子３１ｂの検出結果を用いて後段回路１０ｂの異常の有無を診断する。

例えば、ＣＰＵ３３は、検出素子３１ａの検出結果から前段回路１０ａの透過特性（入力端Ｔ１側から入出力端Ｔ２側への透過特性）を求め、この透過特性に基づいて前段回路１０ａの異常の有無を診断する。また、ＣＰＵ３３は、検出素子３１ｂの検出結果から電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）を算出して後段回路１０ｂの反射特性（入力端Ｔ１側における反射特性）を求め、この反射特性に基づいて後段回路１０ｂの異常の有無を診断する。

また、ＣＰＵ３３は、前段回路１０ａ又は後段回路１０ｂに異常があると診断した場合には、その旨を示す無線信号である報知信号の発報を、アンテナＡＴを用いて行い、或いはアンテナＡＴを用いずに行う。例えば、前段回路１０ａの異常が診断されて後段回路１０ｂの異常が診断されなかった場合にはアンテナＡＴを用いて報知信号を発報し、逆に前段回路１０ａの異常が診断されずに後段回路１０ｂの異常が診断された場合にはアンテナＡＴを用いずに報知信号を発報する。

アンテナＡＴを用いて報知信号を発報する場合には、ＣＰＵ３３は、スイッチ１７を閉状態にして双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌを接続状態にする。これに対し、アンテナＡＴを用いずに報知信号を発報する場合には、ＣＰＵ３３は、スイッチ１７を開状態にして双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌを遮断状態にする。尚、詳細は以下で述べるが、アンテナＡＴを用いない場合には、双方向カプラ１６で実現されるマイクロストリップアンテナを用いて報知信号を発報する。

パワーデバイダＰＤは、送信回路１０、受信回路２０、及びアンテナＡＴが接続される３端子回路であり、送信回路１０からの送信信号をアンテナＡＴ及び受信回路２０に分配し、アンテナＡＴで受信された受信信号を受信回路２０及び送信回路１０に分配する。尚、アンテナＡＴは、入出力端Ｔ２、ケーブルＣＢ１、及び延長ケーブルＣＢ２を介してパワーデバイダＰＤに接続される。

上記の入出力端Ｔ２は、例えば送信回路１０、受信回路２０、自己診断回路３０、及びパワーデバイダＰＤが実装される基板（図示省略）に設けられて同軸ケーブルが接続される接続コネクタである。上記のケーブルＣＢ１は、一端が入出力端Ｔ２に接続され、他端が筐体Ｃ１に設けられたコネクタＣＮに接続された同軸ケーブルである。上記の延長ケーブルＣＢ２は、一端がコネクタＣＮに接続され、他端がアンテナＡＴに接続された同軸ケーブルである。尚、アンテナＡＴが筐体Ｃ１に取り付けられている場合には、延長ケーブルＣＢ２は省略される。

次に、双方向カプラ１６を含む検出部３１の詳細について説明する。図２は、本発明の第１実施形態における検出部３１の構成を示す平面図である。尚、図２においては、図１に示した構成に相当するものには同一の符号を付してある。図２に示す通り、検出部３１の一部をなす双方向カプラ１６は、パターンＰ１１、パターンＰ１２（第１パターン）、及びパターンＰ１３（第２パターン）からなり、アイソレータ１５と双方向カプラ１６とを接続する信号伝送路ＬをなすパターンＰ１とスイッチ１７との間に設けられている。尚、図２中のパターンＰ２は、スイッチ１７とスイッチ１８ａとの間の信号伝送路Ｌをなすパターンである。

パターンＰ１１は、パターンＰ１，Ｐ２よりも幅狭であって、パターンＰ１，Ｐ２が延びる方向に延びる直線状のパターンである、このパターンＰ１１は、一端がパターンＰ１の端部に接続され、他端がパターンＰ１２に接続される。パターンＰ１２は、一端部にパターンＰ１１が接続されるとともに他端部にスイッチ１７が接続された略矩形形状のパターンであり、スイッチ１７が閉状態である場合には信号伝送路Ｌとして機能する一方で、スイッチ１７が開状態である場合にはマイクロストリップアンテナとして機能する。

パターンＰ１３は、パターンＰ１，Ｐ２が延びる方向に対して交差する方向に、パターンＰ１２から所定の間隔をもって配置されたパターンである。ここで、パターンＰ１２，Ｐ１３の間隔は、少なくともパターンＰ１２，Ｐ１３が電磁的に結合してパターンＰ１２を介する信号（高周波信号）の一部がパターンＰ１３に伝播され得る距離に設定される。このパターンＰ１３の一端には検出素子３１ａが接続され、他端には検出素子３１ｂが接続されている。尚、図２中のパターンＰ２１は、検出素子３１ｂから切替スイッチ３２の一方の端子に延びるパターンであり、パターンＰ２２は、検出素子３１ａから切替スイッチ３２の他方の端子に延びるパターンである。

次に、上記構成における無線通信装置１の動作について説明する。無線通信装置１の動作は、アンテナＡＴから無線信号を送信しつつ自己診断を行う動作（送信時動作）と、アンテナＡＴで受信された無線信号の受信処理を行いつつ自己診断を行う動作（受信時動作）とに大別される。以下、これら送信時動作及び受信時動作について順に説明する。

〈送信時動作〉
送信時動作が開始されると、まずＣＰＵ３３の制御によって初期設定が行われる。具体的には、スイッチ１７が閉状態に設定されるとともに、スイッチ１７とパワーアンプ１８の入力端とが接続された状態にスイッチ１８ａが設定される。また、可変アッテネータ１９の減衰量が最小に設定される一方で、可変アッテネータ２１の減衰量が最大に設定される。更には、ＣＰＵ３３と検出素子３１ａとが接続された状態に切替スイッチ３２が設定される。

以上の初期設定が終了し、無線信号として送信されるべき信号が入力端Ｔ１に入力されると、高周波トランス１１で差動信号に変換された後にＩ／Ｑ変調器１２に入力される。これにより、互いに独立な同相搬送波及び直交位相搬送波の振幅及び位相の変調が行われ、Ｉ／Ｑ変調器１２からはＩ／Ｑ変調された信号が出力される。Ｉ／Ｑ変調器１２から出力された信号は、プリアンプ１３で増幅されてローパスフィルタ１４で高調波成分が抑制された後に、アイソレータ１５を介して双方向カプラ１６に入力する。

双方向カプラ１６に入力した信号のうち、双方向カプラ１６を通過した信号は、スイッチ１７，１８ａを順に介してパワーアンプ１８で増幅された後に可変アッテネータ１９に入力する。ここで、可変アッテネータ１９は減衰量が最小に設定されているため、可変アッテネータ１９に入力した信号は、殆ど減衰されることなく可変アッテネータ１９を通過してパワーデバイダＰＤに入力する。

パワーデバイダＰＤに入力した信号は、入出力端Ｔ２及び受信回路２０に分配される。入出力端Ｔ２に分配された信号は、ケーブルＣＢ１及び延長ケーブルＣＢ２を順に介してアンテナＡＴから無線信号として送信される。これに対し、受信回路２０に分配された信号は、可変アッテネータ２１の減衰量が最大に設定されているため、殆どが減衰されてしまう。

他方、双方向カプラ１６で分岐された信号は、図２に示すパターンＰ１２からパターンＰ１３に伝播し、自己診断回路３０に設けられた検出素子３１ａで検出される。検出素子３１ａの検出結果は、切替スイッチ３２を介してＣＰＵ３３に入力され、信号伝送路Ｌを伝播する信号の信号レベルが適当であるか否かの判断に用いられる。信号レベルが適当でないと判断された場合には、例えばＣＰＵ３３によって可変アッテネータ１９が制御されて信号レベルが調整される。

以上の動作が行われている間、ＣＰＵ３３は、適当なタイミングで切替スイッチ３２の切り替えを行う。そして、検出素子３１ａの検出結果に基づいて前段回路１０ａの異常の有無を診断し、検出素子３１ｂの検出結果に基づいて後段回路１０ｂの異常の有無を診断する。例えば、ＣＰＵ３３は、検出素子３１ａの検出結果が予め規定された下限閾値を下回った場合に前段回路１０ａに異常が生じたと判断し、検出素子３１ｂの検出結果が予め規定された上限閾値を上回った場合に後段回路１０ｂに異常が生じたと判断する。

前段回路１０ａの異常が生じたと判断した場合には、ＣＰＵ３３は、例えばスイッチ１７によって双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌが接続状態にされている状態にし、信号伝送路Ｌに対して双方向カプラ１６の近辺から報知信号を入力することによって、アンテナＡＴを用いて報知信号の発報を行わせる。これに対し、後段回路１０ｂの異常が生じたと判断した場合には、ＣＰＵ３３は、例えばスイッチ１７を開状態にして双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌを遮断状態にし、入力端Ｔ１から報知信号を入力することによって、マイクロストリップアンテナとして機能する双方向カプラ１６のパターンＰ１２を用いて報知信号の発報を行わせる。

〈受信時動作〉
受信時動作が開始されると、まずＣＰＵ３３の制御によって初期設定が行われる。具体的には、スイッチ１７が閉状態に設定されるとともに、スイッチ１７とパワーアンプ１８の出力端とが接続された状態にスイッチ１８ａが設定される。また、可変アッテネータ１９，２１の双方の減衰量が最小に設定され、ＣＰＵ３３と検出素子３１ｂとが接続された状態に切替スイッチ３２が設定される。

以上の初期設定が終了し、外部から送信されてきた無線信号がアンテナＡＴで受信されると受信信号が出力される。アンテナＡＴから出力された受信信号は、延長ケーブルＣＢ２、ケーブルＣＢ１、及び入出力端Ｔ２を順に介した後にパワーデバイダＰＤに入力する。パワーデバイダＰＤに入力した信号は、受信回路２０及び送信回路１０に分配される。

受信回路２０に分配された信号は、可変アッテネータ２１に入力する。ここで、可変アッテネータ２１は減衰量が最小に設定されているため、可変アッテネータ２１に入力した受信信号は、殆ど減衰されることなく可変アッテネータ２１を通過する。可変アッテネータ２１を通過した受信信号は、低雑音増幅回路２２で増幅された後にＩ／Ｑ復調器２３で復調される。

他方、送信回路２０に分配された信号は、可変アッテネータ１９に入力する。ここで、可変アッテネータ１９は、可変アッテネータ２１と同様に減衰量が最小に設定されているため、可変アッテネータ１９に入力した受信信号は、殆ど減衰されることなく可変アッテネータ１９を通過する。可変アッテネータ１９を通過した受信信号は、パワーアンプ１８を迂回してスイッチ１８ａ及びスイッチ１７を順に介して双方向カプラ１６に入力する。

双方向カプラ１６に入力した信号のうち、双方向カプラ１６を通過した信号は、アイソレータ１５によって遮断される。他方、双方向カプラ１６で分岐された信号は、図２に示すパターンＰ１２からパターンＰ１３に伝播し、自己診断回路３０に設けられた検出素子３１ｂで検出される。検出素子３１ｂの検出結果は、切替スイッチ３２を介してＣＰＵ３３に入力され、受信信号の信号レベルが適当であるか否かの判断、及び後段回路１０ｂの異常の有無の診断に用いられる。例えば、ＣＰＵ３３は、検出素子３１ｂの検出結果が予め規定された上限閾値を上回った場合に後段回路１０ｂに異常が生じたと判断する。

後段回路１０ｂの異常が生じたと判断した場合には、ＣＰＵ３３は、例えばスイッチ１７を開状態にして双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌを遮断状態にする。そして、入力端Ｔ１から報知信号を入力することによって、マイクロストリップアンテナとして機能する双方向カプラ１６のパターンＰ１２を用いて報知信号の発報を行わせる。

以上の通り、本実施形態では、入力端Ｔ１から入出力端Ｔ２に向かって信号伝送路Ｌを伝播する信号を検出素子３１ａで検出するとともに、入出力端Ｔ２から入力端Ｔ１に向かって信号伝送路Ｌを伝播する信号を検出素子３１ｂで検出している。そして、ＣＰＵ３３が、検出素子３１ａの検出結果に応じて前段回路１０ａの異常の有無を診断するとともに、検出素子３１ｂの検出結果に応じて後段回路１０ｂの異常の有無を診断するようにしている。このため、前段回路１０ａのみならず後段回路１０ｂの異常を診断することができる。

また、本実施形態では、スイッチ１７が閉状態である場合には信号伝送路Ｌとして機能する一方で、スイッチ１７が開状態である場合にはマイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２を双方向カプラ１６の一部として形成している。そして、報知信号の発報を、アンテナＡＴを用いて行い、或いはアンテナＡＴを用いずにマイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２を用いて行うようにしている。このため、無線通信装置１が離間して配置されていたとしても、報知信号の発報によって異常の発生を容易に知ることができる。また、例えアンテナＡＴに障害が生じた場合であっても、マイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２を用いた報知信号の発報が行われるため、異常の発生を知ることができる。

また、本実施形態では、無線通信装置１で何らかの異常が生じた場合に、前段回路１０ａの異常であるのか、又は後段回路１０ｂの異常であるのかを切り分けることができる。このため、異常原因の特定が容易であり、修理等に要する時間やコストを削減することができる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態による自己診断回路を備える無線通信装置の要部構成を示すブロック図である。尚、図３においては、図１に示すブロックと同じブロックについては同一の符号を付してある。図３に示す通り、本実施形態の無線通信装置２は、受信回路２０に検出素子２４（検出回路）を設け、この検出素子２４の検出結果を用いて受信回路２０と、パワーデバイダＰＤ及びアンテナＡＴを含めた回路（第１実施形態における後段回路１０ｂの一部）とからなる回路（高周波回路）の異常の有無を検出するものである。

検出素子２４は、検出部３１に設けられる検出素子３１ａ，３１ｂと同様の検出素子であり、受信回路２０に入力した信号を検出する。尚、図３では、検出素子２４が可変アッテネータ２１と低雑音増幅回路２２との間に接続されている例を図示しているが、検出素子２４は、Ｉ／Ｑ復調器２３と低雑音増幅回路２２との間に接続されていても、パワーデバイダＰＤと可変アッテネータ２１との間に接続されていても良い。尚、図３に示す通り、本実施形態では、送信回路１０のスイッチ１８ａが省略されている。

次に、上記構成における無線通信装置２の動作について説明する。無線通信装置２の動作は、第１実施形態で説明した無線通信装置１と同様に、送信時動作と受信時動作とに大別されるが、無線通信装置２の送信時動作は無線通信装置１の送信時動作と同様である。このため、以下では無線通信装置２の受信時動作について説明する。

〈受信時動作〉
受信時動作が開始されると、まずＣＰＵ３３の制御によって初期設定が行われる。具体的には、第１実施形態と同様にスイッチ１７が閉状態に設定されるが、可変アッテネータ１９の減衰量が最大に設定される一方で、可変アッテネータ２１の減衰量が最小に設定される。尚、検出部３１の検出素子３１ａ，３１ｂは用いられないため、切替スイッチ３２の設定は、ＣＰＵ３３と検出素子３１ａとが接続された状態、ＣＰＵ３３と検出素子３１ｂとが接続された状態の何れであっても良い。

以上の初期設定が終了し、外部から送信されてきた無線信号がアンテナＡＴで受信されると受信信号が出力される。アンテナＡＴから出力された受信信号は、延長ケーブルＣＢ２、ケーブルＣＢ１、及び入出力端Ｔ２を順に介した後にパワーデバイダＰＤに入力する。パワーデバイダＰＤに入力した信号は、受信回路２０及び送信回路１０に分配される。

送信回路１０に分配された信号は、可変アッテネータ１９の減衰量が最大に設定されているため、殆どが減衰されてしまう。これに対し、受信回路２０に分配された信号は、可変アッテネータ２１に入力する。ここで、可変アッテネータ２１は減衰量が最小に設定されているため、可変アッテネータ２１に入力した受信信号は、殆ど減衰されることなく可変アッテネータ２１を通過する。可変アッテネータ２１を通過した受信信号は、低雑音増幅回路２２で増幅された後にＩ／Ｑ復調器２３で復調される。

また、可変アッテネータ２１を通過した受信信号は検出素子２４で検出される。検出素子２４の検出結果は、ＣＰＵ３３に入力され、受信信号の信号レベルが適当であるか否かの判断、及び後段回路１０ｂの異常の有無の診断に用いられる。例えば、ＣＰＵ３３は、検出素子２４の検出結果が予め規定された上限閾値を上回った場合に後段回路１０ｂに異常が生じたと判断する。

後段回路１０ｂの異常が生じたと判断した場合には、ＣＰＵ３３は、第１実施形態と同様に、例えばスイッチ１７を開状態にして双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌを遮断状態にする。そして、入力端Ｔ１から報知信号を入力することによって、マイクロストリップアンテナとして機能する双方向カプラ１６のパターンＰ１２を用いて報知信号の発報を行わせる。

以上の通り、本実施形態では、アンテナＡＴから出力されてパワーデバイダＰＤを介して受信回路２０に入力される受信信号を検出素子２４で検出している。そして、ＣＰＵ３３が、検出素子２４の検出結果に応じてアンテナＡＴ、パワーデバイダＰＤ、及び受信回路２０等からなる高周波回路の異常の有無を診断するようにしている。このため、前段回路１０ａのみならず後段回路１０ｂの一部（アンテナＡＴ及びパワーデバイダＰＤ等からなる回路）の異常を診断することができる。

また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、無線通信装置２が離間して配置されていたとしても、報知信号の発報によって異常の発生を容易に知ることができ、例えアンテナＡＴに障害が生じた場合であっても、マイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２を用いることにより報知信号の発報を行うことができる。更に、本実施形態においても、異常原因の特定が容易であり、修理等に要する時間やコストを削減することができる。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態における検出部３１の構成を示す平面図である。尚、図４においては、図２に示す構成と同じ構成については同一の符号を付してある。また、無線通信装置の全体構成は、図１又は図３に示す無線通信装置１，２の全体構成と同様の構成である。図４に示す通り、本実施形態における検出部３１は、ＣＲＬＨ（Composite Right-and-Left-Handed）線路Ｐ１４（第３パターン）を設け、双方向カプラ１６をなすパターンＰ１２，Ｐ１３間の電磁的結合を動的に変化させて、マイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２からの報知信号の放射効率を高めるものである。

ＣＲＬＨ線路Ｐ１４は、パターンＰ１３が形成された基板（例えば、多層基板）の内層又は外層に、平面視でパターンＰ１３と重なる状態で形成された矩形形状のパターンである。このＣＲＬＨ線路Ｐ１４は、メタマテリアル（高周波信号に対して自然界の物質には無い振る舞いをする人工物質）の機能を実現するための線路であり、ＣＰＵ３３によって制御されることにより、パターンＰ１３が形成された基板の比誘電率を変化させて、双方向カプラ１６をなすパターンＰ１２，Ｐ１３間の電磁的結合を動的に変化させることができる。

上記構成において、双方向カプラ１６のパターンＰ１２をマイクロストリップアンテナとして機能させる場合に、ＣＰＵ３３は、スイッチ１７を開状態にして双方向カプラ１６とパワーアンプ１８との間の信号伝送路Ｌを遮断状態にするとともにＣＲＬＨ線路Ｐ１４を制御する。すると、パターンＰ１３が形成された基板の比誘電率が変化して双方向カプラ１６をなすパターンＰ１２，Ｐ１３間の電磁的結合が弱まる。これにより、マイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２が高インピーダンス状態に維持されるため、パターンＰ１２から報知信号を効率的に放射することができる。

以上の通り、本実施形態では、検出部３１にＣＲＬＨ線路Ｐ１４を設け、双方向カプラ１６をなすパターンＰ１２，Ｐ１３間の電磁的結合を動的に変化させているため、マイクロストリップアンテナとして機能するパターンＰ１２からの報知信号の放射効率を高めることができる。尚、本実施形態における無線通信装置の全体構成は、図１又は図３に示す無線通信装置１，２の全体構成と同様の構成である。このため、第１，第２実施形態と同様に、前段回路１０ａのみならず後段回路１０ｂ（或いは、後段回路１０ｂの一部）の異常を診断することができ、異常の発生を容易に知ることができ、更には修理等に要する時間やコストを削減することができる。

尚、双方向カプラ１６は、ワンチップ化された単体のチップとして、或いはモジュール化された単体のモジュールとして実現することができる。また、双方向カプラ１６と検出素子３１ａ，３１ｂとをワンチップ化又はモジュール化しても良く、双方向カプラ１６及び検出素子３１ａ，３１ｂに加えてスイッチ１７をワンチップ化又はモジュール化しても良い。更には、これらの素子以外に、送信回路１０、受信回路２０、自己診断回路３０、及びパワーデバイダＰＤを含む回路をワンチップ化又はモジュール化しても良い。

以上、本発明の実施形態による自己診断回路について説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、無線フィールド機器に設けられた無線通信装置１の異常の有無を診断する自己診断回路を例に挙げて説明したが、本発明の自己診断回路は、無線通信が可能な様々な無線通信装置の異常の有無を診断することが可能である。

１０ａ 前段回路
１０ｂ 後段回路
１７ スイッチ
２４ 検出素子
３０ 自己診断回路
３１ 検出部
３１ａ，３１ｂ 検出素子
３３ ＣＰＵ
ＡＴ アンテナ
Ｌ 信号伝送路
Ｐ１２〜Ｐ１４ パターン
Ｔ１ 入力端

Claims (7)

1. 高周波信号の入力部と出力部との間の信号伝送路に結合され、該信号伝送路を伝播する信号を用いて高周波回路の診断を行う自己診断回路において、
   前記信号伝送路上に形成された第１パターンと、該第１パターンと電磁的に結合する第２パターンと、前記第１パターンから前記第２パターンに伝播した高周波信号を検出する検出素子とを有し、前記出力部から前記入力部に向かって前記信号伝送路を伝播する高周波信号を検出する検出部と、
   前記第１パターンの前記出力部側における端部と前記信号伝送路との間を接続状態又は遮断状態にするスイッチと、
   前記検出部の検出結果に応じて、前記信号伝送路に対する前記自己診断回路の結合部と前記出力部との間に配置された前記高周波回路の後段部分の異常の有無を診断する診断部と
   を備えており、
   前記診断部は、前記高周波回路の後段部分の異常を診断した場合には、前記スイッチを制御して前記第１パターンの前記出力部側における端部と前記信号伝送路との間を遮断状態にして、前記第１パターンを、前記信号伝送路を伝播する高周波信号を放射するアンテナとして機能させる
   ことを特徴とする自己診断回路。
2. 前記診断部は、前記検出部の検出結果を用いて前記高周波回路の後段部分における前記入力部から伝播した高周波信号の反射特性を求め、該反射特性に基づいて前記高周波回路の後段部分の異常の有無を診断することを特徴とする請求項１記載の自己診断回路。
3. 前記検出部は、前記第１パターンに対する前記第２パターンの電磁的な結合力を変化させ得る第３パターンを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自己診断回路。
4. 前記診断部は、前記高周波回路の後段部分の異常を診断した場合には、前記第３パターンを用いて前記第１パターンに対する前記第２パターンの電磁的な結合力を弱めることを特徴とする請求項３記載の自己診断回路。
5. 前記検出部は、前記入力部から前記出力部に向かって前記信号伝送路を伝播する高周波信号の検出も可能であり、
   前記診断部は、前記検出部の検出結果を用いて前記信号伝送路に対する前記自己診断回路の結合部と前記入力部との間に配置された前記高周波回路の前段部分の透過特性を求め、該透過特性に基づいて前記高周波回路の前段部分の異常の有無を診断することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の自己診断回路。
6. 前記出力部は、高周波信号の出力に加えて高周波信号の入力が可能な入出力部であり、
   前記入出力部から入力されて前記高周波回路の後段部分の少なくとも一部を伝播した高周波信号を検出する検出回路を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の自己診断回路。
7. 少なくとも前記検出部は、ワンチップ化又はモジュール化されていることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の自己診断回路。

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