JP5871647B2 - Decoupling circuit - Google Patents
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Description
この発明は、無線通信装置等に搭載される複数のアンテナに接続される減結合回路に関し、特に、2本のアンテナ間の結合を低減する減結合回路に関するものである。 The present invention relates to a decoupling circuit connected to a plurality of antennas mounted on a wireless communication device or the like, and more particularly to a decoupling circuit that reduces coupling between two antennas.
近年、無線通信システムの高速化/高品質化に伴って、ダイバーシチやMIMO(Multiple Input Multiple Output)を適用するために、送受信に複数のアンテナを用いるマルチアンテナ技術への要求が高まっている。ダイバーシチやMIMOが効果を発揮するためには、複数のアンテナ間の結合をできる限り小さくし、アンテナ相関を低くする必要がある。 In recent years, with the increase in speed and quality of wireless communication systems, there is an increasing demand for multi-antenna technology that uses a plurality of antennas for transmission and reception in order to apply diversity and MIMO (Multiple Input Multiple Output). In order for diversity and MIMO to be effective, it is necessary to reduce the coupling between a plurality of antennas as much as possible and to lower the antenna correlation.
しかし、一般に、小型の通信端末等の小さい領域に複数のアンテナを搭載する場合には、アンテナ間の距離を十分に確保できないため、アンテナ間結合が強くなり通信性能が劣化する。この問題に対して、アンテナに減結合回路を接続し、アンテナを介した結合を回路を介した結合で打ち消す方法が知られている。 However, in general, when a plurality of antennas are mounted in a small area such as a small communication terminal, a sufficient distance between the antennas cannot be secured, so that coupling between antennas becomes strong and communication performance deteriorates. In order to solve this problem, a method is known in which a decoupling circuit is connected to the antenna, and the coupling via the antenna is canceled by coupling via the circuit.
例えば、減結合回路を2つの伝送線路と線路間を接続するリアクタンス素子で構成することにより、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであっても(どのような形状のアンテナに対しても)、アンテナ間の相互結合を低減できることが知られている(例えば下記非特許文献1参照)。また、減結合回路を10個の集中定数素子により構成することで、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであっても、アンテナ間の相互結合を低減できることが知られている(例えば下記非特許文献2参照)。更に、2本のアンテナの形状を工夫し、アンテナ間を接続回路(リアクタンス回路)で接続することで、アンテナ間結合を低減する方法がある(例えば下記特許文献1参照)。 For example, by configuring a decoupling circuit with two transmission lines and reactance elements that connect the lines, no matter what the amplitude or phase of the coupling between antennas (for any shape antenna), It is known that mutual coupling between antennas can be reduced (see, for example, Non-Patent Document 1 below). Further, it is known that the decoupling circuit is composed of ten lumped constant elements, so that the mutual coupling between antennas can be reduced regardless of the amplitude and phase of coupling between antennas (for example, the following non-patent documents). Reference 2). Further, there is a method of reducing the coupling between antennas by devising the shape of two antennas and connecting the antennas with a connection circuit (reactance circuit) (see, for example, Patent Document 1 below).
しかし、非特許文献1の減結合回路では、伝送線路長をアンテナ間結合に応じて決定する必要があり、最大で伝送線路の長さが電気長で半波長必要となるので、回路が大型になるという課題があった。また、非特許文献2の減結合回路は、集中定数素子が10個必要であり、かつ線路の交差構造が必要なため、回路が複雑になるという課題があった。更に、特許文献1の構造は、限定されたアンテナ形状に対してのみ結合を低減でき、アンテナ形状が変化した場合にアンテナ間に接続回路を設置しただけでは結合を低減できないという課題があった。
However, in the decoupling circuit of Non-Patent Document 1, it is necessary to determine the transmission line length according to the coupling between the antennas, and the maximum length of the transmission line is an electrical length and a half wavelength is required. There was a problem of becoming. Further, the decoupling circuit of Non-Patent
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is to obtain a small and simple decoupling circuit capable of reducing coupling between antennas regardless of the amplitude and phase of coupling between antennas. Objective.
この発明は、第1の入出力端子に一端が接続された第1のサセプタンス回路と、第2の入出力端子に一端が接続された第2のサセプタンス回路と、前記第1のサセプタンス回路の他端と前記第2のサセプタンス回路の他端の間に接続された第3のサセプタンス回路と、前記第1のサセプタンス回路の他端と前記第3のサセプタンス回路との接続点と第3の入出力端子との間に接続された第1の整合回路と、前記第2のサセプタンス回路の他端と前記第3のサセプタンス回路との接続点と第4の入出力端子との間に接続された第2の整合回路と、を備え、前記第1の入出力端子に接続された第1のアンテナと前記第2の入出力端子に接続された第2のアンテナとの結合量を低減させ、前記第1および第2の入出力端子において前記第1および第2のアンテナ側を見た、前記第1の入出力端子と前記第2の入出力端子の結合をS a21 =αe jφ 、αをアンテナ間結合の振幅、φをアンテナ間結合の位相、Y 0 を規格化アドミタンスとすると、前記第1および第2のサセプタンス回路のサセプタンスを、
この発明では、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a small and simple decoupling circuit capable of reducing coupling between antennas regardless of the amplitude and phase of coupling between antennas.
以下、この発明による減結合回路を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a decoupling circuit according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る減結合回路を示す図である。図2は図1の整合回路201、202の構成例を示す。
Embodiment 1 FIG.
1 is a diagram showing a decoupling circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 shows a configuration example of the
図1において減結合回路には、入出力端子1〜4と、サセプタンス素子101〜103と、接続部11、12と、整合回路201、202とが設けられている。また、減結合回路の入出力端子1には第1のアンテナ51が接続され、入出力端子2には第2のアンテナ52が接続される。
In FIG. 1, the decoupling circuit is provided with input / output terminals 1 to 4,
入出力端子1の第1のアンテナ51と反対側にサセプタンス素子101の一端が接続され、入出力端子2の第2のアンテナ52の反対側にサセプタンス素子102の一端が接続される。また、接続部11に、サセプタンス素子101の他端と、整合回路201の一端と、サセプタンス素子103の一端とが接続される。接続部12に、サセプタンス素子102の他端と、整合回路202の一端と、サセプタンス素子103の他端とが接続される。更に、整合回路201の他端は入出力端子3と接続され、整合回路202の他端は入出力端子4と接続される。
One end of the
本減結合回路の動作について説明する。入出力端子1から第1のアンテナ51に高周波信号を入力した場合の入出力端子1で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|Sa11|を0(無反射)とする。入出力端子2から第2のアンテナ52に高周波信号を入力した場合の入出力端子2で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|Sa22|を0(無反射)とする。また、入出力端子1から第1のアンテナ51に高周波信号を入力した場合の入出力端子2へのアンテナを介した結合(すなわち第1および第2の入出力端子1,2において第1および第2のアンテナ51,52側を見た、第1の入出力端子1と第2の入出力端子2の結合)をSa21=αejφとする。すなわち、αがアンテナ間結合の振幅を表し、φがアンテナ間結合の位相を表す。また、規格化アドミタンスをY0とする。
The operation of this decoupling circuit will be described. The magnitude of the high-frequency signal reflected at the input / output terminal 1 when the high-frequency signal is input from the input / output terminal 1 to the
このとき、サセプタンス素子101、102のサセプタンスB1を、
At this time, the susceptance B 1 of the
とし、サセプタンス素子103のサセプタンスB2を、
And the susceptance B 2 of the
とする。 And
式(1)と式(2)に従ってサセプタンス素子101,102,103のサセプタンスB1,B2、を設定すれば、図1の減結合回路の参照面Aから上側を見たSパラメータにおいて、結合の大きさを0とすることができる。
しかしながら、上記参照面Aから上側を見たSパラメータの反射振幅は0にはならない。そこで、整合回路201と整合回路202によりインピーダンス整合を取る。参照面Aから上側を見たSパラメータの結合量は0なので、整合回路201と整合回路202はそれぞれ独立に調整し整合を取ることが可能である。
If the susceptances B 1 and B 2 of the susceptance elements 101, 102, and 103 are set according to the equations (1) and (2), the coupling is performed in the S parameter as viewed from the reference plane A of the decoupling circuit in FIG. Can be zero.
However, the reflection amplitude of the S parameter as viewed from above the reference plane A does not become zero. Therefore, impedance matching is performed by the
以上により、入出力端子3から減結合回路に高周波信号を入力した場合の入出力端子3から入出力端子4へ伝送される高周波信号の大きさ、すなわち結合量|S43|を低減でき、アンテナ間結合を低減することができる。また、入出力端子3から減結合回路に高周波信号を入力した場合の入出力端子3で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|S33|を低減できる。更に、入出力端子4から減結合回路に高周波信号を入力した場合の入出力端子4で反射される高周波信号の大きさ、すなわち反射振幅|S44|を低減できる。
As described above, the magnitude of the high-frequency signal transmitted from the input /
図2は、整合回路201、202の構成例である。(a)は集中定数素子211、212、213より構成されたΠ型回路、(b)は集中定数素子214、215、216より構成されたT型回路である。集中定数素子211〜216は、キャパシタまたはインダクタまたはジャンパー(0Ω)である。整合回路201、202をΠ型回路またはT型回路とすれば、いかなる反射振幅・位相も整合を取ることができる。なお、集中定数素子211、213、214は設置しないでオープンとする場合もありうる。
FIG. 2 is a configuration example of the
例えば、周波数を900MHzとし、入出力端子1から第1のアンテナ51に高周波信号を入力した場合の入出力端子2へのアンテナを介した結合Sa21の振幅αを−6dB、位相φを−150度とする。また、|Sa11|=|Sa22|=0とする。このとき、上記式(1)よりサセプタンス素子101,102のサセプタンスB1を求めるとB1=0.035[S](6.13pF)となり、式(2)よりサセプタンス素子103のサセプタンスB2を求めるとB2=0.012[S](2.13pF)となる。このようにサセプタンス素子101,102,103のサセプタンスB1,B2、を設定すれば、参照面Aから上側を見たSパラメータの結合量を0とすることができる。
For example, when the frequency is 900 MHz and a high frequency signal is input from the input / output terminal 1 to the
更に、整合回路201,202をそれぞれ図2の(a)のΠ型回路として、集中定数素子211,212,213をそれぞれ18nH、8.2nH、集中定数素子無し(オープン)とする。このようにすれば、反射振幅|S33|と|S44|が−20dBとなり整合を取ることができる。結合量|S43|は0となる。
Further, the matching
なお、図1ではサセプタンス素子101〜103をそれぞれ1素子としているが、各サセプタンス素子のサセプタンスを複数の集中定数素子で構成してサセプタンス回路としてもよい。
In FIG. 1, each of the
また、第1の整合回路201、第2の整合回路202はΠ型回路とT型回路に限定するものではなく、種々の構成の整合回路が適用可能である。
Further, the
サセプタンス素子101〜103のサセプタンスは式(1)、式(2)と全く同じである必要はなく、ほぼ等しければアンテナ間結合を低減することができる。
The susceptance of the
以上のように、減結合回路をサセプタンス素子101〜103と整合回路201、202で構成することにより、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路が得られるという効果を有する。
As described above, the decoupling circuit is composed of the
実施の形態2.
本実施の形態2では、実施の形態1に係る減結合回路の入出力端子1とサセプタンス素子101の間、および入出力端子2とサセプタンス素子102の間に整合回路と伝送線路をそれぞれに設置した場合の上記実施の形態1の効果を明らかにする。
In the second embodiment, a matching circuit and a transmission line are respectively installed between the input / output terminal 1 and the
図3はこの発明の実施の形態2に係る減結合回路を示す図である。また、図4は整合回路201〜204をΠ型回路で構成した場合の実施の形態2に係る減結合回路を示す図である。
FIG. 3 shows a decoupling circuit according to
図3において、実施の形態2に係る減結合回路では、実施の形態1に係る減結合回路の入出力端子1とサセプタンス素子101の間に整合回路203と伝送線路151が直列接続設置され、また入出力端子2とサセプタンス素子102の間に整合回路204と伝送線路152が直列接続設置されている。
3, in the decoupling circuit according to the second embodiment, a
入出力端子1の第1のアンテナ51と反対側に整合回路203の一端が接続され、入出力端子2の第2のアンテナ52の反対側に整合回路204の一端が接続される。また、整合回路203の他端は伝送線路151の一端と接続され、整合回路204の他端は伝送線路152の一端と接続される。更に、伝送線路151の他端はサセプタンス素子101の一端と接続され、伝送線路152の他端はサセプタンス素子102の一端と接続される。
One end of the
実施の形態1に係る減結合回路では、アンテナの反射振幅|Sa11|、|Sa22|が十分小さい必要があるが、アンテナ形状によっては整合が取れていない場合がある。このように|Sa11|、|Sa22|が十分小さくない場合に、整合回路203を第1のアンテナ51に接続し、整合回路204を第2のアンテナ52に接続することにより、整合を取ることができる。
In the decoupling circuit according to the first embodiment, the reflection amplitudes | S a11 | and | S a22 | of the antenna need to be sufficiently small, but may not be matched depending on the antenna shape. Thus, when | S a11 | and | S a22 | are not sufficiently small, matching is achieved by connecting
また、通常、アンテナ間結合を低減するため、あるいはレイアウトの都合により第1のアンテナ51と第2のアンテナ52はある間隔を空けて配置される。第1のアンテナ51と第2のアンテナ52の設置位置に応じて伝送線路151と伝送線路152の長さを決めれば、第1のアンテナ51と第2のアンテナ52の間にサセプタンス素子101〜103を設置することができ、アンテナ間結合を減結合回路により低減することができる。
In general, the
整合回路203、204としては、例えば、図2に示したΠ型回路とT型回路が考えられるが、これに限定するものではなく、種々の構成の整合回路が考えられる。図4は、整合回路201〜204をすべてΠ型回路で構成した場合の実施の形態2に係る減結合回路を示す図である。図4において、221〜232は集中定数素子である。
As the matching
図3の減結合回路の参照面Bから上側を見たSパラメータにおいて結合の振幅をα、位相をφ、規格化アドミタンスをY0として、サセプタンス素子101、102のサセプタンスB1を上記式(1)、サセプタンス素子103のサセプタンスB2を上記式(2)により求めそれぞれサセプタンスB1,B2を設定すれば、アンテナ間結合を低減することができる。
In the S parameter as viewed from the reference plane B of the decoupling circuit of FIG. 3, the coupling amplitude is α, the phase is φ, the normalized admittance is Y 0 , and the susceptance B 1 of the
以上のように、減結合回路をサセプタンス素子101〜103と整合回路201、202で構成し、更に、入出力端子1とサセプタンス素子101の間に整合回路203と伝送線路151を設置し、入出力端子2とサセプタンス素子102の間に整合回路204と伝送線路152を設置することで、アンテナ間結合の振幅・位相がいくつであってもアンテナ間の結合を低減できる小型で簡易な減結合回路が得られるという効果を有する。
As described above, the decoupling circuit is configured by the
1〜4 入出力端子、11、12 接続部、51 第1のアンテナ、52 第2のアンテナ、101〜103 サセプタンス素子、151、152 伝送線路、201〜204 整合回路、211〜216、221〜232 集中定数素子。 1-4 Input / output terminal, 11, 12 connection part, 51 1st antenna, 52 2nd antenna, 101-103 susceptance element, 151, 152 transmission line, 201-204 matching circuit, 211-216, 221-232 Lumped constant element.
Claims (4)
第2の入出力端子に一端が接続された第2のサセプタンス回路と、
前記第1のサセプタンス回路の他端と前記第2のサセプタンス回路の他端の間に接続された第3のサセプタンス回路と、
前記第1のサセプタンス回路の他端と前記第3のサセプタンス回路との接続点と第3の入出力端子との間に接続された第1の整合回路と、
前記第2のサセプタンス回路の他端と前記第3のサセプタンス回路との接続点と第4の入出力端子との間に接続された第2の整合回路と、
を備え、前記第1の入出力端子に接続された第1のアンテナと前記第2の入出力端子に接続された第2のアンテナとの結合量を低減させ、
前記第1および第2の入出力端子において前記第1および第2のアンテナ側を見た、前記第1の入出力端子と前記第2の入出力端子の結合をS a21 =αe jφ 、αをアンテナ間結合の振幅、φをアンテナ間結合の位相、Y 0 を規格化アドミタンスとすると、
前記第1および第2のサセプタンス回路のサセプタンスを、
ことを特徴とする減結合回路。 A first susceptance circuit having one end connected to the first input / output terminal;
A second susceptance circuit having one end connected to the second input / output terminal;
A third susceptance circuit connected between the other end of the first susceptance circuit and the other end of the second susceptance circuit;
A first matching circuit connected between a connection point between the other end of the first susceptance circuit and the third susceptance circuit and a third input / output terminal;
A second matching circuit connected between a connection point between the other end of the second susceptance circuit and the third susceptance circuit and a fourth input / output terminal;
Reducing the amount of coupling between the first antenna connected to the first input / output terminal and the second antenna connected to the second input / output terminal ,
When the first and second input / output terminals are viewed from the first and second antenna sides, the coupling between the first input / output terminal and the second input / output terminal is expressed as S a21 = αe jφ , α When the amplitude of coupling between antennas, φ is the phase of coupling between antennas, and Y 0 is normalized admittance,
The susceptance of the first and second susceptance circuits;
A decoupling circuit characterized by that.
第2の入出力端子に一端が接続された第2のサセプタンス回路と、
前記第1のサセプタンス回路の他端と前記第2のサセプタンス回路の他端の間に接続された第3のサセプタンス回路と、
前記第1のサセプタンス回路の他端と前記第3のサセプタンス回路との接続点と第3の入出力端子との間に接続された第1の整合回路と、
前記第2のサセプタンス回路の他端と前記第3のサセプタンス回路との接続点と第4の入出力端子との間に接続された第2の整合回路と、さらに
前記第1の入出力端子と前記第1のサセプタンス回路の間に接続された第3の整合回路と第1の伝送線路の直列回路と、
前記第2の入出力端子と前記第2のサセプタンス回路の間に接続された第4の整合回路と第2の伝送線路の直列回路と、
を備え、前記第1の入出力端子に接続された第1のアンテナと前記第2の入出力端子に接続された第2のアンテナとの結合量を低減させ、
前記第3の整合回路と第1の伝送線路の直列回路と前記第1のサセプタンス回路の接続部と、前記第4の整合回路と第2の伝送線路の直列回路と前記第2のサセプタンス回路の接続部において、前記第1および第2のアンテナ側を見た場合の結合をS a21 =αe jφ 、αをアンテナ間結合の振幅、φをアンテナ間結合の位相、Y 0 を規格化アドミタンスとすると、
前記第1および第2のサセプタンス回路のサセプタンスを、
ことを特徴とする減結合回路。 A first susceptance circuit having one end connected to the first input / output terminal;
A second susceptance circuit having one end connected to the second input / output terminal;
A third susceptance circuit connected between the other end of the first susceptance circuit and the other end of the second susceptance circuit;
A first matching circuit connected between a connection point between the other end of the first susceptance circuit and the third susceptance circuit and a third input / output terminal;
A second matching circuit connected between a connection point between the other end of the second susceptance circuit and the third susceptance circuit and a fourth input / output terminal; and the first input / output terminal; A series circuit of a third matching circuit and a first transmission line connected between the first susceptance circuit;
A series circuit of a fourth matching circuit and a second transmission line connected between the second input / output terminal and the second susceptance circuit;
Reducing the amount of coupling between the first antenna connected to the first input / output terminal and the second antenna connected to the second input / output terminal ,
A connection between the third matching circuit, the first transmission line series circuit and the first susceptance circuit, the fourth matching circuit, the second transmission line series circuit, and the second susceptance circuit. In the connection unit, when the first and second antennas are viewed, the coupling is S a21 = αe jφ , α is the amplitude of coupling between antennas, φ is the phase of coupling between antennas, and Y 0 is normalized admittance. ,
The susceptance of the first and second susceptance circuits;
A decoupling circuit characterized by that.
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