JPWO2011132348A1 - 移相器 - Google Patents

Abstract

０〜９０度移相器（１３）は、電圧可変電源（１６）と、トランジスタ（１７）と、９０度分配器（１８）と、利得可変増幅器（１９）（１９−１、１９−２）と、合成器（２０）と、を備える。９０度分配器（１８）は、入力信号に９０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して利得可変増幅器（１９）に出力する。利得可変増幅器（１９）（１９−１、１９−２）は、移相制御量に応じて振幅を変更した信号を合成器（２０）に出力する。合成器（２０）は、２つの利得可変増幅器（１９）から入力された信号を合成して出力する。９０度分配器（１８）のアイソレーションポートと接続したトランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、適宜変更することが出来る。

Description

本発明は移相器に関する。

近年の通信情報量の増大に伴い、大量の情報を高速に伝送できる高周波帯を利用した無線通信技術が注目を集めている。特に６０ＧＨｚ帯では無線機１台当たり２．５ＧＨｚの帯域までは免許を保有していなくても利用できるため、このような無線機を用いることによって１Ｇｂｐｓ以上の速度により通信が可能となる。

一般に高周波数帯では自由空間の伝搬損失が大きくなるため、通信距離を伸ばすために利得の高いアンテナが利用されている。利得の高いアンテナを用いる場合、放射パターンの半値幅が狭いためにアンテナのアラインメントが困難である。利得の高いアンテナを用いた通信において、無線信号の放射角を変化させながら通信を行い、最も受信電力の大きくなる放射角を探し出し、その放射角を用いることにより良好な通信が可能となる。アンテナのアライメントにずれが生じた場合、上述の処理を再度行うことにより自動的に最適な通信状態を継続できる。

図１５は、アンテナのアラインメントを自動的に行う無線通信装置を示す図である。無線通信装置６３は、放射角の方向を変化させつつ無線信号を送出する。一方の無線通信装置６４は、受信した無線信号のＳ／Ｎ（signal-noise ratio）を計測し、当該計測値を無線通信装置６３に送信する。無線通信装置６３は、通知された計測値を基に、Ｓ／Ｎが最大となる放射角を算出し、当該放射角により通信を行う。

無線通信装置の放射角を制御する方法として、アレイアンテナを用いる制御方法がある。アレイアンテナとは、複数のアンテナ素子をアレイ状に配置したアンテナである。アレイアンテナを用いた制御では、個々のアンテナ素子から送出される無線信号の位相を制御することにより放射角を制御する。ここで、無線信号の位相制御には移相器が利用される。

図１６は移相器の一般的な構成を示すブロック図である。当該移相器は、１８０度分配器６５と、０〜９０度移相器６６（６６−１及び６６−２）と、合成器６７と、を備える。０〜９０度移相器６６は、９０度分配器６９（６９−１及び６９−２）と、利得可変増幅器７０（７０−１〜７０−４）と、合成器７１と、抵抗器６８（６８−１及び６８−２）と、を備える。

９０度分配器６９は、４端子回路により構成されている。９０度分配器６９のアイソレーションポートは、抵抗器６８を介して設置される。抵抗器６８の抵抗値は、伝送線路の特性インピーダンスと同じ大きさであることが望ましく、一般的には５０Ωが接続される。

図１６に示す移相器に入力された信号は、１８０度分配器６５及び２つの９０度分配器６９によって０度、９０度、１８０度、２７０度の位相を持つ４つの無線信号に分配されて利得可変増幅器７０（７０−１〜７０−４）に入力される。利得可変増幅器７０−１〜７０−４は、入力された信号の振幅を変化させる。合成器７１（７１−１及び７１−２）は、利得可変増幅器７０から入力される２つの信号を合成し、合成した信号を合成器６７に出力する。同様に合成器６７は、合成器７１−１及び合成器７１−２から入力された信号を合成する。

ここで利得可変増幅器７０−１〜７０−４による振幅の変化率は、所望とする位相角度に応じて変化する。たとえば入力信号に対して９０度に近い位相を設定したい場合、９０度の位相を持つ信号が入力された利得可変増幅器７０は当該信号を増幅させ、他の利得可変増幅器７０は入力信号の振幅を減少させるように動作する。上述のような動作により、図１６に示す移相器の位相制御量は０度〜３６０度の範囲内において任意の角度に設定される。

ところが無線機の使用条件およびアンテナのアレイ数等によっては、必ずしも移相器の位相制御量を任意の角度に設定する必要はない。たとえば特許文献１には、９０度ステップ毎に位相が制御される場合に用いられる移相器が提案されている。しかしながら、当該移相器を利用する場合、直交変調器がアンテナ数と同数必要となる。このため、当該移相器によっては、個々の直交変調器にかかるＩＱミスマッチ補正を行うことが困難となる。このため、特許文献１に記載の移相器によりベースバンド信号帯で位相を制御するよりも、無線信号帯で位相を制御する方が、処理が容易となる。

国際公開第２００９／１０１９９３号

しかしながら、図１６に示した移相器により無線信号帯で位相を制御する場合、以下の問題がある。上述の０〜９０度移相器６６では、９０度分配器６９は、アイソレーションポートを介して抵抗器６８と接続する。そのため、０〜９０度移相器６６が０度または９０度の移相制御を行う場合、すなわち９０度分配器６９が一方の出力ポートからのみ出力信号を供給すればよい場合にも抵抗の影響を受ける。これにより、入力電力の一部が不要に消費され、損失となってしまう。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、９０度ステップの移相制御を行う場合に、損失の少ない移相器を提供することを主たる目的とする。

本発明にかかる移相器の一態様は、入力信号に対して０度から９０度の範囲で位相を付与する移相器であって、
入力信号に９０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して出力する９０度分配器と、
前記９０度分配器の０度側出力ポートと接続し、移相器の移相制御量に応じて振幅を変更した信号を出力する第１の利得可変増幅器と、
前記９０度分配器の９０度側出力ポートと接続し、前記移相制御量に応じて振幅を変更した信号を出力する第２の利得可変増幅器と、
前記第１の利得可変増幅器の出力信号と、前記第２の利得可変増幅器の出力信号と、を合成する合成器と、を備え、
前記９０度分配器は、アイソレーションポートのインピーダンスが可変である、ものである。

本発明によれば、９０度ステップの移相制御を行う場合に、損失の少ない移相器を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる無線通信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態にかかる送信機の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる移相器の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる移相制御量と、トランジスタと、利得可変増幅器の振幅率の関係を示す図である。 実施の形態１にかかる利得可変増幅器増幅率の比と、移相制御量と、の関係を示すグラフである。 実施の形態１にかかる移相器において、増幅率の異なる信号を合成することにより移相制御量を変更できることを示す概念図である。 実施の形態１にかかる移相器において、増幅率の異なる信号を合成することにより移相制御量を変更できることを示す概念図である。 実施の形態１にかかる移相器において、移相制御量が０度である場合における０〜９０度位相器の挿入損失を示すグラフである。 実施の形態１にかかる移相器において、移相制御量が９０度である場合における０〜９０度位相器の挿入損失を示すグラフである。 実施の形態２にかかる０〜９０度移相器の構成を示すブロック図である。 実施の形態３にかかる０〜９０度移相器の構成を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる移相器の構成を示すブロック図である。 実施の形態５にかかる移相器の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる０〜９０度移相器の構成を示すブロック図である。 アンテナのアラインメントを自動的に行う無線通信装置の構成を示す概念図である。 一般的な移相器の構成を示すブロック図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる移相器を備える無線通信装置の構成を示すブロック図である。無線通信装置は、送信ベースバンド信号生成ユニット１と、送信機２と、送信アンテナ３−１〜３−ｈ（ｈは自然数）と、制御部４と、ローカル信号発信回路５と、受信ベースバンド信号処理ユニット６と、受信機７と、受信アンテナ８−１〜８−ｋ（ｋは自然数）と、を備える。

送信ベースバンド信号ユニット１は、制御部４から入力される制御信号に基づいて、入力された送信データからベースバンド信号であるＩ（In-phase）信号及びＱ（Quadrature-phase）信号を生成し、送信機２へ出力する。

送信機２は、入力された２つのベースバンド信号であるＩ信号及びＱ信号をローカル信号発信回路５からのローカル信号に基づいて送信周波数までアップコンバートする。アップコンバートの際に、送信機２は、制御部４からの制御信号に基づいて送信信号の位相を制御する。その後、送信機２は、複数の送信アンテナ３−１〜３−ｈを介して位相制御がされた送信信号を送信する。

図２を用いて送信機２の詳細構成を説明する。送信機２は、ローカル信号増幅器９と、直交変調器１０と、移相器１１−１〜１１−ｈ（ｈは自然数）と、送信増幅器１２−１〜１２−ｈと、を備える。

ローカル信号増幅器９には、ローカル信号発信回路５からローカル信号が入力される。ローカル信号増幅器９は、入力されたローカル信号を適切な電力となるまで増幅する。ローカル信号増幅器９は、増幅した信号を直交変調器１０に出力する。

直交変調器１０には、ベースバンド信号であるＩ信号及びＱ信号が入力される。また、直交変調器１０にはローカル信号増幅器９から増幅したローカル信号が入力される。直交変調器１０は、ローカル信号に基づいてＩ信号及びＱ信号が無線周波数帯の信号となるように周波数変換を行う。直交変調器１０は、周波数変換を行った信号を送信アンテナの数（ｈ）に応じて分配して入力する。送信アンテナ３−１〜３−ｈに入力された信号は、送信対象に対して送信される。

次に、図１を用いて無線通信装置内の受信機能について説明する。受信機７は、受信アンテナ８−１〜８−ｋ（ｋは自然数）を介して受信した受信信号を、ローカル信号発信回路５から入力されたローカル信号に基づいてベースバンド信号の周波数と等しくなるまでダウンコンバートする。ダウンコンバートの際に、受信機７は、制御部４からの制御信号に基づいて受信信号の位相を制御する。その後、受信機７は生成したベースバンド信号であるＩ信号及びＱ信号を受信ベースバンド信号処理ユニット６へ出力する。

受信ベースバンド信号処理ユニット６は、制御部４から入力される制御信号に基づいてベースバンド信号であるＩ信号及びＱ信号から受信データを生成して出力する。また、受信ベースバンド信号処理ユニット６は算出した受信データを制御部４に出力する。制御部４は、入力された受信データを基に送信機２及び受信機７の最適移相量を算出する。制御部４は、算出した最適移相量を送信機２及び受信機７に対する制御信号として出力する。

なお、上述の説明において、無線通信装置は送信アンテナ３−１〜３−ｈと、受信アンテナ８−１〜８−ｋとを夫々備えるとして説明したが、これに限られない。たとえば、無線通信装置は送信アンテナ及び受信アンテナを共通とするアンテナを備え、当該アンテナに接続される送信機２と、受信機７と、を切り換える構成であってもよい。

また、上述の説明では、無線通信装置はＩ信号及びＱ信号の用いる場合について説明したが、これに限られない。例えば、無線通信装置は任意の中間周波数帯の信号を用いる構成であってもよい。

次に、本実施の形態にかかる移相器（１１−１〜１１−ｈ）について説明する。図３は、本実施の形態にかかる移相器の構成を示すブロック図である。当該移相器は、０度〜９０度移相器１３（１３−１及び１３−２）と、１８０度分配器１４と、合成器１５と、を備える。

０度〜９０度移相器１３は、電圧可変電源１６（１６−１、１６−２）と、トランジスタ１７（１７−１、１７−２）と、９０度分配器１８（１８−１、１８−２）と、利得可変増幅器１９と、合成器２０と、を備える。９０度分配器１８のアイソレーションポートはトランジスタ１７を介して接地される。９０度分配器１８は、例えば方向結合器、ブランチライン回路等の４端子回路により構成される。

１８０度分配器１４は、入力された信号を１８０度の位相差を持つ２つの信号に分配する。１８０度分配器１４は、分配した信号を９０度分配器１８−１及び１８−２に供給する。９０度分配器１８−１は入力された信号を９０度の位相差を持つ２つの信号に分配する。９０度分配器１８−１は、分配した信号を利得可変増幅器１９−１及び１９−２にそれぞれ供給する。同様に９０度分配器１８−２は入力された信号を９０度の位相差を持つ２つの信号に分配する。９０度分配器１８−２は、分配した信号を利得可変増幅器１９−３及び１９−４にそれぞれ供給する。

利得可変増幅器１９−１〜１９−４は、入力された信号の振幅を変化させる。ここで利得可変増幅器１９−１〜１９−４による振幅の変化率は、所望とする位相角度に応じて変化する。利得可変増幅器１９−１及び１９−２は、振幅を変化させた信号を合成器２０−１に入力する。利得可変増幅器１９−３及び１９−４は、振幅を変化させた信号を合成器２０−２に供給する。

合成器２０−１は、入力された２つの信号を合成する。合成器２０−１は合成した信号を合成器１５に出力する。同様に合成器２０−２は、入力された２つの信号を合成する。合成器２０−２は合成した信号を合成器１５に出力する。合成器１５は、入力された２つの信号を合成する。合成器１５は、合成した信号を所望の位相を持つ信号として出力する。

続いて、０〜９０度移相器１３の移相制御量が０度、９０度、０度〜９０度（０度、９０度を除く）の場合の０〜９０度移相器１３の動作について説明する。移相制御量が０度である場合、トランジスタ１７のソース・ドレイン間インピーダンスが最大となるように、制御部（図示せず）からの制御信号により電圧可変電源１６の出力電圧が設定される。また、利得可変増幅器１９−２の増幅率は最も高いレベルに設定される。

移相制御量が９０度である場合、トランジスタ１７のソース・ドレイン間インピーダンスが最小となるように、制御部（図示せず）からの制御信号により電圧可変電源１６の出力電圧が設定される。また、利得可変増幅器１９−１の増幅率は最も高いレベルに設定される。

次に移相制御量が０度及び９０度のいずれでもない場合について説明する。この場合、トランジスタ１７のソース・ドレイン間インピーダンスが伝送線路の特性インピーダンス、または系のインピーダンスに近づくように制御部（図示せず）からの制御信号によって電圧可変電源１６の出力電圧が設定される。利得可変増幅器１９−１及び利得可変増幅器１９−２の増幅率は、移相制御量に応じて適切な増幅率に設定される。

図４は、移相制御量と、トランジスタ１７−１及び１７−２のインピーダンスと、利得可変増幅器１９−１〜１９−４の関係を記載した表である。図３に示す移相器において、トランジスタ１７のソース・ドレイン間インピーダンスを最大に設定する場合は"最大"と記し、最小の場合は"最小"と記した。また図３に示す移相器において、利得可変増幅器１９の増幅率が最も低いレベルに設定する場合を"ＯＦＦ"で記し、その他の場合を"ＯＮ"で示した。

図５は、利得可変増幅器１９−１と利得可変増幅器１９−２の増幅率の比と、０〜９０度移相器１３の移相制御量との関係を示すグラフである。このように、増幅率の比を変更することにより０〜９０度移相器１３の移相制御量を変更することが出来る。また、図６、７に利得可変増幅器１９−１と利得可変増幅器１９−２の増幅率（利得可変増幅器１９−１が分子）の比を変更することにより移相制御量を制御することにかかる概念図を示す。図６及び図７は、増幅率の異なる信号を合成することにより移相制御量を変更できることを示している。

続いて、本実施の形態にかかる移相器の効果について説明する。上述のように０〜９０度移相器１３は、９０度ステップの移相制御量（０度、９０度）の場合にトランジスタ１７のソース・ドレイン間インピーダンスを最小または最大に設定している。９０度ステップの移相制御量の場合には、９０度分配器７０の一方の出力ポートからのみ出力信号が提供される。よって、トランジスタ１７のソース・ドレイン間インピーダンスを適切に設定することにより伝送損失を低減できる。

図８は、０〜９０度移相器１３の移相制御量が０度である場合における、０〜９０度移相器１３の挿入損失の計算結果を示すグラフである。実線２１は本実施の形態にかかる移相器の挿入損失である。点線２２は図１６に示される移相器の挿入損失である。図８に示すように、本実施の形態にかかる移相器では、図１６に示した移相器に比べて電力が高い。すなわち本実施の形態にかかる移相器によれば、挿入損失を低減できる。

図９は、０〜９０度移相器１３の移相制御量が９０度である場合における、０〜９０度移相器１３の挿入損失の計算結果を示すグラフである。実線２３は本実施の形態にかかる移相器の挿入損失である。点線２４は図９に示される移相器の挿入損失である。図９に示すように、本実施の形態にかかる移相器では、図１６に示した移相器に比べて電力が高い。すなわち本実施の形態にかかる移相器によれば、挿入損失を低減できる。

なお、本実施の形態において利得可変増幅器１９を用いたが、必ずしもこれに限られず、入力信号の振幅を調節できる回路であればよい。

＜実施の形態２＞
本実施の形態にかかる移相器は、０〜９０度移相器内の９０度分配器のアイソレーションポートがオープン、接地、及び抵抗のいずれかに接続することを特徴とする。本実施の形態にかかる移相器は、実施の形態１にかかる移相器（図３）から０〜９０度移相器の構成のみが変更されている。そのため、以下に本実施の形態にかかる０〜９０度移相器について説明する。

図１０は、本実施の形態にかかる０〜９０度移相器の構成を示すブロック図である。当該０〜９０度移相器は、９０度分配器２５と、利得可変増幅器２６と、合成器２７と、スイッチ２８と、オープンポート２９と、抵抗器ポート３０と、接地ポート３１と、を備える。

スイッチ２８の一端は、９０度分配器２５のアイソレーションポートと接続されている。またスイッチ２８の他端は、移相制御量に応じてオープンポート２９、抵抗器ポート３０、及び接地ポート３１のいずれか１つと接続する。抵抗器ポート３０と接続する抵抗器は、伝送線路の特性インピーダンス、または系のインピーダンスと同じ値に設定されていることが望ましい。一般的には５０Ωが接続される。

０〜９０移相器に入力された信号は、９０度分配器２５にて９０°の位相差を持つ２つの信号に分配され、２つの利得可変増幅器２６へ供給される。利得可変増幅器２６に入力された信号は、その振幅が変更される。利得可変増幅器２６は、振幅を変更した信号を合成器２７に供給する。合成器２７は、入力された２つの信号を合成する。合成器２７は、合成した信号を０〜９０度移相器の外部に出力する。

続いて、本実施の形態にかかる０〜９０度移相器の移相制御量が０度、９０度、０度〜９０度（０度、９０度を除く）の場合の当該０〜９０度移相器の動作について説明する。

移相制御量が０度の場合、制御部（図示せず）からの制御信号に従い、９０度分配器２５のアイソレーションポートはスイッチ２８を介してオープンポート２９と接続する。また、移相制御量が０度の場合、利得可変増幅器２６−２の増幅率は最も低いレベルに設定される。

移相制御量が９０度の場合、制御部（図示せず）からの制御信号に従い、９０度分配器２５のアイソレーションポートはスイッチ２８を介して接地ポート３１と接続する。また、移相制御量が９０度の場合、利得可変増幅器２６−１の増幅率は最も低いレベルに設定される。

次に移相制御量が０度及び９０度のいずれでもない場合について説明する。この場合、制御部（図示せず）からの制御信号に従い、９０度分配器２５のアイソレーションポートはスイッチ２８を介して抵抗器ポート３０と接続する。利得可変増幅器２６−１と利得可変増幅器２６−２の増幅率は、移相制御量に応じて適切に設定される。

本実施の形態にかかる移相器によっても、移相制御量に応じて９０度分配器２５のアイソレーションポートに接続する抵抗値を適切に制御できる。これにより、伝送損失の低減が可能となる。

＜実施の形態３＞
本実施の形態にかかる移相器は、９０度分配器と、利得可変増幅器との間にスイッチが設けられていることを特徴とする。本実施の形態にかかる移相器は、実施の形態１、２にかかる移相器から０〜９０度移相器の構成のみが変更されている。そのため、以下に本実施の形態にかかる０〜９０度移相器について説明する。

図１１は、本実施の形態にかかる０〜９０度移相器の構成を示すブロック図である。当該０〜９０度移相器は、９０度分配器２５と、利得可変増幅器２６と、合成器２７と、スイッチ２８と、オープンポート２９と、抵抗器ポート３０と、接地ポート３１と、スイッチ３２と、を備える。

スイッチ３２−１は、９０度分配器２５の０度出力ポートと、利得可変増幅器２６−１と、の接続を制御するスイッチである。スイッチ３２−１は、移相制御量が９０度の場合にオープンとなる。スイッチ３２−２は、９０度分配器２５の９０度出力ポートと、利得可変増幅器２６−２と、の接続を制御するスイッチである。スイッチ３２−２は、移相制御量が０度の場合にオープンとなる。

スイッチ２８の一端は、９０度分配器２５のアイソレーションポートと接続されている。またスイッチ２８の他端は、移相制御量に応じてオープンポート２９、抵抗器ポート３０、及び接地ポート３１のいずれか１つと接続する。抵抗器ポート３０と接続する抵抗器は、伝送線路の特性インピーダンス、または系のインピーダンスと同じ値に設定されていることが望ましい。一般的には５０Ωが接続される。

０〜９０移相器に入力された信号は、９０度分配器２５にて９０度の位相差をもつ２つの信号に分配され、スイッチ３２を介して２つの利得可変増幅器２６へ供給される。利得可変増幅器２６に入力された信号は、その振幅が変更される。利得可変増幅器２６は、振幅を変更した信号を合成器２７に供給する。合成器２７は、入力された２つの信号を合成する。合成器２７は、合成した信号を０〜９０度移相器の外部に出力する。

続いて、本実施の形態にかかる０〜９０度移相器の移相制御量が０度、９０度、０度〜９０度（０度、９０度を除く）の場合の当該０〜９０度移相器の動作について説明する。

移相制御量が０度の場合、制御部（図示せず）からの制御信号に従い、９０度分配器２５のアイソレーションポートはスイッチ２８を介してオープンポート２９と接続する。スイッチ３２−１は、接続状態となる。すなわち、９０度分配器２５と利得可変増幅器２６−１の経路が接続される。一方、スイッチ３２−２は、オープン状態となる。すなわち、９０度分配器２５と利得可変増幅器２６−２の経路が切断される。

移相制御量が９０度の場合、制御部（図示せず）からの制御信号に従い、９０度分配器２５のアイソレーションポートはスイッチ２８を介して接地ポート３１と接続する。スイッチ３２−２は、接続状態となる。すなわち、９０度分配器２５と利得可変増幅器２６−２の経路が接続される。一方、スイッチ３２−１は、オープン状態となる。すなわち、９０度分配器２５と利得可変増幅器２６−１の経路が切断される。

次に移相制御量が０度及び９０度のいずれでもない場合について説明する。この場合、制御部（図示せず）からの制御信号に従い、９０度分配器２５のアイソレーションポートはスイッチ２８を介して抵抗器ポート３０と接続する。スイッチ３２−１及び３２−２は、接続状態となる。すなわち、９０度分配器２５と利得可変増幅器２６−１の経路が接続される。また、９０度分配器２５と利得可変増幅器２６−２の経路が接続される。利得可変増幅器２６−１と利得可変増幅器２６−２の増幅率は、移相制御量に応じて適切に設定される。

本実施の形態にかかる移相器によっても、移相制御量に応じて９０度分配器２５のアイソレーションポートに接続する抵抗値を適切に制御できる。これにより、伝送損失の低減が可能となる。また、スイッチ３２により９０度分配器２５と利得可変増幅器２６との接続を制御するため、所望の移相制御量が０度または９０度である場合の制御が確実となる。すなわち、移相制御量が０度の場合には、９０度側の出力ポートが完全に遮断される。また移相制御量が９０度の場合には、０度側の出力ポートが完全に遮断される。これにより、正確な移相制御が可能となる。

＜実施の形態４＞
本実施の形態にかかる移相器は、０〜９０度移相器と、０／１８０度移相器と、が直列に接続されて構成されていることを特徴とする。

図１２は、本実施の形態にかかる移相器の構成を示すブロック図である。当該移相器は、０度から３６０度の移相制御を行う移相器である。当該移相器は、０〜９０度移相器３３と、０／１８０度移相器３４と、０〜９０度移相器３５と、を備える。０〜９０度移相器３３と、０／１８０度移相器３４と、０〜９０度移相器３５と、は直列に接続されている。

０〜９０度移相器３３は、電圧可変電源３６と、トランジスタ３７と、９０度分配器３８と、利得可変増幅器３９と、合成器４０と、を備える。０〜９０度移相器３５は、電圧可変電源４４と、トランジスタ４５と、９０度分配器４６と、利得可変増幅器４７と、合成器４８と、を備える。０〜９０度移相器３３が０度〜９０度の移相制御を行う場合、０〜９０度移相器３５は０度または９０度の移相制御のみを行う。同様に０〜９０度移相器３５が０度〜９０度の移相制御を行う場合、０〜９０度移相器３３は０度または９０度の移相制御のみを行う。０〜９０度移相器３３及び０〜９０度移相器３５は、実施の形態１において示した０〜９０度移相器と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。

０／１８０度移相器３４は、１８０度分配器４１と、利得可変増幅器４２と、合成器４３とを備える。０／１８０度移相器３４は、入力信号に対して０度または１８０度の位相を付与した信号を出力する移相器である。

０／１８０度移相器３４内の１８０度分配器４１には、０〜９０度移相器３３から信号が入力される。当該入力信号は、１８０度分配器４１にて１８０度の位相差をもつ２つの信号に分配され、２つの利得可変増幅器４２（４２−１、４２−２）に夫々供給される。利得可変増幅器４２は、入力された信号の振幅を変更し、当該振幅を変更した信号を合成器４３に供給する。合成器４３は、２つの利得可変増幅器４２（４２−１、４２−２）から入力された信号を合成する。合成器４３は、当該合成信号を０〜９０度移相器３５に対して供給する。

０／１８０度移相器３４における移相制御量が０度である場合、１８０度分配器４１の１８０度ポート側に接続された利得可変増幅器４２−２の増幅率は最も低いレベルに設定される。０／１８０度移相器３４における移相制御量が１８０度である場合、１８０度分配器４１の０度ポート側に接続された利得可変増幅器４２−１の増幅率は最も低いレベルに設定される。

本実施の形態にかかる移相器によっても、移相制御量に応じて９０度分配器３８、４６のアイソレーションポートに接続する抵抗値を適切に制御できる。これにより、伝送損失の低減が可能となる。

なお、本実施の形態にかかる移相器において、０〜９０度移相器３３、０／１８０度移相器３４、及び０〜９０度移相器３５の接続順序は任意である。また、１８０度分配器４１は、例えばラットレース回路、マーチャンドバラン等により構成する。

＜実施の形態５＞
本実施の形態にかかる移相器は、０／１８０度移相器と、０〜９０度移相器から構成され、９０度ステップの移相制御を行うことを特徴とする。

図１３は、本実施の形態にかかる移相器の構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる移相器は、０／１８０度移相器４９と、０〜９０度移相器５０と、を備える。０／１８０度移相器４９は、電圧可変電源５１と、トランジスタ５２と、９０度分配器５３と、利得可変増幅器５４と、９０度分配器５５と、トランジスタ５６と、電圧可変電源５７と、を備える。トランジスタ５２は、９０度分配器５３のアイソレーションポートと接続する。トランジスタ５６は、９０度分配器５５のアイソレーションポートと接続する。

０／１８０度移相器４９に入力された信号は、９０度分配器５３にて９０度の位相差をもつ２つの信号に分配され、２つの利得可変増幅器５４（５４−１、５４−２）に供給される。

利得可変増幅器５４（５４−１、５４−２）は、入力された信号の振幅を調整する。利得可変増幅器５４は振幅を調整した信号を９０度分配器５５に入力する。９０度分配器５５は、利得可変増幅器５４から入力された２つの信号を、位相差９０度を付けた合成信号に合成する。すなわち、９０度分配器５５は、利得可変増幅器５４−１から入力された信号をそのまま出力する、または利得可変増幅器５４−２から信号にさらに９０度の位相を付与した信号を出力する。０／１８０度移相器４９は、入力信号に対して０度または１８０度の移相制御を行う。

０／１８０度移相器４９の移相制御量が０度である場合、トランジスタ５２及び５６のソース・ドレイン間インピーダンスが最大となるように、制御部（図示せず）からの制御信号により電圧可変電源５７の出力電圧が設定される。また、利得可変増幅器５４−２の増幅率は最も低いレベルに設定される。

０／１８０度移相器４９の移相制御量が１８０度である場合、トランジスタ５２及び５６のソース・ドレイン間インピーダンスが最小となるように、制御部（図示せず）からの制御信号により電圧可変電源５７の出力電圧が設定される。また、利得可変増幅器５４−１の増幅率は最も低いレベルに設定される。

０〜９０度移相器５０は、電圧可変電源５８と、トランジスタ５９と、９０度分配器６０と、利得可変増幅器６１と、合成器６２と、を備える。０〜９０度移相器５０は、入力信号に対して０度または９０度の移相制御を行う。０〜９０度移相器５０の構成は、実施の形態１において示した０〜９０度移相器と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。上述のように、０／１８０度移相器４９の移相制御量は０度または１８０度となり、０〜９０度移相器５０の移相制御量は０度または９０度となる。よって、本実施の形態にかかる移相器の移相制御量は９０度ステップ（０度、９０度、１８０度、２７０度）となる。

本実施の形態にかかる移相器は、移相制御量が９０度ステップに限られるが、上述の実施の形態１から４の回路構成と比較して単純な構成である。これにより、回路規模の縮小が図れる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

なお、本発明の実施の形態１にかかる０〜９０度移相器の最小構成を図１４に示す。当該０〜９０度移相器１３は、電圧可変電源１６と、トランジスタ１７と、９０度分配器１８と、利得可変増幅器１９（１９−１、１９−２）と、合成器２０と、を備える。

９０度分配器１８は、入力信号に９０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して利得可変増幅器１９に出力する。利得可変増幅器１９（１９−１、１９−２）は、移相制御量に応じて振幅を変更した信号を合成器２０に出力する。合成器２０は、２つの利得可変増幅器１９から入力された信号を合成して出力する。ここで、９０度分配器１８のアイソレーションポートと接続したトランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、適宜変更することが出来る。すなわち、アイソレーションポートに接続する抵抗値を適切に制御できる。これにより、伝送損失を低減できる。

上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
入力信号に対して０度から９０度の範囲で位相を付与する移相器であって、
入力信号に９０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して出力する９０度分配器と、
前記９０度分配器の０度側出力ポートと接続し、移相器の移相制御量に応じて振幅を変更した信号を出力する第１の利得可変増幅器と、
前記９０度分配器の９０度側出力ポートと接続し、前記移相制御量に応じて振幅を変更した信号を出力する第２の利得可変増幅器と、
前記第１の利得可変増幅器の出力信号と、前記第２の利得可変増幅器の出力信号と、を合成する合成器と、を備え、
前記９０度分配器は、アイソレーションポートのインピーダンスが可変である、移相器。

（付記２）
前記９０度分配器は、前記アイソレーションポートを介してトランジスタと接続し、前記移相制御量に応じて前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスが変更可能であることを特徴とする付記１に記載の移相器。

（付記３）
前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、前記移相制御量が０度の場合には最大に設定され、前記移相制御量が９０度の場合には最小に設定されることを特徴とする付記２に記載の移相器。

（付記４）
前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、前記移相制御量が０度より大きく９０度より小さい場合、伝送線路の特性インピーダンスに設定されることを特徴とする付記３に記載の移相器。

（付記５）
前記９０度分配器は、前記アイソレーションポートを介して第１のスイッチと接続し、
前記第１のスイッチは、前記移相制御量に応じてオープン、接地、及び抵抗のいずれかに接続することを特徴とする付記１に記載の移相器。

（付記６）
前記第１のスイッチは、前記移相制御量が０度の場合にはオープンと接続し、前記移相制御量が９０度の場合には接地と接続することを特徴とする付記５に記載の移相器。

（付記７）
前記第１のスイッチは、前記移相制御量が０度より大きく９０度より小さい場合、抵抗と接続することを特徴とする付記６に記載の移相器。

（付記８）
前記第２の利得可変増幅器は、前記移相制御量が０度である場合、増幅率が最小に設定され、
前記第１の利得可変増幅器は、前記移相制御量が９０度である場合、増幅率が最小に設定されることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれか１項に記載の移相器。

（付記９）
前記第１及び前記第２の利得可変増幅器は、前記移相制御量が０度より大きく９０度より小さい場合、当該移相制御量に応じて増幅率が設定されることを特徴とする付記１乃至付記８のいずれか１項に記載の移相器。

（付記１０）
前記第１の利得可変増幅器と前記９０度分配器との間に配置した第２のスイッチと、
前記第２の利得可変増幅器と前記９０度分配器との間に配置した第３のスイッチと、を備え、
前記第２のスイッチは、前記移相制御量が９０度の場合にオープンとなり、
前記第３のスイッチは、前記移相制御量が０度の場合にオープンとなることを特徴とする付記１乃至付記９のいずれか１項に記載の移相器。

（付記１１）
入力信号に対して０度から３６０度の範囲で位相を付与する０度〜３６０度移相器であって、前記入力信号に１８０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して出力する１８０度分配器と、
前記１８０度分配器からの出力が夫々入力される０度から９０度の範囲で位相を付与する移相器２つの０〜９０度移相器と、
前記２つの０〜９０度移相器の出力を合成する合成器と、を備え、
前記２つの０〜９０度移相器は付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器である、０度〜３６０度移相器。

（付記１２）
入力信号に対して０度から３６０度の範囲で位相を付与する０度〜３６０度移相器であって、
入力信号に対して０度または１８０度の位相を付与する０度／１８０度移相器と、
前記０度／１８０度移相器と直列接続された２つの０〜９０度移相器と、を備え、
前記２つの０〜９０度移相器が付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器である、０度〜３６０度移相器。

（付記１３）
入力信号に対して０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれかの位相を付与する９０度ステップ移相器であって、
付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器と、
入力信号に対して０度または１８０度の位相を付与する０度／１８０度移相器と、を直列に接続した９０度ステップ移相器。

（付記１４）
前記０度／１８０度移相器は、
入力信号を９０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して出力する９０度分配器と、
当該９０度分配器から出力された信号の各々を所望の位相遅延量に応じて振幅させた２つの信号を合成する９０度分配器と、を備え、
当該２つの９０度分配器は、それぞれ４端子回路により構成され、アイソレーションポートのインピーダンスが可変であることを特徴とする付記１３に記載の９０度ステップ移相器。

（付記１５）
前記０度／１８０度移相器において、
前記９０度分配器は、前記アイソレーションポートを介してトランジスタと接続し、前記移相制御量に応じて前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスが変更可能であることを特徴とする付記１４に記載の９０度ステップ移相器。

（付記１６）
前記０度／１８０度移相器において、
前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、移相器の移相制御量が０度または９０度である場合には最大に設定され、前記移相器の移相制御量が１８０度または２７０度である場合には最小に設定されることを特徴とする付記１５に記載の９０度ステップ移相器。

（付記１７）
制御信号に基づき前記移相制御量を設定できることを特徴とする付記１１または付記１２に記載の０度〜３６０移相器。

（付記１８）
付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器と、アレイアンテナと、を備えた無線通信装置。

（付記１９）
付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器と、アレイアンテナと、を備えた無線受信装置。

（付記２０）
付記１乃至付記１０のいずれか１項に記載の移相器と、アレイアンテナと、を備えた無線送信装置。

この出願は、２０１０年４月１９日に出願された日本出願特願２０１０−０９６０１３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、たとえば無線信号を扱う無線通信装置内において用いられる移相器に利用可能である。

１ 送信ベースバンド信号生成ユニット
２ 送信機
３−１〜３−ｈ 送信アンテナ
４ 制御部
５ ローカル信号発振回路
６ 受信ベースバンド信号処理ユニット
７ 受信機
８−１〜８−ｋ 受信アンテナ
９ ローカル信号増幅器
１０ 直交変調器
１１−１〜１１−ｈ 移相器
１２−１〜１２−ｈ 送信アンテナ
１３、３３、３５、５０ ０〜９０度移相器
１４、４１ １８０度分配器
１５、２０、２７、４０、４３、４８、６２ 合成器
１６、３６、４４、５１、５７、５８ 電圧可変電源
１７、３７、４５、５２、５６、５９ トランジスタ
１８、２５、３８、４６、５３、５５、６０ ９０度分配器
１９、２６、３９、４２、４７、５４、６１ 利得可変増幅器
２８、３２ スイッチ
２９ オープンポート
３０ 抵抗器ポート
３１ 接地ポート
３４、４９ ０／１８０度移相器
６３、６４ 無線通信装置

Claims (10)

1. 入力信号に対して０度から９０度の範囲で位相を付与する移相器であって、
   入力信号に９０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して出力する９０度分配器と、
   前記９０度分配器の０度側出力ポートと接続し、移相器の移相制御量に応じて振幅を変更した信号を出力する第１の利得可変増幅器と、
   前記９０度分配器の９０度側出力ポートと接続し、前記移相制御量に応じて振幅を変更した信号を出力する第２の利得可変増幅器と、
   前記第１の利得可変増幅器の出力信号と、前記第２の利得可変増幅器の出力信号と、を合成する合成器と、を備え、
   前記９０度分配器は、アイソレーションポートのインピーダンスが可変である、移相器。
2. 前記９０度分配器は、前記アイソレーションポートを介してトランジスタと接続し、前記移相制御量に応じて前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスが変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の移相器。
3. 前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、前記移相制御量が０度の場合には最大に設定され、前記移相制御量が９０度の場合には最小に設定されることを特徴とする請求項２に記載の移相器。
4. 前記トランジスタのソース・ドレイン間インピーダンスは、前記移相制御量が０度より大きく９０度より小さい場合、伝送線路の特性インピーダンスに設定されることを特徴とする請求項３に記載の移相器。
5. 前記９０度分配器は、前記アイソレーションポートを介して第１のスイッチと接続し、
   前記第１のスイッチは、前記移相制御量に応じてオープン、接地、及び抵抗のいずれかに接続することを特徴とする請求項１に記載の移相器。
6. 前記第１の利得可変増幅器と前記９０度分配器との間に配置した第２のスイッチと、
   前記第２の利得可変増幅器と前記９０度分配器との間に配置した第３のスイッチと、を備え、
   前記第２のスイッチは、前記移相制御量が９０度の場合にオープンとなり、
   前記第３のスイッチは、前記移相制御量が０度の場合にオープンとなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の移相器。
7. 入力信号に対して０度から３６０度の範囲で位相を付与する０度〜３６０度移相器であって、前記入力信号に１８０度の位相を付与した信号と、位相を付与しない信号と、に分配して出力する１８０度分配器と、
   前記１８０度分配器からの出力が夫々入力される０度から９０度の範囲で位相を付与する移相器２つの０〜９０度移相器と、
   前記２つの０〜９０度移相器の出力を合成する合成器と、を備え、
   前記２つの０〜９０度移相器は請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の移相器である、０度〜３６０度移相器。
8. 入力信号に対して０度から３６０度の範囲で位相を付与する０度〜３６０度移相器であって、
   入力信号に対して０度または１８０度の位相を付与する０度／１８０度移相器と、
   前記０度／１８０度移相器と直列接続された２つの０〜９０度移相器と、を備え、
   前記２つの０〜９０度移相器が請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の移相器である、０度〜３６０度移相器。
9. 入力信号に対して０度、９０度、１８０度、２７０度のいずれかの位相を付与する９０度ステップ移相器であって、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の移相器と、
   入力信号に対して０度または１８０度の位相を付与する０度／１８０度移相器と、を直列に接続した９０度ステップ移相器。
10. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の移相器と、アレイアンテナと、を備えた無線通信装置。

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