WO2004025850A1 - 送受信フィルタ装置および通信装置 - Google Patents

Abstract

アンテナＡＮＴが接続される第１のポート＃１と、送受信回路１０が接続される第２のポート＃２との間に第１・第２の伝送経路Ｐ１，Ｐ２を備え、第１の伝送経路Ｐ１に受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ２′、増幅回路ＬＮＡおよび９０°ハイブリッド回路１２，１４を設ける。第２の伝送経路Ｐ２には送信フィルタＴｘ１を設ける。ＬＮＡで増幅された受信信号は９０°ハイブリッド回路１２，１４を経由してポート＃２側へ伝送されるが、第２の伝送経路Ｐ２側へは伝送されない。送信信号はポート＃２から第２の伝送経路Ｐ２側へ伝送される。これにより受信信号の正帰還による発振を防止する。そして、送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失、雑音指数、群遅延特性の劣化を抑え、且つ発振動作を防止するようにした送受信フィルタ装置およびそれを用いた通信装置を提供する。

Description

明細書 送受信フィルタ装置および通信装置 技術分野

この発明は、 送受信信号を選択通過させる送受信フィルタ装置およびそれを備えた通信 装置に関するものである。 背景技術

従来、移動体通信システムにおける基地局には、 ±荅頂のアンテナと送受信回路との間に、 受信信号を増幅する増幅回路を備えた送受信フィルタ装置が設けられている。

例えば特許文献 1 (国際公開第 0 2ノ 3 1 9 9 7号パンフレツ卜） には、 アンテナを接 続する第 1のポー卜と送受信回路を接続する第 2のポー卜との間に、 第 1 '第 2の伝送経 路を備えた送受信フィルタ装置が示されている。

ここで、 その構成を第 8図に示す。 第 8図において A N Tはアンテナ、 1 0は送受信回 路、 P 1は受信信号を通過させる第 1の伝送経路、 P 2は送信信号を通過させる第 2の伝 送経路である。 この第 1の伝送経路 P 1には、 受信信号を通過させる帯域通過特性を有す る受信フィルタ R x 1， R x 2と増幅回路 L N Aが備えられている。 第 2の伝送経路 P 2 には、 受信信号のみを阻止する帯域阻止特性を有する送信フィルタ T x 1が設けられてい る。

このような構成により、 アンテナ A N Tから入力された受信信号は第 1の伝送経路 Ρ 1 で増幅されて送受信回路 1 0へ送られ、 送受信回路 1 0からの送信信号は第 2の伝送経路 P 2を経由してアンテナ A N Tへ送られる。

ところが、 第 8図に示したように、 第 1 '第 2の伝送経路 P l， P 2を備え、 その経路 に増幅回路を備えている場合、 2つの伝送経路がフィードバックループを構成する場合が ある。 すなわち、 送信フィルタ T x 1は送信周波数帯域を通過させ、 受信周波数帯域を阻 止するが、 この送信フィルタの受信周波数帯域近傍の減衰量が良好でないと、 増幅回路 L N Aの出力信号が R X 2→T x 1→R x 1→L N Aの経路で正帰還され発振してしまう。 この発振を抑えるためには、 ループゲインが 1以下となるように、 送信フィルタ T x lの 受信周波数帯域での減衰量を大きく確保する必要があり、 送信フィル夕 Τ X 1の受信周波 数帯の阻止帯域幅を拡大するか、 または受信フィル夕 R X 1， R x 2の通過帯域幅を縮小 する必要が生じる。その結果、送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失（ I L _:Ins ertion Loss ) 、 雑音指数 （ N F :Nose Figure) 、 群遅延 ( G D :Group Delay) 特性が劣化す るという問題が生じる。 そこで、 この発明の目的は、 送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失、 雑音指 数、 群遅延特性の劣化を抑え、 且つ発振動作を防止するようにした送受信フィルタ装置お よびそれを用いた通信装置を提供することにある。 発明の開示

上述の目的を達成するために、 この発明は、

ァンテナが接続される第 1のポー卜と送受信回路が接続される第 2のポー卜との間に、 受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備 えた第 1の伝送経路と、 送信信号を通過させる第 2の伝送経路とを備えてなる送受信フィ ルタ装置において、 第 1の伝送経路と第 2の伝送経路とによって構成されるループでの受 信信号の正帰還を防止する素子をそのループ中に備えたことを特徴としている。

この受信信号の正帰還を防止する素子によって、 受信信号が第 2の伝送経路を経由して 第 1の伝送経路の入力側へ戻るという正帰還が無くなり、 発振動作を阻止することができ る。

また、 この発明は、 前記第 2の伝送経路が、 送信信号を通過させ受信周波数帯域の信号 を阻止する送信フィルタを備え、 前記第〗の伝送経路の前記増幅回路の出力側で且つ第 1 の伝送経路と第 2の伝送経路との接続部分に、 増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポ ―卜側へ伝送し、且つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送する、 方向性を有する回路を設け、 その回路を前記正帰還を防止する素子としたことを特徴とし ている。

この構成により、 第 1の伝送経路を経由する受信信号は第 2のポー卜側へ送られ、 第 2 の伝送経路側へは伝送されないので、 受信信号の正帰還が絶たれ、 発振が防止できる。 また、 この発明は、 前記増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポー卜側へ伝送し、 且 つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送する結合線路形方向性結 合器と、 増幅された受信信号の一部を終端する終端抵抗とで前記方向性を有する回路を構 成したことを特徴としている。

また、 この発明は、 前記増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポー卜側へ伝送し、 且 つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送する 9 0 ° ハイプリッド 回路と、 増幅された受信信号の一部を終端する終端抵抗とで前記方向性を有する回路を構 成したことを特徴としている。

また、 この発明は、 前記 9 0 ° ハイブリッド回路を複数段に構成したことを特徴として いる。

また、 この発明は、 前記増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポート側へ伝送し、 且 つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送するサーキュレ一タによ リ前記方向性を有する回路を構成したことを特徴としている。

さらに、 この発明は、 送受兼用のアンテナと送受信回路とを備え、 このアンテナと送受 信回路との間に前記送受信フィル夕装置を設けて通信装置を構成したことを特徴としてい る。 図面の簡単な説明

第 1図は、 第 1の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブ ロック図である。

第 2図は、 第 2の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すプ ロック図である。

第 3図は、 同送受信フィルタ装置に備えた八イブリツド回路の構成を示す図である。 第 4囿は、 第 3の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すプ ロック図である。

第 5図は、同送受信フィルタ装置に備えているハイプリッド回路の構成を示す囡である。 第 6図は、 同ハイブリッド回路の特性図である。

第 7図は、 第 4の実施形態に係る送受信 7ィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブ ロック図である。

第 8図は、従来の送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すプロック図である。 発明を実施するための最良の形態

第 1の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を第 1図に示す。 第 1図において A N Tは基地局のアンテナ、 送受信回路 1 0は基地局において通信信号の送 受信を行う回路である。 第 1図においてアンテナ A N Tと送受信回路 1 0を除いた部分が 送受信フィルタ装置 1 0 0である。

この送受信フィルタ装置 1 0 0の第 1のポー卜 # 1にアンテナ A N Tを接続し、 第 2の ポー卜 # 2に送受信回路 1 0を接続している。 この送受信フィルタ装置 1 0 0は、 アンテ ナ A N Tと共に基地局の塔頂部分に配置される。 R X 1， R x 2は受信周波数帯域の信号 を通過させ、送信周波数帯域の信号を阻止する帯域通過特性を有する受信フィル夕である。

L N Aは低雑音増幅回路である。 この 2つの受信フィルタ R X 1， R x 2は増幅回路 L N Aの入力側と出力側にそれぞれ設けるとともに、 これらを第 1の伝送経路 P 1に備えてい る。

T x 1は送信周波数帯域の信号を通過させ、 受信周波数帯域の信号を阻止する帯域阻止 フィルタ特性を有する送信フィルタである。 この送信フィルタ T x 1を第 2の伝送経路 P 2に備えている。 1 1は結合線路型の方向性結合器である。 この方向性結合器 1 1は、 そのポー卜①ー③ 間の線路と、 ポー卜②ー④間の線路とが結合して、 ①ー④間および③ー②間をそれぞれ分 離する。 この方向性結合器 1 1のポー卜②は第 2のポート #2に、 ポート④は送信フィル 夕 T X 1に、 それぞれ接続している。 また、 ポー卜①は受信フィルタ R X 2に接続してい る。 さらに、 ポー卜③は抵抗 Rで終端させている。

したがって、 方向性結合器 1 1のポー卜①からの入力信号はポー卜②およびポ一卜③へ 出力される。 またポー卜②からの入力信号はポー卜④へ出力される。 これにより、 アンテ ナ A NTからの受信信号は受信フィルタ R x 1を通過し、 増幅回路し NAで増幅され、 受 信フィルタ Rx 2を通過し、方向性結合器 1 1を経由して第 2のポー卜 #2へ出力される。 また、 送受信回路 1 0からの送信信号は第 2のポ一卜 #2から入力され、 方向性結合器 1 1を経由し、 送信フィルタ Tx 1を通過して第 1のポ一卜 # 1からアンテナ ANTへ出力 される。 受信フィルタ R X 2から出力される受信信号は第 2の伝送経路 P 2側へは戻らな いので正帰還がかからず、 発振することは無い。 そのため、 送信フィルタ Tx 1の受信周 波数帯域の阻止帯域幅を無理に拡大したリ、 受信フィルタ R X 1， R X 2の通過帯域幅を 必要以上に縮小する必要が無く、 送信信号または受信信号の挿入損失、 雑音指数、 群遅延 特性が劣化することもない。

次に 第 2の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を第 2図に示 す。 この例では、 第 1の伝送経路 P 1と第 2の伝送経路 P 2との接続部分に、 90° ハイ ブリツド回路 1 2, 1 3および受信フィルタ R X 2, R x 2' を設けている。

90°ハイブリッド回路 （以下単に 「八イブリツド回路」 と言う。 ） 1 2， 1 3は、 信 号の伝送方向に方向性を有する電力 2等分回路である。 ハイブリッド回路 1 2は、 LNA で増幅された受信信号を電力 2等分し、 八イブリッド回路 1 3は受信フィルタ R X 2 , R X 2' を通過した受信信号をポー卜 #2側へ出力する。 後述するように、 受信フィルタ R X 2， Rx 2' を通過した受信信号は第 2の伝送経路 P 2側へは伝送されない。

この 2つの 90° ハイブリッド回路 1 2， 1 3の間に設けた受信フィルタ R X 2， Rx は、 受信周波数帯域を通過させ、 送信周波数帯域を阻止する。 このことによって、 ポ 一卜 # 2から第 1の伝送経路 P 1へ流入される送信信号の伝送を阻止する。 その他の構成 は第 1の実施形態の場合と同様である。

第 3図はハイブリッド回路 1 2， 1 3の動作について示している。 ハイブリッド回路 1 2， 1 3の 4辺を成す線路部分を L a, L b, L c， Ldで表している。 ここで L c， L dのインピーダンスを Z oとすれば、 L a， L bのインピーダンスは Z Ο/Γ2の関係に ある。 また、 これらの線路の電気長はそれぞれ伝送周波数の 1 Ζ4波長としている。 これ により、 ハイプリッド回路 1 2に入力された受信信号は互いに逆位相の関係にある 2つの 信号に電力 2等分され、 それぞれ受信フィルタ R X 2， Rx 2' に入力される。 この 2つ の受信フィルタ Rx 2， R x 2' のフィルタ特性は略等しい。 この受信フィルタ Rx 2， Rx 2' を通過した信号は、 八イブリッド回路 1 3で再び位相合成されてポー卜 # 2方向 へ伝送される。図中破線で示す方向へ伝送されようとする信号は逆位相で合成されるので、 打ち消されて伝送されない。 すなわち、 2組のハイブリッド回路 1 2, 1 3の間に受信フ ィルタ Rx 2， Rx 2' を挿入したことにより、 受信信号を分岐し、 再び合成するとき、 ポー卜 # 2方向には同相で重ね合わせられ、 ポー卜 # 1方向へは逆相で重ね合わされる。 また、 ポー卜 #2から入力される送信信号は、 ハイブリッド回路 1 3を経由して受信フ ィルタ Rx 2， Rx 2' へ入力されるが、 その信号は受信フィルタ Rx 2， R x 2 ' によ つて阻止されるので、 第 2図に示した増幅回路 L N Aの出力側へ入力されることはない。 そのため、 増幅回路 LN Aが破壊されたり、 相互変調歪などの歪が生じたりすることもな い。

このように、 受信信号がポー卜 #2方向へ方向性をもって伝送されるので、 第 2図に示 した 2つの伝送経路 P 1， P 2によるループで受信信号が正帰還されることはない。 次に、 第 3の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を第 4図〜第 6図を参照して説明する。

第 4図は送受信フィルタ装置のブロック図である。 第 2図に示した送受信フィルタ装置 と基本構成は同一である。 この例では、 2つの 90° ハイブリッド回路のうち一方の 9 0。八イブリツド回路 1 4を 2段構成にしている。 その他は第 2図に示した構成と同様で ある。

第 5図は、 上記ハイブリッド回路 1 4部分の構成を示している。 ここで、 線路 L 1〜し 7はそれぞれ伝送周波数で 1 / 4波長の電気長を備えている。 また、 各線路のィンビーダ ンスは次の通リである。

L 1〜し 4 35. 95 Ω

し 5， し 6 1 05. 23 Ω

L 7 47. 26 Ω

第 6図はこの 2段構成のハイブリッド回路の特性を示している。 ここで、 縦軸は通過損 失または反射損失であり、 d Bで表している。 また受信周波数帯域の中心周波数は 1 95 0 M H z、 送信周波数帯域は 1 920〜1 980MH z以外である。 ここで、 丸のマーク を付した曲線はポー卜 (D→(D方向の通過特性 （S 21特性） 、 四角のマークを付した曲線 はハイプリッド回路のポー卜 (D→(D方向への通過特性 (S 32特性） 、 下向きの三角マー クを付した曲線は①—③方向の通過特性 （S 3 1特性） 、 上向きの三角マークを付した曲 線はポー卜①の反射特性 (S 1 1特性） である。

このように、 90° ハイブリッド回路を 2段にすることによって、 S 32特性は、 送信 周波数帯域を含む広い周波数帯域に亘つて略 0 d Bを保ち、 低挿入損失特性が得られてい る。 したがって、 送信信号はポー卜②からポー卜③方向へ低損失で伝送される。 また、 S

2 1特性は、 受信周波数帯域で略 0 d Bとなって、 低挿入損失特性が得られている。 した がって、 受信信号はポ一卜①からポー卜②方向へ低損失で伝送される。

このように 9 0 ° 八イブリツド回路を用いることによって送信周波数帯域の通過帯域を 広くすることが可能となる。 なお、 9 0 ° ハイブリッド回路を 3段以上設けてもよい。 次に、 第 4の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を第 7図に示 す。 この例では、 第 1の伝送経路 P 1と第 2の伝送経路 P 2との接続部分にサーキユレ」 夕 1 5を設けている。 このサーキユレ一夕 1 5は、 そのポ一卜① ②方向、 および② ③ 方向を順方向とするサ一キユレ一夕であり、 伝送経路 P 1を経由する受信信号はサーキュ レー夕 1 5のポ一卜①に入力され、 ポー卜②からポート # 2方向へ伝送される。 またポー 卜 # 2からサーキユレ一夕 1 5のポー卜②へ入力される送信信号は、 ポー卜③から出力さ れ、 第 2の伝送経路 P 2へ伝送される。

このような 2 G H z帯のサ一キュレー夕は低コス卜に作成できるため、 送受信フィルタ 装置全体の低コス卜化が可能となる。

この発明によれば、 アンテナが接続される第 1のポー卜と送受信回路が接続される第 2 のポー卜との間に、 受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させ る受信フィルタを備えた第 1の伝送経路と、 送信信号を通過させる第 2の伝送経路とを備 えてなる送受信フィルタ装置において、 受信信号が第 2の伝送経路を経由して第 1の伝送 経路の入力側へ戻る正帰還が無くなり、 発振動作を阻止することができる。 そのため、 第 2の伝送経路における送信フィルタの阻止帯域 （受信周波数帯域） 幅を拡大したり、 第 1 の伝送経路における受信信号の通過帯域幅を縮小したリする必要がなく、 その結果、 送信 信号または受信信号の挿入損失、 雑音指数、 群遅延特性をそれぞれ改善できる。

また、 この発明によれば、 第 1の伝送経路の増幅回路の出力側で且つ第 1の伝送経路と 第 2の伝送経路との接続部分に、 増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポー卜側へ伝送 するとともに、 第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送する方向性 を有する回路を設けたことにより、 第 1の伝送経路を経由する受信信号は第 2のポー卜側 へ送られ、 第 2の伝送経路側へは伝送されないので、 受信信号の正帰還が絶たれ、 発振が 確実に防止できる。

また、 この発明によれば、 前記方向性を有する回路を、 結合線路形方向性結合器と終端 抵抗とから構成したことにより、 簡単な回路構成で発振動作を阻止することができる。 また、 この発明によれば、 前記方向性を有する回路を、 9 0 ° ハイブリッド回路と終端 抵抗とから構成したことにより、 簡単な回路構成で発振動作を阻止することができる。 また、この発明によれば、前記 9 0 ° ハイプリッド回路を複数段に構成したことにより、 送信信号の通過帯域を広帯域化できる。 また、 この発明によれば、 前記方向性を有する回路をサーキユレ一夕で構成したことに より、 低コスト化を図ることができる。

さらに、 この発明によれば、 前記送受信フィルタ装置を送受兼用のアンテナと送受信回 路との間に設けたことにより、 送信信号または受信信号の挿入損失、 雑音指数、 群遅延特 性がそれぞれ改善でき、 低いデータ誤り率で高速伝送可能な通信性能に優れた通信装置が 構成できる。 産業上の利用可能性

以上のように、 本発明にかかる送受信フィルタ装置は、 送信信号または受信信号の挿入 損失、 雑音指数、 群遅延特性がそれぞれ改善でき、 たとえばマイクロ波帯やミリ波帯の無 線通信や電磁波の送受信に利用される通信装置として有用である。

Claims

請求の範囲 アンテナが接続される第 1のポートと送受信回路が接続される第 2のポー卜との 間に、 受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受 信フィルタを備えた第 1の伝送経路と、 送信信号を通過させる第 2の伝送経路と を備えてなる送受信フィルタ装置において、 第 1の伝送経路と第 2の伝送経路 とによって構成されるループでの受信信号の正帰還を防止する素子を前記ループ 中に備えたことを特徴とする送受信フィルタ装置。

前記第 2の伝送経路は、 送信信号を通過させ受信周波数帯域の信号を阻止する送 信フィルタを備え、 前記第 1の伝送経路の前記増幅回路の出力側で且つ第 1の伝 送経路と第 2の伝送経路との接続部分に、 前記増幅回路で増幅された受信信号を 第 2のポー卜側へ伝送し、 且つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝 送経路へ伝送する、 方向性を有する回路を設け、 その回路を前記正帰還を防止す る素子とした請求項 1に記載の送受信フィルタ装置。

前記方向性を有する回路は、 前記増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポー卜 側へ伝送し、 且つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送 する結合線路形方向性結合器と、 前記増幅回路で増幅された受信信号の一部を終 端する終端抵抗とからなる請求項 2に記載の送受信フィルタ装置。

前記方向性を有する回路は、 前記増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポー卜 側へ伝送し、 且つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送 する 9 0 ° ハイプリッド回路と、 前記増幅回路で増幅された受信信号の一部を終 端する終端抵抗とからなる請求項 2に記載の送受信フィルタ装置。

前記 9 0 ° ハイブリッド回路を複数段に構成した請求項 4に ^載の送受信フィル タ装置。

前記方向性を有する回路は、 前記増幅回路で増幅された受信信号を第 2のポー卜 側へ伝送し、 且つ第 2のポー卜から入力された送信信号を第 2の伝送経路へ伝送 するサーキュレ一タからなる請求項 2に記載の送受信フィルタ装置。

請求項 1〜 6のいずれかに記載の送受信フィルタ装置の第 1ポー卜に送受兼用の アンテナを接続し、 第 2ポ一卜に送受信回路を接続してなる通信装置。