JP2004286632A

JP2004286632A - Ｖｓｗｒモニタ回路

Info

Publication number: JP2004286632A
Application number: JP2003080015A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Totani; 一幸戸谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-10-14

Abstract

【課題】高周波信号送信装置の出力端で発生する送信信号反射波１２２を精度良くモニタするために、送信信号進行波１２１の一部が方向性結合器１０４から反射波検出回路に漏れ込む。この成分を除去し、反射波のみを検出する。
【解決手段】送信信号進行波１２１の増幅前の信号を分波した増幅前分岐信号と、増幅後の信号を分波した増幅分岐信号と、増幅前分岐信号をベクトル調整器１０５を介して増幅分岐信号と逆位相で結合させた出力の検波電圧でベクトル調整器１０５を調整する。ベクトル調整器１０５の出力の一部から分波した送信信号進行波を第２ベクトル調整器１０８で調整する。第２ベクトル調整器１０８の出力と送信信号進行波１２１の漏れ信号を含んだ反射波１２２を分波した反射分岐信号とを逆位相で結合させ、進行波成分を除去する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は無線通信送受信装置、特に高周波送信装置における高周波送信信号の反射波を検出するＶＳＷＲモニタ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＳＷＲモニタ回路としては高周波送信回路に組み込まれたサーキュレータ、分配器、方向性結合器などを用いて送信信号反射波を分岐信号として取出し、検波器などを用いて検波電圧を検出し、送信信号進行波の電圧とその反射波の電圧の大きさを測定し、定在波比（ＶＳＷＲ）を求めるのが一般的である。また、進行波の電力（電圧、電流）は一義的に決まっているため、反射波の検出方法についてその高精度化に対して研究されている。たとえば特開平１１−２７２１８号公報図１には無線送受信装置の空中線系の障害により発生する反射波の測定方法が開示されており、その測定回路の構成図が記載されている。図において１は送信終段増幅器、２はサーキュレータ、３は空中線、４は分配器、５はストリップライン、６、７は検波器、８は制御回路、１３は空中線コネクタ端子である。
【０００３】
次に動作について説明する。送信終段増幅器１の出力はサーキュレータ２の出力１により空中線コネクタ端子１３を経て空中線３に出力される。反射波はサーキュレータ２の出力２から分配器４を介して検波器６、７に入力され、ストリップライン５を用いてそれぞれの測定位置での検波電圧を測定し、それらのばらつきに対して制御回路８で平均化処理し、最終的に定在波の異常を検出している。また、特開平１１−２７２１８号公報図３には反射波を検出するサーキュレータ２に加えて出力をモニタする方向性結合器１２があり、これらの出力を検波してＶＳＷＲを求めている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７２１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−２７２１８に示すサーキュレータは通常、マイクロストリップ線路や導波管回路で形成され、Ｙ型タイプの３開口（ポート）の場合、ポート内の伝送線路内部中心に磁化されたフェライトを組込、任意の１方向からの入射電力は出力ポートの１方向にのみ伝送される。他の出力ポートはＩＳＯポートと呼び、原理的には入射電力は伝送されない。しかし、このようなＩＳＯポートの電力損失量は高々２０ｄＢ程度であり、フェライトなどの形状の最適化を図っても３０ｄＢまでの電力損失量までしか確保できない。四端子の方向性結合器も同様であり、特に送信装置基地局などで送受する１ＧＨｚ以上の高周波回路ではこれらの電力の帯域は狭帯域になっており、多重通信方式（０．８〜２．０ＧＨｚ）などの共通伝送回路の設計ではＩＳＯポートには無視できない電力の漏れが生じる。従ってＩＳＯポートからの漏れ電力の影響でＶＳＷＲの精度が低下すると言う問題があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ＩＳＯポートからの漏れ電力も考慮してＶＳＷＲの精測を行うことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るＶＳＷＲモニタ回路は高周波送信信号進行波の増幅前の信号の一部を分波した増幅前分岐信号と、高周波送信信号進行波の増幅後の信号の一部を分波した増幅分岐信号と、前記増幅前分岐信号をベクトル調整器を介して前記増幅分岐信号と逆位相で結合させた出力の検波電圧を検出し前記ベクトル調整器を調整する第１の手段と、前記ベクトル調整器の出力の一部から分波した増幅前分岐信号を位相と振幅を調整する第２の手段に入力し、前記第２の手段の出力と高周波送信信号進行波の増幅後の漏れ信号を含む高周波送信信号の出力端からの高周波送信信号反射波の一部を分波した反射分岐信号とを逆位相で結合させることにより反射分岐信号の出力を検出するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施形態１を図１について説明する。図において、１０１は高周波送信信号入力端子、１０２は高周波送信信号を分岐する第１の方向性結合器であり、未使用の開口（ポート）は終端器で終端処理されている。１０３は高周波送信信号増幅器、１０４は増幅された高周波送信信号を分岐する第２の方向性結合器、１０５は分岐された増幅前の高周波送信信号の振幅と位相を調整する第１ベクトル調整器、１０６は第１分配器、１０７は第１の結合器、１０８は第２ベクトル調整器、１０９は第２の結合器、１１０，１１１は検波器、１１２，１１３はアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、１１４はベクトル調整制御器、１１５はデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、１１６はＶＳＷＲモニタ、１１７は高周波信号出力端子（コネクタ端子）であり、空中線などに接続される。１１８は内部インターフェース端子であり、ＶＳＷＲに関する情報を高周波送信装置に送出する。
【０００９】
次に動作について説明する。高周波送信信号入力端子（入力端子）１０１に高周波送信信号を入力し、第１の方向性結合器１０２を介して高周波送信信号増幅器（増幅器）１０３で増幅した高周波送信信号の進行波（送信信号進行波）１２１を第２の方向性結合器１０４を介して高周波信号出力端子（出力端子とも呼ぶ）１１７に出力する。増幅された送信信号進行波１２１はその出力端である空中線（図示せず）から電波として放出されるが、一方では空中線やコネクタ端子１１７で発生した送信信号反射波１２２が送信信号進行波１２１とは逆方向に向かって進行し増幅器１０３との伝送線路間では定在波として観測される。
【００１０】
第２の方向性結合器１０４の一方の分岐ポート（３）には送信信号進行波１２１の分岐信号が出力され、他方のポート（４）には送信信号反射波１２２の分岐信号が主に出力される。この時、第２の方向性結合器１０４の他方のポート（４）には強力な送信信号進行波１２１の一部が漏れ電力として出力される。その電力量は通常は微弱な送信信号反射波１２２の分岐信号と同レベルにまでに達することもあり、送信信号反射波１２２の分岐信号とは同方向の位相の異なる電力が重畳する。
【００１１】
第２の方向性結合器１０４の一方の分岐ポート（３）には送信信号進行波１２１の分岐信号が出力されるが、送信信号反射波１２２の分岐信号の一部も漏れ電力として出力される。その電力量は送信信号反射波１２２のＩＳＯ（抑圧）ポートからの出力となるからほとんど無視できる電力量であるが送信信号進行波の分岐信号とは同方向の位相の異なる僅かな電力として重畳する。この僅かな電力量に関しても後述する。
【００１２】
第２の方向性結合器１０４の出力であるこれらの分岐信号は、第１の方向性結合器１０２で分岐された増幅前の送信信号進行波を第１ベクトル調整器１０５を介して第１分配器１０６でさらに分岐された送信信号進行波と第１の結合器１０７で結合される。この時、第１の結合器１０７では送信信号進行波同士を打ち消しあうようにする。すなわちベクトル調整器１０５の振幅と位相を変化させて第２の方向性結合器１０４からの出力である分岐信号と、第１ベクトル調整器１０５からの出力である第１の方向性結合器１０２からの分岐信号とを逆位相となるように第１ベクトル調整器１０５の位相器の位相量を調整する。この場合、増幅後の送信信号進行波１２１の分岐信号との遅延量が第１ベクトル調整器１０５の位相器の調整範囲になるようにあらかじめ第１の方向性結合器１０２からの分岐信号の伝送線路に必要な場合には遅延器や遅延線（図示せず）を設けておく。
【００１３】
また、第１ベクトル調整器１０５の減衰器の振幅量を調整する。この場合、増幅前の送信信号進行波に対する第１の方向性結合器１０２の分岐結合度は第１ベクトル調整器１０５の減衰器の調整範囲になるように設定しておく。
【００１４】
次に第１の結合器１０７の出力は検波器１１０で直流検波され、Ａ／Ｄ変換器１１２でデジタル化しベクトル制御器１１４に情報を送出する。ベクトル制御器１１４では入力された検波電圧に対して第１ベクトル調整器１０５を調整する。ベクトル制御器１１４の役目は第１の結合器１０７の出力が最小になる、すなわちその検波電圧が最小になるように自動制御することである。
【００１５】
まず、Ａ／Ｄ変換器１１２からの情報に基づきベクトル調整器１０５の位相器および減衰器それぞれに対して制御電圧を与える。ベクトル調整器１０５はそれら制御電圧に基づき、線路内の送信信号進行波に対する位相量および振幅量を変更する。その結果は第１の結合器１０７の出力の検波電圧に反映される。ベクトル制御器１１４では最初は初期の制御電圧を設定し、その後制御電圧の掃引を行い、段階的に変化させ検波電圧の最小点を取得するように動作する。
【００１６】
図２はこの一連の動作について第１ベクトル調整器１０５の操作による検波器１１０におけるベクトル制御器１１４の制御電圧と検波電圧について示したものである。制御電圧は当初、無作為に掃引されるが順次検波電圧の最小点に近づくべく作動し収束する。なおベクトル制御器１１４の制御電圧はＣＰＵで処理するためデジタル信号であるが第１ベクトル調整器１０５はアナログ信号で動作するためＤ／Ａ変換器１１５を介して制御電圧を送出する。
【００１７】
以上のようにしてベクトル制御器１１４は第１の結合器１０７の出力の最小点、すなわち検波電圧の最小点を探索する。ここで検波電圧の最小点は第１の方向性結合器１０２からの分岐信号である送信信号進行波と第２の方向性結合器１０４からの分岐信号である送信信号進行波とが打ち消し合う点なので最終的には僅かな電圧である第２の方向性結合器１０４のポート３から出力された送信信号反射波の分岐信号だけが残る。この分岐信号は超微弱電圧であるため、反射波のモニタ信号としては不充分であるがベクトル調整器１０５を調整するための基準制御電圧に利用できるのでベクトル調整器１０５の自動制御を高精度で行える効果がある。
【００１８】
次に第２の方向性結合器１０４の分岐ポート４からの出力である分岐信号は送信信号反射波１２２と送信信号進行波１２１の漏れ電力とが重畳された信号であることは前述した。これらの信号は、第１の方向性結合器１０２で分岐された増幅前の送信信号進行波を第１ベクトル調整器１０５を介して第１分配器１０６で分岐された（第１の結合器１０７に入力されない）送信信号進行波と、第２の結合器１０９で結合される。この時、第２の結合器１０９では送信信号進行波同士を打ち消しあうようにする。
【００１９】
本実施例では分岐された増幅前の送信信号進行波であって第１ベクトル調整器１０５の出力後の伝送線路の第１分配器１０６と第２の結合器１０９との間に位相量と減衰量を調整するための第２ベクトル調整器１０８を設置した。すなわちベクトル調整器１０８の位相と振幅を変化させて第２の方向性結合器１０４のポート４からの分岐信号と第１ベクトル調整器１０５の出力である第１の方向性結合器１０２からの分岐信号とを逆位相となるように第２ベクトル調整器１０８の位相器の位相量を調整する。
【００２０】
重要なことは第１の方向性結合器１０２で分岐された増幅前の送信信号進行波であってベクトル調整器１０５を介して第１分配器１０６からの出力は第２の方向性結合器１０４のポート３の出力である送信信号進行波を参照して、あらかじめベクトル調整器１０５で調整された送信信号進行波であることである。
【００２１】
この信号は、第２の方向性結合器１０４のポート４から出力されている増幅後の送信信号進行波とは基本的に逆位相となっている。なぜならばこの信号は前述のようにベクトル調整器１０５で第２の方向性結合器１０４のポート３からの出力を参照しているためである。第２の方向性結合器のポート３の送信信号進行波出力とポート４の送信信号進行波の漏れ出力とは分岐位置は同一と見なせるのでポート４の出力である送信信号進行波の漏れ電力信号は伝送線路間の少しの遅延量が異なるだけで基本的に第２の結合器１０９では逆位相で打ち消される。
【００２２】
従って第２ベクトル調整器１０８では第２ベクトル調整器１０８の位相量の若干の調整はあるが主体は減衰器の振幅量だけを調整すれば足りる。図３に第２ベクトル調整器の減衰器に対する操作による送信信号進行波１２１同士と送信信号反射波１２２による検波器１１１で観測した時の検波電圧と制御電圧の関係について説明する。第２ベクトル調整器１０８に制御電圧としてアナログ電圧（０〜８Ｖ程度）を段階的に印加することにより、第２の結合器１０９の出力では送信信号進行波同士は相殺されるため、検波電圧の最小点が現れる。図３では検波電圧の最小点が所望の分岐された送信信号反射波１２２の検波電圧となる。
【００２３】
また、分岐された送信信号反射波１２２は第２ベクトル調整器１０８の減衰器を経由しないため本来不動電圧であるから送信信号進行波（進行波）による干渉があって最小点からずれていても特定は容易である。すなわち図３ａで示すように反射波電力が大きい場合にはベクトル制御電圧（制御電圧）の変化における検波電圧の最小幅が広がり、図３ｂで示すように反射波電力が小さい場合には進行波の影響（干渉寄与）により幅は狭くなる。なおこの場合の第２ベクトル調整器１０８に与える制御電圧は自動、手動どちらでも良くパルス電圧であっても直流電圧であっても特に支障はない。
【００２４】
第２ベクトル調整器１０８の位相量の調整に関しては例えば第２の方向性結合器１０４の分岐ポート（４）と第２の結合器１０９間に遅延線または遅延器を挿入し、位相量の無調整化や第２ベクトル調整器１０８の微調整にあてても良い。従って本実施例では第２ベクトル調整器１０８を使用したが第１ベクトル調整器１０５の調整のために使用したベクトル制御器１１４は不要であり、第２ベクトル調整器１０８の代わりに汎用の位相器や減衰器を個別に用いて調整しても良い。
【００２５】
次に送信信号反射波１２２の分岐信号（反射波）は検波器１１１およびＡ／Ｄ変換器１１３でデジタル化し、ＶＳＷＲモニタ１１６に反射波情報として送られる。ＶＳＷＲモニタ１１６では検波器１１１における検波電圧の変動を精測したり、ＶＳＷＲ（定在波比）そのものを計算する場合には増幅後の送信信号進行波１２１を方向性結合器やサーキュレータなどを介して直接検波し、それらの結合度を加味して出力をモニタし、ＶＳＷＲモニタ１１６の検波電圧と比較参照して求める。ＶＳＷＲモニタ１１６では送信信号反射波の検波情報を内部インタフェース端子１１８から高周波送信装置の処理回路（図示せず）に送られ、空中線の劣化によるシステムの異常や反射波の影響による搭載部品（増幅器など）の経時変化、線路インピーダンスの環境変化などに対応させる。
【００２６】
また、ベクトル調整器の調整可変範囲に制限がある場合には、あらかじめ個別に回路内に遅延線や遅延器を挿入しておいても良い。最終的には第２の結合器１０９の出力は送信信号反射波１２２の分岐信号のみが送出され、不要な送信信号進行波１２１の重畳によるＶＳＷＲの劣化が軽減される。また、検波位置により生じる定在波の測定ばらつきも送信信号進行波１２１をベクトル調整器で位相制御しているため、安定したＶＳＷＲをモニタすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
なお、本発明の実施の形態１では送信信号進行波１２１、送信信号反射波１２２およびそれらの重畳信号は第２の方向性結合器１０４で分岐されたが図４に示すように２個の方向性結合器１１９、１２０を使用しても同等の作用・効果がある。本実施例では方向性結合器１１９、１２０の未使用ポートは実施の形態１の第１の方向性結合器１０２同様に終端処理されている。
【００２８】
【発明の効果】
以上から本実施例の場合、方向性結合器の性能限界を考慮して送信信号進行波の漏れ電力を含めた送信信号反射波であっても送信信号進行波の漏れ電力成分を除去して反射波のみを測定するため、高精度のＶＳＷＲモニタ回路を実現できる。
【００２９】
またベクトル調整器を用いて自動調整するので位相量や減衰量の調整手間が省け、反射波の精測は微調整だけで済むため送信信号反射波のみを精度良く取り出すことができる。
【００３０】
また、ベクトル調整器を用いて自動制御するので従来例のように検波位置などによる測定誤差が皆無となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるＶＳＷＲモニタ回路のブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるベクトル調整器の検波電圧と制御電圧との関係を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１による第２ベクトル調整器の制御電圧と所望の反射波検波電圧との関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるＶＳＷＲモニタ回路のブロック図である。
【符号の説明】
１０１高周波送信信号入力端子、１０２第１の方向性結合器、１０３高周波送信信号増幅器、１０４第２の方向性結合器、１０５第１ベクトル調整器、１０６第１分配器、１０７第１の結合器、１０８第２ベクトル調整器、１０９第２の結合器、１１０、１１１検波器、１１２、１１３アナログデジタル変換器、１１４ベクトル制御器、１１５デジタル・アナログ変換器、１１６ＶＳＷＲモニタ、１１７高周波信号出力端子、１１８内部インターフェース端子、１１９，１２０方向性結合器、１２１高周波送信信号の進行波（送信信号進行波）、１２２送信信号反射波。

Claims

送信信号進行波の増幅前の信号の一部を分波した増幅前分岐信号と、送信信号進行波の増幅後の信号の一部を分波した増幅分岐信号と、前記増幅前分岐信号をベクトル調整器を介して前記増幅分岐信号と逆位相で結合させた出力の検波電圧を検出し前記ベクトル調整器を調整する第１の手段と、前記ベクトル調整器の出力の一部から分波した増幅前分岐信号を位相と振幅を調整する第２の手段に入力し、前記第２の手段の出力と送信信号進行波の増幅後の漏れ信号を含む送信信号反射波の一部を分波した反射分岐信号とを送信信号進行波同士逆位相で結合させることにより前記反射分岐信号の出力を検出することを特徴とするＶＳＷＲモニタ回路。
請求項１において位相を調整する第２の手段は遅延器又は遅延線であることを特徴とするＶＳＷＲモニタ回路。
請求項１において位相と振幅を調整する第２の手段はベクトル調整器であることを特徴とするＶＳＷＲモニタ回路。