JP4962298B2

JP4962298B2 - 送受信機

Info

Publication number: JP4962298B2
Application number: JP2007327798A
Authority: JP
Inventors: 正浩葛西; 敬横山; 滋大川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP2009152788A; KR101010844B1; US8155037B2; US20090161586A1; KR20090067052A; CN101465665A; EP2073393A2; CN101465665B; EP2073393A3; EP2073393B1

Description

この発明は、送信と受信を時分割で行うＴＤＤ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＤｕｐｌｅｘ）方式の送受信機に関する。

従来、ＴＤＤ方式の送受信機として、受信回路の前段に受信スロットの期間にオンとなるスイッチ回路を設け、送受信アンテナと、送信用のパワーアンプと、スイッチ回路との間に、サーキュレータを接続した構成のものがある。この送受信機では、送信スロットの期間には、送信信号を、パワーアンプからサーキュレータを通じて送受信アンテナに供給する。受信スロットの期間には、送受信アンテナの受信した受信信号を、サーキュレータおよびスイッチ回路を通じて受信回路に供給する（例えば、特許文献１参照。）。

特開平５−２５２０７４号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示された構成の送受信機では、マイクロ波帯やミリ波帯での無線通信を行う場合、次のような問題点がある。第１に、送信期間中、受信回路の前段のスイッチ回路がオフ状態となり、そのオフ状態におけるスイッチ回路のインピーダンスが考慮されていないため、送信時に、送信側から見たインピーダンスが所定の負荷（５０Ω）にならない。そのため、送信時にスイッチ回路で反射が起こり、送信側のパワーアンプ（送信用増幅器）を良好な状態で動作させることができないという問題点がある。

第２に、近年、送信電力が増大する傾向にあり、それに伴って受信側へ回り込む送信電力が増大する傾向にある。従って、受信回路の前段のスイッチ回路に、送信電力の回り込みを阻止する高い能力が要求される。そのため、スイッチ回路を大型の素子で構成する必要があり、コストの増大を招くという問題点がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、送信用増幅器を良好な状態で動作させることができる送受信機を提供することを目的とする。また、この発明は、コストの低減を図ることができる送受信機を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この送受信機は、送信と受信を時分割で行う送受信機において、受信側に、方向性結合器と、単極双投（以下、ＳＰＤＴとする。ＳＰＤＴ：ＳｉｎｇｌｅＰｏｌｅＤｏｕｂｌｅＴｈｒｏｗ）スイッチを有することを要件とする。方向性結合器において、第１ポートには受信信号が入力し、第２ポートおよび第３ポートからは、第１ポートへの入力信号が互いに９０°異なる位相の信号に分配されて出力され、第４ポートは、所定のインピーダンスに終端されている。

第１ＳＰＤＴスイッチにおいて、第１入力端子には、方向性結合器の第２ポートからの出力信号が入力し、通過モード時には第１入力端子への入力信号が第１出力端子から出力され、阻止モード時には第２出力端子に第１入力端子が接続される。第２ＳＰＤＴスイッチにおいて、第２入力端子には、方向性結合器の第３ポートからの出力信号が入力し、通過モード時には第２入力端子への入力信号が第３出力端子から出力され、阻止モード時には第４出力端子に第２入力端子が接続される。

この送受信機によれば、受信側に、所定のインピーダンスに終端された方向性結合器と、バランス型のスイッチがあることによって、送信時に、方向性結合器において反射波が打ち消されるので、送信側から見た負荷を常に所定のインピーダンスに見せることができる。さらに、受信信号が方向性結合器において２つの信号に分配されることによって、ＳＰＤＴスイッチに要求される、送信電力の回り込みを阻止する能力が低くてもよいので、スイッチを小型の素子で構成することができる。

この送受信機によれば、送信側から見た負荷が常に所定のインピーダンスになることによって、送信用増幅器を良好な状態で動作させることができるという効果を奏する。また、受信側のスイッチを小型の素子で構成することができるので、コストの低減を図ることができるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この送受信機の好適な実施の形態を詳細に説明する。ここでは、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を送受信する移動無線通信装置におけるＴＤＤ方式の送受信機について説明する。なお、以下の説明において、同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（概要）
図１は、送受信機の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、この送受信機は、送信と受信とで同一のアンテナ１を共用する。また、送受信機は、送信と受信とで例えばバンドパスフィルタ２を共用してもよい。送受信部３において、受信側には、第１方向性結合器３０と、第１スイッチの機能を有する第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２スイッチの機能を有する第２ＳＰＤＴスイッチ３２からなるバランス型のスイッチ構成が設けられている。

第１方向性結合器３０は、入力信号を互いに９０°異なる位相の２つの信号に分配して出力する。第１ＳＰＤＴスイッチ３１は、第１方向性結合器３０の一方の出力信号を受信時に通過させ、送信時に阻止する。第２ＳＰＤＴスイッチ３２は、第１方向性結合器３０のもう一方の出力信号を受信時に通過させ、送信時に阻止する。

（実施の形態１）
送受信機は、図１に示すように、送受信部３において、前記第１方向性結合器３０、前記第１ＳＰＤＴスイッチ３１、前記第２ＳＰＤＴスイッチ３２、送受切り替え回路の機能を有するサーキュレータ３３、第１受信用増幅器の機能を有する第１低雑音増幅器３４、第２受信用増幅器の機能を有する第２低雑音増幅器３５、および送信用増幅器の機能を有する大電力用増幅器３６を備えている。サーキュレータ３３は、アンテナ用ポート、受信用ポートおよび送信用ポートを有する。

アンテナ用ポートは、アンテナ１、または送受信部３とアンテナ１の間にバンドパスフィルタ２がある場合には、バンドパスフィルタ２に接続されている。受信用ポートは、第１方向性結合器３０の第１ポートに接続されている。送信用ポートは、大電力用増幅器３６の出力端子に接続されている。大電力用増幅器３６の入力端子は、図示省略した送信処理部に接続されている。

サーキュレータ３３においては、送信用ポートへの入力信号は、アンテナ用ポートに出力されるが、受信用ポートには出力されない。アンテナ用ポートへの入力信号は、受信用ポートに出力されるが、送信用ポートには出力されない。受信用ポートへの入力信号は、送信用ポートに出力されるが、アンテナ用ポートには出力されない。

第１方向性結合器３０は、９０°ハイブリッドカプラ（ＨＹＢ）で構成されており、第１ポートに入力した信号を、互いに９０°異なる位相の２つの信号に分配し、そのうちの一方の信号を第２ポートから出力し、もう一方の信号を第３ポートから出力する。第１ポートは、サーキュレータ３３の受信用ポートに接続されている。第２ポートは、第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第１入力端子に接続されている。第３ポートは、第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第２入力端子に接続されている。第４ポートは、例えば５０Ωの終端器３７に接続されている。

第１ＳＰＤＴスイッチ３１において、第１出力端子は、第１低雑音増幅器３４の入力端子に接続されている。第２出力端子は、例えば５０Ωの終端器３８に接続されている。第２ＳＰＤＴスイッチ３２において、第３出力端子は、第２低雑音増幅器３５の入力端子に接続されている。第４出力端子は、例えば５０Ωの終端器３９に接続されている。第１低雑音増幅器３４の出力端子および第２低雑音増幅器３５の出力端子は、図示省略した受信処理部に接続されている。

また、送受信機は、制御部４において、制御回路４０、スイッチ駆動回路４１およびＰＡ駆動回路４２を備えている。制御回路４０は、ＴＤＤ制御信号に基づいて、スイッチ駆動回路４１およびＰＡ駆動回路４２に、それぞれ、受信スイッチ駆動信号およびＰＡ駆動信号を出力する。例えば、図２に示すタイミングチャートのように、ＰＡ駆動信号がＨｉレベルであるときに受信スイッチ駆動信号はＬｏレベルであり、ＰＡ駆動信号がＬｏレベルであるときに受信スイッチ駆動信号はＨｉレベルである。

ここで、制御回路４０は、単一のＴＤＤ制御信号に基づいて、受信スイッチ駆動信号とＰＡ駆動信号を生成するとよい。そうすれば、故障等により受信スイッチ駆動信号とＰＡ駆動信号がともにＨｉレベルとなるのを避けることができる。つまり、受信側に回り込む送信電力によって受信側の低雑音増幅器３４，３５が破壊されるのを防ぐことができる。

スイッチ駆動回路４１は、制御回路４０から入力する受信スイッチ駆動信号がＨｉレベルのときに、その受信スイッチ駆動信号のレベルを、スイッチを動作させるための電圧に変換する。受信スイッチ駆動信号がＨｉレベルのとき、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２は、それぞれ、第１出力端子側および第３出力端子側に切り替わる。受信スイッチ駆動信号がＬｏレベルのときには、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２は、それぞれ、第２出力端子側および第４出力端子側に切り替わる。

例えば、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２が、シャント型のＰＩＮダイオードからなるＳＰＤＴスイッチである場合、スイッチ駆動回路４１は、ＴＴＬレベルの受信スイッチ駆動信号を、ＰＩＮダイオードに印加するバイアス電圧に変換する。

例えば、ＳＰＤＴスイッチを終端器側に切り替えるとき（阻止モードのとき）には、終端器側に接続されたＰＩＮダイオードに０Ｖ以下の逆バイアスを印加し、低雑音増幅器側に接続されたＰＩＮダイオードに順方向電圧以上の順バイアス電圧を印加する。ＳＰＤＴスイッチを低雑音増幅器側に切り替えるとき（通過モードのとき）には、その逆となる。

また、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２が、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ−ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成される場合がある。その場合、スイッチ駆動回路４１は、ＴＴＬレベルの受信スイッチ駆動信号を、ＦＥＴのゲート端子に印加する制御電圧に変換する。

例えば、伝送線路にＦＥＴが並列に接続された構成の場合、ＳＰＤＴスイッチを終端器側に切り替えるとき（阻止モードのとき）には、終端器側に接続されたＦＥＴのゲート端子にピンチオフ電圧以下の制御電圧を印加し、低雑音増幅器側に接続されたＦＥＴのゲート端子に０Ｖの制御電圧を印加する。ＳＰＤＴスイッチを低雑音増幅器側に切り替えるとき（通過モードのとき）には、その逆となる。伝送線路にＦＥＴが直列に接続された構成の場合には、並列に接続された構成の場合の逆となる。

ＰＡ駆動回路４２は、制御回路４０から入力するＰＡ駆動信号がＨｉレベルのときに、そのＰＡ駆動信号のレベルを、大電力用増幅器３６を動作させるための電圧に変換する。ＰＡ駆動信号がＨｉレベルのとき、大電力用増幅器３６の電源がオン状態となる。ＰＡ駆動信号がＬｏレベルのときには、大電力用増幅器３６の電源はオフ状態となる。例えば、大電力用増幅器３６がＦＥＴで構成される場合、ＰＡ駆動回路は、ＴＴＬレベルのＰＡ駆動信号を、ＦＥＴのゲート端子に印加する制御電圧に変換する。大電力用増幅器３６のＦＥＴをオンさせるときには、そのＦＥＴのゲート端子に閾値電圧以上の電圧を印加し、オフさせるときには、閾値電圧よりも低い電圧を印加する。

送受信機の動作は以下の通りである。送信期間中、ＰＡ駆動信号により大電力用増幅器３６の電源がオン状態となり、図示しない送信処理部から大電力用増幅器３６に入力した信号が増幅される。大電力用増幅器３６から出力された信号は、サーキュレータ３３を通過し、バンドパスフィルタ２を通過して、アンテナ１から空中に放射される。その際、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２が共に同じインピーダンス（例えば共に５０Ωもしくはオープン等）の場合、第１方向性結合器３０において反射波が打ち消されるので、送信側から見える負荷が常に５０Ωとなる。

また、送信期間中、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２は、それぞれ、終端器３８，３９側に切り替えられている。それによって、送信電力が第１低雑音増幅器３４および第２低雑音増幅器３５に回り込むのを阻止することができるので、第１低雑音増幅器３４および第２低雑音増幅器３５が破壊されるのを防ぐことができる。

受信側に回り込む送信電力は、第１方向性結合器３０で分配されて第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２に入力する。従って、受信側に回り込む送信電力を一つのスイッチで阻止する場合に比べて、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２の耐電力は低くてもよい。つまり、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２を小型の素子で構成することができる。

例えば、第１方向性結合器３０が、受信側に回り込む送信電力を１／２ずつに分配する場合、受信側に回り込んでくる送信電力を一つのスイッチで阻止する場合に比べて、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２の耐電力は半分でよい。この場合、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２を、例えば３ｄＢほど耐電力の小さい小型の素子で構成することができる。

受信期間中、受信スイッチ駆動信号により第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２は、それぞれ、第１低雑音増幅器３４側および第２低雑音増幅器３５側に切り替えられている。受信信号は、アンテナ１から、バンドパスフィルタ２およびサーキュレータ３３を通過し、第１方向性結合器３０の第１ポートに入力する。そして、受信信号は、第１方向性結合器３０において互いに位相が９０°異なる２つの信号に分配される。

第１方向性結合器３０で分配された信号のうち、一方は第２ポートから出力され、もう一方は第３ポートから出力される。それら第２ポートから出力された信号および第３ポートから出力された信号は、それぞれ、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２を通過して、第１低雑音増幅器３４および第２低雑音増幅器３５に入力し、そこで増幅されて図示しない受信処理部へ送られる。受信期間中、大電力用増幅器３６の電源はオフ状態となっている。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２の送受信機の構成を示すブロック図である。図３に示すように、送受信機では、第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第２出力端子が開放となっており、第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第４出力端子が開放となっている。その他の構成および動作は、実施の形態１と同様である。このように、第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第２出力端子および第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第４出力端子が５０Ωの終端器に接続されていなくても、送信時に、第１ＳＰＤＴスイッチ３１や第２ＳＰＤＴスイッチ３２からの反射波が第１方向性結合器３０において打ち消されるので、送信側から見える負荷は常に５０Ωとなる。

（実施の形態３）
図４は、実施の形態３の送受信機の構成を示すブロック図である。図４に示すように、送受信機は、第２方向性結合器５０、同相合成回路５１およびＶＳＷＲ検出回路５２を備えており、大電力用増幅器３６の出力電力をフォワード電力として利用して電圧定在波比（ＶＳＷＲ：ＶｏｌｔａｇｅＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲａｔｉｏ）を検出する。第２方向性結合器５０は、大電力用増幅器３６の出力端子に接続されている。第２方向性結合器５０は、例えば、５０Ωの終端器５３に接続されたカプラにより構成されており、大電力用増幅器３６から出力される送信信号の一部を取り出す。

同相合成回路５１は、第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第２出力端子と第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第４出力端子に接続されている。同相合成回路５１は、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２から入力した２つの信号を同相、すなわち位相差０°で合成する。ＶＳＷＲ検出回路５２は、第２方向性結合器５０と同相合成回路５１に接続されている。同相合成回路５１およびＶＳＷＲ検出回路５２については、周知であるので、詳細な説明を省略する。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

送受信機のＶＳＷＲ検出時の動作は以下の通りである。送信期間中、第２方向性結合器５０で取り出された信号は、フォワード電力としてＶＳＷＲ検出回路５２に供給される。また、アンテナ１やケーブルが劣化したり破損したりして出力部分のインピーダンスが劣化すると、第２方向性結合器５０を通過してアンテナ１へ向かう送信信号（図４に伝送経路を破線Ｔで示す）の一部が反射されても送受信部３に戻ってくる。反射されて戻ってきた信号は、バンドパスフィルタ２およびサーキュレータ３３を通過して第１方向性結合器３０へ入力する（図４に伝送経路を破線Ａで示す）。

第１方向性結合器３０に入力した信号は、９０°位相の異なる２つの信号に分配される。第１方向性結合器３０で分配された信号は、それぞれ、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２を通過して、同相合成回路５１に入力する（図４に伝送経路を破線Ｂおよび破線Ｃで示す）。同相合成回路５１で合成された信号は、リバース電力としてＶＳＷＲ検出回路５２に供給される（図４に伝送経路を破線Ｄで示す）。

ＶＳＷＲ検出回路５２は、第２方向性結合器５０から供給されたフォワード電力と、同相合成回路５１から供給されたリバース電力に基づいて、電圧定在波比を検出する。その検出結果は、図示しない制御部のエラー処理部などに送られる。送信および受信に関する動作は、実施の形態１と同様である。

図５は、ＶＳＷＲ検出用反射電力の比率を説明する特性図である。図５において、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの各特性曲線は、図４の破線Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの伝送経路における反射電力を示す。ここでは、第１方向性結合器３０が、Ａの電力を１／２ずつＢとＣの電力に分配する場合を例にする。

図５に示すように、ＢとＣの電力の位相が９０°ずれているので、それらを同相で合成したＤの電力の変動は、Ａの電力の変動幅よりも小さくなり、Ａの変動幅の０．７倍となる。つまり、実施の形態３によれば、第１方向性結合器３０、第１ＳＰＤＴスイッチ３１、第２ＳＰＤＴスイッチ３２および同相合成回路５１を設けずに、Ａの電力をそのままＶＳＷＲ検出回路５２に入力させる場合に比べて、反射点の位置（位相）に依存する、ＶＳＷＲ検出回路５２への入力レベルの変動を低減することができる。従って、ＶＳＷＲ検出機能の精度が向上する。

（実施の形態４）
図６は、実施の形態４の送受信機の構成を示すブロック図である。図６に示すように、送受信機は、ＶＳＷＲ検出回路５２、擬似信号発生器６０、アイソレータ６１、第３方向性結合器６２およびＶＣＯ駆動回路６４を備えており、擬似信号の電力をフォワード電力として利用して電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を検出する。擬似信号発生器６０は、例えば電圧制御発信器（ＶＣＯ：ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）で構成されている。擬似信号発生器６０は、制御部４に設けられたＶＣＯ駆動回路６４により駆動される。

ＶＣＯ駆動回路６４は、制御回路４０から入力するＶＣＯ駆動信号がＨｉレベルのときに、そのＶＣＯ駆動信号のレベルを、擬似信号発生器６０を動作させるための電圧に変換する。例えば、図７に示すタイミングチャートのように、ＶＣＯ駆動信号は、ＰＡ駆動信号および受信スイッチ駆動信号の両方がＬｏレベルのとき、すなわち、送受信機が送信も受信もしていない非送受信期間中に、Ｈｉレベルとなる。ＶＣＯ駆動信号は、ＰＡ駆動信号および受信スイッチ駆動信号のいずれか一方がＨｉレベルのとき、すなわち、送受信機が送信か受信をしているときには、Ｌｏレベルとなる。

つまり、擬似信号発生器６０は、送受信機が送信も受信もしていないときにのみ、擬似信号を出力する。従って、送受信機は、送信も受信もしていないときにのみ、ＶＳＷＲ検出を行う。なお、図７では、非送受信期間ごとにＶＣＯ駆動信号がＨｉレベルとなっているが、適当な回数おきまたは適当な時間おきにＶＣＯ駆動信号がＨｉレベルになるようにしてもよい。また、ＶＣＯ駆動回路６４は、自身の出力電圧を制御することによって、擬似信号発生器６０の発振周波数を制御する。

アイソレータ６１は、負荷安定器として擬似信号発生器６０の出力端子に接続されている。第３方向性結合器６２は、例えば９０°ハイブリッドカプラ（ＨＹＢ）で構成されており、第５ポートに入力した信号を２つの信号に分配し、そのうちの一方の信号を第６ポートから出力し、もう一方の信号を第７ポートから出力する。第５ポートは、アイソレータ６１の出力端子に接続されている。第６ポートは、ＶＳＷＲ検出回路５２に接続されている。第７ポートは、第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第４出力端子に接続されている。第８ポートは、例えば５０Ωの終端器６３に接続されている。

第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第２出力端子は、ＶＳＷＲ検出回路５２に接続されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

送受信機のＶＳＷＲ検出時の動作は以下の通りである。非送受信期間中、擬似信号発生器６０から出力され、アイソレータ６１を通過した擬似信号は、第３方向性結合器６２に入力し、２つの信号に分配される。第３方向性結合器６２の第６ポートから出力された信号は、フォワード電力としてＶＳＷＲ検出回路５２に供給される（図６に伝送経路を破線Ｅで示す）。第３方向性結合器６２の第７ポートから出力された信号は、第２ＳＰＤＴスイッチ３２を通過し、第１方向性結合器３０の第３ポートに入力し（図６に伝送経路を破線Ｆで示す）、第１ポートから出力される。

第１方向性結合器３０の第１ポートから出力された信号は、サーキュレータ３３を通過し（図６に伝送経路を破線Ｇで示す）、大電力用増幅器３６で反射されてアンテナ１へ向かう（図６に伝送経路を破線Ｈで示す）。アンテナ１やケーブルが劣化したり破損したりして出力部分のインピーダンスが劣化すると、アンテナ１へ向かう信号の一部が反射されても送受信部３に戻ってくる。反射されて戻ってきた信号は、バンドパスフィルタ２およびサーキュレータ３３を通過して第１方向性結合器３０の第１ポートに入力する（図６に伝送経路を破線Ｊで示す）。

第１方向性結合器３０に入力した信号は、第２ポートから出力され、第１ＳＰＤＴスイッチ３１を通過して、リバース電力としてＶＳＷＲ検出回路５２に供給される（図６に伝送経路を破線Ｋで示す）。ＶＳＷＲ検出回路５２は、第３方向性結合器６２から供給されたフォワード電力と、第１ＳＰＤＴスイッチ３１から供給されたリバース電力に基づいて、電圧定在波比を検出する。その検出結果は、図示しない制御部のエラー処理部などに送られる。送信および受信に関する動作は、実施の形態１と同様である。

実施の形態４によれば、ＶＳＷＲ検出に必要なフォワード電力を擬似信号から得るので、大電力用増幅器３６とサーキュレータ３３の間にカプラなどを設けて、大電力用増幅器３６の出力電圧の一部をフォワード電力としてＶＳＷＲ検出回路５２に供給する必要がない。従って、実施の形態３よりも送信系の通過損失を小さくすることができる。なお、第３方向性結合器６２は、カプラでもよい。また、擬似信号発生器６０の発信周波数を、大電力用増幅器３６の帯域外の周波数としてもよい。

（実施の形態５）
図８は、実施の形態５の送受信機の構成を示すブロック図である。図８に示すように、送受信機は、第１検出回路の機能を有する第１ＲＦ検出回路７１、第２検出回路の機能を有する第２ＲＦ検出回路７２、インバータ７３、第１アンド回路７４、第２アンド回路７５および受信レベル閾値判断部７６を備えており、受信レベルに応じて、第１低雑音増幅器３４および第２低雑音増幅器３５を切り替えて受信信号を受信する。実施の形態５では、第１低雑音増幅器３４と第２低雑音増幅器３５は、受信感度（ダイナミックレンジ）が異なる。以下の説明では、第２低雑音増幅器３５の方が第１低雑音増幅器３４よりも受信感度が高いとする。

第１ＲＦ検出回路７１の入力端子は、第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第２出力端子に接続されている。第１ＲＦ検出回路７１は、第１ＳＰＤＴスイッチ３１の第２出力端子から入力する信号を検波し、その受信レベルを検出する。第２ＲＦ検出回路７２の入力端子は、第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第４出力端子に接続されている。第２ＲＦ検出回路７２は、第２ＳＰＤＴスイッチ３２の第４出力端子から入力する信号を検波し、その受信レベルを検出する。これらＲＦ検出回路については、周知であるので、詳細な説明を省略する。

受信レベル閾値判断部７６は、第１ＲＦ検出回路７１の出力端子および第２ＲＦ検出回路７２の出力端子に接続されている。図９に示すように、受信レベル閾値判断部７６には、閾値電圧Ｘが設定されている。受信レベル閾値判断部７６は、第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧および第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧を閾値電圧Ｘと比較し、その比較結果に応じたレベルの信号を制御回路４０へ出力する。

第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧および第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧と受信レベル閾値判断部７６の出力電圧との関係を図１０に示す。図１０に示すように、第１ＲＦ検出回路７１からの出力電圧が受信なしに相当する場合、第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧が閾値電圧Ｘ以下であるときには、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＬｏレベルとなり（ケース１）、第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧が閾値電圧Ｘよりも高いときには、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＨｉレベルとなる（ケース２）。

また、第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧が受信なしに相当する場合、第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧が閾値電圧Ｘ以下であるときには、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＬｏレベルとなり（ケース３）、第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧が閾値電圧Ｘよりも高いときには、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＨｉレベルとなる（ケース４）。ここで、第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧または第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧が受信なしに相当する場合とは、対応するＳＰＤＴスイッチ３１，３２がそれぞれの低雑音増幅器３４，３５側に接続されているため、第１ＲＦ検出回路７１または第２ＲＦ検出回路７２への入力が微小である状態のことをいう。受信レベル閾値判断部７６の出力電圧のレベルは、例えばレベルの切り替えが起こるまで保持される。

制御回路４０は、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧に応じて、ＬＮＡ切り替え信号を出力する。このＬＮＡ切り替え信号は、スイッチ駆動回路４１において、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２を動作させるための電圧に変換される。この電圧変換後のＬＮＡ切り替え信号を受信ＬＮＡ選択信号とする。

インバータ７３は、スイッチ駆動回路４１から出力された受信ＬＮＡ選択信号の極性を反転させる。また、実施の形態１においてスイッチ駆動回路４１から出力される、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２の切り替え制御を行う信号を、スイッチ切り替え信号とする。第１アンド回路７４は、受信ＬＮＡ選択信号の反転信号とスイッチ切り替え信号の論理積を第１スイッチ切り替え信号として第１ＳＰＤＴスイッチ３１へ出力する。第２アンド回路７５は、受信ＬＮＡ選択信号の反転信号とスイッチ切り替え信号の論理積を第２スイッチ切り替え信号として第２ＳＰＤＴスイッチ３２へ出力する。

第１ＳＰＤＴスイッチ３１は、第１アンド回路７４から出力される第１スイッチ切り替え信号がＨｉレベルのときに第１出力端子側に切り替わり、Ｌｏレベルのときに第２出力端子側に切り替わる。第２ＳＰＤＴスイッチ３２は、第２アンド回路７５から出力される第２スイッチ切り替え信号がＨｉレベルのときに第３出力端子側に切り替わり、Ｌｏレベルのときに第４出力端子側に切り替わる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

送受信機の受信時の動作は以下の通りである。図１１は、実施の形態５の送受信機の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図１１に示すように、受信期間中、例えば第１ＳＰＤＴスイッチ３１が第１ＲＦ検出回路７１側に切り替えられており、第２ＳＰＤＴスイッチ３２が第２低雑音増幅器３５側に切り替えられているとする。この状態のときには、第２低雑音増幅器３５で受信信号を受信し、第１ＲＦ検出回路７１で受信レベルを検出する。

第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧が閾値電圧Ｘよりも高いとする（図１０のケース４）。この場合には、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＨｉレベルである。受信スイッチ駆動信号がＨｉレベルとなる受信期間では、第１アンド回路７４から第１ＳＰＤＴスイッチ３１に入力する第１スイッチ切り替え信号はＬｏレベルとなり、第２アンド回路７５から第２ＳＰＤＴスイッチ３２に入力する第２スイッチ切り替え信号はＨｉレベルとなる。従って、第２低雑音増幅器３５で受信信号を受信し、第１ＲＦ検出回路７１で受信レベルを検出する。

次の受信期間において、第１ＲＦ検出回路７１の出力電圧が閾値電圧Ｘ以下になるとする（図１０のケース３）。この場合には、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＬｏレベルになる。受信スイッチ駆動信号がＨｉレベルとなる受信期間では、第１スイッチ切り替え信号はＨｉレベルとなり、第２スイッチ切り替え信号はＬｏレベルとなる。それによって、第１ＳＰＤＴスイッチ３１が第１低雑音増幅器３４側に切り替えられ、第２ＳＰＤＴスイッチ３２が第２ＲＦ検出回路７２側に切り替えられる。従って、第１低雑音増幅器３４で受信信号を受信し、第２ＲＦ検出回路７２で受信レベルを検出する。

次の受信期間において、第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧が閾値電圧Ｘ以下になるとする（図１０のケース１）。この場合には、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＬｏレベルである。受信スイッチ駆動信号がＨｉレベルとなる受信期間では、第１スイッチ切り替え信号はＨｉレベルとなり、第２スイッチ切り替え信号はＬｏレベルとなる。従って、第１低雑音増幅器３４で受信信号を受信し、第２ＲＦ検出回路７２で受信レベルを検出する。

次の受信期間において、第２ＲＦ検出回路７２の出力電圧が閾値電圧Ｘよりも高くなるとする（図１０のケース２）。この場合には、受信レベル閾値判断部７６の出力電圧はＨｉレベルになる。受信スイッチ駆動信号がＨｉレベルとなる受信期間では、第１スイッチ切り替え信号はＬｏレベルとなり、第２スイッチ切り替え信号はＨｉレベルとなる。それによって、第１ＳＰＤＴスイッチ３１が第１ＲＦ検出回路７１に切り替えられ、第２ＳＰＤＴスイッチ３２が第２低雑音増幅器３５側に切り替えられる。従って、第２低雑音増幅器３５で受信信号を受信し、第１ＲＦ検出回路７１で受信レベルを検出する。受信時のその他の動作および送信に関する動作は、実施の形態１と同様である。

（実施の形態６）
図１２は、実施の形態６の送受信機の構成を示すブロック図である。図１２に示すように、送受信機では、サーキュレータの代わりに、大電力用増幅器３６および第１方向性結合器３０とバンドパスフィルタ２との間に第４方向性結合器８０が接続されている。第４方向性結合器８０は、例えば９０°ハイブリッドカプラ（ＨＹＢ）で構成されている。第９ポートは、バンドパスフィルタ２に接続されている。第１０ポートは、大電力用増幅器３６の出力端子に接続されている。第１１ポートは、第１方向性結合器３０の第１ポートに接続されている。第１２ポートは、例えば５０Ωの終端器８１に接続されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態１のサーキュレータ３３と実施の形態６の第４方向性結合器８０とでは、特性が異なるので、以下のような点に注意する必要がある。例えば、送受信機が高出力装置に用いられる場合、送信系の通過損失を小さくする必要がある、従って、第４方向性結合器８０を構成する９０°ハイブリッドカプラとして、３ｄＢの均等分配型ではなく、送信系の通過損失が小さくなるような不等分配型を用いるのが好ましい。また、９０°ハイブリッドカプラを用いると、サーキュレータを用いる場合に比べて、アンテナ１側で送信電力の反射が起こった場合に大電力用増幅器３６に戻る電力が大きくなる。従って、サーキュレータの代わりに９０°ハイブリッドカプラを用いる場合には、アンテナ１が破損しないと想定される装置、または大電力用増幅器３６が破損しないような条件で用いるのが好ましい。なお、前記実施の形態２〜５のそれぞれにおいても、サーキュレータの代わりに第４方向性結合器８０を用いることができる。

以上説明したように、各実施の形態によれば、送信時に送信側から見える負荷が常に５０Ωになるので、大電力用増幅器３６を良好な状態で動作させることができる。また、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２を小型の素子で構成することができるので、コストを削減することができる。また、送信側および受信側とアンテナ１との間に大型のＴＤＤスイッチを設ける場合に比べて、小型で、かつ安価な回路構成でシステムを構築することができる。この場合、大型のＴＤＤスイッチが不要であるので、送信電力を低減することができる。従って、大電力用増幅器３６として小型の増幅器を用いることができる。また、消費電力が小さくなるので、放熱フィンを小型にすることができる。

また、送信側および受信側とアンテナ１との間にサーキュレータを設け、さらにこのサーキュレータと受信側との間に大型のアイソレータを設ける場合に比べて、小型の回路構成でシステムを構築することができる。また、第１ＳＰＤＴスイッチ３１および第２ＳＰＤＴスイッチ３２の送信電力の回り込みを阻止する能力が低くてもよいので、受信側のデバイス耐力を下げることができる。従って、安価になる。各実施の形態の送受信機は、マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を送受信する移動無線通信装置、またはマイクロ波帯やミリ波帯の電磁波を送受信するレーダー装置における時分割方式の送受信機に適している。

上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）同一のアンテナを用いて送信と受信を時分割で行う送受信機において、第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートを有し、前記第１ポートへ入力する信号を前記第２ポートおよび前記第３ポートから互いに９０°異なる位相で出力し、前記第４ポートが所定のインピーダンスに終端された第１方向性結合器と、第１入力端子、第１出力端子および第２出力端子を有し、通過モード時に前記第１方向性結合器の前記第２ポートから前記第１入力端子へ入力する信号を前記第１出力端子から出力し、阻止モード時に前記第２出力端子に前記第１入力端子を接続する第１スイッチと、第２入力端子、第３出力端子および第４出力端子を有し、通過モード時に前記第１方向性結合器の前記第３ポートから前記第２入力端子へ入力する信号を前記第３出力端子から出力し、阻止モード時に前記第４出力端子に前記第２入力端子を接続する第２スイッチと、を備えることを特徴とする送受信機。

（付記２）前記第１スイッチの前記第１出力端子から出力される信号を増幅する第１受信用増幅器と、前記第２スイッチの前記第３出力端子から出力される信号を増幅する第２受信用増幅器と、をさらに備えることを特徴とする付記１に記載の送受信機。

（付記３）送信用増幅器と、前記送信用増幅器から出力される信号を前記アンテナへ送り、前記アンテナから送られてくる信号を前記第１方向性結合器の前記第１ポートへ送る送受切り替え回路と、をさらに備えることを特徴とする付記２に記載の送受信機。

（付記４）送信期間中、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが阻止モードとなり、受信期間中、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが通過モードとなるように切り替える制御部、をさらに備えることを特徴とする付記３に記載の送受信機。

（付記５）前記第１スイッチの前記第２出力端子が所定のインピーダンスに終端されており、前記第２スイッチの前記第４出力端子が所定のインピーダンスに終端されていることを特徴とする付記３に記載の送受信機。

（付記６）前記第１スイッチの前記第２出力端子が開放となっており、前記第２スイッチの前記第４出力端子が開放となっていることを特徴とする付記３に記載の送受信機。

（付記７）前記送信用増幅器から出力される信号の一部を取り出す第２方向性結合器と、阻止モード時に前記第１スイッチの前記第２出力端子および前記第２スイッチの前記第４出力端子からそれぞれ出力される信号を合成する合成回路と、前記第２方向性結合器から出力される信号の電力および前記合成回路から出力される信号の電力に基づいて、電圧定在波比を検出するＶＳＷＲ検出回路と、をさらに備えることを特徴とする付記４に記載の送受信機。

（付記８）擬似信号を発生する擬似信号発生器と、第５ポート、第６ポート、および第７ポートを有し、前記擬似信号発生器から前記第５ポートへ入力する擬似信号を前記第６ポートおよび前記第７ポートから出力する第３方向性結合器と、前記第３方向性結合器の前記第７ポートから出力され、前記第２スイッチおよび前記第１方向性結合器を経由し、前記第１方向性結合器と前記アンテナの間で反射され、前記第１方向性結合器および前記第１スイッチを経由し、前記第１スイッチから出力される信号の電力、並びに前記第３方向性結合器の前記第６ポートから出力される信号の電力に基づいて、電圧定在波比を検出するＶＳＷＲ検出回路と、送信期間と受信期間の間の非送受信期間中、前記擬似信号発生器が擬似信号を発生するとともに、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが阻止モードとなるように制御する制御部と、をさらに備えることを特徴とする付記４に記載の送受信機。

（付記９）前記第１スイッチの前記第２出力端子から出力される信号の受信レベルを検出する第１検出回路と、前記第２スイッチの前記第４出力端子から出力される信号の受信レベルを検出する第２検出回路と、送信期間中、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが阻止モードとなり、受信期間中、前記第１検出回路により検出された受信レベルまたは前記第２検出回路により検出された受信レベルに基づいて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、いずれか一方が通過モードとなり、他方が阻止モードとなるように切り替える制御部と、をさらに備えることを特徴とする付記３に記載の送受信機。

（付記１０）送信期間中オン状態となり、非送信期間中オフ状態となるように前記送信用増幅器の電源を切り替える制御部、をさらに備えることを特徴とする付記３〜９のいずれか一つに記載の送受信機。

（付記１１）前記送受切り替え回路は、サーキュレータであることを特徴とする付記３〜１０のいずれか一つに記載の送受信機。

（付記１２）前記送受切り替え回路は、方向性結合器であることを特徴とする付記３〜１０のいずれか一つに記載の送受信機。

実施の形態１の送受信機の構成を示すブロック図である。実施の形態１の送受信機の動作タイミングを示すタイミングチャートである。実施の形態２の送受信機の構成を示すブロック図である。実施の形態３の送受信機の構成を示すブロック図である。実施の形態３の送受信機におけるＶＳＷＲ検出用反射電力の比率を説明する特性図である。実施の形態４の送受信機の構成を示すブロック図である。実施の形態４の送受信機の動作タイミングを示すタイミングチャートである。実施の形態５の送受信機の構成を示すブロック図である。実施の形態５の送受信機における受信レベル閾値判断部を説明する特性図である。実施の形態５の送受信機における受信レベル閾値判断部を説明する図表である。実施の形態５の送受信機の動作タイミングを示すタイミングチャートである。実施の形態６の送受信機の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１アンテナ
４制御部
３０第１方向性結合器
３１第１ＳＰＤＴスイッチ
３２第２ＳＰＤＴスイッチ
３３サーキュレータ
３４第１低雑音増幅器
３５第２低雑音増幅器
３６大電力用増幅器
３７，３８，３９終端器
４０制御回路
４１スイッチ駆動回路
４２ＰＡ駆動回路
５０第２方向性結合器
５１同相合成回路
５２ＶＳＷＲ検出回路
６０擬似信号発生器
６２第３方向性結合器
６４ＶＣＯ駆動回路
７１第１ＲＦ検出回路
７２第２ＲＦ検出回路
７６受信レベル閾値判断部
８０第４方向性結合器

Claims

送信と受信を時分割で行う送受信機において、
第１ポート、第２ポート、第３ポートおよび第４ポートを有し、前記第１ポートへ入力する信号を前記第２ポートおよび前記第３ポートから互いに９０°異なる位相で出力し、前記第４ポートが所定のインピーダンスに終端された第１方向性結合器と、
第１入力端子、第１出力端子および第２出力端子を有し、通過モード時に前記第１方向性結合器の前記第２ポートから前記第１入力端子へ入力する信号を前記第１出力端子から出力し、阻止モード時に前記第２出力端子に前記第１入力端子を接続する第１スイッチと、
第２入力端子、第３出力端子および第４出力端子を有し、前記通過モード時に前記第１方向性結合器の前記第３ポートから前記第２入力端子へ入力する信号を前記第３出力端子から出力し、前記阻止モード時に前記第４出力端子に前記第２入力端子を接続する第２スイッチと、
前記第１スイッチの前記第１出力端子から出力される信号を増幅する第１受信用増幅器と、
前記第２スイッチの前記第３出力端子から出力される信号を増幅する第２受信用増幅器と、
送信用増幅器と、
前記送信用増幅器から出力される信号をアンテナへ送り、前記アンテナから送られてくる信号を前記第１方向性結合器の前記第１ポートへ送る送受切り替え回路と、を備え、
前記第１スイッチの前記第２出力端子が所定のインピーダンスに終端されており、
前記第２スイッチの前記第４出力端子が所定のインピーダンスに終端されていることを特徴とする送受信機。
送信期間中、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが阻止モードとなり、受信期間中、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチが通過モードとなるように切り替える制御部、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の送受信機。