(57)【要約】【課題】伝送信号の損失を低減させる方向性結合器を提供する。【解決手段】入出力端子１０１〜１０４と、入出力端子１０１と入出力端子１０２との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する移相手段１０５と、入出力端子１０３と入出力端子１０４との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する移相手段１０６と、入力が入出力端子１０３に接続され、出力が入出力端子１０１に接続された入出力インピーダンスが高い増幅器１０７と、入力が入出力端子１０４に接続され、出力が入出力端子１０２に接続された入出力インピーダンスが高い増幅器１０８と、を備える。【選択図】図１
2010109462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１乃至第４の入出力端子と、
前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１の移相手段と、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２の移相手段と、
入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器と、
入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２の増幅器と、
を備える方向性結合器。
【請求項２】
一端が前記第４の入出力端子に接続され、他端が接地されたインピーダンス素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記第２の増幅器の増幅率は、前記第１の増幅器の増幅率に前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段の損失分を加えたものとなることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段は移相量が調整可能な可変移相器であり、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器は増幅率が調整可能な可変利得増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記第１の入出力端子から出力される信号の位相及び電力レベルを検出し、前記位相及び電力レベルに基づいて前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段の移相量の調整量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率の調整量とを決定する検出手段と、
前記検出手段により決定された前記移相量の調整量及び前記増幅率の調整量に基づいて前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段の移相量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率とを調整する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の方向性結合器。
【請求項６】
一端が前記第３の入出力端子に接続され、与えられた信号の位相シフト及び増幅を行って出力する、移相量及び増幅率が調整可能な補償手段と、
前記第１の入出力端子からの出力信号と前記補償手段の出力信号とを加算して出力する加算器と、
をさらに備え、
前記検出手段は、前記加算器から出力される信号の位相及び電力レベルを検出し、前記位相及び電力レベルに基づいて前記第１の移相手段、前記第２の移相手段、及び前記補償手段の移相量の調整量と、前記第１の増幅器、前記第２の増幅器及び前記補償手段の増幅率の調整量とを決定し、
前記制御手段は、前記検出手段により決定された前記移相量の調整量及び前記増幅率の調整量に基づいて前記第１の移相手段、前記第２の移相手段、及び前記補償手段の移相量と、前記第１の増幅器、前記第２の増幅器、及び前記補償手段の増幅率とを調整することを特徴とする請求項５に記載の方向性結合器。
【請求項７】
前記補償手段は、
一端が前記第３の入出力端子に接続され、与えられた信号の位相をシフトして出力する、移相量が調整可能な第３の移相手段と、
前記第３の移相手段の出力を増幅して前記加算器へ出力する、増幅率が調整可能な第３の増幅器と、
を有し、
前記検出手段は、第３の移相手段の移相量の調整量と、前記第３の増幅器の増幅率の調整量とを決定し、
前記制御手段は、前記第３の移相手段の移相量と、前記第３の増幅器の増幅率とを調整することを特徴とする請求項６に記載の方向性結合器。
【請求項８】
前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器は増幅率が調整可能な可変利得増幅器であり、
前記第１の増幅器と前記第１の入出力端子との間、又は前記第１の増幅器と前記第３の入出力端子との間に設けられた移相量が調整可能な第１の可変移相手段と、
前記第２の増幅器と前記第２の入出力端子との間、又は前記第１の増幅器と前記第４の入出力端子との間に設けられた移相量が調整可能な第２の可変移相手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項９】
前記第１の入出力端子から出力される信号の位相及び電力レベルを検出し、前記位相及び電力レベルに基づいて前記第１の可変移相手段及び前記第２の可変移相手段の移相量の調整量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率の調整量とを決定する検出手段と、
前記検出手段により決定された前記移相量の調整量及び前記増幅率の調整量に基づいて前記第１の可変移相手段及び前記第２の可変移相手段の移相量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率とを調整する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の方向性結合器。
【請求項１０】
第１乃至第４の入出力端子と、
前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１乃至第２Ｎ−１（Ｎは２以上の整数）の移相手段と、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２Ｎ乃至第４Ｎ−２の移相手段と、
入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器と、
出力が前記第ｋの移相手段（ｋは１≦ｋ≦２Ｎ−２を満たす整数）と前記第ｋ＋１の移相手段との接続点に接続され、入力が前記ｋ＋２Ｎ−１の移相手段と前記第ｋ＋２Ｎの移相手段との接続点に接続された第ｋ＋１の増幅器と、
入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２Ｎの増幅器と、
を備える方向性結合器。
【請求項１１】
前記第ｋ＋１の増幅器の増幅率は前記第ｋの増幅器の増幅率に前記第ｋの移相手段及び前記第ｋ＋２Ｎ−１の移相手段の損失分を加えたものとなり、前記第２Ｎの増幅器の増幅率は前記第２Ｎ−１の増幅器に前記第２Ｎ−１の移相手段及び前記第４Ｎ−２の移相手段の損失分を加えたものとなることを特徴とする請求項１０に記載の方向性結合器。
【請求項１２】
第１乃至第４の入出力端子、
前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１の移相手段、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２の移相手段、
入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器、及び
入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２の増幅器を有する方向性結合器と、
前記第２の入出力端子に接続され、信号を送受信するアンテナと、
送信信号を生成して出力する送信部と、
前記送信信号を増幅して前記第３の入出力端子へ出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第１の増幅手段と、
前記第１の入出力端子から出力される信号を増幅して出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段の出力信号を復調する受信部と、
を備える送受信装置。
【請求項１３】
前記第２の増幅器の増幅率は、前記第１の増幅器の増幅率に前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段の損失分を加えたものとなることを特徴とする請求項１２に記載の送受信装置。
【請求項１４】
前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段は移相量が調整可能な可変移相器であり、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器は増幅率が調整可能な可変利得増幅器であることを特徴とする請求項１２に記載の送受信装置。
【請求項１５】
前記第１の入出力端子から出力される信号の位相及び電力レベルを検出し、前記位相及び電力レベルに基づいて前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段の移相量の調整量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率の調整量とを決定する検出手段と、
前記検出手段により決定された前記移相量の調整量及び前記増幅率の調整量に基づいて前記第１の移相手段及び前記第２の移相手段の移相量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率とを調整する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の送受信装置。
【請求項１６】
一端が前記第３の入出力端子に接続され、与えられた信号の位相シフト及び増幅を行って出力する、移相量及び増幅率が調整可能な補償手段と、
前記第１の入出力端子からの出力信号と前記補償手段の出力信号とを加算して出力する加算器と、
をさらに備え、
前記検出手段は、前記加算器から出力される信号の位相及び電力レベルを検出し、前記位相及び電力レベルに基づいて前記第１の移相手段、前記第２の移相手段、及び前記補償手段の移相量の調整量と、前記第１の増幅器、前記第２の増幅器及び前記補償手段の増幅率の調整量とを決定し、
前記制御手段は、前記検出手段により決定された前記移相量の調整量及び前記増幅率の調整量に基づいて前記第１の移相手段、前記第２の移相手段、及び前記補償手段の移相量と、前記第１の増幅器、前記第２の増幅器、及び前記補償手段の増幅率とを調整することを特徴とする請求項１５に記載の送受信装置。
【請求項１７】
前記補償手段は、
一端が前記第３の入出力端子に接続され、与えられた信号の位相をシフトして出力する、移相量が調整可能な第３の移相手段と、
前記第３の移相手段の出力を増幅して前記加算器へ出力する、増幅率が調整可能な第３の増幅器と、
を有し、
前記検出手段は、第３の移相手段の移相量の調整量と、前記第３の増幅器の増幅率の調整量とを決定し、
前記制御手段は、前記第３の移相手段の移相量と、前記第３の増幅器の増幅率とを調整することを特徴とする請求項１６に記載の送受信装置。
【請求項１８】
前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器は増幅率が調整可能な可変利得増幅器であり、
前記第１の増幅器と前記第１の入出力端子との間、又は前記第１の増幅器と前記第３の入出力端子との間に設けられた移相量が調整可能な第１の可変移相手段と、
前記第２の増幅器と前記第２の入出力端子との間、又は前記第１の増幅器と前記第４の入出力端子との間に設けられた移相量が調整可能な第２の可変移相手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の送受信装置。
【請求項１９】
前記第１の入出力端子から出力される信号の位相及び電力レベルを検出し、前記位相及び電力レベルに基づいて前記第１の可変移相手段及び前記第２の可変移相手段の移相量の調整量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率の調整量とを決定する検出手段と、
前記検出手段により決定された前記移相量の調整量及び前記増幅率の調整量に基づいて前記第１の可変移相手段及び前記第２の可変移相手段の移相量と、前記第１の増幅器及び前記第２の増幅器の増幅率とを調整する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の送受信装置。
【請求項２０】
第１乃至第４の入出力端子、
前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１乃至第２Ｎ−１（Ｎは２以上の整数）の移相手段、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２Ｎ乃至第４Ｎ−２の移相手段、
入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器、
出力が前記第ｋの移相手段（ｋは１≦ｋ≦２Ｎ−２を満たす整数）と前記第ｋ＋１の移相手段との接続点に接続され、入力が前記ｋ＋２Ｎ−１の移相手段と前記第ｋ＋２Ｎの移相手段との接続点に接続された第ｋ＋１の増幅器、及び
入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２Ｎの増幅器を有する方向性結合器と、
前記第２の入出力端子に接続され、信号を送受信するアンテナと、
送信信号を生成して出力する送信部と、
前記送信信号を増幅して前記第３の入出力端子へ出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第１の増幅手段と、
前記第１の入出力端子から出力される信号を増幅して出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段の出力信号を復調する受信部と、
を備える送受信装置。
【請求項２１】
前記第ｋ＋１の増幅器の増幅率は前記第ｋの増幅器の増幅率に前記第ｋの移相手段及び前記第ｋ＋２Ｎ−１の移相手段の損失分を加えたものとなり、前記第２Ｎの増幅器の増幅率は前記第２Ｎ−１の増幅器に前記第２Ｎ−１の移相手段及び前記第４Ｎ−２の移相手段の損失分を加えたものとなることを特徴とする請求項２０に記載の送受信装置。
【請求項２２】
第１乃至第４の入出力端子、
前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１の移相手段、
前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２の移相手段、
入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器、及び
入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２の増幅器を有する方向性結合器と、
前記第２の入出力端子に接続され、信号を送受信するアンテナと、
制御信号を生成して出力する送信部と、
前記制御信号に基づいて正弦波の送信信号を出力する正弦波発生器と、
前記送信信号を増幅して前記第３の入出力端子へ出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第１の増幅手段と、
前記第１の入出力端子から出力される信号を増幅して出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第２の増幅手段と、
前記送信信号を増幅して出力する第３の増幅手段と、
前記第２の増幅手段の出力信号と前記第３の増幅手段の出力信号とを乗算して出力するミキサと、
前記ミキサの出力信号が与えられ、所定の帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタの出力信号をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を復号する受信部と、
を備える送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向性結合器及び送受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送受を同時に行う無線送受信システムでは、送信波が受信系列へと回り込み、受信感度を劣化させるという問題がある。送受を分離するため、一般的にサーキュレータが用いられるが、サーキュレータは通信用ＩＣとの一体化が難しく、また回路規模が大きくなり、コストが高くなるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するため、方向性結合器を用いる手法が知られている。無線送受信システムに設けられる方向性結合器として、アンテナに接続された第１の端子、受信部に接続された第２の端子、送信部に接続された第３の端子、終端インピーダンスに接続された第４の端子、第１の端子と第２の端子との間に接続された位相をπ／２シフトさせる第１の移相器、第２の端子と第３の端子との間に接続されたキャパシタや抵抗等からなる高インピーダンスの第１の受動素子、第３の端子と第４の端子との間に接続された位相をπ／２シフトさせる第２の移相器、及び第１の端子と第４の端子との間に接続されたキャパシタや抵抗等からなる高インピーダンスの第２の受動素子を備えた構成が知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
このような構成の方向性結合器では、送信部から受信部へ回り込む送信波は、第２の端子において逆相で足し合わされることで除去される。従って、受信部が受信する信号の雑音は低減される。
【０００５】
しかし、送信波はインピーダンスの高い第１の受動素子、第２の受動素子を通る。そのため、アンテナへ出力される送信波に損失が生じ、これを補うために、第３の端子と送信部との間に設ける電力増幅器の増幅率を大きくすることで、消費電力が増大するという問題があった。
【非特許文献１】小西良弘監修、本城和彦編、実用マイクロ波技術講座（集積回路と応用 第６巻）、日刊工業新聞社、２００２、Ｐ．５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は伝送信号の損失を低減させた方向性結合器及び消費電力を低減させた送受信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による方向性結合器は、第１乃至第４の入出力端子と、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１の移相手段と、前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２の移相手段と、入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器と、入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２の増幅器と、を備えるものである。
【０００８】
本発明の一態様による方向性結合器は、第１乃至第４の入出力端子と、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１乃至第２Ｎ−１（Ｎは２以上の整数）の移相手段と、前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２Ｎ乃至第４Ｎ−２の移相手段と、入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器と、出力が前記第ｋの移相手段（ｋは１≦ｋ≦２Ｎ−２を満たす整数）と前記第ｋ＋１の移相手段との接続点に接続され、入力が前記ｋ＋２Ｎ−１の移相手段と前記第ｋ＋２Ｎの移相手段との接続点に接続された第ｋ＋１の増幅器と、入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２Ｎの増幅器と、を備えるものである。
【０００９】
本発明の一態様による送受信装置は、第１乃至第４の入出力端子、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１の移相手段、前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２の移相手段、入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器、及び入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２の増幅器を有する方向性結合器と、前記第２の入出力端子に接続され、信号を送受信するアンテナと、送信信号を生成して出力する送信部と、前記送信信号を増幅して前記第３の入出力端子へ出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第１の増幅手段と、前記第１の入出力端子から出力される信号を増幅して出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第２の増幅手段と、前記第２の増幅手段の出力信号を復調する受信部と、を備えるものである。
【００１０】
本発明の一態様による送受信装置は、第１乃至第４の入出力端子、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１乃至第２Ｎ−１（Ｎは２以上の整数）の移相手段、前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に直列に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２Ｎ乃至第４Ｎ−２の移相手段、入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器、出力が前記第ｋの移相手段（ｋは１≦ｋ≦２Ｎ−２を満たす整数）と前記第ｋ＋１の移相手段との接続点に接続され、入力が前記ｋ＋２Ｎ−１の移相手段と前記第ｋ＋２Ｎの移相手段との接続点に接続された第ｋ＋１の増幅器、及び入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２Ｎの増幅器を有する方向性結合器と、前記第２の入出力端子に接続され、信号を送受信するアンテナと、送信信号を生成して出力する送信部と、前記送信信号を増幅して前記第３の入出力端子へ出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第１の増幅手段と、前記第１の入出力端子から出力される信号を増幅して出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第２の増幅手段と、前記第２の増幅手段の出力信号を復調する受信部と、を備えるものである。
【００１１】
本発明の一態様による送受信装置は、第１乃至第４の入出力端子、前記第１の入出力端子と前記第２の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第１の移相手段、前記第３の入出力端子と前記第４の入出力端子との間に接続され、与えられた信号の位相を９０度シフトして出力する第２の移相手段、入力が前記第３の入出力端子に接続され、出力が前記第１の入出力端子に接続された第１の増幅器、及び入力が前記第４の入出力端子に接続され、出力が前記第２の入出力端子に接続された第２の増幅器を有する方向性結合器と、前記第２の入出力端子に接続され、信号を送受信するアンテナと、制御信号を生成して出力する送信部と、前記制御信号に基づいて正弦波の送信信号を出力する正弦波発生器と、前記送信信号を増幅して前記第３の入出力端子へ出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第１の増幅手段と、前記第１の入出力端子から出力される信号を増幅して出力し、入力整合回路及び出力整合回路を有する第２の増幅手段と、前記送信信号を増幅して出力する第３の増幅手段と、前記第２の増幅手段の出力信号と前記第３の増幅手段の出力信号とを乗算して出力するミキサと、前記ミキサの出力信号が与えられ、所定の帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタの出力信号をアナログデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器の出力信号を復号する受信部と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、方向性結合器における伝送信号の損失を低減させることができ、また、送受信装置の消費電力を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）図１に本発明の第１の実施形態に係る送受信装置の概略構成を示す。送受信装置は、方向性結合器１００、送信部１２０、受信部１３０、増幅器１２１、１３１、整合回路１２２、１２３、１３２、１３３、及びアンテナ１４０を備え、送受を同時に行うことができる。送信部１２０は送信信号を生成して出力する。受信部１３０は受信信号を復調する。
【００１５】
方向性結合器１００は、入出力端子１０１〜１０４、移相手段１０５、１０６、増幅器１０７、１０８、及び終端インピーダンス１０９を有する。入出力端子１０１は整合回路１３２に接続される。入出力端子１０２はアンテナ１４０に接続される。入出力端子１０３は整合回路１２３に接続される。入出力端子１０４は終端インピーダンス１０９に接続される。
【００１６】
移相手段１０５は入出力端子１０１と入出力端子１０２との間に設けられる。移相手段１０６は入出力端子１０３と入出力端子１０４との間に設けられる。増幅器１０７は入出力端子１０１と入出力端子１０３との間に設けられる。増幅器１０８は入出力端子１０２と入出力端子１０４との間に設けられる。
【００１７】
増幅器１２１は入力側、出力側にそれぞれ整合回路１２２、１２３が設けられている。整合回路１２２、１２３は増幅器１２１の入力インピーダンスを高く、出力インピーダンスを低くするように整合をとっている。
【００１８】
同様に、増幅器１３１の入力側、出力側にそれぞれ設けられている整合回路１３２、１３３は、増幅１３１の入力インピーダンスを高く、出力インピーダンスを低くするように整合をとっている。
【００１９】
一方、増幅器１０７、１０８にはこのような整合回路が設けられておらず、増幅器１０７、１０８は入出力インピーダンスが高い増幅器となっている。
【００２０】
移相手段１０５、１０６は、入力信号の位相をπ／２（又は４分の１波長）シフトして出力する。移相手段１０５、１０６は、移相器、又は遅延器、又は移相器及び遅延器の組み合わせにより構成することができる。
【００２１】
送信部１２０から出力された信号は、増幅器１２１で増幅され入出力端子１０３に入力される。入出力端子１０３に入力された信号は、移相手段１０６及び増幅器１０８の経路と、増幅器１０７及び移相手段１０５の経路との２つの経路を通って、入出力端子１０２で合成される。
【００２２】
２つの経路を通った信号はそれぞれ移相手段１０５、１０６により位相がπ／２シフトされているため、入出力端子１０２では同相で合成される。２つの経路を通った信号はそれぞれ増幅器１０７、１０８により同じ増幅率で増幅され、これらを加算した出力パワーの強い信号がアンテナ１４０から出力（放射）される。
【００２３】
一方、増幅器１０７からなる経路を通った信号に対して、位相手段１０６、増幅器１０８、及び移相手段１０５からなる経路を通った信号は位相がπシフトしている。従って、これら２つの経路を通った信号は、同じ増幅率で増幅された後、入出力端子１０１において逆相で合成されることになるため、受信部１３０への入力分は低減される。つまり、送信部１２０から出力された信号が受信部１３０へ回り込むことを防止できる。
【００２４】
アンテナ１４０で受信された信号は、入出力端子１０２に入力され、移相手段１０５により位相がπ／２シフトされ、入出力端子１０１から増幅器１３１へ出力される。入出力端子１３１から出力された信号は、増幅器１３１で増幅され、受信部１３０で復調される。
【００２５】
増幅器１０７、１０８の入出力インピーダンスが高いため、増幅器１０８、移相手段１０６、及び増幅器１０７という経路を通る受信信号の強度は非常に弱い。
【００２６】
図２に、方向性結合器１００の入出力特性の一例の模式図を示す。図２は、入出力端子１０３から入出力端子１０２への入出力特性２０１、入出力端子１０３から入出力端子１０１への入出力特性２０２、入出力端子１０２から入出力端子１０１への入出力特性２０３を示す。
【００２７】
入出力特性２０１により、増幅器１０７、１０８の増幅率だけ増幅された送信信号が入出力端子１０２から出力されることがわかる。入出力特性２０２により、入出力端子１０１から出力される送信信号成分は所望の周波数に対して減衰していることがわかる。入出力特性２０３により、入出力端子１０１からは受信信号がほとんど減衰せずに出力されることがわかる。
【００２８】
このように、入出力端子１０２からは出力パワーの強い送信信号が出力される。従って、送信側の増幅器１２１に要求される増幅率が緩和され、送受信装置の消費電力を削減することができる。また、入出力端子１０１からは、送信部１２０の出力信号が回り込むことを防止し、損失を抑制した受信信号が出力される。
【００２９】
本実施形態により、方向性結合器における伝送信号の損失を低減させることができ、また、送受信装置の消費電力を低減させることができる。
【００３０】
移相手段１０５、１０６は、図３に示すような、入力端子３０７と出力端子３０８との間で直列に接続されたインダクタンス素子３０１〜３０３、一端がインダクタンス素子３０１とインダクタンス３０２との接続点に接続され、他端が接地されたキャパシタンス素子３０４、一端がインダクタンス素子３０２とインダクタンス３０３との接続点に接続され、他端が接地されたキャパシタンス素子３０５、及び一端がインダクタンス素子３０３と出力端子３０８との接続点に接続され、他端が接地されたキャパシタンス素子３０６からなる構成にしてもよい。
【００３１】
また、移相手段１０５、１０６は、図４に示すような、一端が入力端子４０３に接続されたインダクタンス素子４０１と、一端が出力端子４０４及びインダクタンス素子４０１の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタンス素子４０２と、からなる構成にしてもよい。
【００３２】
また、移相手段１０５、１０６は、図５に示すような、入力端子５０１と出力端子５０２との間に設けられた伝送信号波長の１／４の長さの線路５０３により構成してもよい。
【００３３】
移相手段１０５、１０６を図３〜図５に示すような構成にすることで、移相器や遅延器で構成するよりも回路規模を小さくすることができ、コストを削減できる。
【００３４】
上記実施形態では、増幅器１０７、１０８の増幅率を同じにしていたが、移相手段１０５、１０６に挿入損失がある場合は、増幅器１０８の増幅率を増幅器１０７と比較して移相手段１０５、１０６の挿入損失分程度大きくするようにしてもよい。
【００３５】
すなわち、増幅器１０８の増幅率＝増幅器１０７の増幅率＋（−（移相手段１０５の挿入損失＋移相手段１０６の挿入損失））となる。ここで、式中に−の符号が付いているのは、挿入損失は負の値としているためである。従って、“損失した分（損失分）”のように正の値を示すような文言を用いれば、上述した式は、増幅器１０８の増幅率＝増幅器１０７の増幅率＋移相手段１０５の挿入損失分＋移相手段１０６の挿入損失分と表すことができる。
【００３６】
このように、増幅器１０８の増幅率を、増幅器１０７の増幅率に移相手段１０５及び移相手段１０６の損失分を加えた値（増幅器１０７の増幅率より大きい値）とすることで、受信部１３０へ回り込む送信信号成分をさらに減衰することができ、受信特性をさらに向上させることができる。
【００３７】
方向性結合器１００は終端インピーダンス１０９を省略した構成にしてもよい。また、増幅器１０７、１０８により十分な利得が得られる場合は、増幅器１２１（、及び整合回路１２２、１２３）を設けなくてもよい。
【００３８】
（第２の実施形態）図６に本発明の第２の実施形態に係る送受信装置の概略構成を示す。送受信装置は、方向性結合器６００、送信部６２０、受信部６３０、増幅器６２１、６３１、整合回路６２２、６２３、６３２、６３３、及びアンテナ６４０を備え、送受を同時に行うことができる。
【００３９】
送信部６２０、受信部６３０、増幅器６２１、６３１、整合回路６２２、６２３、６３２、６３３、及びアンテナ６４０は上記第１の実施形態における送信部１２０、受信部１３０、増幅器１２１、１３１、整合回路１２２、１２３、１３２、１３３、及びアンテナ１４０と同様のものであるため、説明を省略する。
【００４０】
方向性結合器６００は、入出力端子６０１〜６０４、可変移相手段６０５、６０６、可変利得増幅器６０７、６０８、終端インピーダンス６０９、検出手段６１０、及び制御手段６１１を有する。
【００４１】
入出力端子６０１は整合回路６３２に接続される。入出力端子６０２はアンテナ６４０に接続される。入出力端子６０３は整合回路６２３に接続される。入出力端子６０４は終端インピーダンス６０９に接続される。
【００４２】
可変移相手段６０５は入出力端子６０１と入出力端子６０２との間に設けられる。可変移相手段６０６は入出力端子６０３と入出力端子６０４との間に設けられる。可変利得増幅器６０７は入出力端子６０１と入出力端子６０３との間に設けられる。可変利得増幅器６０８は入出力端子６０２と入出力端子６０４との間に設けられる。
【００４３】
上記第１の実施形態と同様に、送信部６２０から出力された送信信号が、可変利得増幅器６０７、６０８により増幅され、入出力端子６０２において加算されることにより、アンテナ６４０からの出力パワーが強くなる。従って、増幅器６２１の消費電力を小さくできる。また、送信信号が受信部６３０側に回り込むことが抑制される。
【００４４】
検出手段６１０は入出力端子６０１から増幅器６３１（整合回路６３２）へ出力される信号の位相及び電力レベルをモニタし、受信特性を検出する。制御手段６１１はこの受信特性が所望の値となるように可変移相手段６０５、６０６の移相量、可変利得増幅器６０７、６０８の利得の少なくともいずれか１つを調整する。
【００４５】
例えば、検出手段６１０が入出力端子６０１から出力される信号の信号電力を検出し、制御手段６１１がこの信号電力を小さくするように利得及び／又は移相量の調整を行う。
【００４６】
また、方向性結合器６００に既知の信号を入力し、この既知信号と検出手段６１０が検出した入出力端子６０１から出力される信号とから評価関数を設定し、この評価関数にＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムやＲＬＳ（Recursive Least Square）アルゴリズム等の適応アルゴリズムを適用して、制御手段６１１が利得及び／又は移相量の調整を行うようにしてもよい。
【００４７】
また、検出手段６１０が受信特性として受信信号の誤り率、ＥＶＭ（エラーベクトルマグニチュード）、ＳＮＲ（信号電力対雑音比）の少なくともいずれか１つを検出し、制御手段６１１がこの受信特性を改善するように利得及び／又は移相量を調整するようにしてもよい。
【００４８】
検出手段６１０及び制御手段６１１は、可変移相手段６０５、６０６や可変利得増幅器６０７、６０８に経時変化に伴う誤差が生じる場合に、この誤差を検出し、利得や位相を調整することで、受信部６３０側に回り込む送信信号成分を減衰させ、受信特性を改善する。
【００４９】
検出手段６１０及び制御手段６１１の動作を図７に示すフローチャートを用いて説明する。
【００５０】
（ステップＳ７０１）検出手段６１１が受信特性を検出する。
【００５１】
（ステップＳ７０２）受信特性が向上するような可変移相手段６０５、６０６の移相量、可変利得増幅器６０７、６０８の利得が算出される。移相量、利得の算出は検出手段６１０が行ってもよいし、制御手段６１１が行ってもよい。
【００５２】
（ステップＳ７０３）ステップＳ７０２で算出された移相量、利得に基づいて、制御手段６１１が可変移相手段６０５、６０６の移相量、可変利得増幅器６０７、６０８の利得を調整する。
【００５３】
（ステップＳ７０４）検出手段６１０が受信特性を検出する。
【００５４】
（ステップＳ７０５）ステップＳ７０４で検出された受信特性が所定の閾値を満たしているか（所定の範囲内の値であるか）が判定される。満たしている場合は終了し、満たしていない場合はステップＳ７０２に戻る。
【００５５】
ここで、利得及び位相の調整は、装置の電源投入時に行うようにしてもよいし、一定時間毎に行うようにしてもよい。
【００５６】
このように、本実施形態により、方向性結合器における伝送信号の損失を低減させることができ、また、送受信装置の消費電力を低減させることができる。さらに、方向性結合器に含まれる可変利得増幅器や可変移相手段の経時変化に伴う誤差による受信特性の劣化を防止できる。
【００５７】
上記第２の実施形態では、検出手段６１０が入出力端子６０１から出力される信号から受信特性を検出していたが、検出手段６１０を受信部６３０に接続して、受信部６３０に入力される信号から受信特性を検出するようにしてもよい。
【００５８】
また、方向性結合器６００を、図８に示すように、移相量が可変でない移相手段６１２、６１３をさらに備え、可変移相手段６０５、６０６を可変利得増幅器６０７、６０８の前段（又は後段）に設ける構成にしてもよい。
【００５９】
可変移相手段６０５、６０６や可変利得増幅器６０７、６０８の経時変化に伴う誤差が小さい場合は、所望の特性となるよう出荷前に位相及び利得を最適な値に調整し、検出手段６１０及び制御手段６１１を具備しないようにしてもよい。これにより、回路規模を削減できる。
【００６０】
（第３の実施形態）図９に本発明の第３の実施形態に係る送受信装置の概略構成を示す。送受信装置は、方向性結合器９００、送信部９２０、受信部９３０、増幅器９２１、９３１、整合回路９２２、９２３、９３２、９３３、及びアンテナ９４０を備え、送受を同時に行うことができる。
【００６１】
送信部９２０、受信部９３０、増幅器９２１、９３１、整合回路９２２、９２３、９３２、９３３、及びアンテナ９４０は上記第１の実施形態における送信部１２０、受信部１３０、増幅器１２１、１３１、整合回路１２２、１２３、１３２、１３３、及びアンテナ１４０と同様のものであるため、説明を省略する。
【００６２】
方向性結合器９００は、入出力端子９０１〜９０４、移相手段９０５＿１〜９０５＿２Ｎ−１、９０６＿１〜９０６＿２Ｎ−１、偶数個の増幅器９０７＿１〜９０７＿２Ｎ、及び終端インピーダンス９０９を有する。Ｎは２以上の整数である。
【００６３】
入出力端子９０１は整合回路９３２に接続される。入出力端子９０２はアンテナ９４０に接続される。入出力端子９０３は整合回路９２３に接続される。入出力端子９０４は終端インピーダンス９０９に接続される。
【００６４】
奇数個の移相手段９０５＿１〜９０５＿２Ｎ−１は入出力端子９０１と入出力端子９０２との間に直列に接続される。奇数個の移相手段９０６＿１〜９０６＿２Ｎ−１は入出力端子９０１と入出力端子９０２との間に直列に接続される。
【００６５】
増幅器９０７＿１は入出力端子９０１と入出力端子９０３との間に接続される。増幅器９０７＿２Ｎは入出力端子９０２と入出力端子９０４との間に接続される。増幅器９０７＿ｋ（ｋは２≦ｋ≦２Ｎ−１を満たす整数）は、移相手段９０５＿ｋ−１及び移相手段９０５＿ｋの接続点と、移相手段９０６＿ｋ−１及び移相手段９０６＿ｋの接続点との間に接続される。
【００６６】
増幅器９０７＿１〜９０７＿２Ｎは上記第１の実施形態における増幅器１０７、１０８と同様に、入出力インピーダンスの高い増幅器となっている。
【００６７】
送信部９２０から出力され入出力端子９０３に入力された送信信号は、どの経路を通っても増幅器９０７＿１〜９０７＿２Ｎのいずれかで増幅され、入出力端子９０２にて同相で加算される。従って、アンテナ９４０からの出力パワーが強くなる。また、方向性結合器９００の増幅器が多段で構成されるため、１つの増幅器の増幅率を小さくして、高出力な送信波を入出力端子９０２から出力できる。
【００６８】
そのため、方向性結合器９００の前段に設けられる増幅器９２１の消費電力を小さくすることができる。また、広帯域な信号を多段の増幅器によって広帯域に増幅できる。また、終端インピーダンス９０９における消費電力も低減できる。
【００６９】
送信部９２０から出力され、入出力端子９０１を介して受信部９３０側に回り込む送信信号は、方向性結合器９００内のどの経路も位相差がπとなるため、入出力端子９０１で逆相加算される。従って、受信部９３０側に回り込む送信信号成分を低減できる。
【００７０】
また、受信部側に回り込む送信信号成分は、方向性結合器に含まれる移相手段、増幅器の誤差によって影響を受けるが、方向性結合器９００は多段構成にしているため、誤差の許容量が緩和され、受信特性をさらに向上できる。
【００７１】
このように、本実施形態により、方向性結合器における伝送信号の損失を低減させることができ、また、送受信装置の消費電力を低減させることができる。さらに、方向性結合器に含まれる増幅器や移相手段の誤差許容量を緩和して受信特性をより向上させることができる。
【００７２】
上記第３の実施形態において、移相手段９０５＿１〜９０５＿２Ｎ−１、９０６＿１〜９０６＿２Ｎ−１に挿入損失がある場合、増幅器９０７＿ｊ（ｊは２≦ｊ≦２Ｎを満たす整数）の増幅率を、増幅器９０７＿ｊ−１の増幅率と比較して、移相手段９０５＿ｊ−１、９０６＿ｊ−１の挿入損失分だけ大きくするようにしてもよい。
【００７３】
つまり、増幅器９０７＿１〜９０７＿２Ｎの増幅率は増幅器９０７＿１＜増幅器９０７＿２＜・・・＜増幅器９０７＿２Ｎ−１＜９０７＿２Ｎとなる。これにより、受信部９３０へ回り込む送信信号成分をさらに減衰させることができ、受信特性をさらに向上させることができる。
【００７４】
（第４の実施形態）図１０に本発明の第４の実施形態に係る送受信装置の概略構成を示す。送受信装置は、方向性結合器１０００、送信部１０２０、受信部１０３０、増幅器１０２１、１０３１、整合回路１０２２、１０２３、１０３２、１０３３、アンテナ１０４０、正弦波発生器１０５０、増幅器１０５１、ミキサ１０５２、バンドパスフィルタ１０５３、及びＡ／Ｄ変換器１０５４を備えたＲＦＩＤ用のリーダライタである。
【００７５】
方向性結合器１０００、増幅器１０２１、１０３１、整合回路１０２２、１０２３、１０３２、１０３３、及びアンテナ１０４０は、図１に示す上記第１の実施形態における方向性結合器１００、増幅器１２１、１３１、整合回路１２２、１２３、１３２、１３３、及びアンテナ１４０と同様のものであるため、説明を省略する。
【００７６】
送信部１０２０は制御信号を出力し、正弦波発生器１０５０を動作させる。正弦波発生器１０５０は制御信号に基づいて正弦波の送信信号を出力する。正弦波発生器１０５０から出力された信号は、増幅器１０２１で増幅され、方向性結合器１０００の入出力端子１００３に入力される。
【００７７】
入出力端子１００３に入力された信号は２つに分かれる。１つは、移相手段１００６及び増幅器１００８からなる経路と、増幅器１００７及び移相手段１００５からなる経路とを通り、入出力端子１００２で合成される信号である。もう１つは、移相手段１００６、増幅器１００８、及び移相手段１００５からなる経路と、増幅器１００７からなる経路とを通り、入出力端子１００１で合成される信号である。
【００７８】
入出力端子１００２で合成される信号は同相で加算され、信号強度が大きくなって、アンテナ１０４０から放射される。一方、入出力端子１００１で合成される信号は、逆相で加算され、除去される。
【００７９】
アンテナ１０４０から入射し、入出力端子１００２に入力される受信信号は送信信号と同じ周波数であり、移相手段１００５を通り位相がπ／２シフトされて入出力端子１００１から出力される。入出力端子１００１から出力された受信信号は、増幅器１０３１で増幅され、ミキサ１０５２において正弦波発生器１０５０から出力され増幅器１０５１で増幅された正弦波信号と乗算され出力される。ミキサ１０５２の出力信号は、バンドパスフィルタ１０５３により所望周波数のみフィルタされ、Ａ／Ｄ変換器１０５４にてデジタル信号に変換され、受信部１０３０にて復号される。
【００８０】
このように、本実施形態により、送信側増幅器１０２１に要求される増幅率を緩和し、消費電力を低減したＲＦＩＤ用リーダライタを実現できる。
【００８１】
送受信の周波数が同じ場合、送信信号成分の受信部側への回り込みが特に問題になるが、本実施形態では送信信号成分の回り込みを効率良く低減できるため、受信特性を向上させることができる。
【００８２】
方向性結合器１０００の移相手段１００５、１００６を、図３、図４に示すように、インダクタンス素子とキャパシタンス素子で構成してもよい。これにより、全てをワンチップ化できるため回路規模を削減できる。
【００８３】
（第５の実施形態）図１１に本発明の第５の実施形態に係る送受信装置の概略構成を示す。送受信装置は、図６に示す上記第２の実施形態に係る送受信装置の方向性結合器６００にさらに補償手段６１７及び加算器６１６を設けた構成となっている。補償手段６１７は入出力端子６０３と加算器６１６との間に接続され、入力信号の位相シフト及び増幅を行い、補償信号を加算器６１６へ出力する。加算器６１６は入出力端子６０１から出力される信号と補償手段６１７から出力される補償信号とを加算して出力する。
【００８４】
補償手段６１７は、入出力端子６０３に接続され、入力信号の位相をシフトして出力する可変移相手段６１４と、可変移相手段６１４の出力信号を増幅して加算器６１６へ出力する可変利得増幅器６１５と、を有する。
【００８５】
可変移相手段６１４の移相量、可変利得増幅器６１５の利得は制御手段６１１によって調整される。可変移相手段６１４は、送信部６２０から出力され増幅器６２１により増幅された送信信号の位相をシフトして出力する。可変利得増幅器６１５は、可変移相手段の出力を増幅して補償信号を出力する。加算器６１６は、可変利得増幅器６１５から出力される補償信号と、入出力端子６０１からの出力とを加算して、増幅器６３１（整合回路６３２）へ出力する。
【００８６】
送信部６２０から出力され、入出力端子６０１で合成されて出力される送信信号は、可変移相手段６０５、６０６、可変利得増幅器６０７、６０８が理想的な値である時には逆相で加算され打ち消しあう。しかし、素子誤差が生じている場合は、送信信号成分は打ち消しきれずに、入出力端子６０１から出力される。
【００８７】
そのため、可変移相手段６１４、可変利得増幅器６１５で位相、振幅を調整することで補償信号を生成し、可変移相手段６０５、６０６、可変利得増幅器６０７、６０８の誤差により、出力端子６０１から出力される打ち消しきれない送信信号と補償信号とを加算器６１６で加算することで、送信信号を抑圧する。
【００８８】
このような構成にすることにより、素子誤差が生じた場合にも、可変移相手段６１４及び可変利得増幅器６１５で生成した補償信号を加算器６１６で加算することで、受信部６３０へ回り込む送信信号を抑圧できるため、受信特性をさらに向上させることができる。
【００８９】
上記第５の実施形態では、補償手段６１７において、可変移相手段６１４を可変利得増幅器６１５の前段に設けていたが、後段に設けるようにしてもよい。また、可変利得増幅器６１５を可変減衰器にしてもよい。
【００９０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る送受信装置の概略構成図である。
【図２】方向性結合器の入出力特性の一例を示すグラフである。
【図３】位相手段の構成例を示す図である。
【図４】位相手段の構成例を示す図である。
【図５】位相手段の構成例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る送受信装置の概略構成図である。
【図７】同第２の実施形態における検出手段及び制御手段の動作を説明するフローチャートである。
【図８】変形例による送受信装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る送受信装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る送受信装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る送受信装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００  方向性結合器
１０１〜１０４  入出力端子
１０５、１０６  位相手段
１０７、１０８、１２１、１３１  増幅器
１０９  終端インピーダンス
１２０  送信部
１２２、１２３、１３２、１３３  整合回路
１３０  受信部
１４０  アンテナ
【図１】
2010109462.tif 000003
【図２】
2010109462.tif 000004
【図３】
2010109462.tif 000005
【図４】
2010109462.tif 000006
【図５】
2010109462.tif 000007
【図６】
2010109462.tif 000008
【図７】
2010109462.tif 000009
【図８】
2010109462.tif 000010
【図９】
2010109462.tif 000011
【図１０】
2010109462.tif 000012
【図１１】
2010109462.tif 000013