(57)【要約】【課題】一般的な可変周波数デュプレクサよりも周波数可変範囲を拡大し、複数の周波数帯に対応する共振器、デュプレクサ、及び通信装置を提供する。【解決手段】中空導体による共振器を用い周波数特性を連続的に変化させる。送信周波数において送信信号を低損失で通過させ受信周波数において受信信号を減衰させる送信側共振器、及び、送信周波数において送信信号を減衰させ受信周波数において受信信号を低損失で通過させる受信側共振器を有する、送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサを中空導体による共振器で構成する。これにより、デュプレクサの周波数可変範囲を拡大でき、部品点数を削減できる。【選択図】図１
2014112769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号が含む第１の周波数帯域の信号を低い損失で通過させ、当該第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域の信号を高い損失で減衰させて出力する共振器であって、
前記信号を入力または出力するための第１の入出力線路と、
前記信号を出力または入力するための第２の入出力線路と、
当該第１の入出力線路又は第２の入出力線路のいずれか一方の入出力線路と構造的に接触し残る一方の入出力線路とは構造的に接触しない第１の導体と、当該第１の導体と構造的に接触し前記第１の入出力線路又は第２の入出力線路との間に発生する電気回路的成分を変化させる第２の導体と、を含む中空導体
を有することを特徴とする共振器。
【請求項２】
請求項１に記載の共振器であって、
前記中空導体が含む第２の導体は伸縮自在なポストであって、
前記ポストに係る並列共振周波数と直列共振周波数を前記ポストの伸縮により変化させ、
前記入力された信号を通過させる周波数帯域と減衰させる周波数帯域を変化させる
ことを特徴とする共振器。
【請求項３】
請求項２に記載の共振器であって、
前記ポストの伸縮により、並列共振周波数および直列共振周波数に係るインダクタンスおよびキャパシタンスが変化する
ことを特徴とする共振器。
【請求項４】
請求項１に記載の共振器であって、
前記中空導体は変形する板状素子を有し、
前記中空導体に係る並列共振周波数と直列共振周波数を前記板状素子の変形により変化させ、
前記入力された信号を通過させる周波数帯域と減衰させる周波数帯域を変化させる
ことを特徴とする共振器。
【請求項５】
請求項１に記載の共振器であって、
前記中空導体は、
その内部が低導電率の物質で充填され、導体部分をビアまたはスルーホールにより構成される
ことを特徴とする共振器。
【請求項６】
請求項１に記載の共振器であって、
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、
前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であり、
前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域である
ことを特徴とする共振器。
【請求項７】
請求項１に記載の共振器であって、
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、
前記受信信号が供給される入力線路の前段にインダクタを接続した状態において、
前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であり、
前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域である
ことを特徴とする共振器。
【請求項８】
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサであって、
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であり、前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であるところの、請求項１に記載の共振器を用いた送信フィルタと、
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、前記受信信号が供給される入力線路の前段にインダクタを接続した状態において、前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であり、前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であるところの、請求項１に記載の共振器を用いた受信フィルタ
を有することを特徴とする通信端末用のデュプレクサ。
【請求項９】
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサであって、
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であり、前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であるところの、請求項１に記載の共振器を用いた通信端末用の送信フィルタを受信フィルタとし、
周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、前記受信信号が供給される入力線路の前段にインダクタを接続した状態において、前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であり、前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であるところの、請求項１に記載の共振器を用いた通信端末用の受信フィルタを送信フィルタとする
ことを特徴とする通信基地局用のデュプレクサ。
【請求項１０】
信号を送信し受信するための通信装置であって、
外部の通信装置と前記信号を通信するためのアンテナと、
送信信号を生成して出力する送信回路と、
当該送信回路が出力した送信信号を供給され当該送信信号の周波数帯域の信号を通過させて前記アンテナに出力し、周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であり、前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であるところの、請求項１に記載の第１の共振器と、
前記アンテナが出力した受信信号を供給され当該受信信号の周波数帯域の信号を通過させて出力し、周波数帯域の異なる送信信号と受信信号を分離するためのデュプレクサの構成要素として用いられる場合、前記受信信号が供給される入力線路の前段にインダクタを接続した状態において、前記入力された信号を通過させる周波数帯域は前記受信信号の周波数帯域であり、前記入力された信号を減衰させる周波数帯域は前記送信信号の周波数帯域であるところの、請求項１に記載の第２の共振器と、
当該第２の共振器が出力した受信信号を供給され当該受信信号を受信処理する受信回路
を有することを特徴とする通信装置。
【請求項１１】
信号を送信し受信するための通信装置であって、
外部の通信装置と前記信号を通信するためのアンテナと、
送信信号を生成して出力する送信回路と、
当該送信回路が出力した送信信号を供給され周波数帯域を制限して前記アンテナに出力し、前記アンテナが出力した受信信号を供給され周波数帯域を制限して出力する請求項８又は請求項９に記載のデュプレクサと、
当該デュプレクサが出力した受信信号を供給され当該受信信号を受信処理する受信回路
を有することを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振器、これを用いたデュプレクサ及び通信装置に係り、特に複数の周波数帯に対応する共振器、デュプレクサ、及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話に代表されるWCDMA (Wideband Code Division Multiple Access；登録商標)、LTE(Long Term Evolution；登録商標)の通信方式では、送信と受信が同時に異なる周波数で動作しており、送信信号と受信信号を分離するデュプレクサが必要である。また、社会のグローバル化による世界中のセルラー網と通信できる携帯端末の要求から、デュプレクサは複数の周波数帯に対応する必要がある。さらに、可搬性を高めるため、携帯端末の小型化が要求されている。
従来のSAW（Surface Acoustic Wave）フィルタを使用したデュプレクサは周波数が固定されているため、複数の周波数帯に対応するには、対応させる周波数帯域の数だけデュプレクサを内蔵する必要があり、携帯端末の大型化が問題であった。
【０００３】
特許文献１および特許文献２は、バンドパスフィルタ特性を示す可変周波数フィルタを開示する。これらのフィルタは、通過帯域において低損失な通過特性が得られ、その周波数特性を可変とすることを特徴としている。一方、通過帯域に近接した周波数での減衰量は小さく、デュプレクサに求められるような送信周波数と受信周波数が近接している場合、送信信号と受信信号の分離が困難であるという課題がある。
特許文献３は、固定コイルと可変容量コンデンサを用いた可変周波数デュプレクサを開示する。比較的急峻な周波数特性が得られており、近接した周波数においても送信信号および受信信号の分離が可能である。しかし、本文献では1.5GHzよりも低周波側、および、1.5GHzより高周波側で異なる回路を使用する必要があり、また周波数可変範囲の制限が課題である。
【０００４】
特許文献４は、SAW共振器および可変容量により構成される可変周波数フィルタを開示する。機械的な振動を利用したSAW共振器は固有周波数を有しており、可変容量を用いて周波数を変化させると共振器のＱ値が劣化するので、フィルタとしての特性が劣化する課題がある。特に、周波数を２倍以上変化させることは困難である。
特許文献５は、中空導体および可変容量により構成された可変周波数共振器である。この共振器は、低損失な通過特性を有する第１の周波数、および、高減衰特性を有する第２の周波数を各々変化させる。しかし、高減衰特性となる第２の周波数において、そのインピーダンスは整合インピーダンスより低く、デュプレクサとして構成する場合、整合インピーダンスより高いインピーダンスに変換する必要がある。当該文献では、インピーダンス変換回路として、整合回路または移相回路を用いている。しかし、一般的にこれらの回路は動作する周波数に制限があり、可変周波数デュプレクサの周波数可変範囲を制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９５７３号公報
【特許文献２】ＷＯ２００６／０７５４３９号公報
【特許文献３】特開２０１２−１００１８０号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１１／０９３４４９号公報
【特許文献５】特願２０１２−１３７３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のデュプレクサは、周波数特性が固定されており、周波数の異なる複数の周波数帯に対応できない。バンドパスフィルタ特性を有する可変周波数フィルタは、通過帯域に近接した周波数での減衰量は小さく、デュプレクサに求められるような送信周波数と受信周波数が近接している場合、送信信号と受信信号の分離ができない課題がある。
また、従来の可変周波数デュプレクサは、固有周波数を有するSAW共振器、インピーダンス変換回路などにより、周波数可変範囲が制限される課題がある。
本発明の目的は前記課題を解決し、従来の可変周波数デュプレクサより周波数可変範囲を拡大し複数の周波数帯に対応する共振器、デュプレクサ、及び通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、入力された信号が含む第１の周波数帯域の信号を低い損失で通過させ、当該第１の周波数帯域とは異なる第２の周波数帯域の信号を高い損失で減衰させて出力する共振器であって、前記信号を入力または出力するための第１の入出力線路と、前記信号を出力または入力するための第２の入出力線路と、
当該第１の入出力線路又は第２の入出力線路のいずれか一方の入出力線路と構造的に接触し残る一方の入出力線路とは構造的に接触しない第１の導体と、当該第１の導体と構造的に接触し前記第１の入出力線路又は第２の入出力線路との間に発生する電気回路的成分を変化させる第２の導体と、を含む中空導体を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、周波数可変範囲を拡大し複数の周波数帯に対応する共振器、デュプレクサ、及び通信装置を提供することができるという効果がある。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１における可変周波数デュプレクサのブロック図である。
【図２Ａ】実施例１における共振器の構造図である。
【図２Ｂ】実施例１における共振器の断面図である。
【図３Ａ】実施例２における共振器の構造図である。
【図３Ｂ】実施例２における共振器の断面図である。
【図４Ａ】実施例３における共振器の構造図である。
【図４Ｂ】実施例３における共振器の断面図である。
【図５Ａ】実施例４における共振器の構造図である。
【図５Ｂ】実施例４における共振器の断面図である。
【図６Ａ】実施例５における共振器の構造図である。
【図６Ｂ】実施例５における共振器の断面図である。
【図７】実施例６における可変周波数デュプレクサを通信装置、特に携帯通信端末に応用する場合のブロック図である。
【図８Ａ】実施例６における可変周波数デュプレクサを通信装置に適応した場合のバンド17の特性である。
【図８Ｂ】実施例６における可変周波数デュプレクサを通信装置に適応した場合のバンド11の周波数特性である。
【図８Ｃ】実施例６における可変周波数デュプレクサを通信装置に適応した場合のバンド7の周波数特性である。
【図９】実施例７における可変周波数デュプレクサを通信装置、特に基地局またはフェムトセルに応用する場合のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
複数の周波数帯域における周波数の異なる送信信号および受信信号を分離するため、送信側および受信側に可変周波数共振器を接続し、各々の共振器において送信周波数および受信周波数を可変とする機構を実現するための実施例につき、以下で説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本実施例における可変周波数デュプレクサのブロック図であり、1は可変周波数デュプレクサ全体、2は送信帯域および受信帯域の周波数特性を可変とする送信側共振器、3は送信帯域および受信帯域の周波数特性を可変とする受信側共振器、39はインダクタ、4は送信信号端子、41は送信回路、5はアンテナ端子、51はアンテナ、6は受信信号端子、61は受信回路、7はコントローラである。
送信回路41で生成された送信信号は、送信信号端子4より可変周波数デュプレクサ１に入力され、送信側共振器２を通過し、アンテナ端子5に至る。このとき、送信側共振器２は、送信周波数帯域の信号を低損失で通過させ、受信周波数帯域の信号を減衰させる。アンテナ51で受信された受信信号は、アンテナ端子5より可変周波数デュプレクサ１に入力され、受信側共振器３を通過し、受信信号端子6に至る。このとき、受信側共振器３は、受信周波数帯域の信号を低損失で通過させ、送信周波数帯域の信号を減衰させる。
【００１２】
図２Ａは、送信帯域および受信帯域の周波数特性が可変な送信側共振器２の構造図である。2101は中空導体のキャビティ、2102は導体で構成された棒状のポスト、2103は入出力線路A、2104は入出力線路B、2105は基板、2106は基板の背面グラウンド、７はコントローラである。このとき、キャビティ2101の形状は円筒形に制限されるものではない。
ここで、中空導体のキャビティ2101は、入出力線路Ａ2103とは接触せず、入出力線路Ｂ2104とは接触していること、一般的には、二つの入出力線路のいずれかとは構造的に接触せず、他の一方とは構造的に接触することが、本発明の実施例で用いる共振器の特徴である。また、中空導体はキャビティ2101と構造的に接触したポスト2102を有し、主には当該ポスト2102と前記二つの入出力線路（少なくも入出力線路Ａ2103）との間で発生する電気回路的な成分が変化することにより、周波数特性を変化させることが本発明の実施例で用いる共振器の特徴である。
送信回路41で生成された送信信号は、入出力線路Ｂ2104より入力され、入出力線路Ａ2103からアンテナ端子5に至る。受信周波数帯域の信号を減衰させる特性は、キャビティ2101およびポスト2102が有するインダクタ（以下、ポストインダクタと呼称する）、ポスト2102と入出力線路Ｂ2104の間隙による静電容量（以下、ポスト間容量と呼称する）の並列共振によって生じる。また、送信周波数帯域の信号を低損失で通過させるための特性は、主に、ポスト2102と入出力線路Ａ2103の間隙による静電容量（以下、入力容量と呼称する）と送信側ポストインダクタの直列共振によって生じる。
【００１３】
図２Ｂは、送信側共振器２の断面構造を示す。図２Ｂを用いて、受信帯域における周波数特性を可変とする原理を説明する。ポスト2102は伸縮可能な素子であり、その伸縮によって、ポストインダクタ値Lpが変化し、同時に、ポスト2102と入出力線路Ｂ2104の間隙が変化することによりポスト間容量値Cpが変化する。このときの並列共振周波数frejは、下記の数式１によって求まる。
【００１４】
【数１】
2014112769.tif 000003
ここで、Lpは送信側ポストインダクタンス値、Cpは送信側ポスト間容量の静電容量値である。
【００１５】
伸縮可能なポスト2102の候補として、ピエゾアクチュエータがある。ピエゾアクチュエータは、コントローラ７から制御電圧を印加され、逆圧電効果によって伸縮するデバイスである。したがって、制御電圧によって、送信側ポストインダクタおよびポスト間容量が変化するので、送信側共振器２の共振周波数を変化することができ、可変周波数共振器として動作する。
また、並列共振周波数frejを低周波数に拡張するためには、数式１より、ポスト間容量値Cp、または、ポストインダクタンス値Lpを増加させる手法がある。ポスト間容量値Cpは、下記の数式２によって導出される。
【００１６】
【数２】
2014112769.tif 000004
【００１７】
ここで、εoは真空の誘電率、εrはポスト2102と入出力線路Ｂ2104の間隙にある媒質の比誘電率、Sはポスト2102と入出力線路Ｂ2104が対向する間隙の面積、dはポスト2102と入出力線路Ｂ2104が対向する間隙の距離である。数式２から、ポスト間容量値Cpを増加させる手法として、ポスト2102の直径を拡大しSを増加する、ポスト2102の下端に導体板を追加しSを増加する、ポスト2102と入出力線路Ｂ2104の間隙に誘電体を挿入しεrを増加するなどの手法がある。また、ポストインダクタンス値Lpを増加させる手法として、キャビティ2101の形状を変化させる、ポスト2102の形状を変化させる、キャビティ内に磁性体を挿入するなどの手法がある。
【００１８】
送信側共振器２の送信帯域における周波数特性を可変とする原理を説明する。前記ポストインダクタ、前記ポスト間容量、および、前記入力容量の直列共振により、送信側共振器２は共振周波数において、入出力線路Ａ2103と入出力線路Ｂ2104間のインピーダンスが減少し、送信周波数帯域の信号を低損失で通過させる。このときの直列共振周波数fthrは、下記の数式３によって求まる。
【００１９】
【数３】
2014112769.tif 000005
ここで、Lpはポストインダクタのインダクタンス値、Cpはポスト間容量の静電容量値、Csは入力容量の静電容量値である。
【００２０】
受信側共振器３と送信側共振器２は、周波数帯域が異なるが、同様の構造であり、また同様な動作をする共振器であるため、図２Ａおよび図２Ｂを用いて、受信側共振器３の動作原理を説明する。
【００２１】
アンテナ51により受信された信号は、インダクタ39を通過し、入出力線路Ａ2103より入力され、入出力線路Ｂ2104から受信信号端子6に至る。受信側共振器３における送信帯域の信号を減衰させる原理は、送信側共振器２と同様であるため説明を割愛する。また、その周波数は数式１により求めることができる。
受信側共振器３における受信帯域の周波数特性を可変とする原理を説明する。前記ポストインダクタ、前記ポスト間容量、前記入力容量、および、インダクタ39の直列共振により、受信側共振器３は共振周波数において、入出力線路Ａ2103と入出力線路Ｂ2104間のインピーダンスが減少し、受信周波数帯域の信号を低損失で通過させる。このときの直列共振周波数fthr2は、ポストインダクタのインダクタンス値Lp、ポスト間容量の静電容量値Cp、入力容量の静電容量値Cs、インダクタ39のインダクタンス値Lsより、求めることができる。
【００２２】
送信側共振器２および受信側共振器３の制御は、各バンドに対応した制御情報を保有しているコントローラ7が実行する。使用するバンドに対応する送信周波数および受信周波数は決まっており、予めこれらの周波数に対応する特性が得られる制御信号をコントローラ7に記憶しておく。バンドを切り換えるには、コントローラ7より新たに制御信号を出力し、送信側共振器２および受信側共振器３は、その信号に対応した特性に切り替わる。
以上説明した本実施例によれば、送信側および受信側に各々、中空導体の共振器を用いた可変周波数共振器２および3を備えており、信号を通過させる周波数帯域と信号を減衰させる周波数帯域を制御することが可能である。これにより、複数の周波数帯域に対応した周波数特性の可変なデュプレクサが１つで実現され、送信周波数と受信周波数が異なる通信装置に対応できる。また、伸縮するポストはキャビティ内部に配置されているため、外部からの力学的影響に対して耐性があるという特徴もある。
【実施例２】
【００２３】
図３Ａは、本実施例における送信帯域および受信帯域の周波数特性が可変な送信側共振器２の構造図である。2201は中空導体のキャビティ、2202は導体で構成された棒状のポスト、2203は入出力線路Ａ、2204は入出力線路Ｂ、2205は基板、2206は基板の背面グラウンド、2210は制御信号により変形する板状素子、７はコントローラである。このとき、キャビティ2201の形状は円筒形に制限されるものではない。
図３Ｂは、本実施例における送信側共振器２の断面構造を示す。図３Ｂを用いて、受信帯域における周波数特性を可変とする原理を説明する。板状素子2210は変形する素子であり、その変形によってポスト2202を駆動し、ポスト2202と入出力線路Ｂ2204の間隙が変化することで、ポスト間容量値Cp2が変化する。このとき、ポストインダクタはキャビティ2201およびポスト2202が有するインダクタ、ポスト間容量はポスト2202と入出力線路Ｂ2204の間隙による静電容量、入力容量はポスト2202と入出力線路Ａ2203の間隙による静電容量が各々対応している。
【００２４】
ポストインダクタとポスト間容量の並列共振により、高インピーダンス状態となり、受信帯域の信号を減衰させる。このときの並列共振周波数frej2は、下記の数式４によって求まる。
【００２５】
【数４】
2014112769.tif 000006
ここで、Lp2はポストインダクタのインダクタンス値、Cp2はポスト間容量の静電容量値である。
【００２６】
変形する板状素子2210の候補として、ピエゾ膜がある。ピエゾ膜は、制御回路から制御電圧を印加された際の逆圧電効果によって変形するデバイスである。したがって、制御電圧によって、ポスト間容量が変化し、送信側共振器は共振周波数を変化でき、可変周波数共振器として動作する。また、並列共振周波数fthr2を低周波数に拡張するためには、数式２の原理による手法を用いる。詳細は、実施例１と同様であるため、説明を割愛する。
送信側共振器２の送信帯域における周波数特性に関しては、実施例１と同様であり、共振周波数fthr2は数式５により求まる。
【００２７】
【数５】
2014112769.tif 000007
ここで、Lp2はポストインダクタのインダクタンス値、Cp2はポスト間容量の静電容量値、Cs2は入力容量の静電容量値である。
【００２８】
受信側共振器３は、送信側共振器２と同様の構造であり、また同様な動作をする共振器である。また、送信帯域および受信帯域の周波数特性を可変とする原理の詳細は、実施例１の受信側共振器と同様であるため、説明を割愛する。
以上、本実施例によれば、信号を通過させる周波数帯域と信号を減衰させる周波数帯域を制御することが可能であり、送信周波数および受信周波数の異なる周波数帯域に対応できる。変形する板状素子は比較的低電圧で駆動でき、制御回路に特殊な電源回路を設けずに構成できるという特徴もある。
【実施例３】
【００２９】
図４Ａは、本実施例における送信帯域および受信帯域の周波数特性が可変な送信側共振器２の構造図である。2301は中空導体のキャビティ、2302は導体で構成された棒状のポスト、2303は入出力線路Ａ、2304は入出力線路Ｂ、2305は基板、2306は基板の背面グラウンド、2310は制御信号により変形する板状素子、７はコントローラである。このとき、キャビティ2301の形状は円筒形に制限されるものではない。
図４Ｂは、本実施例における送信側共振器２の断面構造を示す。図４Ｂを用いて、受信帯域における周波数特性を可変とする原理を説明する。板状素子2310は変形する素子であり、その変形によって基板2305、入出力線路Ａ2303、入出力線路Ｂ2304、背面グラウンド2306を駆動し、ポスト2302と入出力線路Ｂ2304の間隙が変化することで、ポスト間容量値Cp3が変化する。このとき、ポストインダクタはキャビティ2301およびポスト2302が有するインダクタ、ポスト間容量はポスト2302と入出力線路Ｂ2304の間隙による静電容量、入力容量はポスト2302と入出力線路Ａ2303の間隙による静電容量が各々対応している。
【００３０】
ポストインダクタとポスト間容量の並列共振により、高インピーダンス状態となり、受信帯域の信号を減衰させる。このときの並列共振周波数frej3は、下記の数式６によって求まる。
【００３１】
【数６】
2014112769.tif 000008
ここで、Lp3はポストインダクタのインダクタンス値、Cp3はポスト間容量の静電容量値である。
【００３２】
変形する板状素子の候補および動作原理は、実施例２と同様のため、説明を割愛する。また、並列共振周波数fthr2を低周波数に拡張するための手法は、数式２の原理による手法を用いる。詳細は、実施例１と同様であるため、説明を割愛する。
受信側共振器３は、送信側共振器２と同様の構造であり、また同様な動作をする共振器である。また、送信帯域および受信帯域の周波数特性を可変とする原理の詳細は、実施例１の受信側共振器と同様であるため、説明を割愛する。
以上、本実施例によれば、信号を通過させる周波数帯域と信号を減衰させる周波数帯域を制御することが可能であり、送信周波数および受信周波数の異なる周波数帯域に対応できる。基板背面に配置された変形する板状素子は、中空導体の形状および寸法に依存せずに構成できるという特徴もある。
【実施例４】
【００３３】
図５Ａは本実施例における送信側共振器２の構造図、図５Ｂは本実施例における送信側共振器２の断面構造を示す。2401は中空導体のキャビティ、2402は導体で構成された棒状のポスト、2403は入出力線路Ａ、2404は入出力線路Ｂ、2405は基板、2406は基板の背面グラウンド、2420および2422はビア、2421は基板内配線、2423は入出力線路Ｃである。このとき、キャビティ2401の形状は円筒形に制限されるものではない。また、周波数特性を変化させる方法は、実施例１〜３に記載のいずれかの方法を用い実現する。図５Ａおよび図５Ｂには、これら周波数特性を変化させるための素子およびコントローラを省略している。
【００３４】
実施例１〜３と異なり、中空導体2401は開口部がない形状が特徴である。入出力線路Ａ2403は、ビア2420および2422、基板内配線2421を介し、入出力線路Ｃ2423に接続される。入出力線路Ｂ2404は、中空導体2401の外面に直接接続された状態である。
周波数特性を可変とする方法は、実施例１〜３のいずれかの方法を用いる。このとき、ポストインダクタはキャビティ2401およびポスト2402が有するインダクタ、ポスト容量はポスト2402と入出力線路Ｂ2404の間隙による静電容量、入力容量はポスト2402と入出力線路Ｃ2423の間隙による静電容量が各々対応している。詳細は、前記実施例と応用であるため、説明を割愛する。
以上、本実施例によれば、開口部のない中空導体は構造が簡素であり、製作が容易であるという特徴がある。
【実施例５】
【００３５】
図６Ａは本実施例における送信側共振器２の構造図、図６Ｂは本実施例における送信側共振器２の断面構造を示す。2601はキャビティを構成する導体板、2602は導体で構成された棒状のポスト、2603は入出力線路Ａ、2604は入出力線路Ｂ、2605は基板、2606は基板の背面グラウンド、2620はキャビティを構成するビア、2650は充填材である。周波数特性を変化させる方法は、実施例１〜３に記載のいずれかの方法を用い実現する。図６Ａおよび図６Ｂには、これら周波数特性を変化させるための素子およびコントローラを省略している。
【００３６】
キャビティは、導体板2601および柱状導体2620で構成され、複数の柱状導体2620で疑似的に面を構成しており、その外観は六角柱構造である。また、キャビティ内外は、充填材2650が充填されており、キャビティを保持する役割を持たせている。柱状導体2620は表面が導体であり、表面の導体厚さは、高周波電流の表皮効果による表皮厚さ以上であることが望ましい。また、その内部は、表面と同質の物質でなくてもよい。導体板2601および柱状導体2620で構成されたキャビティの外観形状は、複数のキャビティを稠密に配置するため、隣接するキャビティ間に隙間を生ない構造である六角形である。しかし、四角形や八角形などの多角柱であってもよい。
【００３７】
充填材2650の候補として、磁性体、誘電体、絶縁体、半導体、低導電率の導体がある。実施例１で説明したように、磁性体をキャビティ内部に挿入することで前記ポストインダクタのインダクタンス値を増加させることができる。また、キャビティ内部は、比誘電率の大きな材質が挿入されても特性に大きく影響しないため、誘電体、絶縁体で構成することができる。さらに、柱状導体2620を構成する導体の導電率が金属と同等以上である場合、その内部に低導電率の材質を挿入することができ、半導体、低導電率の導体で構成することができる。
以上、本実施例によれば、キャビティを誘電体や半導体などの基板にビアやスルーホールなどで構成でき、製作に基板製造プロセスや半導体製造プロセスを用いることができ、製作が容易であるという特徴がある。また、多角形キャビティは、複数のキャビティを稠密に配置でき、実装面積の縮小に効果的という特徴がある。
【実施例６】
【００３８】
図７は、本実施例における可変周波数デュプレクサを用いた通信装置であり、特に携帯通信端末に応用する場合の一例のブロック図である。1は可変周波数デュプレクサ全体、2は送信帯域および受信帯域の周波数特性を変化できる送信側共振器、3は送信帯域および受信帯域の周波数特性を変化できる受信側共振器、39はインダクタ、4は送信信号端子、42は可変周波数バンドパスフィルタ、43は送信信号入力端子、44はPA(Power Amplifier)、5はアンテナ端子、51はアンテナ、6は受信信号端子、62は可変周波数バンドパスフィルタ、63は受信信号出力、64はLNA(Low Noise Amplifier)、7はコントローラ、８はRF-IC(Radio Frequency Integrated Circuit)、９はBB 回路(Base Band回路)、91は入力回路、92は出力回路である。
【００３９】
携帯電話に応用する場合、送信信号は、BB回路９から、RF-IC８、PA44、バンドパスフィルタ42、送信側共振器２を介して、アンテナ51に至る。また、受信信号は、アンテナ51で受信され、インダクタ39、受信側共振器３、バンドパスフィルタ62、LNA64、RF-IC８を介してBB回路９に至る。通信装置の操作者は、入力回路91より情報を入力し、出力回路92を通して情報を得る。なお、デュプレクサ１の動作および原理は、実施例1〜5と同様であるため、説明を割愛する。
【００４０】
上記実施例１〜５と異なる点は、3GPP(Third Generation Partnership Project；商標登録)等の規格を満足するため、本発明の可変周波数デュプレクサ１に加え、帯域外信号を減衰させるためのバンドパスフィルタ42または62を追加する点である。また、周波数バンドを制御するには、RF-IC８またはBB回路９よりSPI(Serial Peripheral Interface)またはMIPI(Mobile Industry Processor Interface；商標登録)等のデジタル信号がコントローラ７に入力され、コントローラ７はそのデジタル信号に対応した制御信号を出力する。したがって、コントローラ７は、入力されたデジタル信号により、送信側共振器２、受信側共振器３、バンドパスフィルタ42および62を制御し、周波数バンドに対応した送信周波数および受信周波数に適した周波数特性を設定する。
【００４１】
図８Ａは、本実施例における3GPPのバンド17の特性例を示す。
図８Ｂは、本実施例における3GPPのバンド11特性例を示す。
図８Ｃは、本実施例における3GPPのバンド7の特性例を示す。
3001、3101および3201は、各々バンド17、バンド11、バンド7における送信信号入力端子43からアンテナ端子5の間の通過損失の周波数特性である。3002、3102および3202は、各々バンド17、バンド11、バンド7におけるアンテナ端子5と受信信号出力端子63間の通過損失の周波数特性である。
【００４２】
バンド17における帯域幅10MHzのチャネルにおいて、送信帯域3051(704MHzから714MHzまで)における、送信側の通過損失3001は3.0dB以下、受信側の通過損失3002は30.2dB以上である。受信帯域3052(734MHzから744MHzまで)における、送信側の通過損失3001は29.5dB以上、受信側の通過損失3002は3.0dB以下である。
バンド11における帯域幅15MHzのチャネルにおいて、送信帯域3151(1428MHzから1443MHzまで)における、送信側の通過損失3101は2.61dB以下、受信側の通過損失3102は30.2dB以上である。受信帯域3152(1476MHzから1491MHzまで)における、送信側の通過損失3101は30.1dB以上、受信側の通過損失3102は2.90dB以下である。
バンド7における帯域幅20MHzのチャネルにおいて、送信帯域3251(2500MHzから2520MHzまで)における、送信側の通過損失3201は2.80dB以下、受信側の通過損失3202は35.1dB以上である。受信帯域3252(2620MHzから2640MHzまで)における、送信側の通過損失3201は35.7dB以上、受信側の通過損失3202は2.99dB以下である。
【００４３】
上記本実施例は一例であり、可変周波数デュプレクサ１を適宜制御することによりバンド17、バンド11およびバンド７以外のバンドにも対応可能であり、WCDMAやLTE等の通信システムを利用する通信端末に使用することが可能である。また、バンド13のように、送信周波数が高周波側で、受信周波数が低周波側の場合、図７における受信側共振器３およびインダクタ39と送信側共振器２を交換した構成により対応可能である。本構成以外であっても可変周波数デュプレクサ１を使用することにより、バンド17、バンド11およびバンド７以外のバンドにも対応可能である。
先に説明したように、従来は周波数帯域に応じて複数のデュプレクサを搭載する必要があったが、以上説明した本実施例によれば、一つの可変周波数デュプレクサに置換することができ、回路を実装する面積を縮小し、部品点数の削減に効果がある。
【実施例７】
【００４４】
図９は、本実施例における可変周波数デュプレクサ１を用いた通信装置であり、特に基地局またはフェムトセルに応用する場合の一例のブロック図である。1は可変周波数デュプレクサ全体、2は送信帯域および受信帯域の周波数特性を変化できる送信側共振器、3送信帯域および受信帯域の周波数特性を変化できる受信側共振器、39はインダクタ、4は送信信号端子、42は可変周波数バンドパスフィルタ、44はPA(Power Amplifier)、5はアンテナ端子、51はアンテナ、6は受信信号端子、62は可変周波数バンドパスフィルタ、64はLNA(Low Noise Amplifier)、7はコントローラ、８はRF-IC(Radio Frequency Integrated Circuit)、９はBB 回路(Base Band回路)、93はネットワーク接続端子である。
【００４５】
可変周波数デュプレクサ１を基地局に応用する場合、実施例６の携帯通信端末に応用する場合と異なり、送信周波数と受信周波数の関係が逆転することに注意する必要がある。したがって、基地局の送信信号は、BB回路９から、RF-IC８、PA44、バンドパスフィルタ42、共振器３、インダクタ39を介して、アンテナ51に至る。また、受信信号は、アンテナ51で受信され、共振器２、バンドパスフィルタ62、LNA64、RF-IC８を介してBB回路９に至る。また、ネットワーク端子93を通して、ネットワークと接続される。
【００４６】
デュプレクサ１の動作および原理は、上記実施例１〜５と同様であるため、その説明を割愛する。また、バンド13のように、送信周波数が低周波側で、受信周波数が高周波側の場合、図９におけるインダクタ39を送信側から削除し、共振器２とアンテナ端子5の間にインダクタ39を接続する構成により対応することができる。
上記説明した本実施例によれば、周波数帯に応じて搭載される複数のデュプレクサを、可変周波数デュプレクサで置換することができる。また、複数の送受信回路を搭載する場合、各々の送受信回路が複数の周波数帯に対応することができるため、周波数帯ごとに送受信回路を搭載する必要がなく、余剰の送受信回路を削減することに効果がある。
【符号の説明】
【００４７】
１：可変周波数デュプレクサ、２：可変周波数共振器、３：可変周波数共振器、３９：インダクタ、４：送信信号端子、４１：送信回路、４２：バンドパスフィルタ、４３：送信信号入力端子、４４：PA、５：アンテナ端子、５１：アンテナ、６：受信信号端子、６１：受信回路、６２：バンドパスフィルタ、６３：受信信号出力端子、６４：LNA、７：コントローラ、８：RF-IC、９：BB回路、９１：入力回路、９２：出力回路、９３：ネットワーク接続端子、2101, 2201，2301，2401：キャビティ、2102, 2202, 2302, 2402, 2602：ポスト、2103, 2203, 2303, 2403, 2603：入出力線路Ａ、2104, 2204, 2304, 2404, 2604：入出力線路Ｂ、2105, 2205, 2305, 2405, 2605：基板、2106, 2206, 2306, 2406, 2606：背面グラウンド、2210, 2310：板状素子、2420, 2422：ビア、2421：基板内配線、2423：入出力線路Ｃ、2601：導体板、2620：柱状導体、2650：充填材。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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