(57)【要約】【課題】  本発明は、部品点数を削減するとともに、アンテナスイッチの通過損失増大およびループ発振を回避することが可能な増幅器および通信装置を提供すること。【解決手段】  本発明の増幅器は、第１の外部回路および第２の外部回路からの入力信号のベクトル和およびベクトル差をそれぞれ出力する第１のベクトル演算回路と、第１の増幅単位および第２の増幅単位の出力信号のベクトル和を第２の外部回路に出力し、第１の増幅単位および第２の増幅単位の出力信号のベクトル差を第１の外部回路に出力する第２のベクトル演算手段とを有しており、通信装置は上記構成の増幅器を有している。【選択図】図１
2006345032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の外部回路からの入力信号を増幅して第２の外部回路に出力し、前記第２の外部回路からの入力信号を増幅して前記第１の外部回路に出力する増幅器であって、
前記第１の外部回路および前記第２の外部回路からの入力信号のベクトル和およびベクトル差をそれぞれ出力する第１のベクトル演算手段、
前記第１の外部回路および前記第２の外部回路からの入力信号のベクトル和を増幅する第１の増幅単位、
前記第１の外部回路および前記第２の外部回路からの入力信号のベクトル差を増幅する第２の増幅単位、および
前記第１の増幅単位および前記第２の増幅単位の出力信号のベクトル和を前記第２の外部回路に出力し、前記第１の増幅単位および前記第２の増幅単位の出力信号のベクトル差を前記第１の外部回路に出力する第２のベクトル演算手段、
を具備することを特徴とする増幅器。
【請求項２】
第１の増幅単位および第２の増幅単位のいずれか一方、あるいは双方が、利得または位相のいずれか一方、あるいは双方を補正する機能を有する請求項１に記載の増幅器。
【請求項３】
第１のベクトル演算手段の２つの入力を高周波的に接続する機能を有する請求項１または２に記載の増幅器。
【請求項４】
第２のベクトル演算手段の２つの出力を高周波的に接続する機能を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の増幅器。
【請求項５】
第１の外部回路から入力して第２の外部回路に出力される高周波信号と、前記第２の外部回路から入力して前記第１の外部回路に出力される高周波信号が、異なる周波数である請求項１または２に記載の増幅器。
【請求項６】
前記第１の増幅単位および第２の増幅単位のいずれか一方、あるいは双方を機能停止させるよう制御する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の増幅器。
【請求項７】
無線あるいは有線の伝搬路を介して、情報の送受信を行う通信装置において、
前記伝搬路に送出する信号を第１の所定強度まで増幅する第１の増幅器と、
前記伝搬路より受信した信号を第２の所定強度まで増幅する第２の増幅器が請求項１乃至６のいずれか一項に記載の増幅器により構成された通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの外部回路が接続された増幅器において、第１の外部回路からの入力信号を増幅して第２の外部回路に出力し、第２の外部回路からの入力信号を増幅して第１の外部回路に出力する増幅器に関し、特に、小型化が要求される通信システムに用いられる増幅器および通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線による低価格の高速データ伝送が要求されており、２ＧＨｚ帯や５ＧＨｚ帯の周波数帯域を用いた無線ＬＡＮシステムが急速に普及している。
図２２は、従来の無線ＬＡＮシステムにおける通信装置の構成を示すブロック図である。図２２において、アンテナ２１で受信した信号は、バンドパスフィルタ２２、アンテナスイッチ２３を介して低雑音増幅器２４により増幅され、復調器２５により所望データに復調された後に、図示しないベースバンド部に伝送される。一方、送信データは変調器２７により高周波信号に変換され、電力増幅器２６により増幅された後、アンテナスイッチ２３、バンドパスフィルタ２２を介してアンテナ２１より伝搬空間に送出される。
【０００３】
図２２に示す構成を有する従来の無線ＬＡＮシステムの通信装置において、回路の小型化を目的として部品点数を削減した構成が提案されている。
図２３は、特許文献１に開示された高周波装置および高周波増幅方法で提案された構成を、図２２に示した通信装置に適用した構成を示すブロック図である。なお、図２３に示す構成において、図２２に示す構成に対応する部分には同一符号を付した。
【０００４】
図２３において、アンテナ２１で受信した信号は、バンドパスフィルタ２２、アンテナスイッチ３１を介して増幅回路３２により増幅され、アンテナスイッチ３１を介して復調器２５により所望データに復調され、そして図示しないベースバンド部に伝送される。一方、送信データは変調器２７により高周波信号に変換され、アンテナスイッチ３１を介して増幅回路３２により増幅された後、アンテナスイッチ３１、バンドパスフィルタ２２を介してアンテナ２１より伝搬空間に送出される。
【０００５】
図２３に示す構成を有する通信装置においては、図２２に示した低雑音増幅器２４と電力増幅器２６の２つの増幅器の機能を一つの増幅回路３２により実現することが可能となり、部品点数の削減と、回路の小型化を図ることが可能となる。
【特許文献１】特開２００４−１２９０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２３に示した通信装置の構成においては、部品点数のある程度の削減が可能であるが、アンテナスイッチ３１の回路規模が、図２２に示したアンテナスイッチ２３の二倍になるため、通過損失が増大し、感度や送信電力が劣化する恐れがある。また、図２３に示した構成では、増幅回路３２→アンテナスイッチ３１→増幅回路３２というループが構成されるため、アンテナスイッチ３１のアイソレーションが劣化した場合、増幅回路３２の出力の一部が入力に回り込み、ループ発振を起こす恐れがある。
本発明は、従来の通信装置において生じる上記の問題を解消するという課題に鑑みてなされたものであり、部品点数を削減するとともに、アンテナスイッチの通過損失の増大およびループ発振の回避を確実に実現することが可能な増幅器およびこの増幅器を用いた通信装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の課題を解決し、上記の目的を達成するために、本発明における第１の観点の増幅器は、第１の外部回路からの入力信号を増幅して第２の外部回路に出力し、前記第２の外部回路からの入力信号を増幅して前記第１の外部回路に出力する増幅器であって、
前記第１の外部回路および前記第２の外部回路からの入力信号のベクトル和およびベクトル差をそれぞれ出力する第１のベクトル演算手段、
前記第１の外部回路および前記第２の外部回路からの入力信号のベクトル和を増幅する第１の増幅単位、
前記第１の外部回路および前記第２の外部回路からの入力信号のベクトル差を増幅する第２の増幅単位、および
前記第１の増幅単位および前記第２の増幅単位の出力信号のベクトル和を前記第２の外部回路に出力し、前記第１の増幅単位および前記第２の増幅単位の出力信号のベクトル差を前記第１の外部回路に出力する第２のベクトル演算手段、を具備する。このように構成された増幅器は、部品点数の少ない構成を有するとともに、損失が少なく異常発振の発生を回避した構成となる。
なお、本発明における第１のベクトル演算手段および第２のベクトル演算手段は、後述の実施の形態において一例として第１のベクトル演算回路および第２のベクトル演算回路を用いて説明している。
【０００８】
本発明における第２の観点の増幅器は、前記の第１の観点の構成において、第１の増幅単位および第２の増幅単位のいずれか一方、あるいは双方が、利得または位相のいずれか一方、あるいは双方を補正する機能を有する構成でもよい。
【０００９】
本発明における第３の観点の増幅器は、前記の第１または第２の観点の構成において、第１のベクトル演算手段の２つの入力を高周波的に接続する機能を有する構成でもよい。
【００１０】
本発明における第４の観点の増幅器は、前記の第１乃至第３の観点の構成において、第２のベクトル演算手段の２つの出力を高周波的に接続する機能を有する構成でもよい。
【００１１】
本発明における第５の観点の増幅器は、前記の第１または第２の観点の構成において、第１の外部回路から入力して第２の外部回路に出力される高周波信号と、前記第２の外部回路から入力して前記第１の外部回路に出力される高周波信号が、異なる周波数であってもよい。
【００１２】
本発明における第６の観点の増幅器は、前記の第１乃至第５の観点の構成において、前記第１の増幅単位および第２の増幅単位のいずれか一方、あるいは双方を機能停止させるよう制御してもよい。
【００１３】
本発明における第６の観点の通信装置は、無線あるいは有線の伝搬路を介して、情報の送受信を行う通信装置であって、
前記伝搬路に送出する信号を第１の所定強度まで増幅する第１の増幅器と、
前記伝搬路より受信した信号を第２の所定強度まで増幅する第２の増幅器が前記の第１乃至第６の観点の増幅器により構成されている。このように構成された通信装置は、部品点数が少なく、異常発振のない安定動作を行う。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、部品点数を削減して小型化を図り、異常発振を回避して安定動作を実現する増幅器を提供することができるとともに、この増幅器を用いた小型で信頼性の高い通信装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る増幅器および通信装置の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
《実施の形態１》
図１は本発明に係る実施の形態１の増幅器の基本構成および動作を説明するためのブロック図である。
【００１７】
以後、実施の形態１の増幅器における動作を説明するにあたり、高周波電圧Ｖを下記式（１）のフェーザ表示で表される複素ベクトルとして扱う。
【００１８】
Ｖ＝Ｖｏ｛ｃｏｓ（ｗｔ）＋ｊｓｉｎ（ｗｔ）｝＝Ｖｏ＊ｅｘｐ（ｊｗｔ）
（１）
【００１９】
なお、式（１）において、Ｖｏはｔ＝０におけるＶの振幅および位相を示す複素ベクトルであり、ｗは高周波電圧の角周波数である。また、回路がひとつの角周波数ｗで動作している場合には、自明であるとしてｅｘｐ（ｊｗｔ）の項は一般に省略される。
【００２０】
図１に示すように、実施の形態１の増幅器１０は、第１の外部回路１５および第２の外部回路１６に接続されている。増幅器１０は、第１のベクトル演算手段である第１のベクトル演算回路１１、第１の増幅単位１２、第２の増幅単位１３、および第２のベクトル演算手段である第２のベクトル演算回路１４を有して構成されている。
【００２１】
第１の外部回路１５から増幅器１０に高周波電圧Ｖｉｎ１が印加される。また、第２の外部回路１６から増幅器１０に高周波電圧Ｖｉｎ２が印加される。この場合、第１の増幅単位１２に印加される電圧はベクトル和（Ｖｉｎ１＋Ｖｉｎ２）となり、第２の増幅単位１３に印加される電圧はベクトル差（Ｖｉｎ１−Ｖｉｎ２）となる。
ここで、第１の増幅単位１２および第２の増幅単位１３の電圧増幅利得をａとすると、第１の増幅単位１２の出力電圧はａ（Ｖｉｎ１＋Ｖｉｎ２）、第２の増幅単位１３の出力電圧はａ（Ｖｉｎ１−Ｖｉｎ２）となる。第２のベクトル演算回路１４から第１の外部回路１５に出力される電圧Ｖｏｕｔ１は、下記式（２）に示す値となり、第２のベクトル演算回路１４から第２の外部回路１６に出力される電圧Ｖｏｕｔ２は、下記式（３）に示す値となる。
【００２２】
Ｖｏｕｔ１＝ａ（Ｖｉｎ１＋Ｖｉｎ２）−ａ（Ｖｉｎ１−Ｖｉｎ２）＝２ａＶｉｎ２
（２）
【００２３】
Ｖｏｕｔ２＝ａ（Ｖｉｎ１＋Ｖｉｎ２）＋ａ（Ｖｉｎ１−Ｖｉｎ２）＝２ａＶｉｎ１
（３）
【００２４】
したがって、同一の増幅手段により、第１の外部回路１５からの入力信号を増幅して第２の外部回路１６に出力し、第２の外部回路１６からの入力信号を増幅して第１の外部回路１５に出力することができる。
【００２５】
図２は本発明に係る実施の形態１の増幅器の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、増幅器１０は第１のベクトル演算手段である第１のベクトル演算回路４１、第１の増幅単位４２、第２の増幅単位４３、および第２のベクトル演算手段である第２のベクトル演算回路４４を有して構成されている。
【００２６】
第１のベクトル演算回路４１および第２のベクトル演算回路４４は、例えば図３に示す３ｄＢ結合線路５１により実現できる。図３は実施の形態１の増幅器に用いるベクトル演算回路を３ｄＢ結合線路５１で構成した例を示すブロック図である。３ｄＢ結合線路５１は、例えば誘電体基板上に近接して配置した二本のマイクロストリップラインにより実現する事ができる。マイクロストリップラインの結合度Ｃは結合線路の偶モードインピーダンスＺｏｏ、奇モードインピーダンスＺｏｅとすると、Ｃ＝（Ｚｏｅ−Ｚｏｏ）／（Ｚｏｅ＋Ｚｏｏ）となるので、二本のマイクロストリップラインの線路幅、線路間隔によりＺｏｅおよびＺｏｏを制御し、所望の結合度Ｃを得ることができる。３ｄＢ結合線路５１は、電気的に結合した二本の線路により実現されている。
結合度Ｃ＝１０＾（−３／２０）すなわち３ｄＢの場合、マイクロストリップラインの電気的結合長が波長の１／４に相当する周波数において、３ｄＢ結合線路５１の端子１に電圧Ｘが印加されると、端子４にＸ＊ｅｘｐ（ｊπ）／√２＝−Ｘ／√２が出力され、端子２にＸ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）／√２が出力され、端子３には電圧が発生しない。対称的な構造から明らかなように、３ｄＢ結合線路５１の端子３に電圧Ｙが印加されると、端子２にＹ＊ｅｘｐ（ｊπ）／√２＝−Ｙ／√２が出力され、端子４にＹ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）／√２が出力され、端子１には電圧が発生しない。
【００２７】
ここで、図４の（ａ）に示す位相関係を持つ電圧Ｘおよび電圧Ｙが、３ｄＢ結合線路５１の端子１および端子３に入力されると、端子２には｛Ｘ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）−Ｙ｝／√２が出力され、すなわちＸの位相π／２遅れの信号と、Ｙのベクトル差信号を√２で割った電圧が出力される（図４の（ｂ））。
また、３ｄＢ結合線路５１の端子４には下記式（４）で示される信号が出力される。
【００２８】
｛−Ｘ＋Ｙ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）｝／√２＝
｛Ｘ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）＋Ｙ｝＊ｅｘｐ（ｊπ／２）／√２
（４）
【００２９】
すなわち、端子４からはＸの位相π／２遅れの信号と、Ｙのベクトル和信号を√２で割った電圧が出力される（図４の（ｃ））。図４において、（ａ）は入力ベクトルを示し、（ｂ）は端子２の出力ベクトルを示し、（ｃ）は端子４の出力ベクトルを示す。
【００３０】
なお、実施の形態１においてはベクトル演算手段として３ｄＢ結合線路５１を例に挙げて説明したが、ブランチラインハイブリッド、ラットレースリング、Ｌａｎｇｅカプラなど、同様の特性を持つ演算手段による実現も可能である。
また、上記の演算手段は四端子全てを適切な負荷（一般に特性インピーダンス＝５０Ω）で終端することにより、上記の性能を発揮するので、実施の際には回路構成に配慮する必要がある。
【００３１】
図５は、本発明に係る実施の形態１の増幅器１０を、送信および受信で同一の周波数を用いる通信装置、例えば無線ＬＡＮシステムに適用した場合の構成例を示すブロック図である。
【００３２】
図５において、アンテナ２１、バンドパスフィルタ２２およびアンテナスイッチ２３は、図１に示した第１の外部回路１５に対応する。また、復調器２５、変調器２７および図示しないベースバンド部は図１に示した第２の外部回路１６に対応する。実施の形態１の増幅器１０は、第１のベクトル演算回路４１、第１の増幅単位４２、第２の増幅単位４３、および第２のベクトル演算回路４４を有して構成されている。
【００３３】
図５に示した通信装置においては、前述の図２３に示した従来の通信装置と同様に送信および受信の動作において同一の増幅手段を用いる構成にもかかわらず、従来の通信装置で用いたアンテナスイッチ３１の半分の回路規模のアンテナスイッチ２３を用いて構成されている。
【００３４】
なお、第１のベクトル演算回路４１および第２のベクトル演算回路４４に理論通りの演算能力を発揮させるため、アンテナスイッチ２３は、非選択端子が、第１のベクトル演算回路４１および第２のベクトル演算回路４４の特性インピーダンスと等しい負荷で終端される非反射型の構成を有することが望ましい。
【００３５】
図６及び図７は図５に示した通信装置における動作を示すブロック図であり、図６は受信動作モードを示し、図７は送信動作モードを示す。
図６において、アンテナ２１により受信した信号は、バンドパスフィルタ２２、アンテナスイッチ２３を介して、第１のベクトル演算回路４１に入力される。ここで、第１のベクトル演算回路４１にアンテナスイッチ２３を介して印加される高周波電圧をＲｘＩＮとし、変調器２７からの信号入力は存在しないとすると、第１の増幅単位４２に印加される高周波電圧は、−ＲｘＩＮ／√２となり、第２の増幅単位４３に印加される高周波電圧は、ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）／√２となる。
【００３６】
第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３の利得をａ、位相回転をθと仮定すると、第１の増幅単位４２の出力は、−ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ（ｊθ）／√２となり、第２の増幅単位４３の出力は、ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝／√２となる。そして、第２のベクトル演算回路４４を介して復調器２５に印加される高周波電圧は、下記式（５）となる。
【００３７】
−ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝／２
−ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝／２＝
−ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝
（５）
【００３８】
復調器２５により復調されたＲｘＩＮ内の所望の情報は、図示しないベースバンド部に伝送され、処理される。
【００３９】
一方、アンテナスイッチ２３の側へ出力される信号は、下記式（６）となる。
【００４０】
ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ（ｊθ）／２
＋  ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π）｝／２＝０となる。
（６）
【００４１】
図７は送信動作モードを示す。図示しないベースバンド部より与えられた情報は、変調器２７により高周波電圧ＭｏＯＵＴに変換され、第１のベクトル演算回路４１に印加される。ここで、アンテナスイッチ２３からの信号入力は存在しないとすると、第１の増幅単位４２に印加される高周波電圧は、ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）／√２、第２の増幅単位４３に印加される高周波電圧は、−ＭｏＯＵＴ／√２となる。
【００４２】
第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３の利得をａ、位相回転をθと仮定すると、第１の増幅単位４２の出力は、ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝／√２、第２の増幅単位４３の出力は、−ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ（ｊθ）／√２となる。そして、第２のベクトル演算回路４４を介してアンテナスイッチ２３に印加される高周波電圧は、下記式（７）となる。
【００４３】
−ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝／２
−ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝／２＝
−ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝
（７）
【００４４】
上記の高周波電圧はアンテナスイッチ２３およびバンドパスフィルタ２２を介してアンテナ２１より放射される。
【００４５】
一方、復調器２５の側へ出力される信号は、下記式（８）となる。
【００４６】
ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π）｝／２
＋ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ（ｊθ）｝／２＝０となる。
（８）
【００４７】
以上のように、受信時においては、アンテナ２１により受信した信号は、増幅器１０により増幅され、その全てが復調器２５に伝送される。また、増幅器１０の出力は、アンテナスイッチ２３の側には伝送されないので、従来の通信装置で問題となっていたループ発振は、原理的には発生しない。
また、送信時においては、変調器２７の生成する信号が増幅器１０により増幅され、その全てがアンテナスイッチ２３およびバンドパスフィルタ２２を介してアンテナ２１より放射される。なお、アンテナスイッチ２３のアイソレーション劣化により、送信信号の一部が増幅器１０の入力に漏洩しても、漏洩信号を増幅した成分はすべて復調器２５に伝送されるので、ループ発振の原因となる増幅器１０→アンテナスイッチ２３→増幅器１０というループは構成されず、原理的にループ発振は発生しない。
【００４８】
また、第１のベクトル演算回路４１および第２のベクトル演算回路４４のばらつきや周波数特性、および第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３のばらつきにより、第２のベクトル演算回路４４の出力の一方に、本来出力されない信号が漏洩する場合がある。この現象を回避するため、第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３のいずれか一方、または双方に、通過利得および位相を補正する機能を持たせても良い。
【００４９】
図８は、本発明に係る実施の形態１の増幅器１０を、送信および受信で同一の周波数を用いる通信装置、例えば宅内ＴＶケーブルを介して情報の送受信を行う家庭内情報伝送システムに適用した場合の構成例を示すブロック図である。なお、図８において、前述の図１および図５に示した構成と同じ機能を有する部分には同一符号を付して、その説明を援用する。
【００５０】
図８において、宅内ＴＶ配線８１、ＴＶ信号と情報信号を分離するバンドパスフィルタ８２、サーキュレータ８３は、図１に示した第１の外部回路１５に対応する。また、復調器２５、変調器２７および図示しないベースバンド部は図１に示した第２の外部回路１６に対応する。図８に示す増幅器１０は、第１のベクトル演算回路４１、第１の増幅単位４２、第２の増幅単位４３、第２のベクトル演算回路４４を有して構成されている。
【００５１】
図８に示す家庭内情報伝送システムにおいては、信号を片方向のみに伝送するサーキュレータ８３の適用により、送信と受信を同時に行い、かつ第１のベクトル演算回路４１および第２のベクトル演算回路４４に理論通りの性能を実現させるインピーダンス整合を実現することができる。
【００５２】
図９は、図８に示した家庭内情報伝送システムにおける動作を示すブロック図である。
宅内ＴＶ配線８１より到来する情報信号は、バンドパスフィルタ８２、サーキュレータ８３を介して、第１のベクトル演算回路４１に入力される。また、図示しないベースバンド部より与えられた情報は、変調器２７により高周波信号に変換され、第１のベクトル演算回路４１に入力される。
【００５３】
ここで、第１のベクトル演算回路４１にサーキュレータ８３を介して印加される高周波電圧をＲｘＩＮ、変調器２７により印加される高周波電圧をＭｏＯＵＴとすると、第１の増幅単位４２に印加される高周波電圧は、｛−ＲｘＩＮ＋ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）｝／√２となり、第２の増幅単位４３に印加される高周波電圧は、｛ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ（−ｊπ／２）−ＭｏＯＵＴ｝／√２となる。
【００５４】
第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３の利得をａ、位相回転をθと仮定すると、第１の増幅単位４２の出力は、ａ＊［−ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ（ｊθ）＋ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝］／√２、第２の増幅単位４３の出力は、ａ＊［ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝−ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ（ｊθ）］／√２となる。第２のベクトル演算回路４４を介して復調器２５に印加される高周波電圧は、−ａ＊ＲｘＩＮ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝となり、サーキュレータ８３に印加される高周波電圧は、−ａ＊ＭｏＯＵＴ＊ｅｘｐ｛ｊ（θ−π／２）｝となる。復調器２５により復調されたＲｘＩＮ内の所望の情報は、図示しないベースバンド部に伝送され、しかるべく処理される。また、第２のベクトル演算回路４４からサーキュレータ８２に印加された高周波電圧は、バンドパスフィルタ８２を介して宅内ＴＶ配線８１に伝送される。
【００５５】
以上のように、宅内ＴＶ配線８１より受信した信号は、バンドパスフィルタ８２、サーキュレータ８３を介して増幅器１０により増幅され、復調器２５に伝送される。また、変調器２７の生成した信号は、増幅器１０により増幅され、サーキュレータ８３、バンドパスフィルタ８２を介して宅内ＴＶ配線８１に伝送される。
【００５６】
なお、サーキュレータ８３の方向性が不完全な場合、復調器２５には受信信号のみでなく、送信信号からなる漏洩信号を増幅した成分が重畳される。ただし、送信信号および受信信号を相互相関の小さい符号により拡散するようにシステムを設計すれば、送信信号および受信信号が同一周波数であっても容易に分離することができ、所要のシステム性能を確保することができる。
また、第１のベクトル演算回路４１および第２のベクトル演算回路４４のばらつきや周波数特性、および第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３のばらつきにより、第２のベクトル演算回路４４の出力の一方に、本来出力されない信号が漏洩する場合がある。この現象を回避するため、第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３のいずれか一方、または双方に、通過利得および位相を補正する機能を持たせても良い。
【００５７】
《実施の形態２》
図１０は、本発明に係る実施の形態２の増幅器を、送信および受信で同一の周波数を用いる通信装置、例えば無線ＬＡＮシステムに適用した場合の構成例を示すブロック図である。なお、図１０に示す実施の形態２の増幅器１００において、前述の図５に示した実施の形態１の増幅器１０と同じ機能、構成を有するものには同一符号を付して、その説明を援用する。
【００５８】
実施の形態２の増幅器１００は、第１のベクトル演算回路４１、第１の増幅単位４２、第２の増幅単位４３、第２のベクトル演算回路４４、第１のスイッチ１０１、および第２のスイッチ１０２を有して構成されている。
【００５９】
図１１および図１２は、図１０に示した実施の形態２の増幅器１００の動作を説明するブロック図であり、図１０の一部を抜き出して示している。図１１は増幅器１００の受信動作モードを示しており、図１２は増幅器１００の送信動作モードを示している。なお、第１のスイッチ１０１がＢ側の端子を選択し、第２のスイッチがＣ側の端子を選択した場合は、図５で示した動作と同じになるため、その場合の説明は省略する。
【００６０】
図１１に示す受信動作モードにおいては、第２のスイッチ１０２がＤ側の端子を選択している。図１１において、アンテナ２１により受信した信号は、バンドパスフィルタ２２、アンテナスイッチ２３を介して、第２のスイッチ１０２に入力される。ここで、第２のスイッチ１０２にアンテナスイッチ２３を介して印加される高周波電圧をＲｘＩＮ２とすると、第２のスイッチ１０２はＤ側の端子を選択しているため、高周波電圧ＲｘＩＮ２はそのまま復調器２５に伝送される。なお、このとき第１のスイッチ１０１は、Ａ側およびＢ側のどちらの端子を選択しても問題ない。
【００６１】
図１２は、第１のスイッチ１０１がＡ側の端子を選択している送信動作モードを示している。図１２において、図示しないベースバンド部より与えられた情報は、変調器２７により高周波電圧ＭｏＯＵＴに変換され、第１のスイッチ１０１に印加される。ここで、第１のスイッチ１０１はＡ側の端子を選択しているため、高周波電圧ＭｏＯＵＴはアンテナスイッチ２３およびバンドパスフィルタ２２を介してアンテナ２１より放射される。
なお、第２のスイッチ１０２は、Ｃ側およびＤ側のどちらの端子を選択しても問題ない。
【００６２】
以上のように、受信動作時においては、アンテナ２１により受信した信号が第２のスイッチ１０２を介してそのまま復調器に２５に伝送される。また、送信動作時においては、変調器２７の生成する信号が第１のスイッチ１０１、アンテナスイッチ２３、バンドパスフィルタ２２を介してそのままアンテナ２１より放射される。
【００６３】
図１３は無線ＬＡＮ機器を用いた無線ＬＡＮシステムの概要図である。第１の無線機器１２１は図５に示した構成を有し、第２の無線機器１２２は図１０に示した構成を有するものとする。
第１の無線機器１２１と第２の無線機器１２２の間で、所望の誤り率を満たす通信が成立しているとする。ここで、第１の無線機器１２１と第２の無線機器１２２との間の電波伝搬損失をＬｏｓｓ１、第１の無線機器１２１の送信電力をＴｘＰｏｗ、第１の無線機器１２１の受信電力をＲｘＰｏｗとすると、以下の式（９）および式（１０）が成り立つ。
【００６４】
ＴｘＰｏｗ＊Ｌｏｓｓ１＊ｂ＊ａ＝ＤｅＩＮ                      （９）
【００６５】
ＲｘＰｏｗ＝ＭｏＯＵＴ＊ａ＊ｂ＊Ｌｏｓｓ１                  （１０）
【００６６】
式（９）および式（１０）において、ｂは図１０に示すアンテナ２１、バンドパスフィルタ２２およびアンテナスイッチ２３の通過損失の積（ｂ＜１）であり、ＤｅＩＮは復調器２５の入力電力である。
ここで、第２の無線機器１２２における復調器２５の入力信号の強度が復調器２５の入力電力ＤｅＩＮより大きければ第１の無線機器１２１から第２の無線機器１２２への通信は、所望の誤り率を満たして成立し、第１の無線機器１２１のアンテナが受信する信号の強度が高周波電圧ＲｘＩＮより大きければ第２の無線機器１２２から第１の無線機器１２１への通信は、所望の誤り率を満たして成立するとする。
【００６７】
次に、第１の無線機器１２１および第２の無線機器１２２の間隔が変わるなど、外的要因の変化により、第１の無線機器１２１と第２の無線機器１２２の間の電波伝搬損失がＬｏｓｓ１からＬｏｓｓ２に変化したとする（Ｌｏｓｓ１＜Ｌｏｓｓ２）。この時、Ｌｏｓｓ１＊ａ＜Ｌｏｓｓ２であれば、利得ａを持つ第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３を動作させず、第１のスイッチ１０１がＡ側の端子を選択し、そして第２のスイッチ１０２がＤ側の端子を選択するように設定することにより、第１の増幅単位４２および第２の増幅単位４３の消費電力を削減し、かつ第１の無線機器１２１と第２の無線機器１２２との間で、所要の誤り率を満たして通信を成立させることができるという効果が得られる。
【００６８】
図１４は二つの入力端子を電気的に接続する機能を持つベクトル演算手段、例えば第１のベクトル演算回路４１の結合線路の等価回路を示す図であり、図１５は第１のベクトル演算回路４１の結合線路の構成例を示す図である。
図１４に示すように、結合線路の偶モードインピーダンスＺｏｅ、奇モードインピーダンスＺｏｏとして、端子２と端子４を反射係数が１（反射位相は任意）である二つの同一負荷により終端すると、端子１と端子３の間は、電気的結合長が波長の１／４に相当する周波数において、特性インピーダンス（Ｚｏｅ−Ｚｏｏ）／２の１／４波長の伝送線路と等価になる。特性インピーダンス５０Ωにおいて、３ｄＢ結合線路の偶モードインピーダンスＺｏｅは１２０．９Ωとなり、奇モードインピーダンスＺｏｏは２０．７Ωとなるので、端子２と端子４を反射係数１である同一の負荷により終端すれば、端子１と端子３の間は５０．１Ωの１／４波長線路と等価となり、電気的に接続された状態となる。
【００６９】
図１５の（ａ）および図１５（ｂ）に結合線路の終端の構成例１、２を示す。また、図１５（ｃ）の構成例３に示すように、結合線路に接続された増幅単位のバイアスを変更し、反射係数を大きくすることにより、損失はあるものの、端子１と端子３の間を電気的に接続することができる。
なお、図１５の構成例１、２、３では、第１のベクトル演算回路４１を例として説明したが、第２のベクトル演算素子４３についても同じ構成で適用できる。
【００７０】
《実施の形態３》
図１６は、本発明に係る実施の形態３の増幅器を送信および受信で異なる周波数を用いる通信装置、例えばＷ−ＣＤＭＡ携帯電話システムに適用した場合の構成例を示すブロック図である。
図１６において、アンテナ１４１により受信した、周波数ｆＲｘである高周波信号は、デュプレクサ１４２、増幅器１４０、バンドパスフィルタ１４３を介して復調器１４４に入力される。復調器１４４により復調された情報は、図示しないベースバンド部に伝送され、処理される。
【００７１】
一方、図示しないベースバンド部より与えられた情報は、変調器１４７により周波数ｆＴｘである高周波信号に変換され、バンドパスフィルタ１４６、増幅器１４０、アイソレータ１４５、デュプレクサ１４２を介してアンテナ１４１から伝搬空間に放射される。
【００７２】
本発明に係る実施の形態３の増幅器１４０は、第１のベクトル演算回路１５１、第１の増幅単位１５２、第２の増幅単位１５３、第２のベクトル演算回路１５４を有して構成されている。図１７は、実施の形態３の増幅器１４０に用いるベクトル演算回路の構成例を示すブロック図であり、前述の図３に示した実施の形態１の３ｄＢ結合線路５１と同じ構成である。図１８は実施の形態３の３ｄＢ結合線路の周波数特性を示すグラフである。図１８において、縦軸が通過特性［ｄＢ］であり、横軸が周波数比（ｆ／ｆo）である。ここで、foは結合線路の電気的結合長が波長の1/4に相当する周波数であり、ｆは動作周波数である。また、Ｓ２１は端子１から端子２への通過特性であり、Ｓ４１は端子１から端子４への通過特性を示す。
【００７３】
Ｓ２１とＳ４１の結合線路の通過特性は以下の式（１１）および式（１２）のように表せる。
【００７４】
Ｓ２１＝｛（１−Ｃ＾２）＊ｃｏｓＡ−ｊ＊√（１−Ｃ＾２）
＊ｓｉｎＡ｝／（１−Ｃ＾２＊ｃｏｓＡ＾２）                    （１１）
【００７５】
Ｓ４１＝｛Ｃ＊ｓｉｎＡ＾２＋ｊ＊Ｃ＊√（１−Ｃ＾２）＊ｓｉｎＡ
＊ｃｏｓＡ｝／（１−Ｃ＾２＊ｃｏｓＡ＾２）                    （１２）
【００７６】
式（１１）および式（１２）において、Ｃは結合度を示し、３ｄＢ結合線路では、Ｃ＝１０＾（−３／２０）である。また、Ａは結合線路の電気的結合長が波長の1/4に相当する周波数ｆｏと動作周波数ｆで表すと、Ａ＝（π／２）＊（ｆ／ｆｏ）となる。
【００７７】
ベクトル演算回路に３ｄＢ結合線路を用いた場合、動作周波数ｆが設計中心周波数ｆｏから外れるに従い、Ｓ２１とＳ４１の通過特性の差が大きくなり、第１の増幅単位１５２および第２の増幅単位１５３の動作条件の不一致、合成損失の増大、そしてループ発振の可能性の増大といった不具合が生じる。
【００７８】
本発明に係る実施の形態３の増幅器における第１のベクトル演算回路１５１および第２のベクトル演算回路１５４において、第１の周波数をｆ１、第２の周波数をｆ２とした場合、結合線路の設計中心周波数をｆｏ＝（ｆ１＋ｆ２）／２、Δｆ＝｜（ｆ１−ｆ２）／２｜として、結合度Ｃを下記式（１３）とすれば、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２において、結合度３ｄＢを得ることができる。
【００７９】
Ｃ＝１／√（２−ｓｉｎΔｆ＾２）                            （１３）
【００８０】
図１９は、ｆ１／ｆｏ＝０．５、ｆ２／ｆｏ＝１．５としたときの結合線路の周波数特性を示すグラフである。図１９は図１８と同様に縦軸が通過特性［ｄＢ］であり、横軸が周波数比（ｆ／ｆ０）である。
【００８１】
図１９のグラフから明らかなように、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２において、Ｓ２１とＳ４１の通過特性値が等しく−３ｄＢとなる。したがって、実施の形態３の増幅器の構成によれば、異なる二つの周波数を用いた場合において、本発明に係る実施の形態１および実施の形態２の増幅器において説明した効果と同じ効果を得ることができる。
【００８２】
《実施の形態４》
図２０は、本発明に係る実施の形態４の増幅器の基本構成を示すブロック図である。なお、実施の形態４の増幅器において、前述の図１６に示した実施の形態３の増幅器と同じ機能、構成を有するものには同一の符号を付して、その説明を援用する。
【００８３】
本発明に係る実施の形態４の増幅器１７０は、第１のベクトル演算回路１５１、第１の増幅単位１７１、第２の増幅単位１７２、および第２のベクトル演算回路１５４を有して構成されている。実施の形態４における第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２は、機能の動作／停止を制御できる制御端子を有している。
【００８４】
上記のように構成された実施の形態４の増幅器１７０において、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２は機能の動作／停止を制御できる制御端子を有しているため、動作時の利得をａ、動作停止時の利得をｂ（ａ＞ｂ）とすると、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２の双方を動作させる場合、いずれか一方を動作停止させる場合、双方とも動作停止させる場合の三通りの利得を持たせることができる。
【００８５】
図２１は、本発明に係る実施の形態４の増幅器１７０を、図１６に示した実施の形態３の通信装置、例えばＷ−ＣＤＭＡ携帯電話システムに適用した場合の構成例を示すブロック図である。
図２１において、アンテナ１４１により受信した、周波数ｆＲｘである高周波信号は、デュプレクサ１４２、増幅器１７０、バンドパスフィルタ１４３を介して復調器１４４に入力される。復調器１４４により復調された情報は、図示しないベースバンド部に伝送され、処理される。
【００８６】
一方、図示しないベースバンド部より与えられた情報は、変調器１４７により周波数ｆＴｘである高周波信号に変換され、バンドパスフィルタ１４６、増幅器１７０、アイソレータ１４５、デュプレクサ１４２を介してアンテナ１４１から伝搬空間に放射される。
ここで、図示しないベースバンド部からの制御により、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２の動作／停止を制御することにより、三段階に利得を切り替えることができる。
【００８７】
第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２の動作時の利得ａを１０、停止時の利得ｂを０．１とすると、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２の双方が動作するよう制御すれば、増幅器１７０の利得はａ＝１０となる。また、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２のいずれか一方を動作停止するよう制御すれば、ａ＞＞ｂであることから、増幅器１７０の利得はａ／√２／√２＝ａ／２＝５となる。さらに、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２の双方を動作停止するよう制御すれば、増幅器１７０の利得はｂ＝０．１となる。
【００８８】
上記のように、実施の形態４の増幅器１７０を用いた通信装置においては、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２の双方を動作させる場合、いずれか一方を動作停止させる場合、双方とも動作停止させる場合の三通りの利得を持たせることが可能となる。また、実施の形態４の増幅器１７０においては、第１の増幅単位１７１および第２の増幅単位１７２のいずれか一方あるいは双方を動作停止させることができるため、動作停止させた増幅単位の消費電力を削減することができ、引いては通信装置の消費電力の削減が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、小型で安定した動作を行う増幅器を用いる機器において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の増幅器の基本構成および動作を示すブロック図
【図２】実施の形態１の増幅器の構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１の増幅器に用いるベクトル演算回路の構成例を示すブロック図
【図４】実施の形態１の増幅器に用いるベクトル演算回路における入力ベクトルおよび出力ベクトルを示す図
【図５】実施の形態１の増幅器を通信装置に適用した場合の構成例を示すブロック図
【図６】図５に示した通信装置における受信動作モードを示すブロック図
【図７】図５に示した通信装置における送信動作モードを示すブロック図
【図８】実施の形態１の増幅器を通信装置、例えば宅内ＴＶケーブルを介して情報の送受信を行う家庭内情報伝送システムに適用した場合の構成例を示すブロック図
【図９】図８に示した家庭内情報伝送システムにおける動作を示すブロック図
【図１０】本発明に係る実施の形態２の増幅器を通信装置、例えば無線ＬＡＮシステムに適用した場合の構成例を示すブロック図
【図１１】図１０に示した実施の形態２の増幅器の受信動作モードを説明するブロック図
【図１２】図１０に示した実施の形態２の増幅器の送信動作モードを説明するブロック図
【図１３】実施の形態２の増幅器を有する無線ＬＡＮ機器を用いた無線ＬＡＮシステムの概要図
【図１４】実施の形態２の増幅器における第１のベクトル演算回路４１の結合線路の等価回路を示す図
【図１５】実施の形態２の増幅器における第１のベクトル演算回路４１の結合線路の構成例を示す図
【図１６】本発明に係る実施の形態３の増幅器を通信装置、例えばＷ−ＣＤＭＡ携帯電話システムに適用した場合の構成例を示すブロック図
【図１７】実施の形態３の増幅器に用いるベクトル演算回路の構成例を示すブロック図
【図１８】実施の形態３の増幅器における３ｄＢ結合線路の周波数特性を示すグラフ
【図１９】実施の形態３の増幅器において、ｆ１／ｆｏ＝０．５、ｆ２／ｆｏ＝１．５としたときの結合線路の周波数特性を示すグラフ
【図２０】本発明に係る実施の形態４の増幅器の基本構成を示すブロック図
【図２１】実施の形態４の増幅器を通信装置、例えばＷ−ＣＤＭＡ携帯電話システムに適用した場合の構成例を示すブロック図
【図２２】従来の無線ＬＡＮシステムにおける通信装置の構成を示すブロック図
【図２３】従来の通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００９１】
１０  増幅器
１１  第１のベクトル演算回路
１２  第１の増幅単位
１３  第２の増幅単位
１４  第２のベクトル演算回路
１５  第１の外部回路
１６  第２の外部回路
２１  アンテナ
２２  バンドパスフィルタ
２３  アンテナスイッチ
２４  低雑音増幅器
２５  復調器
２６  電力増幅器
２７  変調器
３１  アンテナスイッチ
３２  増幅器
４１  第１のベクトル演算回路
４２  第１の増幅単位
４３  第２の増幅単位
４４  第２のベクトル演算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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