(57)【要約】本発明はスイッチング合成器及び合成器の頻繁な交替による問題を解決するための統合型合成部の提供装置を提供するために、前記統合型合成部の提供装置は、ａ)基本タイプ、リダンダンシータイプ、またはパワー分配/結合タイプによって入力信号を分割するための手段と、ｂ)転送された前記信号をパワーアンプにスイッチングするための手段と、ｃ)転送された前記信号を合成手段にスイッチングする手段と、ｄ)転送された前記信号を基本タイプ、リダンダンシータイプ、またはパワー分配/結合タイプによって合成する手段とを備える。
2005518124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
経路による挿入損失不均衡を最小化するためのスイッチング可能な合成器において、
入力される信号を伝達するための第１及び第２入力ポートと、
前記第１及び第２入力ポートに各々接続されるように配置されて、信号を伝達するための第１及び第２線路と、
前記第１及び第２線路から伝達された信号を合成するための共通接点と、
経路数によって前記第１及び第２線路と共通接点をスイッチングするための第１及び第２スイッチング手段と、
前記共通接点から信号を伝達されて、信号を出力ポートに伝達するための第３線路と、
前記第３線路から伝達された信号を出力するための前記出力ポートと、
前記第３線路と短絡線路とをスイッチングするための第３スイッチング手段と、
最大経路数に対する整合条件を設定するために前記第３線路に接続されるように配置される開放線路と、
前記最大経路数以外の経路数に対する整合のための前記短絡線路と
を備えることを特徴とするスイッチング可能な合成器。
【請求項２】
前記第３線路の電気的な長さは、
下記数式により決定されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング可能な合成器。
【数１】
2005518124.tif 000008
(但し、Ｌ１は前記第３線路の電気的な長さを意味する)
【請求項３】
前記開放線路の電気的な長さは、
下記数式により決定されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング可能な合成器。
【数２】
2005518124.tif 000009
(但し、Ｌ２は前記開放線路の電気的な長さ、Ｂはサセプタンスを意味し、Ｂ０は開放線路サセプタンスを意味する)
【請求項４】
前記短絡線路の電気的な長さは、
下記数式により決定されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチング可能な合成器。
【数３】
2005518124.tif 000010
(ここで、Ｌ３は前記短絡線路の電気的な長さ、Ｂはサセプタンスを意味し、ＢＳは短絡線路サセプタンスを意味する)
【請求項５】
前記第３線路、前記開放線路または前記短絡線路の物理的な長さは、
下記数式により決定されることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング可能な合成器。
【数４】
2005518124.tif 000011
(但し、ｌＬ１は前記第３線路の物理的な長さ、ｌＬ２は前記開放線路の物理的な長さ、ｌＬ３は前記短絡線路の物理的な長さ、Ｌ１は前記第３線路の電気的な長さ、Ｌ２は前記開放線路の電気的な長さ、Ｌ３は前記短絡線路の電気的な長さを意味する）
【請求項６】
複数のパワーアンプの出力信号を制御するために基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプで使用することのできるスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置において、
入力される信号を基本タイプ、リダンダンシータイプまたはパワー分配/結合タイプによって分配するための複数のスイッチング可能な分配器と、
前記複数のスイッチング可能な分配器から信号を伝達されて、前記複数のパワーアンプに信号を伝達するための第１Ｎ：Ｎ(Ｎは整数である)スイッチング手段と、
前記複数の高出力増幅器から信号を伝達されて、複数の前記スイッチング可能な合成器に信号を伝達するための第２Ｎ：Ｎ(Ｎは整数である)スイッチング手段と、
前記第２Ｎ：Ｎスイッチング手段から信号を伝達されて、基本タイプ、リダンダンシータイプまたはパワー分配/結合タイプによって信号を合成するための前記複数のスイッチング可能な合成器と
を備えることを特徴とするスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置。
【請求項７】
前記統合型合成装置が基本タイプで動作する場合には、
前記第１及び第２Ｎ：ＮスイッチはＮ：Ｎで動作し、前記複数のスイッチング可能な分配器及び前記複数のスイッチング可能な合成器はその経路数が１であることを特徴とする請求項６に記載のスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置。
【請求項８】
前記統合型合成装置がリダンダンシータイプで動作する場合には、
前記第１及び第２Ｎ：ＮスイッチはＮ:(Ｎ-１)で動作し、前記複数のスイッチング可能な分配器及び前記複数のスイッチング可能な合成器はその経路数が１であることを特徴とする請求項６に記載のスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置。
【請求項９】
前記統合型合成装置がパワー分配/結合タイプで動作する場合には、
前記第１及び第２Ｎ：ＮスイッチはＮ：Ｎで動作し、前記複数のスイッチング可能な分配器及び前記複数のスイッチング可能な合成器は経路数が２であることを特徴とする請求項６に記載のスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング合成器及びそれを利用した統合型スイッチング合成装置に関し、特に、無線移動通信基地局の送信システムで用いられるスイッチング合成器及びそれを利用した統合型スイッチング合成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基地局運用においてサービスの品質を決定する要素の一つが価格である。
【０００３】
初期に加入者数が少ない時は基本タイプやリダンダンシータイプスイッチング合成器を移動通信基地局に装着して運営していた。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂは、各々従来の基本タイプ及びリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【０００５】
図面に示すように、従来の基本タイプ及びリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットは、複数のパワーアンプ１１０、入力ポート１２０及び出力ポート１３０とから構成されている。前記前記図１Ａの基本タイプ合成器は前記パワーアンプ１１０の入力と出力とが各々一対一に対応するようにＲＦケーブルなどにより接続されている。
【０００６】
前記リダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットは、前記図１Ｂのように、前記入力及び出力ポート１２０、１３０に４:３スイッチが位置して、３個のパワーアンプ１１１、１１３、１１５のうち、いずれかが誤動作する場合にリダンダンシーアンプ１１６に経路を切り替えてシステムがダウンされずに正常に動作できるようにする。
【０００７】
図１Ｂにおいて、前記パワーアンプ１１１、１１３、１１５は正常的な状態で動作しているパワーアンプであって、前記入力及び出力ポート１２０、１３０の４:３スイッチの中、Ａ、Ｂ及びＣスイッチがオンの状態で各々１３１、１３３及び１３５出力ポートにＲＦ信号が出力されている。
【０００８】
もし、前記１１１、１１３及び１１５のうち、いずれかのアンプが誤動作する場合、例えば１１３パワーアンプが誤動作すれば、それに該当するスイッチＢがオフの状態となり、同時に前記ＢスイッチはＥのリダンダンシーポートに接続される。それで、予備パワーアンプ１１６が動作して正常的な状態を維持するようになる。このように、リダンダンシータイプで動作させる場合には、入出力ポートが３個だけ使用される。
【０００９】
しかし、前記のような基本及びリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットは、運用初期の加入者数が少ない時は使用することができる。しかし、加入者数が増加すれば、送信出力が低くて使用できなくなるという問題点がある。これを解決するための従来の技術として、増加した加入者数に相応するように送信出力を高めるためにパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットが用いられる。
【００１０】
図１Ｃは、従来のパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【００１１】
図面に示すように、従来のパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットは、複数のパワーアンプ１１０、スイッチング可能な分配器１４０及びスイッチング可能な合成器１５０とから構成され、２個のパワーアンプの出力を合せたものである。したがって、一個のパワーアンプで動作する時より２倍の出力パワーを出すことができるため、より多くの加入者を受け入れることができる。しかし、はじめには前記図１Ａの基本タイプ合成器や前記図１Ｂのリダンダンシータイプ合成器をパワーアンプと共に装着して使用し、加入者が増加すればより多くのチャネルを受け入れるために前記図１Ｃのパワー分配/結合タイプ合成器に交替して使用するようになるため、この時の合成器交替による費用はシステム運用者には負担とならざるをえない問題点がある。
【００１２】
一方、前記スイッチング可能な合成器１５０は２経路(２-ｗａｙ)スイッチング可能な合成器である。これはＡとＢスイッチが同時にオンの状態である時は２経路で動作し、２つのスイッチのうち、一つだけオンの状態である時には、１経路で動作するようになる。
【００１３】
図２は、従来のスイッチング可能な合成器を説明するための構造図であって、平均整合方式を使用したスイッチング可能な合成器の構造図である。図面に示すように、従来のスイッチング可能な合成器はウィルキンソン(Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ)分配器の構造を利用しながらスイッチング機能を追加したものである。従来のスイッチング可能な合成器の動作を説明すれば次のようである。
【００１４】
入力ポートＰｉｎ１、Ｐｉｎ２に入力された信号は平均整合線路２１０を経て出力ポートＰｏｕｔに出力される。この時入力された信号はシステムでパワーアンプをいくつ動作させるかに対する制御信号を受け取って、パワーアンプ数に応じて１経路または２経路合成器で動作するようになる。
【００１５】
したがって、システムでパワーアンプ２個が動作するとすれば、同時にスイッチング可能な合成器のスイッチＳ１１とＳ２１、そしてＳ１２とＳ２２が各々連動してオンの状態となることによって、２経路合成器で動作するようになり、システムにおいて入力ポートＰｉｎ１に接続されたパワーアンプ１個が動作するとすれば、スイッチング可能な合成器のスイッチＳ１１とＳ２１とが連動してオンの状態となり、余りのスイッチＳ１２とＳ２２とはオフの状態となることによって、前記スイッチング合成器は１経路合成器で動作するようになる。この場合、前記平均整合線路２１０のインピーダンスＺｍは１経路合成である場合と２経路合成である場合の中間値であって、次の数式１により決定される。
【数５】
2005518124.tif 000003
【００１６】
しかし、上記のように平均整合方式を使用するようになれば、反射損失及び挿入損失の特性が劣化されるという深刻な問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、上述した従来の問題点を解決するため、本発明は２経路合成に対して整合部を先に設定し、余りの経路数に対する合成時には開放線路と短絡線路を使用することによって、経路による挿入損失を最小化できるようにするスイッチング可能な合成器を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプの機能を全部受け入れるようにすることによって、加入者増加にともなう追加設置負担を低減できるようにするスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成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】
【００１９】
本発明は、前記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、経路による挿入損失不均衡を最小化するためのスイッチング可能な合成器において、入力される信号を伝達するための第１及び第２入力ポートと、前記第１及び第２入力ポートに各々接続されるように配置されて、信号を伝達するための第１及び第２線路と、前記第１及び第２線路から伝達された信号を合成するための共通接点と、経路数によって前記第１及び第２線路と共通接点をスイッチングするための第１及び第２スイッチング手段と、前記共通接点から信号を伝達されて、信号を出力ポートに伝達するための第３線路と、前記第３線路から伝達された信号を出力するための前記出力ポートと、前記第３線路と短絡線路とをスイッチングするための第３スイッチング手段と、最大経路数に対する整合条件を設定するために前記第３線路に接続されるように配置される開放線路と、前記最大経路数以外の経路数に対する整合のための前記短絡線路とを備えるスイッチング可能な合成器を提供する。
【００２０】
本発明は、前記目的を達成するために、本発明の他の実施形態では、複数のパワーアンプの出力信号を制御するために基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプで使用することのできるスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置において、入力される信号を基本タイプ、リダンダンシータイプまたはパワー分配/結合タイプによって分配するための複数のスイッチング可能な分配器と、前記複数のスイッチング可能な分配器から信号を伝達されて、前記複数のパワーアンプに信号を伝達するための第１Ｎ：Ｎ(Ｎは整数である)スイッチング手段と、前記複数の高出力増幅器から信号を伝達されて、複数の前記スイッチング可能な合成器に信号を伝達するための第２Ｎ：Ｎ(Ｎは整数である)スイッチング手段と、前記第２Ｎ：Ｎスイッチング手段から信号を伝達されて、基本タイプ、リダンダンシータイプまたはパワー分配/結合タイプによって信号を合成するための前記複数のスイッチング可能な合成器とを備えるスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明を構成することによって、従来の３つの機能を同時に受け入れながらシステム運用者の装備運用の効率を上げることができる。
【００２２】
本発明の実施形態では、前記入出力スイッチとして４:４スイッチを用いたが、Ｎ：Ｎ(Ｎは整数)スイッチが用いられることができることは本発明が属する分野における通常の知識を有した者にとって自明であるといえる。
【００２３】
前記のような本発明は基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプの機能を全て一つのユニットに装着することによって、加入者数の増加にもかかわらず一つのユニットで解決できるようにするという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の他の目的及び特徴らは添付された図面を参照した次の実施形態に対する説明から明白となる。
【００２５】
(実施の形態１)
図３は、本発明に係るスイッチング可能な合成器の一実施形態の構造図である。
【００２６】
図面に示すように、本発明のスイッチング可能な合成器は、第１線路３１０、共通接点３２０、第２線路３３０、開放線路３４０及び短絡線路３５０を含んでいる。また、第１及び第２入力ポートＰｉｎ１、Ｐｉｎ２、出力ポートＰｏｕｔ、スイッチＳ１、Ｓ２及びＳ３を含んでいる。
【００２７】
合成経路数が２経路である場合、第１及び第２入力ポートＰｉｎ１、Ｐｉｎ２に各々信号が入力され、スイッチＳ１とＳ２がオンの状態となる。入力された信号らは前記第１線路３１０により信号が伝達されて前記共通接点３２０で合成される。
【００２８】
この場合、前記第２線路３３０と前記開放線路３４０とは常に接続されている。これは最大経路数である２経路合成である場合に対して整合条件を先に設定しておき、余りの経路は前記短絡線路３５０を使用して整合させることによって、経路による挿入損失不均衡を最小化すると共に、入力ポート間の位相不均衡特性を改善するためのものである。
【００２９】
ここで、前記第２線路３３０と前記開放線路３４０との長さが２経路合成時のインピーダンス整合において重要な役割をし、前記第２線路３３０の電気的な長さＬ１は次の数式２によって求めることができる。
【数６】
2005518124.tif 000004
但し、Ｚ０=５０Ω、ＸＬ=０、ＲＬ=２５Ω(２経路合成であるから、５０/２=２５Ω）を代入すれば、Ｌ１=３４.８９ｄｅｇとなることができる。
【００３０】
前記伝送線路の物理的な長さは伝送線路に含まれた誘電体の誘電率によって異なることができるが、誘電率が１である空気を誘電体として使用した場合、使用周波数が１８５５ＭＨｚとすれば実際の物理的な長さは約１６ｍｍである。
【００３１】
前記数式２によって求めたＬ１を利用して前記第２線路３３０のインピーダンスを整合することを、図４Ａを参照して説明する。
【００３２】
図４Ａは、前記図３の２経路合成の場合のインピーダンス特性を説明するための一例示図である。まず、２５Ωである点Ｐ１をスミスチャート(Ｓｍｉｔｈ ｃｈａｒｔ)で表示した後、この点から５０Ωのインピーダンスを有する伝送線路にＬ１=３４.８９ｄｅｇを移動すれば、点Ｐ２に移動するようになる。
【００３３】
次に、開放線路３４０の電気的な長さＬ２は次の数式３により計算できる。
【数７】
2005518124.tif 000005
ここで、Ｂはサセプタンス(ｓｕｓｃｅｐｔａｎｃｅ)を意味し、Ｂ０は開放線路サセプタンスを意味する。したがって、本発明に係る開放線路の電気的な長さＬ２は前記数式３に対してＺ０=５０Ω、ＸＬ=０、ＲＬ=２５Ωを代入すれば、Ｌ２=３４.８９ｄｅｇとなる。誘電率が１である場合、使用周波数が１８５５ＭＨｚであれば実際の物理的な長さは約１６ｍｍとなることが分かる。
【００３４】
前記図４Ａにおいて、前記第２線路３３０により移動された点Ｐ２からＬ２=３４.８９ｄｅｇを移動すれば、点Ｐ３に移動するようになって、前記開放線路３４０に対したインピーダンス整合が行われる。
【００３５】
一方、合成経路数が１経路であり、第１入力ポートＰｉｎ１に信号が入力されると仮定すれば、スイッチＳ１がオンの状態となり、スイッチＳ２はオフの状態となる。したがって、前記第１入力ポートＰｉｎ１に接続された一つの第１線路３１０によってのみで信号が伝達される。
【００３６】
この場合、前記第２線路３３０と前記開放線路３４０は常に接続されている。
【００３７】
これは前述したように最大経路数である２経路合成の場合に対して整合条件をまず設定しておき、余りの経路は前記短絡線路３５０を使用して整合させることによって、経路による挿入損失の不均衡を最小化すると共に、入力ポート間の位相不均衡特性を改善するためのものである。
【００３８】
また、１経路合成の際、インピーダンス整合のためにスイッチＳ３がオンの状態となって前記短絡線路３５０が接地される。
【００３９】
前記第２線路３３０の長さ及び前記開放線路３４０の長さは前述したようであり、前記短絡線路３５０の電気的な長さＬ３は次の数式４により求めることができる。
【００４０】
【数８】
2005518124.tif 000006
ここで、Ｂはサセプタンスを意味し、ＢＳは短絡線路サセプタンスを意味する。
【００４１】
したがって、前記図３において、前記短絡線路３５０の電気的な長さＬ３は前記数式４によれば、Ｌ３=５０.９ｄｅｇとなる。誘電率が１である場合、使用周波数が１８５５ＭＨｚであれば、実際の物理的な長さは約２３.５ｍｍとなることが分かる。
【００４２】
図４Ｂは、前記図３の１経路合成の場合のインピーダンス特性を説明するための一例示図である。まず、５０Ωである点Ｐ１をスミスチャートで表示した後、この点からＬ１=５０.９ｄｅｇを移動すれば、点Ｐ２に移動するようになる。
【００４３】
スイッチＳ３がオンの状態となって前記短絡線路が接地されれば、点Ｐ２から再び５０Ωである点Ｐ１へ移動するようになって、短絡線路に対するインピーダンス整合が行われる。
【００４４】
この場合、角度(ｄｅｇ）で表示された電気的な長さＬ１、Ｌ２及びＬ３から求められる実際の物理的な長さｌＬ１、ｌＬ２及びｌＬ３は使用する周波数帯により異なり、該当周波数に対する加重値は下記数式５により決定できる。
【００４５】
【数９】
2005518124.tif 000007
前記のようなスイッチング可能な合成器に対して、本発明では一実施形態として最大２経路合成である場合に対して述べたが、本発明の範囲は２経路だけに限定されるものではなく、その技術的思想に基づいて前記数式２ないし数式４の計算による開放線路と短絡線路の長さを適用することによって、拡張、応用できるということは当業者にとって明白なものである。
【００４６】
本発明は２経路合成に対して整合部を先に設定しておき、余りの経路数に対する合成時には開放線路と短絡線路とを使用して前記合成を調節することによって、経路による挿入損失の不均衡を最小化できるようにする効果がある。
【００４７】
本発明は２経路合成に対して整合部を先に設定しておき、余りの経路数に対する合成時には開放線路と短絡線路とを使用することによって、入力ポート間の位相不均衡特性を改善できるようにする効果がある。
【００４８】
(実施の形態２)
本発明に係るスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置に対して、本発明の他の実施形態を介して詳細に説明する。
【００４９】
図５は、本発明に係るスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置の一実施形態の構造図である。図面に示すように、本発明の統合型合成装置は、複数のパワーアンプ１１０、出力４:４スイッチ５１０、スイッチング可能な合成器５２０、入力４:４スイッチ５３０及びスイッチング可能な分配器５４０を備えている。
【００５０】
前記スイッチング可能な合成器５２０は、前記図３を参照して説明したようであり、前記スイッチング可能な分配器５４０は通常フィンダイオードなどを利用した低電力スイッチング分配器を使用するので、以下ではこれに対する詳細な説明は省略する。また、本発明の実施形態で用いられた前記出力４:４スイッチ５１０、前記スイッチング可能な合成器５２０、前記入力４:４スイッチ５３０及び前記スイッチング可能な分配器５４０が印加される直流電源によって動作し、外部の制御信号によってスイッチングされることは本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者にとって、自明であるとすべきであるから、これに対する詳細な説明は省略する。
【００５１】
図６Ａないし図６Ｃは、前記図５の統合型合成装置の基本タイプ動作、リダンダンシータイプ動作及びパワー分配/結合タイプ動作を各々説明するための一実施形態の構造図である。
【００５２】
まず、基本タイプで動作する時は、図６Ａに示すように、前記入力４:４スイッチ５３０と前記出力４:４スイッチ５１０のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤスイッチは全てオンの状態となる。そして２経路スイッチング可能な分配器５３０と前記スイッチング可能な合成器５２０はＦ及びＨスイッチがオンの状態となり、Ｇスイッチがオフの状態となる。
【００５３】
したがって、この場合の信号経路は前記図６Ａから分かるように、入力ポート-パワーアンプ-出力ポートが１２１-１１１-１３１、１２２-１１２-１３２、１２３-１１３-１３３、１２４-１１４-１３４、１２５-１１５-１３５及び１２６-１１６-１３６のように各々対応されて形成されることが分かる。
【００５４】
次に、前記統合型合成装置がリダンダンシータイプで動作する時は、図６Ｂに示すように、１１１、１１３及び１１５のパワーアンプが正常動作時に用いられる。この中で一つのアンプが誤動作する時に、Ａ、Ｂ及びＣスイッチのいずれかがＥポートに接続されて、１１６の予備パワーアンプが動作するようになる。誤動作が発生した経路と接続されていたスイッチング可能な分配器と合成器を除外した残りの分配器と合成器のＧ及びＨスイッチはオフの状態となり、Ｆスイッチはオンの状態となる。
【００５５】
図６Ｂは、１１１のパワーアンプが誤動作である場合を示している。この場合、ＡスイッチがＥポートに接続されて１１６の予備パワーアンプが動作するようになり、誤動作が発生した１１１のパワーアンプと接続されていたスイッチング可能な分配器と合成器を除外した残りの分配器と合成器のＧ及びＨスイッチはオフの状態となり、Ｆスイッチはオンの状態となる。したがって、この場合の信号経路は前記図６Ｂから分かるように、入力ポート-パワーアンプ-出力ポートが１２１-１１６-１３６、１２２-１１２-１３２、１２３-１１３-１３３、１２４-１１４-１３４、１２５-１１５-１３５のように各々対応されて形成されることが分かる。
【００５６】
なお、前記統合型合成装置がパワー分配/結合タイプで用いられる時は、図６Ｃに示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤスイッチは常にオンの状態となり、Ｈスイッチは常にオフの状態となる。
【００５７】
上記のようにして、１１１と１１２、１１３と１１４及び１１５と１１６のパワーアンプの出力が各々合成されて用いられる。
【００５８】
もし、１１１と１１２のパワーアンプ出力を合成せずに１経路で使用する場合には、ＦまたはＧのうち、一つのスイッチだけがオンの状態となる。例えば、１１１のパワーアンプを使用しようとすれば、Ｆスイッチがオンの状態となり、Ｇスイッチがオフの状態となり、１１２のパワーアンプを使用しようとすれば、Ｆスイッチがオフの状態となり、Ｇスイッチがオンの状態となる。
【００５９】
尚、本発明は、上記した本実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】従来の基本タイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【図１Ｂ】従来のリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【図１Ｃ】従来のパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【図２】従来のスイッチング可能な合成器を説明するための構造図である。
【図３】本発明に係るスイッチング可能な合成器の一実施形態の構造図である。
【図４Ａ】前記図３の２経路合成の場合のインピーダンスを説明するための一例示図である。
【図４Ｂ】前記図３の１経路合成の場合のインピーダンスを説明するための一例示図である。
【図５】本発明に係るスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置の一実施形態の構造図である。
【図６Ａ】前記図５の統合型合成装置の基本タイプ動作を説明するための一実施形態の構造図である。
【図６Ｂ】前記図５の統合型合成装置のリダンダンシータイプ動作を説明するための一実施形態の構造図である。
【図６Ｃ】前記図５の統合型合成装置のパワー分配/結合タイプ動作を説明するための一実施形態の構造図である。
【図１Ａ】
2005518124.tif 000012
【図１Ｂ】
2005518124.tif 000013
【図１Ｃ】
2005518124.tif 000014
【図２】
2005518124.tif 000015
【図３】
2005518124.tif 000016
【図４Ａ】
2005518124.tif 000017
【図４Ｂ】
2005518124.tif 000018
【図５】
2005518124.tif 000019
【図６Ａ】
2005518124.tif 000020
【図６Ｂ】
2005518124.tif 000021
【図６Ｃ】
2005518124.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成16年4月20日(2004.4.20)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【技術分野】
【詳細な説明】
【０００１】
本発明は、スイッチング合成器及びそれを利用した統合型スイッチング合成装置に関し、特に、無線移動通信基地局の送信システムで用いられるスイッチング合成器及びそれを利用した統合型スイッチング合成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基地局運用においてサービスの品質を決定する要素の一つが価格である。
【０００３】
初期に加入者数が少ない時は基本タイプやリダンダンシータイプスイッチング合成器を移動通信基地局に装着して運営していた。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂは、各々従来の基本タイプ及びリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【０００５】
図面に示すように、従来の基本タイプ及びリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットは、複数のパワーアンプ１１０、入力ポート１２０及び出力ポート１３０とから構成されている。前記前記図１Ａの基本タイプ合成器は前記パワーアンプ１１０の入力と出力とが各々一対一に対応するようにＲＦケーブルなどにより接続されている。
【０００６】
前記リダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットは、前記図１Ｂのように、前記入力及び出力ポート１２０、１３０に４:３スイッチが位置して、３個のパワーアンプ１１１、１１３、１１５のうち、いずれかが誤動作する場合にリダンダンシーアンプ１１６に経路を切り替えてシステムがダウンされずに正常に動作できるようにする。
【０００７】
図１Ｂにおいて、前記パワーアンプ１１１、１１３、１１５は正常的な状態で動作しているパワーアンプであって、前記入力及び出力ポート１２０、１３０の４:３スイッチの中、Ａ、Ｂ及びＣスイッチがオンの状態で各々１３１、１３３及び１３５出力ポートにＲＦ信号が出力されている。
【０００８】
もし、前記１１１、１１３及び１１５のうち、いずれかのアンプが誤動作する場合、例えば１１３パワーアンプが誤動作すれば、それに該当するスイッチＢがオフの状態となり、同時に前記ＢスイッチはＥのリダンダンシーポートに接続される。それで、予備パワーアンプ１１６が動作して正常的な状態を維持するようになる。このように、リダンダンシータイプで動作させる場合には、入出力ポートが３個だけ使用される。
【０００９】
しかし、前記のような基本及びリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットは、運用初期の加入者数が少ない時は使用することができる。しかし、加入者数が増加すれば、送信出力が低くて使用できなくなるという問題点がある。これを解決するための従来の技術として、増加した加入者数に相応するように送信出力を高めるためにパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットが用いられる。
【００１０】
図１Ｃは、従来のパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【００１１】
図面に示すように、従来のパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットは、複数のパワーアンプ１１０、スイッチング可能な分配器１４０及びスイッチング可能な合成器１５０とから構成され、２個のパワーアンプの出力を合せたものである。したがって、一個のパワーアンプで動作する時より２倍の出力パワーを出すことができるため、より多くの加入者を受け入れることができる。しかし、はじめには前記図１Ａの基本タイプ合成器や前記図１Ｂのリダンダンシータイプ合成器をパワーアンプと共に装着して使用し、加入者が増加すればより多くのチャネルを受け入れるために前記図１Ｃのパワー分配/結合タイプ合成器に交替して使用するようになるため、この時の合成器交替による費用はシステム運用者には負担とならざるをえない問題点がある。
【００１２】
一方、前記スイッチング可能な合成器１５０は２経路(２-ｗａｙ)スイッチング可能な合成器である。これはＡとＢスイッチが同時にオンの状態である時は２経路で動作し、２つのスイッチのうち、一つだけオンの状態である時には、１経路で動作するようになる。
【００１３】
図２は、従来のスイッチング可能な合成器を説明するための構造図であって、平均整合方式を使用したスイッチング可能な合成器の構造図である。図面に示すように、従来のスイッチング可能な合成器はウィルキンソン(Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ)分配器の構造を利用しながらスイッチング機能を追加したものである。従来のスイッチング可能な合成器の動作を説明すれば次のようである。
【００１４】
入力ポートＰｉｎ１、Ｐｉｎ２に入力された信号は平均整合線路２１０を経て出力ポートＰｏｕｔに出力される。この時入力された信号はシステムでパワーアンプをいくつ動作させるかに対する制御信号を受け取って、パワーアンプ数に応じて１経路または２経路合成器で動作するようになる。
【００１５】
したがって、システムでパワーアンプ２個が動作するとすれば、同時にスイッチング可能な合成器のスイッチＳ１１とＳ２１、そしてＳ１２とＳ２２が各々連動してオンの状態となることによって、２経路合成器で動作するようになり、システムにおいて入力ポートＰｉｎ１に接続されたパワーアンプ１個が動作するとすれば、スイッチング可能な合成器のスイッチＳ１１とＳ２１とが連動してオンの状態となり、余りのスイッチＳ１２とＳ２２とはオフの状態となることによって、前記スイッチング合成器は１経路合成器で動作するようになる。この場合、前記平均整合線路２１０のインピーダンスＺｍは１経路合成である場合と２経路合成である場合の中間値であって、次の数式１により決定される。
【数５】
2005518124.tif 000023
【００１６】
しかし、上記のように平均整合方式を使用するようになれば、反射損失及び挿入損失の特性が劣化されるという深刻な問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、上述した従来の問題点を解決するため、本発明は２経路合成に対して整合部を先に設定し、余りの経路数に対する合成時には開放線路と短絡線路を使用することによって、経路による挿入損失を最小化できるようにするスイッチング可能な合成器を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプの機能を全部受け入れるようにすることによって、加入者増加にともなう追加設置負担を低減できるようにするスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成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】
【００１９】
本発明は、前記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、経路による挿入損失不均衡を最小化するためのスイッチング可能な合成器において、入力される信号を伝達するための第１及び第２入力ポートと、前記第１及び第２入力ポートに各々接続されるように配置されて、信号を伝達するための第１及び第２線路と、前記第１及び第２線路から伝達された信号を合成するための共通接点と、経路数によって前記第１及び第２線路と共通接点をスイッチングするための第１及び第２スイッチング手段と、前記共通接点から信号を伝達されて、信号を出力ポートに伝達するための第３線路と、前記第３線路から伝達された信号を出力するための前記出力ポートと、前記第３線路と短絡線路とをスイッチングするための第３スイッチング手段と、最大経路数に対する整合条件を設定するために前記第３線路に接続されるように配置される開放線路と、前記最大経路数以外の経路数に対する整合のための前記短絡線路とを備えるスイッチング可能な合成器を提供する。
【００２０】
本発明は、前記目的を達成するために、本発明の他の実施形態では、複数のパワーアンプの出力信号を制御するために基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプで使用することのできるスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置において、入力される信号を基本タイプ、リダンダンシータイプまたはパワー分配/結合タイプによって分配するための複数のスイッチング可能な分配器と、前記複数のスイッチング可能な分配器から信号を伝達されて、前記複数のパワーアンプに信号を伝達するための第１Ｎ：Ｎ(Ｎは整数である)スイッチング手段と、前記複数の高出力増幅器から信号を伝達されて、複数の前記スイッチング可能な合成器に信号を伝達するための第２Ｎ：Ｎ(Ｎは整数である)スイッチング手段と、前記第２Ｎ：Ｎスイッチング手段から信号を伝達されて、基本タイプ、リダンダンシータイプまたはパワー分配/結合タイプによって信号を合成するための前記複数のスイッチング可能な合成器とを備えるスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
このように本発明を構成することによって、従来の３つの機能を同時に受け入れながらシステム運用者の装備運用の効率を上げることができる。
【００２２】
本発明の実施形態では、前記入出力スイッチとして４:４スイッチを用いたが、Ｎ：Ｎ(Ｎは整数)スイッチが用いられることができることは本発明が属する分野における通常の知識を有した者にとって自明であるといえる。
【００２３】
前記のような本発明は基本タイプ、リダンダンシータイプ及びパワー分配/結合タイプの機能を全て一つのユニットに装着することによって、加入者数の増加にもかかわらず一つのユニットで解決できるようにするという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の他の目的及び特徴らは添付された図面を参照した次の実施形態に対する説明から明白となる。
【００２５】
(実施の形態１)
図３は、本発明に係るスイッチング可能な合成器の一実施形態の構造図である。
【００２６】
図面に示すように、本発明のスイッチング可能な合成器は、第１線路３１０、共通接点３２０、第２線路３３０、開放線路３４０及び短絡線路３５０を含んでいる。また、第１及び第２入力ポートＰｉｎ１、Ｐｉｎ２、出力ポートＰｏｕｔ、スイッチＳ１、Ｓ２及びＳ３を含んでいる。
【００２７】
合成経路数が２経路である場合、第１及び第２入力ポートＰｉｎ１、Ｐｉｎ２に各々信号が入力され、スイッチＳ１とＳ２がオンの状態となる。入力された信号らは前記第１線路３１０により信号が伝達されて前記共通接点３２０で合成される。
【００２８】
この場合、前記第２線路３３０と前記開放線路３４０とは常に接続されている。これは最大経路数である２経路合成である場合に対して整合条件を先に設定しておき、余りの経路は前記短絡線路３５０を使用して整合させることによって、経路による挿入損失不均衡を最小化すると共に、入力ポート間の位相不均衡特性を改善するためのものである。
【００２９】
ここで、前記第２線路３３０と前記開放線路３４０との長さが２経路合成時のインピーダンス整合において重要な役割をし、前記第２線路３３０の電気的な長さＬ１は次の数式２によって求めることができる。
【数６】
2005518124.tif 000024
但し、Ｚ０=５０Ω、ＸＬ=０、ＲＬ=２５Ω(２経路合成であるから、５０/２=２５Ω）を代入すれば、Ｌ１=３４.８９ｄｅｇとなることができる。
【００３０】
前記伝送線路の物理的な長さは伝送線路に含まれた誘電体の誘電率によって異なることができるが、誘電率が１である空気を誘電体として使用した場合、使用周波数が１８５５ＭＨｚとすれば実際の物理的な長さは約１６ｍｍである。
【００３１】
前記数式２によって求めたＬ１を利用して前記第２線路３３０のインピーダンスを整合することを、図４Ａを参照して説明する。
【００３２】
図４Ａは、前記図３の２経路合成の場合のインピーダンス特性を説明するための一例示図である。まず、２５Ωである点Ｐ１をスミスチャート(Ｓｍｉｔｈ ｃｈａｒｔ)で表示した後、この点から５０Ωのインピーダンスを有する伝送線路にＬ１=３４.８９ｄｅｇを移動すれば、点Ｐ２に移動するようになる。
【００３３】
次に、開放線路３４０の電気的な長さＬ２は次の数式３により計算できる。
【数７】
2005518124.tif 000025
ここで、Ｂはサセプタンス(ｓｕｓｃｅｐｔａｎｃｅ)を意味し、Ｂ０は開放線路サセプタンスを意味する。したがって、本発明に係る開放線路の電気的な長さＬ２は前記数式３に対してＺ０=５０Ω、ＸＬ=０、ＲＬ=２５Ωを代入すれば、Ｌ２=３４.８９ｄｅｇとなる。誘電率が１である場合、使用周波数が１８５５ＭＨｚであれば実際の物理的な長さは約１６ｍｍとなることが分かる。
【００３４】
前記図４Ａにおいて、前記第２線路３３０により移動された点Ｐ２からＬ２=３４.８９ｄｅｇを移動すれば、点Ｐ３に移動するようになって、前記開放線路３４０に対したインピーダンス整合が行われる。
【００３５】
一方、合成経路数が１経路であり、第１入力ポートＰｉｎ１に信号が入力されると仮定すれば、スイッチＳ１がオンの状態となり、スイッチＳ２はオフの状態となる。したがって、前記第１入力ポートＰｉｎ１に接続された一つの第１線路３１０によってのみで信号が伝達される。
【００３６】
この場合、前記第２線路３３０と前記開放線路３４０は常に接続されている。
【００３７】
これは前述したように最大経路数である２経路合成の場合に対して整合条件をまず設定しておき、余りの経路は前記短絡線路３５０を使用して整合させることによって、経路による挿入損失の不均衡を最小化すると共に、入力ポート間の位相不均衡特性を改善するためのものである。
【００３８】
また、１経路合成の際、インピーダンス整合のためにスイッチＳ３がオンの状態となって前記短絡線路３５０が接地される。
【００３９】
前記第２線路３３０の長さ及び前記開放線路３４０の長さは前述したようであり、前記短絡線路３５０の電気的な長さＬ３は次の数式４により求めることができる。
【００４０】
【数８】
2005518124.tif 000026
ここで、Ｂはサセプタンスを意味し、ＢＳは短絡線路サセプタンスを意味する。
【００４１】
したがって、前記図３において、前記短絡線路３５０の電気的な長さＬ３は前記数式４によれば、Ｌ３=５０.９ｄｅｇとなる。誘電率が１である場合、使用周波数が１８５５ＭＨｚであれば、実際の物理的な長さは約２３.５ｍｍとなることが分かる。
【００４２】
図４Ｂは、前記図３の１経路合成の場合のインピーダンス特性を説明するための一例示図である。まず、５０Ωである点Ｐ１をスミスチャートで表示した後、この点からＬ３=５０.９ｄｅｇを移動すれば、点Ｐ２に移動するようになる。
【００４３】
スイッチＳ３がオンの状態となって前記短絡線路が接地されれば、点Ｐ２から再び５０Ωである点Ｐ１(＝Ｐ３)へ移動するようになって、短絡線路に対するインピーダンス整合が行われる。
【００４４】
この場合、角度(ｄｅｇ）で表示された電気的な長さＬ１、Ｌ２及びＬ３から求められる実際の物理的な長さｌＬ１、ｌＬ２及びｌＬ３は使用する周波数帯により異なり、該当周波数に対する加重値は下記数式５により決定できる。
【００４５】
【数９】
2005518124.tif 000027
(ここで、εｒは前記伝送線路が含んでいる誘電体の誘電定数である。)
前記のようなスイッチング可能な合成器に対して、本発明では一実施形態として最大２経路合成である場合に対して述べたが、本発明の範囲は２経路だけに限定されるものではなく、その技術的思想に基づいて前記数式２ないし数式４の計算による開放線路と短絡線路の長さを適用することによって、拡張、応用できるということは当業者にとって明白なものである。
【００４６】
本発明は２経路合成に対して整合部を先に設定しておき、余りの経路数に対する合成時には開放線路と短絡線路とを使用して前記合成を調節することによって、経路による挿入損失の不均衡を最小化できるようにする効果がある。
【００４７】
本発明は２経路合成に対して整合部を先に設定しておき、余りの経路数に対する合成時には開放線路と短絡線路とを使用することによって、入力ポート間の位相不均衡特性を改善できるようにする効果がある。
【００４８】
(実施の形態２)
本発明に係るスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置に対して、本発明の他の実施形態を介して詳細に説明する。
【００４９】
図５は、本発明に係るスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置の一実施形態の構造図である。図面に示すように、本発明の統合型合成装置は、複数のパワーアンプ１１０、出力４:４スイッチ５１０、スイッチング可能な合成器５２０、入力４:４スイッチ５３０及びスイッチング可能な分配器５４０を備えている。
【００５０】
前記スイッチング可能な合成器５２０は、前記図３を参照して説明したようであり、前記スイッチング可能な分配器５４０は通常フィンダイオードなどを利用した低電力スイッチング分配器を使用するので、以下ではこれに対する詳細な説明は省略する。また、本発明の実施形態で用いられた前記出力４:４スイッチ５１０、前記スイッチング可能な合成器５２０、前記入力４:４スイッチ５３０及び前記スイッチング可能な分配器５４０が印加される直流電源によって動作し、外部の制御信号によってスイッチングされることは本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者にとって、自明であるとすべきであるから、これに対する詳細な説明は省略する。
【００５１】
図６Ａないし図６Ｃは、前記図５の統合型合成装置の基本タイプ動作、リダンダンシータイプ動作及びパワー分配/結合タイプ動作を各々説明するための一実施形態の構造図である。
【００５２】
まず、基本タイプで動作する時は、図６Ａに示すように、前記入力４:４スイッチ５３０と前記出力４:４スイッチ５１０のＡ、Ｂ、Ｃ及びＤスイッチは全てオンの状態となる。そして２経路スイッチング可能な分配器５３０と前記スイッチング可能な合成器５２０はＦ及びＨスイッチがオンの状態となり、Ｇスイッチがオフの状態となる。
【００５３】
したがって、この場合の信号経路は前記図６Ａから分かるように、入力ポート-パワーアンプ-出力ポートが１２１-１１１-１３１、１２２-１１２-１３２、１２３-１１３-１３３、１２４-１１４-１３４、１２５-１１５-１３５及び１２６-１１６-１３６のように各々対応されて形成されることが分かる。
【００５４】
次に、前記統合型合成装置がリダンダンシータイプで動作する時は、図６Ｂに示すように、１１１、１１３及び１１５のパワーアンプが正常動作時に用いられる。この中で一つのアンプが誤動作する時に、Ａ、Ｂ及びＣスイッチのいずれかがＥポートに接続されて、１１６の予備パワーアンプが動作するようになる。誤動作が発生した経路と接続されていたスイッチング可能な分配器と合成器を除外した残りの分配器と合成器のＧ及びＨスイッチはオフの状態となり、Ｆスイッチはオンの状態となる。
【００５５】
図６Ｂは、１１１のパワーアンプが誤動作である場合を示している。この場合、ＡスイッチがＥポートに接続されて１１６の予備パワーアンプが動作するようになり、誤動作が発生した１１１のパワーアンプと接続されていたスイッチング可能な分配器と合成器を除外した残りの分配器と合成器のＧスイッチはオフの状態となり、Ｆ及びＨスイッチはオンの状態となる。したがって、この場合の信号経路は前記図６Ｂから分かるように、入力ポート-パワーアンプ-出力ポートが１２１-１１６-１３１、１２２-１１２-１３２、１２３-１１３-１３３、１２４-１１４-１３４、１２５-１１５-１３５のように各々対応されて形成されることが分かる。
【００５６】
なお、前記統合型合成装置がパワー分配/結合タイプで用いられる時は、図６Ｃに示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤスイッチは常にオンの状態となり、Ｈスイッチは常にオフの状態となる。
【００５７】
上記のようにして、１１１と１１２、１１３と１１４及び１１５と１１６のパワーアンプの出力が各々合成されて用いられる。
【００５８】
もし、１１１と１１２のパワーアンプ出力を合成せずに１経路で使用する場合には、ＦまたはＧのうち、一つのスイッチだけがオンの状態となる。例えば、１１１のパワーアンプを使用しようとすれば、Ｆスイッチがオンの状態となり、Ｇスイッチがオフの状態となり、１１２のパワーアンプを使用しようとすれば、Ｆスイッチがオフの状態となり、Ｇスイッチがオンの状態となる。
【００５９】
尚、本発明は、上記した本実施形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】  従来の基本タイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【図１Ｂ】  従来のリダンダンシータイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【図１Ｃ】  従来のパワー分配/結合タイプのスイッチング可能な合成ユニットを説明するための構造図である。
【図２】  従来のスイッチング可能な合成器を説明するための構造図である。
【図３】  本発明に係るスイッチング可能な合成器の一実施形態の構造図である。
【図４Ａ】  前記図３の２経路合成の場合のインピーダンスを説明するための一例示図である。
【図４Ｂ】  前記図３の１経路合成の場合のインピーダンスを説明するための一例示図である。
【図５】  本発明に係るスイッチング可能な合成器を利用した統合型合成装置の一実施形態の構造図である。
【図６Ａ】  前記図５の統合型合成装置の基本タイプ動作を説明するための一実施形態の構造図である。
【図６Ｂ】  前記図５の統合型合成装置のリダンダンシータイプ動作を説明するための一実施形態の構造図である。
【図６Ｃ】  前記図５の統合型合成装置のパワー分配/結合タイプ動作を説明するための一実施形態の構造図である。
【国際調査報告】
2005518124.tif 000028