(57)【要約】【課題】  送受信モジュールの雑音指数の劣化を抑えて、送信系から受信系へ入力される大電力を保護することを目的とする。【解決手段】  受信系の低雑音増幅器１３の入力部に、送受信の切替え信号と同期して方向性の切り替わる方向性可変サーキュレータ１４を備え、アンテナ１０から微弱な受信信号を受信する場合は、方向性可変サーキュレータ１４を低雑音増幅器１３に接続し、低損失に低雑音増幅器１３に信号伝送を行い、送信時には方向性可変サーキュレータ１４を終端抵抗器１５に接続し、受信系に入力されてしまう大電力については終端抵抗器１５で吸収され、低雑音増幅器１３が破壊されることを保護する。【選択図】      図１
2011171805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーキュレータを介してアンテナに接続される送信系の高出力増幅器と、
上記サーキュレータを介して上記アンテナに接続される受信系の低雑音増幅器と、
上記サーキュレータと低雑音増幅器の間に接続され、上記サーキュレータに接続される第１の端子、上記低雑音増幅器に接続される第２の端子、および第３の端子を有した方向性可変サーキュレータと、
上記方向性可変サーキュレータの第３の端子に接続された終端器と、
を備え、
上記方向性可変サーキュレータは、受信時には上記第１、第２の端子間が接続され、送信時には上記第１、第３の端子間が接続される送受信モジュール。
【請求項２】
上記方向性可変サーキュレータは、上層および下層フェライトと、上層および下層フェライトの周囲を螺旋状に取り囲む導体配線と、上層フェライトと下層フェライトの間に積層され、上記第１、第２、第３の端子が放射状に配置された高周波伝送用導体配線層とが積層された多層基板から構成される請求項１記載の送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波またはミリ波帯の高周波信号を送受信する送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
送受信モジュールを多数用いて構成されるフェーズドアレイアンテナの場合、送受信モジュールの相互結合（アクティブインピーダンス）によって、送信時の大電力が受信系に入力される。従来、このような受信系への大電力入力から受信系の低雑音増幅器を保護する目的で、低雑音増幅器の入力部には、高耐電力スイッチやリミッタ等が配置されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５３６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の送受信モジュールにおいては、高耐電力スイッチやリミッタ等の保護回路を採用する場合、その高耐電力スイッチやリミッタの通過損失（約１ｄＢ程度）により、受信時の雑音指数を劣化させてしまうという課題があった。
【０００５】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、送受信モジュールの雑音指数の劣化を抑えて、送信系から受信系へ入力される大電力を保護することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による送受信モジュールは、サーキュレータを介してアンテナに接続される送信系の高出力増幅器と、上記サーキュレータを介して上記アンテナに接続される受信系の低雑音増幅器と、上記サーキュレータと低雑音増幅器の間に接続され、上記サーキュレータに接続される第１の端子、上記低雑音増幅器に接続される第２の端子、および第３の端子を有した方向性可変サーキュレータと、上記方向性可変サーキュレータの第３の端子に接続された終端器とを備え、上記方向性可変サーキュレータは、受信時には上記第１、第２の端子間が接続され、送信時には上記第１、第３の端子間が接続されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、受信時には低損失に低雑音増幅器に信号伝送を行い、送信時には受信系に入力されてしまう大電力が終端抵抗器１５で吸収されるので、低雑音増幅器が破壊されることを保護することができるとともに、方向性可変サーキュレータは通過損失が小さいので、受信時の雑音指数の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明に係る実施の形態１による送受信モジュールの回路構成を示す図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１による送受信モジュールのサーキュレータの構造を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による送受信モジュールの回路構成を示す図である。図２は、実施の形態１による送受信モジュールのサーキュレータの構造を示す図である。
図において、実施の形態１の送受信モジュールは、アンテナ１０と、サーキュレータ１１と、送信信号用の高出力増幅器１２と、受信信号用の低雑音増幅器１３と、方向性可変サーキュレータ１４と、終端器１５と、送受切り替えスイッチ１６と、移相器１７と、給電端子１８とを備えている。
【００１０】
アンテナ１０は、送信電力が給電端子に入力され、アンテナ素子にて送信電波を放射する。また、アンテナ１０は、アンテナ素子にて受信電波を受け、受信電力を給電端子から出力する。
アンテナ１０の給電端子は、サーキュレータ１１の入出力端子に接続される。サーキュレータ１１は、送信側端子が高出力増幅器１２の出力端子に接続され、受信側端子が方向性可変サーキュレータ１４の第１の端子１４ａに接続される。サーキュレータ１１は、送信時には高出力増幅器１２から出力される送信信号をアンテナ１０に出力し、受信時にはアンテナ１０で受けた受信信号を第１の端子１４ａに送る。
【００１１】
方向性可変サーキュレータ１４の第２の端子１４ｂは低雑音増幅器１３の入力端子に接続される。方向性可変サーキュレータ１４の第３の端子１４ｃは終端器１５の一端に接続される。終端器１５の他端はグランド（接地面）に接続される。方向性可変サーキュレータ１４は、送信時に第１の端子１４ａに入力される信号を第３の端子１４ｃに出力し、受信時に第１の端子１４ａに入力される信号を第２の端子１４ｂに出力する。
【００１２】
送受切り替えスイッチ１６は、第１の端子もしくは第２の端子の何れか一方が、第３の端子に接続される。送受切り替えスイッチ１６の第１の端子は高出力増幅器１２の入力端子に接続される。送受切り替えスイッチ１６の第２の端子は低雑音増幅器１３の出力端子に接続される。送受切り替えスイッチ１６の第３の端子は移相器１７の一方の端子に接続される。送受切り替えスイッチ１６は、１回路２接点の単極双投のＲＦ（Radio Frequency）スイッチによって構成される。送受切り替えスイッチ１６は、図示しない外部制御装置の制御によって、第１の端子と第３の端子が接続される第１の状態と、第２の端子と第３の端子が接続される第２の状態とが切替わる。移相器１７の他方の端子は給電端子１８に接続される。
【００１３】
次に、動作について説明する。
受信時には、アンテナ１０から入力された微弱な受信信号は、サーキュレータ１１及び方向性可変サーキュレータ１４を通過して、低雑音増幅器１３に入力される。この場合、方向性可変サーキュレータ１４は、図示しない外部制御装置から送受信の切替え信号として受信へ切替える信号が発生した時、第１の端子１４ａから第２の端子１４ｂが通過状態（低損失）となっている。
【００１４】
また、低雑音増幅器１３に入力された受信信号は、低雑音増幅器１３にて信号増幅または波形整形などの処理が施され、送受切り替えスイッチ１６及び移相器１７を通過して、給電端子１８に出力される。このとき、送受切り替えスイッチ１６は、図示しない外部制御装置から送受信の切替え信号として受信へ切替える信号を受けて、第３の端子が第２の端子に接続されるように切替えられている。また、移相器１７は、図示しない外部制御装置により設定される設定位相指令に基いて、受信信号の位相を所望の位相にシフトする。
【００１５】
送信時には、給電端子１８から入力された送信信号は、移相器１７及び送受切り替えスイッチ１６を通過して、高出力増幅器１２に入力される。このとき、送受切り替えスイッチ１６は、図示しない外部制御装置から送受信の切替え信号として送信へ切替える信号を受けて、第３の端子が第１の端子に接続されるように切替えられている。また、移相器１７は、図示しない外部制御装置により設定される設定位相指令に基いて、送信信号の位相を所望の位相にシフトする。高出力増幅器１２は、送受切り替えスイッチ１６を通過した送信信号を大電力信号に増幅し、サーキュレータ１１に送る。サーキュレータ１１に送られた大電力信号はアンテナ１０に送られ、アンテナ１０は空中に向けて送信電波を放射する。
【００１６】
また、送信時には、アンテナ１０に入力される大電力信号の一部は、アンテナ１０にて反射されて再びサーキュレータ１１に入力される。このアンテナ１０から入力された大電力信号は、サーキュレータ１１を通過して方向性可変サーキュレータ１４の第１の端子１４ａに入力される。
この場合、方向性可変サーキュレータ１４は、図示しない外部制御装置から送受信の切替え信号として送信へ切替える信号が発生した時、第１の端子１４ａから第３の端子１４ｃへの通過状態となっており、方向性可変サーキュレータ１４の第１の端子１４ａに入力された大電力信号は、第３の端子１４ｃに接続されている終端器１５に吸収される。そのため、低雑音増幅器１３には大電力信号は入力されずに、方向性可変サーキュレータ１４が受信系の保護回路となっている。
【００１７】
次に、方向性可変サーキュレータ１４の多層基板構造および動作原理について説明する。
図２は、実施の形態１による送受信モジュールのサーキュレータの構造を示す図である。
図において、方向性可変サーキュレータ１４の多層基板構造は、多層セラミック基板１ａ〜１ｆの内層に、フェライト材料２ａ〜２ｄ、磁界発生用のコイル形状をした導体配線３ａ〜３ｄ、及び高周波信号伝送用導体配線４を形成することによって構成される。多層セラミック基板１ａ〜１ｆは、導体ペーストにより回路配線が印刷された複数枚のグリーンシートを積層し、焼結により一体化した低温焼成基板（ＬＴＣＣ；Low Temperature Co-fired Ceramics）によって構成される。ここで、多層セラミック基板１ａ〜１ｆは、次のように積層されて一体的に形成される。導体配線３ａ〜３ｄは、フェライト材料２ａ〜２ｄの周囲を螺旋状に取り巻くように配置され、フェライト材料２ａ〜２ｄとは非接続に設けられている。
【００１８】
多層セラミック基板１ａは多層セラミック基板１ｂ上に積層される。
多層セラミック基板１ｂには一塊の矩形板状のフェライト２ａが埋め込まれ、フェライト２ａの周囲を取り囲むように、一部分の開いたループ状の導体配線３ａが配設されている。導体配線３ａの一端は多層セラミック基板１ｂの側端部に向かって引き出され、電圧端子５に接続される。導体配線３ａの他端は、多層セラミック基板１ｂの内層において基板厚方向に対し垂直に設けられた導体ビア（又は導体スルーホール）に接続される。多層セラミック基板１ｂは多層セラミック基板１ｃ上に積層される。
【００１９】
多層セラミック基板１ｃには一塊の矩形板状のフェライト２ｂが埋め込まれ、フェライト２ｂの周囲を取り囲むように、一部分の開いたループ状の導体配線３ｂが配設されている。導体配線３ｂの一端は、多層セラミック基板１ｂの内層に設けられた導体ビア（又は導体スルーホール）に接続されて、導体配線３ａの他端に接続される。導体配線３ｂの他端は多層セラミック基板１ｃの内層において基板厚方向に対し垂直に設けられた導体ビア（又は導体スルーホール）に接続される。多層セラミック基板１ｃは多層セラミック基板１ｄ上に積層される。
【００２０】
高周波信号伝送用導体配線層である多層セラミック基板１ｄの表層には、円形状の導体板４ｄの周囲に互いに配向の異なる３つの高周波信号伝送用導体配線４ａ〜４ｃが放射状に配設され、導体板４ｄとともに高周波信号伝送用導体配線４が形成されている。この高周波信号伝送用導体配線４ａ、高周波信号伝送用導体配線４ｂ、及び高周波信号伝送用導体配線４ｃは、多層セラミック基板１ｄの中央部で導体板４ｄに接続される。また、高周波信号伝送用導体配線４の導体板４ｄは、上層のフェライト２ｂおよび下層のフェライト２ｃと対面するように配置される。
高周波信号伝送用導体配線４ａの一端と高周波信号伝送用導体配線４ｂの一端は互いに対向し、高周波信号伝送用導体配線４ｃは高周波信号伝送用導体配線４ａ、４ｂを通る仮想直線に対して直角をなす方向（基板面内で仮想直線に垂直な方向）に配向される。また、高周波信号伝送用導体配線４ａの他端は第２の端子１４ｂとなり、高周波信号伝送用導体配線４ｂの他端は第１の端子１４ａとなり、高周波信号伝送用導体配線４ｃにおける導体板４ｄとの接続部とは反対側の端部が第３の端子１４ｃとなる。
多層セラミック基板１ｄの内層には、高周波信号伝送用導体配線４とは非接続に、基板厚方向に対し垂直に導体ビア（又は導体スルーホール）が設けられ、多層セラミック基板１ｃの導体ビアに接続されて、導体配線３ｂの他端に接続される。多層セラミック基板１ｄは多層セラミック基板１ｅ上に積層される。
【００２１】
多層セラミック基板１ｅには一塊の矩形板状のフェライト２ｃが埋め込まれ、フェライト２ｃの周囲を取り囲むように、一部分の開いたループ状の導体配線３ｃが配設されている。導体配線３ｃの一端は、多層セラミック基板１ｄの内層に設けられた導体ビア（又は導体スルーホール）に接続されて、導体配線３ｂの他端に接続される。導体配線３ｃの他端は、多層セラミック基板１ｅの内層において基板厚方向に対し垂直に設けられた導体ビア（又は導体スルーホール）に接続される。多層セラミック基板１ｅは多層セラミック基板１ｆ上に積層される。
【００２２】
多層セラミック基板１ｆには一塊の矩形板状のフェライト２ｄが埋め込まれ、フェライト２ｄの周囲を取り囲むように、一部分の開いたループ状の導体配線３ｄが配設されている。導体配線３ｄの一端は多層セラミック基板１ｅの内層に設けられた導体ビア（又は導体スルーホール）に接続される。導体配線３ｄの他端は多層セラミック基板１ｆの側端部に向かって引き出され、電圧端子６に接続される。
【００２３】
続いて、方向性可変サーキュレータ１４の動作について説明する。
図示しない外部制御装置から送受信の切替え信号として受信へ切替える信号が発生されると、外部制御装置は同時に、方向性可変サーキュレータ１４の制御電圧端子である電圧端子５に正電圧、電圧端子６に負電圧を印加し、導体配線３ａ〜３ｄに電流を流した場合、磁界は矢印アの方向に発生する（第１の状態）。
この第１の状態では、高周波信号伝送用導体配線４の導体板４ｄを貫通する矢印アの方向の磁界の作用により、高周波信号伝送用導体配線４ｂの端子１４ａから入力された高周波信号は、高周波信号伝送用導体配線４ａの端子１４ｂへ低損失で通過し、高周波信号伝送用導体配線４ｃの端子１４ｃへは、ほとんど高周波信号は出力されない。
【００２４】
一方、図示しない外部制御装置から送受信の切替え信号として送信へ切替える信号が発生されると、外部制御装置は同時に、方向性可変サーキュレータ１４の電圧端子５に負電圧、電圧端子６に正電圧を印加し、導体配線３ａ〜３ｄに前記第１の状態とは逆方向に電流を流した場合、磁界は矢印イの方向に発生する（第２の状態）。
この第２の状態では、高周波信号伝送用導体配線４の導体板４ｄを貫通する矢印イの方向の磁界の作用により、高周波信号伝送用導体配線４ｂの端子１４ａから入力された高周波信号は、高周波信号伝送用導体配線４ｃの端子１４ｃへ低損失で通過し、高周波信号伝送用導体配線４ａの端子１４ｂへは、ほとんど高周波信号は出力されない。
このように電圧印加の極性を送受信の切替え信号と同期して切り替えることにより、方向性可変サーキュレータ１４の信号伝送方向の切替え動作を可能としている。
【００２５】
以上説明したとおり、この実施の形態１による送受信モジュールは、サーキュレータ１１を介してアンテナ１０に接続される送信系の高出力増幅器１２と、上記サーキュレータ１１を介して上記アンテナ１０に接続される受信系の低雑音増幅器１３と、上記サーキュレータ１１と低雑音増幅器１３の間に接続され、上記サーキュレータ１１に接続される第１の端子１４ａ、上記低雑音増幅器に接続される第２の端子１４ｂ、および第３の端子１４ｃを有した方向性可変サーキュレータ１４と、上記方向性可変サーキュレータ１４の第３の端子に接続された終端器１５とを備え、上記方向性可変サーキュレータ１４は、受信時には上記第１、第２の端子１４ａ、１４ｂ間が接続され、送信時には上記第１、第３の端子１４ａ、１４ｃ間が接続されることによって構成される。
【００２６】
また、上記方向性可変サーキュレータ１４は、上層および下層のフェライト２ａ、２ｂ、および２ｃ、２ｄと、上層および下層のフェライト２ａ、２ｂ、および２ｃ、２ｄの周囲を螺旋状に取り囲む導体配線３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄと、上層のフェライト２ａ、２ｂと下層のフェライト２ｃ、２ｄの間に積層され、上記第１、第２、第３の端子１４ａ、１４ｂ、１４ｃが放射状に配置された高周波伝送用導体配線層４とが積層された多層基板から構成される。
【００２７】
このように構成されることにより、受信系の低雑音増幅器１３の入力部に、送受信の切替え信号と同期して方向性の切り替わる方向性可変サーキュレータ１４を備え、アンテナ１０から微弱な受信信号を受信する場合は、方向性可変サーキュレータ１４を低雑音増幅器１３に接続し、低損失に低雑音増幅器１３に信号伝送を行い、送信時には方向性可変サーキュレータ１４を終端抵抗器１５に接続し、受信系に入力されてしまう大電力については終端抵抗器１５で吸収され、低雑音増幅器１３が破壊されることを保護することができる。また、方向性可変サーキュレータ１４は、高耐電力スイッチやリミッタ等の保護回路に比べて通過損失が小さいので、受信時の雑音指数の劣化を抑えることができる。
【００２８】
また、方向性可変サーキュレータ１４は多層基板によって構成することができるので、送受信モジュールを実装するパッケージに一体的に成形することにより、小型または低価格な受信系の大電力保護回路を得ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
２ａ〜２ｄ  フェライト、導体配線３ａ〜３ｄ、４  高周波信号伝送用導体配線、１０  アンテナ、１１  サーキュレータ、１２  高出力増幅器、１３  低雑音増幅器、１４  方向性可変サーキュレータ、１５  終端器、１６  送受切り替えスイッチ、１７  移相器、１８  給電端子。
【図１】
2011171805.tif 000003
【図２】
2011171805.tif 000004