(57)【要約】【課題】送信信号と受信信号の分離を、低消費電力でかつ小型に実現することが可能な無線通信装置を提案する。【解決手段】少なくとも４つの端子を備えるジャイレータと、単相信号と差動信号とを相互に変換する単相差動変換器と、ジャイレータが出力する受信信号を増幅する低雑音差動増幅器と、ジャイレータへ出力される送信信号を増幅する差動電力増幅器と、を備え、前記ジャイレータは、第１端子及び第２端子から第３端子及び第４端子の方向に信号を伝達し、前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子、前記第３端子及び前記第４端子、前記第１端子及び前記第３端子、前記第２端子及び前記第４端子に、それぞれ前記単相差動変換器、前記低雑音増幅器、前記電力増幅器のいずれかが結合される、無線通信装置が提供される。【選択図】図４
2015043509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも４つの端子を備え、信号を一方向へ伝送するジャイレータと、
単相信号と差動信号とを相互に変換する単相差動変換器と、
ジャイレータが出力する受信信号を増幅する低雑音増幅器と、
ジャイレータへ出力される送信信号を増幅する電力増幅器と、
を備え、
前記ジャイレータは、第１端子及び第２端子から第３端子及び第４端子の方向に信号を伝達し、
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子、前記第３端子及び前記第４端子、前記第１端子及び前記第３端子、前記第２端子及び前記第４端子に、それぞれ前記単相差動変換器、前記低雑音増幅器、前記電力増幅器のいずれかが結合される、無線通信装置。
【請求項２】
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子に前記単相差動変換器の差動信号の入力及び出力側が結合され、前記ジャイレータの前記第３端子及び前記第４端子に前記低雑音増幅器の入力端子が結合され、前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子に前記電力増幅器の出力端子がそれぞれ結合される、請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子にそれぞれ結合される前記電力増幅器の出力電圧は前記ジャイレータにおいて同相で加算される、請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記ジャイレータの前記第１端子と前記第２端子との間の終端インピーダンス及び前記第３端子と前記第４端子との間の終端インピーダンスは、前記ジャイレータの差動トランスコンダクタンス係数の逆数と等しくなるよう構成される、請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ジャイレータの前記第１端子と前記第３端子との間の終端インピーダンス及び前記第２端子と前記第４端子との間の終端インピーダンスは、前記ジャイレータの差動トランスコンダクタンス係数の逆数の半分の値と等しくなるよう構成される、請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項６】
受信信号が前記ジャイレータに伝送された際に、前記ジャイレータの前記第３端子と前記第４端子との間の電圧値を前記ジャイレータの前記第１端子と前記第２端子との間の電圧値で割った値を算出する電圧算出部と、
前記電圧算出部で算出した値を用いて、受信信号から送信信号の成分をキャンセルするキャンセル部と、
をさらに備える、請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項７】
前記キャンセル部は、前記電力増幅器の開放出力電圧の成分を前記ジャイレータの前記第３端子と前記第４端子との間の電圧から取り除くことで受信信号から送信信号の成分をキャンセルする、請求項６に記載の無線通信装置。
【請求項８】
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子に前記電力増幅器の出力端子が結合され、前記ジャイレータの前記第３端子及び前記第４端子に前記単相差動変換器の差動信号の入力及び出力側が結合され、前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子に前記低雑音増幅器の入力端子がそれぞれ結合される、請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項９】
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子に前記低雑音増幅器の入力端子が結合され、前記ジャイレータの前記第３端子及び前記第４端子に前記電力増幅器の出力端子が結合され、前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子に前記単相差動変換器の差動信号の入力及び出力側がそれぞれ結合される、請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項１０】
前記ジャイレータは、複数の単相インバータで構成される、請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項１１】
各前記単相インバータのトランスコンダクタンス係数は、前記ジャイレータの差動トランスコンダクタンス係数の２倍の値と等しくなるよう構成される、請求項１０に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送信と受信とを同時に行うことが可能な全二重無線通信には、送信と受信に異なる周波数帯を用いて双方向の通信を行う周波数分割複信（ＦＤＤ）方式と、送信と受信に同一の周波数帯を用いて、送信と受信を一定時間ごとに分割して交互に行う時分割複信（ＴＤＤ）方式とがある。携帯電話の標準規格であるＵｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｙｓｔｅｍ（ＵＭＴＳ）  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ（ＬＴＥ）では、ＦＤＤ方式とＴＤＤ方式のいずれかによる全二重無線通信が用いられている。
【０００３】
ＵＭＴＳ  ＬＴＥ  ＦＤＤトランシーバのＲＦフロントエンドにおいて一般的に用いられる送信信号と受信信号の分離方法として、電力増幅器（ＰＡ）と低雑音増幅器（ＬＮＡ）との間をデュプレクサで接続する方式がある。デュプレクサは周波数選択フィルタによって送信信号と受信信号を分離するため、主に表面弾性波（ＳＡＷ）フィルタなどを用いて製造されている。デュプレクサはトランシーバチップとは製造プロセスが異なることから、デュプレクサを集積化されたトランシーバチップ内に搭載することはできない。
【０００４】
また別の方式として、サーキュレータを用いる方式がある。サーキュレータは信号の進行方向を一方通行とするものである。しかし、サーキュレータは外部から直流磁界を印加したフェライト内の進行波に生じる位相回転の非可逆性を利用するため、これもまた集積化されたトランシーバチップ内に搭載することはできない。
【０００５】
フェライトと同様の非可逆特性は、電子回路のジャイレータ回路を用いて実現できる。ジャイレータ回路を用いることで、送信信号と受信信号の分離機能を集積回路に実装することが可能である。例えば特許文献１には、ジャイレータ回路を同じ方向性で環状に縦続接続した回路において所定の条件を満たす場合に、サーキュレータとして機能する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５１−１２７６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
携帯電話の標準規格であるＵＭＴＳ  ＬＴＥ  ＦＤＤには、全世界で多数の周波数帯が割り当てられている。ＵＭＴＳ  ＬＴＥ  ＦＤＤトランシーバのＲＦフロントエンドが対応する周波数帯の数が増えると、周波数帯の増加に対応させるために、トランシーバに実装しなければならないデュプレクサの数も増えてしまう。デュプレクサやサーキュレータはＳＡＷフィルタやフェライトを使用して製作されることから、集積化されたトランシーバチップ内に搭載することができず、デュプレクサの数の増加に伴う実装面積やコストの増加が甚大になる。
【０００８】
また上記特許文献１で開示された、ジャイレータ回路を３個使用したサーキュレータでは、３個のジャイレータ回路を用いるために消費電力が大きくなり易く、またジャイレータ回路のトランスコンダクタンス係数のばらつきによって信号分離の特性が劣化し易い。
【０００９】
そこで本開示では、送信信号と受信信号の分離を、低消費電力でかつ小型に実現することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示によれば、少なくとも４つの端子を備え、信号を一方向へ伝送するジャイレータと、単相信号と差動信号とを相互に変換する単相差動変換器と、ジャイレータが出力する受信信号を増幅する低雑音増幅器と、ジャイレータへ出力される送信信号を増幅する電力増幅器と、を備え、前記ジャイレータは、第１端子及び第２端子から第３端子及び第４端子の方向に信号を伝達し、前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子、前記第３端子及び前記第４端子、前記第１端子及び前記第３端子、前記第２端子及び前記第４端子に、それぞれ前記単相差動変換器、前記低雑音増幅器、前記電力増幅器のいずれかが結合される、無線通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように本開示によれば、送信信号と受信信号の分離を、低消費電力でかつ小型に実現することが可能な、新規かつ改良された無線通信装置を提案することができる。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ジャイレータ回路のシンボルを示す説明図である。
【図２】ジャイレータ回路の内部回路を示す説明図である。
【図３】本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンドの構成例を示す説明図である。
【図４】ＲＦフロントエンド１００に送信信号が供給される際の動作を説明する説明図である。
【図５】ＲＦフロントエンド１００に受信信号が供給される際の動作を説明する説明図である。
【図６】本開示の一実施形態の第１の実施例を示す説明図である。
【図７】インバータのシンボルを示す説明図である。
【図８】インバータの回路構成例を示す説明図である。
【図９】本開示の一実施形態の第１の実施例を示す説明図である。
【図１０】本開示の一実施形態の第２の実施例を示す説明図である。
【図１１】本開示の一実施形態の第３の実施例を示す説明図である。
【図１２】本開示の一実施形態の第４の実施例を示す説明図である。
【図１３】本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの構成例を示す説明図である。
【図１４】本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの動作例を示す説明図である。
【図１５】従来技術を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．本開示の一実施形態
１．１．ジャイレータ回路の原理
１．２．ＲＦフロントエンドの構成例
１．３．ＲＦフロントエンドの動作
１．３．１．送信信号の解析
１．３．２．受信信号の解析
１．４．実施例
１．４．１．第１の実施例
１．４．２．第２の実施例
１．４．３．第３の実施例
１．４．４．第４の実施例
１．４．５．第５の実施例
２．まとめ
【００１５】
＜１．本開示の一実施形態＞
［１．１．ジャイレータ回路の原理］
最初に、ジャイレータ回路の原理について説明する。図１は、ジャイレータ回路のシンボルを示す説明図である。また図２は、ジャイレータ回路の内部回路を示す説明図である。以下、図１及び図２を用いてジャイレータ回路の原理について説明する。
【００１６】
図１の左から右へ向かっている矢印は、ジャイレータ回路の方向性を示している。また図１のＲは抵抗を意味する。そして、図２に示したジャイレータ回路の内部回路は、２つの電流制御電圧源ｇｍ１を有する。ｇｍ１のトランスコンダクタンス係数をｇとすると、電流ｉ１は電圧ｖ２のｇ倍であり、電流ｉ２は左側端子の電圧ｖ１のマイナスｇ倍である。ジャイレータ回路を２端子回路として考えて、アドミッタンス行列を用いて表すと、下記の数式１となる。
【００１７】
【数１】
2015043509.tif 000003
【００１８】
上述したように、ジャイレータ回路を用いて非可逆特性の実現が可能となる。図１５は、特許文献１で開示されている、ジャイレータ回路を同じ方向性で環状に縦続接続した回路である。図１５に示したにようにジャイレータ回路を構成し、終端インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３が全て電流制御電圧源のトランスコンダクタンス係数ｇの逆数（１／ｇ）と等しい場合に、サーキュレータとして機能する。
【００１９】
以下で説明する本開示の一実施形態は、ジャイレータの数を最小限にすることで送信信号と受信信号との分離を実現するものである。以下で説明する本開示の一実施形態は、ジャイレータの数を最小限にすることで、送信信号と受信信号との分離を低消費電力でかつ小型の回路で実現することを提案するものである。
【００２０】
［１．２．ＲＦフロントエンドの構成例］
続いて、本開示の一実施形態に係るＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）フロントエンドの構成例を説明する。図３は、本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンドの構成例を示す説明図である。以下、図３を用いて本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンドの構成例について説明する。
【００２１】
図３に示したように、本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンド１００は、ジャイレータ１１０と、バラン１２０と、差動ＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｚｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；低雑音増幅器）１３０と、差動ＰＡ（Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；電力増幅器）１４０ａ、１４０ｂと、を含んで構成される。また図３には、ＲＦフロントエンド１００と接続されるアンテナ１０も、併せて図示されている。
【００２２】
ジャイレータ１１０は、非可逆特性を有する電子回路であり、アンテナ１０が受信した受信信号と、アンテナ１０から送信される送信信号とを分離する機能を有する。本実施形態に係るジャイレータ１１０は４つの端子を有する。図中のジャイレータ１１０の左側の２つの端子はバラン１２０に、右側の２つの端子は差動ＬＮＡ１３０に、それぞれ接続されている。また図中のジャイレータ１１０の上側の２つの端子は差動ＰＡ１４０ａに、下側の２つの端子は差動ＰＡ１４０ｂに、それぞれ接続されている。
【００２３】
なお以下の説明では、図中のジャイレータ１１０の左上、左下、右上、右下の各端子を、それぞれ第１端子、第２端子、第３端子、第４端子とする。
【００２４】
バラン１２０は、単相信号を差動信号へ、また差動信号を単相信号へ、それぞれ変換する変換素子である。アンテナ１０が受信した単相の受信信号は、バラン１２０によって差動信号に変換され、ジャイレータ１１０から出力された差動信号の送信信号は、バラン１２０によって単相の送信信号に変換される。
【００２５】
差動ＬＮＡ１３０は、アンテナ１０からジャイレータ１１０を経て送られてくる受信信号を増幅して出力する増幅器である。また差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂは、ジャイレータ１１０を経てアンテナ１０から送信する送信信号を増幅して出力する増幅器である。
【００２６】
本実施形態に係るＲＦフロントエンド１００は、図３に示したように、１つのジャイレータ１１０によって送信信号と受信信号とを分離することを特徴とする。また本実施形態に係るＲＦフロントエンド１００は、図３に示したように、ジャイレータ１１０の４つの端子が、それぞれ２つの異なる相手に接続されていること、及び２個の差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂがジャイレータ１１０に接続されていることを特徴とする。
【００２７】
以上、図３を用いて本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンド１００の構成例について説明した。続いて、図３に示したＲＦフロントエンド１００が、送信信号と受信信号とを分離できることを説明する。
【００２８】
［１．３．ＲＦフロントエンドの動作］
［１．３．１．送信信号の解析］
図４は、ＲＦフロントエンド１００に送信信号が供給される際の動作を説明する説明図である。図４は、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子との間をバラン１２０の代わりにインピーダンスＺ１の抵抗で終端し、ジャイレータ１１０の第３端子と第４端子との間を差動ＬＮＡ１３０の代わりにインピーダンスＺ２の抵抗で終端し、第１端子と第３端子との間、及び第２端子と第４端子との間をそれぞれ差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂの代わりにインピーダンスＺ３／２の抵抗と差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂの開放出力電圧Ｖ０／２の電圧源とを直列接続で終端したものを示している。
【００２９】
なお、２つの電圧源の極性は、ジャイレータ１１０の周囲の電圧を一巡した際に同相で加算される向きとなっている。
【００３０】
図４に示した電圧、電流およびインピーダンスの間には次の数式２及び数式３の関係が成り立つ。なお電圧Ｖ３は、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂのそれぞれの出力電圧を同相で加算したものである。従って差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂのそれぞれの出力電圧はＶ３／２である。
【００３１】
【数２】
2015043509.tif 000004
【００３２】
【数３】
2015043509.tif 000005
【００３３】
また、ジャイレータ１１０の電圧及び電流の間には、次の数式４の関係が成り立つ。なおｇは、ジャイレータ１１０の内部の電圧制御電流源のトランスコンダクタンス係数である。
【００３４】
【数４】
2015043509.tif 000006
【００３５】
従って、数式２、３、４から、以下の数式５の関係が成り立つことが分かる。
【００３６】
【数５】
2015043509.tif 000007
【００３７】
数式５を電圧ごとに整理すると、以下の数式６の通りとなる。
【００３８】
【数６】
2015043509.tif 000008
【００３９】
そして、数式６を行列形式に書き直すと、数式７の通りとなる。
【００４０】
【数７】
2015043509.tif 000009
【００４１】
数式７の左辺に示した２行２列の行列の逆行列を用いると、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子との間の電圧Ｖ１および第３端子と第３端子との間の電圧Ｖ２を求めることが出来る。なお、電圧Ｖ３は、数式２で示したように電圧Ｖ１から電圧Ｖ２を引いた値である。
【００４２】
【数８】
2015043509.tif 000010
【００４３】
【数９】
2015043509.tif 000011
【００４４】
ここで、バラン１２０のインピーダンスＺ１は、アンテナ１０の周囲の状況に影響されて変化するため不定である一方、差動ＬＮＡ１３０の入力インピーダンスＺ２と、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂの出力インピーダンスＺ３／２とは、下記の数式１０を満足するように、すなわち、ジャイレータ１１０の電圧制御電流源のトランスコンダクタンス係数ｇの逆数と等しくなるように設計可能である。
【００４５】
【数１０】
2015043509.tif 000012
【００４６】
この数式１０の条件のもとでは、上記の数式９は、下記の数式１１のように簡略化される。
【００４７】
【数１１】
2015043509.tif 000013
【００４８】
従って、電圧Ｖ３は数式１１のようにＶ０／２となる。
【００４９】
終端インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３が全て１／ｇと等しい場合は、数式１１のＶ１とＶ３が等しくＶ０／２となり、またＶ２は０となることが分かる。従ってジャイレータ１１０は、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂからの出力を全てバラン１２０に伝送し、差動ＬＮＡ１３０には伝送しないことが分かる。従って、４端子を有するジャイレータ１１０は、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂからの出力をアンテナ１０の方へ伝送し、差動ＬＮＡ１３０には伝送しないサーキュレータの役割を担うことができる。
【００５０】
以上、図４を用いて、ＲＦフロントエンド１００に送信信号が供給される際の動作を説明した。続いて、ＲＦフロントエンド１００に受信信号が供給される際の動作について説明する。
【００５１】
［１．３．２．受信信号の解析］
図５は、ＲＦフロントエンド１００に受信信号が供給される際の動作を説明する説明図である。図５は、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子との間をバラン１２０の代わりにインピーダンスＺ１の抵抗と受信信号の開放出力電圧Ｖｒとを直列接続で終端し、ジャイレータ１１０の第３端子と第４端子との間を差動ＬＮＡ１３０の代わりにインピーダンスＺ２の抵抗で終端し、第１端子と第３端子との間、及び第２端子と第４端子との間をそれぞれ差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂの代わりにインピーダンスＺ３／２の抵抗で終端したものを示している。
【００５２】
図５に示した電圧、電流およびインピーダンスの間には次の数式１２及び数式１３の関係が成り立つ。なお電圧Ｖ３は、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂのそれぞれの出力電圧を同相で加算したものである。従って差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂのそれぞれの出力電圧はＶ３／２である。
【００５３】
【数１２】
2015043509.tif 000014
【００５４】
【数１３】
2015043509.tif 000015
【００５５】
また、ジャイレータ１１０の電圧及び電流の間には、上述の数式４の関係が成り立つから、数式４、１２、１３から、以下の数式１４の関係が成り立つことが分かる。
【００５６】
【数１４】
2015043509.tif 000016
【００５７】
上述の送信信号と同様に、数式１４を電圧ごとに整理し、行列形式に改めた後に逆行列を用いて各電圧について解くと、以下の数式１５の通りとなる。なお、電圧Ｖ３は、数式１２で示したように電圧Ｖ１から電圧Ｖ２を引いた値である。
【００５８】
【数１５】
2015043509.tif 000017
【００５９】
送信信号の場合と同様に、数式１０を満足するようにインピーダンスＺ２及びＺ３を規定すると、上記の数式１５は、下記の数式１６のように簡略化される。電圧Ｖ３は、数式１２で示したように電圧Ｖ１から電圧Ｖ２を引いた値であるので、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とが等しくなると、電圧Ｖ３は０になる。
【００６０】
【数１６】
2015043509.tif 000018
【００６１】
終端インピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３が全て１／ｇと等しい場合は、数式１６のＶ１とＶ２が等しくＶｒ／２となり、またＶ３は０となることが分かる。従ってジャイレータ１１０は、バラン１２０からの受信信号を全て差動ＬＮＡ１３０に伝送し、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂには伝送しないことが分かる。従って、４端子を有するジャイレータ１１０は、バラン１２０からの出力を差動ＬＮＡ１３０の方へ伝送し、差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂには伝送しないサーキュレータの役割を担うことができる。
【００６２】
［１．３．３．アイソレーション特性の改善］
以上、図５を用いて、ＲＦフロントエンド１００に受信信号が供給される際の動作を説明した。以上の説明においては、アンテナ１０側の終端インピーダンスＺ１が１／ｇと等しい場合は、ジャイレータ１１０は送信信号と受信信号とを分離できることを示した。
【００６３】
しかし、アンテナ１０のインピーダンスは、通常は不定である。従って、アンテナ１０側の終端インピーダンスＺ１は常に１／ｇと等しく出来るとは限らない。インピーダンスＺ１が１／ｇと等しくなければ、数式１１のＶ２の式において（ｇＺ１−１）は０にならない。従って、インピーダンスＺ１が１／ｇと等しくなければ、数式１１で示すＶ２の式にＶ０が残ってしまう。すなわち、サーキュレータとして使用されるジャイレータ１１０のアイソレーション特性が低下し、送信信号が差動ＬＮＡ１３０へ送られてしまう。
【００６４】
そこで、数式１１に示した送信信号だけのＶ１およびＶ２の関係を用いて、Ｖ２からＶ０成分をキャンセルすることで、ジャイレータ１１０のアイソレーション特性を改善する方法について説明する。
【００６５】
まず、送信信号と受信信号とを区別するために、数式１１のＶ１とＶ２をＶ１ＴＸとＶ２ＴＸ、数式１６のＶ１とＶ２をＶ１ＲＸとＶ２ＲＸとする。送信信号をキャンセルするための条件（すなわち、Ｖ２ＴＸが０になる条件）を求めると、数式１７の通りになる。
【００６６】
【数１７】
2015043509.tif 000019
【００６７】
また、数式１１の関係を用いれば、Ｖ１ＴＸとＶ２ＴＸとの間には下記の数式１８の関係が成り立つ。
【００６８】
【数１８】
2015043509.tif 000020
【００６９】
この数式１８の計算結果を記憶しておき、数式１１に示した送信信号及び数式１６に示した受信信号に適用すると、Ｖ２は下記の数式１９の通りになる。
【００７０】
【数１９】
2015043509.tif 000021
【００７１】
従って、ＲＦフロントエンド１００は、数式１９の適用によりＶ２の式にＶ０の影響を排除することができる。従って、ＲＦフロントエンド１００は、数式１９の適用により、送信信号と受信信号との分離の際に、アンテナ１０への送信信号をキャンセルして、アンテナ１０が受信した受信信号だけを得ることができる。
【００７２】
［１．４．実施例］
［１．４．１．第１の実施例］
このように、本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンド１００は、１つのジャイレータ１１０を用いることで、送信信号と受信信号とを分離出来る。続いて、本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンド１００の実施例について説明する。
【００７３】
図６は、本開示の一実施形態の第１の実施例を示す説明図である。図６に示したのは、ＲＦフロントエンド１００に含まれるジャイレータ１１０に、B. Nauta, “A CMOS Transconductance-C Filter Technique for Very
High-Frequencies,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.27, no.2,
pp.142-153 (Feb. 1992).で開示されているトランスコンダクタ回路を２つ適用した場合の、ＲＦフロントエンド１００の実施例である。
【００７４】
上記文献で開示されているトランスコンダクタ回路は、６個のインバータから構成されている。従って、図６に示したジャイレータ１１０は、１２個のインバータで構成されている。図７はインバータのシンボルを示す説明図であり、図８はインバータの回路構成例を示す説明図である。
【００７５】
図８に示すように、インバータは、ＭＯＳ  ＰＮＰトランジスタＭＰ及びＭＯＳ  ＮＰＮトランジスタＭＮのゲートが入力端子に接続され、ＭＯＳ  ＰＮＰトランジスタＭＰ及びＭＯＳ  ＮＰＮトランジスタＭＮのドレインが出力端子に接続されている。ＭＯＳ  ＰＮＰトランジスタＭＰとＭＯＳ  ＮＰＮトランジスタＭＮは両方とも飽和領域で動作するため、２つのトランジスタのトランスコンダクタンス係数の合計が、インバータのトランスコンダクタンス係数である。
【００７６】
なお、インバータは単相回路であるため、ジャイレータ１１０の差動モードのトランスコンダクタンス係数をｇとするためには、インバータのトランスコンダクタンス係数ｇｍを２倍にする。図９は、本開示の一実施形態の第１の実施例を示す説明図である。例えば、図９に示すようにインピーダンスＺ１、Ｚ２、Ｚ３をいずれも５０Ωとするインバータのトランスコンダクタンス係数ｇｍは、Ｚ１＝Ｚ２＝Ｚ３＝１／ｇ＝１／２ｇｍから、４０［ｍＳ］である。
【００７７】
［１．４．２．第２の実施例］
図１０は、本開示の一実施形態の第２の実施例を示す説明図である。第１の実施例では、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子にバラン１２０を、第３端子と第４端子に差動ＬＮＡ１３０を、第１端子と第３端子及び第２端子と第４端子に差動ＰＡ１４０ａ、１４０ｂを、それぞれ接続していた。図１０に示したのは、第１の実施例でのバラン、差動ＬＮＡ、差動ＰＡの位置関係を変更したものである。
【００７８】
すなわち、図１０に示した第２の実施例では、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子に差動ＰＡ１４０を、第３端子と第４端子にバラン１２０を、第１端子と第３端子及び第２端子と第４端子に差動ＬＮＡ１３０ａ、１３０ｂを、それぞれ接続している。差動ＰＡ１４０から出力された送信信号はアンテナ１０にだけ進み、またアンテナ１０に入力された受信信号は差動ＬＮＡ１３０ａ、１３０ｂにだけに進むことで、ＲＦフロントエンド１００の第２の実施例についても、送信信号と受信信号とを分離することができる。
【００７９】
［１．４．３．第３の実施例］
図１１は、本開示の一実施形態の第３の実施例を示す説明図である。図１１に示した第３の実施例では、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子に差動ＬＮＡ１３０を、第３端子と第４端子に差動ＰＡ１４０を、第１端子と第３端子及び第２端子と第４端子にバラン１２０ａ、１２０ｂを、それぞれ接続している。
【００８０】
差動ＰＡ１４０から出力された送信信号はアンテナ１０にだけ進み、またアンテナ１０に入力された受信信号は差動ＬＮＡ１３０にだけに進むことで、ＲＦフロントエンド１００の第３の実施例についても、送信信号と受信信号とを分離することができる。
【００８１】
［１．４．４．第４の実施例］
図１２は、本開示の一実施形態の第４の実施例を示す説明図である。図１２に示した第４の実施例では、ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子に差動ＬＮＡ１３０を、第３端子と第４端子に差動ＰＡ１４０を、第１端子と第３端子及び第２端子と第４端子にバラン１２０ａ、１２０ｂを、それぞれ接続している。
【００８２】
図１２に示した例は、バラン１２０ａ、１２０ｂを直列に接続した場合である。図１２のようにバラン１２０ａ、１２０ｂを直列に接続した場合も第３の実施例の場合と同様に、差動ＰＡ１４０から出力された送信信号はアンテナ１０にだけ進み、またアンテナ１０に入力された受信信号は差動ＬＮＡ１３０にだけに進む。このようにバラン１２０ａ、１２０ｂを直列に接続した場合であっても、ＲＦフロントエンド１００は送信信号と受信信号とを分離することができる。
【００８３】
［１．４．５．第５の実施例］
「１．３．３．アイソレーション特性の改善」で説明したように、上記数式１９の適用により、送信信号と受信信号との分離の際に、アンテナ１０への送信信号をキャンセルして、アンテナ１０が受信した受信信号だけが得られる。第５の実施例では、数式１９の適用によって送信信号と受信信号とを分離する構成について説明する。
【００８４】
図１３は、本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの構成例を示す説明図である。図１３には、図３に示したＲＦフロントエンド１００に、送信機１５１と、ＤＡ変換器１５２と、受信機１６１と、ＡＤ変換器１６２、１６３と、制御部１７０と、が追加された、全二重無線通信トランシーバの構成例が示されている。
【００８５】
送信機１５１は、ＲＦフロントエンド１００へ送信信号を供給する。ＤＡ変換器１５２は、制御部１７０で生成されるデジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換して、送信機１５１へ出力する。また受信機１６１は、ＲＦフロントエンド１００の差動ＬＮＡ１３０から出力された受信信号を受け取り、所定の受信処理を施してＡＤ変換器１６２へ出力する。ＡＤ変換器１６２は、受信機１６１が出力したアナログの受信信号をデジタルの受信信号に変換して制御部１７０へ出力する。またＡＤ変換器１６３は、信号受信時のアンテナ１０の端子電圧Ｖ１（ジャイレータ１１０の第１端子と第２端子の間の電圧）をデジタル信号に変換してベースバンド物理層１７０へ出力する。
【００８６】
制御部１７０は、ベースバンドでの各種処理を実行するレイヤであり、例えば、信号の変調処理や復調処理、誤り訂正処理等の各種信号処理を実行する。そして図１３に示したように、制御部１７０は、電圧測定部１７１と、記憶部１７２と、送信信号キャンセル部１７３と、を含んで構成される。
【００８７】
電圧測定部１７１は、信号受信時のアンテナ１０の端子電圧Ｖ１と、受信信号の電圧Ｖ２（ジャイレータ１１０の第３端子と第４端子の間の電圧）とを取得して、Ｖ２／Ｖ１の値を測定する。記憶部１７２は、種々の情報を記憶する。本実施形態では、電圧測定部１７１が測定したＶ２／Ｖ１の値を記憶する。
【００８８】
送信信号キャンセル部１７３は、電圧測定部１７１が測定し、記憶部１７２に記憶されたＶ２／Ｖ１の値を用いて、上記数式１９の演算を行い、受信信号に含まれている送信信号をキャンセルする。
【００８９】
本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバは、図１３に示した構成を有することで、アイソレーション特性を改善することができる。
【００９０】
以上、図１２を用いて本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの構成例について説明した。続いて、本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの動作例について説明する。
【００９１】
図１３は、本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの動作例を示す流れ図である。以下、図１３を用いて本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの動作例について説明する。
【００９２】
図１３に示した流れ図は、制御部１７０が受信信号に含まれている送信信号をキャンセルする演算を行なう際の動作例である。第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバは、まず送信信号だけのＶ２／Ｖ１の値を、電圧測定部１７１で測定する（ステップＳ１０１）。
【００９３】
送信信号だけのＶ２／Ｖ１の値を電圧測定部１７１で測定すると、続いて第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバは、電圧測定部１７１が測定した送信信号だけのＶ２／Ｖ１の値を記憶部１７２に記憶させる（ステップＳ１０２）。
【００９４】
そして、送信信号だけのＶ２／Ｖ１の値を記憶部１７２に記憶させると、送信信号キャンセル部１７３は、その記憶部１７２に記憶された送信信号だけのＶ２／Ｖ１の値を用いて、受信信号に含まれている送信信号をキャンセルする上記数式１９の演算で行なう（ステップＳ１０３）。
【００９５】
本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバは、図１３に示した一連の動作を実行することで、アイソレーション特性を改善することができる。以上、図１３を用いて本開示の一実施形態の第５の実施例に係る全二重無線通信トランシーバの動作例について説明した。
【００９６】
なお、上記第５の実施例は、図３に示したＲＦフロントエンド１００について受信信号に含まれている送信信号をキャンセルする演算を行なうための構成例として示したが、本開示は係る例に限定されるものではない。すなわち、上記第２の実施例から第４の実施例で示したＲＦフロントエンド１００について、受信信号に含まれている送信信号をキャンセルする演算を行なうための構成を追加しても良い。
【００９７】
［２．まとめ］
以上説明したように、本開示の一実施形態によれば、１つのジャイレータによって、送信信号と受信信号とを分離することができるＲＦフロントエンド及びＲＦフロントエンドを備えた全二重無線通信トランシーバを提供することができる。
【００９８】
本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンドは、送信信号と受信信号とを分離するジャイレータを集積化されたチップ内に搭載できるので、小型に構成できる。本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンドは小型に構成できるので、対応しなければならない周波数帯が増加しても、回路規模に大きく影響をあたえる事はない。また本開示の一実施形態に係るＲＦフロントエンドは、１つのジャイレータによって送信信号と受信信号とを分離することができるので、消費電力を抑えることが出来ると共に、トランスコンダクタンス係数のばらつきによる信号分離の特性の劣化を抑えることができる。
【００９９】
本明細書の各装置が実行する処理における各ステップは、必ずしもシーケンス図またはフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。例えば、各装置が実行する処理における各ステップは、フローチャートとして記載した順序と異なる順序で処理されても、並列的に処理されてもよい。
【０１００】
また、各装置に内蔵されるＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどのハードウェアを、上述した各装置の構成と同等の機能を発揮させるためのコンピュータプログラムも作成可能である。また、該コンピュータプログラムを記憶させた記憶媒体も提供されることが可能である。また、機能ブロック図で示したそれぞれの機能ブロックをハードウェアで構成することで、一連の処理をハードウェアで実現することもできる。
【０１０１】
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０２】
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
【０１０３】
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
少なくとも４つの端子を備え、信号を一方向へ伝送するジャイレータと、
単相信号と差動信号とを相互に変換する単相差動変換器と、
ジャイレータが出力する受信信号を増幅する低雑音増幅器と、
ジャイレータへ出力される送信信号を増幅する電力増幅器と、
を備え、
前記ジャイレータは、第１端子及び第２端子から第３端子及び第４端子の方向に信号を伝達し、
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子、前記第３端子及び前記第４端子、前記第１端子及び前記第３端子、前記第２端子及び前記第４端子に、それぞれ前記単相差動変換器、前記低雑音増幅器、前記電力増幅器のいずれかが結合される、無線通信装置。
（２）
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子に前記単相差動変換器の差動信号の入力及び出力側が結合され、前記ジャイレータの前記第３端子及び前記第４端子に前記低雑音増幅器の入力端子が結合され、前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子に前記電力増幅器の出力端子がそれぞれ結合される、前記（１）に記載の無線通信装置。
（３）
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子にそれぞれ結合される前記電力増幅器の出力電圧は前記ジャイレータにおいて同相で加算される、前記（２）に記載の無線通信装置。
（４）
前記ジャイレータの前記第１端子と前記第２端子との間の終端インピーダンス及び前記第３端子と前記第４端子との間の終端インピーダンスは、前記ジャイレータの差動トランスコンダクタンス係数の逆数と等しくなるよう構成される、前記（２）または（３）に記載の無線通信装置。
（５）
前記ジャイレータの前記第１端子と前記第３端子との間の終端インピーダンス及び前記第２端子と前記第４端子との間の終端インピーダンスは、前記ジャイレータの差動トランスコンダクタンス係数の逆数の半分の値と等しくなるよう構成される、前記（２）または（３）に記載の無線通信装置。
（６）
受信信号が前記ジャイレータに伝送された際に、前記ジャイレータの前記第３端子と前記第４端子との間の電圧値を前記ジャイレータの前記第１端子と前記第２端子との間の電圧値で割った値を算出する電圧算出部と、
前記電圧算出部で算出した値を用いて、受信信号から送信信号の成分をキャンセルするキャンセル部と、
をさらに備える、前記（２）〜（５）のいずれかに記載の無線通信装置。
（７）
前記キャンセル部は、前記電力増幅器の開放出力電圧の成分を前記ジャイレータの前記第３端子と前記第４端子との間の電圧から取り除くことで受信信号から送信信号の成分をキャンセルする、前記（６）に記載の無線通信装置。
（８）
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子に前記電力増幅器の出力端子が結合され、前記ジャイレータの前記第３端子及び前記第４端子に前記単相差動変換器の差動信号の入力及び出力側が結合され、前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子に前記低雑音増幅器の入力端子がそれぞれ結合される、前記（１）に記載の無線通信装置。
（９）
前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第２端子に前記低雑音増幅器の入力端子が結合され、前記ジャイレータの前記第３端子及び前記第４端子に前記電力増幅器の出力端子が結合され、前記ジャイレータの前記第１端子及び前記第３端子並びに前記第２端子及び前記第４端子に前記単相差動変換器の差動信号の入力及び出力側がそれぞれ結合される、前記（１）に記載の無線通信装置。
（１０）
前記ジャイレータは、複数の単相インバータで構成される、前記（１）〜（９）のいずれかに記載の無線通信装置。
（１１）
各前記単相インバータのトランスコンダクタンス係数は、前記ジャイレータの差動トランスコンダクタンス係数の２倍の値と等しくなるよう構成される、前記（１０）に記載の無線通信装置。
【符号の説明】
【０１０４】
１００    ＲＦフロントエンド
１１０    ジャイレータ
１２０、１２０ａ、１２０ｂ    バラン
１３０、１３０ａ、１３０ｂ    差動ＬＮＡ
１４０、１４０ａ、１４０ｂ    差動ＰＡ
【図１】
2015043509.tif 000022
【図２】
2015043509.tif 000023
【図３】
2015043509.tif 000024
【図４】
2015043509.tif 000025
【図５】
2015043509.tif 000026
【図６】
2015043509.tif 000027
【図７】
2015043509.tif 000028
【図８】
2015043509.tif 000029
【図９】
2015043509.tif 000030
【図１０】
2015043509.tif 000031
【図１１】
2015043509.tif 000032
【図１２】
2015043509.tif 000033
【図１３】
2015043509.tif 000034
【図１４】
2015043509.tif 000035
【図１５】
2015043509.tif 000036