(57)【要約】【課題】１アンテナの無線装置において、サーキュレータのアイソレーション特性、もしくはロータリージョイントの反射特性が要因となる送受信機間結合を抑制する。【解決手段】１アンテナ方式の無線装置において、サーキュレータのアイソレーション特性により、送信モジュールより出力された信号で受信モジュールへ伝播する信号を、電力分配合成器と位相器を使用して相殺するような構成と、またロータリージョイントの反射特性により送信モジュールから受信モジュールへ伝播する信号を、２経路の信号伝播経路を有するロータリージョイントすることにより抑制した構成とを用いることにより送受信機間結合を抑制する。 【選択図】図８
2008177626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのアンテナで送受信をする方式であり、かつ、送信信号の伝搬経路と受信信号の伝搬経路の切り替えのためにサーキュレータを使用する無線装置において、
送信モジュール部からアンテナ部への信号の伝搬経路を送信経路１および送信経路２に分配する電力分配合成部１と、
送信経路１による伝搬信号が受信モジュール部に漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部１と、
サーキュレータ部１からアンテナ部への伝搬信号の位相を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部１と、
送信経路２による伝搬信号を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部２と、
位相回転部２からアンテナ部への伝搬信号が受信モジュール部に漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部２と、
送信経路１における位相回転部１の出力と送信経路２におけるサーキュレータ部２の出力を合成しアンテナ部へ入力することを目的とする電力分配合成部２と、
アンテナ部から受信モジュール部への信号の伝搬経路を受信経路１および受信経路２に分配する電力分配合成部３と、
受信経路１による伝搬信号を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部３と、
位相回転部３から受信モジュール部への伝搬信号が送信モジュール部に漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部３と、
受信経路２による伝搬信号が送信モジュール部へ漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部４と、
サーキュレータ部４の出力を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部４と、
受信経路１におけるサーキュレータ部３の出力と受信経路２における位相回転部４の出力を合成し受信モジュール部へ入力することを目的とする電力分配合成部４と、
から成ることを特徴とし、
電力分配合成部２と電力分配合成部３は兼用であり、位相回転部１と位相回転部３は兼用であり、サーキュレータ部１とサーキュレータ部３は兼用であり、サーキュレータ部２とサーキュレータ部４は兼用である無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのアンテナを共用して信号の送信と受信を行う１アンテナ方式の無線装置に関するもので、送信時における送信部から受信部への信号の洩れ、ならびに受信時におけるアンテナ部から送信部への信号の洩れを除去する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば時分割通信方式において送信と受信を交互に行う方式や、周波数分割方式において送信周波数と受信周波数を分ける方式などでは、これら信号の送信と受信を１つのアンテナで行う１アンテナ方式を採用することが可能であり、特性劣化の無い１アンテナ方式の開発は、装置の小型化、低価格化などの面からみても有効とされている。
【０００３】
図１に信号の送信と受信を１つのアンテナを共用して行う１アンテナ方式の無線装置の模式図を示す。図１に示すように１アンテナの無線装置では送信の信号伝播経路と受信の信号伝播経路の切り替えにはサーキュレータ１がよく使用される。サーキュレータとは３つの端子を有した方向性モジュールであり、各端子から入力された信号は所望の他の端子のみに伝搬し、残る一方の端子への伝搬を無くすことが可能である。サーキュレータ１の各々の端子は送信モジュール２、アンテナ３、受信モジュール４へ接続される。
【０００４】
図１において、サーキュレータ１が理想的な特性の場合は、送信モジュール２から出力された信号はサーキュレータ１へ入力した後に、受信モジュール４へは伝播せずにアンテナ３のみに伝播して空間へ放射され、また、アンテナ３から入力された信号はサーキュレータ１へ入力した後に、送信モジュール２へは伝播せずに受信モジュール４のみに伝播する。
【０００５】
しかし、実際のサーキュレータの特性は理想の特性とは異なり、信号の一部が所望の方向とは逆の方向へ伝播する。前記の例で言えば、送信モジュール２から出力された信号はサーキュレータ１へ入力した後に、アンテナ３のみではなく受信モジュール４へも伝搬する。こういったサーキュレータの目的とする方向とは逆の方向への伝播特性はアイソレーション特性としてサーキュレータの性能を決定する一つの変数として知られる。
【０００６】
また、指向特性や主放射方向を持つアンテナを用いて、様々な方向に信号の送信と信号の受信を行う１アンテナ方式の無線装置、例えばレーダ装置では、図２に示すようにアンテナ本体を稼動させることにより、主放射方向を変更する方法が用いられる。図２は図１に示した１アンテナ方式の無線装置に、アンテナ本体を回転するためのモータ６と、ロータリージョイント５を用いたものである。
【０００７】
ロータリージョイントは一般に両端付近に信号の入出力端子をもつモジュールであり、ロータリージョイント本体が中心軸に対して回転駆動した際にも各々の入出力端子間で信号が伝播できるため、回転するアンテナと回転しない筐体との間でも信号の伝搬が可能になる。
【０００８】
ロータリージョイントの欠点としては、反射特性を有するため、ロータリージョイントの一方の入出力端子から入力した信号の一部が、他方の入出力端子へ伝播せずに、そのまま反射してしまうことにより、信号の一部が入力した入出力端子へ戻って出力される。
【０００９】
理想的には、１アンテナ方式の場合は図２において、モータ６によりアンテナ３本体が回転していても、送信モジュール２から出力された信号はサーキュレータ１とロータリージョイント５を介してアンテナ３から空間に放射され、また一方、アンテナ３で受信した信号はロータリージョイント５とサーキュレータ１を介して受信モジュール４へと伝播する。１アンテナ方式の無線装置においては送信の信号の伝播経路と受信の信号の伝播経路はロータリージョイントの同一経路を使用するのが一般的である。
【００１０】
また、前記のようなロータリージョイントの欠点により、図２において、送信モジュール２から出力された信号はサーキュレータ１を介してロータリージョイント５へ伝播するが、ロータリージョイント５の反射特性により信号の一部がアンテナ３へ伝播せずに反射してサーキュレータ１へ戻って伝播して受信モジュール４へと伝播する。すなわち、ロータリージョイント５の反射特性により、送信モジュール２から出力された信号の一部がアンテナ３にて空間に放射されずに、受信モジュール４へ戻って出力される。
【００１１】
一般に無線装置において、送信する信号のレベルは受信する信号のレベルより非常に大きく、送信モジュールから出力された信号の一部が、サーキュレータのアイソレーション特性や、ロータリージョイントの反射特性によってアンテナへ伝播せずに受信モジュールへ伝播することにより、受信モジュールがレベル飽和する現象が発生する。この現象は送受信機間結合として知られ、送信モジュールより信号を出力している時刻には受信モジュールがレベル飽和することにより、正常な受信動作ができずに、正常な無線装置として動作しないという問題がある。
【００１２】
前記問題を解決するために、例えば、特開平９−６９８０３号広報においては、サーキュレータのアイソレーション特性による信号の伝播を相殺抑制する手法が開示されているが、送信モジュールより出力される信号の一部を分配して相殺するための信号として用いるため、送信信号電力が低下する問題があった。
【００１３】
【特許文献１】特開平９−６９８０３号広報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
１アンテナ方式で、かつ送信の信号の伝播経路と受信の信号の伝播経路の切り替えのためにサーキュレータを使用する無線装置において、サーキュレータのアイソレーション特性による送受信機間結合を抑制する手法、および１アンテナ方式で、かつアンテナを回転させて信号の主放射方向を可変するためにロータリージョイントを使用する無線装置において、ロータリージョイントの反射特性による送受信機間結合を抑制する手法、および１アンテナの無線装置でサーキュレータのアイソレーション特性とロータリージョイントの反射特性をあわせた送受信機間結合を抑制する手法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記課題を解決するための手段を図８を用いて説明する。本発明は、１つのアンテナで送受信をする方式であり、かつ、送信信号の伝搬経路と受信信号の伝搬経路の切り替えのためにサーキュレータを使用する無線装置において、送信モジュール部からアンテナ部への信号の伝搬経路を送信経路１および送信経路２に分配する電力分配合成部１と、送信経路１による伝搬信号が受信モジュール部に漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部１と、サーキュレータ部１からアンテナ部への伝搬信号の位相を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部１と、送信経路２による伝搬信号を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部２と、位相回転部２からアンテナ部への伝搬信号が受信モジュール部に漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部２と、送信経路１における位相回転部１の出力と送信経路２におけるサーキュレータ部２の出力を合成しアンテナ部へ入力することを目的とする電力分配合成部２と、アンテナ部から受信モジュール部への信号の伝搬経路を受信経路１および受信経路２に分配する電力分配合成部３と、受信経路１による伝搬信号を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部３と、位相回転部３から受信モジュール部への伝搬信号が送信モジュール部に漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部３と、受信経路２による伝搬信号が送信モジュール部へ漏洩する事を防ぐためのサーキュレータ部４と、サーキュレータ部４の出力を正方向あるいは負方向に９０度回転させる位相回転部４と、受信経路１におけるサーキュレータ部３の出力と受信経路２における位相回転部４の出力を合成し受信モジュール部へ入力することを目的とする電力分配合成部４と、から成ることを特徴とし、電力分配合成部２と電力分配合成部３は兼用であり、位相回転部１と位相回転部３は兼用であり、サーキュレータ部１とサーキュレータ部３は兼用であり、サーキュレータ部２とサーキュレータ部４は兼用である無線装置とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる請求項１によれば、１アンテナ方式の無線装置において、送信信号の伝播経路と受信信号の伝播経路を切り替えるために使用するサーキュレータのアイソレーション特性を向上することにより、送受信機間結合が抑制されるため、送信モジュールから信号を出力している時刻に受信モジュールがレベル飽和する現象を抑制できる。
【実施例】
【００１７】
本発明の好適な実施例について、図を用いて説明する。１アンテナ方式、かつ送信の信号の伝播経路と受信の信号の伝播経路の切り替えのためにサーキュレータを使用する無線装置において、サーキュレータのアイソレーション特性による送受信機間結合を抑制するための構成模式図を図３に示す。
【００１８】
図３に示すように、２つの同一特性を有するサーキュレータ２１と２２と、３つの電力分配合成器２３と２４と２５と、３つの９０度位相器２６と２７と２８を構成し、１つのサーキュレータと見なして、各々の端子を送信モジュール２９、アンテナ３０、受信モジュール３１に接続して使用する。
【００１９】
図３において、送信モジュール２９より出力された信号は電力分配合成器２３により同一電力、同一位相の信号に２分された後に、一方の信号はサーキュレータ２１を介して９０度位相器２７にて位相が９０度回転して電力分配合成器２４へ伝播し、他方の信号は９０度位相器２６にて位相が９０度回転した後にサーキュレータ２２を介して電力分配合成器２４へ伝播し、電力分配合成器２４に入力される２つの信号は同じく位相が９０度回転しているために同位相で合成され、アンテナ３０へ伝播する。
【００２０】
同様に、図３において、アンテナ３０で受信した信号は電力分配合成器２４にて同一電力、同一位相の信号に２分された後に、一方の信号はサーキュレータ２２を介して９０度位相器２８にて位相が９０度回転して電力分配合成器２５へ伝播し、他方の信号は９０度位相器２７にて位相が９０度回転した後にサーキュレータ２１を介して電力分配合成器２５へ伝播し、電力分配合成器２５に入力される２つの信号は同じく位相が９０度回転しているために同位相で合成され、受信モジュール３１へ伝播する。
【００２１】
一方、図３において、送信モジュール２９から出力された信号は電力分配合成器２３にて同一電力、同一位相の信号に２分された後に、一方の信号はサーキュレータ２１に入力するが、サーキュレータ２１のアイソレーション特性により一部の信号が電力分配合成器２５へ伝播し、他方の信号は９０度位相器２６により位相が９０度回転した後にサーキュレータ２２に入力するが、サーキュレータ２２のアイソレーション特性により９０度位相器２８に伝播して９０度位相器２８で位相が更に９０度回転してあわせて１８０度回転して電力分配合成器２５へ伝播し、電力分配合成器２５に入力した２つの信号は、逆位相のために相殺されて、受信モジュール３１へは伝播しない。すなわち、サーキュレータ２１と２２のアイソレーション特性により送信モジュール２９から出力された信号の一部がアンテナ３０へ伝播せずに受信モジュール３１に伝播する送受信機間結合を抑制することができる。
【００２２】
図３と同様な特性を示す構成を図４と図５に示す。
【００２３】
図４は図３における電力分配合成器２３と９０度位相器２６を合わせて９０度位相分配合成器３２とし、電力分配合成器２４と９０度位相器２７を合わせて９０度位相分配合成器３３とし、電力分配合成器２５と９０度位相器２８を合わせて９０度位相分配合成器３４とした構成であり、図３と同様な特性を示す。
【００２４】
図５は図３における９０度位相器２６と２７と２８を線路長にて置き換えた構成であり、線路３６は線路３５より１／４波長分長く、線路３８は線路３７より１／４波長分長く、線路４０は線路３９より１／４波長分長くすることにより、図３と同様な特性を示す。
【００２５】
また、１アンテナ方式で、かつアンテナを回転させて信号の主放射方向を可変するためにロータリージョイントを使用する無線装置において、ロータリージョイントの反射特性による送受信機間結合を抑制するための構成模式図を図６に示す。
【００２６】
従来は図２に示すように、稼動しない筐体内にサーキュレータ１を配置し、ロータリージョイント５内の同一信号伝播経路を送信の信号の伝播経路と受信の信号の伝播経路として共用していたが、図６に示す構成では、サーキュレータ５１を稼動するアンテナ５３側に配置し、２つの信号伝播経路を有するロータリージョイント５５を使用することにより、ロータリージョイント内の信号の送信の信号の伝播経路５６と信号の受信の信号の伝播経路５７を別の信号伝播経路としている。
【００２７】
２経路、もしくは複数の経路の信号伝播経路を有するロータリージョイントは１経路のみの信号伝播経路のロータリージョイントより反射特性が悪くなる傾向があるものの、各々の信号伝播経路間の結合特性は非常に小さいことが知られている。
【００２８】
図６において、送信モジュール５２より出力された信号はロータリージョイント５５に入力し、ロータリージョイントの送信の信号の伝播経路５６を介して、サーキュレータ５１を介してアンテナ５３から空間に放射される。またアンテナ５３より受信した信号はサーキュレータ５１を介してロータリージョイント５５に入力し、ロータリージョイントの受信の信号の伝播経路５７を介して、受信モジュール５４へ伝播する。
【００２９】
また、図６において、送信モジュール５２より出力された信号の一部は、ロータリージョイント５５の反射特性により反射されるが、受信モジュール５４へは伝播せず、送信モジュール５２に戻って伝播する。また、２経路の信号伝播経路を有するロータリージョイント５５は経路間の結合特性が非常に小さいため、ロータリージョイント５５内で送信信号経路５６から受信信号経路５７へ信号が漏れて伝播することはほぼないと見なせる。さらに、サーキュレータ５１は受動素子であるため、電力を供給する必要は無く、稼動するアンテナ５３側に配置しても問題はない。すなわち、送信モジュール５２より出力した信号が、ロータリージョイント５５の反射特性により受信モジュール５４へ伝播することを抑制することができる。
【００３０】
１アンテナの無線装置において、サーキュレータのアイソレーション特性とロータリージョイントの反射特性をあわせた送受信機間結合を向上するための構成を図７に示す。図７は図３に示した構成と、図６の構成とを、あわせた構成である。
【００３１】
図７は図３に示すようにサーキュレータのアイソレーション特性による送受信機間結合を抑制し、かつ図６に示すようにロータリージョイントの反射特性による送受信機間結合を抑制する機能を有する。また、図７において、アンテナ側に配置されたモジュール７１と７２と７３と７４と７５と７６と７７と７８は、全て受動素子のため、電力を供給することなく動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来のサーキュレータを用いた１アンテナ方式の無線装置構成模式図
【図２】従来のロータリージョイントを用いた１アンテナ方式の無線装置構成模式図
【図３】本提案のサーキュレータ構成（その１）
【図４】本提案のサーキュレータ構成（その２）
【図５】本提案のサーキュレータ構成（その３）
【図６】本提案のロータリージョイント構成
【図７】本提案のサーキュレータおよびロータリージョイント構成
【図８】請求項１にかかる実施例
【符号の説明】
【００３３】
１、２１、２２、５１、７１、７２        …サーキュレータ
２、２９、５２、７９                    …送信モジュール
３、３０、５３、８０                    …アンテナ
４、３１、５４、８１                    …受信モジュール
５、５５、８２                          …ロータリージョイント
５６、８３                              …送信信号伝播経路
５７、８４                              …受信信号伝播経路
６、５８、８５                          …モータ
２３、２４、２５、７３、７４、７５      …電力分配合成器
２６、２７、２８、７６、７７、７８      …９０度位相器
３２、３３、３４                        …９０度位相分配合成器
３５、３６、３７、３８、３９、４０      …信号伝送線路
【図１】
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【図２】
2008177626.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008177626.tif 000008
【図７】
2008177626.tif 000009
【図８】
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