(57)【要約】 【目的】  主信号線路を流れる高周波電力に別段の損失を与えることなく、該高周波電力を効率よくモニタ可能なことを課題とする。【構成】  誘電体基板１１上の主信号線路（例えばマイクロストリップ）１０に対してカップリング（直接的な電磁結合）が生じない位置にアンテナ（例えばパッチアンテナ）２０を配置し、主信号線路１０から必然的に放射される漏れ電波をアンテナ２０で受信して主信号線路１０に流れる高周波電力を効率よくモニタする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上の主信号線路に対してカップリングが生じない位置にアンテナを配置し、前記主信号線路から放射される漏れ電波を前記アンテナで受信して前記主信号線路に流れる高周波電力をモニタすることを特徴とする高周波電力モニタ回路。
【請求項２】
前記アンテナは、誘電体基板表面に設けた平面導体と、背面の接地導体とを有する平面アンテナからなることを特徴とする請求項１記載の高周波電力モニタ回路。
【請求項３】
前記モニタする信号の中心周波数を主信号の中心周波数からずらしたことを特徴とする請求項２記載の高周波電力モニタ回路。
【請求項４】
誘電体基板上の主信号線路に対してカップリングが生じない位置に複数の素子アンテナを所定間隔で配置してアレーアンテナを構成すると共に、前記主信号線路から放射される漏れ電波を前記アレーアンテナで受信して前記主信号線路に流れる高周波電力をモニタすることを特徴とする高周波電力モニタ回路。
【請求項５】
主信号線路とアンテナとからなる回路を金属ケースでシールドしたことを特徴とする請求項１，２及び４記載の高周波電力モニタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波電力モニタ回路に関し、更に詳しくは、誘電体基板上の主信号線路に流れる高周波信号の電力（信号レベル）を非接触でモニタする高周波電力モニタ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
基地局や移動局（携帯電話）に代表される無線通信装置では、ＲＦ信号を高周波増幅器で増幅してアンテナより送信すると共に、送信電力をモニタして増幅器にいフィードバックし、出力一定制御（Auto Power Control）を行っている。特に、ミリ波やマイクロ波電力のモニタを行う場合は、主信号回路にモニタ回路を接触させることで反射や回路インピーダンスに悪影響を与えない様、モニタを非接触で行う必要がある。また、主信号電力とモニタ電力との比は、主信号電力の大きさによらず一定（リニア）である必要がある。この様な条件を満たすものとして、従来は、例えば特許文献１，２に示されるように、主信号回路の一部に方向性結合器をカップリング（電磁結合）させることで高周信号波電力をモニタしていた。
【０００３】
図５は従来技術を説明する図で、図５（Ａ）は高周波電力のモニタに方向性結合器を使用した典型的な構成を示している。図において、１０は主信号を伝送するマイクロストリップ（伝送路）であり、誘電体基板１１の表面に設けたストリップ導体（主線）１２と背面の接地導体１３とからなる。５０は方向性結合器であり、主線１２のλ／４に渡ってカップリングさせたストリップ導体（副線）５１を含み、該副線５１の一方をモニタポートＭＰに接続すると共に、他方を抵抗５４と接地線５５とからなる終端回路５３で終端している。
【０００４】
係る構成では、伝送路１０を流れる高周波信号電力のうち、端子（１）から（２）に進む電力に比例したモニタ出力Ｐｆを、端子（２）から（１）に進む電力とは無関係に取り出すことができる。即ち、伝送路１０の端子（１）に入力する電力をＰｉとするとき、副線の端子（３）へは数分の１の電力Ｐｆが現れ、端子（４）には更にその１／１０以下の電力Ｐｒが現れる。この場合の結合度（coupling）Ｃは、
Ｃ＝１０ｌｏｇ（Ｐｉ／Ｐｆ）
で表され、方向性（directivity）Ｄは、
Ｄ＝１０ｌｏｇ（Ｐｆ／Ｐｒ）
で表される。更に、伝送路１０を端子（２）に通り抜ける電力をＰｏとすると、挿入損（insertion loss）Ｌは、
Ｌ＝１０ｌｏｇ（Ｐｉ／Ｐｏ）
で表される。
【０００５】
図５（Ｂ）に方向性結合器のギャップｓと結合度Ｃの関係の具体例を示す。グラフ（１）→（４）は端子（１），（４）間の結合度、グラフ（１）→（３）は端子（１），（３）間の結合度を示し、いずれもＸバンド（８〜１２ＧＨｚ）における特性を示している。横軸はギャップｓと基板１１の厚みｈとの比ｓ／ｈである。グラフ（１）→（３）に注目すると、方向性結合器のモニタ電力は、ギャップｓを０に近づけることで−５ｄＢ程度になるが、ギャップｓが基板厚ｈ（例えば０．５ｍｍ）の３倍程度になると、結合度Ｃは−３０ｄＢ以下となっており、殆どカップリングは無い。
【特許文献１】特開２００２−２２３１３５
【特許文献２】特開２０００−４９２７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方向性結合器を使用した場合の様に、主信号電力の一部を取り出してモニタする方式であると、主信号伝送路ではその分が必ず挿入損となるため、伝送効率が著しく悪化していた。
【０００７】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、主信号線路を流れる高周波電力に別段の損失を与えることなく、該高周波電力を効率よくモニタ可能な高周波電力モニタ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による高周波電力モニタ回路は、誘電体基板上の主信号線路に対してカップリングが生じない位置にアンテナを配置し、前記主信号線路から放射される漏れ電波を前記アンテナで受信して前記主信号線路に流れる高周波電力をモニタするものである。
【０００９】
本発明では、主信号線路から必然的に放射される漏れ電波をカップリング（電磁結合）が生じない位置に設けたアンテナで受信する構成により、主信号線路に別段の挿入損を与えることなく、主信号電力を効率よくモニタできる。
【００１０】
なお、「主信号線路に対してカップリングが生じない位置」についての一例の目安を言うと、主信号線路がマイクロストリップの場合は、上記図５（Ｂ）のグラフ（１）→（３）からも明らかな様に、主信号線路から誘電体基板厚ｈ（例えば０．５ｍｍ）の２〜３倍以上離れた位置と言う事になる。
【００１１】
本発明の第２の態様では、前記アンテナは、誘電体基板表面に設けた平面導体と、背面の接地導体とを有する平面アンテナからなる。従って、アンテナを使用した高周波電力モニタ回路を小型かつ安価に実装できる。好ましくは、一例の平面アンテナは半波長のパッチアンテナである。
【００１２】
本発明の第３の態様では、前記モニタする信号の中心周波数を主信号の中心周波数からずらしたものである。後述する如く平面アンテナについての電磁解析により、モニタする信号の中心周波数を主信号の中心周波数からずらした（例えば１０乃至２０％程度ずらした）周波数領域で相対的に高い受信感度（アンテナ利得）が得られた。
【００１３】
本発明の第４の態様による高周波電力モニタ回路は、誘電体基板上の主信号線路に対してカップリングが生じない位置に複数の素子アンテナを所定間隔で配置してアレーアンテナを構成すると共に、前記主信号線路から放射される漏れ電波を前記アレーアンテナで受信して前記主信号線路に流れる高周波電力をモニタするものである。本発明では、各素子アンテナの受信出力を同相合成することで、アレーアンテナに高い受信利得が得られる。
【００１４】
本発明の第５の態様では、主信号線路とアンテナとからなる回路を金属ケースでシールドしたものである。従って、外部からの不要電波（雑音）が干渉することなく、主信号線路の高周波電力のみを適正にモニタできる。
【発明の効果】
【００１５】
以上述べた如く本発明によれば、主信号線路の高周波電力を効率よくモニタ可能となり、伝送効率の改善に寄与するところが大きい。特にモバイル機器における電力効率の改善
は、バッテリーの長寿命化に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。図１は第１の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図で、図１（Ａ）はモニタ回路の斜視図、図１（Ｂ）はモニタ回路をｙ軸方向に見た側面図を示している。図において、１１はガラスエポキシ等からなる高周波回路実装用の誘電体基板、１２は基板表面のストリップ導体、１３は基板背面の接地導体、２１は基板１１の対向位置に設けられたアンテナ実装用の誘電体基板、２２は基板２１の表面（図の下面）のアンテナ導体、２３は基板背面（図の上面）の接地導体、１４は高周波回路を保護及びシールドするための金属筐体、１５は金属からなる蓋部材である。なお、背面の接地導体１３，２３については、金属筐体１４と蓋部材１５を接地することでそれぞれ代用でき、省略できる。この点は後述する他の実施の形態でも同様である。
【００１７】
ストリップ導体１２は誘電体基盤１１及び背面の接地導体１３と共にマイクロストリップ（主信号線路）１０を構成しており、入力ポートＩＰから入力した高周波信号を出力ポートＯＰに伝送する。一般に、マイクロストリップにおける伝送損失は、基板１１の誘電体損と、導体１２の導体損と、空中に放射される電波の放射損との三つに大別されるが、本発明ではこれらの必然的な損失となるもののうち、放射損分を有効に活用することで効率よい電力モニタを可能としている。例えば、基板１１の比誘電率εｒ＝４、厚さｈ＝０．５ｍｍとすると、モニタ信号の周波数１０ＧＨｚ（波長λ≒１６ｍｍ）における基板厚ｈの波長λに対する割合は０．５／１６＝０．０３２となり、この基板厚ｈでも少なからず放射損が存在する。
【００１８】
アンテナ導体２２は誘電体基板２１及び背面の接地導体２３と共に半波長のパッチアンテナ２０を構成しており、マイクロストリップ１０から漏れ出る放射電波の一部を受信してモニタポートＭＰに出力する。１０ＧＨｚ帯の高周波信号をモニタするためのパッチアンテナ２０の一例のサイズは、ａ＝７〜８ｍｍ（≒ｂ）、基板２１の厚みｗ＝１．６ｍｍ、比誘電率εｒ＝４。２である。マイクロストリップ１０とパッチアンテナ２０との間は、図１（Ｂ）に示す如く、直接にはカップリング（電磁結合）しない程度に離隔されており、よってマイクロストリップ１０に結合損は生じない。カップリングが生じない距離の目安は、例えば基板１１の厚みｈ（０．５ｍｍ）の３倍以上である。また、パッチアンテナ２０の厚みｗについては例えば１．６ｍｍと厚めにすることで、パッチアンテナ２０の受信感度を高くしている。
【００１９】
放射損成分はマイクロストリップ１０の材質や形状により一定の割合で放射されるため、放射損の一部をモニタする本実施の形態では、主信号レベルに依存せずに、一定の割合で高周波電力をモニタできる。また、主信号線路で必然的に損失となるような放射成分を利用するため、従来のように主信号電力の一部を取り出す必要が無く、伝送損失を低減できる。また、モニタ回路の全体を金属筐体１４，１５で覆うことにより、外部からの不要な電波を遮断でき、主信号線路１０の高周波電力のみを正確にモニタできる。
【００２０】
図２は第１の実施の形態による高周波電力モニタ回路の伝達特性を示す図で、図１と図５のモニタ回路を電磁界シミュレータで解析した結果を示している。図中、点線は図５の方向性結合器５０を使用した場合、実線は図１のアンテナ２０を使用した場合にそれぞれ対応し、特性Ｌ１，Ｌ２は入力ポートＩＰから出力ポートＯＰへの伝達特性を表し、特性Ｍ１，Ｍ２は入力ポートＩＰからモニタポートＭＰへの伝達特性を表す。
【００２１】
１０ＧＨｚの付近で見ると、アンテナ２０を使用したモニタ回路の伝送損失は方向性結
合器５０を使用したものに比べて約０．１ｄＢ程度改善されており、ハイパワーとなる出力段では無視できない差となっている。また、図２の特性曲線より両回路２０，５０の中心周波数は略９．９ＧＨｚであることが読み取れるが、モニタ電力の周波数特性は中心周波数からずれた９．７〜９．８ＧＨｚ及び１０〜１０．２ＧＨｚの帯域で、アンテナ２０を使用した場合のモニタレベルＭ２の方が方向性結合器５０を使用した場合のモニタレベルＭ１よりも明らかに大きくなっており、アンテナ２０を使用した場合は中心周波数（この例では９．９ＧＨｚ）から僅かに（１０〜２０％程度）ずれた帯域でモニタするのが有利であることが分かる。
【００２２】
そこで、図示しないが、好ましくは、モニタ信号の抽出線路に９．７〜９．８ＧＨｚ又は１０〜１０．２ＧＨｚの信号を通過させるフィルタ回路を設けることで、高周波電力をこの帯域の信号を中心にモニタすることが可能である。
【００２３】
図３は第２の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図で、金属製蓋部材１５の裏面にパッチアンテナ２０を実装した場合を示している。図３（Ａ）はモニタ回路の斜視図、図３（Ｂ）はモニタ回路をｙ軸方向に見た側面図を示している。このパッチアンテナ２０は、予め金属製蓋部材１５の裏面に誘電体基板２１の背面（図の上面）を貼り付け、該基板２１の表面に平面矩形状（ａ≒ｂ）のアンテナ導体２４を設けて構成されている。更に、アンテナ２０の略中央部に同軸コネクタ４０を貫通させ、その外部導体４１を接地導体２３（蓋部材１５）に接続し、かつ中心導体４２をアンテナ導体２４に接続している。この蓋部材１５を金属筐体１４に取り付けるとモニタ回路ができあがると共に回路全体がシールドされる。本実施の形態ではモニタポートＭＰ（受電点，給電点に相当）をパッチアンテナ２０の端部（縁部）より内側に接続できるため、インピーダンス整合が容易に得られ、受信特性が改善される。
【００２４】
図４は第３の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図で、モニタ回路をアレーアンテナで構成した場合を示している。図４（Ａ）にモニタ回路の斜視図、図４（Ｂ）にモニタ回路をｙ軸方向に見た側面図を示す。誘電体基板１１上の主信号線路１０に対してカップリングが生じない位置に複数の素子アンテナ３１ａ〜３１ｃを所定間隔で配置する。各素子アンテナ３１ａ〜３１ｃのサイズは図１と同様で良く、これらを伝送線１０に沿って各素子３１ａ〜３１ｃの受信出力が同相合成されるような素子間隔で配置することでアレーアンテナ３０を構成する。同相合成するために位相調整が必要となるような場合には、各素子アンテナ間に線路長を変える様な移相回路を設けても良い。こうして、主信号線路１０から放射される漏れ電波をアレーアンテナ３０で受信することにより主信号線路１０に流れる高周波電力を高いアンテナ利得でモニタする。また、このようなモニタ回路の全体を金属筐体１４と蓋部材１５とでシーリド（密封）することにより、内部空間における電波伝搬の状態も安定するので、良好な受信特性が得られる。
【００２５】
なお、上記実施の形態では平面アンテナとして矩形状パッチアンテナの例を述べたが、これに限らない。アンテネ導体の平面視形状は円形や楕円形でもよい。また、平面アンテナ以外にも半波長ダイポールアンテナやモノポールアンテナなど、様々な立体形状の高周波アンテナを用い得る。
【００２６】
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態による高周波電力モニタ回路の伝達特性を示す図である。
【図３】第２の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図である。
【図４】第３の実施の形態による高周波電力モニタ回路の構成を示す図である。
【図５】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  マイクロストリップ
１１，２１  誘電体基板
１２  ストリップ導体
１３，２３  接地導体
１４  金属筐体
１５  蓋部材
２０  アンテナ
２２，２４  アンテナ導体
３０  アレーアンテナ
３１  素子アンテナ
【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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