(57)【要約】【課題】送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失、雑音指数、群遅延特性の劣化を抑え、且つ発振動作を防止するようにした送受信フィルタ装置およびそれを用いた通信装置を提供する。【解決手段】アンテナＡＮＴが接続される第１のポート＃１と、送受信回路１０が接続される第２のポート＃２との間に第１・第２の伝送経路Ｐ１，Ｐ２を備え、第１の伝送経路Ｐ１に受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ２′、増幅回路ＬＮＡおよび９０°ハイブリッド回路１２，１４を設ける。第２の伝送経路Ｐ２には送信フィルタＴｘ１を設ける。ＬＮＡで増幅された受信信号は９０°ハイブリッド回路１２，１４を経由してポート＃２側へ伝送されるが、第２の伝送経路Ｐ２側へは伝送されない。送信信号はポート＃２から第２の伝送経路Ｐ２側へ伝送される。これにより受信信号の正帰還による発振を防止する。【選択図】　図４
2004112106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナが接続される第１のポートと送受信回路が接続される第２のポートとの間に、受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備えた第１の伝送経路と、送信信号を通過させる第２の伝送経路とを備えてなる送受信フィルタ装置において、
第１の伝送経路と第２の伝送経路とによって構成されるループでの受信信号の正帰還を防止する素子を前記ループ中に備えたことを特徴とする送受信フィルタ装置。
【請求項２】
前記第２の伝送経路は、送信信号を通過させ受信周波数帯域の信号を阻止する送信フィルタを備え、前記第１の伝送経路の前記増幅回路の出力側で且つ第１の伝送経路と第２の伝送経路との接続部分に、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する、方向性を有する回路を設けた請求項１に記載の送受信フィルタ装置。
【請求項３】
前記方向性を有する回路は、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する結合線路形方向性結合器と、前記増幅回路で増幅された受信信号を終端する終端抵抗とからなる請求項２に記載の送受信フィルタ装置。
【請求項４】
前記方向性を有する回路は、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する９０°ハイブリッド回路と、前記増幅回路で増幅された受信信号を終端する終端抵抗とからなる請求項２に記載の送受信フィルタ装置。
【請求項５】
前記９０°ハイブリッド回路を複数段に構成した請求項４に記載の送受信フィルタ装置。
【請求項６】
前記方向性を有する回路は、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送するサーキュレータからなる請求項２に記載の送受信フィルタ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の送受信フィルタ装置の第１ポートに送受兼用のアンテナを接続し、第２ポートに送受信回路を接続してなる通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、送受信信号を選択通過させる送受信フィルタ装置およびそれを備えた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体通信システムにおける基地局には、塔頂のアンテナと送受信回路との間に、受信信号を増幅する増幅回路を備えた送受信フィルタ装置が設けられている。
【０００３】
例えば特許文献１には、アンテナを接続する第１のポートと送受信回路を接続する第２のポートとの間に、第１・第２の伝送経路を備えた送受信フィルタ装置が示されている。
ここで、その構成を図８に示す。図８においてＡＮＴはアンテナ、１０は送受信回路、Ｐ１は受信信号を通過させる第１の伝送経路、Ｐ２は送信信号を通過させる第２の伝送経路である。この第１の伝送経路Ｐ１には、受信信号を通過させる帯域通過特性を有する受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２と増幅回路ＬＮＡが備えられている。第２の伝送経路Ｐ２には、受信信号のみを阻止する帯域阻止特性を有する送信フィルタＴｘ１が設けられている。
【０００４】
このような構成により、アンテナＡＮＴから入力された受信信号は第１の伝送経路Ｐ１で増幅されて送受信回路１０へ送られ、送受信回路１０からの送信信号は第２の伝送経路Ｐ２を経由してアンテナＡＮＴへ送られる。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第０２／３１９９７号パンフレット
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図８に示したように、第１・第２の伝送経路Ｐ１，Ｐ２を備え、その経路に増幅回路を備えている場合、２つの伝送経路がフィードバックループを構成する場合がある。すなわち、送信フィルタＴｘ１は送信周波数帯域を通過させ、受信周波数帯域を阻止するが、この送信フィルタの受信周波数帯域近傍の減衰量が良好でないと、増幅回路ＬＮＡの出力信号がＲｘ２→Ｔｘ１→Ｒｘ１→ＬＮＡの経路で正帰還され発振してしまう。この発振を抑えるためには、ループゲインが１以下となるように、送信フィルタＴｘ１の受信周波数帯域での減衰量を大きく確保する必要があり、送信フィルタＴｘ１の受信周波数帯の阻止帯域幅を拡大するか、または受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２の通過帯域幅を縮小する必要が生じる。その結果、送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失（ＩＬ：Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ　Ｌｏｓｓ　）、雑音指数（ＮＦ：Ｎｏｓｅ　Ｆｉｇｕｒｅ）、群遅延（ＧＤ：Ｇｒｏｕｐ　Ｄｅｌａｙ）特性が劣化するという問題が生じる。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、送信周波数帯域または受信周波数帯域の挿入損失、雑音指数、群遅延特性の劣化を抑え、且つ発振動作を防止するようにした送受信フィルタ装置およびそれを用いた通信装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アンテナが接続される第１のポートと送受信回路が接続される第２のポートとの間に、受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備えた第１の伝送経路と、送信信号を通過させる第２の伝送経路とを備えてなる送受信フィルタ装置において、第１の伝送経路と第２の伝送経路とによって構成されるループでの受信信号の正帰還を防止する素子をそのループ中に備えたことを特徴としている。
【０００９】
この受信信号の正帰還を防止する素子によって、受信信号が第２の伝送経路を経由して第１の伝送経路の入力側へ戻るという正帰還が無くなり、発振動作を阻止することができる。
【００１０】
また、この発明は、前記第２の伝送経路が、送信信号を通過させ受信周波数帯域の信号を阻止する送信フィルタを備え、前記第１の伝送経路の前記増幅回路の出力側で且つ第１の伝送経路と第２の伝送経路との接続部分に、増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する、方向性を有する回路を設けたことを特徴としている。
【００１１】
この構成により、第１の伝送経路を経由する受信信号は第２のポート側へ送られ、第２の伝送経路側へは伝送されないので、受信信号の正帰還が絶たれ、発振が防止できる。
【００１２】
また、この発明は、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する結合線路形方向性結合器と、増幅された受信信号を終端する終端抵抗とで前記方向性を有する回路を構成したことを特徴としている。
【００１３】
また、この発明は、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する９０°ハイブリッド回路と、増幅された受信信号を終端する終端抵抗とで前記方向性を有する回路を構成したことを特徴としている。
【００１４】
また、この発明は、前記９０°ハイブリッド回路を複数段に構成したことを特徴としている。
【００１５】
また、この発明は、前記増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送し、且つ第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送するサーキュレータにより前記方向性を有する回路を構成したことを特徴としている。
【００１６】
さらに、この発明は、送受兼用のアンテナと送受信回路とを備え、このアンテナと送受信回路との間に前記送受信フィルタ装置を設けて通信装置を構成したことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を図１に示す。図１においてＡＮＴは基地局のアンテナ、送受信回路１０は基地局において通信信号の送受信を行う回路である。図１においてアンテナＡＮＴと送受信回路１０を除いた部分が送受信フィルタ装置１００である。
【００１８】
この送受信フィルタ装置１００の第１のポート＃１にアンテナＡＮＴを接続し、第２のポート＃２に送受信回路１０を接続している。この送受信フィルタ装置１００は、アンテナＡＮＴと共に基地局の塔頂部分に配置される。Ｒｘ１，Ｒｘ２は受信周波数帯域の信号を通過させ、送信周波数帯域の信号を阻止する帯域通過特性を有する受信フィルタである。ＬＮＡは低雑音増幅回路である。この２つの受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２は増幅回路ＬＮＡの入力側と出力側にそれぞれ設けるとともに、これらを第１の伝送経路Ｐ１に備えている。
【００１９】
Ｔｘ１は送信周波数帯域の信号を通過させ、受信周波数帯域の信号を阻止する帯域阻止フィルタ特性を有する送信フィルタである。この送信フィルタＴｘ１を第２の伝送経路Ｐ２に備えている。
【００２０】
１１は結合線路型の方向性結合器である。この方向性結合器１１は、そのポート▲１▼−▲３▼間の線路と、ポート▲２▼−▲４▼間の線路とが結合して、▲１▼−▲４▼間および▲３▼−▲２▼間をそれぞれ分離する。この方向性結合器１１のポート▲２▼は第２のポート＃２に、ポート▲４▼は送信フィルタＴｘ１に、それぞれ接続している。また、ポート▲１▼は受信フィルタＲｘ２に接続している。さらに、ポート▲３▼は抵抗Ｒで終端させている。
【００２１】
したがって、方向性結合器１１のポート▲１▼からの入力信号はポート▲２▼およびポート▲３▼へ出力される。またポート▲２▼からの入力信号はポート▲４▼へ出力される。これにより、アンテナＡＮＴからの受信信号は受信フィルタＲｘ１を通過し、増幅回路ＬＮＡで増幅され、受信フィルタＲｘ２を通過し、方向性結合器１１を経由して第２のポート＃２へ出力される。また、送受信回路１０からの送信信号は第２のポート＃２から入力され、方向性結合器１１を経由し、送信フィルタＴｘ１を通過して第１のポート＃１からアンテナＡＮＴへ出力される。受信フィルタＲｘ２から出力される受信信号は第２の伝送経路Ｐ２側へは戻らないので正帰還がかからず、発振することは無い。そのため、送信フィルタＴｘ１の受信周波数帯域の阻止帯域幅を無理に拡大したり、受信フィルタＲｘ１，Ｒｘ２の通過帯域幅を必要以上に縮小する必要が無く、送信信号または受信信号の挿入損失、雑音指数、群遅延特性が劣化することもない。
【００２２】
次に、第２の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を図２に示す。この例では、第１の伝送経路Ｐ１と第２の伝送経路Ｐ２との接続部分に、９０°ハイブリッド回路１２，１３および受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′を設けている。
【００２３】
９０°ハイブリッド回路（以下単に「ハイブリッド回路」と言う。）１２，１３は、信号の伝送方向に方向性を有する電力２等分回路である。ハイブリッド回路１２は、ＬＮＡで増幅された受信信号を電力２等分し、ハイブリッド回路１３は受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′を通過した受信信号をポート＃２側へ出力する。後述するように、受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′を通過した受信信号は第２の伝送経路Ｐ２側へは伝送されない。
【００２４】
この２つの９０°ハイブリッド回路１２，１３の間に設けた受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′は、受信周波数帯域を通過させ、送信周波数帯域を阻止する。このことによって、ポート＃２から第１の伝送経路Ｐ１へ流入される送信信号の伝送を阻止する。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
【００２５】
図３はハイブリッド回路１２，１３の動作について示している。ハイブリッド回路１２，１３の４辺を成す線路部分をＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄで表している。ここでＬｃ，ＬｄのインピーダンスをＺｏとすれば、Ｌａ，ＬｂのインピーダンスはＺｏ／√２の関係にある。また、これらの線路の電気長はそれぞれ伝送周波数の１／４波長としている。これにより、ハイブリッド回路１２に入力された受信信号は互いに逆位相の関係にある２つの信号に電力２等分され、それぞれ受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′に入力される。この２つの受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′のフィルタ特性は略等しい。この受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′を通過した信号は、ハイブリッド回路１３で再び位相合成されてポート＃２方向へ伝送される。図中破線で示す方向へ伝送されようとする信号は逆位相で合成されるので、打ち消されて伝送されない。すなわち、２組のハイブリッド回路１２，１３の間に受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′を挿入したことにより、受信信号を分岐し、再び合成するとき、ポート＃２方向には同相で重ね合わせられ、ポート＃１方向へは逆相で重ね合わされる、
また、ポート＃２から入力される送信信号は、ハイブリッド回路１３を経由して受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′へ入力されるが、その信号は受信フィルタＲｘ２，Ｒｘ２′によって阻止されるので、図２に示した増幅回路ＬＮＡの出力側へ入力されることはない。そのため、増幅回路ＬＮＡが破壊されたり、相互変調歪などの歪が生じたりすることもない。
このように、受信信号がポート＃２方向へ方向性をもって伝送されるので、図２に示した２つの伝送経路Ｐ１，Ｐ２によるループで受信信号が正帰還されることはない。
【００２６】
次に、第３の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を図４〜図６を参照して説明する。
図４は送受信フィルタ装置のブロック図である。図２に示した送受信フィルタ装置と基本構成は同一である。この例では、２つの９０°ハイブリッド回路のうち一方の９０°ハイブリッド回路１４を２段構成にしている。その他は図２に示した構成と同様である。
【００２７】
図５は、上記ハイブリッド回路１４部分の構成を示している。ここで、線路Ｌ１〜Ｌ７はそれぞれ伝送周波数で１／４波長の電気長を備えている。また、各線路のインピーダンスは次の通りである。
【００２８】
Ｌ１〜Ｌ４　３５．９５Ω
Ｌ５，Ｌ６　１０５．２３Ω
Ｌ７　４７．２６Ω
図６はこの２段構成のハイブリッド回路の特性を示している。ここで、縦軸は通過損失または反射損失であり、ｄＢで表している。また受信周波数帯域の中心周波数は１９５０ＭＨｚ、送信周波数帯域は１９２０〜１９８０ＭＨｚ以外である。ここで、丸のマークを付した曲線はポート▲１▼→▲２▼方向の通過特性（Ｓ２１特性）、四角のマークを付した曲線はハイブリッド回路のポート▲２▼→▲３▼方向への通過特性（Ｓ３２特性）、下向きの三角マークを付した曲線は▲１▼→▲３▼方向の通過特性（Ｓ３１特性）、上向きの三角マークを付した曲線はポート▲１▼の反射特性（Ｓ１１特性）である。
【００２９】
このように、９０°ハイブリッド回路を２段にすることによって、Ｓ３２特性は、送信周波数帯域を含む広い周波数帯域に亘って略０ｄＢを保ち、低挿入損失特性が得られている。したがって、送信信号はポート▲２▼からポート▲３▼方向へ低損失で伝送される。また、Ｓ２１特性は、受信周波数帯域で略０ｄＢとなって、低挿入損失特性が得られている。したがって、受信信号はポート▲１▼からポート▲２▼方向へ低損失で伝送される。
【００３０】
このように９０°ハイブリッド回路を用いることによって送信周波数帯域の通過帯域を広くすることができる。なお、９０°ハイブリッド回路を３段以上設けてもよい。
【００３１】
次に、第４の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を図７に示す。この例では、第１の伝送経路Ｐ１と第２の伝送経路Ｐ２との接続部分にサーキュレータ１５を設けている。このサーキュレータ１５は、そのポート▲１▼→▲２▼方向、および▲２▼→▲３▼方向を順方向とするサーキュレータであり、伝送経路Ｐ１を経由する受信信号はサーキュレータ１５のポート▲１▼に入力され、ポート▲２▼からポート＃２方向へ伝送される。またポート＃２からサーキュレータ１５のポート▲２▼へ入力される送信信号は、ポート▲３▼から出力され、第２の伝送経路Ｐ２へ伝送される。
【００３２】
このような２ＧＨｚ帯のサーキュレータは低コストに作成できるため、送受信フィルタ装置全体の低コスト化が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
この発明によれば、アンテナが接続される第１のポートと送受信回路が接続される第２のポートとの間に、受信信号を増幅する増幅回路および受信周波数帯域の信号を通過させる受信フィルタを備えた第１の伝送経路と、送信信号を通過させる第２の伝送経路とを備えてなる送受信フィルタ装置において、受信信号が第２の伝送経路を経由して第１の伝送経路の入力側へ戻る正帰還が無くなり、発振動作を阻止することができる。そのため、第２の伝送経路における送信フィルタの阻止帯域（受信周波数帯域）幅を拡大したり、第１の伝送経路における受信信号の通過帯域幅を縮小したりする必要がなく、その結果、送信信号または受信信号の挿入損失、雑音指数、群遅延特性をそれぞれ改善できる。
【００３４】
また、この発明によれば、第１の伝送経路の増幅回路の出力側で且つ第１の伝送経路と第２の伝送経路との接続部分に、増幅回路で増幅された受信信号を第２のポート側へ伝送するとともに、第２のポートから入力された送信信号を第２の伝送経路へ伝送する方向性を有する回路を設けたことにより、第１の伝送経路を経由する受信信号は第２のポート側へ送られ、第２の伝送経路側へは伝送されないので、受信信号の正帰還が絶たれ、発振が確実に防止できる。
【００３５】
また、この発明によれば、前記方向性を有する回路を、結合線路形方向性結合器と終端抵抗とから構成したことにより、簡単な回路構成で発振動作を阻止することができる。
【００３６】
また、この発明によれば、前記方向性を有する回路を、９０°ハイブリッド回路と終端抵抗とから構成したことにより、簡単な回路構成で発振動作を阻止することができる。
【００３７】
また、この発明によれば、前記９０°ハイブリッド回路を複数段に構成したことにより、送信信号の通過帯域を広帯域化できる。
【００３８】
また、この発明によれば、前記方向性を有する回路をサーキュレータで構成したことにより、低コスト化を図ることができる。
【００３９】
さらに、この発明によれば、前記送受信フィルタ装置を送受兼用のアンテナと送受信回路との間に設けたことにより、送信信号または受信信号の挿入損失、雑音指数、群遅延特性がそれぞれ改善でき、低いデータ誤り率で高速伝送可能な通信性能に優れた通信装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図
【図２】第２の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図
【図３】同送受信フィルタ装置に備えたハイブリッド回路の構成を示す図
【図４】第３の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図
【図５】同送受信フィルタ装置に備えているハイブリッド回路の構成を示す図
【図６】同ハイブリッド回路の特性図
【図７】第４の実施形態に係る送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図
【図８】従来の送受信フィルタ装置を備えた通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１０−送受信回路
１１−方向性結合器
１２〜１４−９０°ハイブリッド回路
１５−サーキュレータ
１００−送受信フィルタ装置
Ｐ１−第１の伝送経路
Ｐ２−第２の伝送経路
ＡＮＴ−アンテナ
Ｔｘ１−送信フィルタ
Ｒｘ１，Ｒｘ２−受信フィルタ
ＬＮＡ−増幅回路
Ｒ−抵抗
【図１】
2004112106.tif 000003
【図２】
2004112106.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004112106.tif 000007
【図６】
2004112106.tif 000008
【図７】
2004112106.tif 000009
【図８】
2004112106.tif 000010