(57)【要約】【課題】広帯域化が可能なマイクロストリップ線路デュプレクサ及び送受信装置を容易に提供する。【解決手段】共通のアンテナを介して受信又は送信される電磁波を、周波数分離するものであって、高域側バンドパスフィルタと、低域側バンドパスフィルタと、前記両バンドパスフィルタ間を電気的に接続する伝送路からなり、前記各バンドパスフィルタ及び前記伝送路はマイクロストリップ線路から構成されたマイクロストリップ線路デュプレクサにおいて、前記高域側バンドパスフィルタはλ／２短絡端型とし、前記低域側バンドパスフィルタはλ／４開放端型としたマイクロストリップ線路デュプレクサ。【選択図】      図３
2005094095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通のアンテナを介して受信又は送信される電磁波を、周波数分離するものであって、高域側バンドパスフィルタと、低域側バンドパスフィルタと、前記両バンドパスフィルタ間を電気的に接続する伝送路からなり、前記各バンドパスフィルタ及び前記伝送路はマイクロストリップ線路から構成されたマイクロストリップ線路デュプレクサにおいて、
前記高域側バンドパスフィルタはλ／２短絡端型とし、前記低域側バンドパスフィルタはλ／４開放端型としたことを特徴とするマイクロストリップ線路デュプレクサ。
【請求項２】
共通のアンテナを介して受信又は送信される電磁波を、周波数分離するものであって、λ／２短絡端型の高域側バンドパスフィルタと、λ／４開放端型の低域側バンドパスフィルタと、前記両バンドパスフィルタ間を電気的に接続する伝送路からなり、前記各バンドパスフィルタ及び前記伝送路はマイクロストリップ線路から構成されたマイクロストリップ線路デュプレクサと、
前記マイクロストリップ線路デュプレクサの入力及び出力を所定値に増幅する増幅器と、
を備えた送受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共通のアンテナを介して受信又は送信される電磁波を、周波数分離するマイクロストリップ線路デュプレクサ及びこれを備えた送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線方式の送受信装置の一例として、図１に示すように送信機（図示しない送信回路と増幅器を含む）１と、受信機（図示しない受信回路と増幅器を含む）２と、これらの両者間に周波数を分離する(周波数によって伝播伝送される回路を選択する)マイクロストリップ線路デュプレクサ(以下デュプレクサと称する)３と、電磁波の送信又は受信を行なう共通のアンテナ４とから構成されたものがある。
【０００３】
ここで、従来のデュプレクサ３Ｄの概略構成について図１０を参照して説明する。デュプレクサ３Ｄは、λ／４開放端型の低域側ＢＰＦ３１Ｄとλ／４開放端型の高域側ＢＰＦ３２Ｄと、この両者間を電気的に接続する低域側ＢＰＦ伝送路３３Ｄ及び高域側ＢＰＦ伝送路３４Ｄからなっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような構成のものにおいて、Ｔ分岐部（共通ポート）Ａの分岐点（結合点）ａに有するアンテナ（図示しない）から入力された電磁波は、伝送路３３Ｄを介して低域側ＢＰＦ３１Ｄ及び伝送路３４Ｄを介して高域側ＢＰＦ３２Ｄに入力される。具体的には、アンテナ（図示しない）から入力された電磁波は、伝送路３３Ｄ上にあるＴ分岐部Ａの分岐点ａ、伝送路３３Ｄを介して低域側ＢＰＦ３１Ｄの端面ｂを介して低域側ＢＰＦ３１Ｄに入力される。また、Ｔ分岐部Ａに有するアンテナ（図示しない）から入力された電磁波は、伝送路３４Ｄ上にあるＴ分岐部Ａの分岐点ａ、伝送路３４Ｄを介して高域側ＢＰＦ３２Ｄの端面ｃを介して高域側ＢＰＦ３２Ｄに入力される。ＢＰＦ３１Ｄ、３２Ｄにおいてそれぞれ特定の周波数帯の電磁波みを通過、つまり周波数帯に存在する電磁波が分離され、ＢＰＦ３１Ｄ側のポートＢ、ＢＰＦ３２Ｄ側のポートＣから出力される。
【０００５】
この場合、低域側ＢＰＦ３１Ｄ単体の周波数通過特性は、図６のようになり、また高域側ＢＰＦ３２Ｄ単体の周波数通過特性は、図１２のようになる。
【０００６】
このような低域側ＢＰＦ３１Ｄと高域側ＢＰＦ３２Ｄを組合せ、図１０に示すようにＢＰＦ３１Ｄ、ＢＰＦ３２Ｄの間を単に伝送路により電気的に接続してデュプレクサ３Ｄを構成した場合には、次のような問題点が発生することがある。すなわち、図１１に示すように低域側ＢＰＦ３１Ｄにおいて通過させたい周波数帯である６００ＭＨｚにおいて、５ｄＢ程度の利得が下がり、高出力が得られないことがある。このことは、特に帯域が広がり、且つ帯域幅が接近する場合に多い。
【０００７】
このことは近年、周波数帯域の利用効率を高めるために、送信周波数の通過帯域が例えば４００〜６００ＭＨｚ及び受信周波数の通過帯域が例えば７００〜９００ＭＨｚと広がり、かつ送信周波数の上限値と受信周波数の下限値、つまり帯域相互間隔が接近する傾向にあり、このため周波数の分離（周波数の切り分け）が困難になりつつある。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、広帯域化が可能なマイクロストリップ線路デュプレクサ及び送受信装置を容易に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、共通のアンテナを介して受信又は送信される電磁波を、周波数分離するものであって、高域側バンドパスフィルタと、低域側バンドパスフィルタと、前記両バンドパスフィルタ間を電気的に接続する伝送路からなり、前記各バンドパスフィルタ及び前記伝送路はマイクロストリップ線路から構成されたマイクロストリップ線路デュプレクサにおいて、前記高域側バンドパスフィルタはλ／２短絡端型とし、前記低域側バンドパスフィルタはλ／４開放端型としたことを特徴とするマイクロストリップ線路デュプレクサである。
【００１０】
前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、共通のアンテナを介して受信又は送信される電磁波を、周波数分離するものであって、λ／２短絡端型の高域側バンドパスフィルタと、λ／４開放端型の低域側バンドパスフィルタと、前記両バンドパスフィルタ間を電気的に接続する伝送路からなり、前記各バンドパスフィルタ及び前記伝送路はマイクロストリップ線路から構成されたマイクロストリップ線路デュプレクサと、前記マイクロストリップ線路デュプレクサの入力及び出力を所定値に増幅する増幅器と、を備えた送受信装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、広帯域化が可能なマイクロストリップ線路デュプレクサ及び送受信装置を容易に提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るデュプレクサ及び送受信装置の実施形態について図面を参照して説明する。送受信装置の実施形態は、図１に示すように、送信機（図示しない送信回路と増幅器を含む）１と、受信機（図示しない受信回路と増幅器を含む）２と、これらの両者間に周波数を分離する(周波数によって伝播伝送される回路を選択する)マイクロストリップ線路デュプレクサ(以下デュプレクサと称する)３と、電磁波の送信又は受信を行なう共通のアンテナ４とから構成されている。
【００１３】
デュプレクサ３の実施形態は、図３に示すように、λ／４開放端型の低域側バンドパスフィルタ(以下低域側ＢＰＦと称す)３１と、λ／２短絡端型の高域側バンドパスフィルタ(以下高域側ＢＰＦと称する)３２と、この両者間を電気的に接続する低域側ＢＰＦ補正伝送路３３と高域側ＢＰＦ補正伝送路３４とからなり、これらは図２に示すマイクロストリップ線路５から構成されている。低域側ＢＰＦ３１と低域側ＢＰＦ補正伝送路３３とは接合端面ｂで、高域側ＢＰＦ３２と高域側ＢＰＦ補正伝送路３４とは接合端面ｃで結合している。
【００１４】
ＢＰＦを２つ結合させてデュプレクサを構成する場合、各ＢＰＦの特性を保持するために反射角を整合させる。このため、それぞれのＢＰＦを通過する信号の周波数に応じて、低域側ＢＰＦ補正伝送路３３と高域側ＢＰＦ補正伝送路３４及びアンテナとの接続線からなるＴ分岐部Ａの分岐点ａから各ＢＰＦ端面ｂ，ｃまで所定の補正伝送路長が必要となる。
【００１５】
Ｔ分岐部Ａにおける補正伝送路３３、３４の数式表現は以下の通りである。
【００１６】
ＬＬ：低域側ＢＰＦ補正伝送路３３の長さ［ｍ］
ＬＨ：高域側ＢＰＦ補正伝送路３４の長さ［ｍ］
λＬ：低域側ＢＰＦ中心周波数の基板内波長［ｍ］
λＨ：高域側ＢＰＦ中心周波数の基板内波長［ｍ］
（ただし、λＨ＞０、λＬ＞０、λＬ＞λＨ）
ＬＬ＝λＨ／２・λＬ／４（λＨ＞λＬ／２）
ＬＬ＝０（λＨ＜λＬ／２）
ＬＨ＝λＬ／４・λＨ／２（λＬ＞２λＨ）
ＬＨ＝０（λＬ＜２λＨ）
一方、従来の技術であるλ／４開放端型ＢＰＦを２つ組み合せてデュプレクサを構成すると補正伝送路長は下記のようになる。
【００１７】
ＬＬ：低域側ＢＰＦ補正伝送路３３Ｄの長さ［ｍ］
ＬＨ：高域側ＢＰＦ補正伝送路３４Ｄの長さ［ｍ］
λＬ：低域側ＢＰＦ中心周波数の基板内波長［ｍ］
λＨ：高域側ＢＰＦ中心周波数の基板内波長［ｍ］
（ただし、λＨ＞０、λＬ＞０、λＬ＞λＨ）
ＬＬ＝λＨ／２・λＬ／４（λＨ＞λＬ／２）
ＬＬ＝０（λＨ＜λＬ／２）
ＬＨ＝λＬ／２・λＨ／４
このように従来の技術はＬＨ＞ＬＬを示している。本実施形態と従来の技術とを比較すると、ＬＬは同じであるが、ＬＨは本実施形態の方が従来の技術と比較して短くなる。ＬＨを短くすることによって効果的に広帯域の整合を取ることができる。
【００１８】
補正伝送路の位相角変化そのものが周波数特性を持ち、補正伝送路の長さが長くなるにつれて同じ周波数間隔での位相変化量は大きくなる。従って、ＢＰＦを広帯域で整合させてデュプレクサを構成するためには補正伝送路長はなるべく短い方が望ましい。このため、
本発明を用いると高品質の広帯域デュプレクサを提供することを容易にする。
【００１９】
マイクロストリップ線路５は、図２に示すように絶縁層を構成する基板本体５１の両面に、信号層５２と基準電位層(接地電位層)５３を備え、信号層５２と基準電位層５３は、基板本体（絶縁層）５１に形成されたスルーホール５４によって電気的に接続されている。マイクロストリップ線路５は、基板そのもののパターンニングで作られることから、従来から多く使用されている。
【００２０】
このように構成された本実施形態のデュプレクサ３は、送信周波数の通過帯域を４００〜６００ＭＨｚと、受信周波数の通過帯域を例えば７００〜９００ＭＨｚに分離するものである。このように構成することにより、デュプレクサの特性は、図４の実験結果のように、くずれない（なまらない）。
【００２１】
λ／２短絡端型の高域側ＢＰＦ３２のインピーダンスをスミスチャートに示すと、図７のようになる。ここで、スミスチャートは、ガウス個平面上に反射係数、インピーダンス、位相角を重ねて描いたものである。スミスチャートにおいて、抵抗成分はマイナスはない。
【００２２】
図７は、図３においてλ／２短絡端型の高域側ＢＰＦ３２の端面ｃから高域側ＢＰＦ３２側をみた入力インピーダンスである。図７において、低域周波数帯３２ｂのインピーダンスの位相角度は開放近傍に示される。従って、補正伝送線路３４の長さは短く、もしくは必要なくなるので、低域周波数帯３２ｂのインピーダンスの広がりは最小限に抑えられる。その結果、低域周波数帯３２ｂのインピーダンスの全帯域において開放とみなすことができる。
【００２３】
図３において、λ／２短絡端型の高域側ＢＰＦ３２とλ／４開放端型の低域側ＢＰＦ３１とを、補正伝送路３３、３４を介して組み合わせて構成したデュプレクサとすることで、Ｔ結合部Ａの分岐点ａにおいて低域側ＢＰＦ３１の高域周波数帯域と、高域側ＢＰＦ３２の低域周波数帯域３２ａの入力インピーダンスがいずれも開放近傍であるため、両方のＢＰＦ３２、３１の特性劣化が最小限に抑えられる。その結果、デュプレクサの広帯域化が可能になる。
【００２４】
これに対して従来の技術と比較検討を行なう。図１０において、λ／４開放端型の高域側ＢＰＦ３２Ｄの伝送路３４Ｄとしてその長さを何等考慮しない補正前における伝送路の場合のインピーダンスを示したのが、図１３のスミスチャートである。
【００２５】
図１３は、図１０において、高域側ＢＰＦ３２Ｄの端面ｃから高域側ＢＰＦ３２Ｄ側をみた入力インピーダンスを示している。高域周波数帯のインピーダンス３２ｂはスミスチャート中央部（反射係数が０近傍）に示される。これに対し、低域周波数帯のインピーダンス３２ａはスミスチャート外周部（反射係数が１近傍）に示される。ＢＰＦがλ／４開放端で構成されている場合、低域周波数帯のインピーダンス３２ｂはスミスチャート下半部（反射位相角が１８０〜３６０度）に示される。
【００２６】
図１０において、伝送線路３４ＤをＢＰＦ３２Ｄに結合することでＴ分岐部の分岐点ａからみたＢＰＦ３２Ｄの入力インピーダンスをスミスチャート上で右回転させることができる。しかし、伝送線路３４Ｄが一定の場合、反射位相角は周波数によって異なる。その結果、伝送線路３４Ｄを用いて位相を回転させると伝送線路３４Ｄの長さに比例して周波数軌跡が広がる。このため、デュプレクサを広帯域化するためには補正伝送線路３４Ｄの長さがなるべく短いことが望ましい。
【００２７】
このようなことから、図１４は、図１０を伝送線路３４Ｄを介してＴ分岐部Ａの分岐点ａから高域側ＢＰＦ３２Ｄをみた入力インピーダンスを示す。この場合、伝送線路長３４Ｄが比較的長いため、低域周波数帯３２ｂｃのインピーダンス範囲が広がる。従って低域周波数帯３２ｂｃの帯域の一部は開放とみなすことができない。なお、図１４において高域周波数帯３２ａｃの帯域も示している。
【００２８】
図８は、図１０において、低域側ＢＰＦ３１Ｄの場合、Ｔ分岐部Ａの分岐点ａから３１Ｄを見た高域周波数帯のインピーダンス３１ｂが開放（反射係数が１、位相角度が０度）近傍でなければならない。従って、低域側の伝送線路３３Ｄの長さは、低域側ＢＰＦ３１Ｄにおける高域周波数帯のインピーダンス３１ｂの位相角度によって決定される。反射位相角が比較的小さいため、伝送線路３３Ｄの長さは短くなる。
【００２９】
図９は、図１０において伝送線路３３Ｄの代わりに補正伝送線路を介してＴ分岐部Ａの分岐点ａから低域側ＢＰＦ３１Ｄをみた入力インピーダンスを示している。補正伝送線路長が比較的短いため、高域周波数帯のインピーダンスの全帯域において位相角度はほぼ０度近傍にあり、開放とみなすことができる。
【００３０】
なお、図３において、伝送路３３、３４は、所定の帯域の周波数のみを通過させるためＴ分岐部ａから端部を見たときの特性インピーダンスが５０［Ω］、該通過帯域以外の周波数を通過させないためＴ分岐部ａから端部を見たときの特性インピーダンスが∞［Ω］となるようにするため、つまり、Ｔ分岐部Ａの分岐点ａと低域側ＢＰＦ３１及び高域側ＢＰＦ３２Ｄとの間のインピーダンスマッチングを取るために配設され、これらは前述のマイクロストリップ線路５から構成され、マイクロストリップ線路５の幅で５０［Ω］を設定し、マイクロストリップ線路５の長さで∞［Ω］を設定している。
【００３１】
本発明は、以上述べた実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で種々変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るマイクロストリップ線路デュプレクサを備えた送受信装置の概略構成図。
【図２】図１のマイクロストリップ線路を示す断面図。
【図３】本発明に係るマイクロストリップ線路デュプレクサの一実施形態を示す概略構成図。
【図４】本発明に係るマイクロストリップ線路デュプレクサの通過特性を示す図。
【図５】本発明に係るλ／２短絡端型の高域側バンドパスフィルタの通過特性を示す図。
【図６】本発明及び従来のλ／４開放端型の低域側バンドパスフィルタの通過特性を示す図。
【図７】本発明に係るλ／２短絡端型の高域側バンドパスフィルタの入力インピーダンス等を示すスミスチャート。
【図８】本発明及び従来のλ／４開放端型の低域側バンドパスフィルタの入力インピーダンス等を示すスミスチャート。
【図９】本発明及び従来のλ／４開放端型の低域側バンドパスフィルタの入力インピーダンス等であって補正後を示すスミスチャート。
【図１０】従来のマイクロストリップ線路デュプレクサの一実施形態を示す概略構成図。
【図１１】従来のマイクロストリップ線路デュプレクサの通過特性を示す図。
【図１２】従来のλ／４開放端型の高域側バンドパスフィルタの通過特性を示す図。
【図１３】従来のλ／４開放端型の高域側バンドパスフィルタの入力インピーダンス等を示すスミスチャート。
【図１４】図１０の伝送線路を介してＴ結合部から高域側ＢＰＦを見た入力インピーダンス等を示すスミスチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１…送信機、２…受信機、３，３Ｄ…マイクロストリップ線路デュプレクサ、４…アンテナ、５…マイクロストリップ線路、３１，３１Ｄ…低域側バンドパスフィルタ、３２，３２Ｄ…高域側バンドパスフィルタ、３３，３３Ｄ…低域側ＢＰＦ補正伝送路、３４，３４Ｄ…高域側ＢＰＦ補正伝送路、５１…基板本体、５２…信号層、５３…基準電位層、５４…スルーホール。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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