(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信器及び受信器を有する通信システムにおける信号同時送受信装置であって、受信周波数帯域を占める受信信号を受信する受信経路と、送信周波数帯域を占める送信信号を送信する送信経路とを有し、前記受信周波数帯域及び前記送信周波数帯域は分離されており、前記受信経路は前記受信信号を増幅する低ノイズ増幅段を含み、該低ノイズ増幅段の動作特性は、入力信号の所定の範囲の振幅に対しては線形性を示し、所定の範囲外の振幅に対しては飽和を示し、
前記低ノイズ増幅段の出力は、第１手段を介してインピーダンス手段に接続され、前記第１手段は、前記受信周波数帯域においては開回路を提供し、前記送信周波数帯域においては、前記低ノイズ増幅段の線形性により決定される最適負荷インピーダンスを提供し、
前記低ノイズ増幅段の出力は、第２手段を介してフィルタリング手段に接続され、前記第２手段は、前記送信周波数帯域においては開回路を提供し、前記受信周波数帯域においては、送信経路のインピーダンスに整合したインピーダンスを提供する、信号同時送受信装置。
【請求項２】
前記第１及び第２手段は、送信信号の１／４波長の長さを有するマイクロストリップラインセグメントにより形成される、請求項１記載の信号同時送受信装置。
【請求項３】
前記フィルタリング手段は、受信周波数を中心とし、帯域幅が受信周波数帯域と同じである帯域通過フィルタを有する、請求項２記載の信号同時送受信装置。
【請求項４】
前記フィルタリング手段は、送信周波数帯域を除去する帯域阻止フィルタを有する、請求項１又は２記載の信号同時送受信装置。
【請求項５】
送信周波数帯域を除去するフィルタリング手段が、受信アンテナ及び前記低ノイズ増幅段の間に設けられる、請求項１ないし４のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも一つの衛星又は地上基地局と通信を行うアンテナを有するタイプの端末であって、請求項１ないし５のうちいずれか一項に記載の信号同時送受信装置を有する端末。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信器及び受信器を有する通信システムにおける信号の同時送受信の分野に係わり、特に、本発明に掛かる装置を有する端末を衛星若しくは地上の基地局と接続する通信システムにおける信号送受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、周波数分割双方向通信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ；ＦＤＤ）として知られた技術を実行する遠隔通信システムが、双方向衛星通信の分野で独占的ではないものの一般的に使われている。
【０００３】
送信及び受信が同時に行われるため、更に先のような送受信装置では送信信号のレベルが高いため、受信経路は、送信器の増幅器出力がかなりのパワーであることが原因で送信経路に渡って送信された送信信号と結合されることによって生じた寄生信号によって乱される。この寄生信号は、受信経路の入力段階（しばしばトランジスタで構成され、そのドレイン電流及びバイアス電圧は低い）を飽和させるかもしれず、ゆえに適正な動作を妨げるかもしれない。この問題は、例えば符号分割多重アクセス方式（Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  Ａｃｃｅｓｓ；ＣＤＭＡ）などのかなりの瞬間最大振幅を示す一定でない包絡線を有するデジタル変調を採用する通信の場合、特に強調される。図１は、アンテナ１に接続された送受信装置の入出力構成を図示する。アンテナによって受信された信号は、低ノイズ増幅器（Ｌｏｗ−ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＬＮＡ）２によって表される入力段階に伝達される。ここで、出力段階は、アンテナに伝達されるべき信号を伝送する固体パワー増幅器（Ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ＳＳＰＡ）３によって表される。破線で示された矢印は、受信信号上の送信信号によって生じた、２つの経路間を結合する寄生を示す。
【０００４】
この寄生結合についての問題を解決するための一般的な技術は、受信経路内の寄生結合を除去するために送信信号に対して充分に効果的なフィルタリングを行うことである。従来、選択性に優れた帯域通過フィルタを含むダイプレクサは、送信周波数帯域と受信周波数帯域とを分離することが可能である。この解決方法は、２つの周波数帯域を効果的に分けることができるという利点を有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、低ノイズ増幅器の入力において追加的なインライン損失が生じ、結果として受信経路のノイズ因子が悪化する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術の問題点を避け、前述のような信号送受信装置の入力段階の性能を最適化する。
【０００７】
このため、本発明は、送信器及び受信器を有する通信システムにおいて、受信周波数帯域を占める受信信号を受信する受信経路と送信周波数帯域を占める送信信号を送信する送信経路とを有し、前記受信周波数帯域と前記送信周波数帯域とは分離され、受信経路は受信信号を増幅する手段を有する低ノイズ増幅器段を有し、上記手段の動作特性は、入力信号の振幅範囲に対しては線形性を有し、所定の入力信号の振幅の先では飽和を示す信号同時送受信装置であって、増幅手段が線形性を示すための最適負荷インピーダンスが定められ、受信周波数帯域においては開回路を、送信周波数帯域においては最適負荷インピーダンスと等しいインピーダンスを、増幅手段の出力に戻す手段が増幅手段の出力に設けられていることを特徴とする装置である。
【０００８】
よって、本発明は、比較的大きなパワーである送信周波数において送信経路から生じる寄生信号によって起こされる悪化を最小限にすることができる。よって、送信帯域における寄生信号のフィルタリングに関する制限は、受信チェーンの上流よりも緩やかになる。送信経路と受信経路との隔離が充分であれば、低ノイズ増幅段階の入力においてフィルタリングを実施する必要はなくなる。いずれにしても、このフィルタの制限の緩和によって入力フィルタのオーム損失は減少し、よって受信チェーン全体のノイズ因子を向上させることができる。
【０００９】
一実施形態によれば、送信周波数帯域においては開回路を、受信周波数帯域においては送信経路のインピーダンスに整合したインピーダンスを、増幅手段の出力へ戻す第一フィルタリング手段が受信経路に設けられている。
【００１０】
一実施形態によれば、前記第一フィルタリング手段は、受信周波数を中心とし、帯域幅が受信周波数帯域と同じである帯域通過フィルタを有する。
【００１１】
一実施形態によれば、第一フィルタリング手段は、送信周波数帯域を除去する帯域阻止フィルタを有する。
【００１２】
一実施形態によれば、帯域阻止フィルタ等のような第二フィルタリング手段が、送信周波数帯域を除去するために増幅手段の入力側に設けられる。
一実施形態による装置は、
送信器及び受信器を有する通信システムにおける信号同時送受信装置であって、受信周波数帯域を占める受信信号を受信する受信経路と、送信周波数帯域を占める送信信号を送信する送信経路とを有し、前記受信周波数帯域及び前記送信周波数帯域は分離されており、前記受信経路は前記受信信号を増幅する低ノイズ増幅段を有し、該低ノイズ増幅段の動作特性は、入力信号の所定の範囲の振幅に対しては線形性を示し、所定の範囲外の振幅に対しては飽和を示し、
前記低ノイズ増幅段の出力は、第１手段を介してインピーダンス手段に接続され、前記第１手段は、前記受信周波数帯域においては開回路を提供し、前記送信周波数帯域においては、前記低ノイズ増幅段の線形性により決定される最適負荷インピーダンスを提供し、
前記低ノイズ増幅段の出力は、第２手段を介してフィルタリング手段に接続され、前記第２手段は、前記送信周波数帯域においては開回路を提供し、前記受信周波数帯域においては送信経路のインピーダンスに整合したインピーダンスを提供する、信号同時送受信装置である。
【００１３】
本発明の他の特徴及び利点は、限定されない実施形態として挙げられた以下の添付図面を参照した例示的な実施形態の説明に現れる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
説明を簡素化するため、同一の機能を遂行する要素は同じ符号で示される。受信アンテナに接続された標準的な受信チェーンにおいて、接続及びフィルタリング要素によって生じた損失などの入力において導入される損失は、低ノイズ増幅器段階のノイズ因子と同様に、最小限に抑えるべきである。例えば、ＦＥＴトランジスタの周囲に設けられた低ノイズ増幅器の場合、静的バイアス点を定めるバイアス電流及び電圧のペア（Ｉ０、Ｖ０）は、図２に図示されているように、ノイズ因子が最小限に小さくなった時に得られる。
【００１５】
図３は、入力段階の低ノイズ増幅器の役割を果たす電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＦＥＴ）４を表す。トランジスタの負荷インピーダンスＺＬへ伝達されるパワーの最大化は、Ｖ０／Ｉ０とほぼ等しい負荷インピーダンスＺＬの値を選ぶことによって得られる（ここでは、ＦＥＴトランジスタの飽和電圧ＶＤＳＡＴは無視する）。
【００１６】
図４は、ＦＥＴトランジスタの動作によって得られる最適負荷線を表す。前に説明したようにＶ０／Ｉ０値で固定された負荷インピーダンスＺＬに対しては、ＶＤＳ（ドレイン／ソース電圧）振幅軸及びＩＤ振幅軸の偏位が最大となり、負荷へ伝達されるパワーが最大となる。
【００１７】
例として、周波数帯域：１２．４ＧＨｚ〜１８ＧＨｚに相当するＫｕ帯域において、バイアス電流は、通常、２ＶオーダーのＶＤＳ電圧に対して、数ミリアンペア（すなわち、例えば１０ｍＡ）である。この場合、最適負荷インピーダンスは２００Ωとなる。このようなバイアス点に対して、飽和電圧ＶＤＳＡＴを無視すると、最適出力インピーダンス（バイアス点周辺の電流及び電圧に関する最大偏位に相当）を伴った時にトランジスタによって伝達可能な最大パワーＰｍａｘは、以下の式で与えられる。
Ｐｍａｘ（ｄＢｍ）＝１０ｌｏｇ（０．５×２．１０×１０−３）
＝−２０ｄＢＷ
＝１０ｄＢｍ
低ノイズ増幅器の入力と結合し、送信段階によって伝送された寄生信号のパワーレベルは、増幅器の入力のパワー値とは通常異なるので、トランジスタは線形的に作動せず、飽和状態に追い込まれる。
【００１８】
図５は、通信端末１０へ組み込まれた、一実施形態に掛かる本発明の装置５を表す。この端末は、信号を送信し、静止衛星基地局、例えば低軌道の衛星基地局の衛星、若しくは地上基地局からの信号を受信するために用いることができる。
【００１９】
受信アンテナ１は、装置５の入力へ接続されている。装置５の出力は、周波数をデコーダ（図示せず）へ信号を伝達するための中間周波数へ変換する段階６へ接続されている。
【００２０】
装置５の入力は、アンテナによって受信された信号を増幅する（図３に示されたタイプの）トランジスタ４へ接続されている。トランジスタの出力は、負荷インピーダンス７及び帯域通過フィルタ８へ接続されている。帯域通過フィルタ８の出力は、装置５の出力となる。
【００２１】
この場合、負荷インピーダンス７は、送信周波数Ｔｘの中央を中心とする帯域通過フィルタであり、送信帯域ＢＴｘの通過を許す。このようにして、このフィルタは、受信帯域ＢＲｘにおいては短絡に近いインピーダンスを有し、送信帯域においては５０Ωという特性インピーダンスを有するように考案された。このフィルタのインピーダンスは、１００Ωという特性インピーダンス値及び波長λＴｘ／４（ここで、λＴｘは送信経路上を伝送される信号の波長に相当する）を有するマイクロストリップラインセグメントによって、トランジスタの出力Ａに戻される。このラインセグメントは、以下の式に従って、点Ａにおけるフィルタ７のインピーダンスＺＬＯＡＤを変換することができる。
ＺＡ＝ＺＣ２／ＺＬＯＡＤ＝１００２／５０＝２００Ω
よって、５０Ωであるインピーダンス７は、送信帯域において最適な２００Ωというインピーダンスを点Ａに戻す（トランジスタの静的バイアス点に対する最適インピーダンスに関する上記計算参照）。このようにして、トランジスタの動作はその線形作動帯域において最適化され、出力における電流／電圧偏位は最大となり、それによって送信帯域におけるトランジスタ出力において有効なパワーを最大化する。よって、送信帯域においてトランジスタによって受信された寄生信号のエネルギーは、負荷インピーダンスへ伝送される。更に、受信帯域においてインピーダンス７によって示される短絡は、これと同じ帯域の開回路を点Ａに戻し、それによって受信帯域のいかなる信号もインピーダンス７へ伝送されないようにする。
【００２２】
寄生伝達信号に相当する信号の構成要素が入力段階のレベルにおいて導入する乱れは最小限である。トランジスタは、ノイズ因子に関して性能が悪化されることなく、最大振幅の信号を伝達することができる。
【００２３】
これと並行して、帯域通過フィルタ８は、受信周波数の中央に中心を置き、受信帯域ＢＲｘの通過を許す。このようにして、このフィルタは、送信帯域ＢＴｘにおいては短絡に近いインピーダンスを有し、受信帯域においては５０Ωという特性インピーダンスを有するように考案された。このフィルタは、波長がλＴｘ／４（ここで、λＴｘは送信経路上を伝送される信号の波長に相当する）に合わせられたマイクロストリップタインセグメントによってトランジスタの出力Ａに戻される。λＴｘ／４ラインセグメントは、インピーダンスインバータの役割を果たす。よって、送信帯域においてフィルタ８によって示される短絡は、点Ａにおいてこれと同じ帯域の開回路へ戻され、それによって送信帯域のいかなる信号も帯域通過フィルタへ伝送されないようにする。
【００２４】
図５に破線で表された変形例によると、少なくとも部分的に送信周波数帯域における寄生信号を除去するために、帯域通過フィルタ９は装置５の入力とトランジスタ４の入力との間に設けられる。
【００２５】
製造、大きさ、及びコストに役立つため、フィルタ７、８及びラインセグメントは、それ自体既知のマイクロストリップ技術を用いて作られる。
【００２６】
もちろん、本発明は上記説明された実施形態に限定されない。
【００２７】
よって、トランジスタは、増幅手段として扱われる。増幅手段は、他のいかなるタイプのものでもよく、特に入力信号の振幅範囲に対して線形動作特性を有し、入力信号の振幅の先でこの特性が飽和するものでもよい。
【００２８】
同様に、通信システムのフレームワーク内部で変換される信号はアナログでもデジタルでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】アンテナに接続された送受信装置の入出力構造の概略図である。
【図２】静的バイアス点の関数としてＦＥＴのノイズ因子の変化を表す図である。
【図３】ＦＥＴトランジスタの図を表す図である。
【図４】ＦＥＴトランジスタの最適な負荷直線を表す図である。
【図５】一実施形態に掛かる本発明の装置を表す図である。
【符号の説明】
１  アンテナ
２  低ノイズ増幅器
３  固体パワー増幅器
４  ＦＥＴトランジスタ
７  負荷インピーダンス
８  帯域通過フィルタ
９  帯域通過フィルタ
１０  通信端末
【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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