(57)【要約】【課題】スイッチ等の挿入損失に伴う受信雑音性能や送信機出力の低下を防止することができる送受信モジュールを得ることを目的とする。【解決手段】送信機１から信号が出力される際には受信機２の動作を停止し、受信機２により信号が入力される際には送信機１の動作を停止する制御回路５を設け、伝送線路６の電気長は、オフ動作時の送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）の反射位相βの略半分に設定されており、伝送線路７の電気長は、オフ動作時の受信機２の入力反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）の反射位相αの略半分に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号をアンテナに出力する送信機と、上記アンテナから受信信号を入力する受信機とを備えた送受信モジュールにおいて、
上記アンテナに接続されている伝送線路が２つに分岐されて、一方の伝送線路が上記送信機の出力側と接続され、他方の伝送線路が上記受信機の入力側と接続されており、
上記送信機から送信信号が出力される際には上記受信機の動作を停止し、上記受信機により受信信号が入力される際には上記送信機の動作を停止する制御回路を設け、
上記一方の伝送線路の電気長は、上記制御回路により動作が停止されたときの上記送信機の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されており、
上記他方の伝送線路の電気長は、上記制御回路により動作が停止されたときの上記受信機の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されている
ことを特徴とする送受信モジュール。
【請求項２】
制御回路は、送信機から送信信号が出力される際、受信機内の信号入力部に設置されているトランジスタのコレクタ電圧あるいはドレイン電圧をゼロに設定することを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
【請求項３】
制御回路は、送信機から送信信号が出力される際、受信機内の信号入力部に設置されているトランジスタのベース電圧あるいはゲート電圧をピンチオフ電圧以下に設定することを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
【請求項４】
制御回路は、受信機により受信信号が入力される際、送信機内の信号出力部に設置されているトランジスタのコレクタ電圧あるいはドレイン電圧をゼロに設定することを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
【請求項５】
制御回路は、受信機により受信信号が入力される際、送信機内の信号出力部に設置されているトランジスタのベース電圧あるいはゲート電圧をピンチオフ電圧以下に設定することを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
【請求項６】
受信機内の信号入力部に設置されているトランジスタとして、窒化ガリウムトランジスタが用いられていることを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
【請求項７】
受信機内の信号入力部に設置されているトランジスタのゲートあるいはベースが接地されていることを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信機及び受信機を用いて、信号を送受信する送受信モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の送受信モジュールでは、切替スイッチが、送信機又は受信機のいずれか一方を送受信アンテナと接続する切替処理を行うことで、信号の送受信を切り替えるようにしている。
しかし、切替スイッチによって信号の送受信を切り替える場合、スイッチの挿入損失があるため、その分だけ、受信雑音性能や送信機出力が低下する問題がある。
また、切替スイッチや、その切替スイッチの駆動回路を搭載する分だけ、送受信モジュールが大型化し、コスト高になる。
【０００３】
以下の特許文献１には、ハイブリッドを用いて、信号の送受信を切り替える送受信モジュールが開示されているが、この場合も、ハイブリッドの損失に伴って、受信雑音性能や送信機出力が低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１３２６５号公報（段落番号［００２４］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の送受信モジュールは以上のように構成されているので、切替スイッチやハイブリッドを実装すれば、信号の送受信を切り替えることができるが、切替スイッチやハイブリッドの挿入損失に伴って、受信雑音性能や送信機出力が低下してしまうなどの課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、切替スイッチ等を実装することなく、信号の送受信を切り替えることができるようにして、受信雑音性能や送信機出力の低下を防止することができる送受信モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る送受信モジュールは、アンテナに接続されている伝送線路が２つに分岐されて、一方の伝送線路が送信機の出力側と接続され、他方の伝送線路が受信機の入力側と接続されており、送信機から送信信号が出力される際には受信機の動作を停止し、受信機により受信信号が入力される際には送信機の動作を停止する制御回路を設け、一方の伝送線路の電気長は、制御回路により動作が停止されたときの送信機の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されており、他方の伝送線路の電気長は、制御回路により動作が停止されたときの受信機の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アンテナに接続されている伝送線路が２つに分岐されて、一方の伝送線路が送信機の出力側と接続され、他方の伝送線路が受信機の入力側と接続されており、送信機から送信信号が出力される際には受信機の動作を停止し、受信機により受信信号が入力される際には送信機の動作を停止する制御回路を設け、一方の伝送線路の電気長は、制御回路により動作が停止されたときの送信機の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されており、他方の伝送線路の電気長は、制御回路により動作が停止されたときの受信機の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されているように構成したので、切替スイッチ等を実装することなく、信号の送受信を切り替えることができるようになり、その結果、切替スイッチ等の挿入損失に伴う受信雑音性能や送信機出力の低下を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による送受信モジュールを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による送受信モジュールを示す構成図である。
図１において、送信機１は送信信号を送受信アンテナ３に出力する機器である。
受信機２は送受信アンテナ３により信号を受信する機器である。
送受信アンテナ３は送受信モジュールのアンテナ端子４と接続されており、送信機１から出力された送信信号を空間に放射する一方、空間を伝播している信号を受信して受信機２に出力する。
【００１１】
制御回路５は送信機１から信号が出力される際には受信機２の動作を停止し、受信機２により信号が入力される際には送信機１の動作を停止する回路である。
伝送線路６は伝送線路７との分岐点Ａと、送信機１の出力側との間に接続されており、伝送線路６の電気長は、制御回路５により動作が停止されたときの送信機１の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されている。
伝送線路７は伝送線路６との分岐点Ａと、受信機２の入力側との間に接続されており、伝送線路７の電気長は、制御回路５により動作が停止されたときの受信機２の入力反射係数の反射位相の略半分に設定されている。
【００１２】
次に動作について説明する。
制御回路５は、送信機１から信号が出力される際には受信機２の動作を停止する。
送信機１は、受信機２の動作が停止しているとき（以下、「オフ動作時」と称する）、送信対象の信号を送受信アンテナ３に出力する。
これにより、送受信アンテナ３から信号が空間に放射される。
【００１３】
ここで、送信機１から出力される信号が分岐点Ａを通過する際、その信号は送受信アンテナ３側と受信機２側に分波されるが、分岐点Ａから見たアンテナ端子４側のインピーダンスＺｏより、オフ動作時の受信機２の入力インピーダンスＺＲＸ（ｏｆｆ）が高ければ、ほとんどの信号が送受信アンテナ３側に伝送される。
この場合、分岐点Ａから受信機２側に信号が分波されることによって生じる損失は非常に小さいものとなる。
そこで、この実施の形態１では、オフ動作時の受信機２の入力インピーダンスＺＲＸ（ｏｆｆ）が、アンテナ端子４側のインピーダンスＺｏより高くなるように設定する。
【００１４】
具体的には、以下のように伝送線路７の電気長を設定することで、オフ動作時の受信機２の入力インピーダンスＺＲＸ（ｏｆｆ）を、アンテナ端子４側のインピーダンスＺｏより高くする。
オフ動作時の受信機２の入力インピーダンスがＺＲＸ（ｏｆｆ）である場合、受信機２の入力反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）は、下記の式（１）のように計算される。
ΓＲＸ（ｏｆｆ）＝（ＺＲＸ（ｏｆｆ）−Ｚｏ）／（ＺＲＸ（ｏｆｆ）＋Ｚｏ）
（１）
ただし、Ｚｏは反射係数を定義する特性インピーダンスであり、通常はＺｏ＝５０Ωに選ばれる。
【００１５】
受信機２の入力反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）の反射位相をα度とすると、伝送線路７の電気長が、概ねα／２度となるように設定する。
このように、伝送線路７の電気長をα／２度に設定すると、分岐点Ａにおいて、受信機２側を見込んだ反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）はスミスチャート上で開放端に近い値となる。
即ち、分岐点Ａにおいて、受信機２側を見込んだインピーダンスが高インピーダンスとなる。
【００１６】
これにより、分岐点Ａにおいて、受信機２側を見込んだインピーダンスが、アンテナ端子４側のインピーダンスＺｏより高くなるため、ほとんどの信号が送受信アンテナ３側に伝送される。
このため、分岐点Ａから受信機２側に信号が分波されることによって生じる損失は非常に小さいものとなる。
【００１７】
また、制御回路５は、受信機２により信号が入力される際には送信機１の動作を停止する。
受信機２は、送信機１の動作が停止しているとき（以下、「オフ動作時」と称する）、送受信アンテナ３により受信された信号を受信する。
【００１８】
ここで、送受信アンテナ３により受信された信号が分岐点Ａを通過する際、その信号は受信機２側と送信機１側に分波されるが、分岐点Ａから見た受信機２側のインピーダンスＺｏより、オフ動作時の送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）が高ければ、ほとんどの信号が受信機２側に伝送される。
この場合、分岐点Ａから送信機１側に信号が分波されることによって生じる損失は非常に小さいものとなる。
そこで、この実施の形態１では、オフ動作時の送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）が、受信機２側のインピーダンスＺｏより高くなるように設定する。
【００１９】
具体的には、以下のように伝送線路６の電気長を設定することで、オフ動作時の送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）を、受信機２側のインピーダンスＺｏより高くする。
オフ動作時の送信機１の入力インピーダンスがＺＴＸ（ｏｆｆ）である場合、送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）は、下記の式（２）のように計算される。
ΓＴＸ（ｏｆｆ）＝（ＺＴＸ（ｏｆｆ）−Ｚｏ）／（ＺＴＸ（ｏｆｆ）＋Ｚｏ）
（２）
【００２０】
送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）の反射位相をβ度とすると、伝送線路６の電気長が、概ねβ／２度となるように設定する。
このように、伝送線路６の電気長をβ／２度に設定すると、分岐点Ａにおいて、送信機１側を見込んだ反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）はスミスチャート上で開放端に近い値となる。
即ち、分岐点Ａにおいて、送信機１側を見込んだインピーダンスが高インピーダンスとなる。
【００２１】
これにより、分岐点Ａにおいて、送信機１側を見込んだインピーダンスが、受信機２側のインピーダンスＺｏより高くなるため、ほとんどの信号が受信機２側に伝送される。
このため、分岐点Ａから送信機１側に信号が分波されることによって生じる損失は非常に小さいものとなる。
【００２２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送受信アンテナ３に接続されている伝送線路が２つに分岐されて、一方の伝送線路６が送信機１の出力側と接続され、他方の伝送線路７が受信機２の入力側と接続されており、送信機１から信号が出力される際には受信機２の動作を停止し、受信機２により信号が入力される際には送信機１の動作を停止する制御回路５を設け、一方の伝送線路６の電気長は、オフ動作時の送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）の反射位相βの略半分に設定されており、他方の伝送線路７の電気長は、オフ動作時の受信機２の入力反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）の反射位相αの略半分に設定されているように構成したので、切替スイッチ等を実装することなく、信号の送受信を切り替えることができるようになり、その結果、切替スイッチ等の挿入損失に伴う受信雑音性能や送信機出力の低下を防止することができる効果を奏する。
また、切替スイッチやハイブリッドを用いないので、簡単な構成で送受信の機能を提供することができる効果を奏する。
【００２３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、制御回路５が、送信機１から信号が出力される際、受信機２の動作を停止するものを示したが、受信機２の動作を停止する方法として、下記の２種類の方法が考えられる。
（１）受信機２内の信号入力部に設置されているトランジスタのコレクタ電圧（トランジスタがバイポーラトランジスタの場合）、あるいは、受信機２内の信号入力部に設置されているトランジスタのドレイン電圧（トランジスタが電界効果トランジスタの場合）をゼロに設定することで、受信機２の動作を停止する。
（２）受信機２内の信号入力部に設置されているトランジスタのベース電圧（トランジスタがバイポーラトランジスタの場合）、あるいは、受信機２内の信号入力部に設置されているトランジスタのゲート電圧（トランジスタが電界効果トランジスタの場合）をピンチオフ電圧以下に設定することで、受信機２の動作を停止する。
【００２４】
（１）の方法は、送信機１から出力される信号の漏れ込みがあっても、増幅作用を持つことがないので、受信機２の過入力による破壊の危険性はないが、一般的に、ベース電圧（あるいは、ゲート電圧）と比べて、コレクタ電圧（あるいは、ドレイン電圧）の方が、駆動量が大きいので、大きな駆動回路を必要とする。
（２）の方法は、小さな駆動回路でオフ動作を実現することができる利点があるが、送信機１から出力される信号の漏れ込みが非常に大きくなって、ベース電圧（あるいは、ゲート電圧）の瞬時最大電圧がピンチオフ電圧を超える状況が発生すると、受信機２が利得を持ってしまって、受信機２の破壊を招く可能性がある。
【００２５】
そのため、制御回路５が、受信機２の動作を停止する方法として、（１）の方法を用いるのか、（２）の方法を用いるのかは、送信機１の出力信号の大きさや、送受信モジュールで許容される駆動電源の大きさに基づいて決定される。
【００２６】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、制御回路５が、受信機２に信号が入力される際、送信機１の動作を停止するものを示したが、送信機１の動作を停止する方法として、下記の２種類の方法が考えられる。
（１）送信機１内の信号出力部に設置されているトランジスタのコレクタ電圧（トランジスタがバイポーラトランジスタの場合）、あるいは、送信機１内の信号出力部に設置されているトランジスタのドレイン電圧（トランジスタが電界効果トランジスタの場合）をゼロに設定することで、送信機１の動作を停止する。
（２）送信機１内の信号出力部に設置されているトランジスタのベース電圧（トランジスタがバイポーラトランジスタの場合）、あるいは、送信機１内の信号出力部に設置されているトランジスタのゲート電圧（トランジスタが電界効果トランジスタの場合）をピンチオフ電圧以下に設定することで、送信機１の動作を停止する。
【００２７】
受信時の損失は、反射係数ΓＴＸ（Ａ）の絶対値｜ΓＴＸ（Ａ）｜が大きいほど低損失となる。
伝送線路を無損失と考えれば、反射係数ΓＴＸ（Ａ）の絶対値｜ΓＴＸ（Ａ）｜は、送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）の絶対値｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜と同じであるため、送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）の絶対値｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜が大きくなるようにすることが、損失を低減する上で有効である。
送信機１の入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）は、上述したように、式（２）によって、オフ動作時の送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）から計算されるが、入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）は、送信機１のオフ動作を、どのように実現するかによって変化する。
【００２８】
例えば、送信機１内の信号出力部に設置されているトランジスタが、ディプリーション型の電界効果トランジスタである場合、ドレイン電圧をゼロＶに設定して、送信機１をオフ動作させると、その電界効果トランジスタの出力インピーダンスは、ドレイン−ソース間のコンダクタンスが支配的になるので、送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）はドレイン−ソース間抵抗と等しくなる。
これに対して、ゲート電圧をピンチオフ電圧以下に設定して、送信機１をオフ動作させると、その電界効果トランジスタの出力インピーダンスは、ドレイン−ソース間の寄生キャパシタンスが支配的になるので、送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ）はドレイン−ソース間容量のリアクタンスと等しくなる。
どちらがより大きな｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜が得られるかは、トランジスタの構造や動作バイアスに依存するので、送信機１内の信号出力部に設置されるトランジスタに応じて、より大きな｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜が得られる方法で、オフ動作を実現すればよい。
【００２９】
ここでは、トランジスタのドレイン電圧、あるいは、ゲート電圧を制御するものを示したが、ドレイン電圧による制御とゲート電圧による制御を併用して、より大きな｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜が得られるように構成してもよい。
一般的に、ドレイン電圧をゼロに設定した場合、トランジスタのドレイン−ソース間抵抗は、ゲート電圧を大きくするほど小さくなるので、より大きな｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜を得ることができ、受信時の損失を低減することができる。
【００３０】
送信機１内の信号出力部に設置されているトランジスタが、バイポーラトランジスタである場合も、電界効果トランジスタの場合と同じように、オフ動作を実現させる方法によって、送信機１の入力インピーダンスＺＴＸ（ｏｆｆ），入力反射係数ΓＴＸ（ｏｆｆ）が変化するので、使用するトランジスタに応じて｜ΓＴＸ（ｏｆｆ）｜が最も大きくなる動作停止方法を採用すればよい。
なお、オフバイアス制御に必要な駆動回路の駆動能力についての得失は、受信機２のオフ動作を実現する方法の場合と同様である。
【００３１】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、送信機１から出力された信号のほとんどが送受信アンテナ３側に出力されるものを示したが、若干の信号成分が受信機２側に漏れ込む懸念が残る。
例えば、送信機１の出力が１００Ｗであり、そのうちの９９Ｗが送受信アンテナ３側に出力されて、１Ｗが受信機２側に漏れ込む場合を想定する。
このとき、ＧａＡｓ等の半導体デバイスなどで構成されている受信機２の場合、その受信耐電力は、１００ｍＷ程度であるため、１Ｗの信号が受信機２に入力されると、受信機２の破壊を招くことになる。
これに対して、窒化ガリウムトランジスタは、ＧａＡｓと比べて、約１００倍の耐電力を有することが知られている。
そこで、この実施の形態４では、窒化ガリウムトランジスタで構成されている受信機２を使用するものとする。
これにより、信号の漏れ込みによる受信機２の破壊を防止することができる。
【００３２】
実施の形態５．
受信機２内の信号入力部に設置されているトランジスタの多くは、エミッタ又はソースが接地される構成である。
これは、トランジスタのゲートあるいはベースが接地される場合よりも、利得が高いことが多いからである。
しかし、トランジスタのゲートあるいはベースを接地する方が、オフ動作時の受信機２の入力反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）を大きくすることができる場合がある。
そこで、この実施の形態５では、トランジスタのゲートあるいはベースを接地する方が、オフ動作時の受信機２の入力反射係数ΓＲＸ（ｏｆｆ）を大きくすることができる場合には、トランジスタのゲートあるいはベースを接地する構成を採用する。
【００３３】
ここでは、受信機２内の信号入力部に設置されるトランジスタのゲートあるいはベースを接地するものを示したが、同様の理由で、送信機１内の信号出力部に設置されるトランジスタのゲートあるいはベースを接地するようにしてもよい。
【００３４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  送信機、２  受信機、３  送受信アンテナ、４  アンテナ端子、５  制御回路、６  伝送線路、７  伝送線路。
【図１】
2012244292.tif 000003