(57)【要約】【課題】任意の発生量のＰＩＭを簡易な構成で発生させることができる歪発生装置を提供する。【解決手段】歪発生装置１４は、ショートスタブ１４１と、非線形素子１４３と、電源１４５と、を有する。ショートスタブ１４１は、異なる周波数で送信される２つの送信信号がアンテナへ伝搬される伝送線路に、並列に接続される。非線形素子１４３は、ショートスタブ１４１に接続される。電源１４５は、非線形素子１４３に電圧を印加する。【選択図】図４
2017175370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの送信信号がそれぞれ異なる周波数の搬送波でアンテナへ伝搬される伝送線路に並列に接続されたショートスタブと、
前記ショートスタブに接続された非線形素子と、
前記非線形素子に電圧を印加する電源と、
を有することを特徴とする歪発生装置。
【請求項２】
前記ショートスタブは、マイクロストリップ線路であり、
前記非線形素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の歪発生装置。
【請求項３】
λ１を前記２つの送信信号のうちの第１の送信信号を搬送する搬送波の波長、λ２を前記２つの送信信号のうちの第２の送信信号を搬送する搬送波の波長（ただし、λ１＞λ２）とすると、前記ショートスタブの長さは、λ２／４以上かつλ１／４以下の範囲内の長さであることを特徴とする請求項１または２に記載の歪発生装置。
【請求項４】
前記歪発生装置は、コンデンサと、インダクタと、をさらに有し、
前記非線形素子は、前記コンデンサを介して前記ショートスタブに接続され、
前記電源は、前記インダクタを介して前記非線形素子に任意の電圧を印加することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歪発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等の普及による無線局数の大幅な増加にともなう基地局用費用削減等を目的として、周波数の異なる２つの送信波を１つのアンテナから送信することがある。このような２周波数搬送を、送受共有アンテナを用いて行うシステムでは、アンテナ自身やアンテナと伝送路との接続部の接触に起因したわずかな非線形性、受動部品の酸化や汚損等の様々な要因で、相互変調歪（ＩＭ：Inter-Modulation）が発生することがある。特に、受信帯域に落ち込み受信性能を劣化させる相互変調歪は、受動相互変調歪（ＰＩＭ：Passive  Inter-Modulation）と呼ばれ、ダイナミックレンジが広い送受信共有システムにおいて問題となる。
【０００３】
このようなＰＩＭへの対策として、キャンセル信号を発生させ、ＰＩＭを打ち消すことが知られている。このとき、発生させるキャンセル信号を作成するためには、ＰＩＭを疑似的に発生させ、分析を行うことが考えられる。例えば、ＰＩＭを発生させるための装置として、ダイオードをアンテナ近傍に配置した構成の装置が知られている（例えば、非特許文献１）。このような装置では、導体パターンからなるダイポールアンテナから空間的に離れた位置にダイオードが配置され、ダイポールアンテナの裏面にセミリジットケーブルの伝送路が配置されている。そして、ダイポールアンテナに対してダイオードの角度を変えることで、ダイオードに発生するＰＩＭの量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５２１３２６号公報
【特許文献２】特開２００７−０２８２９４号公報
【特許文献３】特表２００８−５３２３８８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K.  Takada  et  al.,  “An  experimental  consideration  on  the  effect  of  antenna  gain  on  the  observed  PIMs  for  an  external  PIM-source”  Proceedings  of  ISAP2012,  3E2-1,  Nagoya,  Japan.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来の技術の装置では、ダイオードとダイポールアンテナとが空間的に離れて配置されており、再現性のあるＰＩＭをダイオードに発生させるためには、ダイオードとダイポールアンテナとの空間的な距離を一定値に保つ機構が必要となる。このような機構は、構成が複雑になるという問題がある。
【０００７】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、任意の発生量のＰＩＭを簡易な構成で発生させることができる歪発生装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
開示の態様では、歪発生装置は、ショートスタブと、非線形素子と、電源と、を有する。ショートスタブは、異なる周波数で送信される２つの送信信号がアンテナへ伝搬される伝送線路に並列に接続される。非線形素子は、ショートスタブに接続される。電源は、非線形素子に電圧を印加する。
【発明の効果】
【０００９】
開示の態様によれば、任意の発生量のＰＩＭを簡易な構成で発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、歪発生システムの一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、無線通信システムの一例を示すブロック図である。
【図３】図３は、ＰＩＭの受信帯域への落ち込みを説明するための図である。
【図４】図４は、歪発生装置の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、歪発生装置の等価回路の一例を示す図である。
【図６】図６は、ダイオードのＩＶ特性の一例を示す図である。
【図７】図７は、ＰＩＭの発生量の一例を示す図である。
【図８】図８は、ＰＩＭ発生時のスペクトルの一例を示す図である。
【図９】図９は、ＰＩＭ非発生時のスペクトルの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、歪発生装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、歪発生装置の反射損失と通過損失の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本願が開示する歪発生装置の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下に示す実施例により本願が開示する歪発生装置が限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
＜歪発生システム１＞
図１は、歪発生システム１の一例を示すブロック図である。歪発生システム１は、送信装置１１、ＰＡ（Power  Amplifier）１１１、ＰＡ１１２、加算器１１３、受信装置１２、ＤＵＰ（DUPlexer）１３、歪発生装置１４およびダミーロード１５を有する。
【００１３】
送信装置１１は、異なる搬送波周波数を用いて２つの送信信号を送信する。本実施例では、送信装置１１は、第１の送信信号を、周波数がｆ1、波長λ１である第１の搬送波で送信し、第２の送信信号を、周波数がｆ２、波長λ２である第２の搬送波で送信する。以下では、ｆ1＜ｆ2と仮定する。
【００１４】
ＰＡ１１１は、第１の送信信号を増幅する。また、ＰＡ１１２は、第２の送信信号を増幅する。加算器１１３は、ＰＡ１１１によって増幅された第１の送信信号とＰＡ１１２によって増幅された第２の送信信号とを加算し、送信信号Ｔｘを生成する。
【００１５】
ＤＵＰ１３は、送信信号Ｔｘのうち、送信周波数帯域の周波数成分を歪発生装置１４およびダミーロード１５の方向へ通過させる。また、ＤＵＰ１３は、歪発生装置１４およびダミーロード１５の方向から伝搬されてきた信号のうち、受信周波数帯域の周波数成分を受信信号Ｒｘとして受信装置１２へ通過させる。
【００１６】
歪発生装置１４は、疑似的にＰＩＭを発生させる。また、ダミーロード１５は、所定の特性インピーダンスが設定された抵抗等であり、送信信号ＴｘのうちＤＵＰ１３が通過させた信号を、放射することなく熱に変換する。
【００１７】
＜無線通信システム２＞
ここで、ＰＩＭが発生する無線通信システムについて説明する。図２は、無線通信システム２の一例を示すブロック図である。無線通信システム２は、送信装置２１、ＰＡ２１１、ＰＡ２１２、加算器２１３、受信装置２２、ＤＵＰ２３および共有アンテナ２５を有する。
【００１８】
送信装置２１は、歪発生システム１の送信装置１１と同様に、異なる搬送波周波数を用いて２つの送信信号を送信する。送信装置２１は、第１の送信信号を、周波数がｆ1、波長λ１である第１の搬送波で送信し、第２の送信信号を、周波数がｆ２、波長λ２である第２の搬送波で送信する。
【００１９】
ＰＡ２１１は、第１の送信信号を増幅する。また、ＰＡ２１２は、第２の送信信号を増幅する。加算器２１３は、ＰＡ２１１によって増幅された第１の送信信号とＰＡ２１２によって増幅された第２の送信信号を加算し、送信信号Ｔｘを生成する。
【００２０】
ＤＵＰ２３は、送信信号Ｔｘのうち、送信周波数帯域の周波数成分を共有アンテナ２５の方向へ通過させる。そして、共有アンテナ２５は、送信信号ＴｘのうちＤＵＰ２３が通過させた信号を放射する。また、ＤＵＰ２３は、共有アンテナ２５の方向から伝搬されてきた信号のうち、受信周波数帯域の周波数成分を受信信号Ｒｘとして受信装置２２へ通過させる。
【００２１】
ＰＩＭは、信号の伝送線路上のコネクタが緩んでいる等の接続部の箇所や、錆びにより金属皮膜ができている箇所が、ダイオード効果を生じることにより発生していると考えられている。また、ＰＩＭは、離れた位置にある鉄塔からの反射波をアンテナが受信することで発生する場合がある。さらに、ＰＩＭは、デュプレクサにおいて発生する場合がある。
【００２２】
例えば、図２に示すように、共有アンテナ２５と伝送線路との接続部において、第１の搬送波および第２の搬送波が共有アンテナ２５に反射する際に、ＰＩＭが発生することがある。さらに、発生したＰＩＭは、共有アンテナ２５からＤＵＰ２３へ向かう方向、即ち、受信信号が伝搬される方向へ伝搬される。このとき、共有アンテナ２５から反射したＰＩＭに、受信周波数帯域の周波数成分が含まれる場合、ＤＵＰ２３は、当該周波数成分を受信装置２２へ通過させる。
【００２３】
この結果、図３に示すように、ＰＩＭが受信装置２２の受信帯域に落ち込むことになる。図３は、ＰＩＭの受信帯域への落ち込みを説明するための図である。このとき、ｆ1およびｆ2の周波数によっては、例えば図３に示すように、ＰＩＭに含まれる２ｆ1−ｆ2や２ｆ2−ｆ1の周波数が受信帯域に含まれる場合がある。２ｆ1−ｆ2や２ｆ2−ｆ1の周波数が受信周波数帯域に含まれる場合、受信帯域における受信信号の品質が劣化する場合がある。
【００２４】
ここで、例えばＰＩＭキャンセラにより２ｆ1−ｆ2や２ｆ2−ｆ1の周波数のＰＩＭをキャンセルすることで、受信信号の品質を向上させることができる。この場合、キャンセル対象のＰＩＭを実際に発生させて、ＰＩＭキャンセラにおいてキャンセル信号を生成するアルゴリズムの検証等が行われる。しかしながら、ＰＩＭキャンセラのアルゴリズムの検証は、工場や実験室で行われる。そのため、コネクタが緩んだ箇所がある伝送線路や、錆びたアンテナ等のように、実際の設置環境を使ってＰＩＭを発生させることは難しい。
【００２５】
そこで、本実施例の歪発生システム１では、歪発生装置１４によりＰＩＭを疑似的に発生させる。また、歪発生装置１４によれば、発生させるＰＩＭの量を制御することが可能となる。なお、歪発生システム１は、無線通信システム２に歪発生装置１４を追加し、共有アンテナ２５をダミーロード１５に置き換えることによって実現できる。
【００２６】
＜歪発生装置１４＞
図４は、歪発生装置１４の一例を示すブロック図である。歪発生装置１４は、ショートスタブ１４１、コンデンサ１４２、非線形素子１４３、インダクタ１４４および電源１４５を有する。
【００２７】
ショートスタブ１４１の一端は、ＤＵＰ１３とダミーロード１５とを接続する伝送線路に接続されており、他端は、コンデンサ１４２の一端に接続されている。即ち、ショートスタブ１４１は、２つの送信信号がそれぞれ異なる周波数の搬送波でアンテナへ伝搬される伝送線路に並列に接続されている。コンデンサ１４２の他端は、非線形素子１４３を介して接地されている。即ち、非線形素子１４３は、コンデンサ１４２を介してショートスタブ１４１に接続されている。コンデンサ１４２により、直流成分がカットされる。
【００２８】
また、コンデンサ１４２と非線形素子１４３との間のノードは、インダクタ１４４を介して電源１４５に接続されている。即ち、電源１４５は、インダクタ１４４を介して非線形素子１４３に接続されている。インダクタ１４４により、電源１４５から流入する高周波ノイズが抑制される。本実施例において、ショートスタブ１４１の長さは、例えばλ２／４以上かつλ１／４以下の範囲の長さである。なお、ショートスタブ１４１の長さは、例えば（λ１＋λ２）／８の長さであってもよい。
【００２９】
非線形素子１４３は、印加された電圧と流れる電流とが非線形の関係にある素子である。電源１４５は、非線形素子１４３に電圧を印加する可変電圧源である。非線形素子１４３は、電源１４５から印加された電圧に応じた発生量のＰＩＭを発生させる。ＰＩＭの発生量とは、例えばＰＩＭの振幅または電力である。
【００３０】
図５は、歪発生装置１４の等価回路の一例を示す図である。図５に示す等価回路では、歪発生装置１４は、ショートスタブ１４１ａ、コンデンサ１４２ａ、ダイオード１４３ａ、インダクタ１４４ａおよび電源１４５ａを有する。ショートスタブ１４１ａは、例えば両面銅箔プリント基板を加工した、５０Ωのマイクロストリップ線路である。また、ダイオード１４３ａは非線形素子の一例である。
【００３１】
図６は、ダイオード１４３ａのＩＶ特性の一例を示す図である。図６に示す通り、ダイオード１４３ａは、電圧と電流とが非線形の関係にある素子である。本実施例では、例えば図６に示すように、ダイオード１４３ａのＩＶ特性のうち、比較的線形性の高い１．３Ｖ〜２．５Ｖの範囲が可変範囲として用いられる。
【００３２】
本実施例において、送信装置１１は、第１の送信信号を、周波数が例えば７００ＭＨｚである第１の搬送波で送信し、第２の送信信号を、周波数が例えば８００ＭＨｚである第２の搬送波で送信する。
【００３３】
このとき、電源１４５ａからダイオード１４３ａに印加される電圧を可変範囲において変化させたときのＰＩＭの発生量を図示すると、例えば図７のようになる。図７は、ＰＩＭの発生量の一例を示す図である。図７に示すように、ダイオード１４３ａに印加される電圧を変化させると、２ｆ1−ｆ2の周波数のＰＩＭの発生量、および２ｆ2−ｆ1の周波数のＰＩＭの発生量が変化する。
【００３４】
また、ダイオード１４３ａに１．８Ｖの電圧を印加した場合に、ダイオード１４３ａに発生する信号のスペクトルを図示すると、例えば図８のようになる。図８は、ＰＩＭ発生時のスペクトルの一例を示す図である。この場合、図８に示すように、２ｆ1−ｆ2の周波数、および、２ｆ2−ｆ1の周波数のＰＩＭの発生が観測される。
【００３５】
一方、ダイオード１４３ａが設けられていない場合に、コンデンサ１４２ａとインダクタ１４４ａとの間のノードに発生する信号のスペクトルを図示すると、例えば図９のようになる。図９は、ＰＩＭ非発生時のスペクトルの一例を示す図である。この場合、図９に示すように、２ｆ1−ｆ2の周波数、および、２ｆ2−ｆ1の周波数のＰＩＭの発生は観測されない。
【００３６】
＜歪発生システム１の動作＞
図１０は、歪発生装置１４の動作の一例を示すフローチャートである。歪発生装置１４は、ＰＩＭキャンセラのアルゴリズムの検証時等の所定のタイミングで図１０に示す動作を開始する。
【００３７】
まず、電源１４５は、非線形素子１４３に所定の電圧を印加する（Ｓ１００）。ここで、所定の量のＰＩＭが発生した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、歪発生装置１４は処理を終了する。なお、所定の量とは、予め設定された量であり、例えば無線通信システム２の実運用において発生が確認されたＰＩＭの量と同じ量であってもよい。
【００３８】
また、所定の量のＰＩＭが発生しなかった場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、電源１４５は、非線形素子１４３に印加する電圧を変化させる（Ｓ１０２）。そして、再びステップＳ１０１に示した処理が実行される。
【００３９】
なお、ステップＳ１００〜Ｓ１０２に示した処理は、電源１４５の電圧を制御可能な制御部によって自動的に行われるようにしてもよい。このとき、制御部は、まず発生したＰＩＭの量と予め設定された所定の量とを比較する。そして、発生したＰＩＭの量と予め設定された所定の量との差が所定値以上である場合、制御部は、電源１４５の電圧を一定の量だけ変更させる。制御部は、発生したＰＩＭの量と予め設定された所定の量との差が所定値未満となるまでこれらの処理を繰り返す。
【００４０】
＜実施例の効果＞
以上、実施例について説明した。本実施例の歪発生装置１４は、２つの送信信号がそれぞれ異なる周波数の搬送波でアンテナへ伝搬される伝送線路に並列に接続されたショートスタブ１４１と、ショートスタブ１４１に接続された非線形素子１４３と、非線形素子１４３に電圧を印加する電源１４５と、を有する。これにより、本実施例の歪発生装置１４は、任意の発生量のＰＩＭを簡易な構成で発生させることができる。
【００４１】
また、本実施例の歪発生装置１４において、ショートスタブ１４１と、非線形素子１４３と、電源１４５とは、アンテナに接続される伝送線路から空間的に離して配置されなくてもよい。そのため、ショートスタブ１４１と、非線形素子１４３と、電源１４５とは、１つの基板上に表面実装することができる。従って、歪発生装置１４を簡易に構成することができる。
【００４２】
また、本実施例の歪発生装置１４は、ダミーロードを用いれば、実際にアンテナを設置することなくＰＩＭを発生させることができるため、ＰＩＭを発生させる際にＰＩＭを含む信号を放射させない。このため、本実施例の歪発生装置１４は、周囲の装置へ影響を与えることなくＰＩＭを発生させることができる。
【００４３】
また、本実施例では、ショートスタブ１４１は、マイクロストリップ線路であってもよい。これにより、ショートスタブ１４１を通過する送信信号の損失を抑えることができる。図１１は、歪発生装置１４の通過損失と反射損失の測定結果を示す図である。図１１に示すように、歪発生装置１４の入力と出力間の反射損失は、例えば図１１の（ａ）に示すように、−３８．３ｄＢであった。また、歪発生装置１４の入力と出力間の通過損失は、例えば図１１の（ｂ）に示すように、−０．１５ｄＢに抑えられている。なお、図１１は、電源１４５の電圧は２．０Ｖの場合の例である。
【００４４】
また、非線形素子１４３は、ダイオードであってもよい。このように、本実施例の歪発生装置１４は、特殊な素子を用いることなく、回路を構成する際に通常用いられる素子によって実現することができる。従って、本実施例の歪発生装置１４は、簡易な構成で実現される。
【００４５】
また、本実施例では、歪発生装置１４のショートスタブ１４１の長さは、λ２／４以上かつλ１／４以下の範囲内の長さであってもよい。なお、λ１は、送信装置１１が送信する第１の搬送波の波長である。また、λ２は、送信装置１１が送信する第２の搬送波の波長である。これにより、ショートスタブ１４１は、送信周波数でオープンに近い状態に見えるようになるため、送信信号への影響を小さくすることができる。
【００４６】
また、非線形素子１４３は、コンデンサ１４２を介してショートスタブ１４１に接続されていてもよい。このとき、コンデンサ１４２により、直流成分がカットされる。また、電源１４５は、インダクタ１４４を介して非線形素子１４３に接続されていてもよい。このとき、インダクタ１４４により、電源１４５から流入する高周波ノイズが抑制される。
【００４７】
＜その他＞
上記した実施例では、非線形素子１４３としてダイオードを例に説明したが、非線形素子１４３は、例えばトランジスタであってもよい。また、上記した実施例において、歪発生装置１４とダミーロード１５とは別々の装置として説明したが、他の例として、歪発生装置１４とダミーロード１５とは１つの装置として実現されてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１４  歪発生装置
１４１  ショートスタブ
１４２  コンデンサ
１４３  非線形素子
１４４  インダクタ
１４５  電源
【図１】
2017175370.tif 000003
【図２】
2017175370.tif 000004
【図３】
2017175370.tif 000005
【図４】
2017175370.tif 000006
【図５】
2017175370.tif 000007
【図６】
2017175370.tif 000008
【図７】
2017175370.tif 000009
【図８】
2017175370.tif 000010
【図９】
2017175370.tif 000011
【図１０】
2017175370.tif 000012
【図１１】
2017175370.tif 000013