(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのアンテナを送信系と受信系で共用するためのアンテナ共用器において、
送信装置からの送信信号を入力する第１の端子と、アンテナからの受信信号を入力し、アンテナヘの送信信号を出力する第２の端子と、受信装置へ受信信号を出力する第３の端子とを有し、第１の端子から第３の端子との間にアイソレーションが存在するサーキュレータと、
上記サーキュレータの第２の端子とアンテナの給電線端子との間に設けられ、反射の位相や大きさを可変できる定在波調整器と
を備え、上記定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波と、前記第１の端子から前記サーキュレータを経て第３の端子に混入する送信波の漏洩波との両方を打ち消すような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものであることを特徴とするアンテナ共用器。
【請求項２】
一つのアンテナを送信系と受信系で共用するためのアンテナ共用器において、
送信装置からの送信信号を入力する第１の端子と、アンテナからの受信信号を入力し、アンテナヘの送信信号を出力する第２の端子と、受信装置へ受信信号を出力する第３の端子とを有し、第１の端子から第３の端子との間にアイソレーションが存在するサーキュレータと、
アンテナの給電線端子の近傍に設けられ、反射波の位相や大きさを可変できる第１の定在波調整器と、
上記サーキュレータの第２の端子と上記第１の定在波調整器との間に設けられ、反射波の位相や大きさを可変できる第２の定在波調整器と
を備え、
上記第１の定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波を減少させるような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものであるとともに、
上記第２の定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波を、前記第１の定在波調整器と共に打消し、かつ前記第１の端子から前記サーキュレータを経て第３の端子に混入する送信波の漏洩波との両方を打ち消すような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものである
ことを特徴とするアンテナ共用器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアンテナ共用器を送信装置と、受信装置と、アンテナとの間に設けられる
ことを特徴とする無線通信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一つのアンテナを送信にも受信にも使用可能とするアンテナ共用器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
文献１：特開昭５９−２３２号公報（空中線共用器）
文献２：特開昭４８−３３７５３号公報（送信受信共用アンテナシステム）
携帯電話機その他の無線通信機では、電話機本体に搭載された１つのアンテナを送信と受信に共用する構成が採られている。かかるアンテナの共用を可能とするのがアンテナ共用器であり、従来、図２や図３に示す構成のものが用いられている。ここで、図２は文献１のアンテナ共用器の例であり、図３は文献２のアンテナ共用器の例である。
【０００３】
従来例を簡単に説明する。図２に示すアンテナ共用器は、送信機２からアンテナ４へ送信された送信信号がサーキュレータ１を介して受信機３に混入するのを抑圧するため、送信用の給電線と受信用の給電線の間に等化器８を配置し、サーキュレータ１を介して混入する信号成分と同振幅逆位相の信号を発生させ、発生された信号で混入信号を打ち消す構成を採る。他方、図３に示すアンテナ共用器は、送信用の給電線と受信用の給電線相互間を方向性結合器２７、２８を介して浅く結合し、サーキュレータ２６を介して回り込んでくる送信信号（実線）を同振幅逆位相の干渉波（破線）で打ち消す構成を採る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の従来技術には、以下に示すような技術課題が存在する。
【０００５】
▲１▼回路規模が非常に大きくなる。このため、装置の大型化を避け得ない。
【０００６】
▲２▼フィルタ等の特性変化の影響を受け易い。例えば、温度変動等の環境変化に敏感に反応するため、特性が安定しない。
【０００７】
本発明は以上の課題を考慮してなされたもので、上述の技術課題を解決し、送信信号のアンテナ端からの反射波と、送信信号のサーキュレータを介する漏洩波が受信系に混入しないように抑圧できるアンテナ共用器の提案を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（Ａ）かかる課題を解決するため第１の発明においては、一つのアンテナを送信系と受信系で共用するためのアンテナ共用器において、以下の構成を備えるようにする。
【０００９】
すなわち、(1)送信装置からの送信信号を入力する第１の端子と、アンテナからの受信信号を入力し、アンテナヘの送信信号を出力する第２の端子と、受信装置へ受信信号を出力する第３の端子とを有し、第１の端子から第３の端子との間にアイソレーションが存在するサーキュレータと、(2)サーキュレータの第２の端子とアンテナの給電線端子との間に設けられ、反射の位相や大きさを可変できる定在波調整器とを備えるようにする。さらに、定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波と、第１の端子から前記サーキュレータを経て第３の端子に混入する送信波の漏洩波との両方を打ち消すような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものである。
【００１０】
かかる構成とすることにより、送信装置からサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分だけでなく、アンテナ端で反射されサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分をも抑圧することができ、かつ、小型化が容易で温度変動等に対しても安定なアンテナ共用器を実現できる。
【００１１】
（Ｂ）また、第２の発明においては、一つのアンテナを送信系と受信系で共用するためのアンテナ共用器において、以下の構成を備えるようにする。
【００１２】
すなわち、(1)送信装置からの送信信号を入力する第１の端子と、アンテナからの受信信号を入力し、アンテナヘの送信信号を出力する第２の端子と、受信装置へ受信信号を出力する第３の端子とを有し、第１の端子から第３の端子との間にアイソレーションが存在するサーキュレータと、(2)アンテナの給電線端子の近傍に設けられ、反射波の位相や大きさを可変できる第１の定在波調整器と、(3)サーキュレータの第２の端子と上記第１の定在波調整器との間に設けられ、反射波の位相や大きさを可変できる第２の定在波調整器とを備えるようにする。さらに、第１の定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波を減少させるような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものである。第２の定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波を、第１の定在波調整器と共に打消し、かつ第１の端子からサーキュレータを経て第３の端子に混入する送信波の漏洩波との両方を打ち消すような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものである。
【００１３】
かかる構成とすることにより、送信装置からサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分だけでなく、アンテナ端で反射されサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分をも抑圧することができ、かつ、小型化が容易で温度変動等に対しても安定なアンテナ共用器を実現できる。また、定在波調整器を第１及び第２の２つの定在波調整器に分割することにより、アンテナとサーキュレータの間の電気長を長くしなければならない場合でも、１つの定在波調整器だけでは抑圧できないアンテナ端からの反射波の影響を低減できる。
【００１４】
（Ｃ）また、第３の発明においては、第１又は２の発明に記載のアンテナ共用器を送信装置と、受信装置と、アンテナとの間に設ける。かかる構成により、小型で温度変動等に対しても安定な無線通信機を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明に係るアンテナ共用器及び無線通信機の第１の実施形態を説明する。図１に、アンテナ共用器の搭載される無線通信機の全体構成を示す。
【００１６】
なお、図１では無線通信に関与する機能ブロックのみを表すこととし、その他の機能ブロックについては記載を省略している。従って、無線通信機が通信用のアンテナを備える情報通信端末であれば、図示されている機能ブロックの他に、液晶表示装置やキーボード等の入力装置が設けられることになるし、携帯電話機であれば液晶表示部や操作ボタン等が設けられることになる。
【００１７】
図１の説明に戻る。無線通信機は、アンテナ共用器５１と、送信装置５２と、送信フィルタ５３と、アンテナ５４と、受信装置５５と、受信フィルタ５６とからなる。このうち送信フィルタ５３は、送信電波のうち不要な側波成分を抑圧するために設けられているフィルタである。また、受信フィルタ５６は、受信信号のうち希望する電波のみを通過させるために設けられているフィルタである。
【００１８】
一方、本願実施形態の特徴部分であるアンテナ共用器５１は、サーキュレータ５１Ａと定在波調整器５１Ｂとからなる。
【００１９】
ここで、サーキュレータ５１Ａは、送信装置５２からの送信信号を入力する第１の端子ａと、アンテナ５４に対しては送信信号を出力し、アンテナ５４からは受信信号を入力する第２の端子ｂと、受信装置５５へ受信信号を出力する第３の端子ｃとを有する非可逆回路である。
【００２０】
なお、このサーキュレータ５１Ａは、第１の端子ａに入力された電波については第３の端子ｃに現れないようにするアイソレータとして機能する。ただし、従来から問題となっているようにマイクロ波帯の信号に対してはアイソレータとしての機能に限界があり、実際には送信系から受信系に漏洩波Ｙk が混入される。
【００２１】
定在波調整器５１Ｂは、本実施形態に特有の構成部分であり、サーキュレータ５１Ａの第２の端子ｂとアンテナ５４の給電線端子間に設けられる。なお、定在波調整器５１Ｂは任意のインピーダンスを発生するものであり、インピーダンスを調整することにより、この調整器固有の反射波によってアンテナ端における反射波と漏洩波を打ち消すことができるようにする。
【００２２】
以下、かかる構成のアンテナ共用器５１を搭載する無線通信機の送受信動作を説明する。まず、基本動作から説明する。送信装置５２からの送信信号は、送信フィルタ５３を介してサーキュレータ５１Ａの第１の端子ａに入力される。この送信信号は、サーキュレータ５１Ａの第２の端子ｂより定在波調整器５１Ｂを通ってアンテナ５４に供給される。一方、アンテナ５４で受信された受信信号は、定在波調整器５１Ｂを通ってサーキュレータ５１Ａの端子ｂに入力される。入力された受信信号は、サーキュレータ５１Ａの第３の端子ｃより受信フィルタ５６に導かれ、その後、受信装置５５へと入力される。
【００２３】
以上がアンテナ共用器５１が想定する最も基本的な動作である。次に、本実施形態のアンテナ共用器５１に特有の動作を説明する。一般に、サーキュレータ５１Ａは、送信系から受信系に混入する送信信号成分を小さくするものの、全く無くすことはできない。このため、サーキュレータ５１Ａの第３の端子ｃには、送信系から受信系に漏洩波が混入するのを避け得ない。
【００２４】
同様に、アンテナ５４はそれ自身で反射される送信信号成分を小さくするよう設計されているがやはり全く無くすることはできない。このため、サーキュレータ５１Ａの第３の端子ｃには、アンテナ端から受信系に向けて反射波が混入するのを避け得ない。
【００２５】
そこで機能するのが定在波調整器５１Ｂである。定在波調整器５１Ｂは、前述のように任意のインピーダンスを発生することができ、反射波の位相や振幅を変えることができる。実現方法には幾つかの方法が考えられるが、本実施形態では、位相や反射の大きさを変えるため、線路上に適当な間隔をとって３個の可変長スタブを設けたものを用いる。ここでは、３個のスタブの間隔を波長の１／６づつとする。
【００２６】
もっとも、スタブの個数は３個に限るものではなく、２個でも４個以上でも良い。一般的には数を増やすほど調整は容易となる。また、スタブは固定である必要は無く、移動できるよう構成したもの、誘電体スタブを使用するもの、結合器と可変短絡器にて構成したものでも良い。
【００２７】
可変長スタブの線幅やスタブ長を調整することにより、定在波調整器５１Ｂは、自身固有の反射波Γt とアンテナ端における反射波Γa との合成波Γ^ が、サーキュレータ５１Ａのアイソレーション機能にもかかわらず送信系から受信系へと混入する漏洩波Ｙk を打ち消すよう調整される。
【００２８】
ここで、調整量は、送信装置５２から出力される送信信号の波長λに応じて定めるものとする。すなわち、反射波Γt 及びΓa と、その合成波Γ^ と、漏洩波Ｙk が、以下の(1) 〜(3) 式の関係を満たすように決定する。
【００２９】
Γt ＝α・ｅｘｐ{-j(4πｌt ／λ+β)}                            …(1)
Γa ＝γ・ｅｘｐ{-j(4π(ｌt＋ｌa)／λ}                          …(2)
Γ^ ＝Γt ＋Γa ＝−Ｙk                                         …(3)
なおここで、反射波Γt 、Γa 、合成波Γ^ 、漏洩波Ｙk はいずれもベクトル量である。
【００３０】
また、反射の大きさαと位相βは調整可能な値であり、反射の大きさγは固定値である。さらに、ｌt はサーキュレータ５１Ａと定在波調整器５１Ｂとの間の電気長であり、ｌa は定在波調整器５１Ｂとアンテナ５４との間の電気長、ｌt は定在波調整器５１Ｂの中央地点からサーキュレータ５１Ａの合流点までの電気長である。
【００３１】
因みに、これら電気長に関しては、サーキュレータ５１Ａや定在波調整器５１Ｂやアンテナ５４の大きさが問題になることはなく、各素子内において位相の変化がないものとして扱って差し支えない。
【００３２】
（１）〜（３）式に示すように、反射波Γt 、Γa と、その合成波Γ^ と、漏洩波Ｙk は、いずれも送信信号（波長λ）に起因して生じる波である。従って、定在波調整器５１Ｂでの位相βや反射の大きさΓt を調整することで、漏洩波Ｙk を打ち消す合成波Γ^ ＝−Ｙk を作り出すことができる。
【００３３】
かくして、サーキュレータ５１Ａの第３の端子ｃにおいては、第３の端子ｃから入力のあった合成波Γ^（＝−Ｙk）によって漏洩波Ｙkの抑圧が行われ、アンテナ５４で受信された受信信号だけが受信フィルタ５６を介して受信装置５５に与えられることになる。
【００３４】
以上のように、本実施形態に係る構成のアンテナ共用器５１を用いることにより、受信信号に混入した送信系からの漏洩波Ｙk とアンテナ端からの反射波Γa の両者を抑圧でき、かつ、小型化が容易で温度変動等に対しても安定なアンテナ共用器を実現できる。
【００３５】
この結果、アンテナ５４や各フィルタの性能に関する要求を緩和することができ、これらの部位品の低廉化を促すことができる。このことは、無線通信機の低廉化にも通じる。
【００３６】
またこの結果、送信信号と受信信号の周波数離調を小さくしても所定の送受信分離度を得ることができるため、周波数の有効利用を実現できる。
【００３７】
（Ｂ）第２の実施形態
続いて、本発明に係るアンテナ共用器及び無線通信機の第２の実施形態を説明する。図４に、アンテナ共用器の搭載される無線通信機の全体構成を示す。図４は、図１と同一部分に同一符号を付して示すもので、相違部分のみ異なる符号を付して表している。第２の実施形態の特徴点は、定在波調整器を２つ用意する点である。
【００３８】
これは次の理由による。一般に、アンテナとアンテナ共用器とは、これらを結ぶ線路長が小さくなるように近傍に配置されるのが常である。しかしながら、搭載する装置構成によっては、アンテナとアンテナ共用器を結ぶ線路長が大きくならざる得ない場合もある。
【００３９】
第１の実施形態の場合、アンテナとアンテナ共用器を結ぶ線路長ｌa が大きくなると、（２）式から明らかなように、送信信号の波長λに対する反射波Γa の位相変動が線路長ｌa が小さい場合に比べて大きくなり、抑圧できる周波数帯域が狭くなる。
【００４０】
そこで、この第２の実施形態においては、アンテナ端からの反射波Γa を打ち消す機能を有する第１の定在波調整器５１Ｂ１と、送信系からの漏洩波Ｙk を打ち消す機能を有する第２の定在波調整器５１Ｂ２の２つに分けて設けることにする。
【００４１】
図４において、第１の定在波調整器５１Ｂ１がアンテナ近傍に配置され、第１の定在波調整器５１Ｂ１と第２の定在波調整器５１Ｂ２を結ぶ線路部分が、第１の実施形態におけるアンテナとアンテナ共用器を結ぶ線路として機能する。
【００４２】
ここでは、周波数に対する感度を低くするため第１の定在波調整器５１Ｂ１をアンテナ５４のできるだけ近くに配置し、同様に第２の定在波調整器５１Ｂ２をサーキュレータ５１Ａのできるだけ近くに配置するものとする。
【００４３】
図４の説明に戻る。第１の定在波調整器５１Ｂ１は、第２の定在波調整器５１Ｂ２の入力端において、第１の定住波調整器５１Ｂ１が作り出す反射波Γt1が、アンテナ端からの反射波Γa を打ち消すように調整される。この調整量は、送信装置５２からの送信信号の波長λと、第１の定在波調整器５１Ｂ１と第２の定在波調整器５１Ｂ２を結ぶ線路の特性に応じて定められる。
【００４４】
一方、第２の定在波調整器５１Ｂ２は、サーキュレータ５１Ａにおいて、第２の定在波調整器５１Ｂ２が作り出す反射波Γt2が、送信系から受信系に混入する漏洩波Ｙk を打ち消すよう調整される。この調整量は、送信装置５２からの送信信号の波長λに応じて定められる。
【００４５】
かくして、第１の定在波調整器５１Ｂ１と第２の定在波調整器５１Ｂ２の双方で、アンテナ端からの反射波Γa と送信系からの漏洩波Ｙk が共に抑圧されることになり、受信信号のみが受信フィルタ５６を介して受信装置５５に与えられる。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係る構成のアンテナ共用器５１を用いることにより、アンテナまでの線路長を長く採らざるを得ない場合でも、受信信号に混入した送信系からの漏洩波Ｙk とアンテナ端からの反射波Γa の両者を抑圧することができ、かつ、小型化が容易で温度変動等に対しても安定なアンテナ共用器を実現できる。
【００４７】
これにより、アンテナ近傍に配置する装置の簡素化又はアンテナ配置の自由度を高めることができる。
【００４８】
さらに、アンテナやフィルタの性能に関する要求を緩和し、これらの低廉化を促すことや、送信信号と受信信号の周波数離調を小さくし、周波数を有効に利用することができる
【００４９】
【発明の効果】
（Ａ）上述のように第１の発明によれば、一つのアンテナを送信系と受信系で共用するためのアンテナ共用器において、送信装置からの送信信号を入力する第１の端子と、アンテナからの受信信号を入力し、アンテナヘの送信信号を出力する第２の端子と、受信装置へ受信信号を出力する第３の端子とを有し、第１の端子から第３の端子との間にアイソレーションが存在するサーキュレータと、サーキュレータの第２の端子とアンテナの給電線端子との間に設けられ、反射の位相や大きさを可変できる定在波調整器とを備えるようにし、さらに、定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波と、第１の端子から前記サーキュレータを経て第３の端子に混入する送信波の漏洩波との両方を打ち消すような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものであることにより、送信装置からサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分だけでなく、アンテナ端で反射されサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分をも抑圧することができ、かつ、小型化が容易で温度変動等に対しても安定なアンテナ共用器を実現できる。
【００５０】
この結果、受信特性の向上又はアンテナやフィルタに要求される性能特性の緩和を実現できる。
【００５１】
（Ｂ）また、上述のように第２の発明によれば、一つのアンテナを送信系と受信系で共用するためのアンテナ共用器において、送信装置からの送信信号を入力する第１の端子と、アンテナからの受信信号を入力し、アンテナヘの送信信号を出力する第２の端子と、受信装置へ受信信号を出力する第３の端子とを有し、第１の端子から第３の端子との間にアイソレーションが存在するサーキュレータと、アンテナの給電線端子の近傍に設けられ、反射波の位相や大きさを可変できる第１の定在波調整器と、サーキュレータの第２の端子と上記第１の定在波調整器との間に設けられ、反射波の位相や大きさを可変できる第２の定在波調整器とを備えるようにし、さらに、第１の定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波を減少させるような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものであるとともに、第２の定在波調整器は、送信信号がアンテナで反射した反射波を、第１の定在波調整器と共に打消し、かつ第１の端子からサーキュレータを経て第３の端子に混入する送信波の漏洩波との両方を打ち消すような位相と振幅とを備えた固有の反射波を生成するように、インピーダンスを任意に調整可能なものであることにより、送信装置からサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分だけでなく、アンテナ端で反射されサーキュレータを介して受信装置側に混入する送信信号成分をも抑圧することができ、かつ、小型化が容易で温度変動等に対しても安定なアンテナ共用器を実現できる。また、定在波調整器を第１及び第２の２つの定在波調整器に分割することにより、アンテナとサーキュレータの間の電気長を長くしなければならない場合でも、１つの定在波調整器だけでは抑圧できないアンテナ端からの反射波の影響を低減できる。
【００５２】
この結果、受信特性の向上又はアンテナやフィルタに要求される性能特性の緩和を実現できる。その結果、送信信号と受信信号の周波数離調を小さくし、周波数の有効利用を実現できる。また、アンテナ近傍に配置する装置の簡素化やアンテナの配置の自由度を向上できる。
【００５３】
（Ｃ）また、上述のように第３の発明によれば、第１又は２の発明に記載のアンテナ共用器を送信装置と、受信装置と、アンテナとの間に設けることにより、小型で温度変動等に対しても安定な無線通信機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ共用器と無線通信機を示すブロック図である。
【図２】従来例１の構成を示すブロック図である。
【図３】従来例２の構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施形態に係るアンテナ共用器と無線通信機を示すブロック図である。
【符号の説明】
１、２６、５１Ａ…サーキュレータ、２…送信機、３…受信機、４、５４…アンテナ、８…等化器、２７、２８…ハイブリッド回路、５１…アンテナ共用器、５２…送信装置、５３…送信フィルタ、５５…受信装置、５６…受信フィルタ、５１Ｂ、５１Ｂ１、５１Ｂ２…定在波調整器。
【図１】
0004049968.tif 000002
【図２】
0004049968.tif 000003
【図３】
0004049968.tif 000004
【図４】
0004049968.tif 000005