送受信機
【課題】 サーキュレータを多段に設けることなく、アイソレータを介したアンテナから受信機への戻り電力を抑制する送受信機を得ることを目的とする。
【解決手段】 この発明による送受信機は、送信機と、受信機と、上記送信機の出力端および上記受信機の入力端にそれぞれ接続され、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータと、上記送信機の出力端と上記サーキュレータの間に接続された送信系方向性結合器と、上記受信機の入力端と上記サーキュレータの間に接続された受信系方向性結合器と、上記送信系方向性結合器の結合端子と上記受信系方向性結合器の結合端子間に接続された移相器とを備えたものである。
【解決手段】 この発明による送受信機は、送信機と、受信機と、上記送信機の出力端および上記受信機の入力端にそれぞれ接続され、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータと、上記送信機の出力端と上記サーキュレータの間に接続された送信系方向性結合器と、上記受信機の入力端と上記サーキュレータの間に接続された受信系方向性結合器と、上記送信系方向性結合器の結合端子と上記受信系方向性結合器の結合端子間に接続された移相器とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波またはミリ波の高周波信号を送信または受信する送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受信機の入力端子とサーキュレータ間に、さらに別のサーキュレータを設け、送信機から受信機への戻り電力をダイオードリミッタによってモニターすることで、送信機の動作を制御して、受信機への過大な入力を抑制する受信機保護回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−４３６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
送信機からアンテナへ出力される電力の一部は、アンテナで反射してサーキュレータへ入力され、受信機へ戻る。アンテナが可動するなどしてサーキュレータとアンテナ間の電気長が変化する場合、このサーキュレータを介在したアンテナから受信機への戻り電力の大きさが変化する。また、送信機からサーキュレータへ入力された電力の一部は、漏れ電力として受信機へ入力される。この受信機へ入力される戻り電力および漏れ電力は、送信機出力が大電力になるに従い増加し、受信機の性能や寿命に影響を及ぼす。このため、受信機の耐電力性を高めるとともに、アンテナから受信機への過大な戻り電力および漏れ電力を抑制する必要がある。
【０００５】
特許文献１に示される従来の受信機保護回路は、多段に設けたサーキュレータを必要とすることから部品コストがかかり、回路サイズも大きくなるという問題がある。また、受信機の入力端子前段に設けられたサーキュレータでの信号損失により、ＮＦ（Noise Figure；雑音指数）が劣化するという問題がある。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、サーキュレータを多段に設けることなく、サーキュレータを介した受信機への戻り電力および漏れ電力を抑制することのできる、送受信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による送受信機は、送信機と、受信機と、上記送信機の出力端および上記受信機の入力端にそれぞれ接続され、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータと、上記送信機の出力端と上記サーキュレータの間に接続された送信系方向性結合器と、上記受信機の入力端と上記サーキュレータの間に接続された受信系方向性結合器と、上記送信系方向性結合器の結合端子と上記受信系方向性結合器の結合端子間に接続された移相器とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、送信機と受信機の間に方向性結合器および移相器を設け、送信機から受信機に逆位相電力を供給することで、送信時における、サーキュレータを介した受信機への戻り電力および漏れ電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係る実施の形態１による送受信機の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による、サーキュレータを介したアンテナから受信機への戻り電力の抑制効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による送受信機の構成を示す図である。
図において、送受信機は、サーキュレータ２と、送信系の方向性結合器３と、送信機４と、移相器５と、受信系の方向性結合器６と、スイッチ７と、受信機８を備えている。サーキュレータ２は３端子を有している。サーキュレータ２の第１の端子は、アンテナ１の給電点に接続される。サーキュレータ２の第２の端子は、送信機４の出力端側に接続される。サーキュレータ２の第３の端子は、受信機８の入力端側に接続される。
【００１１】
また、サーキュレータ２の第２の端子と送信機４の出力端の間には、方向性結合器３が接続される。サーキュレータ２の第３の端子と受信機８の出力端の間には、方向性結合器６が接続される。また、方向性結合器６と受信機８の出力端の間には、スイッチ７が接続される。方向性結合器３と受信系の方向性結合器６の間には、移相器５が接続される。方向性結合器３は、入力電力を主端子と結合端子に２分配して出力する。方向性結合器６は、主端子と結合端子からそれぞれ入力される信号を合成して出力する。スイッチ７は、高耐電力性を有した高周波スイッチ回路から構成される。スイッチ７は、図示しない外部制御装置によって制御され、受信機８の入力端とグランドとの接続を切り換えることができる。通常時は、スイッチ７は受信機８に接続される。なお、スイッチ７の耐電力を高くする程、スイッチ７における電力損失が大きくなる。
【００１２】
次に、実施の形態１による送受信機の動作について説明する。
送受信機は、図示しない外部制御装置によって送信と受信とが時分割で切り換えられる。
送信時に、送信機４から出力された高周波信号は、方向性結合器３に入力される。方向性結合器３は、入力された高周波信号を、主端子から出力される主信号と、結合端子に結合する副信号とに２分配する。方向性結合器３の主端子に分配された主信号は、サーキュレータ２の第２の端子へ入力される。サーキュレータ２の第２の端子へ入力された主信号は、送信信号として第１の端子からアンテナ１へ伝送され、この送信信号の大部分はアンテナ１から電波として空間に放射される。
また、受信時に、アンテナ１が空間から受信した受信電力は、高周波の受信信号としてサーキュレータ２の第１の端子に入力され、サーキュレータ２および方向性結合器６を通過し、スイッチ７を経て受信機８に受信される。受信機８の受信電力が許容電力を超えた場合、または超えることが想定される場合などの異常時には、図示しない外部制御装置からの指示によってスイッチ７の接続が切り換えられ、スイッチ７がグランドに接続される。
【００１３】
このとき、アンテナ１とサーキュレータ２との間の電気長に応じて、送信時にアンテナ１へ伝送される送信信号の一部はアンテナ１で反射し、アンテナ１からの反射波はサーキュレータ２の第１の端子へ戻り、サーキュレータ２の戻り電力９としてサーキュレータ２の第３の端子から出力される。このサーキュレータ２への戻り電力９は、方向性結合器６およびスイッチ７を通過して受信機８に入力される。
また、送信時に、送信機４からサーキュレータ２の第２の端子に入力される送信信号の一部は、漏れ信号１０としてサーキュレータ２の第３の端子から受信機８側に漏れ出る。
【００１４】
このサーキュレータ２の第１端子に入力された戻り電力９と、サーキュレータ２の送信側の第２端子から受信側の第３端子へ漏れ出る漏れ信号１０とが合成され、その合成信号が方向性結合器６の主端子に入力される。
一方、方向性結合器３の結合端子から分配された副信号は、移相器５によって位相が調整された後、調整信号１１として方向性結合器６の結合端子に入力される。
方向性結合器６は、主端子から入力される戻り電力９および漏れ信号１０の合成信号と結合端子から入力される調整信号１１を、合成信号１２として合成してスイッチ７へ出力する。合成信号１２は、スイッチ７を介して受信機８へ入力される。
【００１５】
このとき、移相器５は、送信側からの戻り電力９と受信側への漏れ信号１０の合成信号の位相に対して、逆相になるように調整信号１１の位相を設定する。この設定位相は、図示しない外部制御装置によって予め設定される。
なお、アンテナ１が可動するなどしてサーキュレータとアンテナ間の電気長が変化する場合は、電気長変化に応じて戻り電力９が変化するので、アンテナ１の可動角に応じて設定位相を可変するようにしても良い。
【００１６】
かくして、方向性結合器６において、戻り電力９と漏れ信号１０の合成信号と、逆相の調整信号１１とが合成されることによって、送信機４から受信機８への戻り電力９を抑制することができる。また、送信機４から出力され受信機８へ戻る戻り電力９を、送信機４の出力電力の一部を分離した調整信号１１を用いて相殺するので、送信機４の出力の温度特性による特性変動を低減することができる。
【００１７】
次に、実施の形態１による送受信機の実施効果について説明する。ここでは、図１の送受信機の動作周波数をＸ帯（例えば１０ＧＨｚ帯）とし、１００Ｗの送信機４と、アイソレーション量２０ｄＢのサーキュレータ２と、結合量２０ｄＢの方向性結合器３と、結合量１０ｄＢの方向性結合器６と、移相器５およびＶＳＷＲ（電圧定在波比）が２となるアンテナ１とを用いて、送受信機を構成した実施例について説明する。図２は、実施の形態１による、サーキュレータを介したアンテナから受信機への戻り電力の抑制効果を示す図である。図２の計算結果グラフ１３は、図１に示す方向性結合器３、方向性結合器６、および移相器５を設けない場合の効果を示し、図２の計算結果グラフ１４は、図１に示す方向性結合器３、方向性結合器６、および移相器５を設けた場合の効果を示す。
【００１８】
ここで、結合量２０ｄＢの方向性結合器３と、結合量１０ｄＢの方向性結合器６と、移相器５からなる経路を設けない場合、アンテナ１とサーキュレータ２間の電気長により送信機４から受信機８への戻り電力９は、戻り電力９と送信側から受信側への漏れ信号１０との合成により、図２の計算結果グラフ１３に示すように、６Ｗ〜１９Ｗと変化する。
【００１９】
一方、アンテナ１とサーキュレータ２間の電気長が固定されれば、送信側からの戻り電力９が決まるので、これと送信側から受信側へ漏れた信号１０の合成成分を相殺するように、移相器５で位相を設定することで、受信機４への戻り電力は、図２の計算結果グラフ１４に示すように約４Ｗまで抑制することができる。
なお、アンテナ１が可動する場合であっても、アンテナ１の可動角に応じてアンテナ１とサーキュレータ２間の電気長は既知の値に固定されるので、アンテナ１の可動角に応じて設定位相を調整すれば良い。
【００２０】
したがって、実施の形態１による送受信機は、送信側からの戻り電力９を低減することができるので、受信機８に入力する電力をより抑えることができ、スイッチ７の耐電力をより低くすることができる。この結果、スイッチ７の低損失化を図ることができるため、送受信機の受信ＮＦを低減できる。
【００２１】
以上説明した通り、実施の形態１による送受信機は、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータを有したマイクロ波送受信機の構成において、送信機の出力端子とサーキュレータ間および受信機に前置したスイッチの入力端子とサーキュレータ間に、各々方向性結合器を設け、各々の方向性結合器の結合端子間に移相器を接続し、その移相量を適切に設定することで、サーキュレータのアイソレーション量に応じた送信時のアンテナからの受信機への戻り電力を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１ アンテナ、２ サーキュレータ、３ （送信系）方向性結合器、４ 送信機、５ 移相器、６ （受信系）方向性結合器、７ スイッチ、８ 受信機。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波またはミリ波の高周波信号を送信または受信する送受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、受信機の入力端子とサーキュレータ間に、さらに別のサーキュレータを設け、送信機から受信機への戻り電力をダイオードリミッタによってモニターすることで、送信機の動作を制御して、受信機への過大な入力を抑制する受信機保護回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平５−４３６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
送信機からアンテナへ出力される電力の一部は、アンテナで反射してサーキュレータへ入力され、受信機へ戻る。アンテナが可動するなどしてサーキュレータとアンテナ間の電気長が変化する場合、このサーキュレータを介在したアンテナから受信機への戻り電力の大きさが変化する。また、送信機からサーキュレータへ入力された電力の一部は、漏れ電力として受信機へ入力される。この受信機へ入力される戻り電力および漏れ電力は、送信機出力が大電力になるに従い増加し、受信機の性能や寿命に影響を及ぼす。このため、受信機の耐電力性を高めるとともに、アンテナから受信機への過大な戻り電力および漏れ電力を抑制する必要がある。
【０００５】
特許文献１に示される従来の受信機保護回路は、多段に設けたサーキュレータを必要とすることから部品コストがかかり、回路サイズも大きくなるという問題がある。また、受信機の入力端子前段に設けられたサーキュレータでの信号損失により、ＮＦ（Noise Figure；雑音指数）が劣化するという問題がある。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、サーキュレータを多段に設けることなく、サーキュレータを介した受信機への戻り電力および漏れ電力を抑制することのできる、送受信機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による送受信機は、送信機と、受信機と、上記送信機の出力端および上記受信機の入力端にそれぞれ接続され、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータと、上記送信機の出力端と上記サーキュレータの間に接続された送信系方向性結合器と、上記受信機の入力端と上記サーキュレータの間に接続された受信系方向性結合器と、上記送信系方向性結合器の結合端子と上記受信系方向性結合器の結合端子間に接続された移相器とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、送信機と受信機の間に方向性結合器および移相器を設け、送信機から受信機に逆位相電力を供給することで、送信時における、サーキュレータを介した受信機への戻り電力および漏れ電力を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係る実施の形態１による送受信機の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による、サーキュレータを介したアンテナから受信機への戻り電力の抑制効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１による送受信機の構成を示す図である。
図において、送受信機は、サーキュレータ２と、送信系の方向性結合器３と、送信機４と、移相器５と、受信系の方向性結合器６と、スイッチ７と、受信機８を備えている。サーキュレータ２は３端子を有している。サーキュレータ２の第１の端子は、アンテナ１の給電点に接続される。サーキュレータ２の第２の端子は、送信機４の出力端側に接続される。サーキュレータ２の第３の端子は、受信機８の入力端側に接続される。
【００１１】
また、サーキュレータ２の第２の端子と送信機４の出力端の間には、方向性結合器３が接続される。サーキュレータ２の第３の端子と受信機８の出力端の間には、方向性結合器６が接続される。また、方向性結合器６と受信機８の出力端の間には、スイッチ７が接続される。方向性結合器３と受信系の方向性結合器６の間には、移相器５が接続される。方向性結合器３は、入力電力を主端子と結合端子に２分配して出力する。方向性結合器６は、主端子と結合端子からそれぞれ入力される信号を合成して出力する。スイッチ７は、高耐電力性を有した高周波スイッチ回路から構成される。スイッチ７は、図示しない外部制御装置によって制御され、受信機８の入力端とグランドとの接続を切り換えることができる。通常時は、スイッチ７は受信機８に接続される。なお、スイッチ７の耐電力を高くする程、スイッチ７における電力損失が大きくなる。
【００１２】
次に、実施の形態１による送受信機の動作について説明する。
送受信機は、図示しない外部制御装置によって送信と受信とが時分割で切り換えられる。
送信時に、送信機４から出力された高周波信号は、方向性結合器３に入力される。方向性結合器３は、入力された高周波信号を、主端子から出力される主信号と、結合端子に結合する副信号とに２分配する。方向性結合器３の主端子に分配された主信号は、サーキュレータ２の第２の端子へ入力される。サーキュレータ２の第２の端子へ入力された主信号は、送信信号として第１の端子からアンテナ１へ伝送され、この送信信号の大部分はアンテナ１から電波として空間に放射される。
また、受信時に、アンテナ１が空間から受信した受信電力は、高周波の受信信号としてサーキュレータ２の第１の端子に入力され、サーキュレータ２および方向性結合器６を通過し、スイッチ７を経て受信機８に受信される。受信機８の受信電力が許容電力を超えた場合、または超えることが想定される場合などの異常時には、図示しない外部制御装置からの指示によってスイッチ７の接続が切り換えられ、スイッチ７がグランドに接続される。
【００１３】
このとき、アンテナ１とサーキュレータ２との間の電気長に応じて、送信時にアンテナ１へ伝送される送信信号の一部はアンテナ１で反射し、アンテナ１からの反射波はサーキュレータ２の第１の端子へ戻り、サーキュレータ２の戻り電力９としてサーキュレータ２の第３の端子から出力される。このサーキュレータ２への戻り電力９は、方向性結合器６およびスイッチ７を通過して受信機８に入力される。
また、送信時に、送信機４からサーキュレータ２の第２の端子に入力される送信信号の一部は、漏れ信号１０としてサーキュレータ２の第３の端子から受信機８側に漏れ出る。
【００１４】
このサーキュレータ２の第１端子に入力された戻り電力９と、サーキュレータ２の送信側の第２端子から受信側の第３端子へ漏れ出る漏れ信号１０とが合成され、その合成信号が方向性結合器６の主端子に入力される。
一方、方向性結合器３の結合端子から分配された副信号は、移相器５によって位相が調整された後、調整信号１１として方向性結合器６の結合端子に入力される。
方向性結合器６は、主端子から入力される戻り電力９および漏れ信号１０の合成信号と結合端子から入力される調整信号１１を、合成信号１２として合成してスイッチ７へ出力する。合成信号１２は、スイッチ７を介して受信機８へ入力される。
【００１５】
このとき、移相器５は、送信側からの戻り電力９と受信側への漏れ信号１０の合成信号の位相に対して、逆相になるように調整信号１１の位相を設定する。この設定位相は、図示しない外部制御装置によって予め設定される。
なお、アンテナ１が可動するなどしてサーキュレータとアンテナ間の電気長が変化する場合は、電気長変化に応じて戻り電力９が変化するので、アンテナ１の可動角に応じて設定位相を可変するようにしても良い。
【００１６】
かくして、方向性結合器６において、戻り電力９と漏れ信号１０の合成信号と、逆相の調整信号１１とが合成されることによって、送信機４から受信機８への戻り電力９を抑制することができる。また、送信機４から出力され受信機８へ戻る戻り電力９を、送信機４の出力電力の一部を分離した調整信号１１を用いて相殺するので、送信機４の出力の温度特性による特性変動を低減することができる。
【００１７】
次に、実施の形態１による送受信機の実施効果について説明する。ここでは、図１の送受信機の動作周波数をＸ帯（例えば１０ＧＨｚ帯）とし、１００Ｗの送信機４と、アイソレーション量２０ｄＢのサーキュレータ２と、結合量２０ｄＢの方向性結合器３と、結合量１０ｄＢの方向性結合器６と、移相器５およびＶＳＷＲ（電圧定在波比）が２となるアンテナ１とを用いて、送受信機を構成した実施例について説明する。図２は、実施の形態１による、サーキュレータを介したアンテナから受信機への戻り電力の抑制効果を示す図である。図２の計算結果グラフ１３は、図１に示す方向性結合器３、方向性結合器６、および移相器５を設けない場合の効果を示し、図２の計算結果グラフ１４は、図１に示す方向性結合器３、方向性結合器６、および移相器５を設けた場合の効果を示す。
【００１８】
ここで、結合量２０ｄＢの方向性結合器３と、結合量１０ｄＢの方向性結合器６と、移相器５からなる経路を設けない場合、アンテナ１とサーキュレータ２間の電気長により送信機４から受信機８への戻り電力９は、戻り電力９と送信側から受信側への漏れ信号１０との合成により、図２の計算結果グラフ１３に示すように、６Ｗ〜１９Ｗと変化する。
【００１９】
一方、アンテナ１とサーキュレータ２間の電気長が固定されれば、送信側からの戻り電力９が決まるので、これと送信側から受信側へ漏れた信号１０の合成成分を相殺するように、移相器５で位相を設定することで、受信機４への戻り電力は、図２の計算結果グラフ１４に示すように約４Ｗまで抑制することができる。
なお、アンテナ１が可動する場合であっても、アンテナ１の可動角に応じてアンテナ１とサーキュレータ２間の電気長は既知の値に固定されるので、アンテナ１の可動角に応じて設定位相を調整すれば良い。
【００２０】
したがって、実施の形態１による送受信機は、送信側からの戻り電力９を低減することができるので、受信機８に入力する電力をより抑えることができ、スイッチ７の耐電力をより低くすることができる。この結果、スイッチ７の低損失化を図ることができるため、送受信機の受信ＮＦを低減できる。
【００２１】
以上説明した通り、実施の形態１による送受信機は、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータを有したマイクロ波送受信機の構成において、送信機の出力端子とサーキュレータ間および受信機に前置したスイッチの入力端子とサーキュレータ間に、各々方向性結合器を設け、各々の方向性結合器の結合端子間に移相器を接続し、その移相量を適切に設定することで、サーキュレータのアイソレーション量に応じた送信時のアンテナからの受信機への戻り電力を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１ アンテナ、２ サーキュレータ、３ （送信系）方向性結合器、４ 送信機、５ 移相器、６ （受信系）方向性結合器、７ スイッチ、８ 受信機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信機と、
受信機と、
上記送信機の出力端および上記受信機の入力端にそれぞれ接続され、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータと、
上記送信機の出力端と上記サーキュレータの間に接続された送信系方向性結合器と、
上記受信機の入力端と上記サーキュレータの間に接続された受信系方向性結合器と、
上記送信系方向性結合器の結合端子と上記受信系方向性結合器の結合端子間に接続された移相器と、
を備えた送受信機。
【請求項２】
上記移相器は、アイソレータを介した受信機への戻り電力と漏れ電力の合成信号とは逆位相の電力を、送信機から受信機に供給するように位相設定されることを特徴とした請求項１記載の送受信機。
【請求項３】
上記サーキュレータと上記受信機の入力端の間に接続され、上記受信機の入力端とグランドとの接続を切り換えるスイッチを備えた請求項１記載の送受信機。
【請求項１】
送信機と、
受信機と、
上記送信機の出力端および上記受信機の入力端にそれぞれ接続され、送信出力と受信電力を分離するサーキュレータと、
上記送信機の出力端と上記サーキュレータの間に接続された送信系方向性結合器と、
上記受信機の入力端と上記サーキュレータの間に接続された受信系方向性結合器と、
上記送信系方向性結合器の結合端子と上記受信系方向性結合器の結合端子間に接続された移相器と、
を備えた送受信機。
【請求項２】
上記移相器は、アイソレータを介した受信機への戻り電力と漏れ電力の合成信号とは逆位相の電力を、送信機から受信機に供給するように位相設定されることを特徴とした請求項１記載の送受信機。
【請求項３】
上記サーキュレータと上記受信機の入力端の間に接続され、上記受信機の入力端とグランドとの接続を切り換えるスイッチを備えた請求項１記載の送受信機。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１６６２７２（Ｐ２０１１−１６６２７２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４１９０（Ｐ２０１０−２４１９０）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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