JP2023181846A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信特性の劣化を抑制しつつ、有線接続と無線接続とを簡易な構成で切り替えられるようにする。【解決手段】無線通信装置は、アンテナへの信号の送信およびアンテナからの信号の受信の少なくとも一方を、マイクロストリップ線路を介して行う通信部を備える。マイクロストリップ線路には、共振特性を有する、通信部側の第１スタブとアンテナ側の第２スタブが形成される。【選択図】図３

Description

本発明は、無線通信装置に関するものである。

無線通信装置では、無線フロントエンド回路からアンテナに接続されるマイクロストリップ線路上にて、評価または無線認証試験などを実施するための有線接続と、アンテナを介した無線接続とが切り替えられるものがある。

特開２０１０－２１９２５号公報

しかし、有線接続と無線接続とを切り替えるための接続作業が実施されると作業工数の増加によるコストアップ、無線通信装置の無線通信特性の劣化が問題となる場合がある。また、有線接続と無線接続とを切り替えるためにＲＦスイッチに例示される素子が用いられると、部品点数の増加につながる。

本開示の側面は、無線通信特性の劣化を抑制しつつ、有線接続と無線接続とを簡易な構成で切り替えられるようにすることである。

本開示の一側面は、無線通信装置によって例示される。本無線通信装置は、アンテナへの信号の送信およびアンテナからの信号の受信の少なくとも一方を、マイクロストリップ線路を介して行う通信部を備える。マイクロストリップ線路には、共振特性を有する、通信部側の第１スタブとアンテナ側の第２スタブが形成される。

本無線通信装置によれば、無線通信特性の劣化を抑制しつつ、有線接続と無線接続とを簡易な構成で切り替えることができる。

図１は、比較例に係る無線通信装置の構成を例示する図である。 図２は、実施形態１に係る無線通信装置の構成を例示する図である。 図３は、マイクロストリップ線路とバンドパスフィルタの構成を例示する図である。 図４は、実施形態２に係る無線通信装置の構成を例示する図である。

以下、図面を参照して一実施の形態である無線通信装置を説明する。
＜比較例＞
図１は、比較例に係る無線通信装置５００の構成を例示する図である。無線通信装置５００は、無線Integrated Circuit １（無線ＩＣ１）と、同軸ケーブルを接続するための
コネクタ３と、アンテナ４と、無線ＩＣ１とコネクタ３との間、または無線ＩＣ１とアンテナ４との間を接続するマイクロストリップ線路５０２とを有している。

マイクロストリップ線路５０２は、無線ＩＣ１に接続されるマイクロストリップ線路５０２－２と、コネクタ３に接続されるマイクロストリップ線路５０２－３と、アンテナ４に接続されるマイクロストリップ線路５０２－４に分離されている。

図１のように、マイクロストリップ線路５０２－２の一端は、無線ＩＣ１のフロントエンド回路の送受信ポートに接続されている。マイクロストリップ線路５０２－３の一端はコネクタ３に接続されている。また、マイクロストリップ線路５０２－４の一端は、アンテナ４に接続されている。一方、マイクロストリップ線路５０２－２の無線ＩＣ１側と反対側の他端は、短絡素子またはＲＦスイッチによってマイクロストリップ線路５０２－３または５０２－４に接続される。すなわち、マイクロストリップ線路５０２－２は、マイクロストリップ線路５０２－３のコネクタ３と反対側の他端および５０２－４のアンテナ４と反対側の他端のいずれかに接続可能である。また、コネクタ３とマイクロストリップ線路５０２－３との間のインピーダンスの整合が整合回路（図１では省略）により確保される。また、アンテナ４とマイクロストリップ線路５０２－４との間のインピーダンスの整合が整合回路（図１では省略）により確保される。

ここで、マイクロストリップ線路５０２－２と、マイクロストリップ線路５０２－３および５０２－４のいずれかとの間の接続を切り替えるためには、例えば、マイクロストリップ線路上に設けられた短絡素子の半田による付け替えなどが利用される。また、マイクロストリップ線路５０２－２と、マイクロストリップ線路５０２－３および５０２－４との間にＲＦスイッチの実装をすることで、上記切り替えが実施可能である。

このような方法により、無線ＩＣ１の送受信ポートは、無線通信時には、マイクロストリップ線路５０２－２およびマイクロストリップ線路５０２－４によりアンテナ４と接続される。一方、無線通信装置５００の評価または無線認証試験などの際、無線ＩＣ１の送受信ポートがマイクロストリップ線路５０２－３を介して試験装置等の外部装置の同軸ケーブルのコネクタ３に接続されることがある。この接続の際には、上記半田による付け替え、または、ＲＦスイッチ等の手段が利用される。

しかし、上記付け替えが短絡素子の半田付けによる場合には、作業工数の増加によるコストアップが問題となる。また、ＲＦスイッチを実装することは、部品点数の増加につながる。また、短絡素子の半田付けおよびＲＦスイッチの実装のいずれの方法でも、マイクロストリップ線路５０２－２と、マイクロストリップ線路５０２－３および５０２－４との間の伝送路特性への影響が避けられない場合も生じ得る。その結果、無線通信装置５００の無線通信特性が劣化することも生じ得る。

＜実施形態１＞
図２から図３を参照し、実施形態１に係る無線通信装置１００を説明する。図２は、実施形態１に係る無線通信装置１００の構成を例示する図である。無線通信装置１００は、無線ＩＣ１と、試験装置等の外部装置に接続される同軸ケーブル用のコネクタ３と、アンテナ４と、無線ＩＣ１からコネクタ３およびアンテナ４とに至る経路間を接続するマイクロストリップ線路２と、バンドパスフィルタＢＰＦとを有している。

無線ＩＣ１は通信部の一例ということができる。図２では、無線ＩＣ１のうち、フロントエンド回路の部分が例示されている。このフロントエンド回路の部分には、変調回路部分と復調回路部分が含まれる。無線ＩＣ１のうち変調回路部分は、フェーズロックループＰＬＬの信号と入力信号（ベースバンド信号）とから高周波の変調信号を生成するミキサＭＸ１と、ミキサＭＸ１からの出力信号を増幅するパワーアンプＰＡを有している。パワーアンプＰＡからの出力信号は、スイッチＳＷを介してマイクロストリップ線路２に送出される。また、無線ＩＣ１の復調回路部分は、スイッチＳＷを介して入力される高周波の
受信信号を増幅する低ノイズアンプＬＮＡと、増幅された受信信号からフェーズロックループＰＬＬの信号を基にベースバンド信号を復調するミキサＭＸ２を有している。なお、フェーズロックループＰＬＬとスイッチＳＷは、変調回路部分および復調回路部分の両方で動作する。

マイクロストリップ線路２は、接続コードである同軸ケーブルのコネクタ３とアンテナ４とに分岐点で分岐して接続される。マイクロストリップ線路２のうち、分岐点から無線ＩＣ１に接続される部分をマイクロストリップ線路２－２という。また、マイクロストリップ線路２のうち、分岐点からコネクタ３に接続される部分をマイクロストリップ線路２－３という。また、マイクロストリップ線路２のうち、分岐点からアンテナ４に接続される部分をマイクロストリップ線路２－４という。

図２のように、マイクロストリップ線路２のうち、コネクタ３への分岐からアンテナ４に至る部分には、バンドパスフィルタＢＰＦが挿入されている。すなわち、バンドパスフィルタＢＰＦがマイクロストリップ線路２－４の途中に挿入されている。

コネクタ３に同軸ケーブルが接続されない状態では、バンドパスフィルタＢＰＦは、無線ＩＣ１によって生成される高周波の周波数ｆにおいて共振する特性を有する。この共振時に、バンドパスフィルタＢＰＦは、周波数ｆの信号に対してアドミッタンスが最大となり、アンテナ４とマイクロストリップ線路２との間でインピーダンスの整合がとれた状態となる。したがって、コネクタ３に同軸ケーブルが接続されない状態では、無線ＩＣ１によって生成される周波数ｆの高周波信号の電力は、その大半がアンテナ４から無線信号として放射される。

一方、コネクタ３に同軸ケーブルが接続されると、同軸ケーブルの影響により、バンドパスフィルタＢＰＦの共振特性が変化し、インピーダンスの整合がとれなくなる。すなわち、共振特性がくずれる。その結果、無線ＩＣ１によって生成される周波数ｆの高周波に対して、バンドパスフィルタＢＰＦのアドミッタンスが低下する。したがって、無線ＩＣ１によって生成される周波数ｆの高周波信号の電力は、その大半がアンテナ４には伝送されない。このように、同軸ケーブルがコネクタ３に接続されると、無線通信装置１００は、無線ＩＣ１によって生成される周波数ｆの高周波信号の大半を同軸ケーブルに送出できる。すなわち、無線通信装置１００は、コネクタ３への同軸ケーブルの接続の有無によって、無線ＩＣ１によって生成される周波数ｆの高周波信号の電力をコネクタ３とアンテナ４との間で切り替えることが可能である。

図３は、マイクロストリップ線路２とバンドパスフィルタＢＰＦの構成を例示する図である。図３のように、マイクロストリップ線路２－２の一端は無線ＩＣ１に接続されている。一方、マイクロストリップ線路２－２の無線ＩＣ１と反対側である他端には、第１スタブとしてのオープンスタブ５－３が形成されている。ここで、オープンスタブ５－３は、一端がマイクロストリップ線路２－２に接続され、他端が開放された、誘電体基板上の配線パターンということができる。なお、オープンスタブ５－３の他端には同軸ケーブル用のコネクタ３が接続されている。また、マイクロストリップ線路２－４の一端はアンテナ４に接続されている。一方、マイクロストリップ線路２－４のアンテナ４と反対側である他端には第２スタブとしてのオープンスタブ５－４が形成されている。ここで、オープンスタブ５－４は、一端がマイクロストリップ線路２－４に接続され、他端が開放された誘電体基板上の配線パターンということができる。なお、図３では、マイクロストリップ線路２のストリップ導体が例示されているが、誘電体基板および誘電体基板の裏面側（マイクロストリップ線路２が形成された面と反対面側）の接地導体は省略されている。また、マイクロストリップ線路２－２、２－４およびオープンスタブ５－３、５－４は、全てが誘電体基板の表層に配線パターンとして形成されるが、一部が誘電体基板の内層に形成
されてもよい。その場合、表層と内層の配線パターンはビアで接続される。上述のように、同軸ケーブルには、試験装置等の外部装置が接続可能である。したがって、第１スタブと第２スタブとは、第１スタブに外部装置が接続されると、信号の周波数で共振状態がくずれる特性を有するといえる。

図３の例では、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４とは、所定距離を挟んで並行して形成され、相互に形成する容量および相互インダクタンスにより、ある種のカプラ（結合器）となっている。すなわち、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４とは直流成分については電気的に接続されていない。オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４のそれぞれの長さ、幅、厚さ、および相互の距離等を調整することにより、マイクロストリップ線路２－２とマイクロストリップ線路２－４との間のアドミッタンス（およびインピーダンス）および周波数特性等が決定できる。本実施形態では、無線ＩＣ１が出力する周波数ｆの高周波信号に対して、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４により共振回路が形成される。したがって、図３に例示するように、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４は、バンドパスフィルタＢＰＦとなる。このバンドパスフィルタＢＰＦは、周波数ｆでアドミッタンスのピークを有する。

＜実施形態の効果＞
無線通信装置１００は、アンテナ４への信号の送信およびアンテナ４からの信号の受信の少なくとも一方を、マイクロストリップ線路２を介して行う通信部としての無線ＩＣ１を備える。マイクロストリップ線路２には、共振特性を有する、無線ＩＣ１側の第１スタブであるオープンスタブ５－３とアンテナ４側の第２スタブであるオープンスタブ５－４が形成される。オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４とにより、簡易に、かつ伝送路特性の変動を抑制して、無線ＩＣ１とアンテナ４との接続を制御できる。例えば、図１の比較例のような、短絡素子の半田付けによる作業工数の増加、ＲＦスイッチを実装することによる部品点数の増加が抑制された上で、無線ＩＣ１とアンテナ４との接続が制御できる。

このように、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４とによってバンドパスフィルタを構成するので、バンドパスフィルタが簡易に構成される。また、オープンスタブ５－３には同軸ケーブル用の接続端子であるコネクタ３が設けられるので、同軸ケーブルの接続の有無によって、バンドパスフィルタの特性を変更できる。したがって、同軸ケーブルの接続のない状態で、無線信号の周波数ｆでオープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４を共振状態とし、アンテナ４とマイクロストリップ線路２－４との間のインピーダンスを整合させればよい。より具体的には、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４の寸法、例えば、これら各部の長さ、幅、厚さ、および間隔が調整されればよい。これによって、無線ＩＣ１からアンテナ４に望ましい電磁波（周波数ｆの高周波）の電力が伝達されるように、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４が構成できる。これにより、無線ＩＣ１からの信号は、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４を介してアンテナ４に出力される。このような構成で、コネクタ３に同軸ケーブルを接続すると、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４を共振状態から離脱させることができ、無線ＩＣ１からアンテナ４への送受信電力（高周波電力）の供給を低減できる。すなわち、コネクタ３に同軸ケーブルを接続すると、同軸ケーブルの長さ分だけオープンスタブ５－３の長さが長くなり、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４の共振特性がくずれ、無線ＩＣ１からアンテナ４への送受信電力（高周波電力）の供給を低減できる。一方、上記周波数ｆで、オープンスタブ５－３、コネクタ３、コネクタ３に接続される同軸ケーブルおよび同軸ケーブルに接続される装置、設備等の間のインピーダンスを整合させることは可能である。このインピーダンスの整合により、同軸ケーブルに接続される装置、設備等からの反射損失は例えば―３０ｄB以下など限りなく小さく（高周波信号の透過率がほぼ
１００％に）抑制できる。したがって、例えば、無線通信装置１００の評価または無線認
証試験等において、同軸ケーブルに試験装置を接続するという簡易な操作で、無線ＩＣ１からの高周波電力の供給先を切り替え、高周波電力をオープンスタブ５－３を介して試験装置に供給できる。

また、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４とは、直流成分については電気的に接続されていない。そのため、高周波である通信信号以外の直流信号成分が無線ＩＣ１とアンテナ４との間で伝達されないため、伝送品質が向上する。

＜実施形態２＞
図４を参照し、実施形態２に係る無線通信装置１０１を説明する。図４は、実施形態２に係る無線通信装置１０１の構成を例示する図である。無線通信装置１０１は、実施形態１の無線通信装置１００にシールド７を追加したものである。したがって、無線通信装置１０１の構成のうち、無線ＩＣ１、マイクロストリップ線路２、コネクタ３、アンテナ４、およびオープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４の構成は実施形態１の無線通信装置１００と同様である。

図４のように、無線通信装置１０１において、無線ＩＣ１、マイクロストリップ線路２、同軸ケーブルのコネクタ３、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４は、電波遮蔽材で形成されるシールド７に収納される。シールド７は、シールドケースとも呼ばれる。また、シールド７は、電波吸収体と呼ばれるものでもよい。また、マイクロストリップ線路２、同軸ケーブルのコネクタ３、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４は、通信部としての無線ＩＣ１からアンテナ４に至るマイクロストリップ線路２を含む回路部分を形成する。実施形態２では、無線ＩＣ１と、この回路部分がシールド７の電波遮蔽材で被覆されている。

シールド７は、例えば、金属板、金属膜、金属網等で空間を囲むものである。また、電波吸収体は、電波吸収体に入射した電磁波を熱損失または共振により減衰させるものである。電波吸収体は、例えば、誘電体、フェライト等の磁性材料等である。シールド７は、磁気シールド材で形成されてもよい。

無線通信装置１０１がシールド７の内部の空間に収納されることで、使用する周波数帯域で共振を持つオープンスタブ５－３、５－４を含む高周波回路とシールド７の外部との高周波による干渉を抑制できる。また、高周波回路とシールド７の外部との間で、相互の妨害波を抑制することができる。

＜その他の変形例＞
上記実施形態１、２では、バンドパスフィルタＢＰＦとして、オープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４を用いた。しかし、無線通信装置１００、１０１の構成がオープンスタブ５－３とオープンスタブ５－４を用いたものに限定される訳ではない。無線通信装置１００、１０１は、その評価または無線認証試験等において、アンテナ４への無線信号電力を抑制できるバンドパスフィルタＢＰＦが形成できればよい。

マイクロストリップ線路２においてバンドパスフィルタＢＰＦを形成できるものとしては、例えば、ショートスタブを用いてもよい。例えば、オープンスタブ５－４のマイクロストリップ線路２－４との接続端に対する反対側の端部を接地したものでもよい。また、マイクロストリップ線路２－２、２－４と離間して設けられるカプラが用いられてもよい。また、マイクロストリップ線路２－２、２－４から分岐するブランチラインカプラと呼ばれるものが用いられてもよい。また、マイクロストリップ線路２－２、２－４に抵抗を設け、抵抗の両端に接続されるウィルキンソンカプラと呼ばれるものが用いられてもよい。また、マイクロストリップ線路２－２、２－４それぞれを分割した導体の列で結合した
パラレルカプルドバンドパスフィルタと呼ばれるものが用いられてもよい。このような様々な高周波部品を用いることにより、無線通信装置１００、１０１においてバンドパスフィルタＢＰＦを形成するときの自由度が向上し、適切なバンドパスフィルタＢＰＦが構成できる。

１ 無線ＩＣ
２ マイクロストリップ線路
３ コネクタ
４ アンテナ
５－３、５－４ オープンスタブ
１００ 無線通信装置

Claims (8)

1. アンテナへの信号の送信および前記アンテナからの信号の受信の少なくとも一方を、マイクロストリップ線路を介して行う通信部を備え、
   前記マイクロストリップ線路には、共振特性を有する、前記通信部側の第１スタブと前記アンテナ側の第２スタブが形成され、
   前記第１スタブは、外部装置に接続可能に構成され、
   前記共振特性は、前記第１スタブに前記外部装置が接続されていない場合に、前記信号の周波数で共振状態となり、前記第１スタブに前記外部装置が接続されると、前記信号の周波数で前記共振状態がくずれる特性である
   無線通信装置。
2. 前記第１スタブに前記外部装置が接続されていない場合、前記通信部の信号が前記第１スタブおよび前記第２スタブを介して前記アンテナに出力され、
   前記第１スタブに前記外部装置が接続される場合、前記通信部の信号が前記第１スタブを介して前記外部装置に出力される請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記第１スタブと第２スタブはバンドパスフィルタの特性である請求項１に記載の無線通信装置。
4. 前記第１スタブと第２スタブはオープンスタブである請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記第１スタブには前記外部装置と接続する接続端子が設けられる請求項１に記載の無線通信装置。
6. 前記接続端子に前記外部装置の接続コードが接続されることで、前記第１スタブの長さが長くなり前記共振特性がくずれる請求項５に記載の無線通信装置。
7. 前記第１スタブと第２スタブは直流成分については電気的に接続されていない請求項１に記載の無線通信装置。
8. 前記通信部および前記通信部から前記アンテナに至る前記マイクロストリップ線路を含む回路部分は遮蔽材で被覆されている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線通信装置。
   

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