JP6123892B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置、特に電子回路部とデュプレクサから構成される無線通信装置に関する。

ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ；周波数分割複信）方式を用いている無線通信装置において、対向の関係にある装置では、送信帯域および受信帯域への周波数割り当てが逆の関係になっている。このような装置においては、送受信に用いている２つの周波数帯域のアイソレーションを、送信回路に設けたアイソレータと、受信回路に設けたアイソレータと、各帯域用のフィルタで確保している。しかし、２つの周波数帯域が接近していると、アイソレーション確保が困難な場合がある。特許文献１には、アイソレーション確保のためにサーキュレータを用いる方法が開示されている。

高周波帯域（例えばマイクロ波）を利用する無線通信装置において、アンテナと送受信器の間には、送受信号（電磁波）を伝送するための導波管が設けられる。サーキュレータとは、導波管の一部に設けられるもので、受信ポートと、送信ポートと、アンテナポートと、を有する。受信ポートにはフィルタを介して受信器が接続され、送信ポートにはフィルタを介して送信器が接続され、アンテナポートにはアンテナが接続される。そして、送信器からの送信信号は、送信用のフィルタを介してサーキュレータに入力され、サーキュレータはアンテナポートに出力する。また、アンテナポートからの受信信号は、サーキュレータに入力され、受信用のフィルタを介して受信器側に出力される。これらサーキュレータと、送信器、受信器、アンテナの間には所定長の導波管が介在して設けられる。サーキュレータの中央には、３つのポートの結合部が設けられ、この結合部にはポートから送受される電磁波を一方向に伝達させるための磁性体（フェライト等）が設けられている。結合部には磁性体の近傍にマッチングスタブが設けられ、電磁波の送受間で所定のアイソレーションを確保している。

特開２００１−０６０８０７号公報

しかしながら、このように計２個のフィルタを使い、アンテナ〜フィルタ間をつなぐ導波管にサーキュレータがある場合は、アンテナ〜フィルタ間の導波管がコストアップ要因となる。

また、サーキュレータの送信ポートには送信用のフィルタが一体的に設けられ、受信ポートには受信用のフィルタが一体的に設けられることにより、２個のフィルタとサーキュレータとが統合されて、デュプレクサを形成する場合も考えられる。

デュプレクサとは、分波器またはアンテナ共用器とも呼ばれ、周波数の異なる送信信号と受信信号とを分離するものである。デュプレクサは、 アンテナ端子、送信側端子、受信側端子、送信用フィルタおよび受信用フィルタを備える。送信側端子から入力された送信信号は、送信用フィルタを通過し、所定の周波数帯域の信号がアンテナ端子から出力される。また、アンテナ端子から入力された受信信号は、受信用フィルタを通過し、所定の周波数帯域の信号が受信側端子から出力される。

この場合は、アンテナ〜フィルタ間の導波管はデュプレクサ内に取り込まれる。しかし、デュプレクサの内部のサーキュレータに方向性があるため、対向する電子回路部に対して同じデュプレクサを使用できず、２種類のデュプレクサを用意しなければならないため、コストアップ要因となる。

本発明では、送信帯域と受信帯域が接近している場合でもアイソレーションを確保でき、かつコストを抑制した無線通信装置を提供することを目的とする。

無線通信装置は、電子回路部と、デュプレクサと、アンテナと、を有する無線通信装置であって、前記電子回路部は、無線通信用回路と、前記無線通信用回路の入力回路側に設けられた第１の磁性体と、前記無線通信用回路の出力回路側に設けられた第２の磁性体と、前記第１の磁性体とともに第１のアイソレータを形成する第１のマグネットと、前記第２の磁性体とともに第２のアイソレータを形成する第２のマグネットと、を備え、前記デュプレクサは、アンテナ端子と、送信側端子と、受信側端子と、前記アンテナ端子と前記受信側端子との間に設けられた第３の磁性体と、前記送信側端子と前記アンテナ端子との間に設けられた第４の磁性体と、を備え、前記アンテナは、前記アンテナ端子に接続されており、前記デュプレクサは、前記電子回路部上に配置され、前記第１のマグネットと前記第２のマグネットは、それぞれ、前記第１の磁性体と前記第３の磁性体との間、および前記第２の磁性体と前記第４の磁性体との間に挟まれて位置し、前記第３の磁性体は前記第１のマグネットとともに第３のアイソレータを形成し、前記第４の磁性体は前記第２のマグネットとともに第４のアイソレータを形成することを特徴とする。

本発明では、送信帯域と受信帯域が接近している場合でもアイソレーションを確保でき、かつコストを抑制した無線通信装置を提供することができる。

本発明における無線通信装置の断面の一部を示した図である。 本発明における電子回路部のプリント基板を示した図である。 本発明におけるデュプレクサの内部構造を示した図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照してより詳しく説明する。

図１（ａ）は電子回路部１００とデュプレクサ１２０とを有する無線通信装置１２１の断面の一部を示す図であり、電子回路部１００とデュプレクサ１２０との接続の様子を表している。

導体１０３ａ、１０３ｂ、および１０４は電子回路部１００を構成する導体である。これらの導体によって電子回路部１００の導波路１２２が形成されている。導体１０３ｂと導体１０４との間にはプリント基板１０５が挟まれており、ネジ１１８で固定されている。導体１０３ｂと導体１０４とは、プリント基板１０５上の一方の面側に設けられた無線通信用回路をシールドしている。本発明は、入力側端子から無線通信用回路２０９に信号が入力される入力回路側２１０と、無線通信用回路２０９から出力側端子へ信号が出力される出力回路側２１１と、の両方に同様に適用可能であるので、図１（ａ）では入力回路側２１０の部分のみ示している。

プリント基板１０５には、ストリップラインで伝送路が設けられており、銅箔パターンで第１のトランスデューサ１０６が形成されている。第１のトランスデューサ１０６によりデュプレクサ１２０の導波路１２３からストリップラインへ電気信号が伝送される。電子回路部１００の導波路１２２の内部には第１の磁性体１０８、およびスペーサ１１１、１１２が設けられており、第１のマグネット１１４と第１のアイソレータ２０２を構成している。磁性体は典型的にはフェライトから形成される。第１のマグネット１１４は導体１０３ａに接着剤１１５で固定されている。スペーサ１１３は特性確保のために第１のマグネット１１４の上に設置されている。導体１０３ｂ上に形成された凸部１１９によりデュプレクサ１２０の位置決めがされ、ネジ１１６はフィルタモジュールを貫通し、電子回路部１００側の導体１０３ｂで絞めて固定される。

導体１０１、１０２ａ、および１０２ｂはデュプレクサ１２０を構成している導体である。これらの導体で導波路１２３を形成している。導波路１２３の内部には第３の磁性体１０７、およびスペーサ１０９、１１０が設けられており、第１のマグネット１１４と第３のアイソレータ３０２を構成している。これは、第１のマグネット１１４が、第１の磁性体１０８と第３の磁性体１０７との間に挟まれて位置しているため可能となっている。ネジ１１７で導体１０１と導体１０２ｂは固定されている。

上述のように、第１の磁性体１０８が第１のマグネット１１４とともに第１のアイソレータ２０２を形成し、第３の磁性体１０７が第１のマグネット１１４とともに第３のアイソレータ３０２を形成する。このように２つの磁性体１０７、１０８によって１つのマグネット１１４が共用されることにより、高価なマグネットの数を一つ減らすことができ、コスト削減に効果的である。また、電子回路部１００側の第１のアイソレータ２０２とデュプレクサ１２０側の第３のアイソレータ３０２を複合化することにより、送受信に用いている２つの周波数帯域が接近している場合でもアイソレーションを確保できる。

以上、図１（ａ）に基づいてプリント基板１０５の入力回路側に関して述べたが、図１（ｂ）に示されるように出力回路側に関しても全く同様のことが言える。第１のマグネット１１４、第１の磁性体１０８、第３の磁性体１０７、第１のアイソレータ２０２、第３のアイソレータ３０２、および第１のトランスデューサ１０６にそれぞれ対応して、第２のマグネット１２６、第２の磁性体１２４、第４の磁性体１２５、第２のアイソレータ２０３、第４のアイソレータ３０３、および第２のトランスデューサ１２７が設けられている。第２の磁性体１２４と第４の磁性体１２５によって第２のマグネット１２６が共用されることにより、マグネットの数を一つ減らすことができる。また、電子回路部１００側の第２のアイソレータ２０３とデュプレクサ１２０側の第４のアイソレータ３０３を複合化することにより、送受信に用いている２つの周波数帯域が接近している場合でもアイソレーションを確保できる。

図２は電子回路部１００側に形成された回路を示したものである。電子回路部１００内にはプリント基板１０５があり、ストリップラインを伝送路とした回路が設けられている。インターフェース２０７は、デュプレクサ１２０の導波路１２３中の電磁波からストリップラインへ電気信号を変換する第１のトランスデューサ１０６を備えており、受信信号が入力される。インターフェース２０７は図２では、インターフェース２０７から入力される方向を示すため、第１のアイソレータ２０２にその向きを矢印で表している。受信信号は第１のアイソレータ２０２を経由して無線通信用回路２０９へ伝送される。

インターフェース２０８、ストリップラインからデュプレクサ１２０の導波路１２３中の電磁波へ電気信号を変換する第２のトランスデューサを備えており、ここから送信信号が出力される。図２では、インターフェース２０８へ出力する方向を示すため、第２のアイソレータ２０３にその向きを矢印で表している。送信信号は無線通信用回路２０９から第２のアイソレータ２０３を経由してインターフェース２０８へ出力される。

インターフェース２０６は本電子回路部を貫いた向こう側でアンテナを取り付けるために設けられている。電気的にはインターフェース２０７、２０８とは分離されている。

図３はデュプレクサの内部構造を示している。インターフェース３０９はアンテナへ接続するためのものであり、導波管開口となっている。図２のインターフェース２０６を経由して電子回路部を貫通した向こう側に取り付けられているアンテナとの間を送信信号および受信信号が伝送される。

インターフェース３０９に伝送された受信信号は、分岐部３０８を通りフィルタ部３０６で希望波が通過し、アイソレータ部３０２でインターフェース３１０へ到達する。インターフェース３１０は導波管開口となっている。

インターフェース３１１へ入力される送信信号はアイソレータ部３０３を通りフィルタ部３０７で希望波が通過し、分岐部３０８でインターフェース３０９へ到達する。インターフェース３１１は導波管開口となっている。

このデュプレクサ１２０は図２に示した電子回路部１００側のプリント基板１０５の上に重なるように組み立てられ、図１のように第１のマグネット１１４がデュプレクサ１２０と電子回路部１００との間に挟まれる。第３のアイソレータ３０２、および第４のアイソレータ３０３の矢印は、その場合のアイソレータの方向を図示している。つまり、第１のアイソレータ２０２と第３のアイソレータ３０２は図示した左回りで同一になり、第２のアイソレータ２０３と第４のアイソレータ３０３は図示した右回りで同一になる。

無線通信装置１２１の対向機では、送信帯域および受信帯域への周波数割り当てが逆の関係になっている。対向機として組み立てる場合は、デュプレクサ１２０を１８０°回転して電子回路部１００側に取り付ける。１８０°回転したとき、インターフェース３１０および第３のアイソレータ３０２は送信用だったのが受信用、インターフェース３１１および第４のアイソレータ３０３は受信用だったのが送信用として使われることになる。この場合、マグネットは電子回路部１００側に固定されているので、１８０°回転して取り付けた場合でも、アイソレータ３０２、３０３の方向は送受の信号の方向と逆方向にはならず、インターフェース３１０および３１１の送信・受信の切り替えが実現される。

以上、本発明の意義は、電子回路部１００のプリント基板１０５上の送信回路および受信回路に使われているマグネットをデュプレクサ１２０のアイソレータ３０２、３０３と共用することで、サーキュレータ１個を内蔵するデュプレクサよりコストダウンが期待できる。これは、無線通信装置においてマグネットの単価が占める割合が大きいためである。また、電子回路部１００側のアイソレータ２０２、２０３とデュプレクサ１２０側のアイソレータ３０２、３０３を複合化することにより、送受信に用いている２つの周波数帯域が接近している場合でもアイソレーションを確保できる。

また、対向の電子回路部２種に対して、デュプレクサ１種で対応でき、製造管理の面でコスト削減に有用である。

また、フィルタを２個利用する場合では異なる２種のフィルタの取り付けなのに対して、デュプレクサは１個の取り付けであるので、組み立てコストの低減が見込まれる。

（他の実施例）
図１および図２においては、プリント基板上の伝送路であるストリップラインとデュプレクサの導波路との間で電気信号を変換するトランスデューサは、プリント基板上のパターンで形成されたものであった。しかし、このトランスデューサには、ピン状のマイクロ波信号端子を用いても、本発明を実施可能である。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１３年６月１８日に出願された日本出願特願２０１３−１２７４５８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００ 電子回路部
１０１、１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ、１０４ 導体
１０５ プリント基板
１０６ 第１のトランスデューサ
１０７ 第３の磁性体
１０８ 第１の磁性体
１０９、１１０、１１１、１１２、１１３ スペーサ
１１４ 第１のマグネット
１１５ 接着剤
１１６、１１７、１１８ ネジ
１１９ 凸部
１２０ デュプレクサ
１２１ 無線通信装置
１２２ 電子回路部の導波路
１２３ デュプレクサの導波路
１２４ 第２の磁性体
１２５ 第４の磁性体
１２６ 第２のマグネット
１２７ 第２のトランスデューサ
２０２ 第１のアイソレータ
２０３ 第２のアイソレータ
２０４、２０５、３０４、３０５ 終端器
２０６、２０７、２０８、３０９、３１０、３１１ インターフェース
２０９ 無線通信用回路
２１０ 入力回路側
２１１ 出力回路側
２１２ ストリップライン
３０２ 第３のアイソレータ
３０３ 第４のアイソレータ
３０６、３０７ フィルタ部
３０８ 分岐部

Claims (9)

1. 電子回路部と、
   デュプレクサと、
   アンテナと、
   を有する無線通信装置であって、
   前記電子回路部は、
   無線通信用回路と、
   前記無線通信用回路の入力回路側に設けられた第１の磁性体と、
   前記無線通信用回路の出力回路側に設けられた第２の磁性体と、
   前記第１の磁性体とともに第１のアイソレータを形成する第１のマグネットと、
   前記第２の磁性体とともに第２のアイソレータを形成する第２のマグネットと、
   を備え、
   前記デュプレクサは、
   アンテナ端子と、
   送信側端子と、
   受信側端子と、
   前記アンテナ端子と前記受信側端子との間に設けられた第３の磁性体と、
   前記送信側端子と前記アンテナ端子との間に設けられた第４の磁性体と、
   を備え、
   前記アンテナは、前記アンテナ端子に接続されており、
   前記デュプレクサは、前記電子回路部上に配置され、
   前記第１のマグネットと前記第２のマグネットは、それぞれ、前記第１の磁性体と前記第３の磁性体との間、および前記第２の磁性体と前記第４の磁性体との間に挟まれて位置し、
   前記第３の磁性体は前記第１のマグネットとともに第３のアイソレータを形成し、
   前記第４の磁性体は前記第２のマグネットとともに第４のアイソレータを形成することを特徴とする、無線通信装置。
2. 前記第１の磁性体と、前記第２の磁性体と、前記第３の磁性体と、前記第４の磁性体と、はフェライトで形成されている請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記電子回路部はプリント基板を有し、前記無線通信用回路は前記プリント基板上に形成されている、請求項１または２に記載の無線通信装置。
4. 前記プリント基板上の前記無線通信用回路はストリップラインを伝送路としている、請求項３に記載の無線通信装置。
5. 前記ストリップラインと前記デュプレクサの導波路との間で電気信号を変換するトランスデューサは、前記プリント基板上の銅箔パターンで形成されている、請求項４に記載の無線通信装置。
6. 前記ストリップラインと前記デュプレクサの導波路との間で電気信号を変換するトランスデューサは、ピン状のマイクロ波信号端子である、請求項４に記載の無線通信装置。
7. 前記電子回路部は、
   前記第１の磁性体と前記第１のマグネットとの間に設けられた第１の導体と、
   前記第２の磁性体と前記第２のマグネットとの間に設けられた第２の導体と、を有し、
   前記デュプレクサは、
   前記第３の磁性体と前記第１のマグネットとの間に設けられた第３の導体と、
   前記第４の磁性体と前記第２のマグネットとの間に設けられた第４の導体と、を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の無線通信装置。
8. 前記第１の導体は、前記第１の磁性体を嵌め込むための凹部を有し、
   前記第２の導体は、前記第２の磁性体を嵌め込むための凹部を有する、請求項７に記載の無線通信装置。
9. 前記第３のアイソレーションは、第１のフィルタを介して前記アンテナ端子に電気的に接続され、
   前記第４のアイソレーションは、第２のフィルタを介して前記アンテナ端子に電気的に接続されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の無線通信装置。

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