JP2005167591A - 無線装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 無線装置においてアンテナ整合状態が変動したことに起因するパワーアンプの破壊を防止する。
【解決手段】 無線装置においてアンテナそのものもしくは周囲環境が変化したことによってアンテナの整合状態が変動した場合、無線装置は、この変動を、反射量またはパワーアンプの消費電流の変動によって検知する。そして、この変動が検知された場合、アンテナを終端器や整合素子に接続したり、整合が変動していないスペアアンテナを使用したりすることによって、アンテナの整合そのものを変化させる。これによって、パワーアンプの破壊を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線装置に関し、より特定的には、アンテナの整合状態の変動に対応することが可能な無線装置に関する。

一般に、無線装置は、通信を行うための送受信用アンテナを備えている。このアンテナは、効率よく送受信が行えるように、使用する周波数帯域において整合がとれているように設計される。アンテナの整合が十分にとられており、アンテナが自由空間の理想的な環境に置かれている場合には、アンテナは理想的に動作する。すなわち、アンテナに入力された信号が全て放射され、回路側への反射波は発生しない。

しかし、実際には、アンテナに人体が接触したりあるいは金属物が近接したりする状況や、または、アンテナそのものが破損あるいは欠損する状況が発生し得る。このような状況下では、理想的な環境下においてアンテナの整合が十分にとられていた場合でも、アンテナは不整合な状態となる。従って、上記のような状況下では、例えば信号を送信する場合には、入力信号の電力のほとんどが反射波となってパワーアンプに逆に入力されてしまい、入力信号を増幅している分の電力とアンテナ端から反射してきた電力とがパワーアンプにおいて重畳される。重畳された電力は全て熱となって消費される結果、パワーアンプにおいて異常な温度上昇が生じ、最悪の場合には破壊に至る。また、パワーアンプの利得や、出力、消費電流はパワーアンプの負荷状態で定まるが、アンテナの整合状態が変動した場合、パワーアンプの負荷状態もそれに連れて変動する。従って、アンテナの整合状態によっては、パワーアンプにおいて過電流または過大出力となり、パワーアンプ内の電力がパワーアンプ内の素子の耐電力を超えると、最悪の場合には破壊に至る。

このため従来では、パワーアンプとアンテナとの間にアイソレータを設けることによって、アンテナ側の整合変動の影響がパワーアンプに及ぶことを防止している。また、これとは別に、スペアアンテナを有することによってメインアンテナが破損した事態に備える技術がある。例えば特許文献１において、破損したアンテナを切り替えるアンテナ切替回路が提案されている。以下、このアンテナ切替回路を図９を使用して説明する。

図９は、従来のアンテナ切替回路の構成を示す図である。図９に示すアンテナ切替回路には、３個の端子を有するサーキュレータ１０２が設けられる。さらに、サーキュレータ１０２の第１の端子１０２ａに給電系が接続され、第２の端子１０２ｂにメインアンテナ１００が接続され、第３の端子１０２ｃにスペアアンテナ１０１が接続される。なお、図９では、サーキュレータ１０２の３個の端子を、循環方向に見た順に、第１の端子１０２ａ、第２の端子１０２ｂ、および第３の端子１０２ｃとする。

図９において、メインアンテナ１００が破損して第２の端子１０２ｂのインピーダンスが無限大の状態になった場合、給電系が接続されている第１の端子１０２ａは、スペアアンテナ１０１が接続されている第３の端子１０２ｃに結合される。従って、メインアンテナ１００が破損した場合、アンテナ切替回路は自動的にスペアアンテナ１０１に給電を切り替えることができる。
特開平９−２８４１６９号公報

上述した従来の技術では、パワーアンプとアンテナとの間にアイソレータやサーキュレータを設ける必要がある。つまり、無線装置に対して余分な部品の追加が必要となるので、無線装置の小型化または低コスト化の妨げとなる。さらには、パワーアンプとアンテナとの間に余分な素子を追加することは、送信出力のロスが増加することとなり、送信出力の低下または消費電力の増加の原因となる。

それ故、本発明の目的は、無線装置の小型化および低コスト化を容易に図ることが可能であるとともに、パワーアンプの破壊を防止することが可能な無線装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、無線装置における送信出力の低下および消費電力の増加を容易に抑えることが可能であるとともに、パワーアンプの破壊を防止することが可能な無線装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は以下の構成を有する。すなわち、第１の発明は、アンテナと、パワーアンプと、素子と、第１のスイッチと、整合検出部と、制御回路とを備える無線装置である。ここで、パワーアンプは、出力端子がアンテナに接続されており、アンテナから放射すべき送信信号を増幅する。素子は、アンテナに接続されており、アンテナの整合をとるためのものである。当該素子は、例えば、終端器（後述する図１参照）や整合素子（後述する図２参照）である。第１のスイッチは、アンテナと素子との間に設けられる。整合検出部は、アンテナの整合が変動したことを検出する。制御回路は、整合検出部によってアンテナの整合が変動したことが検出された場合、第１のスイッチを接続させる。

また、第２の発明は、アンテナと、パワーアンプと、スペアアンテナと、第２のスイッチと、整合検出部と、制御回路とを備える無線装置である。ここで、パワーアンプは、出力端子がアンテナに接続されており、アンテナから放射すべき送信信号を増幅する。スペアアンテナは、パワーアンプに接続される。第２のスイッチは、スペアアンテナとパワーアンプとの間に設けられる。整合検出部は、アンテナの整合が変動したことを検出する。制御回路は、整合検出部によってアンテナの整合が変動したことが検出された場合、第２のスイッチを接続させる。

上記発明によれば、無線装置においてアンテナそのものもしくは周囲環境が変化したことによってアンテナの整合状態が変動した場合、この変動は、反射量またはパワーアンプの消費電流の変動によって検知される。そして、この変動が検知された場合、アンテナの整合そのものを変化させる。これによって、無線装置は、パワーアンプの破壊を防止することができる。また、上記発明によれば、アンテナの整合を変化させるための構成としてスイッチを用いている。スイッチのような簡易な構成で実現することができるので、本発明に係る無線装置は、小型化および低コスト化を容易に図ることができるという利点がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線装置を示す図である。図１において、無線装置は、受信回路１と、アンテナ切替スイッチ２と、送受信用アンテナ３と、パワーアンプ４と、反射波検出回路５と、制御回路６と、終端器７とを備えている。アンテナ切替スイッチ２は、第１の端子２ａ、第２の端子２ｂ、第３の端子２ｃ、第４の端子２ｄ、第５の端子２ｅ、および第６の端子２ｆを有する。受信回路１は、第１の端子２ａに接続される。送受信用アンテナ３は、第３の端子２ｃに接続される。反射波検出回路５は、パワーアンプ４の出力端子と第２の端子２ｂとの間に設けられる。制御回路６は、反射波検出回路５と第６の端子２ｆとの間に設けられる。終端器７は、第４の端子２ｄに接続される。

アンテナ切替スイッチ２は、第１の接続スイッチ２ｇ、第２の接続スイッチ２ｈ、および第３の接続スイッチ２ｉを有する。第１の接続スイッチ２ｇは、第１の端子２ａと第３の端子２ｃとの間に設けられる。第２の接続スイッチ２ｈは、第２の端子２ｂと第３の端子２ｃとの間に設けられる。第３の接続スイッチ２ｉは、第３の端子２ｃと第４の端子２ｄとの間に設けられる。

第１および第２の接続スイッチ２ｇおよび２ｈは、第５の端子２ｅに接続される。第１および第２の接続スイッチ２ｇおよび２ｈは、第５の端子２ｅに入力される信号に応じてスイッチの切り替えが行われる。実施の形態１では、第５の端子２ｅがオンの場合、第１の接続スイッチ２ｇはオンとなり（スイッチが接続された状態となる）、第２の接続スイッチ２ｈはオフとなる（スイッチが切断された状態となる）。逆に、第５の端子２ｅがオフの場合、第１の接続スイッチ２ｇはオフとなり、第２の接続スイッチ２ｈはオンとなる。

第３の接続スイッチ２ｉは、第６の端子２ｆと接続される。第３の接続スイッチ２ｉは、第６の端子２ｆに入力される信号に応じてスイッチの切り替えが行われる。実施の形態１では、第６の端子２ｆがオンの場合、第３の接続スイッチ２ｉはオンとなり、第６の端子２ｆがオフの場合、第３の接続スイッチ２ｉはオフとなる。

次に、以上のように構成される無線装置の動作を説明する。無線装置が送受信用アンテナ３から信号を受信する場合、第５の端子２ｅはオンとされる。逆に、無線装置が送受信用アンテナ３から信号を送信する場合、第５の端子２ｅはオフとされる。つまり、無線装置は、信号を受信する場合には第５の端子２ｅにオン信号を入力し、信号を送信する場合には第５の端子２ｅにオフ信号を入力する。これによって、第５の端子２ｅをオンとすることで、送受信用アンテナ３と受信回路１とが第１の接続スイッチ２ｇを介して接続される。この結果、送受信用アンテナ３によって受信された信号（受信信号）が受信回路に入力される。また、第５の端子２ｅをオフとすることで、反射波検出回路５と送受信用アンテナ３とが第２の接続スイッチ２ｈを介して接続される。これによって、パワーアンプ４に入力される送信すべき信号（送信信号）は、反射波検出回路５および第２の接続スイッチ２ｈを介して送受信用アンテナ３から放射される。

なお、実施の形態１においては、第５の端子２ｅがオンの場合、第１の接続スイッチ２ｇをオンとするとともに第２の接続スイッチ２ｈをオフとし、第５の端子２ｅがオフの場合、第１の接続スイッチ２ｇをオフとするとともに第２の接続スイッチ２ｈをオンとした。ここで、他の実施の形態においては、使用の形態に応じて、第５の端子２ｅによるオン／オフの制御を逆にしても構わない。すなわち、第５の端子２ｅがオフの場合、第１の接続スイッチ２ｇをオンとするとともに第２の接続スイッチ２ｈをオフとし、第５の端子２ｅがオンの場合、第１の接続スイッチ２ｇをオフとするとともに第２の接続スイッチ２ｈをオンとしてもよい。

ここで、何らかの原因で送受信用アンテナ３の整合が変動した場合を考える。何らかの原因とは、例えば、送受信用アンテナ３に人体が接触したりあるいは金属物が近接したりしたことや、または、送受信用アンテナ３そのものが破損あるいは欠損したことである。この場合、パワーアンプ４に入力される送信信号は、その全てが送受信用アンテナ３によって放射されるわけではなく、送信信号の反射波が発生する。図１においては、発生した反射波の信号は反射波検出回路５に入力される。反射波検出回路５は、所定のレベル以上の反射波を検出すると、反射波を検出した旨を示す検出信号を制御回路６へ出力する。つまり、反射波検出回路５は、反射波を検出することによって送受信用アンテナ３の整合が変動したことを検出する。制御回路６は、送受信用アンテナ３の整合が変動したことが反射波検出回路５によって検出された場合、第３の接続スイッチ２ｉを接続させる。すなわち、制御回路６は、検出信号を入力すると、第６の端子２ｆをオンとする。第６の端子２ｆをオンとされることによって、第３の接続スイッチ２ｉがオンとなり、送受信用アンテナ３と終端器７とが接続される。すなわち、送受信用アンテナ３が終端される。この結果、送受信用アンテナ３は終端器７により整合され、パワーアンプ４の負荷変動を抑制し破壊を防止させることが可能となる。

なお、図１において、制御回路６は、反射波検出回路５からの検出信号が入力されなくなった後の所定時間の間、第３の接続スイッチ２ｉをオンとすることが好ましい。反射波検出回路５から検出信号が入力されなくなったことに応じて第３の接続スイッチ２ｉをオフとすると、その直後に反射波が再度発生する可能性があるからである。つまり、検出信号が入力されなくなったことに応じて第３の接続スイッチ２ｉをオフとするように制御回路６を設計すると、送受信用アンテナ３の整合の変動と送受信用アンテナ３を終端することによる抑制動作とが頻繁に繰り返されることになるからである。なお、上記所定時間は、例えば、無線装置が送信動作と受信動作とを一定時間毎に交互に繰り返して行う場合には、送信動作を所定の回数行う時間とする。また、制御回路６は、受信動作時においても、第３の接続スイッチ２ｉをオンとしておくことが好ましい。

以上のように、実施の形態１によれば、送受信用アンテナ３の整合が変動した場合には送受信用アンテナ３を終端することによって整合をとる。これによって、無線装置はパワーアンプ４の破壊を防止することが可能となる。また、実施の形態１においては、アンテナ整合を変化させるという目的を、スイッチで構成されるアンテナ切替部２によって実現する。従って、実施の形態１に係る無線装置は、簡易な構成で実現することが可能であるので、最小限の部品点数で実現可能であり、余分な実装面積が不要であるという利点がある。

なお、図１においては、第３の接続スイッチ２ｉは、第２の接続スイッチ２ｈと第３の端子２ｃとの間に設けられているが、第２の接続スイッチ２ｈと第２の端子２ｂとの間に設けられても構わない。この点については、後述する他の実施の形態においても同様である。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係る無線装置を示す図である。図２は、終端器７に代えて整合素子８が第４の端子２ｄに接続される点で図１と異なる他は、図１と同様である。従って、図２において図１と同様の構成要素については図１と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

実施の形態２においても、実施の形態１と同様、送受信用アンテナ３の整合が変動した結果、反射波が発生した場合には、第３の接続スイッチ２ｉがオンとなる。これによって、送受信用アンテナ３は第３の接続スイッチ２ｉを介して整合素子８と接続される。実施の形態２においては、送受信用アンテナ３が整合素子８によって整合されることによって、パワーアンプ４の負荷変動を抑制し破壊を防止する。なお、整合素子８の値は、例えば、送受信用アンテナ３の周囲に金属が近接した場合に送受信用アンテナ３の整合が最適となるように設定しておく。これによって、無線装置は、自由空間である場合（送受信用アンテナ３が理想的な環境下にある場合）と、送受信用アンテナ３に金属が近接した場合との双方の場合において、アンテナ整合をとることができる。このように、整合素子８の値は、送受信用アンテナ３の整合を変動させる原因となると予想される状況に応じて適切な値に設計しておくとよい。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係る無線装置を示す図である。図３は、終端器７に代えて送受信用スペアアンテナ９が第４の端子２ｄに接続される点で図１と異なる他は、図１と同様である。従って、図２において図１と同様の構成要素については図１と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

実施の形態３においても、実施の形態１と同様、送受信用アンテナ３の整合が変動した結果、反射波が発生した場合には、第３の接続スイッチ２ｉがオンとなる。これによって、送受信用スペアアンテナ９は第３の接続スイッチ２ｉを介して反射波検出回路５と接続される。この結果、送信信号は、整合がとれている送受信用スペアアンテナ９から放射されることになるので、パワーアンプ４の負荷変動を抑制し破壊を防止することが可能となる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係る無線装置を示す図である。図４は、アンテナ切替スイッチ２が第４の接続スイッチ２ｊを有する点で図３と異なる他は、図３と同様である。従って、図４において図３と同様の構成要素については図３と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態３との相違点を主に説明する。

図４において、第４の接続スイッチ２ｊは、第３の端子２ｃと第２の接続スイッチ２ｈとの間に設けられる。第４の接続スイッチ２ｊは、第６の端子２ｆに入力される信号に応じてスイッチの切り替えが行われる。具体的には、第６の端子２ｆがオンの場合、第４の接続スイッチ２ｊはオフとなり、第６の端子２ｆがオフの場合、第４の接続スイッチ２ｊはオンとなる。

実施の形態４において、送受信用アンテナ３の整合が変動した結果、反射波が発生した場合には、第４の接続スイッチ２ｊがオフとなる。これによって、パワーアンプ４は、第４の接続スイッチ２ｊによって送受信用アンテナ３から切り離される。従って、送受信用アンテナ３がショートとなるような整合変動または破損が生じた場合であっても、その影響が送受信用スペアアンテナ９に及ばない。また、実施の形態３と同様、送受信用アンテナ３の整合が変動したことによって反射波が発生した場合には、第３の接続スイッチ２ｉがオンとなる。従って、送信信号は整合がとれている送受信用スペアアンテナ９から放射されるので、パワーアンプ４の負荷変動を抑制し破壊を防止させることが可能となる。

（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５に係る無線装置を示す図である。図５は、反射波検出回路５に代えて電流検出回路１０および電源供給端子１１を備える点で図１と異なる他は、図１と同様である。従って、図５において図１と同様の構成要素については図１と同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１との相違点を主に説明する。

図５において、電流検出回路１０は、パワーアンプ４の電源端子と制御回路６との間に設けられる。電源供給端子１１は、電流検出回路１０に接続される。電源供給端子１１は、電流検出回路１０を介してパワーアンプ４に電源を供給する。

実施の形態５において送受信用アンテナ３の整合が変動した場合、パワーアンプ４の負荷状態が変動し、パワーアンプ４の消費電流が変動する。電流検出回路１０は、パワーアンプ４の消費電流が所定のレベルの範囲を超えて変動すると、パワーアンプ４の消費電流が変動した旨を示す検出信号を制御回路６へ出力する。制御回路６は、当該検出信号を入力すると、第３の接続スイッチ２ｉをオンとする。これによって、送受信用アンテナ３と終端器７とが接続される。このように、実施の形態５に係る無線装置は、パワーアンプ４の消費電流が変動した際に送受信用アンテナ３を終端することとなる。この結果、送受信用アンテナ３は終端器７により整合され、パワーアンプ４の負荷変動を抑制し破壊を防止させることが可能となる。

以上のように、実施の形態５によれば、パワーアンプ４の消費電流の変動を検出することによって、送受信用アンテナ３の整合が変動したか否かを検出する。これによっても、送受信用アンテナ３の整合の変動に応じて送受信用アンテナ３を終端させることが可能である。なお、実施の形態５では、実施の形態１に示す構成においてパワーアンプ４の消費電流の変動を検出する構成であったが、実施の形態２〜４においても、パワーアンプ４の消費電流の変動を検出する構成とすることが可能である。具体的には、図６に示すように、終端器７に代えて整合素子８が第４の端子２ｄに接続される構成であってもよい。また、図７に示すように、終端器７に代えて送受信用スペアアンテナ９が第４の端子２ｄに接続される構成であってもよい。さらに、図８に示すように、終端器７に代えて送受信用スペアアンテナ９が第４の端子２ｄに接続され、かつ、アンテナ切替スイッチ２が第４の接続スイッチ２ｊを有する構成であってもよい。以上図６〜図８に示す構成によっても、上記実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。なお、図５〜図８においても図１と同様、制御回路６は、電力検出回路１０からの検出信号が入力されなくなった後の所定時間の間、第３の接続スイッチ２ｉをオンとすることが好ましい。

以上のように、本発明に係る無線装置は、パワーアンプの破壊防止、負荷変動による消費電流変動、出力変動対策等を目的として利用することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る無線装置を示す図 本発明の実施の形態２に係る無線装置を示す図 本発明の実施の形態３に係る無線装置を示す図 本発明の実施の形態４に係る無線装置を示す図 本発明の実施の形態５に係る無線装置を示す図 本発明の他の実施の形態に係る無線装置を示す図 本発明の他の実施の形態に係る無線装置を示す図 本発明の他の実施の形態に係る無線装置を示す図 従来のアンテナ切替回路の構成を示す図

符号の説明

１ 受信回路
２ アンテナ切替スイッチ
２ａ 第１の端子
２ｂ 第２の端子
２ｃ 第３の端子
２ｄ 第４の端子
２ｅ 第５の端子
２ｆ 第６の端子
２ｇ 第１の接続スイッチ
２ｈ 第２の接続スイッチ
２ｉ 第３の接続スイッチ
２ｊ 第４の接続スイッチ
３ 送受信用アンテナ
４ パワーアンプ
５ 反射波検出回路
６ 制御回路
７ 終端器
８ 整合素子
９ 第２のアンテナ
１０ 電流検出回路
１１ 電源供給端子

Claims (7)

1. アンテナと、
   出力端子が前記アンテナに接続され、前記アンテナから放射すべき送信信号を増幅するパワーアンプと、
   前記アンテナに接続され、前記アンテナの整合をとるための素子と、
   前記アンテナと前記素子との間に設けられる第１のスイッチと、
   前記アンテナの整合が変動したことを検出する整合検出部と、
   前記整合検出部によって前記アンテナの整合が変動したことが検出された場合、前記第１のスイッチを接続させる制御回路とを備える、無線装置。
2. アンテナと、
   出力端子が前記アンテナに接続され、前記アンテナから放射すべき送信信号を増幅するパワーアンプと、
   前記パワーアンプに接続されるスペアアンテナと、
   前記スペアアンテナと前記パワーアンプとの間に設けられる第２のスイッチと、
   前記アンテナの整合が変動したことを検出する整合検出部と、
   前記整合検出部によって前記アンテナの整合が変動したことが検出された場合、前記第２のスイッチを接続させる制御回路とを備える、無線装置。
3. 前記アンテナと前記パワーアンプとの間に設けられる第３のスイッチをさらに備え、
   前記制御回路は、前記整合検出部によって前記アンテナの整合が変動したことが検出された場合、前記第３のスイッチを切断させる、請求項２に記載の無線装置。
4. 前記アンテナに接続され、前記アンテナによって受信される受信信号を入力する受信回路と、
   前記パワーアンプと前記アンテナとの間であって前記受信回路と前記アンテナとの間に設けられる第４のスイッチをさらに備え、
   前記第４のスイッチは、前記送信信号を前記アンテナから放射する場合、前記パワーアンプと前記アンテナとを接続し、前記受信信号を前記アンテナによって受信する場合、前記受信回路と前記アンテナとを接続するように切り替えを行う、請求項１または２に記載の無線装置。
5. 前記整合検出部は、前記パワーアンプの出力端子と前記アンテナとの間に設けられ、前記アンテナにおける前記送信信号の反射波が所定のレベルを超えたことを検出する反射波検出回路である、請求項１または２に記載の無線装置。
6. 前記整合検出部は、前記パワーアンプの電源端子と前記制御回路との間に設けられ、前記パワーアンプの消費電流が所定のレベルの範囲を超えて変動したことを検出する電流検出回路である、請求項１または２に記載の無線装置。
7. 前記制御回路は、前記整合検出部によって前記アンテナの整合が変動したことが検出された後の所定時間の間、前記第１のスイッチを接続させる、請求項１または２に記載の無線装置。
   
   

Images