JP5185017B2 - 同軸ケーブルの損失補正システム - Google Patents

Description

本発明は、ワイヤレスマイクを使用するアンテナ通信システムに係り、当該ワイヤレスマイクと受信機とを繋ぐ同軸ケーブルの損失を補正する技術に関する。

近年、電子技術の普及や多様化に伴い、音声などを含めて、通信の無線化が進んでいる。駅の構内放送などにおいても、ワイヤレスマイクの普及により、自由な位置から安全確認等をしながらプラットホームへの案内放送が可能となり、業務の効率化や安全性の維持改善に貢献している。

このようなワイヤレスマイクなどの送信機と組み合わせて単行通信を実現する受信システムの典型例としては、アンテナ素子を含むアンテナユニット（本出願において単に「アンテナ」とも呼ぶ）と、受信回路などを含む受信機ユニット（本出願において単に「受信機」とも呼ぶ）を、信号伝達用の同軸ケーブルで接続する構成が知られる。

このような従来のシステムでは、同軸ケーブルでのケーブル損失を補正するため、運用開始の際に、実際のケーブル損失に合わせて、アンテナの出力や受信機の入力に係るアッテネーター等の回路を手動切替えなどで調節していた。
特開２００３−２３４６２８ 特開２００８−６１１４１

しかしながら、上記のように従来、手動でアッテネーターを設定する際は、事前にケーブル損失を測定または計算しなければならず、専門の業者が必要であるなど、導入のための費用や日数の負担が増大しやすい問題があった。さらに、このようなケーブル損失の算出は机上計算であるため、実際の同軸ケーブル誤差とは異なった値となる可能性も生じていた。

また、他の技術として、受信開始後に実際の受信信号強度に応じ増幅器などで利得を自動調整する例はあったが（例えば特許文献１ほか）、その種の例では無線伝送段階の損失とケーブル損失を一体に扱っていたため、事前に確定するケーブル損失値と切り離して受信信号強度の変動を捉えるなど、状況に応じた柔軟な運用や応用が困難という問題があった。

そこで、本出願人は、以前にアッテネーターの事前設定にかかる負担を軽減する受信システムを提案している（特許文献２参照）。具体的には、このシステムは、受信機内に高周波信号発振器を配設し、この発振器で発生する高周波信号をケーブル損失の度合いを判定する判定用信号として、アンテナに送出し、アンテナにおいて当該判定用信号の強度レベルに基づいてケーブル損失を判定する。

つまり、このシステムでは、通常の受信信号の通信時に判定用信号を計測するため、リアルタイムにおける受信信号と判定用信号の混信を回避すべく、受信信号とは異なる高周波数の判定用信号を検出することにより、ケーブル損失を判定している。

しかし、アンテナと受信機を繋ぐ同軸ケーブルは、種類によって周波数に応じた固有の減衰特性を有するので、通常の通信信号の周波数と異なる周波数の判定用信号では、期待する同軸ケーブル固有の減衰特性を得られないことがあった。また、このシステムでは、高周波発振器の設置箇所が受信機側に限られてしまっていた。

本発明は、上記のような課題を解消し、要望に応えるために提案されたものであって、その目的は、配設したスイッチ回路により通信信号ラインと判定用信号ラインとを切り換えることで、通常の通信信号と同じ周波数の判定用信号の計測が可能となり、同軸ケーブル固有の周波数による減衰特性を適切に確保可能な同軸ケーブル損失の補正システムを提供することにある。また、アンテナ側に判定用信号を出力する発振器を配設することも本発明の目的とする。

前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、各々アンテナ素子を有する複数の受信アンテナと、各受信アンテナで受信した信号を混合／分配して受信機に出力する混合分配器と、前記各受信アンテナと混合分配器とを接続する同軸ケーブルと、を有する同軸ケーブル損失の補正システムであって、前記各受信アンテナは、前記同軸ケーブルを通じて前記混合分配器に対し、当該同軸ケーブルの損失の判定用信号を出力する発振器と、出力端子が前記同軸ケーブル側に繋がれ、入力端子が前記アンテナ素子側と前記発振器側とで切り換えられる第１のスイッチ手段と、を備え、前記混合分配器は、アンテナ利得を変更する変更手段と、前記発振器からの判定用信号の強度レベルに基づいて前記同軸ケーブルの損失を検出する検波手段と、前記検波手段で検出された前記同軸ケーブルの損失に基づいて前記変更手段を制御する制御手段と、入力端子が前記同軸ケーブル側に繋がれ、出力端子が前記受信機側と前記検波手段側とで切り換えられる第２のスイッチ手段と、前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段とを制御するスイッチ制御部を備え、前記スイッチ制御部は、前記第１のスイッチ手段により、前記第１のスイッチ手段の入力端子を前記発振器側に、前記第２のスイッチ手段により、前記第２のスイッチ手段の出力端子を前記検波手段側に切り換えることで、前記発振器からの判定用信号が前記同軸ケーブルを通じて前記検波手段に送出されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の同軸ケーブルの補正システムにおいて、前記スイッチ制御部は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段の駆動を同期制御することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の同軸ケーブルの補正システムにおいて、前記変更手段は、減衰器と増幅器の少なくとも一方から構成されることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、同軸ケーブル長の測定や算出などの事前設定にかかる負担を軽減することができると共に、スイッチ回路を設けることにより通常の通信信号と同じ周波数の判定用信号の計測が可能な同軸ケーブル損失の補正システムを提供することができる。これにより、ケーブル損失の判定用信号の周波数を通信信号と異なるものに変更することなく混信を回避し当該ケーブル損失を検出することが可能となり、さらには、同軸ケーブル固有の周波数による減衰特性を適切に確保することができる。また、多チャンネルを使用する時に求められる相互変調特性を改善することが可能となる。

［本実施形態］
［１．構成］
次に、本発明を実施するための最良の実施形態について、図１及び２を参照して以下に詳述する。本実施形態では、図１及び２に示すように、アンテナ（アンテナユニット）１と、同軸ケーブルで繋がれる受信機との間に当該受信機への信号の分配と同軸ケーブルにおける損失の補正を兼ねたアンテナ混合分配器２を備えたシステムを説明する。なお、アンテナ１とアンテナ混合分配器２とを、同軸ケーブルも含めて同軸ケーブル損失の補正システムと称している。

また、図１及び２の通り、各々アンテナ素子１１を有するアンテナ１は複数設けられ、当該アンテナ１は各チャンネルＡ１〜Ａｘ、Ｂ１〜Ｂｘに対応して混合分配器２に接続されている。

［１．１．アンテナの構成］
アンテナ１は、図１に示すように、信号を受信するアンテナ素子１１と、当該アンテナ素子１１から受信した信号をアンテナ利得に変更する変更手段として、減衰回路であるアッテネータ回路１２（ＡＴＴ１２とも表す）と、ＲＦ増幅器１３とを有する。さらに、本実施形態では、アンテナ１は、入力をアンテナ素子１１側と後述する発振器１６側とに切り換えるスイッチ回路１４（「第１のスイッチ手段」に対応する。以下同じ）を有している。

具体的には、このスイッチ回路１４の一方の入力端子はアンテナ素子１１側のＲＦ増幅器１３に繋がれ、他方の入力端子は発振器１６に繋がれ、出力端子はＲＦ信号とＤＣ信号を相互に変換するＲＦ−ＤＣ変換回路１５に繋がれる。ここで、スイッチ回路１４がＯＦＦの状態とは入力がアンテナ素子１１側、すなわちＲＦ増幅器１３側に切り換えられた状態を示し、ＯＮの状態とは入力が発振器１６側に切り換えられた状態を示している。なお、当該スイッチ回路１４がＯＦＦされると、アンテナ素子１１で受信した信号をアンテナ混合分配器２を介して受信機へ送出する通常の通信状態となり、ＯＮされると、ケーブル損失の補正処理が行われる。

また、スイッチ回路１４の出力端子が繋がれるＲＦ−ＤＣ変換回路１５は、コネクタを介して同軸ケーブルによりアンテナ混合分配器２のコネクタに接続される。なお、各アンテナ１のコネクタはチャンネル毎にそれぞれ同軸ケーブルによりアンテナ混合分配器２側のコネクタに繋がれる。

アンテナ１は、さらに、アンテナ混合分配器２側からの受信データを復調するデータ復調回路１７と、同軸ケーブル損失の判定用信号をアンテナ混合分配器２側へ出力する発振器１６と、各回路へ電源を供給する電源回路１８を備える。さらに、制御系統として、ＡＴＴ１２、ＲＦ増幅器１３、スイッチ回路１４、発振器１６、データ復調回路１７、電源回路１８を制御する制御回路１９を有している。

［１．２．アンテナ混合分配器の構成］
次に、アンテナ１と同軸ケーブルで繋がれるアンテナ混合分配器２の構成を、図２を参照して以下に説明する。なお、アンテナ混合分配器２では、チャンネル毎の各コネクタに同軸ケーブルを通じて当該チャンネルに対応した各アンテナ１が繋がれており、下記のような処理系統をチャンネル数分有している。一例として、チャンネルＡ１に対応するアンテナ１側のコネクタから繋がれるアンテナ混合分配器２のコネクタａ１における処理系統を説明する。

まず、コネクタａ１に繋がるＲＦ信号とＤＣ信号とを相互に変換するＲＦ−ＤＣ変換回路２１を有している。このＲＦ−ＤＣ変換回路２１は、コネクタａ１を通じて受信したＤＣ信号をＲＦ信号に変換し、あるいは後述するデータ変調回路３０により変調されたデータをＤＣ信号に変換する。

また、アンテナ１側から受信した信号のアンテナ利得を変更する変更手段として、減衰回路であるアッテネータ回路２２（ＡＴＴ２２とも表す）と、ＲＦ増幅器２３とを有する。そして、出力を、受信機側とケーブル損失を含んだ発振器１６からの判定用信号を検出する検波回路２５（「検波手段」に対応する。以下同じ）側とで切り換えるスイッチ回路２４（「第２のスイッチ手段」に対応する。以下同じ）を備えている。

具体的には、このスイッチ回路２４の入力端子はＲＦ増幅器２３に繋がれ、一方の出力端子は後述するアンテナ混合分配回路２７に、他方が検波回路２５に繋がれている。ここで、スイッチ回路２４のＯＦＦの状態とは出力がアンテナ混合分配回路２７側に切り換えられた状態を示し、ＯＮの状態とは出力が検波回路２５側に切り換えられた状態を示している。なお、当該スイッチ回路２４がＯＦＦされると、同軸ケーブルの損失補正処理は終了し、アンテナ１から受信機への通常の通信が行われる。

また、アンテナ混合分配器２は、検波回路２５により検出された同軸ケーブル損失を含んだ判定用信号のレベルに応じてＡＴＴ２２を制御する制御回路２６を備えている。さらに、先にも述べたが、スイッチ回路２４の出力端子が接続されるアンテナ混合分配回路２７は、混合分配器２のコネクタａ１〜ａｘを通じて受信するアンテナ１側からの信号を混合し所定の受信機へ分配する。

また、アンテナ混合分配器２は、各コネクタに繋がれるチャンネル毎の処理系統とは別に、下記のような構成を有している。まず、アンテナ１側のスイッチ回路１４とアンテナ混合分配器２側のスイッチ回路２４を制御するスイッチ・発振器制御回路２８（「スイッチ制御部」に対応する。以下同じ）を備えている。このスイッチ・発振器制御回路２８は、さらに発振器１６のＯＮ／ＯＦＦを制御し、より詳細には、スイッチ回路１４のＯＮと同期させて発振器１６もＯＮするよう制御する。

また、アンテナ１側のＡＴＴ１２のＯＮ／ＯＦＦを制御するアッテネータ制御回路２９を備えている。このアッテネータ制御回路２９は、スイッチ・発振器制御回路２８からのアンテナ１側のスイッチ回路１４をＯＮしようとする制御信号に基づいて、これと同期してＡＴＴ１２をＯＦＦする制御信号を送出する。

なお、スイッチ・発振器制御回路２８やアッテネータ制御回路２９からの制御信号を変調するデータ変調回路３０と、各回路へ電源を供給する電源回路３１も備えている。

［２．作用効果］
次に、上記のような構成を有する本実施形態の作用を以下に詳述する。ここでは、図１及び２に示す構成を参照して、入力チャンネルがＡ１である場合にコネクタａ１を通じたアンテナ１側とアンテナ混合分配器２側との処理を説明する。

まず、アンテナ混合分配器２のスイッチ・発振器制御回路２８が、アンテナ１側のスイッチ回路１４をＯＮとし、これに同期させてアンテナ混合分配器２側のスイッチ回路２４もＯＮとする制御信号を送出する。また、アッテネータ制御回路２９が、このスイッチ・発振器制御回路２８によるアンテナ１側のスイッチ回路１４をＯＮとする制御に対応させて、ＡＴＴ１２をＯＦＦする制御信号を送出する。

そして、このスイッチ・発振器制御回路２８及びアッテネータ制御回路２９からの制御信号は、データ変調回路３０により変調され、ＲＦ−ＤＣ変換回路２１でＤＣ信号に変換されることでコネクタａ１を通じて同軸ケーブルによりアンテナ１に送出される。アンテナ１側では、コネクタを通じてアンテナ混合分配器２からのこの制御信号を受信し、ＲＦ−ＤＣ変換回路１５によりＲＦ信号に変換される。

アンテナ１側で受信しＲＦ信号に変換された制御信号は、データ復調回路１７により復調され、制御回路１９が当該信号を取得することでスイッチ回路１４をＯＮとし、それと同時にＡＴＴ１２をＯＦＦとし、さらに発振器１６をＯＮするよう制御する。アンテナ１側のスイッチ回路１４がＯＮに切り換わることで、アンテナ１と受信機との通常の通信形態から当該アンテナ１内に配設された発振器とアンテナ混合分配器２における同軸ケーブル損失の補正処理の通信形態に切り換わる。

すなわち、アンテナ１側のスイッチ回路１４がＯＮすることにより、発振器１６とＲＦ−ＤＣ変換回路１５とが繋がれ、この発振器１６が発振することで同軸ケーブル損失の判定用信号がアンテナ混合分配器２側へ出力される。より詳細には、スイッチ・発振器制御回路２８からの制御信号により発振器１６がＯＮすることで、当該発振器１６から出力された同軸ケーブル損失の判定用信号がＲＦ−ＤＣ変換回路１５によりＤＣ信号に変換され、コネクタを通じて同軸ケーブルによりアンテナ混合分配器２へ送出される。

アンテナ混合分配器２側のコネクタａ１ではこの同軸ケーブル損失の判定用信号を受信し、ＲＦ−ＤＣ変換回路２１によりＲＦ信号に変換される。ここで、スイッチ回路２４は、アンテナ１側のスイッチ回路１４に同期してＯＮとなっているから、アンテナ１側から受信しＲＦ信号に変換された判定用信号は検波回路２５に送出される。これにより、検波回路２５は、アンテナ１側からの判定用信号の強度レベルに基づいて同軸ケーブルの損失度合いを検出する。

そして、制御回路２６は、検出された同軸ケーブルの損失度合いに基づいて、ＡＴＴ２２、ＲＦ増幅器２３を制御することで当該損失を補正する。例えば、検波回路２５で検出したケーブル損失が−１０ｄＢである場合には、制御回路２６は、変更手段であるＡＴＴ２２、ＲＦ増幅器２３により＋１０ｄＢとするよう調整制御する。

制御回路２６を通じて変更手段によりケーブル損失が補正されると、スイッチ・発振器制御回路２８は、アンテナ１側のスイッチ回路１４をＯＦＦとすると共に、アンテナ混合分配器２側のスイッチ回路２４をＯＦＦとする。つまり、アンテナ混合分配器２側のスイッチ回路２４をＯＦＦすることにより、同軸ケーブル損失が補正された状態で通常のアンテナ１側と受信機側との通信が行われることになる。

以上のような本実施形態によれば、同軸ケーブル長の測定や算出などの事前設定にかかる負担を軽減することができると共に、スイッチ回路を設けることにより通常の通信信号と同じ周波数の判定用信号の計測が可能な同軸ケーブル損失の補正システムを提供することができる。これにより、ケーブル損失の判定用信号の周波数を通信信号と異なるものに変更することなく混信を回避し当該ケーブル損失を検出することが可能となり、さらには、同軸ケーブル固有の周波数による減衰特性を適切に確保することができる。また、多チャンネルを使用する時に求められる相互変調特性を改善することが可能となる。

本発明の実施形態におけるアンテナの構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態におけるアンテナ混合分配器の構成を示す機能ブロック図。

符号の説明

１…アンテナ
２…アンテナ混合分配器
１１…アンテナ素子
１２…アッテネータ回路
１３…ＲＦ増幅器
１４…スイッチ回路
１５…ＲＦ−ＤＣ変換回路
１６…発振器
１７…データ復調回路
１８…電源回路
１９…制御回路
２１…ＲＦ−ＤＣ変換回路
２２…アッテネータ回路
２３…ＲＦ増幅器
２４…スイッチ回路
２５…検波回路
２６…制御回路
２７…アンテナ混合分配回路
２８…スイッチ・発振器制御回路
２９…アッテネータ制御回路
３０…データ変調回路
３１…電源回路

Claims (3)

1. 各々アンテナ素子を有する複数の受信アンテナと、各受信アンテナで受信した信号を混合／分配して受信機に出力する混合分配器と、前記各受信アンテナと混合分配器とを接続する同軸ケーブルと、を有する同軸ケーブル損失の補正システムであって、
   前記各受信アンテナは、
   前記同軸ケーブルを通じて前記混合分配器に対し、当該同軸ケーブルの損失の判定用信号を出力する発振器と、
   出力端子が前記同軸ケーブル側に繋がれ、入力端子が前記アンテナ素子側と前記発振器側とで切り換えられる第１のスイッチ手段と、を備え、
   前記混合分配器は、
   アンテナ利得を変更する変更手段と、
   前記発振器からの判定用信号の強度レベルに基づいて前記同軸ケーブルの損失を検出する検波手段と、
   前記検波手段で検出された前記同軸ケーブルの損失に基づいて前記変更手段を制御する制御手段と、
   入力端子が前記同軸ケーブル側に繋がれ、出力端子が前記受信機側と前記検波手段側とで切り換えられる第２のスイッチ手段と、
   前記第１のスイッチ手段と前記第２のスイッチ手段とを制御するスイッチ制御部を備え、
   前記スイッチ制御部は、
   前記第１のスイッチ手段により、前記第１のスイッチ手段の入力端子を前記発振器側に、前記第２のスイッチ手段により、前記第２のスイッチ手段の出力端子を前記検波手段側に切り換えることで、前記発振器からの判定用信号が前記同軸ケーブルを通じて前記検波手段に送出されることを特徴とする同軸ケーブル損失の補正システム。
2. 前記スイッチ制御部は、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段の駆動を同期制御することを特徴とする請求項１に記載の同軸ケーブルの補正システム。
3. 前記変更手段は、減衰器と増幅器の少なくとも一方から構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の同軸ケーブルの補正システム。

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