JP2010287931A

JP2010287931A - 送受信回路

Info

Publication number: JP2010287931A
Application number: JP2009137906A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sugano; 進菅野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-09
Also published as: JP5119206B2

Abstract

【課題】送信信号の受信系回路側への漏洩による受信感度の劣化を防止することができる送受信回路を提供する。
【解決手段】送信系回路ＴＸに、バランス型電力増幅器３０を使用し、このバランス型電力増幅器３０から出力される正相と逆相の２つの送信信号のうち、正相の不平衡信号にしてアンテナから放射するとともに、逆相の送信信号を方向性結合器３２で取り出し、それを可変アッテネータ３３及び可変位相器３４でレベル及び位相を調整してサーキュレータ２２２から漏洩する送信リーク信号に加算し、送信リーク信号のレベルを低減するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信と受信を同時に行うことができる送受信回路に関する。

従来、圧力センサや温度センサ等を組み込んだ通信機をタイヤ内に装着することによって、タイヤ空気圧等の各種タイヤ情報を取得できるようにしたＴＰＭＳ（タイヤ空気圧監視装置）がある（例えば、特許文献１参照）。

ＴＰＭＳでは、タイヤのバルブと一体となったタイヤ側送信機（以下、「トランスポン
ダ」という）をタイヤに内蔵し、トランスポンダに設けたセンサ回路で空気圧と温度等を計測する一方、車両側装置（以下、「ＥＣＵ」という）からトランスポンダにＲＦ信号を送信し、ＲＦ信号を受けたトランスポンダがタイヤ空気圧、温度等のタイヤ情報を含んだＲＦ信号をＥＣＵへ返信し、ＥＣＵが、受信したＲＦ信号からタイヤ空気圧、温度等のタイヤ情報を取り出してタイヤ状態を監視する。

図４は、タイヤ空気圧を計測するＴＰＭＳのシステム構成図である。ＴＰＭＳは、タイヤ側に内蔵されるトランスポンダ１０と、タイヤから離れた場所に設置されるＥＣＵ２０とで構成される。トランスポンダ１０は、アンテナ１１、アンテナ整合回路１２及びミキサ回路１３で送受信部を構成し、圧力センサ回路１４でセンサ回路を構成している。圧力センサ回路１４の共振周波数をｆ１として、ＥＣＵ２０から励振信号（周波数ｆ１）を含む周波数ｆ０の搬送波信号を無線送信する。アンテナ１１で受信した搬送波信号はミキサ回路１３でフィルタリングされて、搬送波周波数ｆ０から周波数ｆ１の励振信号が圧力センサ回路１４の水晶振動子１７に印加される。励振信号が印加されることで、水晶振動子１７が励振する。

圧力センサ回路１４は、タイヤ圧力に応じて容量が変化するコンデンサからなる圧力センサ１８と上述した水晶振動子１７との共振回路が構成されていて、タイヤ圧力に応じた周波数（ｆ１近傍）で共振する。タイヤ圧力情報を含んだ共振信号はミキサ回路１３で搬送波信号と混合されてアンテナ１１から無線送信される。

ＥＣＵ２０は、アンテナ２１、送受信回路２２、コントロール回路２３及び電源２４で構成され、タイヤ情報を運転者に伝達する表示装置などの外部装置２５に接続されている。送受信回路２２は、コントロール回路２３からの指示を受けて周波数ｆ１で搬送波信号を変調して無線送信する一方、アンテナ２１で受信したＲＦ信号からタイヤ空気圧のタイヤ情報を取り出してコントロール回路２３へ渡す。コントロール回路２３は、タイヤ空気圧のタイヤ情報からタイヤの状態を監視する。

ＴＰＭＳでは、トランスポンダ１０をバッテリレス方式とした場合、ＥＣＵ２０から送信された搬送波信号を利用した誘導起電力により動作するため、ＥＣＵ２０は送信時のみならず受信時も搬送波信号を送信するようにしている。

図５は、ＥＣＵ２０に備えた送受信回路２２の回路構成例である。送受信回路２２は、送信系回路ＴＸと受信系回路ＲＸとからなり、それぞれの回路系でアンテナ２１を共用するためにサーキュレータ２２２を有している。送信系回路ＴＸでは、周波数ｆ１の搬送波信号を電力増幅器２２３で電力増幅して、サーキュレータ２２２の入力端２２２ｂに入力する。サーキュレータ２２２の入力端ｂに入力された搬送波信号は、サーキュレータ２２２の入出力端ａから出力されてバンドパスフィルタ２２１で不要成分が除去された後、アンテナ２１から無線送信される。受信系回路ＲＸでは、アンテナ２１で受信しバンドパスフィルタ２２１で不要成分が除去されてサーキュレータ２２２の出力端ｃから出力された搬送波信号をＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２２４で増幅し、増幅後の搬送波信号と電力増幅器２２３から出力された搬送波信号をＲＦミキサ２２５で混合してタイヤ圧力情報を含んだ共振信号を取り出す。

特開２００９−０３６６９７号公報

ところで、ＥＣＵ２０における送受信回路２２のフロントエンド部分に用いられるサーキュレータ２２２は、送受間で２０ｄＢ程度のアイソレーションはあるが、サーキュレータ２２２の各端子ａ〜ｃに接続されている回路とのインピーダンス整合が悪くなると、アイソレーションも劣化してくる。特に、入力側（アンテナ２１側）のインピーダンスは周囲の状況で変化するため、サーキュレータ２２２のａ−ｃ端間のアイソレーションの劣化により送信信号の受信系回路ＲＸへの漏洩が増大し、受信感度の劣化の原因になる問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、送信信号の受信系回路側への漏洩による受信感度の劣化を防止することができる送受信回路を提供することを目的とする。

本発明の送受信回路は、送信回路と受信回路とを備えた送受信回路であって、前記送信回路は、正相出力と逆相出力からなる平衡型送信信号を出力するバランス型電力増幅器と、前記バランス型電力増幅器の平衡型送信信号のうち逆相出力を位相反転させて正相出力と合成し不平衡送信信号に変換するバランス・アンバランス変換器とを有し、前記受信回路は、不平衡受信信号を増幅するアンバランス型電力増幅器と、前記バランス・アンバランス変換器から出力された不平衡送信信号の一部が送信リーク信号として前記アンバランス型電力増幅器へ入力する経路上に設けられ、前記バランス型電力増幅器の逆相出力の一部が送信分配信号として入力し、前記送信リーク信号と前記送信分配信号とを加算する加算器とを有することを特徴とする。

この構成によれば、送信回路の増幅器にバランス型電力増幅器を用い、バランス型電力増幅器から出力される平衡型送信信号のうち逆相出力を位相反転させて正相出力と合成し不平衡送信信号に変換して送信する一方、バランス型電力増幅器の逆相出力の一部を送信分配信号として取り出し、受信回路側へ漏れ込む不平衡送信信号の一部（送信リーク信号）と加算するようにしたので、送信リーク信号のレベルを低減することができ、送信信号の受信系回路ＲＸ側への漏洩による受信感度の劣化を防止することができる。

また本発明は、上記送受信回路において、前記バランス型電力増幅器の逆相出力から取り出された前記送信分配信号のレベルを調整する可変アッテネータと、前記可変アッテネータでレベル調整された前記送信分配信号の位相を調整する可変位相器と、を具備したことを特徴とする。

この構成により、送信リーク信号に対して送信分配信号が完全に逆位相となるように可変位相器で位相調整可能であると共に、受信信号のＳ／Ｎが改善されるように送信分配信号のレベルを調整可能で、受信感度の改善を図ることができる。

また本発明は、上記送受信回路において、前記送信回路と前記受信回路とでアンテナを共用し、前記バランス・アンバランス変換器から出力された不平衡送信信号をサーキュレータで前記アンテナ側へ結合する一方、前記アンテナから出力される前記不平衡受信信号を前記サーキュレータで前記アンバランス型電力増幅器側へ結合し、前記サーキュレータで前記アンバランス型電力増幅器との間の信号路上に前記加算器を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、送信系回路に、バランス型電力増幅器を使用し、正相と逆相の２つの送信信号のうち、逆相の送信信号を方向性結合器で取り出し、それを可変アッテネータ及び可変位相器でレベル及び位相を調整して、サーキュレータから漏洩（リーク）する送信リーク信号に加算して、送信リーク信号のレベルを低減するようにしたので、僅かな調整でリーク信号の減衰が可能となり、送信信号の受信系回路側への漏洩による受信感度の劣化を防止することができる。

本発明の一実施の形態に係る送受信回路を示す回路図である。図１の送受信回路に用いられる可変アッテネータの一例を示す回路図である。図１の送受信回路に用いられる可変位相器の一例を示す回路図である。タイヤ空気圧を計測するＴＰＭＳのシステム構成図である。図４のＴＰＭＳのシステムに用いられた従来の送受信回路を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る送受信回路のフロントエンド部分を示す回路図である。本実施の形態の送受信回路１は、前述した図５の送受信回路２２と同様にＴＰＭＳにおけるＥＣＵ部分に適用したものであるものとする。ＴＰＭＳの構成については図４を援用することとする。また、本発明は、ＴＰＭＳに限定されることなく、サーキュレータを用いて１つのアンテナを送信系回路ＴＸと受信系回路ＲＸで共用する全てのシステムに適用可能である。

本実施の形態の送受信回路１は、送信系回路ＴＸに、バランス型電力増幅器３０を備え、正相（０度）と逆相（１８０度）の２つの搬送波信号（以下、”送信信号”と呼ぶ）のうち、逆相の送信信号の一部を取り出し、それをレベル調整及び位相調整してサーキュレータ２２２の出力端ｃからリークする送信信号（以下、”送信リーク信号”と呼ぶ）と加算して送信リーク信号のレベルを低減できるものである。また、送信系回路ＴＸにバランス型電力増幅器３０を使用することから、受信系回路ＲＸには、不平衡信号からなる受信信号を増幅するアンバランス型電力増幅器として機能するＬＮＡ２２４と、ＬＮＡ２２４から出力される不平衡信号を平衡信号に変換するためのバランス・アンバランス変換器３６と、平衡信号を扱うＲＦミキサ３７を設けている。

送信系回路ＴＸのバランス型電力増幅器３０から出力された正相及び逆相からなる送信信号は、バランス・アンバランス変換器３１によって一方の送信信号の位相を反転させて合成することで不平衡信号に変換されてサーキュレータ２２２の入力端ｂに供給される。たとえば、バランス・アンバランス変換器３１からは正相の送信信号が出力される。サーキュレータ２２２の入力端ｂに入った送信信号はサーキュレータ２２２の入出力端ａから出力され、バンドパスフィルタ２２１を通過して不要成分が除去されてアンテナ２１から無線送信される。このとき、送信信号の一部が送信リーク信号となってサーキュレータ２２２の出力端ｃから受信系回路ＲＸへ漏れだす。

バランス型電力増幅器３０から出力される正相と逆相からなる平衡型送信信号のうち、逆相の送信信号を伝送する伝送路上には上述した方向性結合器３２が介挿されており、この方向性結合器３２によって逆相の送信信号（以下、”送信分配信号”と呼ぶ）が取り出されて可変アッテネータ３３に入力される。可変アッテネータ３３は、方向性結合器３２によって取り出された送信分配信号のレベルを調整する。可変位相器３４は、可変アッテネータ３３でレベル調整された送信分配信号の位相を調整する。可変アッテネータ３３でレベル調整されて可変位相器３４で位相調整された送信分配信号は、サーキュレータ２２２の出力端ｃと受信系回路ＲＸのＬＮＡ２２４の入力端とを接続する伝送路上に介挿された加算器３５に入力されて送信リーク信号と加算される。送信リーク信号は正相の送信信号の一部であるので、これと逆相の送信分配信号と加算されることで、送信リーク信号のレベルが低減する。

サーキュレータ２２２の入出力端ａよりアンテナ２１側のインピーダンスが変化した場合、アンテナ２１側とのインピーダンスが不整合となり、サーキュレータ２２２のａ−ｃ端間のアイソレーションが劣化して送信リーク信号が増大する。この送信リーク信号と同レベル・同位相となるように、可変アッテネータ３３及び可変位相器３４で送信分配信号のレベルと位相を調整することで、送信リーク信号レベルを最小限にすることができる。

ここで、送信リーク信号の位相に対して送信分配信号の位相が完全に逆相となっている場合が送信リーク信号を最も効果的に減衰させることができる。例えば２．４ＧＨｚの高周波帯ではストリップラインを用いて位相シフトすることが考えられるが、２．４ＧＨｚの信号の位相を１８０度シフトさせるためには、λ／２（＝約６ｃｍ）程度の長さが必要となる。本発明では、バランス型電力増幅器３０を使用しているので、送信信号（送信リーク信号）の位相に対して逆相の送信信号が生成されている。したがって、送信リーク信号に対して送信分配信号の位相を逆相とするために必要な位相シフトは僅かな調整でよく、λ／２（６ｃｍ）もの長いストリップラインを必要としない。

可変アッテネータ３３に入力する減衰制御信号ATT CTRLは、送信分配信号のレベルを調整する信号であり、可変位相器３４に入力する位相制御信号Phase CTRLは、送信分配信号の位相を調整する信号である。受信系回路ＲＸのＲＦミキサ３７で復調された信号の直流レベルあるいはＳ／Ｎ(信号対ノイズ比)の値から、送信リーク信号の打ち消し効率が最大となるように送信分配信号のレベルと位相を調整する。図２にはＰＩＮダイオードを使用した可変アッテネータ３３の回路例、図３には９０度カップラとバラクタダイオードを使用した可変位相器３４の回路例を示している。図示せぬＤＡ変換器によってコントロール電圧を発生し、それを可変アッテネータ３３のATT CTRL端子及び可変位相器３４のPhase CTRL端子に印加することにより、送信分配信号のレベルと位相を調整する。

以上のように構成された送受信回路１では、送信系回路ＴＸのバランス型電力増幅器３０の出力である正相出力（例えば０°）と逆相出力（例えば、１８０°）からなる平衡型送信信号がアンテナ２１側へ出力されるとともに、受信系回路ＲＸのＲＦミキサ３７に供給される。アンテナ２１側へ供給された平衡型送信信号はバランス・アンバランス変換器３１によって片側の位相（ここでは正相：０°）の不平衡信号に変換されてサーキュレータ２２２の入力端ｂに入る。サーキュレータ２２２の入力端ｂに入った送信信号はサーキュレータ２２２の入出力端ａから出力されてバンドパスフィルタ２２１に入り、そこで不要成分が除去された後、アンテナ２１から無線送信される。

一方、アンテナ２１側へ出力された平衡型送信信号のうち、サーキュレータ２２２へ入力した送信信号の位相とは逆相（ここでは逆相：１８０°）の送信信号が、方向性結合器３２によって送信分配信号として取り出されて可変アッテネータ３３に入力される。可変アッテネータ３３に入力された送信分配信号は可変アッテネータ３３でレベル調整された後、可変位相器３４に入力されて位相調整される。このとき、可変アッテネータ３３及び可変位相器３４には送信リーク信号の打ち消し効率が最大となる減衰と位相シフトが与えられる。可変アッテネータ３３でレベル調整され可変位相器３４で位相調整された送信分配信号は加算器３５に入力されて送信リーク信号と加算される。送信リーク信号に送信分配信号が加算されることで送信リーク信号のレベルが低減する。送信リーク信号のレベルが低減することで、受信感度の劣化が低く抑えられる。

一方、アンテナ２１で受信された信号は、バンドパスフィルタ２２１を通過してサーキュレータ２２２の入出力端ａ−出力端ｃ間を通り、加算器３５を経由して受信系回路ＲＸに入る。受信系回路ＲＸでは、受信信号がＬＮＡ２２４で増幅された後、バランス・アンバランス変換器３６で平衡信号に変換されてＲＦミキサ３７に入る。ＲＦミキサ３７に入った平衡型受信信号は、送信系回路ＴＸのバランス型電力増幅器３０から供給される正相出力と逆相出力と混合されてタイヤ圧力情報を含んだ周波数成分が取り出される。

このように本実施の形態の送受信回路１では、送信系回路ＴＸに、バランス型電力増幅器３０を使用し、このバランス型電力増幅器３０から出力される互いに１８０°位相の異なる平衡型送信信号のうち、サーキュレータ２２２へ出力される相とは逆相側の送信信号を方向性結合器３２で取り出し、それを可変アッテネータ３３及び可変位相器３４でレベル及び位相を調整してサーキュレータ２２２から漏洩する送信リーク信号に加算するので、送信リーク信号のレベルを低減することができ、送信信号の受信系回路ＲＸ側への漏洩による受信感度の劣化を防止することができる。

なお、以上の説明では、１つのアンテナを送信系回路ＴＸと受信系回路ＲＸで共用する場合について説明したが、送信系回路ＴＸのアンテナと受信系回路ＲＸのアンテナとを独立して設ける送受信回路にも同様に適用できる。送信系回路ＴＸと受信系回路ＲＸでアンテナを分離した場合にも、送信系回路ＴＸから受信系回路ＲＸへ送信リーク信号を混入する場合は、受信系回路ＲＸの入力段に加算器３５を設け、送信系回路ＴＸから送信信号とは逆相の送信分配信号を取り出して可変アッテネータ３３及び可変位相器３４経由で加算器３５へ入力する構成とする。

本発明は、タイヤ空気圧を計測するＴＰＭＳのＥＣＵ等のような送信と受信を同時に行う無線装置に適用可能である。

１送受信回路２１アンテナ
３０バランス型電力増幅器３１バランス・アンバランス変換器
３２方向性結合器３３可変アッテネータ
３４可変位相器３５加算器
３６バランス・アンバランス変換器３７ＲＦミキサ
２２１バンドパスフィルタ２２２サーキュレータ
２２４ＬＮＡ

Claims

送信回路と受信回路とを備えた送受信回路であって、
前記送信回路は、正相出力と逆相出力からなる平衡型送信信号を出力するバランス型電力増幅器と、前記バランス型電力増幅器の平衡型送信信号のうち逆相出力を位相反転させて正相出力と合成し不平衡送信信号に変換するバランス・アンバランス変換器とを有し、
前記受信回路は、不平衡受信信号を増幅するアンバランス型電力増幅器と、前記バランス・アンバランス変換器から出力された不平衡送信信号の一部が送信リーク信号として前記アンバランス型電力増幅器へ入力する経路上に設けられ、前記バランス型電力増幅器の逆相出力の一部が送信分配信号として入力し、前記送信リーク信号と前記送信分配信号とを加算する加算器とを有することを特徴とする送受信回路。
前記バランス型電力増幅器の逆相出力から取り出された前記送信分配信号のレベルを調整する可変アッテネータと、前記可変アッテネータでレベル調整された前記送信分配信号の位相を調整する可変位相器と、を具備したことを特徴とする請求項１記載の送受信回路。
前記送信回路と前記受信回路とでアンテナを共用し、前記バランス・アンバランス変換器から出力された不平衡送信信号をサーキュレータで前記アンテナ側へ結合する一方、前記アンテナから出力される前記不平衡受信信号を前記サーキュレータで前記アンバランス型電力増幅器側へ結合し、前記サーキュレータで前記アンバランス型電力増幅器との間の信号路上に前記加算器を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の送受信回路。