JP7671455B2

JP7671455B2 - 伝送回路

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Publication number: JP7671455B2
Application number: JP2024502976A
Authority: JP
Inventors: 昇石原; 槙介水流; 伸治磯山; 辰夫戸羽
Original assignee: Kyocera Corp; Tokyo Institute of Technology NUC; Institute of Science Tokyo
Current assignee: Kyocera Corp; Tokyo Institute of Technology NUC; Institute of Science Tokyo
Priority date: 2022-02-25
Filing date: 2023-02-06
Publication date: 2025-05-02
Anticipated expiration: 2043-02-06
Also published as: JPWO2023162654A1; US20250150114A1; WO2023162654A1

Description

本開示は、伝送回路に関する。

無線通信装置のデータ通信方法として、バックスキャッタ方式が知られている。例えば、特許文献１には、分波／合成器を用いて、ＵＳＢ（Upper Side Band）信号およびＬＳＢ（Lower Side Band）信号のいずれか一方の信号を抑制して、シングルサイドバンドを実現する技術が開示されている。

特開２００５－３２３２２３号公報

本開示の一態様に係る伝送回路は、アンテナに接続されるように構成される伝送回路であって、前記伝送回路は、各々のインピーダンスが異なる複数のインピーダンス回路と、前記複数のインピーダンス回路の各々にいずれか１つが接続される複数のスイッチ素子と、前記複数のスイッチ素子の開閉を制御するように構成される制御回路と、を含み、前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子の開閉を選択的に変更して、前記アンテナ側の出力端子の反射係数を、複素平面において、真円と比較して歪んだ円上を回転するように制御可能に構成されている。

図１は、実施形態に係る無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る複素平面においてインピーダンスを回転制御する方法を説明するための図である。図３Ａは、バックスキャッタ信号の変化を説明するための図である。図３Ｂは、バックスキャッタ信号の変化を説明するための図である。図３Ｃは、バックスキャッタ信号の変化を説明するための図である。図４は、実施形態に係る伝送回路の構成の一例を示す図である。図５は、実施形態に係る複素平面において反射係数を回転制御する方法を説明するための図である。図６は、比較例に係る伝送回路の制御方法を説明するための図である。図７は、実施形態に係る伝送回路の制御方法を説明するための図である。図８は、実施形態に係る伝送回路のアンテナ側の出力端子のインピーダンスを回転制御する方法を説明するための図である。図９は、比較例に係るバックスキャッタ信号のスペクトル波形の一例を示す図である。図１０は、実施形態に係るバックスキャッタ信号のスペクトル波形の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本開示に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含む。また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［実施形態］
図１を用いて、実施形態に係る無線通信装置の構成について説明する。図１は、実施形態に係る無線通信装置の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、無線通信装置１は、アンテナ１０と、ＢＰＦ（Band Pass Filter）１１と、ＲＦＢＳ（Radio Frequency Back Scatter）デバイス２０と、制御装置３０と、センサ４０と、を含む。無線通信装置１は、ＲＦＩＤなどのバックスキャッタ方式の無線通信をするように構成される通信装置である。

アンテナ１０は、無線通信装置１に対して送信された信号を受信するように構成される。アンテナ１０は、無線通信装置１の外部に向かって電波を送信するように構成される。ＢＰＦ１１は、所望の周波数帯域の信号を通過させるように構成されるフィルタである。

ＲＦＢＳデバイス２０は、高周波スイッチ２１と、アンプ２２と、復調部２３と、発振部２４と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）２５と、ＬＰＦ２６と、制御回路２７と、伝送回路２８と、を含む。ＲＦＢＳデバイス２０は、バックスキャッタ方式のデータ通信に対応している無線通信デバイスである。バックスキャッタ方式のデータ通信では、送信されてきた電波の反射を利用して通信を行う。

高周波スイッチ２１は、アンテナ１０と、送信回路系または受信回路系との接続を切り替えるように構成される。高周波スイッチ２１は、アンテナ１０に送信回路系を接続可能に構成される。無線通信装置１は、アンテナ１０と送信回路系とが接続されているときに、送信するように構成される。高周波スイッチ２１は、アンテナ１０に受信回路系を接続可能に構成される。送信回路系は、発振部２４と、ＬＰＦ２５と、ＬＰＦ２６と、制御回路２７と、伝送回路２８と、を含む。受信回路系は、アンプ２２と、復調部２３と、を含む。

アンプ２２は、アンテナ１０から受けた信号を増幅して出力するように構成される。アンプ２２は、増幅した信号を復調部２３に出力するように構成される。復調部２３は、入力された信号に対して、復調処理を実行するように構成される。復調部２３は、アンプ２２から受けた信号を復調するように構成される。例えば、復調部２３は、アンプ２２から受けた信号（ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）などの変調信号）に対して、復調処理を実行するように構成される。

制御装置３０は、例えば、プロセッサ等によって、内部に記憶されたプログラムがＲＡＭ（Random Access Memory）等を作業領域として実行されることにより実現される。制御装置３０は、コントローラ（Controller）でありうる。制御装置３０は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてよい。制御装置３０は、ソフトウェアと、ハードウェアとの組み合わせで実現されてよい。

制御装置３０は、シリアルデータＳ１を、ＬＰＦ２５を介して、制御回路２７に出力するように構成される。シリアルデータＳ１は、センサ４０からの出力データに基づく。制御装置３０は、シリアルデータＳ２を、ＬＰＦ２６を介して制御回路２７に出力する。シリアルデータＳ２は、センサ４０からの出力データに基づく。シリアルデータＳ１は、シリアルデータＳ２と位相が概ね９０°異なる。

制御装置３０は、制御信号Ｓ３を制御回路２７に出力するように構成される。制御信号Ｓ３は、キャリア信号に対するＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号のいずれか一方を抑圧するのに利用しうる。制御装置３０は、制御信号Ｓ４を発振部２４に信号を出力するように構成される。制御信号Ｓ４は、通信に用いるチャネルを制御するのに利用しうる。

センサ４０は、各種の物理量を検出するように構成される。センサ４０が検出する物理量に特に制限はない。センサ４０は、例えば、無線通信装置１の周囲の温度を検出するように構成される温度センサ、及び無線通信装置１に生じた加速度を検出するように構成される加速度センサの一方又は両方を含みうる。センサ４０は、その他のセンサを含んでよい。

発振部２４は、所定の周波数の発振信号を生成するように構成される。発振部２４は、制御信号Ｓ４に従って、発振信号Ｓ５を生成するように構成される。発振部２４は、発振信号Ｓ５とは位相が９０°異なる発振信号Ｓ６を生成するように構成される。

制御回路２７は、伝送回路２８を制御するように構成される。制御回路２７は、シリアルデータＳ１と、シリアルデータＳ２と、制御信号Ｓ３とに基づいて、伝送回路２８のインピーダンスの値を調整するように制御するように構成される。制御回路２７は、伝送回路２８のインピーダンスを変化させるように構成される。インピーダンスの変化によって、アンテナ１０側の出力端子の反射係数は、複素平面において回転する。制御回路２７は、伝送回路２８のインピーダンスを変化させて、出力端子の反射係数が複素平面において回転するように制御するように構成される。例えば、反射信号（以下、バックスキャッタ信号とも呼ぶ）におけるキャリア信号に対するＵＳＢ信号またはＬＳＢ信号を低減して、シングルサイドバンドを実現するように、制御回路２７は、伝送回路２８のインピーダンスを制御するように構成される。

図２のポーラーチャート（極座標）を用いて、制御回路２７が伝送回路２８のアンテナ１０側の出力端子の反射係数がポーラーチャートの複素平面上で回転するように制御する方法について説明する。図２は、制御回路２７が伝送回路２８のインピーダンスを変化させ、その出力端子の反射係数を回転するように制御する方法を説明するための図である。

図２は、インピーダンスの変化による反射係数Γの変化をポーラーチャート上に示した図である。インピーダンスは、次の式（１）で算出される。式（１）において、Ｚはインピーダンス、Ｒはレジスタンス、ｊは虚数、ωは角周波数、Ｌはインダクタンス、Ｃはキャパシタンスである。
Ｚ＝Ｒ＋ｊ（ωＬ－１／ωＣ）・・・（１）

また、反射係数Γは、次式で表せる。
Γ＝（Ｚ－Ｚ_０）／（Ｚ＋Ｚ_０）・・・（２）
ここで、Ｚ_０はアンテナ１０またはＢＰＦ１１のインピーダンスである。

制御回路２７は、インピーダンスＺを選択制御して、反射係数Γが基準点の周囲を回るように制御する。基準点は、原点を含むが、原点に限定されず、任意の点を含む。伝送回路は、基準点が原点に近いほど、理想に近い信号を得られうる。伝送回路は、基準点の周囲を円状に回すように制御するほど、理想に近い信号を得られうる。スミスチャートで考えると、下半円領域が容量性を示し、上半分がインダクタンス性を示す。実軸上の変化は抵抗値の変化を表すことになる。

制御回路２７は、伝送回路２８が備えている複数のインピーダンスを選択制御することができる。例えば、制御回路２７は、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、－１３５°、－９０°、－４５°の４５°刻みで伝送回路２８のインピーダンスを制御するように構成される。制御回路２７は、伝送回路２８のインピーダンスを順次変更することで、インピーダンスが離散的に回転するように制御可能に構成される。制御回路２７は、インピーダンスの離散的な回転に応じて、反射係数Γが離散的に回転する。

制御回路２７は、伝送回路２８のインピーダンスの変更順によって、当該インピーダンスを左回転で変更可能に構成される。制御回路２７は、インピーダンスの左回転によって、反射係数Γを左回転で変更可能に構成される。反射係数の制御が左回転の場合、ＲＦ（Radio Frequency）に対する反射信号は、ＵＳＢ（Upper Side Band）信号のみとなる。反射係数が右回転となるように制御すると、ＬＳＢ（Lower Side Band）信号のみが得られることになる。その際、反射信号の周波数は、ＲＦ信号周波数から回転速度周波数分、離調した周波数となる。図３Ａと、図３Ｂと、図３Ｃとを用いて、インピーダンスを変化させ反射係数を制御することによる、バックスキャッタ信号の変化についていくつかの例を説明する。

図３Ａは、制御回路２７がインピーダンスの抵抗成分のみを制御し、反射係数Γをポーラーチャート（図２）の実軸上で変化させた場合のバックスキャッタ信号の様子を説明するための周波数スペクトラムを示す図である。横軸は周波数、縦軸はＲＦ信号および反射信号の強度を示す。図３Ａには、キャリア信号５１と、ＵＳＢ信号５２と、ＬＳＢ信号５３とが示される。抵抗成分が制御されると、反射係数Γは、０°と、１８０°との実軸上のいずれかに制御される。抵抗成分のみでインピーダンスを変えて反射係数Γを制御する場合、図３Ａに示すように、例えば、０°から１８０°に切り替わる際に、右回りの信号成分と、左回りの信号成分と、が内在する。２つの回転方向の信号成分が内在することによって、ＵＳＢ信号５２及びＬＳＢ信号５３は同時に出現し、一方の信号のみを選択的に抑制することができない。結果として、ＳＳＢ信号は、抵抗成分のみの制御で得ることができない。

図３Ｂは、制御回路２７がインピーダンスのインダクタンス／キャパシタンスを変化させ反射係数Γの軌跡が円を描くように制御した場合のバックスキャッタ信号の変化を説明するための周波数スペクトラムを示す図である。横軸は周波数、縦軸はＲＦ信号および反射信号の強度を示す。式（１）、（２）に基づき、制御回路２７は、インダクタンスの値を制御することで、インピーダンスを左回りに回転するように制御可能である。このとき、インピーダンスは、例えば、０°から４５°、９０°、１３５°と左回りに回転する。制御回路２７は、さらにキャパシタンスの値を制御することで、インピーダンスを左回りに回転するように制御可能である。このとき、インピーダンスは、例えば、１８０°から－１３５°、－９０°、－４５°と左回りに回転する。図３Ｂに示すように、制御回路２７は、インピーダンスを左回りに回転するように制御することで、ＬＳＢ信号５３を抑圧するように、送信されてきたＲＦ信号を反射させることができる。言い換えれば、制御回路２７は、インピーダンスの左回りの回転制御によって、ＵＳＢ信号５２にＳＳＢ化されたバックスキャッタ信号を得ることができる。

図３Ｃは、制御回路２７がインピーダンスのキャパシタンス／インダクタンスを変化させ、反射係数Γの軌跡が円を描くように制御した場合のバックスキャッタ信号の変化を説明するための周波数スペクトラムを示す図である。横軸は周波数、縦軸はＲＦ信号および反射信号の強度を示す。式（１）、（２）に基づき、制御回路２７は、キャパシタンスの値を制御することで、インピーダンスを右回りに回転するように制御可能である。このとき、インピーダンスは、例えば、０°から－４５°、－９０°、－１３５°と右回りに回転する。制御回路２７は、さらにインダクタンスの値を制御することで、インピーダンスを右回りに回転するように制御可能である。このとき、インピーダンスは、例えば、１８０°、１３５°、９０°、４５°と右回りに回転する。図３Ｃに示すように、制御回路２７は、インピーダンスを右回りに回転するように制御することで、ＵＳＢ信号５２を抑圧するように、送信されてきたＲＦ信号を反射させることができる。言い換えれば、制御回路２７は、インピーダンスの右回りの回転制御によって、ＬＳＢ信号５３にＳＳＢ化されたバックスキャッタ信号を得ることができる。

伝送回路２８は、無線通信装置１のフロントエンドに配置されている。伝送回路２８は、送信されてきた電波をバックスキャッタ信号として反射するバックスキャッタ通信を行うように構成される回路である。伝送回路２８は、アンテナ１０に接続されるように構成されている。伝送回路２８は、各々のインピーダンスが異なる複数のインピーダンス回路を含む。複数のインピーダンス回路の各々は、スイッチ素子を含む。スイッチ素子は、当該インピーダンス回路の接続を切り替えるように構成される。制御回路２７は、複数のスイッチ素子を制御することで、複数のインピーダンス回路の接続を切り替えるように構成される。制御回路２７は、複数のスイッチ素子を制御することで、伝送回路２８のインピーダンスを制御するように構成される。

［伝送回路の構成］
図４を用いて、実施形態に係る伝送回路の構成について説明する。図４は、実施形態に係る伝送回路の構成の一例を示す図である。

図４に示すように、伝送回路２８は、キャパシタ回路１２０_１と、キャパシタ回路１２０_２と、キャパシタ回路１２０_３と、キャパシタ回路１２０_４と、キャパシタ回路１２０_５と、キャパシタ回路１２０_６と、キャパシタ回路１２０_７と、キャパシタ回路１２０_８と、を含む。キャパシタ回路１２０_１からキャパシタ回路１２０_８は、それぞれ、インピーダンス回路の一種である。キャパシタ回路１２０_１からキャパシタ回路１２０_８を特に区別する必要のない場合には、キャパシタ回路１２０と総称することもある。図４では、本開示と関連の薄い構成要素については省力して示している。

キャパシタ回路１２０_１は、信号源１４０_１と、スイッチ素子１５０_１と、キャパシタＣ１と、を含む。信号源１４０_１は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_１は、スイッチ素子１５０_１に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_１の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_１は、一方の入力端子に信号源１４０_１が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。基準電位は、グラウンドであるものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。スイッチ素子１５０_１は、信号源１４０_１からの制御信号に従って、閉状態（オン状態）と開状態（オフ状態）とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_１の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ１の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ１の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_１は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ１とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_１は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ１とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ１とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ１の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ１の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_２は、信号源１４０_２と、スイッチ素子１５０_２と、キャパシタＣ２と、を含む。信号源１４０_２は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_２は、スイッチ素子１５０_２に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_２の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_２は、一方の入力端子に信号源１４０_２が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_２は、信号源１４０_２からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_２の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ２の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ２の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_２は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ２とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_２は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ２とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ２とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ２の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ２の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_３は、信号源１４０_３と、スイッチ素子１５０_３と、キャパシタＣ３と、を含む。信号源１４０_３は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_３は、スイッチ素子１５０_３に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_３の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_３は、一方の入力端子に信号源１４０_３が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_３は、信号源１４０_３からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_３の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ３の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ３の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_３は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ３とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_３は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ３とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ３とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ３の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ３の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_４は、信号源１４０_４と、スイッチ素子１５０_４と、キャパシタＣ４と、を含む。信号源１４０_４は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_４は、スイッチ素子１５０_４に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_４の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_４は、一方の入力端子に信号源１４０_４が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_４は、信号源１４０_４からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_４の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ４の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ４の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_４は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ４とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_４は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ４とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ４とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ４の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ４の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_５は、信号源１４０_５と、スイッチ素子１５０_５と、キャパシタＣ５と、を含む。信号源１４０_５は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_５は、スイッチ素子１５０_５に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_５の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_５は、一方の入力端子に信号源１４０_５が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_５は、信号源１４０_５からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_５の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ５の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ５の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_５は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ５とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_５は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ５とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ５とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ５の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ５の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_６は、信号源１４０_６と、スイッチ素子１５０_６と、キャパシタＣ６と、を含む。信号源１４０_６は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_６は、スイッチ素子１５０_６に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_６の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_６は、一方の入力端子に信号源１４０_６が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_６は、信号源１４０_６からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_６の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ６の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ６の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_６は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ６とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_６は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ６とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ６とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ６の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ６の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_７は、信号源１４０_７と、スイッチ素子１５０_７と、キャパシタＣ７と、を含む。信号源１４０_７は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_７は、スイッチ素子１５０_７に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_７の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_７は、一方の入力端子に信号源１４０_７が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_７は、信号源１４０_７からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_７の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ７の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ７の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_７は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ７とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_７は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ７とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ７とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ７の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ７の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタ回路１２０_８は、信号源１４０_８と、スイッチ素子１５０_８と、キャパシタＣ８と、を含む。信号源１４０_８は、制御回路２７からの制御信号が供給される信号源を示している。信号源１４０_８は、スイッチ素子１５０_８に制御信号を出力して、スイッチ素子１５０_８の開閉動作を制御するように構成される。スイッチ素子１５０_８は、一方の入力端子に信号源１４０_８が接続され、他方の入力端子には基準電位が接続されている。スイッチ素子１５０_８は、信号源１４０_８からの制御信号に従って、閉状態と開状態とを切り替えるように構成される。

スイッチ素子１５０_８の一端には、信号線１０１が電気的に接続され、他端にはキャパシタＣ８の一端が電気的に接続されている。キャパシタＣ８の他端は、基準電位に接続されている。この場合、スイッチ素子１５０_８は、閉状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ８とを電気的に接続するように構成される。スイッチ素子１５０_８は、開状態とすることで信号線１０１と、キャパシタＣ８とを電気的に離すように構成される。信号線１０１と、キャパシタＣ８とが電気的に接続されることで、伝送回路２８のインピーダンスには、キャパシタＣ８の容量値が付加される。すなわち、伝送回路２８のインピーダンスは、キャパシタＣ８の容量値が付加されることでリアクタンス成分が変化する。

キャパシタＣ１からキャパシタＣ８の容量値は、それぞれ異なる。制御回路２７は、スイッチ素子１５０_１からスイッチ素子１５０_８を選択的に制御するように構成されている。制御回路２７は、スイッチ素子１５０_１からスイッチ素子１５０_８を選択的に制御することで、伝送回路２８のアンテナ１０側の出力端子１０２の反射係数を、複素平面において、回転するように制御可能に構成されている。後述するが、本開示では、制御回路２７は、スイッチ素子１５０_１からスイッチ素子１５０_８の開閉を選択的に変更して、伝送回路２８のアンテナ１０側の出力端子１０２の反射係数を、複素平面において、真円と比較して歪んだ円上を回転するように制御可能に構成されている。

図５を用いて、実施形態に係る複素平面においてインピーダンスを回転制御する方法を説明する。図５は、実施形態に係る複素平面において反射係数を回転制御する方法を説明するための図である。

図５に示すように、図４に示した伝送回路２８をキャパシタＩＣ１６０として集積回路化して用いてよい。この場合、キャパシタＩＣ１６０は、切り替えスイッチ制御回路２００による切り替えスイッチ素子１９０の切り替えにより、移相器１７０と、信号線１８０とのいずれか一方に接続されるように構成される。

移相器１７０は、図示しないキャパシタと、インダクタと、キャパシタと、を含む。移相器１７０は、入力された信号の位相を９０°シフトさせて出力する移相器である。

切り替えスイッチ制御回路２００は、例えば、インピーダンスを０°～－９０°及び－９０°～１８０°の間で回転制御する場合には、キャパシタＩＣ１６０と、信号線１８０とを接続するように、切り替えスイッチ素子１９０を制御する。

切り替えスイッチ制御回路２００は、インピーダンスを０°～９０°及び９０°～１８０°の間で回転制御する場合には、キャパシタＩＣ１６０と、移相器１７０を接続するように、切り替えスイッチ素子１９０を制御する。

図４に示したように、伝送回路２８は、８個のキャパシタ回路１２０を含む。そのため、切り替えスイッチ制御回路２００は、キャパシタＩＣ１６０と、移相器１７０および信号線１８０との接続を切り替えることで、複素平面上におけるインピーダンスの位置を１６点で回転するように制御し得る。なお、本実施形態において、制御回路２７と、切り替えスイッチ制御回路２００とを、一体に構成してもよい。

［伝送回路の制御］
次に、図４に示す伝送回路２８の制御方法について、説明する。

（比較例の制御方法）
本開示の実施形態を説明する前に、図６を用いて、比較例に係る伝送回路２８の制御方法について説明する。図６は、比較例に係る伝送回路２８の制御方法を説明するための図である。

図６は、伝送回路２８に含まれる各スイッチ素子の動作状態を示す。図６は、各スイッチ素子の制御信号の波形Ｗ１と、波形Ｗ２と、波形Ｗ３と、波形Ｗ４と、波形Ｗ５と、波形Ｗ６と、波形Ｗ７と、波形Ｗ８と、を示す。

波形Ｗ１は、スイッチ素子１５０_１の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ１で閉状態となり、タイミングｔ２で開状態となるように、スイッチ素子１５０_１を制御する。

波形Ｗ２は、スイッチ素子１５０_２の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ２で閉状態となり、タイミングｔ３で開状態となるように、スイッチ素子１５０_２を制御する。

波形Ｗ３は、スイッチ素子１５０_３の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ３で閉状態となり、タイミングｔ４で開状態となるように、スイッチ素子１５０_３を制御する。

波形Ｗ４は、スイッチ素子１５０_４の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ４で閉状態となり、タイミングｔ５で開状態となるように、スイッチ素子１５０_４を制御する。

波形Ｗ５は、スイッチ素子１５０_５の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ５で閉状態となり、タイミングｔ６で開状態となるように、スイッチ素子１５０_５を制御する。

波形Ｗ６は、スイッチ素子１５０_６の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ６で閉状態となり、タイミングｔ７で開状態となるように、スイッチ素子１５０_６を制御する。

波形Ｗ７は、スイッチ素子１５０_７の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ７で閉状態となり、タイミングｔ８で開状態となるように、スイッチ素子１５０_７を制御する。

波形Ｗ８は、スイッチ素子１５０_８の動作状態を示す。比較例では、制御回路２７は、タイミングｔ８で閉状態となり、タイミングｔ９で開状態となるように、スイッチ素子１５０_８を制御する。

図６に示すように、制御回路２７は、常時、１つのスイッチ素子が閉状態となるように各スイッチ素子の開状態と閉状態とを切り替えて、制御している。

（実施形態の制御方法）
図７を用いて、実施形態に係る伝送回路２８の制御方法について説明する。図７は、実施形態に係る伝送回路２８の制御方法を説明するための図である。

図７は、伝送回路２８に含まれる各スイッチ素子の動作状態を示す。図７は、各スイッチ素子の制御信号の波形Ｗ１１と、波形Ｗ１２と、波形Ｗ１３と、波形Ｗ１４と、波形Ｗ１５と、波形Ｗ１６と、波形Ｗ１７と、波形Ｗ１８と、を示す。

波形Ｗ１１は、スイッチ素子１５０_１の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１１で閉状態となり、タイミングｔ１２で開状態となるように、スイッチ素子１５０_１を制御する。

波形Ｗ１２は、スイッチ素子１５０_２の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１２で閉状態となり、タイミングｔ１３で開状態となるように、スイッチ素子１５０_２を制御する。

波形Ｗ１３は、スイッチ素子１５０_３の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１３で閉状態となり、タイミングｔ１４で開状態となるように、スイッチ素子１５０_３を制御する。

波形Ｗ１４は、スイッチ素子１５０_４の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１４で閉状態となり、タイミングｔ１５で開状態となるように、スイッチ素子１５０_４を制御する。

波形Ｗ１５は、スイッチ素子１５０_５の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１５で閉状態となり、タイミングｔ１６で開状態となるように、スイッチ素子１５０_５を制御する。

波形Ｗ１６は、スイッチ素子１５０_６の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１６で閉状態となり、タイミングｔ１７で開状態となるように、スイッチ素子１５０_６を制御する。

波形Ｗ１７は、スイッチ素子１５０_７の動作状態を示す。波形Ｗ１７に示すように、実施形態では、スイッチ素子１５０_７は、常に開状態である。すなわち、実施形態では、制御回路２７は、スイッチ素子１５０_７を、閉状態にしない。すなわち、実施形態では、スイッチ素子１５０_７に接続されたキャパシタＣ７を伝送回路２８には付加しないようにしている。言い換えれば、実施形態では、制御回路２７は、伝送回路２８に含まれるキャパシタを全て使用するわけでなく、全てのキャパシタのうちの少なくも１つを使用しないように、各スイッチ素子を制御するように構成されている。例えば、制御回路２７は、各スイッチ素子を制御することによる、複素平面上におけるインピーダンスの変化が、等間隔になるように、制御しないスイッチ素子１５０を選択する。

波形Ｗ１８は、スイッチ素子１５０_８の動作状態を示す。実施形態では、制御回路２７は、タイミングｔ１７で閉状態となり、タイミングｔ１８で開状態となるように、スイッチ素子１５０_８を制御する。

図７に示すように、タイミングｔ１８でスイッチ素子１５０_８が開状態になった後、スイッチ素子１５０_１がタイミングｔ１９で閉状態になるまでの期間は、全てのスイッチ素子が開状態になる期間が存在している。実施形態では、全てのスイッチ素子が開状態となる期間を設けることにより、複素平面において、インピーダンスを回転制御する際の円の半径を変更している。言い換えれば、実施形態は、全てのスイッチ素子が開状態となる期間を設けることにより、複素平面において、真円と比較して歪んだ円上を回転するようにインピーダンスを制御可能に構成されている。

例えば、制御回路２７は、複数のスイッチ素子の全てを使用した場合（比較例）のアンテナ側の出力端子の反射係数の円の半径をＸとした場合、実施形態では、反射係数の円の半径がＸ以上Ｘ＋０．２以下となるように複数のスイッチ素子を制御するように構成されている。

図８を用いて、実施形態に係る伝送回路のアンテナ側の出力端子のインピーダンスを回転制御する方法について説明する。図８は、実施形態に係る伝送回路のアンテナ側の出力端子のインピーダンスを回転制御する方法を説明するための図である。

図８は、スミスチャートにおける、図５のアンテナ側の出力端子から見たインピーダンスの変化を示す。グラフ２０１は、実施形態に係るインピーダンスの変化を示すグラフである。グラフ２０２は、比較例に係るインピーダンスの変化を示すグラフである。

グラフ２０２に示すように、比較例では、スミスチャートにおいて、インピーダンスは円上を回転するように変化している。グラフ２０１に示すように、実施形態では、比較例に比べて歪んだ円上を回転するように変化している。グラフ２０１において、円軌道から外れている点Ｐ１および点Ｐ２は、伝送回路２８において全てのスイッチ素子が開状態の場合のインピーダンスを示す。

［バックスキャッタ信号］
図９と、図１０とを用いて、比較例および実施形態に係るバックスキャッタ信号の一例について説明する。図９は、比較例に係るバックスキャッタ信号のスペクトル波形の一例を示す図である。図１０は、実施形態に係るバックスキャッタ信号のスペクトル波形の一例を示す図である。図９および図１０において、横軸は周波数［ＭＨｚ（メガヘルツ）］、縦軸は信号レベル［ｄＢｍ（デシベルミリワット）］を示している。

図９は、比較例に係るスペクトル波形Ｗ２１を示す。スペクトル波形Ｗ２１は、キャリア信号ＲＦ１と、ＵＳＢ信号ＵＳ１と、ＬＳＢ信号ＬＳ１と、３次高調波信号ＴＨ１と、３次高調波信号ＴＨ２を含む。キャリア信号ＲＦ１の周波数は、９１８［ＭＨｚ］である。ＬＳＢ信号ＬＳ１の周波数は、９１７．８［ＭＨｚ］である。ＵＳＢ信号ＵＳ１の周波数は、９１８．２［ＭＨｚ］である。図９に示すように、ＬＳＢ信号ＬＳ１は、ＵＳＢ信号ＵＳ１に比べて抑圧されている。ＵＳＢ信号ＵＳ１と、ＬＳＢ信号ＬＳ１との差は、１９［ｄＢ（デシベル）］程度である。ラインＬ１は、ＵＳＢ信号ＵＳ１に対して信号レベルが－２０［ｄＢ］を示すラインである。３次高調波信号ＴＨ１と、３次高調波信号ＴＨ２とは、－２０［ｄＢ］以下である。

図１０は、実施形態に係るスペクトル波形Ｗ２２を示す。スペクトル波形Ｗ２２は、キャリア信号ＲＦ２と、ＵＳＢ信号ＵＳ２と、ＬＳＢ信号ＬＳ２と、３次高調波信号ＴＨ３と、３次高調波信号ＴＨ４を含む。キャリア信号ＲＦ２の周波数は、９１８［ＭＨｚ］である。ＬＳＢ信号ＬＳ２の周波数は、９１７．８［ＭＨｚ］である。ＵＳＢ信号ＵＳ２の周波数は、９１８．２［ＭＨｚ］である。図１０に示すように、ＬＳＢ信号ＬＳ２は、ＵＳＢ信号ＵＳ２に比べて抑圧されている。ＵＳＢ信号ＵＳ２と、ＬＳＢ信号ＬＳ２との差は、３６［ｄＢ（デシベル）］程度である。ラインＬ２は、ＵＳＢ信号ＵＳ２に対して信号レベルが－２０［ｄＢ］を示すラインである。３次高調波信号ＴＨ３と、３次高調波信号ＴＨ４とは、－２０［ｄＢ］以下である。すなわち、実施形態は、ＵＳＢ信号ＵＳ２と、ＬＳＢ信号ＬＳ２との差が、図９に示すＵＳＢ信号ＵＳ１と、ＬＳＢ信号ＬＳ１との差よりも大きいので、特性が向上している。

以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１無線通信装置
１０アンテナ
１１ＢＰＦ
２０ＲＦＢＳデバイス
２１高周波スイッチ
２２アンプ
２３復調部
２４発振部
２５，２６ＬＰＦ
２７制御回路
２８伝送回路
３０制御装置
４０センサ
１２０キャパシタ回路
１４０信号源
１５０スイッチ素子
１６０キャパシタＩＣ
１７０移相器
１９０切り替えスイッチ素子
２００切り替えスイッチ制御回路

Claims

アンテナに接続されるように構成される伝送回路であって、
前記伝送回路は、
各々のインピーダンスが異なる複数のインピーダンス回路と、
前記複数のインピーダンス回路の各々にいずれか１つが接続される複数のスイッチ素子と、
前記複数のスイッチ素子の開閉を制御するように構成される制御回路と、を含み、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子の開閉を選択的に変更して、前記アンテナ側の出力端子の反射係数を、複素平面において、真円と比較して歪んだ円上を回転するように制御可能に構成されている、伝送回路。
請求項１に記載の伝送回路において、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子のうち、少なくとも１つの前記スイッチ素子を使用しないことで、前記アンテナ側の出力端子の反射係数を制御するように構成されている、伝送回路。
請求項１または２に記載の伝送回路において、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子の全てを使用した場合の前記アンテナ側の出力端子の反射係数の円の半径をＸとした場合、反射係数の円の半径がＸ以上Ｘ＋０．２以下となるように複数の前記スイッチ素子を制御するように構成されている、伝送回路。
請求項１または２に記載の伝送回路において、
前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子の全てが開状態となる期間を設けるように、前記複数のスイッチ素子を制御するように構成されている、伝送回路。
請求項１または２に記載の伝送回路において、
前記複数のインピーダンス回路は、インピーダンスのリアクタンス成分のうち、キャパシタンスを調整するように構成された複数のキャパシタ回路を含む、伝送回路。