特許 7456794 信号送信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(54)【発明の名称】信号送信装置

(51)【国際特許分類】

   H04L 27/26 20060101AFI20240319BHJP

   H04B 10/58 20130101ALI20240319BHJP

   H01P 1/00 20060101ALI20240319BHJP

【ＦＩ】

H04L27/26 300

H04B10/58

H01P1/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020023258

(22)【出願日】2020-02-14

(65)【公開番号】P2021129233

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2023-01-16

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３１年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発の委託事業 研究開発課題 「ＩｏＴ機器増大に対応した有無線最適制御型電波有効利用基盤技術の研究開発」 産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000006895

【氏名又は名称】矢崎総業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】相葉 孝充

(72)【発明者】

【氏名】田中 聡

【審査官】北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－１９０３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６９０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０５７４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５３８７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ２７／２６

Ｈ０４Ｂ １０／５８

Ｈ０１Ｐ １／００

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

あらかじめ定められた間隔で第１の導電体と第２の導電体とが並走する並走部を有する結合回路と、
前記並走部において前記第１の導電体に入力された電気信号が前記第２の導電体に透過する透過周波数領域が存在し、前記透過周波数領域に含まれる周波数を有する前記電気信号が伝送される場合に、前記電気信号の周波数範囲の周波数が高くなるほど利得が減衰する利得減衰周波数領域を有する、前記第２の導電体の出力部に接続される電子デバイスと、を含み、
前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きによって、前記電子デバイスの前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが低減され、
前記結合回路において、前記電気信号の前記周波数範囲における周波数に対する位相の推移は線形である信号送信装置。

【請求項2】

前記結合回路は少なくとも２回路以上が存在し、２回路以上の前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きによって、前記電子デバイスの前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが低減される請求項１に記載の信号送信装置。

【請求項3】

前記電気信号はＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）に使用されるマルチキャリアの少なくとも一つのキャリアおよび当該キャリアのベースバンド信号を含む複数の電気信号を含み、
前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾き、および、前記電子デバイスの前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きは、前記複数の電気信号による平均の傾きを示す請求項１または２に記載の信号送信装置。

【請求項4】

前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数は、前記結合回路のｎ次結合周波数（ｎは１以上の奇数の自然数）をピークとする周波数帯域のいずれかの周波数帯域の周波数である請求項１から３のいずれか一項に記載の信号送信装置。

【請求項5】

前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数は、前記結合回路の３次結合周波数をピークとする周波数帯域の周波数である請求項１から３のいずれか一項に記載の信号送信装置。

【請求項6】

前記透過周波数領域を透過する前記電気信号の基本周波数における、前記結合回路の利得の減衰量は６ｄＢ未満である請求項１から５のいずれか一項に記載の信号送信装置。

【請求項7】

前記電子デバイスは発光素子であり、前記結合回路は前記発光素子のバイアスティー回路を構成し、前記発光素子の前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数における周波数に対する利得の傾きは負の傾きを有し、前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数における周波数に対する利得の傾きは正の傾きを有する請求項１から６のいずれか一項に記載の信号送信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号送信装置、信号受信装置および信号伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのマルチキャリアで変調された信号は、使用される信号帯域内の周波数特性の平坦性が信号品質に影響を与えることが知られている。しかしながら、通信システムにおいて使用されるデバイスの周波数特性は、使用される信号帯域内で必ずしも平坦性が確保されているわけではない。このため、従来から、通信システムにおいて使用される信号帯域内の平坦性を確保するための技術が開発されてきている。

【0003】

例えば、特許文献１では、伝達関数Ｈ_ｃ（ｓ）（ｓ＝２πｉｆ，ｉは虚数単位）を有する波形歪補償フィルタを開示している。当該波形歪補償フィルタは、伝送経路の全伝達関数Ｈ_０（ｓ）と、Ｈ_０（ｓ）の周波数依存性から適宜選択される受動帯域通過フィルタの伝達関数Ｈ_ＢＰＦ（ｓ）との間に、Ｈ_ｃ（ｓ）≒Ｈ_ＢＰＦ（ｓ）／Ｈ_０（ｓ）の関係を成立させる。この関係式により、Ｈ_ＢＰＦ（ｓ）の通過周波数帯における信号伝搬特性の周波数依存性の平坦性を確保し、電力供給の不必要なパルス信号の波形歪の補償処理が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－２８１５７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の構成によれば、周波数特性が平坦な周波数領域を確保するために、ピーキング回路、イコライザ回路、フィルタ回路を用いて局所的に補償する構成も想定される。しかし、周波数特性が局所的に減衰している場合や、狭帯域な成分を増幅する場合にはピーキング回路を用いることも可能であるが、遮断周波数以下の領域であって、減衰が継続的に続く周波数領域の平坦性を向上させることはピーキング回路では困難である。また、イコライザ回路では信号電力が全体的に大きく減衰するので、信号電力が信号品質に大きく影響するＯＦＤＭなどの無線信号ではイコライザ回路の使用が困難になることも想定される。

【0006】

さらに、チェビシェフ型のフィルタ回路では、ピーキング回路と同様に、狭帯域な周波数に対してはリップルの大きさなどを調整することで、周波数特性の平坦性をある程度向上させることも可能である。しかし、遮断周波数以上の領域には、チェビシェフ型のフィルタ回路を適応させることは困難である。対応策としてハイパス型のフィルタ回路によって、遮断周波数以上の領域の減衰特性を相殺するような次数のフィルタを用いることも考えられる。しかし、当該フィルタでは、周波数に対する位相ずれが大きくなるので、必要とする周波数帯域の信号特性が劣化してしまう。

【0007】

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、ＯＦＤＭなどの広帯域なマルチキャリアおよびマルチキャリアコンポーネント信号に対し、位相ずれを抑制しながら周波数平坦性を改善することが可能な信号送受信装置を提供することにある。それとともに、周波数応答特性が不足しているデバイスを用いた伝送も可能な、低コストな信号送受信装置を提供することにもある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の態様に係る信号送信装置は、あらかじめ定められた間隔で第１の導電体と第２の導電体とが並走する並走部を有する結合回路と、前記並走部において前記第１の導電体に入力された電気信号が前記第２の導電体に透過する透過周波数領域が存在し、前記透過周波数領域に含まれる周波数を有する前記電気信号が伝送される場合に、前記電気信号の周波数範囲の周波数が高くなるほど利得が減衰する利得減衰周波数領域を有する、前記第２の導電体の出力部に接続される電子デバイスと、を含み、前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きによって、前記電子デバイスの前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが低減されることが好ましい。

【0009】

前記結合回路において、前記電気信号の前記周波数範囲における周波数に対する位相の推移は線形であることが好ましい。

【0010】

前記結合回路は少なくとも２回路以上が存在し、２回路以上の前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きによって、前記電子デバイスの前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが低減されることが好ましい。

【0011】

前記結合回路の少なくとも１回路以上は、前記電子デバイスから出力される前記電気信号を受信する信号受信装置に存在するように構成されることが好ましい。

【0012】

前記電気信号はＯＦＤＭに使用されるマルチキャリアの少なくとも一つのキャリアおよび当該キャリアのベースバンド信号を含む複数の電気信号を含むことが好ましい。（ＯＦＤＭ：（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ））。前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾き、および、前記電子デバイスの前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きは、前記複数の電気信号による平均の傾きを示すことが好ましい。

【0013】

前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数は、前記結合回路のｎ次結合周波数（ｎは１以上の奇数の自然数）をピークとする周波数帯域のいずれかの周波数帯域の周波数であることが好ましい。

【0014】

前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数は、前記結合回路の３次結合周波数をピークとする周波数帯域の周波数であることが好ましい。

【0015】

前記結合回路の前記透過周波数領域を透過する前記電気信号の基本周波数における、１つの前記結合回路における利得の減衰量は６ｄＢ未満であることが好ましい。

【0016】

前記電子デバイスは発光素子であり、前記結合回路は前記発光素子のバイアスティー回路を構成し、前記発光素子の前記利得減衰周波数領域における前記電気信号の基本周波数における周波数に対する利得の傾きは負の傾きを有し、前記結合回路の前記透過周波数領域における前記電気信号の基本周波数における周波数に対する利得の傾きは正の傾きを有することが好ましい。

【0017】

本発明の他の態様に係る信号伝送システムは、信号送信装置と、信号送信装置に含まれる少なくとも一つの前記結合回路を含む信号受信装置と、前記信号送信装置と、前記信号受信装置とを接続する光ファイバまたは金属線と、を含むことが好ましい。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、ＯＦＤＭなどの広帯域なマルチキャリア信号に対し、位相ずれを抑制しながら周波数平坦性を改善することが可能であり、周波数応答特性が不足しているデバイスを用いた伝送も可能な、低コストな信号送受信装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本実施形態に係る信号伝送システムの一例を示す模式図である。

【図2A】本実施形態に係る結合回路の一例を示す模式図である。

【図2B】図２Ａに示す結合回路の透過信号および反射信号の周波数特性の測定結果の一例を示す模式図である。

【図3A】本実施形態に係る結合回路の一例を示す模式図である。

【図3B】図３Ａの結合回路の結合ピーク周波数特性の測定結果の一例を示す模式図である。

【図3C】図３Ａの結合回路の結合ピーク周波数特性の測定結果の他の一例を示す模式図である。

【図4A】本実施形態に係る結合回路の透過信号の周波数特性の測定結果の一例を示す模式図である。

【図4B】図４Ａに示す特性を有する結合回路の位相周波数特性の測定結果の一例を示す模式図である。

【図5】本実施形態に係る信号伝送システムに含まれる発光素子の周波数特性の測定結果の一例を示す模式図である。

【図6A】図５に示す発光素子の周波数特性の一部を拡大した模式図である。

【図6B】図４Ａに示す特性を有する結合回路の周波数特性の一部を拡大した模式図である。

【図6C】図６Ａおよび図６Ｂに示す周波数特性を合成した周波数特性の模式図である。

【図7A】図５に示す発光素子の周波数特性の一部を拡大した模式図である。

【図7B】図６Ｂに示す周波数特性の約１／２の傾きを有する結合回路の周波数特性の模式図である。

【図7C】図７Ａおよび図７Ｂに示す周波数特性を合成した周波数特性の模式図である。

【図7D】図７Ｃに示す周波数特性に図７Ｂに示す周波数特性をさらに合成した周波数特性の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本実施形態に係わる信号送受信装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示に限定する主旨ではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。さらに、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

【0021】

本実施形態に係る信号送信装置、信号受信装置および信号伝送システムを図１～図７を用いて説明する。

【0022】

（信号送信装置および信号受信装置の適用例の概要）
本実施形態の信号送信装置および信号受信装置は結合線路を用いた結合回路を利用して、周波数応答特性が平坦ではないデバイスの周波数応答特性を広帯域に位相ずれ無く改善し平坦化可能とする。そのために、結合回路の周波数応答特性と、デバイスの周波数応答特性を相互に補償し、平坦性を向上させる構成を有する。また、複数の結合回路を、信号送信装置および信号受信装置に設けることによって、各結合回路の平坦性補償特性に自由度を持たせ、柔軟にデバイスの周波数応答特性を広帯域に位相ずれ無く平坦に改善可能とする。

【0023】

（信号伝送システムの概要）
図１に本実施形態に係わる信号送信装置および信号受信装置を含む信号伝送システムの概要について説明する。

【0024】

図１に示すように、信号伝送システム１０００は、信号送信装置１００ｓ、信号受信装置１００ｒおよび伝送路２００を含んで構成される。なお、信号送信装置１００ｓと信号受信装置１００ｒの間ではＡＣＫ（ＡＣＫｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）等の制御信号の送受信が行われる。したがって、信号受信装置１００ｒから信号送信装置１００ｓへの信号の流れがあるが、図１では信号送信装置１００ｓから信号受信装置１００ｒに送信されるデータ情報の流れを概略的に示している。

【0025】

図１の信号伝送システム１０００は二次変調方式にＯＦＤＭを採用しているので、制御部１１０ｓでは入力されたデータをサブキャリア毎の信号に変換し、制御部１１０ｓに記憶される符号化率および一次変調方式で信号処理を実行する。なお、一次変調方式にはＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，ＱＡＭ等の変調方式が挙げられる。次に、ベースバンド回路部１２０ｓでベースバンド信号を生成し、有線通信を実行するために発光素子１４０ｓにベースバンド信号を伝送する。伝送路２００を介して、信号受信装置１００ｒの受光素子１５０ｒはベースバンド信号を受信する。ベースバンド回路部１２０ｒはサブキャリア毎の信号を生成し、制御部１１０ｓではサブキャリア毎の信号を復調、復号および合成し、信号送信装置１００ｓに入力されたデータに対応するデータを生成する。なお、伝送路２００の一例には光ファイバが挙げられる。本実施形態の説明においては、伝送路２００に光ファイバを用いた場合を主に説明する。以下、各ブロックについて詳細に説明する。

【0026】

信号送信装置１００ｓは、制御部１１０ｓ、ベースバンド回路部１２０ｓ、結合回路１３０ｓおよび発光素子１４０ｓを含んで構成される。

【0027】

制御部１１０ｓにはあらかじめ定められた符号化率と一次変調方式の組み合わせを示すＭＣＳ（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ Ｓｃｈｅｍｅ）を記憶するＭＣＳ記憶部が含まれる。二次変調方式にＯＦＤＭを採用しているので、制御部１１０ｓでは入力されたデータをサブキャリア毎の信号に変換し、制御部１１０ｓに記憶される符号化率および一次変調方式で信号処理を実行する。制御部１１０ｓは符号化率および一次変調方式を信号品質によって自由に変更することが可能であるが、詳細は省略する。

【0028】

ベースバンド回路部１２０ｓは、入力されたデジタル信号を信号処理し、ベースバンド信号を生成する機能を有する。なお、ベースバンド回路部１２０ｓは、ベースバンド信号の中心周波数を設定する機能も有する。

【0029】

結合回路１３０ｓは、結合線路を用いた回路であって、図４Ａに示す一例としての利得周波数特性、および、図４Ｂに示す一例としての位相周波数特性を有する回路である。結合回路１３０ｓは、特定の周波数または周波数帯域を有する電気信号に対して、後段の発光素子１４０ｓの利得周波数特性における減衰する周波数特性を補償し、当該特定の周波数または周波数帯域の利得周波数特性を平坦化する機能を有する。また、結合回路１３０ｓは１つである必要はなく、複数の結合回路１３０ｓによって、当該特定の周波数または周波数帯域の利得周波数特性を平坦化する機能を有してもよい。また、電気信号の周波数帯域の一例にはＯＦＤＭにおいて使用される２８ＧＨｚ帯が一例として挙げられる。なお、詳細については後述する。

【0030】

発光素子１４０ｓは、ベースバンド信号を光信号に変換するための機能を有する。発光素子の周波数特性は、伝送路２００の周波数特性に整合する必要があり、ベースバンド信号を歪ませない特性が求められる。

【0031】

伝送路２００は、本実施形態では周波数特性が高周波数まで平坦性を有する光ファイバを想定しているが、後述するように、信号帯域幅が狭い場合には同軸ケーブル等のメタル線を使用することも可能である。

【0032】

信号受信装置１００ｒは、受光素子１４０ｒ、結合回路１３０ｒ、ベースバンド回路部１２０ｒおよび制御部１１０ｒを含んで構成される。

【0033】

受光素子１４０ｒは、信号送信装置１００ｓで生成された光信号としてのベースバンド信号を受信し、当該光信号を電気信号に変換してベースバンド信号を再生する機能を有する。

【0034】

結合回路１３０ｒは、結合線路を用いた回路であって、図４Ａに示す一例としての利得周波数特性、および、図４Ｂに示す一例としての位相周波数特性を有する回路である。結合回路１３０ｓは、特定の周波数または周波数帯域を有する電気信号に対して、信号送信装置１００ｓの発光素子１４０ｓの利得周波数特性における減衰する周波数特性を補償し、当該特定の周波数または周波数帯域の利得周波数特性を平坦化する機能を有する。また、結合回路１３０ｒは必須の構成ではなく、結合回路１３０ｓの利得周波数特性を補助するように機能してもよい。また、結合回路１３０ｒも１つである必要はなく、複数の結合回路１３０ｒによって、当該特定の周波数または周波数帯域の利得周波数特性を平坦化する機能を有してもよい。

【0035】

ベースバンド回路部１２０ｒは、入力されたベースバンド信号を信号処理し、サブキャリア毎にデータ信号としてのデジタル信号を生成する機能を有する。

【0036】

制御部１１０ｒにはあらかじめ定められた符号化率と一次変調方式の組み合わせを示すＭＣＳを記憶するＭＣＳ記憶部が含まれる。二次変調方式にＯＦＤＭを採用しているので、制御部１１０ｒでは入力されたサブキャリア毎の信号に対して、制御部１１０ｒに記憶される符号化率および一次変調方式で信号処理を実行する。すなわち、サブキャリア毎に復調および復号を実行し、データを再生する。制御部１１０ｒは符号化率および一次変調方式を信号品質によって自由に変更することが可能である。

【0037】

なお、制御部１１０ｒは、入力された信号に誤り検出符号が含まれている場合には、誤り検出符号が示す誤りをカウントし、単位時間当たりの誤り数を記憶することができる。

【0038】

（回路基板に形成された結合回路の特徴の概要）
以上のような構成を実現するための結合回路の一例について最初に原理を説明する。なお、図１に示した結合回路１３０ｓおよび結合回路１３０ｒを総称して結合回路１３０として説明する。本実施形態の結合回路１３０の構成の一例としては、図２Ａに示す回路基板３００上に並走して設けられた２本の銅箔パターン、および、回路基板３００の裏面にプレーンとして設けられるグランド５００を基本構成とする。２本の銅箔パターンとは、銅箔パターンである第１の導電体１３１、および、銅箔パターンである第２の導電体１３２を意味する。ただし、ポート２（３２０）に終端抵抗（図示せず）を実装する構成を基本構成とすることもできる。また、以下の本実施形態の説明ではポート４（３４０）に接続される発光素子１４０ｓを駆動する結合回路の一例について説明する。

【0039】

ポート１（３１０）は、第１の導電体１３１における高周波交流信号の入力部である。基本的には特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル等の伝送路が接続される。当該伝送路によって第１の導電体１３１に供給される高周波交流信号が伝送される。なお、高周波交流信号の一例には、ベースバンド回路部１２０ｓから出力される電気信号が挙げられる。

【0040】

ポート２（３２０）は、第１の導電体１３１の終端部である。終端部と回路基板３００の裏面に設けられるグランド５００との間に５０Ωの終端抵抗が実装される場合と実装されない場合がある。図２Ａでは基本作用を説明するために、終端抵抗が実装される場合を図示する。

【0041】

ポート３（３３０）は、第２の導電体１３２のポート４（３４０）に接続されるデバイスに供給される信号の入力部である。一例として、デバイスが発光素子１４０ｓである場合にはポート４（３４０）は発光素子１４０ｓに供給されるバイアス電流等の直流信号の入力部である。したがって、ポート３（３３０）には低出力インピーダンスの電源装置等（図示せず）が接続される場合がある。図２Ａでは基本作用を説明するために、出力インピーダンスが５０Ωの装置（図示せず）が接続される場合を図示する。

【0042】

ポート４（３４０）は、ポート３（３３０）から入力された直流信号に、第１の導電体１３１から第２の導電体１３２に透過した高周波交流信号が重畳されて出力される第２の導電体１３２における出力部である。ポート４（３４０）は、発光素子等の被駆動デバイスが接続されるポートである。

【0043】

並走部３５０は、第１の導電体１３１と第２の導電体１３２があらかじめ定められた距離で並走する区間である。並走部３５０において、第１の導電体１３１に入力された高周波交流信号が、ポート１（３１０）から第２の導電体１３２に透過する。高周波交流信号がポート１（３１０）からポート２（３２０）に向かう方向と同一の方向である、ポート３（３３０）からポート４（３４０）に向かう方向に当該高周波交流信号が次第に透過する。この透過は、第１の導電体１３１から第２の導電体１３２へ交流信号成分が結合する現象を利用している。

【0044】

最も効率的に結合する周波数は、並走部３５０の長さ、並走部３５０における第１の導電体１３１と第２の導電体１３２との間の間隔、および、回路基板３００内外の伝送路の特性インピーダンス等のパラメータによって変化する。以下、並走部３５０の長さを結合伝送路長、並走部３５０における第１の導電体１３１と第２の導電体１３２との間の間隔を結合伝送路間隔と称する場合がある。

【0045】

図２Ｂは、ポート１（３１０）に高周波交流信号を入力した場合に、ポート１（３１０）からポート４（３４０）に透過した透過信号と、ポート２（３２０）からポート１（３１０）に反射した反射信号の周波数特性を示す。図２Ｂの例では、７．２ＧＨｚ付近において最も効率的に結合し、透過信号の振幅の減衰が最も小さくなる様子を示している。以下、第１の導電体１３１と第２の導電体１３２との間で透過する高周波交流信号の振幅の減衰が最も小さい周波数を結合ピーク周波数と称する。なお、図２Ｂでは図示されていないが、結合ピーク周波数の奇数倍の周波数において極大値を有するｎ次（ｎ：１以上の奇数の自然数）結合ピーク周波数が存在する。

【0046】

上述したように、結合ピーク周波数は、結合伝送路間隔および結合伝送路長を含むパラメータを変化させることによって、任意に選択可能である。また、これらの構成及び作用によれば、別途インダクタやキャパシタを設けなくとも回路パターンと終端抵抗のみでバイアスティーの機能を実現できることが分かる。

【0047】

（結合回路の具体的仕様）
図３Ａは、結合回路のパラメータの一部を示す図である。Ｌは結合伝送路長であり、図３Ａでは第１の導電体１３１と第２の導電体１３２の長さに対応する。ｇａｐは結合伝送路間隔であり、図３Ａでは第１の導電体１３１と第２の導電体１３２との間隔に対応する。Ｗは伝送路幅であり、図３Ａでは第１の導電体１３１と第２の導電体１３２の幅に対応する。図３Ａでは第１の導電体１３１と第２の導電体１３２の幅は同一である。ｔは回路基板の厚みである。

【0048】

図３Ｂは、図３Ａの結合回路において、結合伝送路間隔を変化させた時の、結合ピーク周波数の変化を示した図である。図２Ｂの横軸は結合伝送路間隔［ｍｍ］を示し、図３Ｂの縦軸は結合ピーク周波数［ＧＨｚ］を示す。図３Ｂにおいて、結合伝送路間隔を２ｍｍからに０．２ｍｍに変化させた場合には、結合ピーク周波数が約１２ＧＨｚから約６ＧＨｚに変化する。すなわち、結合伝送路間隔が狭くなるにつれて結合ピーク周波数は低くなる。

【0049】

図３Ｃは、図３Ａの結合回路において、結合伝送路長を変化させた時の、結合ピーク周波数の変化を示した図である。図３Ｃの横軸は結合伝送路長［ｍｍ］を示し、図３Ｃの縦軸は結合ピーク周波数［ＧＨｚ］を示す。図３Ｃにおいて、結合伝送路長を約１７５ｍｍから約２５ｍｍに変化させた場合には、結合ピーク周波数は約５ＧＨｚから約４３ＧＨｚに変化する。すなわち、結合伝送路長が短くなるほど、結合ピーク周波数は高くなる。

【0050】

上記構成例によれば、一般的なガラエポ系の１０ｃｍ程度以内の回路パターンの構成を用いることによって１０ＧＨｚ以上の結合回路が簡素に構成可能となる。

【0051】

上記のような原理に基づいて、透過信号の結合ピーク周波数をFpeakとし、３Fpeakに２番目の結合ピーク周波数が現れる結合回路の利得周波数特性の模式図を図４Ａに示す。上述して説明したように、透過特性が最大となるFpeakを設計によって決定することが可能である。

【0052】

例えば使用するデバイスにおいて不足する周波数応答特性の傾きをαとすると、伝送信号の周波数領域において、傾きαの逆の傾きを有する周波数応答特性を有する結合回路を設計することによって伝送信号の平坦性を担保することも可能になる。

【0053】

結合回路における透過特性が最大となる結合ピーク周波数をFpeakとし、Fpeakから離れた周波数領域にあるにおける傾きβはFpeakに依存している。したがって、使用するデバイスの周波数応答特性の傾きαに対して、βがαの逆の傾きに近くなるようにFpeakを設定する必要がある。

【0054】

結合回路における透過特性は、図４Ａに示すように周期性を有するので、必要な周波数領域におけるβを取得するために、βを大きくする場合には、Fpeakから周波数を離していく必要がある。Fpeakから周波数を離していくと、図４Ａからも分かるように、透過率も次第に減衰する。信号電力が信号品質に大きく影響するＯＦＤＭにおいては、Fpeakから周波数を離しすぎると、十分な振幅が得られない可能性もあるので、Fpeakから離れる周波数は０．５×Fpeak程度以内であることが好ましい。しかし、１番目の結合ピーク周波数であるFpeakから０．５×Fpeakにおける傾きが十分に取れない場合もある。例えば、結合回路の０．５×Fpeakを２８ＧＨｚに設計した場合に、２８ＧＨｚの傾きβが使用するデバイスの周波数応答特性の傾きαよりも小さい場合がある。このような場合には、２番目の結合ピーク周波数である３×Fpeakを使用し、βを得る周波数を３×Fpeak～２．５×Fpeak程度以内で、Fpeak～０．５×Fpeak以内よりも大きな傾きを得ることも可能である。

【0055】

具体的な一例として、使用するデバイスとしての発光素子の周波数応答特性の一例を図５に示す。図５の横軸はＧＨｚ単位で周波数を示しており、０～５０ＧＨｚまでの周波数範囲を示している。縦軸は、発光素子に入力する信号の減衰特性を示しており、１０ＧＨｚ周辺で最も減衰が小さくなっているが、１０ＧＨｚ以降はなだらかに入力信号が減衰する特性が示されている。使用する周波数を２８ＧＨｚ周辺とすると、２８ＧＨｚ周辺の傾きαは約－２ｄＢ／ＧＨｚとなっている。図４Ａにおいて、０．５×Fpeakにおいて、βが＋２ｄＢ／ＧＨｚを有するように設計することも可能であるが、より広い信号帯域で平坦化した周波数特性を得るために、２．５×Fpeakにおいて、βが＋２ｄＢ／ＧＨｚを有するように設計も可能である。

【0056】

また、図４Ｂは結合回路の位相周波数特性を示す図である。結合回路の位相が周波数変動に対して線形に推移することがわかる。例えば、電気信号が２８ＧＨｚ帯であれば、結合回路の位相が線形に推移することが示されている。

【0057】

図６Ａは、図５において示した発光素子の周波数応答特性を２７ＧＨｚ～３１ＧＨｚの周波数領域において拡大した図を示したものである。２７ＧＨｚにおいて－２４ｄＢ程度の減衰量があり、３１ＧＨｚにかけて減衰量が増大している。２８ＧＨｚ付近の傾きは、約－２ｄＢ／ＧＨｚとなっている。

【0058】

図６Ｂは、図４Ａに示した結合回路の２．５×Fpeakを２８ＧＨｚ周辺に設計し、２．５×Fpeakにおけるβが、図５において示した発光素子の２８ＧＨｚ周辺におけるαの逆数になるように設計した測定結果を示した図である。すなわち、２．５×Fpeakにおいて、βが＋２ｄＢ／ＧＨｚを有するように設計されている。２７ＧＨｚにおいて－５～－６ｄＢ程度の減衰量があり、３１ＧＨｚにかけて減衰量が低減し、発光素子の周波数応答特性を相殺する特性を有する。

【0059】

図６Ｃは、図６Ｂの周波数応答特性を有する図４Ａに示した結合回路の図１におけるポート４に相当する端子に、図６Ａの周波数応答特性を有する発光素子を接続した場合の当該発光素子の出力の周波数応答特性の測定結果を示した図である。図６Ｃに示されるように、図６Ａの周波数応答特性が図６Ｂの周波数応答特性を有する図４Ａに示した結合回路を信号が透過した信号によって平坦化されている様子が示されている。

【0060】

本実施形態の信号送受信装置は結合線路を用いた結合回路を利用して、周波数応答特性が平坦ではないデバイスの周波数応答特性を広帯域に位相ずれ無く改善し平坦化することが可能となる。

【0061】

上述した実施形態では、１つの結合回路の傾きβを使用して、図６Ａの周波数応答特性を有する発光素子の傾きαを平坦化する方法を示したが、本実施形態は上記実際形態に限定されるものではない。例えば、発光素子の傾きαの逆数である傾きβよりも小さい結合回路の傾きを利用すれば、平坦化可能な周波数領域を広く取得可能な場合もある。例えば、複数の結合回路のFpeakに近い周波数領域を組み合わせて発光素子の傾きαの逆数の傾きβを形成し、より広い周波数領域を平坦化する。このような例の一例について図７Ａ～図７Ｄを使用して説明する。図７Ａ～図７Ｄにおいては、信号送信装置側に１つの結合回路を用い、信号受信装置側に１つの結合回路を用いている。

【0062】

図７Ａは図６Ａと同一の図であって、図５において示した発光素子の周波数応答特性を２７ＧＨｚ～３１ＧＨｚの周波数領域において拡大した図を示したものである。２７ＧＨｚにおいて－２４ｄＢ程度の減衰量があり、３１ＧＨｚにかけて減衰量が増大している。２８ＧＨｚ付近の傾きは、約－２ｄＢ／ＧＨｚとなっている。

【0063】

図７Ｂは、図４Ａに示した結合回路の２．５×Fpeakを２８ＧＨｚ周辺に設計し、２．５×Fpeakにおけるβが、図４において示した発光素子の２８ＧＨｚ周辺におけるαの逆数にはならず、αの逆数の約１／２になるように設計した測定結果である。すなわち、２．５×Fpeakにおいて、βが約＋１ｄＢ／ＧＨｚを有するように設計されている。２７ＧＨｚにおいて－５～－６ｄＢ程度の減衰量があり、３１ＧＨｚにかけて減衰量が低減し、発光素子の周波数応答特性の約半分を相殺する特性を有する。

【0064】

図７Ｃは、図７Ｂの周波数応答特性を有する図４Ａに示した結合回路の図２Ａにおけるポート４に相当する端子に、図７Ａの周波数応答特性を有する発光素子を接続した場合の当該発光素子の出力の周波数応答特性の測定結果を示した図である。図７Ｃに示されるように、図７Ａの周波数応答特性が図７Ｂの周波数応答特性を有する図４Ａに示した結合回路を信号が透過した信号によって半分ほど平坦化されている様子が示されている。

【0065】

図７Ｄは、図７Ｂの周波数応答特性を有する図４Ａに示した結合回路を発光素子に対する受光デバイスを有する信号受信装置に接続した場合の受信装置の出力の周波数応答特性の測定結果を示した図である。図７Ｄに示されるように、図７Ｂの周波数応答特性を有する図４Ａに示した結合回路を信号送信装置と信号受信装置とに設けることによって図７Ａの周波数応答特性が平坦化されている様子が示されている。また、結合回路では図４Ｂに示されるように使用する周波数帯域で位相推移がリニアであるために、信号送信装置と信号受信装置の２か所に結合回路を適用しても伝送信号の周波数帯域で位相特性に影響を与えることはない。

【0066】

（変形例１）
上記実施形態においては、信号送信装置１００ｓに結合回路１３０を一回路設ける場合、および、信号送信装置１００ｓおよび信号受信装置１００ｒに結合回路１３０をそれぞれ一回路設ける場合を説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、信号送信装置１００ｓおよび信号受信装置１００ｒに結合回路１３０をそれぞれ複数設けることも可能である。また、信号送信装置１００ｓだけに結合回路１３０を複数設ける構成、または、信号送信装置１００ｓだけに結合回路１３０を複数設ける構成とすることも可能である。

【0067】

（変形例２）
図６Ａ～図６Ｃの説明、および、図７Ａ～図７Ｄの説明においては、単一の周波数における利得周波数特性の傾きを対象としているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。すなわち、特定の周波数帯域を有する信号の平均の利得周波数特性の傾きを対象とすることも可能である。例えば、２８ＧＨｚ周辺の周波数帯域において使用される複数の電気信号の利得周波数特性の傾きを平均化して、図６Ａ～図６Ｃにおいて説明された機能、および、図７Ａ～図７Ｄにおいて説明された機能を実現することも可能である。利得周波数特性の傾きを平均化する手法としては、算術平均等の従来の平均化手法を使用することが可能である。

【0068】

（変形例３）
上記実施形態においては、２番目の結合ピーク周波数である３×Fpeakを含む周波数帯域における、利得周波数特性の傾きを使用する例について主に説明したが、本実施形態はこれに限定されるわけではない。１番目の結合ピーク周波数であるFpeakを含む周波数帯域における、利得周波数特性の傾きを使用することに加え、３番目の結合ピーク周波数である５×Fpeakを含む周波数帯域における、利得周波数特性の傾きを使用することも可能である。すなわち、任意の順番の結合ピーク周波数を含む周波数帯域における、利得周波数特性の傾きを使用することも可能である。ただし、結合ピーク周波数の順番が大きいほど、電気信号の減衰量が大きくなるので、アプリケーションによっては高次の結合ピーク周波数を含む周波数帯域における、利得周波数特性の傾きを使用することが困難になる場合もある。

【0069】

以下に、本実施形態の信号送信装置１００ｓ、信号受信装置１００ｒおよび信号伝送システム１０００の特徴について記載する。

【0070】

本発明の第１の態様に係る信号送信装置１００ｓは、あらかじめ定められた間隔で第１の導電体１３１と第２の導電体１３２とが並走する並走部３５０を有する結合回路１３０を含むことが好ましい。結合回路１３０は、並走部３５０において第１の導電体１３１に入力された電気信号が第２の導電体１３２に透過する透過周波数領域が存在する。透過周波数領域に含まれる周波数を有する電気信号が伝送される場合に電気信号の周波数範囲の周波数が高くなるほど利得が減衰する利得減衰周波数領域を有する、第２の導電体１３２の出力部に接続される発光素子１４０ｓ等の電子デバイスを含むことが好ましい。結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きによって、電子デバイスの利得減衰周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが低減されることが好ましい。

【0071】

上記構成によれば、ＯＦＤＭなどの広帯域なマルチキャリア信号に対し、周波数応答特性が不足しているデバイスを用いた場合にも、位相ずれを抑制しながら周波数平坦性を改善する低コストな信号送信装置を提供することが可能になる。

【0072】

本発明の第２の態様に係る信号送信装置１００ｓの結合回路１３０において、電気信号の周波数範囲における周波数に対する位相の推移は線形であることが好ましい。

【0073】

使用する電気信号の周波数範囲における周波数に対する位相の推移が非線形である場合には、群遅延特性等が悪化して使用する電気信号にひずみが発生する場合がある。しかし、上記構成によれば、使用する電気信号の周波数範囲における周波数に対する位相の推移が線形であるので、使用する電気信号に発生する可能性があるひずみ等を抑制することが可能になる。

【0074】

本発明の第３の態様に係る信号送信装置１００ｓにおいて、結合回路１３０は少なくとも２回路以上が存在することが好ましい。２回路以上の結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きによって、電子デバイスの利得減衰周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが低減されることが好ましい。

【0075】

電子デバイスの利得減衰周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きが大きい場合に、１つの結合回路１３０によって当該傾きを相殺しようとすると、電気信号の減衰が大きくなりすぎる場合も想定される。しかし、上記構成によれば、２回路以上の結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きを合算することによって、当該傾きを相殺すれば、電気信号の減衰を低減することも可能になる場合がある。また、１つの結合回路１３０の平坦性補償特性に自由度を持たすことが可能になる。

【0076】

本発明の第４の態様に係る信号送信装置１００ｓにおいて、結合回路１３０の少なくとも１回路以上は、電子デバイスから出力される電気信号を受信する信号受信装置１００ｒに存在するように構成されることが好ましい。

【0077】

上記構成によれば、２回路以上の結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きを合算する場合に、結合回路を信号送信装置と信号受信装置に分散することによって、それぞれの装置の小型化を図ることが可能になる。また、１つの結合回路１３０の平坦性補償特性に自由度を持たすことが可能になる。

【0078】

本発明の第５の態様に係る信号送信装置１００ｓにおいて、電気信号はＯＦＤＭに使用されるマルチキャリアの少なくとも一つのキャリアおよび当該キャリアのベースバンド信号を含む複数の電気信号を含むことが好ましい。結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾き、および、電子デバイスの利得減衰周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得の傾きは、複数の電気信号による平均の傾きを示すことが好ましい。（ＯＦＤＭ：（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ））。

【0079】

上記構成によれば、ＯＦＤＭに使用されるマルチキャリアおよび当該キャリアのベースバンド信号に本構成を適用することも可能になる。また、位相ずれを抑制しながら周波数平坦性を改善することが可能であり、周波数応答特性が不足しているデバイスを用いた伝送も可能な、低コストな信号送信装置を提供することが可能になる。

【0080】

本発明の第６の態様に係る信号送信装置１００ｓの結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数は、結合回路のｎ次結合周波数（ｎは１以上の奇数の自然数）をピークとする周波数帯域のいずれかの周波数帯域の周波数であることが好ましい。

【0081】

上記構成によれば、電子デバイスの利得減衰周波数領域における電気信号の基本周波数の周波数に対する利得のさまざまな傾きに対して、結合回路の周波数特性を利用することが可能になる。したがって、電子デバイスの利得減衰周波数領域の周波数平坦性を適切に改善することも可能になる。

【0082】

本発明の第７の態様に係る信号送信装置１００ｓの結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数は、結合回路の３次結合周波数をピークとする周波数帯域の周波数であることが好ましい。

【0083】

上記構成によれば、結合回路１３０の３次結合周波数をピークとする周波数帯域において、減衰量が比較的小さく、比較的広い周波数帯域における傾きが均一な帯域を使用可能になるので、電気信号の周波数平坦性を適切に改善することも可能になる。

【0084】

本発明の第８の態様に係る信号送信装置１００ｓの結合回路１３０の透過周波数領域を透過する電気信号の基本周波数における、１つの結合回路における利得の減衰量は６ｄＢ未満であることが好ましい。

【0085】

電気信号の全体的な信号電力がある程度低下すると、ＯＦＤＭなどのＲＦ信号における信号品質が低下するが、上記構成によれば、電気信号の周波数平坦性を適切に改善しながら、ＯＦＤＭなどのＲＦ信号における信号品質の低下を抑制することが可能になる。

【0086】

本発明の第９の態様に係る信号送信装置１００ｓの電子デバイスは発光素子１４０ｓであり、結合回路１３０は発光素子１４０ｓのバイアスティー回路を構成することが好ましい。発光素子１４０ｓの利得減衰周波数領域における電気信号の基本周波数における周波数に対する利得の傾きは負の傾きを有し、結合回路１３０の透過周波数領域における電気信号の基本周波数における周波数に対する利得の傾きは正の傾きを有することが好ましい。

【0087】

上記構成によれば、結合回路１３０をバイアスティー回路として使用することで、装置の小型化を図りながら、信号伝送システム１０００における電気信号の周波数平坦性を適切に改善することが可能になる。

【0088】

本発明の第１０の態様に係る信号伝送システム１０００は、第１の態様から第９の態様のいずれかの信号送信装置１００ｓを含むことが好ましい。また、信号伝送システム１０００は、第１の態様から第９の態様のいずれかの信号送信装置１００ｓに含まれる少なくとも一つの結合回路１３０を含む信号受信装置１００ｒを含むことが好ましい。さらに、信号伝送システム１０００は、信号送信装置１００ｓと、信号受信装置１００ｒとを接続する光ファイバまたは金属線等の伝送路２００を含むことが好ましい。

【0089】

上記構成によれば、ＯＦＤＭなどの広帯域なマルチキャリア信号に対し、位相ずれを抑制しながら周波数平坦性を改善することが可能であり、周波数応答特性が不足しているデバイスを用いた伝送も可能な、低コストな信号送受信装置を提供することが可能になる。

【0090】

以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。また、さまざまな実施形態の一部または全部を組み合わせて新たな実施形態とすることも可能である。

【符号の説明】

【0091】

１００ｓ 信号送信装置
１１０ｓ 制御部
１２０ｓ ベースバンド回路部
１３０ｓ 結合回路
１４０ｓ 発光素子
１００ｒ 信号受信装置
１１０ｒ 制御部
１２０ｒ ベースバンド回路部
１３０ｒ 結合回路
１４０ｒ 受光素子
２００ 伝送路
１０００ 信号伝送システム

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】