(57)【要約】  受信装置（１）は、帯域幅（Ｘ）をもった高周波信号（ＳH）を受信するアンテナ（２）と、アンテナ（２）と周波数逓倍器（４）とに接続されたミキサ（５）とを備えている。ローカル発振器（３）と周波数逓倍器（４）との間には、ローカル信号（ＳL）とは異なる周波数のノイズ信号（Ｎ）を除去するフィルタ（８）が設けられている。フィルタ（８）は、ローカル信号（ＳL）の中心周波数（ＦL）とノイズ信号（Ｎ）の中心周波数（Ｆn）との周波数差（ΔＦ）の絶対値が高周波信号（ＳH）の帯域幅（Ｘ）よりも小さくなる関係を満たすノイズ信号（Ｎ）を除去する。
2019107105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の帯域幅をもった高周波信号を送信または受信するアンテナと、
前記高周波信号よりも低い中心周波数のローカル信号を出力するローカル発振器と、
前記ローカル信号を周波数逓倍し、前記ローカル発振器に電気的に接続された周波数逓倍器と、
前記アンテナと前記周波数逓倍器とに接続されたミキサと、を備えた無線通信装置であって、
前記ローカル発振器と前記周波数逓倍器との間には、前記ローカル信号を通過させ前記ローカル信号とは異なる周波数のノイズ信号を除去するフィルタが設けられ、
前記フィルタは、前記ローカル信号の中心周波数と前記ノイズ信号の中心周波数との周波数差の絶対値が前記高周波信号の帯域幅よりも小さくなる関係を満たす前記ノイズ信号を除去することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
前記フィルタは、前記ローカル信号を通過させて前記ノイズ信号を除去する帯域通過フィルタまたは帯域除去フィルタによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記フィルタは、インダクタ素子とキャパシタ素子とを組み合わせて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記帯域通過フィルタは、インダクタ素子とキャパシタ素子との直列共振回路を含んで構成され、前記帯域除去フィルタは、インダクタ素子とキャパシタ素子との並列共振回路を含んで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記ノイズ信号は、前記高周波信号とは異なる周波数帯の無線通信に使用される他の高周波信号であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波やミリ波等の高周波信号に用いて好適な無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波信号に用いる無線通信装置として、アンテナ、ミキサ、逓倍器、ローカル発振器を備えた受信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された受信装置では、ローカル発振器から出力されたローカル信号を逓倍器によって周波数逓倍してミキサに入力すると共に、アンテナによって受信した高周波信号をミキサに入力する。このとき、ミキサは、逓倍器からの信号と高周波信号とを混合して、高周波信号をダウンコンバートおよびアップコンバートした信号を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９５１６８号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載された受信装置では、逓倍器は、ローカル発振器によるローカル信号を周波数逓倍している。一方、例えば、逓倍器とローカル発振器との間の信号経路からノイズ信号が混入することがある。この場合、ノイズ信号が混入したローカル信号を逓倍器が周波数逓倍すると、逓倍器で相互変調が起こり、高次の相互変調歪として不要なノイズスペクトラムが生成される。この不要なノイズスペクトラムを含んだ信号がミキサに入力され、アンテナで受信した高周波信号と信号合成されると、本来の通信信号帯域とノイズ帯域が重なることがある。この合成された信号が受信側の復調回路に入力されると、誤ったデータと判断され、データ通信ができなくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、周波数逓倍器の相互変調歪みを抑制して、ノイズの発生を防ぐ無線通信装置を提供することにある。
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明は、所定の帯域幅をもった高周波信号を送信または受信するアンテナと、前記高周波信号よりも低い中心周波数のローカル信号を出力するローカル発振器と、前記ローカル信号を周波数逓倍し、前記ローカル発振器に電気的に接続された周波数逓倍器と、前記アンテナと前記周波数逓倍器とに接続されたミキサと、を備えた無線通信装置であって、前記ローカル発振器と前記周波数逓倍器との間には、前記ローカル信号を通過させ前記ローカル信号とは異なる周波数のノイズ信号を除去するフィルタが設けられ、前記フィルタは、前記ローカル信号の中心周波数と前記ノイズ信号の中心周波数との周波数差の絶対値が前記高周波信号の帯域幅よりも小さくなる関係を満たす前記ノイズ信号を除去することを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、ローカル発振器と周波数逓倍器との間には、ローカル信号とは異なる周波数のノイズ信号を除去するフィルタが設けられている。このため、周波数逓倍器は、ノイズ信号が除去されたローカル信号のみを周波数逓倍するから、周波数逓倍器の相互変調歪みを抑制して、ノイズの発生を防ぐことができる。
【０００８】
また、ノイズ信号が混入したローカル信号を周波数逓倍器が周波数逓倍すると、不要なノイズスペクトラムが生成される。この場合、ローカル信号の中心周波数とノイズ信号の中心周波数との周波数差の絶対値が高周波信号の帯域幅よりも小さくなるときには、周波数逓倍器から出力される不要なノイズスペクトラムに基づいて、ミキサからの出力にもノイズが生成されると共に、高周波信号の帯域とノイズ帯域とが重なる。この点は、受信側のダウンコンバートを行うミキサに限らず、送信側のアップコンバートを行うミキサでも同様である。
【０００９】
これに対し、フィルタは、ローカル信号の中心周波数とノイズ信号の中心周波数との周波数差の絶対値が高周波信号の帯域幅よりも小さくなる関係を満たすノイズ信号を除去する。このため、通信信号帯域とノイズ帯域との重複を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による受信装置を示すブロック図である。
【図２】図１中のフィルタを示す回路図である。
【図３】図２中のフィルタの挿入損失の周波数特性を示す特性線図である。
【図４】比較例による受信装置を示すブロック図である。
【図５】第１の変形例によるフィルタを示す回路図である。
【図６】第２の変形例によるフィルタを示す回路図である。
【図７】第３の変形例によるフィルタを示す回路図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による送受信装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態による無線通信装置を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の第１の実施の形態による無線通信装置としての受信装置１を示している。受信装置１は、アンテナ２、ローカル発振器３、周波数逓倍器４、ミキサ５、復調回路７、フィルタ８等を備えている。
【００１３】
アンテナ２は、予め決められた帯域幅Ｘの高周波信号ＳHを受信する。アンテナ２は、ミキサ５に接続されている。高周波信号ＳHの中心周波数ＦHは、例えば３ＧＨｚに設定されている。また、帯域幅Ｘは、例えば３００ＭＨｚに設定されている。アンテナ２は、ミキサ５に高周波信号ＳHを入力する。なお、アンテナ２は、ミキサ５に直接的に接続されている必要はなく、例えば低雑音増幅器、帯域通過フィルタを介して間接的に接続されていてもよい。
【００１４】
ローカル発振器３は、高周波信号ＳHよりも低い中心周波数ＦLのローカル信号ＳLを出力する。ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLは、例えば５００ＭＨｚに設定されている。ローカル発振器３は、周波数逓倍器４に電気的に接続されている。
【００１５】
周波数逓倍器４は、ローカル信号ＳLを周波数逓倍した信号Ｓmを出力する。具体的には、周波数逓倍器４は、中心周波数ＦLの整数倍（例えば２倍）の信号Ｓmを出力する。これにより、信号Ｓmの中心周波数Ｆmは、例えば１ＧＨｚになる。周波数逓倍器４の出力側は、ミキサ５に接続されている。なお、周波数逓倍器４は、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLを２倍にするものに限らず、例えば３倍にするものでもよく、４倍以上にするものでもよい。
【００１６】
ミキサ５は、アンテナ２と周波数逓倍器４とに接続されている。ミキサ５は、周波数逓倍器４から出力された信号Ｓmと、アンテナ２から出力された高周波信号ＳHとを合成し、合成信号Ｓcを出力する。このとき、合成信号Ｓcは、高周波信号ＳHをダウンコンバートしたダウンコンバート信号Ｓdと、高周波信号ＳHをアップコンバートしたアップコンバート信号Ｓuを含んでいる。ダウンコンバート信号Ｓdの中心周波数Ｆdは、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHから高周波信号ＳHの中心周波数ＦHと信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの差を減算した値として、例えば２ＧＨｚになる。一方、アップコンバート信号Ｓuの中心周波数Ｆuは、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHから高周波信号ＳHの中心周波数ＦHと信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの差を加算した値として、例えば４ＧＨｚになる。
【００１７】
ミキサ５の出力側は、帯域通過フィルタ６を介して復調回路７に接続されている。帯域通過フィルタ６は、合成信号Ｓcから不要なアップコンバート信号Ｓuを除去し、ダウンコンバート信号Ｓdを復調回路７に出力する。このため、受信用のミキサ５は、高周波信号ＳHとローカル信号ＳLを周波数逓倍した信号Ｓmとを合成して、高周波信号ＳHをダウンコンバートした低周波信号（ダウンコンバート信号Ｓd）を出力するダウンコンバートミキサとして機能する。復調回路７は、例えば検波回路、ＡＤコンバータ等を含み、ダウンコンバート信号Ｓdを用いて信号を復調し、受信用のベースバンド信号を生成する。
【００１８】
フィルタ８は、ローカル発振器３と周波数逓倍器４との間に設けられている。フィルタ８は、ローカル信号ＳLとは異なる周波数のノイズ信号Ｎを除去する。このとき、フィルタ８は、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとの周波数差ΔＦ（ΔＦ＝Ｆn−ＦL）の絶対値が高周波信号ＳHの帯域幅Ｘよりも小さくなる（Ｘ＞｜ΔＦ｜）関係を満たすノイズ信号Ｎを除去する。このとき、ノイズ信号Ｎは、例えば高周波信号ＳHとは異なる周波数帯の無線通信に使用される他の高周波信号ＳHnである。具体的には、ノイズ信号Ｎは、例えばＬＴＥ（Long Term Evolution）のローバンドである７００ＭＨｚ帯の信号である。
【００１９】
図２に示すように、フィルタ８は、ローカル信号ＳLを通過させてノイズ信号Ｎを除去する帯域除去フィルタ（ＢＳＦ：Band Stop Filter）によって構成されている。フィルタ８は、インダクタ素子Ｌpとキャパシタ素子Ｃpとを組み合わせて構成されている。具体的には、フィルタ８のＢＳＦは、インダクタ素子Ｌpとキャパシタ素子Ｃpとが並列接続された並列共振回路８Ａによって構成されている。このとき、フィルタ８の並列共振周波数は、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとして例えば７００ＭＨｚに設定されている（図３参照）。
【００２０】
本実施の形態による受信装置１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００２１】
ローカル発振器３は、ローカル信号ＳLとして、５００ＭＨｚの単一周波数（中心周波数ＦL）の正弦波信号を生成する。ローカル信号ＳLは、周波数逓倍器４で整数倍（例えば２倍）の周波数（中心周波数Ｆm）となった信号Ｓmに変換される。このとき、信号Ｓmの中心周波数Ｆmは、１ＧＨｚになる。
【００２２】
ここで、ミキサ５には、アンテナ２で受信した高周波信号ＳHと周波数変換された信号Ｓmが入力される。ミキサ５は、これらの高周波信号ＳHとローカル信号ＳLを周波数逓倍した信号Ｓmとを合成し、合成信号Ｓcを出力する。このとき、合成信号Ｓcには、ダウンコンバート信号Ｓdとアップコンバート信号Ｓuとが含まれている。ダウンコンバート信号Ｓdの中心周波数Ｆdは、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHから信号Ｓmの中心周波数Ｆmを減算した値（ＦH−Ｆm）であり、２ＧＨｚである。一方、アップコンバート信号Ｓuの中心周波数Ｆuは、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHに信号Ｓmの中心周波数Ｆmを加算した値（ＦH＋Ｆm）であり、４ＧＨｚである。また、ダウンコンバート信号Ｓdとアップコンバート信号Ｓuは、いずれも高周波信号ＳHと同じ帯域幅Ｘを有する。帯域通過フィルタ６は、合成信号Ｓcのダウンコンバート信号Ｓdとアップコンバート信号Ｓuから通信に必要な信号であるダウンコンバート信号Ｓdを選択する。帯域通過フィルタ６は、ダウンコンバート信号Ｓdを復調回路７に出力する。
【００２３】
ところで、無線通信装置の近傍には、アンテナ２で使用する無線通信方式とは異なる無線通信方式のアンテナ１０が配置されることがある（図４参照）。このとき、アンテナ１０は、アンテナ２とは独立して無線通信を行い、電波を放出する。このため、アンテナ２による高周波信号ＳHの受信と、アンテナ１０からの電波（高周波信号ＳHn）の放出が同時に行われることがある。この状態は、例えばスマートフォンのような小型の無線端末で発生し易い。
【００２４】
例えばスマートフォンの場合、無線ＬＡＮ（Local Area Network）とＬＴＥとの２つの通信方式を使用している。このため、異なる無線通信方式のアンテナとして、無線ＬＡＮ用とＬＴＥ用の２つのアンテナを備えている。また、小型形状であるためアンテナの実装スペースが制約され、通信方式の異なる２つのアンテナが近接して配置されている。これに加えて、通信距離を確保するため、各アンテナは数ｄＢ〜３０ｄＢ程度の高出力電波を放出している。
【００２５】
このように、スマートフォンでは、一方の無線通信方式のアンテナ１０が、他方の無線通信方式の無線通信装置に近接して配置される。これに加え、それぞれのアンテナ２，１０が高出力の電波を放出する。このため、無線通信装置の高周波成分にアンテナ１０の無線電波が結合し、ローカル信号ＳLの信号線、即ちローカル発振器３と周波数逓倍器４との間の信号線にアンテナ１０の無線電波がノイズ信号Ｎとして侵入することがある。このとき、ＬＴＥのローバンドの中心周波数は、７００ＭＨｚであり、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLである５００ＭＨｚに近い。
【００２６】
つまり、ローカル信号ＳLの信号線には、本来のローカル信号ＳLに加えて、アンテナ１０から放出された高周波信号ＳHn（７００ＭＨｚの信号）がノイズ信号Ｎとなって伝導することになる。ここでは、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnがローカル信号ＳLの中心周波数ＦLよりも高い場合（Ｆn＞ＦL）について説明する。以下に述べる課題は、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnがローカル信号ＳLの中心周波数ＦLよりも低い場合（Ｆn＜ＦL）でも同様に発生する。
【００２７】
図４は、比較例による受信装置１１として、本発明のフィルタ８を省いた構成を示している。この比較例の受信装置１１では、本来のローカル信号ＳLに、アンテナ１０から伝搬したノイズ信号Ｎが混入した信号ＳLnが周波数逓倍器４に入力される。ここで、周波数逓倍器４が正常動作するには、単一周波数の信号が入力される必要がある。しかしながら、比較例のように、本来のローカル信号ＳLにノイズ信号Ｎを含んだ信号ＳLnが周波数逓倍器４に入力されると、単一周波数ではなく２つの周波数をもった信号ＳLnが入力されることになる。
【００２８】
このとき、周波数逓倍器４では、相互変調が起こる。この相互変調は非線形性を示すため、高次の相互変調歪が生成される。図４では、高次の相互変調歪のうち、２次の相互変調歪の例を示した。つまり、周波数逓倍器４を通過した後の信号Ｓmnは、本来のローカル信号ＳLが周波数逓倍された信号Ｓmと、相互変調で生じる不要なノイズスペクトラム(Ｎ1およびＮ2)を含んでいる。
【００２９】
信号Ｓmnに含まれるノイズＮ1の周波数は、信号Ｓmの中心周波数Ｆmからノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差（Ｆn−ＦL）を減算した値｛Ｆm−（Ｆn−ＦL）｝になり、例えば８００ＭＨｚになる。また、信号Ｓmnに含まれるノイズＮ2の周波数は、信号Ｓmの中心周波数Ｆmからノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差（Ｆn−ＦL）を加算した値｛Ｆm＋（Ｆn−ＦL）｝になり、例えば１．２ＧＨｚになる。この不要なノイズスペクトラムを含んだ信号Ｓmnがミキサ５に入力され、アンテナ２で受信した高周波信号ＳHと信号合成される。
【００３０】
このとき、ミキサ５を通過した後の合成信号Ｓcnには、本来の通信信号であるダウンコンバート信号Ｓdやアップコンバート信号Ｓuに加えて、ノイズＮ3〜Ｎ6が発生する。ノイズＮ3，Ｎ4は、ダウンコンバート信号Ｓdの周辺帯域に発生する。ノイズＮ5，Ｎ6は、アップコンバート信号Ｓuの周辺帯域に発生する。
【００３１】
ここで、ノイズＮ3の中心周波数は、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHと本来のローカル信号ＳLが周波数逓倍された信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの差（ＦH−Ｆm）からノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差（Ｆn−ＦL）を減算した値｛（ＦH−Ｆm）−（Ｆn−ＦL）｝になり、例えば１．８ＧＨｚになる。このとき、例えば、ノイズＮ3は、高周波信号ＳHと同じ帯域幅Ｘを有する。
【００３２】
ノイズＮ4の中心周波数は、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHと信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの差（ＦH−Ｆm）に、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差（Ｆn−ＦL）を加算した値｛（ＦH−Ｆm）＋（Ｆn−ＦL）｝になり、例えば２．２ＧＨｚになる。このとき、例えば、ノイズＮ4は、高周波信号ＳHと同じ帯域幅Ｘを有する。
【００３３】
また、ノイズＮ5の中心周波数は、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHと信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの和（ＦH＋Ｆm）からノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差（Ｆn−ＦL）を減算した値｛（ＦH＋Ｆm）−（Ｆn−ＦL）｝になり、例えば３．８ＧＨｚになる。このとき、例えば、ノイズＮ5は、高周波信号ＳHと同じ帯域幅Ｘを有する。
【００３４】
ノイズＮ6の中心周波数は、高周波信号ＳHの中心周波数ＦHと信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの和（ＦH＋Ｆm）に、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差（Ｆn−ＦL）を加算した値｛（ＦH＋Ｆm）＋（Ｆn−ＦL）｝になり、例えば４．２ＧＨｚになる。このとき、ノイズＮ6は、例えば、高周波信号ＳHと同じ帯域幅Ｘを有する。
【００３５】
図４より明らかなように、帯域幅Ｘが、ローカル信号ＳLの信号線に侵入するノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnと本来のローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの差分より大きいとき、つまり、Ｘ＞（Ｆn−ＦL）の関係であるとき、本来の通信信号の帯域にノイズ帯域が重なる。
【００３６】
同様に、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnが本来のローカル信号ＳLの中心周波数ＦLよりも低いとき（Ｆn＜ＦL）には、Ｘ＞（ＦL−Ｆn）の関係であるとき、本来の通信信号の帯域にノイズ帯域が重なる。即ち、帯域幅Ｘが、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとの周波数差ΔＦの絶対値よりも大きいとき（Ｘ＞｜Ｆn−ＦL｜）、本来の通信信号の帯域にノイズ帯域が重なる。
【００３７】
この関係が成り立つときには、本来の通信信号の帯域にノイズ帯域が重なった合成信号Ｓmnが、受信側の復調回路７等のようなＩＣ（集積回路）に伝送される。このとき、受信側のＩＣで合成信号Ｓmnに基づいてデータが復調される。但し、ミキサ５と復調回路７の間に設けられた帯域通過フィルタ６は、合成信号Ｓmnからアップコンバート信号ＳuおよびノイズＮ5，Ｎ6を除去する。このため、受信側のＩＣには、ダウンコンバート信号Ｓdに加えて、ノイズＮ3，Ｎ4が入力される。
【００３８】
このとき、受信側のＩＣは、ノイズＮ3，Ｎ4により異なったデータ配列やデータパターンとして、高周波信号ＳHの内容を認識する。即ち、受信側のＩＣは、高周波信号ＳHに基づくダウンコンバート信号Ｓdが入力されたときでも、ノイズＮ3，Ｎ4によって、高周波信号ＳHの内容を誤ったデータとして認識する。このように正常な通信信号を受け取れないとき、受信側のＩＣは、送信側に対して、データの再送信を要求する。この再送信が繰り返し発生することで、アンテナ２での通信速度が低下し、最悪の場合には通信不能に至る。
【００３９】
これに対し、本実施の形態では、ローカル発振器３と周波数逓倍器４との間に、ローカル信号ＳL以外のノイズ信号Ｎを除去するフィルタ９を設けた。このため、アンテナ１０の無線電波（７００ＭＨｚ帯の高周波信号）がローカル発振器３と周波数逓倍器４とを繋ぐ信号線に侵入したとしても、フィルタ９によって、その無線周波数帯でノイズ信号Ｎを抑制することができる。この結果、周波数逓倍器４には、ノイズ信号Ｎが入力されなくなる。このようにノイズ信号Ｎの周波数帯が予め分かっている場合には、アンテナ１０の無線周波数帯（例えば７００ＭＨｚ帯）でノイズ抑制可能な帯域除去フィルタを構成するのが好ましい。一方で、本来のローカル信号ＳLは通信に必要な信号であるため、フィルタ８は、ローカル信号ＳLへの影響をなくす必要がある。よって、フィルタ８は、本来のローカル信号ＳLの周波数帯では帯域通過フィルタの機能を有する必要がある。
【００４０】
図２に、本実施の形態によるフィルタ８の構成を示す。本実施の形態によるフィルタ８は、インダクタ素子Ｌpとキャパシタ素子Ｃpとを並列接続したＬＣフィルタによって構成されている。このとき、インダクタ素子Ｌpのインダクタンスは、例えば６ｎＨとし、キャパシタ素子Ｃpのキャパシタンスは８ｐＦとした。なお、これらの具体的な数値は、本来のローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnに応じて適宜設定される。具体的には、本来のローカル信号ＳLの中心周波数ＦLでは低損失となり、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnで高損失となるように、インダクタ素子Ｌpのインダクタンスおよびキャパシタ素子Ｃpのキャパシタンスは適宜選択される。図３に、図２中のフィルタ８による挿入損失の周波数特性を示す。図３に示すように、本実施の形態によるフィルタ８（ＬＣフィルタ）の挿入損失は、本来のローカル信号ＳLの中心周波数ＦLである５００ＭＨｚでは０．５ｄＢであり、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnである７００ＭＨｚでは１１ｄＢとなっている。
【００４１】
図２に示したフィルタ８を、ローカル発振器３と周波数逓倍器４を繋ぐ信号線に挿入して、通信試験を実施した。その結果、フィルタ８の挿入前はアンテナ２での無線通信は不能であったのに対し、本実施の形態によるフィルタ８の挿入後は通信可能となった。また、通信速度も本来のデータ転送スピードであることを確認した。
【００４２】
かくして、本実施の形態では、ローカル発振器３と周波数逓倍器４との間には、ローカル信号ＳLとは異なる周波数のノイズ信号Ｎを除去するフィルタ８を設けた。このため、周波数逓倍器４は、ノイズ信号Ｎが除去されたローカル信号ＳLを周波数逓倍するから、周波数逓倍器４の相互変調歪みを抑制して、ノイズの発生を防ぐことができる。
【００４３】
また、ノイズ信号Ｎが混入したローカル信号ＳLを周波数逓倍器４が周波数逓倍すると、不要なノイズスペクトラムが生成される。この場合、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとの周波数差ΔＦ（ΔＦ＝Ｆn−ＦL）の絶対値が高周波信号ＳHの帯域幅Ｘよりも小さくなる（Ｘ＞｜ΔＦ｜）関係を満たすときには、周波数逓倍器４から出力される不要なノイズスペクトラムに基づいて、ミキサ５からの出力にもノイズが生成されると共に、高周波信号ＳHの帯域とノイズ帯域とが重なる。
【００４４】
これに対し、フィルタ８は、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとの周波数差ΔＦの絶対値が高周波信号ＳHの帯域幅Ｘよりも小さくなる関係を満たすノイズ信号Ｎを除去する。このため、ミキサ５から出力されるノイズを抑制することができ、通信信号帯域とノイズ帯域との重複を防ぐことができる。
【００４５】
なお、周波数差ΔＦの絶対値が高周波信号ＳHの帯域幅Ｘよりも大きくなるノイズ信号については、必ずしも除去する必要はない。このようなノイズ信号に基づいてミキサがノイズを生成しても、通信信号帯域とノイズ帯域とは重複せず、通信信号（例えばダウンコンバート信号Ｓd）とノイズとの周波数帯域が相互に分離される。このため、ミキサ５が生成したノイズは、例えば帯域通過フィルタ等によって除去することができる。
【００４６】
また、ノイズ信号Ｎの周波数帯域が予め既知であるから、フィルタ８を帯域除去フィルタによって構成することができる。この場合、帯域除去フィルタは、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLでは低損失となり、ノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnで高損失となるように、構成される。これにより、帯域除去フィルタからなるフィルタ８は、ローカル信号ＳLを通過させて、ノイズ信号Ｎを除去することができる。これに加え、フィルタ８は、インダクタ素子Ｌpとキャパシタ素子Ｃpとを組み合わせて構成されているから、受動素子を用いて簡易にフィルタ８を構成することができる。
【００４７】
本実施の形態では、フィルタ８の帯域除去フィルタは、インダクタ素子Ｌpとキャパシタ素子Ｃpとの並列共振回路８Ａを含んで構成されている。このため、並列共振回路８Ａの共振周波数をノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnに合わせることによって、中心周波数Ｆnの帯域で信号の減衰を大きくすることができ、他の帯域では、信号の減衰を小さくすることができる。このため、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとが近いときでも、フィルタ８は、ローカル信号ＳLを通過させて、ノイズ信号Ｎを除去することができる。
【００４８】
さらに、ノイズ信号Ｎは高周波信号ＳHとは異なる周波数帯の無線通信に使用される他の高周波信号ＳHnであるから、他の高周波信号ＳHnがローカル信号ＳLに近い中心周波数を有するときでも、他の高周波信号ＳHnによるノイズを抑制することができる。
【００４９】
なお、前記第１の実施の形態では、フィルタ８は、１段の並列共振回路８Ａからなる帯域除去フィルタによって構成するものとした。本発明はこれに限らず、例えば図５に示す第１の変形例によるフィルタ２１のように、２段の並列共振回路２１Ａ，２１Ｂからなる帯域除去フィルタによって構成してもよい。この場合、２つの並列共振回路２１Ａ，２１Ｂの接続点とグランドとの間には、インダクタ素子Ｌaとキャパシタ素子Ｃaとが直列接続された直列回路２１Ｃが接続されている。同様に、フィルタは、３段以上の並列共振回路からなる帯域除去フィルタによって構成してもよい。
【００５０】
また、図６に示す第２の変形例によるフィルタ２２のように、インダクタ素子Ｌsとキャパシタ素子Ｃsが直列接続された直列共振回路２２Ａからなる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）によって構成してもよい。この場合、直列共振回路２２Ａの共振周波数がローカル信号ＳLの中心周波数ＦLに合うように、インダクタ素子Ｌsのインダクタンスおよびキャパシタ素子Ｃsのキャパシタンスがそれぞれ設定される。
【００５１】
さらに、例えば図７に示す第３の変形例によるフィルタ２３のように、２段の直列共振回路２３Ａ，２３Ｂからなる帯域通過フィルタによって構成してもよい。この場合、２つの直列共振回路２３Ａ，２３Ｂの接続点とグランドとの間には、インダクタ素子Ｌbとキャパシタ素子Ｃbとが並列接続された並列回路２３Ｃが接続されている。同様に、フィルタは、３段以上の直列共振回路からなる帯域通過フィルタによって構成してもよい。
【００５２】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、無線通信装置として、高周波信号の送信と受信の両方を行う送受信装置に適用したことにある。第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同様の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５３】
送受信装置３１は、第１の実施の形態と同様に、アンテナ２、ローカル発振器３、周波数逓倍器４、受信用のミキサ５、復調回路７、フィルタ８を備えている。これに加え、送受信装置３１は、変調回路３２、送信用のミキサ３３を備えている。
【００５４】
送受信装置３１の受信側部分は、第１の実施の形態による受信装置１とほぼ同様に構成されている。このため、アンテナ２によって受信した高周波信号ＳHrは、受信用のミキサ５によって、ローカル信号ＳLを周波数逓倍した信号Ｓmと合成される。これにより、ミキサ５は、アップコンバート信号とダウンコンバート信号とを含む合成信号Ｓcrを出力する。合成信号Ｓcrのうちアップコンバート信号は、帯域通過フィルタ６によって除去される。このため、復調回路７は、高周波信号ＳHrをダウンコンバートした低周波信号（ダウンコンバート信号）に基づき、信号を復調する。
【００５５】
送受信装置３１の送信側部分は、変調回路３２、送信用のミキサ３３等によって構成されている。変調回路３２は、例えばＤＡコンバータ等を含み、送信用のデータに基づいて、中間周波信号Ｓi（低周波信号）を生成する。このとき、中間周波信号Ｓiの中心周波数は、例えば２ＧＨｚに設定されている。中間周波信号Ｓiは、所定の帯域幅Ｘ（例えば３００ＭＨｚ）を有している。
【００５６】
ミキサ３３は、アンテナ２と周波数逓倍器４とに接続されている。これに加えて、ミキサ３３は、変調回路３２に接続されている。送信用のミキサ３３は、受信用のミキサ５とほぼ同様に構成されている。ミキサ３３は、周波数逓倍器４から出力された信号Ｓmと、変調回路３２から出力された中間周波信号Ｓiとを合成し、合成信号Ｓctを出力する。このとき、合成信号Ｓctは、中間周波信号Ｓiをダウンコンバートしたダウンコンバート信号と、中間周波信号Ｓiをアップコンバートしたアップコンバート信号を含んでいる。ダウンコンバート信号の中心周波数は、中間周波信号Ｓiの中心周波数から中間周波信号Ｓiの中心周波数と信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの差を減算した値として、例えば１ＧＨｚになる。一方、アップコンバート信号の中心周波数は、中間周波信号Ｓiの中心周波数から中間周波信号Ｓiの中心周波数と信号Ｓmの中心周波数Ｆmとの差を加算した値として、例えば３ＧＨｚになる。ダウンコンバート信号およびアップコンバート信号は、いずれも帯域幅Ｘを有している。
【００５７】
ミキサ３３は、帯域通過フィルタ３４を介してアンテナ２に接続されている。帯域通過フィルタ３４は、合成信号Ｓctから不要なダウンコンバート信号を除去し、アップコンバート信号をアンテナ２に出力する。このため、送信用のミキサ３３は、中間周波信号Ｓi（低周波信号）とローカル信号ＳLを周波数逓倍した信号Ｓmとを合成して、中間周波信号Ｓiをアップコンバートした高周波信号ＳHtを出力するアップコンバートミキサとして機能する。アンテナ２は、高周波信号ＳHtを送信する。このとき、フィルタ８は、ローカル信号ＳLの中心周波数ＦLとノイズ信号Ｎの中心周波数Ｆnとの周波数差ΔＦの絶対値が高周波信号ＳHtの帯域幅Ｘよりも小さくなる関係を満たすノイズ信号Ｎを除去する。
【００５８】
なお、アンテナ２と帯域通過フィルタ３４との間には、高周波信号ＳHtを電力増幅する電力増幅器を設けてもよい。また、アンテナ２とミキサ５，３３の間には、送信用と受信用で信号を分離させるために、例えばアンテナ共用器、サーキュレータ等を設けてもよい。
【００５９】
かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。ローカル発振器３と周波数逓倍器４との間には、ローカル信号ＳL以外のノイズ信号Ｎを除去するフィルタ８を設けた。このため、周波数逓倍器４の相互変調歪みを抑制することができる。この結果、ミキサ３３には周波数逓倍器４からノイズスペクトラムが低減された信号が入力されるから、ミキサ３３から出力されるノイズを抑制することができ、通信信号帯域とノイズ帯域との重複を防ぐことができる。
【００６０】
なお、前記第１の実施の形態では、無線通信装置として受信装置１を例示すると共に、前記第２の実施の形態では、無線通信装置として送受信装置３１を例示した。本発明はこれに限らず、無線通信装置は、送信機能だけを有する送信装置であってもよい。
【００６１】
前記各実施の形態では、ミリ波に用いる無線通信装置を例に挙げて説明したが、例えばマイクロ波のような他の周波数帯域の高周波信号に用いる無線通信装置に適用してもよい。
【００６２】
また、前記各実施の形態で記載した周波数等の具体的な数値は、一例を示したものであり、例示した値に限らない。これらの数値は、例えば適用対象の仕様に応じて適宜設定される。
【００６３】
前記各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【００６４】
次に、上記の実施の形態に含まれる発明について記載する。本発明は、所定の帯域幅をもった高周波信号を送信または受信するアンテナと、前記高周波信号よりも低い中心周波数のローカル信号を出力するローカル発振器と、前記ローカル信号を周波数逓倍し、前記ローカル発振器に電気的に接続された周波数逓倍器と、前記アンテナと前記周波数逓倍器とに接続されたミキサと、を備えた無線通信装置であって、前記ローカル発振器と前記周波数逓倍器との間には、前記ローカル信号を通過させ前記ローカル信号とは異なる周波数のノイズ信号を除去するフィルタが設けられ、前記フィルタは、前記ローカル信号の中心周波数と前記ノイズ信号の中心周波数との周波数差の絶対値が前記高周波信号の帯域幅よりも小さくなる関係を満たす前記ノイズ信号を除去することを特徴としている。これにより、周波数逓倍器の相互変調歪みを抑制して、ノイズの発生を防ぐことができる。
【００６５】
本発明では、前記フィルタは、前記ローカル信号を通過させて前記ノイズ信号を除去する帯域通過フィルタまたは帯域除去フィルタによって構成されている。フィルタが帯域通過フィルタであるときには、帯域通過フィルタによって、ローカル信号を通過させて、ローカル信号とは異なる周波数のノイズ信号を除去することができる。また、フィルタが帯域除去フィルタであるときには、帯域除去フィルタによって、ローカル信号を通過させてノイズ信号を除去することができる。
【００６６】
本発明では、前記フィルタは、インダクタ素子とキャパシタ素子とを組み合わせて構成されている。このため、受動素子を用いて簡易にフィルタを構成することができる。
【００６７】
本発明では、前記帯域通過フィルタはインダクタ素子とキャパシタ素子との直列共振回路を含んで構成されている。このため、直列共振回路の共振周波数をローカル信号の中心周波数に合わせることによって、帯域通過フィルタは、ローカル信号を通過させてノイズ信号を除去することができる。また、前記帯域除去フィルタはインダクタ素子とキャパシタ素子との並列共振回路を含んで構成されている。このため、並列共振回路の共振周波数をノイズ信号の中心周波数に合わせることによって、帯域除去フィルタは、ローカル信号を通過させてノイズ信号を除去することができる。
【００６８】
本発明では、前記ノイズ信号は、前記高周波信号とは異なる周波数帯の無線通信に使用される他の高周波信号である。このため、他の高周波信号がローカル信号に近い中心周波数を有するときでも、他の高周波信号によるノイズを抑制することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１  受信装置（無線通信装置）
２  アンテナ
３  ローカル発振器
４  周波数逓倍器
５，３３  ミキサ
８，２１，２２，２３  フィルタ
８Ａ，２１Ａ，２１Ｂ  並列共振回路
２２Ａ，２３Ａ，２３Ｂ  直列共振回路
３１  送受信装置（無線通信装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2019107105.tif 000012
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