(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調波で駆動される線路と、
前記線路に磁気結合するコイルと、
搬送波で駆動され、前記コイルに磁気結合する磁性線とを備え、
前記コイルは、
前記変調波で平衡変調された前記搬送波の基本波または２倍波を生成し、
前記磁性線の透磁率は、
前記搬送波の瞬時値に応じて変わる
ことを特徴とする変調器。
【請求項２】
変調波で駆動される線路と、
前記線路に磁気結合するコイルと、
搬送波で駆動され、前記コイルに磁気結合する磁性線と、
前記搬送波に直流成分を重畳する直流重畳手段とを備え、
前記コイルは、
前記直流成分に応じて前記磁性線に生じる回転磁化の下で、前記変調波で平衡変調された前記搬送波の基本波と２倍波との何れか一方を生成し、
前記磁性線の透磁率は、
前記搬送波の瞬時値に応じて変わる
ことを特徴とする変調器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の変調器と、
前記変調器によって生成され、かつ前記変調波で平衡変調された前記搬送波の基本波または２倍波の内、所望の一方を抽出する濾波手段と
を備えたことを特徴とする周波数変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の交流信号の基本波または２倍波の平衡変調波を生成する変調器と、その変調器が応用されてなる周波数変換器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
変調回路や周波数変換回路には、能動素子であるトランジスタ等が用いられたアクティブ型のものと、受動素子であるダイオード等が用いられたパッシブ型のものとがある。
アクティブ型のものは、一般に、何らかの利得があるが、発振等の危険性がある。
したがって、高い性能が安定に求められる機器には、パッシブ型のものが多く用いられる。
【０００３】
このようなパッシブ型の代表的なものには、例えば、ダブルバランスドミキサがある。
ダブルバランスドミキサは、一般的には、２つのトランス、２つのトロイダルコアおよび４つのダイオードから構成される。
【０００４】
なお、本発明に関連する先行技術としては、以下に列記する特許文献１ないし特許文献４があった。
(1) 「強磁性線と、強磁性線の両端間に制御電流を供給する信号供給回路と、強磁性線の両端間に周波数が制御電流の周波数より大きい交流電流を供給する交流電源と、上記の制御電流と交流電流とにより強磁性体が発生する誘導交流電圧を出力する出力回路とを備える」ことによって、「回路構成が簡単となる」点に特徴がある位相変調回路…特許文献１
【０００５】
(2) 「細長い磁性体と、前記細長い磁性体に巻回されたコイルを持ち、前記細長い磁性体に交流励磁電流を流し、前記コイルに誘起する電圧を検出出力とするセンサにおいて、前記励磁電流に直流バイアス電流を重畳させ、前記誘起電圧の中に含まれる励磁周波数成分から出力を取り出す」ことによって、「印加磁界がゼロの時は誘起電圧がゼロとなり磁界に対する応答が線形であり高感度で高精度かつ簡単な電子回路で構成できる」点に特徴がある磁気センサ…特許文献２
【０００６】
(3) 「細長い磁性体と、前記細長い磁性体に巻回された検出コイルを持ち、前記細長い磁性体に極性が交番する電流にバイアス電流を重畳させる直交フラックスゲート磁界センサにおいて、前記バイアス電流の極性を切り換えて感度の正負を反転できるようにしたオフセットが原理的に生じず応答が線形、高感度で高精度かつ簡単な電子回路で構成される」ことによって、「オフセットが原理的に生じず応答が線形、高感度で高精度かつ簡単な電子回路で構成できる」点に特徴がある磁気センサ…特許文献３
【０００７】
(4) 「所定長さの磁性体からなる磁心と、当該磁心に巻回される検出コイルとを備え、前記磁心に励磁電流を流して前記検出コイルに誘起される誘起電圧により微小磁界を検出する直交フラックスゲートに基づく磁界センサにおいて、前記磁心には正又は負の少なくとも一方に直流電流をバイアスされた脈流からなる励磁電流を流し、前記検出コイルは、前記磁心に印加される被検出磁界が存在せず、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに発生する誘起電圧を相殺し、前記磁心に印加される被検出磁界が存在し、且つ励磁電流による励磁磁界が存在するときに当該被検出磁界で誘起される誘起電圧を出力する簡略な構成で微弱磁界を高精度に検出する」ことによって、「簡略な構成で微弱磁界を高精度に検出できる」点に特徴がある磁気センサ…特許文献４
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１０６８５６号公報
【特許文献２】特開２００２−２７７５２２号公報
【特許文献３】特開２００３−２１５２２０号公報
【特許文献４】特開２００５−３１５８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のダブルバランスドミキサは、既述の通りに多くの部品から構成されるため、そのダブルバランドミキサが備えられるべき装置やパッケージの小型化や低コスト化が阻害される要因となっていた。
【００１０】
さらに、このようなダブルバランスドミキサは、その内部に備えられたトランジスタやダイオードに固有の非線形特性に起因して、歪みやスプリアスが発生し易かった。
【００１１】
本発明は、従来例に比べて直線性が高く、かつ低廉化に併せて小型化を可能とする変調器および周波数変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明では、線路は、第一の交流信号で駆動される。コイルは、前記線路に磁気結合する。磁性線は、前記コイルに磁気結合する。前記コイルは、前記第一の交流信号で平衡変調された前記第二の交流信号の基本波または２倍波を生成する。前記磁性線の透磁率は、第二の交流信号の瞬時値に応じて変わる。
【００１３】
すなわち、上記磁性線からコイルに至る結合路では、その磁性線に与えられる第二の交流信号の瞬時値に応じた同磁性線の透磁率の値および極性の変化に応じて、磁気的な結合度が変化するため、第二の交流信号は、このような透磁率との積として伝達され、さらに、線路を介して与えられる第一の交流信号が重畳される。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、線路は、第一の交流信号で駆動される。コイルは、前記線路に磁気結合する。磁性線は、前記コイルに磁気結合する。直流重畳手段は、前記第二の交流信号に直流成分を重畳する。前記コイルは、前記直流成分に応じて前記磁性線に生じる回転磁化の下で、前記第一の交流信号で平衡変調された前記第二の交流信号の基本波と２倍波との何れか一方を生成する。前記磁性線の透磁率は、第二の交流信号の瞬時値に応じて変わる。
【００１５】
すなわち、上記磁性線からコイルに至る結合路では、その磁性線に与えられる第二の交流信号の瞬時値に応じた同磁性線の透磁率の値および極性の変化に応じて、磁気的な結合度が変化するため、第二の交流信号は、このような透磁率との積である基本波または２倍波として伝達され、さらに、線路を介して与えられる第一の交流信号が重畳される。
【００１６】
請求項３に記載の発明では、変調器は、請求項１または請求項２に記載される。濾波手段は、前記変調器によって生成され、かつ前記第一の交流信号で平衡変調された前記第二の交流信号の基本波または２倍波の内、所望の一方を抽出する。
【００１７】
すなわち、請求項１または請求項２に記載の変調器が応用されることにより、第一の交流信号の周波数ｆ１と、第二の交流信号の周波数ｆ２とに対して与えられる周波数（ｆ１＋ｆ２）、（ｆ１−ｆ２）、（ｆ１＋２・ｆ２）、（ｆ１−２・ｆ２）の信号の内、何れか１つの信号に、第一の交流信号または第二の交流信号の周波数変換が安定に変換される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、線路、コイルおよび磁性線のように、半導体デバイスとは異なって固有の非直線性がない受動素子のみによって、安定に平衡変調が実現される。
【００１９】
また、本発明では、第二の交流信号の２倍波へのアップコンバートの要否の自在な選択が可能となる。
【００２０】
したがって、本発明が適用された電子機器では、低廉化および小型化に併せて実装性の向上が図られ、しかも、所望の交流信号の変調や周波数変換が高い精度で安価に実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態の動作および原理を説明する図（１）である。
【図３】本実施形態の動作および原理を説明する図（２）である。
【図４】本実施形態の動作および原理を説明する図（３）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
【００２３】
図において、アモルファス磁性ワイヤ等として構成された磁性ワイヤ１１の両端には、搬送波Ｃが与えられる。磁性ワイヤ１１の回りにはコイル１２が巻回され、そのコイル１２の両端には、後述する被変調波が出力される。さらに、このようなコイル１２の近傍には、両端に変調波Ｓが与えられ、かつ所定の結合度でそのコイル１２に磁気結合するコイル１３が配置される。
【００２４】
図２は、本実施形態の動作および原理を説明する図（１）である。
図３は、本実施形態の動作および原理を説明する図（２）である。
図４は、本実施形態の動作および原理を説明する図（３）である。
以下、図１ないし図４を参照して本実施形態の動作を説明する。
【００２５】
コイル１２は、上記搬送波Ｃに応じて磁性ワイヤ１１の周囲に発生した交番磁界ＨＣ  を電気信号に変換する。
【００２６】
コイル１３は、既述の変調波Ｓを交番磁界ＨＳ  に変換してコイル１２に引き渡す。したがって、コイル１２の両端には、搬送波Ｃが変調波Ｓで変調されることによって得られた被変調波が得られる。
【００２７】
本発明の特徴は、本実施形態では、上記被変調波が後述する平衡変調波として生成される点にある。
【００２８】
搬送波Ｃの瞬時値に応じて磁気ワイヤ１１の内部および側壁近傍に発生する磁界（以下、「励磁磁界」という。）Ｈｖは、下式で示すように、その搬送波Ｃの直流成分と交流成分とに応じてそれぞれ発生する磁界Ｈｄｃと交番磁界Ｈａｃ（＝Ｈｓ・sin(２πｆｔ))との和として与えられる。
【００２９】
Ｈｖ＝Ｈｄｃ＋Ｈａｃ
＝Ｈｄｃ＋Ｈｓ・sin(２πｆｔ）
【００３０】
ここに、Ｈｓは上記交番磁界Ｈａｃの振幅であり、かつｆは搬送波Ｃの周波数である。
このような励磁磁界Ｈｖは、図２に示すように、変調波Ｓの瞬時値に応じてコイル１３によって発生されてコイル１２に与えられる磁界（以下、「外部磁界」という。）Ｈｅｘと物理的に直交する。
【００３１】
さらに、磁性ワイヤ１１およびコイル１３によって総合的にコイル１２に作用する磁界は、図３および図４のほぼ中央に太線の矢印で示すように、互いに直交する励磁磁界Ｈｖと外部磁界Ｈｅｘとのベクトル和として与えられる。
【００３２】
このベクトル和は、変調波ｓの瞬時値に応じて変化し、例えば、上記磁界Ｈｄｃが「０」であり、かつ被変調波ｓの符号が「正」である場合には、コイル１３に与えられる変調波ｓが単一正弦波であって直流分を含まないとの前提では、図３の横軸上において原点を中心とする±Ｈｓの値域に分布し、かつ絶対値（振幅）が一定であって縦軸に対する交叉角が正と負とに対称にサイクリックに増減するベクトル（以下、「作用磁界Ｈa」という。）となる。
【００３３】
このような作用磁界Ｈａに応じてコイル１２に与えられる磁界の成分の内、上記外部磁界Ｈｅｘと同じ方向の成分（以下、「作用成分磁界」という。）は、図３に太線で示すように、搬送波Ｃの周波数ｆの２倍の周波数で振動する交番磁界（以下、「２倍交番磁界」という。）となる。
【００３４】
一方、既述の磁界Ｈｄｃが「０」ではなく、かつ被変調波ｓの符号が「正」である場合には、上記ベクトル和は、コイル１３に与えられる変調波ｓが単一正弦波であって直流分を含まないとの前提では、図４の横軸上においてＨｄｃを中心とする±Ｈｓの範囲において、始点が原点であって傾きが一定値（＝tan−１（Ｈｅｘ／(Ｈｄｃ＋Ｈｓ））である直線上に終点があるベクトル（以下、「作用磁界Ｈｂ」という。）となる。
【００３５】
このような作用磁界Ｈｂに応じてコイル１２に与えられる作用成分磁界は、図４に太線で示すように、搬送波Ｃの周波数ｆと同じ周波数で振動する交番磁界（以下、「基本交番磁界」という。）となる。
【００３６】
ところで、変調波ｓの瞬時値の符号が「負」である期間における作用成分磁界の交流成分は、外部磁界Ｈｅｘの符号（極性）が反転するため、図３および図４のそれぞれの下部に太い点線で示すように、その符号が「正」であった期間における作用成分磁界の交流成分に対して逆相となる。
【００３７】
さらに、外部磁界Ｈｅｘの値（振幅）は、コイル１３に与えられる変調波ｓの瞬時値およびその符号に応じて増減する。したがって、コイル１２の両端には、既述の磁界Ｈｄｃが「０」である場合と、反対に「０」ではない場合とに、以下に列記する平衡変調波がそれぞれ得られる。
(1) 磁界Ｈｄｃが「０」である場合
瞬時値がこのような2倍交番磁界の時間軸に対する変化率として与えられ、かつ周波数が搬送波Ｃの周波数の２倍である２倍波が変調波ｓに基づいて平衡変調されてなる平衡変調波
(2) 磁界Ｈｄｃが「０」でない場合
瞬時値がこのような2倍交番磁界の時間軸に対する変化率として与えられ、かつ周波数が搬送波Ｃの周波数に等しい基本波が変調波ｓに基づいて平衡変調されてなる平衡変調波
【００３８】
すなわち、本実施形態によれば、搬送波Ｃは、その搬送波Ｃに重畳された直流成分が同搬送波Ｃの交流成分の振幅以上に設定された場合には、変調波ｓによる平衡変調が施されてコイル１２の両端に得られるが、このような直流成分が「０」である場合には、搬送波Ｃの成分が２倍の周波数の信号となってコイル１２の両端に得られる。
【００３９】
したがって、本実施形態によれば、上記直流成分の有無を切り替える手段が磁気ワイヤ１１の前段に配置されることによって、（直交）変調の後にアップコンバートが行われるべき装置やシステムでは、構成の簡略化に併せて部品点数の削減が図られる。
【００４０】
また、本実施形態は、磁性ワイヤ１１およびコイル１２、１３と、従来例より大幅に少ない点数の部品により構成され、これらの磁性ワイヤ１１およびコイル１２、１３の何れも、半導体デバイスのように固有の非直線性を有せず、かつ挿入損失はあっても利得を有しない。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば、従来例に比べて歪みやスプリアスが大幅に発生し難く、しかも、安定に良好な変調処理が実現されると共に、低廉化および小型化が可能となる。
【００４２】
なお、本実施形態は、平衡変調器として構成されているが、例えば、コイル１２の後段に所望の帯域の成分を抽出したり抑圧するフィルタが配置されることによって、周波数変換器として構成されてもよい。
【００４３】
また、本実施形態では、既述の磁界Ｈｄｃが「０」である状態では、コイル１３に与えられる変調波ｓの瞬時値に応じた外部磁界Ｈｅｘの値の直線性が必ずしも十分には担保されないが、例えば、以下の通りに構成されることにより、このような直線性の確保や改善が図られてもよい。
【００４４】
(1) コイル１３には、変調波ｓが小振幅領域で印可される。
(2) コイル１３の後段に、上記直線性の不足に起因する歪みを抑圧するフィルタが配置される。
(3) コイル１３の前段に、上記直線性の確保、あるいその直線性の不足分の補償を電気的に実現する歪み信号を変調波ｓに上場する回路が配置される。
(4) 上記歪み信号と等価な直線性の確保、あるいはその直線性の不足分の補償を作用磁界Ｈａ（Ｈｂ）に対して実現するに磁気的な異方性を有する素材で磁気ワイヤ１１が構成される。
【００４５】
さらに、本実施形態では、コイル１２の両端に得られる平衡変調波のレベル（振幅）は、図３および図４の対比により明らかなように、搬送波Ｃの直流成分（磁界Ｈｄｃ）の絶対値が大きいほど小さな値となる。
【００４６】
しかし、このようなレベルの格差は、例えば、上記直流分（磁界Ｈｄｃ）の増減に応じて利得が変化する増幅器等が以下の何れかの箇所に配置されることによって、是正されてもよい。
(1) コイル１２の後段
(2) 磁性ワイヤ１１の前段
【００４７】
また、本実施形態では、搬送波Ｃの直流成分には、例えば、磁気ワイヤ１１の保持力の相殺に必要な値が含まれてもよい。
【００４８】
さらに、本実施形態では、コイル１２の両端に得られる平衡変調波の周波数が一定であることが要求され、あるいは許容される場合には、搬送波Ｃの直流成分は所望の一定の値に設定されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、コイル１２は、磁性ワイヤ１１に巻回されているが、その磁性ワイヤ１１によって発生する磁場の透磁率が搬送波Ｃの瞬時値に応じて変化するならば、どのような部位に配置されてもよい。
【００５０】
さらに、本実施形態では、コイル１２、１３は、ソレノイドコイルとして構成されているが、このような構成に限定されず、例えば、両者が好適な形態で磁気結合するならば、トロイダルコイルその他の多用なコイルとして構成されてもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、磁性ワイヤ１１は、図１に示すように直線状のコアとしてコイル１２の中空部に配置されているが、例えば、Ｕ字状に形成されることにより、その磁性ワイヤ１１の磁気異方性のキャンセルが図られてもよい。
【００５２】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１１  磁性ワイヤ
１２，１３  コイル
【図１】
0005876736.tif 000002
【図２】
0005876736.tif 000003
【図３】
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【図４】
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