(57)【要約】  入力信号を、ローカル信号に応じて周波数シフトした出力信号を生成する周波数変換装置であって、ローカル信号に基づいて、差動のローカル信号を生成する差動ローカル信号生成部と、入力信号に基づいて、差動の入力信号を生成する差動入力信号生成部と、差動のローカル信号および差動の入力信号に基づいて、出力信号を生成するミキサと、差動入力信号生成部からミキサに、差動の入力信号を伝送する非反転側伝送線路および反転側伝送線路と、非反転側伝送線路および反転側伝送線路の間に設けられた特性補正用インダクタとを備える周波数変換装置を提供する。
2009050954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を、ローカル信号に応じて周波数シフトした出力信号を生成する周波数変換装置であって、
前記ローカル信号に基づいて、差動の前記ローカル信号を生成する差動ローカル信号生成部と、
前記入力信号に基づいて、差動の前記入力信号を生成する差動入力信号生成部と、
差動の前記ローカル信号および差動の前記入力信号に基づいて、前記出力信号を生成するミキサと、
前記差動入力信号生成部から前記ミキサに、差動の前記入力信号を伝送する非反転側伝送線路および反転側伝送線路と、
前記非反転側伝送線路および前記反転側伝送線路の間に設けられた特性補正用インダクタと
を備える周波数変換装置。
【請求項２】
前記非反転側伝送線路および前記反転側伝送線路のそれぞれの伝送路上にはコンデンサが設けられ、
前記特性補正用インダクタは、前記コンデンサおよび前記ミキサの間の前記非反転側伝送線路および前記反転側伝送線路を接続する
請求項１に記載の周波数変換装置。
【請求項３】
前記特性補正用インダクタの一端および前記非反転側伝送線路を接続する第１の抵抗と、
前記特性補正用インダクタの他端および前記反転側伝送線路を接続する第２の抵抗と
を有する請求項１または２に記載の周波数変換装置。
【請求項４】
前記差動入力信号生成部は、差動の前記入力信号を出力するバランを有する
請求項１から３のいずれかに記載の周波数変換装置。
【請求項５】
入力信号を、ローカル信号に応じて直交変調して出力する直交変調器であって、
前記入力信号を受け取り、与えられる前記ローカル信号に応じて前記入力信号を変調するＩ側変調器およびＱ側変調器と、
前記Ｉ側変調器および前記Ｑ側変調器に供給する前記ローカル信号の位相を９０度異ならせる９０度移相部と
を備え、
前記Ｉ側変調器および前記Ｑ側変調器のそれぞれは、
前記ローカル信号に基づいて、差動の前記ローカル信号を生成する差動ローカル信号生成部と、
前記入力信号に基づいて、差動の前記入力信号を生成する差動入力信号生成部と、
差動の前記ローカル信号および差動の前記入力信号に基づいて、出力信号を生成するミキサと、
前記差動入力信号生成部から前記ミキサに、差動の前記入力信号を伝送する非反転側伝送線路および反転側伝送線路と、
前記非反転側伝送線路および前記反転側伝送線路の間に設けられた特性補正用インダクタと
を有する直交変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変換装置および直交変調器に関する。なお、本出願は、下記の日本出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
特願２００７−２７１７２７    出願日  ２００７年１０月１８日
【背景技術】
【０００２】
従来、入力信号をローカル信号に応じて周波数シフトした出力信号を生成するミキサにおいて、マーチャンドバランを用いる構成が考えられる。例えばマーチャンドバランにより入力信号またはローカル信号の位相を１８０度ずらして、２つの乗算器に分配する構成が考えられる。このとき、ミキサに入力される入力信号等の周波数は一定とは限らない。このため、ミキサは、広い動作帯域を有することが好ましい。【０００３】
なお、ミキサに関連する先行技術文献として、以下の特許文献の存在を認識している。
【特許文献１】特開２００１−３３３１２０号公報
【特許文献２】特開２００２−２３７８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、マーチャンドバランを用いて広帯域のミキサを実現しようとした場合、変換損失の周波数特性のフラットネスが劣化してしまう。例えば、マーチャンドバランの帯域を広げるべく、偶モードインピーダンスを大きくして、奇モードインピーダンスを小さくすると、低周波と高周波におけるマーチャンドバランの変換損失の差分が大きくなってしまう。このため、変換損失のフラットネスが劣化してしまう。【０００５】
そこで本発明は、上記の課題を解決することのできる周波数変換装置および直交変調器を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、入力信号を、ローカル信号に応じて周波数シフトした出力信号を生成する周波数変換装置であって、ローカル信号に基づいて、差動の前記ローカル信号を生成する差動ローカル信号生成部と、入力信号に基づいて、差動の入力信号を生成する差動入力信号生成部と、差動のローカル信号および差動の入力信号に基づいて、出力信号を生成するミキサと、差動入力信号生成部からミキサに、差動の入力信号を伝送する非反転側伝送線路および反転側伝送線路と、非反転側伝送線路および反転側伝送線路の間に設けられた特性補正用インダクタとを備える周波数変換装置を提供する。【０００７】
本発明の第２の態様においては、入力信号を、ローカル信号に応じて直交変調して出力する直交変調器であって、入力信号を受け取り、与えられるローカル信号に応じて入力信号を変調するＩ側変調器およびＱ側変調器と、Ｉ側変調器およびＱ側変調器に供給するローカル信号の位相を９０度異ならせる９０度移相部とを備え、Ｉ側変調器およびＱ側変調器のそれぞれは、ローカル信号に基づいて、差動のローカル信号を生成する差動ローカル信号生成部と、入力信号に基づいて、差動の入力信号を生成する差動入力信号生成部と、差動のローカル信号および差動の入力信号に基づいて、出力信号を生成するミキサと、差動入力信号生成部からミキサに、差動の入力信号を伝送する非反転側伝送線路および反転側伝送線路と、非反転側伝送線路および反転側伝送線路の間に設けられた特性補正用インダクタとを有する直交変調器を提供する。【０００８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る周波数変換装置１００の構成例を示す図である。
【図２】周波数変換装置１００における、変換損失特性の測定結果の一例を示す図である。
【図３】シミュレーションに用いた回路を示す図である。
【図４】算出した挿入損失特性およびリターン損失特性を示す図である。
【図５Ａ】算出した挿入損失特性を示す図である。
【図５Ｂ】は、算出したリターン損失特性を示す図である。
【図６】第２の実施形態に係る直交変調器２００の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００１０】
１０・・・差動ローカル信号生成部、１２・・・差動入力信号生成部、１４・・・ミキサ、１６・・・非反転側伝送線路、１８・・・反転側伝送線路、２０・・・特性補正用インダクタ、２２、２４・・・抵抗、２６、２８・・・インダクタ、３０、３２、３４・・・コンデンサ、３６、３８・・・抵抗、５０・・・合成部、１００・・・周波数変換装置、２００・・・直交変調器、２０１・・・９０度移相部、２０２・・・Ｉ側変調器、２０３・・・Ｑ側変調器、２０４・・・加算部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る周波数変換装置１００の構成例を示す図である。周波数変換装置１００は、入力信号ＲＦをローカル信号Ｌｏに応じて周波数シフトした出力信号ＩＦを生成する装置であって、差動ローカル信号生成部１０、差動入力信号生成部１２、ミキサ１４、非反転側伝送線路１６、反転側伝送線路１８、特性補正用インダクタ２０、合成部５０、複数の抵抗２２、２４、３６、３８、および、複数のコンデンサ３２、３４を備える。【００１３】
差動ローカル信号生成部１０は、ローカル信号Ｌｏを受け取り、ローカル信号Ｌｏに基づいて差動のローカル信号（Ｌｏ、ＲＬｏ）を生成する。周波数変換装置１００は、外部から受け取ったローカル信号Ｌｏを差動ローカル信号生成部１０に供給してよく、内部で生成したローカル信号Ｌｏを差動ローカル信号生成部１０に供給してもよい。一例として、ローカル信号Ｌｏの周波数は、３．０６〜１２．０６ＧＨｚ程度であってよい。また、ローカル信号Ｌｏの電力は、２０ｄＢｍ程度であってよい。【００１４】
差動ローカル信号生成部１０は、一端にローカル信号を受け取り、他端が開放される平衡線路と、ローカル信号の波長の１／４の電気長をそれぞれ有する２つの非平衡線路とを有するバランを用いて、差動のローカル信号（Ｌｏ、ＲＬｏ）を生成してよい。本例の差動ローカル信号生成部１０は、マーチャンドバランを用いて、差動のローカル信号を生成する。【００１５】
差動入力信号生成部１２は、入力信号ＲＦを受け取り、入力信号ＲＦに基づいて差動の入力信号（ＲＦ、ＲＲＦ）を生成する。周波数変換装置１００は、外部から受け取った入力信号ＲＦを差動入力信号生成部１２に供給してよく、内部で生成した入力信号ＲＦを差動入力信号生成部１２に供給してもよい。差動入力信号生成部１２は、差動ローカル信号生成部１０と同様にバランを用いて、差動の入力信号を生成してよい。一例として、入力信号ＲＦの周波数は、３．００〜１２．００ＧＨＺ程度であってよい。本例では、ローカル信号Ｌｏの周波数は、入力信号ＲＦより６０ＭＨｚ大きい周波数に設定される。また、入力信号ＲＦの電力は、−１０ｄＢｍ程度であってよい。【００１６】
ミキサ１４は、差動のローカル信号（Ｌｏ、ＲＬｏ）および差動の入力信号（ＲＦ、ＲＲＦ）を受け取り、ローカル信号Ｌｏおよび入力信号ＲＦを乗算した出力信号ＩＦと、反転のローカル信号ＲＬｏおよび反転の入力信号ＲＲＦを乗算した出力信号ＩＦとを出力する。ミキサ１４は、ダイオードブリッジまたはトランジスタ等のダブルバランスドミキサにより、これらの信号を乗算してよい。【００１７】
ミキサ１４は、差動のローカル信号（Ｌｏ、ＲＬｏ）を受け取る２つのローカル側端子と、差動の入力信号（ＲＦ、ＲＲＦ）を受け取る２つの入力側端子とを有する。２つのローカル側端子は、差動ローカル信号生成部１０の２つの平衡線路に接続される。また、２つの入力側端子は、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８を介して、差動入力信号生成部１２の２つの平衡線路に接続される。【００１８】
合成部５０は、ミキサ１４が出力する同相の出力信号ＩＦを合成して外部に出力する。本例の合成部５０は、ミキサ１４の入力側端子と、差動入力信号生成部１２との間に設けられ、ミキサ１４の入力側端子から出力される同相の出力信号ＩＦを加算する。【００１９】
合成部５０は、インダクタ２６、インダクタ２８、および、コンデンサ３０を有する。インダクタ２６は、外部に出力信号ＩＦを出力する端子と、非反転側伝送線路１６とを接続する線路上に設けられる。また、インダクタ２８は、当該端子と、反転側伝送線路１８とを接続する線路上に設けられる。コンデンサ３０は、当該端子と接地電位との間に設けられる。インダクタ２６、インダクタ２８、および、コンデンサ３０の定数は、外部に送出すべき出力信号ＩＦの周波数に応じて定められてよい。【００２０】
本例では、出力信号ＩＦの周波数が６０ＭＨｚ（ローカル信号ＩＦの周波数から、入力信号ＲＦの周波数を減じた周波数）である。インダクタ２６、インダクタ２８、および、コンデンサ３０の定数は、合成部５０が、当該周波数の信号を通過させるローパスフィルタとして機能するように設定されてよい。【００２１】
特性補正用インダクタ２０は、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８の間に設けられる。特性補正用インダクタ２０は、周波数変換装置１００における変換損失特性のフラットネスを補正する。例えば特性補正用インダクタ２０は、差動入力信号生成部１２を広帯域化したときの、周波数特性のフラットネスの劣化を補償してよい。差動入力信号生成部１２の広帯域化および周波数特性のフラットネスの補正については、図２から図５Ｂに関連して後述する。特性補正用インダクタ２０を設けることにより、広帯域に渡ってフラットな変換損失特性を有する周波数変換装置１００を実現することができる。【００２２】
また、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８のそれぞれの伝送路上には、コンデンサ（３２、３４）が設けられる。コンデンサ（３２、３４）は、抵抗（３６、３８）を介して、差動入力信号生成部１２から差動の入力信号（ＲＦ、ＲＦＦ）を受け取る。コンデンサ（３２、３４）は、差動の入力信号（ＲＦ、ＲＦＦ）の直流成分を除去して、ミキサ１４に供給する。【００２３】
特性補正用インダクタ２０は、コンデンサ（３２、３４）と、ミキサ１４との間において、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８を接続するように配置されてよい。本例の特性補正用インダクタ２０は、コンデンサ（３２、３４）と、合成部５０との間において、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８を接続する。このような構成により、特性補正用インダクタ２０を介して、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８の間で直流成分が伝送することを防ぐことができる。【００２４】
また、特性補正用インダクタ２０の一方の端部と、非反転側伝送線路１６とを接続するように、第１の抵抗２２が設けられる。また、特性補正用インダクタ２０の他方の端部と、反転側伝送線路１８とを接続するように、第２の抵抗２４が設けられる。【００２５】
第１の抵抗２２および第２の抵抗２４の抵抗値は、非反転側伝送線路１６および反転側伝送線路１８における抵抗（３６、３８）の抵抗値より大きくてよい。例えば第１の抵抗２２および第２の抵抗２４の抵抗値は、１５０Ω程度であってよい。これに対して、抵抗（３６、３８）の抵抗値は、１０Ω程度であってよい。また、コンデンサ（３２、３４）の容量は、５．４ｐＦ程度であってよい。また、特性補正用インダクタ２０のインダクタンスは、５ｎＨ程度であってよい。また、インダクタ（２６、２８）のインダクタンスは、特性補正用インダクタ２０と同程度であってよい。また本例では、周波数変換装置１００がダウンコンバータとして機能する例を説明したが、他の例では、周波数変換装置１００はアップコンバータとして機能してもよい。【００２６】
なお、ローカル信号（Ｌｏ、ＲＬｏ）または入力信号（ＲＦ、ＲＲＦ）がリークして、合成部５０に入力された場合であっても、リーク成分は差動の信号であるので、合成部５０において互いに加算されることで相殺される。このため、周波数変換装置１００は、ローカル信号Ｌｏ、入力信号ＲＦ等のリーク成分を除去して、出力信号ＩＦを精度よく出力することができる。【００２７】
図２は、周波数変換装置１００における、変換損失特性の測定結果の一例を示す図である。本例の測定結果は、図１において説明した周波数、電力、定数の条件で測定した。図２において横軸は、入力信号ＲＦの周波数を示しており、縦軸は、各周波数における変換損失を示す。変換損失は、例えば入力信号ＲＦの電力と、出力信号ＩＦの電力との比から求めえられる。また、図１に示した周波数変換装置１００の変換損失特性を実線で示して、特性補正用インダクタ２０を設けない場合の変換損失特性を点線で示す。図２に示すように、特性補正用インダクタ２０を設けない場合、変換損失特性は急峻なスロープを有する。【００２８】
これに対し、特性補正用インダクタ２０を設けることにより、低周波数帯におけるインピーダンスを低くして、かつ、高周波数帯におけるインピーダンスを高くすることができる。このため、図２に示すように、低周波数帯における損失を抑制することができ、変換損失特性のフラットネスを補正することができる。特性補正用インダクタ２０のインダクタンスは、特性補正用インダクタ２０を設けない場合の変換損失特性のスロープの傾き等により定められてよい。【００２９】
図２の点線に示したような、急峻なスロープを有する変換損失特性は、差動入力信号生成部１２のマーチャントバランを広帯域化した場合に、より顕著となる。以下では、シミュレーション結果を用いて、マーチャントバランの広帯域化に伴う変換損失特性のフラットネスの劣化を説明する。【００３０】
図３は、シミュレーションに用いた回路を示す図である。図３に示すように、シミュレーションでは、２つのマーチャントバランを点対称にバックトゥバック接続した回路を用いた。当該回路では、第１のバランの非反転側の平衡線路を、第２のバランの反転側の平衡線路に接続して、第１のバランの反転側の平衡線路を、第２のバランの非反転側の平衡線路に接続する。【００３１】
シミュレーションでは、当該回路における挿入損失およびリターン損失を算出した。挿入損失は、図３のポート１に入力される信号の電力に対する、ポート２から出力される信号の電力の比を示す。また、リターン損失は、図３のポート１に入力される信号の電力に対する、ポート１から出力される信号の電力の比を示す。【００３２】
図４は、算出した挿入損失特性およびリターン損失特性を示す図である。なお、リターン損失特性を実線で示して、挿入損失特性を点線で示す。図４における横軸は信号の周波数を示しており、縦軸は損失を示す。【００３３】
図２および図４に示すように、周波数変換装置１００の変換損失特性と、マーチャントバランの挿入損失特性とは相関を有している。また、変換損失特性における、３〜５ＧＨｚ近傍におけるスロープが、より急峻となっているのは、図４に示すリターン損失特性が、３〜５ＧＨｚ近傍において急激に悪化しているために生じたためと判断できる。【００３４】
また、上述したように、変換損失特性の劣化は、マーチャントバランの広帯域化に伴い、より顕著となる。次に、マーチャントバランの帯域を変化させて、挿入損失特性およびリターン損失特性をシミュレーションにより算出した。なお、以下においては、理想的なマーチャントバランを用いてシミュレーションした。ここで、理想的なマーチャントバランとは、例えば無損失線路を用いたマーチャントバランであってよい。【００３５】
また、マーチャントバランにおける偶モードインピーダンスＺｅおよび奇モードインピーダンスＺｏを変化させて、マーチャントバランの帯域を変化させた。一般に、偶モードインピーダンスＺｅを高くして、奇モードインピーダンスＺｏを低くすると、マーチャントバランの帯域は広がる。以下のシミュレーションでは、Ｚｅ＝３００Ω、Ｚｏ＝１５Ωにおける損失特性と、Ｚｅ＝２００Ω、Ｚｏ＝２５Ωにおける損失特性とを算出した。【００３６】
図５Ａは、算出した挿入損失特性を示す図である。また、図５Ｂは、算出したリターン損失特性を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂにおいて、横軸は信号の周波数を示しており、縦軸は損失を示す。【００３７】
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、Ｚｅ＝３００Ω、Ｚｏ＝１５Ωのときの帯域は、Ｚｅ＝２００Ω、Ｚｏ＝２５Ωのときの帯域よりも広いことが確認できる。しかし、帯域を広げることにより、低域側（例えば３から７ＧＨｚの近傍）、および、広域側（例えば９から１３ＧＨｚの近傍）で、損失特性のフラットネスが劣化している。このような損失特性の劣化に加え、高周波になるほど線路での損失が増大することを考慮すると、マーチャントバランを広帯域化すると、損失特性の低域側に、より急峻なスロープが生じることが確認できる。【００３８】
これに対し、図１に関連して説明した周波数変換装置１００は、特性補正用インダクタ２０を設けることで、低域側のインピーダンスを低くして、高域側のインピーダンスを高くする。これにより、マーチャントバランの広帯域化に伴う、変換損失特性のフラットネスの劣化を補償することができる。【００３９】
図６は、第２の実施形態に係る直交変調器２００の構成例を示す図である。直交変調器２００は、入力信号ＲＦを、ローカル信号Ｌｏに応じて直交変調して出力する装置であって、９０度移相部２０１、Ｉ側変調器２０２、Ｑ側変調器２０３、および、加算部２０４を備える。【００４０】
９０度移相部２０１は、ローカル信号Ｌｏを受け取り、Ｉ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３に供給する。このとき、９０度移相部２０１は、例えばＩ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３の一方に与えるローカル信号Ｌｏの位相を９０度シフトさせて、Ｉ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３に供給するローカル信号Ｌｏの位相を９０度異ならせる。９０度移相部２０１は、例えばランゲカプラを用いて、これらのローカル信号Ｌｏを生成してよい。【００４１】
Ｉ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３は、入力信号ＲＦを受け取り、与えられるローカル信号Ｌｏに応じて入力信号ＲＦを変調する。Ｉ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３のそれぞれは、図１に関連して説明した周波数変換装置１００と同一の構成を有してよい。【００４２】
加算部２０４は、Ｉ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３が出力する出力信号を加算する。本例の直交変調器２００によれば、Ｉ側変調器２０２およびＱ側変調器２０３として、広帯域かつ変換損失特性が良好な変調器を用いることができる。【００４３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。【００４４】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【図１】
2009050954.tif 000003
【図２】
2009050954.tif 000004
【図３】
2009050954.tif 000005
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
2009050954.tif 000009
【国際調査報告】
2009050954.tif 000010
2009050954.tif 000011
2009050954.tif 000012
2009050954.tif 000013