(57)【要約】【課題】特別な管理調整も必要とせず、バンドパスフィルタにおける位相特性に変化が生じても、正確に位相比較を行うことができる位相比較装置を提供する。【解決手段】２つの入力信号Ａ，Ｂに互いに直交する識別信号Ｆ１，Ｆ２でそれぞれ変調をし、変調された２つの被変調信号ＡＭ，ＢＭを加算器１３で加算して１つの合成信号Ｋとして生成する。合成信号Ｋは、１つのバンドパスフィルタ１４でフィルタリングされ合成信号Ｋ１として出力される。バンドパスフィルタ１４を通過した合成信号Ｋ１は、各復調器１５，１６に送られ元の識別信号Ｆ１,Ｆ２を用いてそれぞれ復調されて２つの被復調信号ＡＩ，ＢＩとして生成される。その後、各被復調信号ＡＩ，ＢＩは位相比較器１７に送られて位相比較がなされる。【選択図】図２
2006333001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力信号に対して第１識別信号を用いたマーキングを行う一方、第２入力信号に対して前記第１識別信号とは異なる第２識別信号を用いたマーキングを行った後、それらを合成して合成信号を生成し、該合成信号を１つのバンドパスフィルタに通してフィルタリングされた信号を生成し、前記第１識別信号を用いて該フィルタリングされた信号に含まれる前記第１入力信号由来の信号成分をピックアップする一方、前記第２識別信号を用いて前記前記フィルタリングされた信号に含まれる前記第２入力信号由来の信号成分をピックアップし、ピックアップした前記第１入力信号由来の信号成分と前記第２入力信号由来の信号成分の位相を比較することを特徴とする、
位相比較方法。
【請求項２】
第１入力信号に基づいて、第１識別信号による変調の痕跡を有する第１被変調信号を生成する第１信号処理手段と、
第２入力信号に基づいて、前記第１識別信号とは異なる第２識別信号による変調の痕跡を有する第２被変調信号を生成する第２信号処理手段と、
前記第１被変調信号と前記第２被変調信号を加算して合成信号を生成する加算手段と、
該合成信号を受けて、フィルタリングされた合成信号を出力するバンドパスフィルタと、
該フィルタリングされた合成信号を前記第１識別信号で復調して第１被復調信号を生成する第１復調手段と、
前記フィルタリングされた合成信号を前記第２識別信号で復調して第２被復調信号を生成する第２復調手段と、
前記第１被復調信号と前記第２被復調信号の位相を比較する位相比較手段と、
を備えたことを特徴とする、
位相比較装置。
【請求項３】
前記第１信号処理手段は、前記第１識別信号を生成する第１識別信号生成手段と、前記第１識別信号で前記第１入力信号を変調して前記第１被変調信号を生成する第１変調手段とを備え、
前記第２信号処理手段は、前記第１識別信号とは異なる第２識別信号を生成する第２識別信号生成手段と、前記第２識別信号で前記第２入力信号を変調して前記第２被変調信号を生成する第２変調手段とを備えていることを特徴とする、
請求項２記載の位相比較装置。
【請求項４】
局部発振信号を生成する局部発振手段を更に備え、
前記第１信号処理手段は、前記第１識別信号を生成する第１識別信号生成手段と、前記第１識別信号で前記局部発振信号を変調して第１局部発振信号を生成する第１変調手段と、前記第１局部発振信号と前記第１入力信号を混合して前記第１被変調信号を出力する第１ミキサとを備え、
前記第２信号処理手段は、前記第１識別信号とは異なる前記第２識別信号を生成する第２識別信号生成手段と、前記第２識別信号で前記局部発振信号を変調して第２局部発振信号を生成する第２変調手段と、前記第２局部発振信号と前記第２入力信号を混合して前記第２被変調信号を生成する第２ミキサとを備えていることを特徴とする、
請求項２記載の位相比較装置。
【請求項５】
前記第１識別信号と前記第２識別信号は、直交していることを特徴とする、
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の位相比較装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相比較装置に関し、特に、バンドパスフィルタ(ＢＰＦ)における位相変化の影響を排除した位相比較装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位相比較装置は、入力信号ごとに別個のバンドパスフィルタを備えており、各入力信号に対応するバンドパスフィルタを通すことでＳ／Ｎ比を向上させた後に位相比較を行っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の位相比較装置の場合、バンドパスフィルタの位相特性が互いに一致している必要がある。さもなければ、入力信号がバンドパスフィルタを通過する際にバンドパスフィルタごとに異なる位相特性が生じてしまい正確な位相比較が行えなくなってしまうからである。
しかしながら、バンドパスフィルタの位相特性を完全に一致させることは極めて困難である。
加えて、バンドパスフィルタの位相特性の差を最小限にとどめるためには、温度などの環境の影響を排除するための設備(例えば、恒温槽等)を用いたり、各バンドパスフィルタの位相特性の経時変化を定期的にチェックして調整し直したりする必要があり、総体的にコスト高となってしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、バンドパスフィルタにおける位相特性に変化が生じても簡易な構成で、正確な位相比較を行うことのできる位相比較方法及びそれを具現化した装置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】
【０００５】
本発明が提供する位相比較方法は、第１入力信号に対して第１識別信号を用いたマーキングを行う一方、第２入力信号に対して前記第１識別信号とは異なる第２識別信号を用いたマーキングを行った後、それらを合成して合成信号を生成し、該合成信号を１つのバンドパスフィルタに通してフィルタリングされた信号を生成し、前記第１識別信号を用いて該フィルタリングされた信号に含まれる前記第１入力信号由来の信号成分をピックアップする一方、前記第２識別信号を用いて前記前記フィルタリングされた信号に含まれる前記第２入力信号由来の信号成分をピックアップし、ピックアップした前記第１入力信号由来の信号成分と前記第２入力信号由来の信号成分の位相を比較することを特徴とする。
【０００６】
本発明は、また、複数の形態の位相比較装置を提供する。
第１の位相比較装置は、第１入力信号に基づいて、第１識別信号による変調の痕跡を有する第１被変調信号を生成する第１信号処理手段と、第２入力信号に基づいて、前記第１識別信号とは異なる第２識別信号による変調の痕跡を有する第２被変調信号を生成する第２信号処理手段と、前記第１被変調信号と前記第２被変調信号を加算して合成信号を生成する加算手段と、該合成信号を受けて、フィルタリングされた合成信号を出力するバンドパスフィルタと、該フィルタリングされた合成信号を前記第１識別信号で復調して第１被復調信号を生成する第１復調手段と、前記フィルタリングされた合成信号を前記第２識別信号で復調して第２被復調信号を生成する第２復調手段と、前記第１被復調信号と前記第２被復調信号の位相を比較する位相比較手段とを備えたものである。
【０００７】
第２の位相比較装置は、第１の位相比較装置において、前記第１信号処理手段は、前記第１識別信号を生成する第１識別信号生成手段と、前記第１識別信号で前記第１入力信号を変調して前記第１被変調信号を生成する第１変調手段とを備え、前記第２信号処理手段は、前記第１識別信号とは異なる第２識別信号を生成する第２識別信号生成手段と、前記第２識別信号で前記第２入力信号を変調して前記第２被変調信号を生成する第２変調手段とを備えているものである。
【０００８】
第３の位相比較装置は、第２の位相比較装置において、局部発振信号を生成する局部発振手段を更に備え、前記第１信号処理手段は、前記第１識別信号を生成する第１識別信号生成手段と、前記第１識別信号で前記局部発振信号を変調して第１局部発振信号を生成する第１変調手段と、前記第１局部発振信号と前記第１入力信号を混合して前記第１被変調信号を出力する第１ミキサとを備え、前記第２信号処理手段は、前記第１識別信号とは異なる前記第２識別信号を生成する第２識別信号生成手段と、前記第２識別信号で前記局部発振信号を変調して第２局部発振信号を生成する第２変調手段と、前記第２局部発振信号と前記第２入力信号を混合して前記第２被変調信号を生成する第２ミキサとを備えたものである。
【０００９】
第４の位相比較装置は、第１ないし第３のいずれかの位相比較装置において、前記第１識別信号と前記第２識別信号は直交していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の位相比較方法では、２つの入力信号に共通のバンドパスフィルタを用いていることからバンドパスフィルタ通過時に２つの入力信号に付与されてしまう位相変化は互いに等しいものとなる。位相比較を行う際には、それら位相変化は相殺され位相比較処理には何ら影響を与えない。従って、２つの入力信号の正確な位相の一致を検出することができる。
【００１１】
また、各入力信号に異なる識別信号でマーキングをした後バンドパスフィルタを通すこととしているので、２つの入力信号に対して１つのバンドパスフィルタを共通に用いた場合でも各入力信号に関する成分をバンドパスフィルタ後の信号の中からピックアップすることができる。
【００１２】
本発明の第１の位相比較装置によれば、上述した位相比較方法を変調・復調とうポピュラーな信号処理技術を利用して実現することができる。
【００１３】
なお、上述した第１の位相比較装置における第１及び第２信号処理手段は、位相比較方法における“マーキング”を具現化したものであり、バンドパスフィルタの後段における復調手段が対応する入力信号由来の信号のピックアップできるように信号処理を行う限り、変調処理がどのような状態で行われてもかまわない。例えば、第２の位相比較装置のように入力信号に対して直接的に変調処理を施しても良いし、第３の位相比較装置のように変調された局部発振信号を用いて入力信号をダウンコンバージョンすることとしても良い。
【００１４】
本発明の第４の位相比較装置によれば、第１識別信号と第２識別信号が互いに直交している(各々の瞬時値の掛け算の平均がゼロである)ことから、それらを用いて直接的又は間接的に変調した信号は単純に加算されただけでは互いに影響を及ぼさない。従って、復調というポピュラーな処理で、上述した位相比較方法における“ピックアップ”を精度良く実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の位相比較方法を具現化した位相比較装置の実施の形態について、〔第１実施形態〕、〔第２実施形態〕、〔第３実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
なお、後述する各実施の形態において、本発明の位相比較方法における“マーキング”は、信号処理器で行う処理で具現化したものであり、また、本発明の位相比較方法における“入力信号由来の信号成分をピックアップ”は、バンドパスフィルタの後段における復調器で行う処理で具現化したものである。
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る位相比較装置１００の構成図である。
図１に示されるように、本実施形態における位相比較装置１００は、信号処理器１，２と、加算器３と、バンドパスフィルタ４と、復調器５，６と、位相比較器７とを備えている。
【００１８】
信号処理器１，２は、入力信号Ａ，Ｂに基づいて各々固有の識別信号Ｆ１，Ｆ２による変調の痕跡を有する被変調信号ＡＭ，ＢＭを生成するものである。加算器３は、２つの被変調信号ＡＭ，ＢＭを加算して１つの合成信号Ｋを生成するものである。バンドパスフィルタ４は、合成信号Ｋから周辺雑音成分が除去されて必要な周波数帯域の成分のみを取り出すようフィルタリングして合成信号Ｋ１を出力するものである。なお、バンドパスフィルタ４の通過域は、本来の被変調信号ＡＭ，ＢＭが通れるよう選択された範囲のものである。復調器５，６は、識別信号Ｆ１，Ｆ２を用いフィルタリングされた合成信号Ｋ１を復調して被復調信号ＡＩ，ＢＩを生成するものである。位相比較器７は、２つの被復調信号ＡＩ，ＢＩの位相を比較するものである。
【００１９】
なお、本実施形態では、上述した位相比較装置をある送信地点から離れた２箇所の受信地点までの距離を等しくする場合に用いた例について説明する。この場合、送信地点から各受信地点に同じ周波数信号を送り、この両受信地点で入力した各入力信号が同じ位相であれば両受信地点は送信地点と距離が等しいことがわかる。すなわち、本実施の形態における入力信号Ａ，Ｂは、送信地点から送信された同一の信号を受信してなるものであり伝搬距離が等しければ、入力信号Ａ，Ｂの位相はゼロとなる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る位相比較装置１００の動作について図１を参照して説明する。
２つの入力信号Ａ，Ｂが信号処理器１，２に入力されると信号処理器１は、入力した入力信号Ａに基づいて、識別信号Ｆ１による変調の痕跡を有する被変調信号ＡＭを生成し、一方、信号処理器２は、入力した入力信号Ｂに基づいて、識別信号Ｆ１とは異なる識別信号Ｆ２による変調の痕跡を有する被変調信号ＢＭを生成する。
生成された被変調信号ＡＭ，ＢＭは、加算器３で加算されて１つの合成信号Ｋとなる。その後、合成信号Ｋは、１つのバンドパスフィルタ４を通りフィルタリングされ合成信号Ｋ１として出力される。
【００２１】
出力後の合成信号Ｋ１は、復調器５，６の両方に送られる。復調器５は、合成信号Ｋ１を識別信号Ｆ１で復調して被復調信号ＡＩを生成する。一方、復調器９は、合成信号Ｋ１を識別信号Ｆ２で復調して被復調信号ＢＩを生成する。
復調された被復調信号ＡＩ，ＢＩは、位相比較器７に送られて位相比較がなされる。
【００２２】
本実施の形態における２つの入力信号Ａ，Ｂに共通のバンドパスフィルタ４を用いていることから、バンドパスフィルタ通過時の各入力信号に付与されてしまう位相変化は互いに等しいものとなる。位相比較を行う際には、それら位相変化は相殺され位相比較処理には何ら影響を与えない。従って、従来必要としていたバンドパスフィルタの位相特性の調整もせず、２つの入力信号の正確な位相の一致を検出することを実現できる。
【００２３】
また、本実施形態における識別信号Ｆ１，Ｆ２は、互いに異なる信号である。この識別信号Ｆ１，Ｆ２を用いて変調の痕跡を有するよう各入力信号Ａ，Ｂにマーキングをし、その後にバンドパスフィルタ４に通して識別信号Ｆ１，Ｆ２で復調していることで、２つの入力信号に対して１つのバンドパスフィルタ４を共通に用いた場合でも各入力信号Ａ，Ｂに関する成分をバンドパスフィルタ通過後の合成信号Ｋ１の中からピックアップすることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態における２つの入力信号Ａ，Ｂは、加算器３で加算することでＳ／Ｎが３ｄＢ悪化した状態でバンドパスフィルタ４に通ることになるが、バンドパスフィルタ４のバンド幅を狭くすることで中心周波数変化の影響を受けなくすることできる。従って、バンド幅比によるＳ／Ｎ向上を図ることができるので両信号を加算しても何ら問題は生じない。
【００２５】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係る位相比較装置２００の構成図である。
本実施形態における位相比較装置２００は、第１の実施形態に係る位相比較装置１００の信号処理器１，２で行う処理をさらに具現化した例である。
【００２６】
本実施の形態に係る位相比較装置２００は、第１の実施形態の位相比較装置１００と同様に、信号処理器１１，１２と、加算器１３と、バンドパスフィルタ１４と、復調器１５，１６と、位相比較器１７とを備えたものである。信号処理器１１は識別信号生成器１１ａと変調器１１ｂを備え、信号処理器１２は識別信号生成器１２ａと変調器１２ｂを備えたものである。なお、加算器１３とバンドパスフィルタ１４と復調器１５，１６と位相比較器１７は、第１の実施形態の加算器３とバンドパスフィルタ４と、復調器５，６と位相比較器７に対応したものである。
【００２７】
識別信号生成器１１ａ，１２ａは、互いに直交して異なる信号の識別信号Ｆ１，Ｆ２を生成するものである。変調器１１ｂ，１２ｂは、識別信号Ｆ１，Ｆ２を用い入力信号Ａ，Ｂを変調し被変調信号ＡＭ，ＢＭを生成するものである。
【００２８】
次に、本施形態の位相比較装置２００の動作について図２を参照しながら説明する。
【００２９】
入力信号Ａが信号処理器１１に入力されると変調器１１ｂは、識別信号生成器１１ａで生成された識別信号Ｆ１を用いて入力信号Ａを変調して被変調信号ＡＭを生成する。一方、入力信号Ｂが信号処理器１２に入力されると変調器１２ｂは、識別信号生成器１２ａで生成された識別信号Ｆ２を用いて入力信号Ｂを変調して被変調信号ＢＭを生成する。
【００３０】
次に、その被変調信号ＡＭ，ＢＭは、加算器１３で加算されて１つの合成信号Ｋとなる。その後、合成信号Ｋは、第１の実施形態と同様に単一のバンドパスフィルタ１４を通りフィルタリングされて合成信号Ｋ１として出力される。
【００３１】
出力後の合成信号Ｋ１は、復調器１５，１６の両方に送られる。これを受けた復調器１５は、信号処理器１１の識別信号生成器１１ａにより生成された識別信号Ｆ１を用いて合成信号Ｋ１を復調して被復調信号ＡＩを生成する。一方、復調器１６は、信号処理器１２の識別信号生成器１２ａにより生成された識別信号Ｆ２を用いて合成信号Ｋ１を復調して被復調信号ＢＩを生成する。
最後に、復調された被復調信号ＡＩ，ＢＩは、位相比較器１７に送られて位相比較がなされる。
【００３２】
本実施形態における位相比較装置２００は、識別信号Ｆ１と識別信号Ｆ２が互いに直交している関係を有することにより、復調器１５，１６により合成信号Ｋ１から任意の被復調信号ＡＩ，ＢＩを抽出して各信号の独立性を持たせることができる。また、２つの入力信号Ａ，Ｂに共通のバンドパスフィルタ１４を用いることで位相変化が互いに等しくかかるため位相比較する際は相殺される。従って、結果的にバンドパスフィルタ１４の位相特性は、位相比較処理に何ら影響を与えない。
そこで、前述の“独立性”と“位相比較処理に影響がない”の関係を具体的に証明するため変調方法と復調方法の論理解析を示すと以下の式の通りになる。ここでは、識別信号Ｆ１に正弦波、識別信号Ｆ２にその２倍の周波数の正弦波、を掛け合わせる方法を用いて例示する。
【００３３】
〈数１〉
入力信号Ａ＝Ａsin(ωt＋θ１)        ・・・・・  (１)
入力信号Ｂ＝Ｂcos(ωt＋θ２)        ・・・・・  (２)
識別信号Ｆ１＝sin(Ｗt)               ・・・・・  (３)
識別信号Ｆ２＝sin(２Ｗt＋α)         ・・・・・  (４)
【００３４】
両被変調信号ＡＭ，ＢＭの合成信号(加算結果)Ｋ＝ＡＭ＋ＢＭは、以下のようになる。
〈数２〉
Ｋ＝Ａsin(ωt＋θ１)・sin(Ｗt)＋Ｂcos(ωt＋θ２)・sin(２Ｗt＋α)
＝(１／２)Ａ｛cos(ωt−Ｗt＋θ１)−cos(ωt＋Ｗt＋θ１)｝
＋(１／２)Ｂ｛−sin(ωt−２Ｗt−α＋θ２)＋sin(ωt＋２Ｗt＋α+θ２)｝・・・・・  (５)  
【００３５】
バンドパスフィルタ通過後の合成信号Ｋ１は、バンドパスフィルタ１４の位相変化がφとして、以下のようになる。
〈数３〉
Ｋ１＝(１／２)Ａ｛cos(ωt−Ｗt＋θ１＋φ)−cos(ωt＋Ｗt＋θ１＋φ)｝        
＋(１／２)Ｂ｛−sin(ωt−２Ｗt−α＋θ２＋φ)＋sin(ωt＋２Ｗt＋α+θ２＋φ)｝ ・・・・・  (６)
【００３６】
Ｆ１＝sin(Ｗt)で復調した時の被復調信号ＡＩは、以下のようになる。
〈数４〉
ＡＩ＝(１／２)Ａ｛cos(ωt−Ｗt＋θ１＋φ)−cos(ωt＋Ｗt＋θ１＋φ)｝sin(Ｗt)
＋(１／２)Ｂ｛−sin(ωt−２Ｗt−α＋θ２＋φ)＋sin(ωt＋２Ｗt＋α+θ２＋φ)｝sin(Ｗt)
＝(１／４)Ａ｛sin(−ωt＋２Ｗt−θ１−φ)＋sin(ωt＋θ１＋φ)｝
−(１／４)Ａ｛sin(−ωt−θ１−φ)＋sin(ωt＋２Ｗt＋θ１＋φ)｝
−(１／４)Ｂ｛cos(ωt＋３Ｗt−α＋θ２＋φ)＋cos(ωt−Ｗｔ−α+θ２＋φ)｝
＋(１／４)Ｂ｛cos(ωt＋Ｗt＋α＋θ２＋φ)−cos(ωt−３Ｗｔ＋α+θ２＋φ)｝
ＡＩ＝(Ａ／２)sin(ωt＋θ１＋φ)
＝(Ａ／４)｛−sin(ωt−２Ｗt＋θ１＋φ)−sin(ωt＋２Ｗt＋θ１＋φ)｝
＋(Ｂ／４)｛−cos(ωt−３Ｗt−α＋θ２＋φ)＋cos(ωt−Ｗｔ−α+θ２＋φ)｝
＋(Ｂ／４)｛cos(ωt＋Ｗt＋α＋θ２＋φ)−cos(ωt＋３Ｗｔ＋α+θ２＋φ)｝・・・・・  (７)
【００３７】
Ｆ２＝sin(２Ｗt＋α)で復調した時の被復調信号ＢＩは、以下のようになる。
〈数５〉
ＢＩ＝(１／２)Ａ｛cos(ωt−Ｗt＋θ１＋φ)−cos(ωt＋Ｗt＋θ１＋φ)｝sin(２Ｗt＋α)
＋(１／２)Ｂ｛−sin(ωt−２Ｗt−α＋θ２＋φ)＋sin(ωt＋２Ｗt＋α+θ２＋φ)｝sin(２Ｗt＋α)
＝(１／４)Ａ｛sin(−ωt＋３Ｗt＋α−θ１−φ)＋sin(ωt＋Ｗt＋α＋θ１＋φ)｝
−(１／４)Ａ｛sin(−ωt＋α−θ１−φ)＋sin(ωt＋３Ｗt＋α＋θ１＋φ)｝
＋(１／４)Ｂ｛−cos(ωt−４Ｗt−２α＋θ２＋φ)＋cos(ωt＋θ２＋φ)｝
＋(１／４)Ｂ｛cos(ωt＋θ２＋φ)−cos(ωt＋４Ｗt＋２α＋θ２＋φ)｝
ＢＩ＝(Ａ／４)｛−sin(ωt−３Ｗt−α＋θ１＋φ)＋sin(ωt＋Ｗt＋α＋θ１＋φ)｝
＋(Ａ／４)｛sin(ωt−Ｗt−α＋θ１＋φ)−sin(ωt＋３Ｗt＋α＋θ１＋φ)｝
＋(Ｂ／２)cos(ωt＋θ２＋φ)
＋(Ｂ／４)｛−cos(ωt−４Ｗt−２α＋θ２＋φ)−cos(ωt＋４Ｗt＋２α＋θ２＋φ)｝・・・・・  (８)
【００３８】
この被復調信号ＡＩとＢＩの位相を測るために掛け合わせると、周波数の異なる成分は掛け合わせた結果平均はゼロとなる。よって、以下の(９)から(１３)までの周波数成分の和の平均値を見ればよい。
【００３９】
先ずωの周波数成分は、以下のようになる。
〈数６〉
(Ａ／２)sin(ωt＋θ１＋φ)・(Ｂ／２)cos(ωt＋θ２＋φ)
＝(Ａ・Ｂ／８)｛sin(θ１−θ２)＋sin(２ωt＋θ１＋θ２＋２φ)｝・・・・・  (９)
第２項は平均ゼロとなる。
【００４０】
ω＋Ｗの周波数成分は、以下のとおりである。第２項は平均ゼロになる。
〈数７〉
(Ｂ／４)｛cos(ωt＋Ｗt＋α＋θ２＋φ)・(Ａ／４)sin(ωt＋Ｗt＋α＋θ１＋φ)｝
＝(Ａ・Ｂ／３２)｛sin(θ１−θ２)＋sin(２ωt＋２Ｗt＋２α＋θ１＋θ２＋２φ)｝・・・・・  (１０)
【００４１】
ω−Ｗの周波数成分は、以下のとおりである。この第２項も平均ゼロとなる。
〈数８〉
(Ｂ／４)｛cos(ωt−Ｗt−α＋θ２＋φ)・(Ａ／４)sin(ωt＋Ｗt＋α＋θ１＋φ)｝
＝(Ａ・Ｂ／３２)｛sin(θ１−θ２)＋sin(２ωt−２Ｗt−２α＋θ１＋θ２＋２φ)｝・・・・・  (１１)
【００４２】
ω±２Ｗの周波数成分はＢＩ存在しないので、平均はゼロとなる。
【００４３】
〈数９〉
ω＋３Ｗの周波数成分は、以下のとおりである。第２項は平均ゼロとなる。
−(Ｂ／４)cos(ωt＋３Ｗt＋α＋θ２＋φ)(−Ａ／４)sin(ωt＋３Ｗt＋α＋θ１＋φ)
＝(Ａ・Ｂ／３２)｛sin(θ１−θ２)＋sin(２ωt−６Ｗt＋２α＋θ１＋θ２＋２φ)｝・・・・・  (１２)
【００４４】
ω−３Ｗの周波数成分は、以下のとおりである。第２項も平均ゼロとなる。
〈数１０〉
−(Ｂ／４)cos(ωt−３Ｗt−α＋θ２＋φ)(−Ａ／４)sin(ωt−３Ｗt−α＋θ１＋φ)
＝(Ａ・Ｂ／３２)｛sin(θ１−θ２)＋sin(２ωt−６Ｗt−２α＋θ１＋θ２＋２φ)｝・・・・・  (１３)
【００４５】
ω±４Ｗの周波数成分は、被復調信号ＡＩに存在しないので平均はゼロとなる。
【００４６】
このように、復調信号ＡＩとＢＩの掛け合わせた結果Ｍの平均値は数式(９)から(１３)の和の平均値であり、sin(θ１−θ２)に比例している。従って、位相差をこの値から算出できる。
こうして、バンドパスフィルタの位相変化φが復調信号ＡＩとＢＩの掛け合わせた結果Ｍの平均値には含まれていないので、結果的にはバンドパスフィルタ１４の位相特性は影響しないことが証明される。
【００４７】
このようにして、直交する２つの識別信号Ｆ１，Ｆ２により入力信号Ａ，Ｂを各々変調し、バンドパスフィルタ１４を通した後、元の識別信号Ｆ１，Ｆ２で復調すると、２つの被復調信号ＡＩ，ＢＩは、上記の(７)の被復調信号ＡＩ，(８)の被復調信号ＢＩのように復元できることがわかる。すなわち、各被復調信号ＡＩ，ＢＩは独立性を持つことが証明される。
【００４８】
なお、識別信号Ｆ１＝sin(Ｗt)と識別信号Ｆ２＝(２Ｗt＋α)はその積Ｆ１・Ｆ２が下記式で表されることから、その平均値はゼロとなることがわかる。すなわち、識別信号Ｆ１，Ｆ２は直交している信号であることが証明される。
〈数１１〉
Ｆ１・Ｆ２＝sin(Ｗt)・(２Ｗt＋α)
＝(１／２)｛cos(Ｗt＋α)−cos(３Ｗt＋α)｝
【００４９】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態に係る位相比較装置３００の構成図である。
本実施の形態における位相比較装置３００は、第１実施形態に係る位相比較装置１００の信号処理器１，２で行う処理をさらに具現化した一例である。第２実施形態は、周波数変換せずに位相比較した例であったが、第３実施形態は、入力信号を直接的に位相比較しないで局部発信器による局部発振信号を用いて入力信号を周波数変換してから位相比較を間接的にするものである。
【００５０】
本実施形態に係る位相比較装置３００は、第１実施形態の位相比較装置と同様に、信号処理器２１，２２と、加算器２３と、バンドパスフィルタ２４と、復調器２５，２６と、位相比較器２７とを備えたものであり、局部発振器２８を更に備え、信号処理器２１は識別信号生成器２１ａと変調器２１ｂとミキサ２１ｃより構成し、信号処理器２２は識別信号生成器２２ａと変調器２２ｂとミキサ２２ｃより構成したものである。
なお、加算器２３とバンドパスフィルタ２４と復調器２５，２６と位相比較器２７は、第１の実施形態の加算器３とバンドパスフィルタ４と、復調器５，６と位相比較器７に対応したものである。
【００５１】
識別信号生成器２１ａ，２２ａは、互いに直交して異なる信号の識別信号Ｆ１，Ｆ２を生成するものである。変調器２１ｂ，２２ｂは、識別信号Ｆ１，Ｆ２で局部発振信号ＬＯを変調して変調した局部発振信号ＦＭ１，ＦＭ２を生成するものである。ミキサ２１ｃ，２２ｃは、変調した局部発振信号ＦＭ１，ＦＭ２と高周波入力信号Ａ，Ｂを混合して低い周波数に変換して被変調信号ＡＭ，ＢＭを生成するものである。局部発振器２８は、局部発振信号ＬＯを生成するものである。
【００５２】
次に、本実施形態の位相比較装置３００の動作について図３を参照しながら説明する。
高周波入力信号Ａが信号処理器２１に入力されると変調器２１ｂは、識別信号生成器２１ａで生成された識別信号Ｆ１で局部発振器２８からの局部発振信号ＬＯを変調して局部発振信号ＦＭ１を生成する。一方、高周波入力信号Ｂが信号処理器２２に入力されると変調器２２ｂは、識別信号生成器２２ａで生成された識別信号Ｆ２で局部発振器２８からの局部発振信号ＬＯを変調して局部発振信号ＦＭ２を生成する。
【００５３】
変調された局部発振信号ＦＭ１，ＦＭ２は、ミキサ２１ｃ，２２ｃに送られる。これを受けたミキサ２１ｃは、変調された局部発振信号ＦＭ１と高周波入力信号Ａを混合し周波数変換をして被変調信号ＡＭを生成する。同様に、ミキサ２２ｃも変調された局部発振信号ＦＭ２と高周波入力信号Ｂを混合し周波数変換をして被変調信号ＢＭを生成する。
【００５４】
被変調信号ＡＭ，ＢＭは、加算器２３で加算されて１つの合成信号Ｋとなる。その後、合成信号Ｋは、第１の実施形態と同様に単一のバンドパスフィルタ２４を通りフィルタリングされて合成信号Ｋ１として出力される。
【００５５】
出力後の合成信号Ｋ１は、復調器２５，２６の両方に送られる。これを受けた復調器２５は、信号処理器２１の識別信号生成器２１ａにより生成された識別信号Ｆ１を用いて合成信号Ｋ１を復調して被復調信号ＡＩを生成する。一方、復調器２６は、信号処理器２２の識別信号生成器２２ａにより生成された識別信号Ｆ２を用いて合成信号Ｋ１を復調して被復調信号ＢＩを生成する。
最後に、復調された被復調信号ＡＩ，ＢＩは、位相比較器２７に送られて位相比較がなされる。
【００５６】
本実施形態における位相比較装置３００は、ミキサ２１ｃ，２２ｃに入れる局部発振信号ＬＯを互いに直交する識別信号Ｆ１，Ｆ２を用いて変調をし、この変調された局部発振信号ＦＭ１，ＦＭ２にて高周波入力信号Ａ，Ｂを周波数変換してから合成(加算)して１つのバンドパスフィルタ２４を通した後、元の識別信号Ｆ１，Ｆ２で復調することで、第２の実施形態と同様に、バンドパスフィルタ２４の影響を受けないで復調した被復調信号ＡＩ，ＢＩの正確な位相差を求めることができる。
【００５７】
上述の第２実施形態及び第３実施形態における識別信号Ｆ１，Ｆ２では、正弦波を用いて変調及び復調方法を説明したが、他の例として周期が２：１の２つの矩形波を用いた場合の方法について図４を参照しながら説明する。
【００５８】
図示される矩形波の例においては、変調は、識別信号のＦ１，Ｆ２が“１”のときは信号に“１”を掛け、“−１”のときは信号に“−１”を掛ける。識別信号Ｆ１とＦ２を続けて掛けると元の信号は、長い周期の前半と後半で丁度、逆の信号を掛けているので、その平均値は丁度相殺されることとなる。これは、矩形波の識別信号Ｆ１とＦ２が直交していることを意味している。すなわち、識別信号のＦＩとＦ２が直交しているとき、正弦波に識別信号のＦＩとＦ２の矩形波を掛けると、その波形に先の正弦波を掛けたときその平均値はゼロとなる(Ｆ１＊Ｆ２の波形を参照)。
【００５９】
また、順序を逆に識別信号Ｆ２の後に識別信号Ｆ１を掛けても同じ結果になることがわかる。このことは、入力信号Ａを識別信号Ｆ１で変調したものを識別信号Ｆ２で復調しても、入力信号Ａと掛け合わせた平均値はゼロである、ということであり、これは被復調信号ＢＩには、Ａの入力信号が紛れ込まないで復調されるということを意味する。同様に、被復調信号ＡＩには、Ｂの入力信号が紛れ込まないで復調される。従って、変調された被変調信号Ａ１と被変調信号ＢＩの正確な位相比較を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態による位相比較装置を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態による位相比較装置を示すブロック図。
【図３】本発明の第３実施形態による位相比較装置を示すブロック図。
【図４】本発明の変調・復調方法の他の例を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１００，２００，３００    位相比較装置
１，１１，２１    第１信号処理器
２，１２，２２    第２信号処理器
３，１３，２３    加算器
４，１４，２４    バンドパスフィルタ
５，１５，２５    第１復調器
６，１６，２６    第２復調器
７，１７，２７    位相比較器
１１ａ，２１ａ    第１識別信号生成器
１１ｂ，２１ｂ    第１変調器
１２ａ，２２ａ    第２識別信号生成器
１２ｂ，２２ｂ    第２変調器
１８      局部発振器
２１ｃ    第１ミキサ
２２ｃ    第２ミキサ
【図１】
2006333001.tif 000003
【図２】
2006333001.tif 000004
【図３】
2006333001.tif 000005
【図４】
2006333001.tif 000006