(57)【要約】【課題】サブハーモニックミキサーを用いた周波数変換回路において、イメージ信号の除去を確実に行えるようにすること。【解決手段】周波数変換部３０では、受信信号であるＲＦ信号は、位相シフト回路３１によって位相差が９０度である信号ＲＦ１，ＲＦ２に変換され、ミキサー３４ａ，３４ｂによって、信号ＲＦ１，ＲＦ２それぞれに局部発振信号生成部３２によって生成された局部発振信号Ｌｏと乗算（合成）され、ＬＰＦ３５ａ，３５ｂによって、ＲＦ信号と局部発振信号Ｌｏの第Ｎ高調波との差周波数｜ＦＲＦ−ＦＬｏ×Ｎ｜の信号が抽出され、更に、ＰＰＦ３６によってイメージ信号が除去されて、希望周波数のＩＦ信号として出力される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が予め規定された高周波信号の受信信号に局部発振信号を乗算して当該局部発振信号の高調波の周波数と前記高周波信号の周波数との差周波数の信号を取り出す周波数変換回路であって、
前記受信信号の位相を変換して位相差が９０度となる一対の位相差受信信号を生成する位相変換部と、
前記一対の位相差受信信号それぞれに前記局部発振信号を乗算するミキサー部と、
前記ミキサー部の出力信号から前記差周波数の信号成分を抽出するフィルター部と、
前記フィルター部により抽出された信号からイメージ信号を除去するイメージ信号除去回路部と、
を備えた周波数変換回路。
【請求項２】
周波数が予め規定された高周波信号の受信信号の位相を変換することによって、位相差が９０度となる第１の受信信号及び第２の受信信号を生成する位相変換部と、
前記第１の受信信号に局部発振信号を乗算する第１のミキサー部と、
前記第２の受信信号に局部発振信号を乗算する第２のミキサー部と、
前記第１のミキサー部及び第２のミキサー部の出力信号から、前記局部発振信号の高調波の周波数と前記高周波信号の周波数との差周波数の信号成分を抽出するフィルター部と、
前記フィルター部により抽出された信号からイメージ信号を除去するイメージ信号除去回路部と、
を備えた周波数変換回路。
【請求項３】
前記高調波の周波数は、前記局部発振信号のＮ倍（Ｎ≧３）の周波数である請求項１又は２に記載の周波数変換回路。
【請求項４】
前記イメージ信号除去回路部は、ポリフェーズフィルターでなる請求項１〜３の何れか一項に記載の周波数変換回路。
【請求項５】
前記高周波信号は、測位用衛星が発信する衛星信号である請求項１〜４の何れか一項に記載の周波数変換回路。
【請求項６】
請求項５に記載の周波数変換回路を備えた受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変換回路及びこの周波数変換回路を備えた受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スーパーへテロダイン方式の無線通信装置では、ミキサーを用いて、受信信号に、装置内部の局部発振器で生成した局部発振信号（ローカル信号）を乗算（合成）して中間周波数の信号（ＩＦ信号）に変換（ダウンコンバート）する周波数変換が行われる。
【０００３】
この周波数変換を行うことで生じるイメージ信号（局部発振信号の周波数を中心として受信希望信号の周波数と対称の位置の周波数の信号）の除去として、例えば特許文献１のようなポリフェーズフィルターが用いられる。具体的には、受信信号に、互いに位相が９０度異なる二つの局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２それぞれを乗算することで、中間周波数の信号（ＩＦ信号）に変換するとともに、９０度の位相差をもつ直交信号（Ｉ，Ｑ信号）に変換し、変換した直交信号をポリフェーズフィルターに通すことでイメージ信号を除去（キャンセル）する。
【０００４】
イメージ信号の除去を良好に行うためには局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２の位相が正確に９０度ずれている必要がある。実際には、位相シフト回路の回路素子のばらつきなどにより局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２の位相差が正確に９０度にならないことがあるが、例えば±３度程度の許容誤差θがあり、この許容誤差θを満たすように位相シフト回路が構成されていれば良い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９３３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＩＦ信号への周波数変換を行う場合には、受信信号の周波数から中間周波数だけ離れた周波数の局部発振信号Ｌｏを用いるのが一般的である。しかし、受信信号が高周波になればなるほど、局部発振信号Ｌｏも高周波となるため、局部発振器がより高価になったり、電力消費が大きくなるといった問題が生じてくる。そこで、必要な局部発振信号Ｌｏの１／Ｎの発振周波数の局部発振器を用いて、受信信号の周波数と局部発振信号の第Ｎ高調波（Ｎ倍波）との差周波数の信号を得るサブハーモニックミキサーを用いる方式が考えられる。
【０００７】
しかしながら、サブハーモニックミキサーでは、受信信号と局部発振信号Ｌｏの高調波成分（Ｎ倍波）との周波数の差周波数の信号を取り出すため、上述のポリフェーズフィルターを用いたイメージ除去を行う場合、第Ｎ高調波が用いられるとすれば、局部発振信号Ｌｏ１，Ｌｏ２の許容される位相誤差はθ／Ｎとなる。つまり、高調波の次数Ｎが大きくなるほど許容誤差θ／Ｎは小さくなる。例えば、第１１高調波を用いるサブハーモニックミキサーであれば、許容される位相誤差がθ／１１となり、θ＝±３度、とすると、±０．３度以内の位相誤差しか許容されないことになる。このような許容誤差θ／Ｎを満足する位相シフト回路の生成は非常に困難であり、現実的ではない。従って、サブハーモニックミキサーを用いた周波数変換回路において、イメージ信号を確実に除去する方法が求められている。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、サブハーモニックミキサーを用いた周波数変換回路において、イメージ信号の除去を確実に行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための第１の形態は、周波数が予め規定された高周波信号の受信信号に局部発振信号を乗算して当該局部発振信号の高調波と前記高周波信号の周波数との差周波数の信号を取り出す周波数変換回路であって、前記受信信号の位相を変換して位相差が９０度となる一対の位相差受信信号を生成する位相変換部と、前記一対の位相差受信信号それぞれに前記局部発振信号を乗算するミキサー部と、前記ミキサー部の出力信号から前記差周波数の信号成分を抽出するフィルター部と、前記フィルター部により抽出された信号からイメージ信号を除去するイメージ信号除去回路部とを備えた周波数変換回路である。
【００１０】
この第１の形態によれば、高周波信号の受信信号に局部発振信号を乗算して、局部発振信号の高調波と高周波信号の周波数の差周波数の信号を取り出す周波数変換回路において、受信信号の位相を変換して生成された位相差が９０度となる一対の位相差受信信号それぞれに局部発振信号が乗算され、差周波数の信号成分が抽出され、イメージ信号が除去される。
【００１１】
受信信号と局部発振信号の高調波との差周波数の信号を取り出す周波数変換回路（いわゆる、サブハーモニックミキサー）では、局部発振信号の位相を変換して位相差が９０度となる二つの信号を生成する従来の方法を採用すると、許容される局部発振信号の位相差の誤差はθ／Ｎとなり、局部発振信号の高調波の次数Ｎに影響される。これに対して、この第１の形態のように、受信信号の位相を変換して位相差が９０度となる一対の位相差受信信号を生成し、この位相差受信信号それぞれに局部発振信号を乗算することで、位相変換部が生成する位相差受信信号の位相差の許容誤差θは、局部発振信号の高調波（第Ｎ高調波）の次数Ｎに影響されないため、確実なイメージ信号の除去が実現される。
【００１２】
また、第２の形態として、周波数が予め規定された高周波信号の受信信号の位相を変換することによって、位相差が９０度となる第１の受信信号及び第２の受信信号を生成する位相変換部と、前記第１の受信信号に局部発振信号を乗算する第１のミキサー部と、前記第２の受信信号に局部発振信号を乗算する第２のミキサー部と、前記第１のミキサー部及び第２のミキサー部の出力信号から、前記局部発振信号の高調波の周波数と前記高周波信号の周波数との差周波数の信号成分を抽出するフィルター部と、前記フィルター部により抽出された信号からイメージ信号を除去するイメージ信号除去回路部とを備えた周波数変換回路を構成しても良い。
【００１３】
この第２の形態によれば、位相差が９０度となる第１の受信信号及び第２の受信信号それぞれに局部発振信号が乗算され、差周波数の信号成分が抽出され、イメージ信号が除去される。これにより、第１の形態の周波数変換回路と同様に、位相変換部が生成する位相差受信信号の位相差の許容誤差θは、局部発振信号の高調波（第Ｎ高調波）の次数Ｎに影響されないため、確実なイメージ信号の除去が実現される。
【００１４】
また、第３の形態として、第１又は第２の形態の周波数変換回路であって、前記高調波の周波数は、前記局部発振信号のＮ倍（Ｎ≧３）の周波数である周波数変換回路を構成しても良い。
【００１５】
この第３の形態によれば、周波数変換回路では、周波数が局部発振信号のＮ倍（Ｎ≧３）の高調波（第Ｎ高調波）と、受信信号である高周波信号の周波数との差周波数の信号が取り出される。
【００１６】
また、第４の形態として、第１〜第３の何れかの形態の周波数変換回路であって、前記イメージ信号除去回路部は、ポリフェーズフィルターでなる周波数変換回路を構成しても良い。
【００１７】
また、第５の形態として、第１〜第４の何れかの形態の周波数変換回路であって、前記高周波信号は、測位用衛星が発信する衛星信号である周波数変換回路を構成しても良い。
【００１８】
更に、第６の形態として、第５の形態の周波数変換回路を備えた受信装置を構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ＧＰＳ受信装置のブロック構成図。
【図２】周波数変換部のブロック構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、本発明を、測位用衛星の一種であるＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から発信されているＧＰＳ信号（高周波信号）を受信するＧＰＳ受信装置に適用した場合を説明するが、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【００２１】
［構成］
図１は、本実施形態におけるＧＰＳ受信装置１のブロック構成図である。図１に示すように、ＧＰＳ受信装置１は、ＧＰＳアンテナ１０と、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部２０と、ベースバンド部４０とを備えて構成される。
【００２２】
ＧＰＳアンテナ１０は、測位用衛星の一種であるＧＰＳ衛星から発信されているＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号を受信する。なお、ＧＰＳ衛星信号は、ＧＰＳ衛星毎に異なる拡散符号の一種であるＰＲＮ（Pseudo Random Noise）コードで直接スペクトラム拡散方式により変調された１．５７５４２［ＧＨｚ］の通信信号である。ＰＲＮコードは、コード長１０２３チップを１フレームとする繰返し周期１ｍｓの擬似ランダム雑音符号である。
【００２３】
ＲＦ受信回路部２０は、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルター２１と、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）２２と、周波数変換部（周波数変換回路）３０と、増幅部２３と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）２４とを有する。
【００２４】
ＳＡＷフィルター２１は、バンドパスフィルターであり、ＧＰＳアンテナ１０で受信されたＲＦ信号に対して、所定帯域の信号を通過させ帯域外の周波数成分を遮断する。ＬＮＡ２２は、低雑音アンプであり、ＳＡＷフィルター２１から出力されたＲＦ信号を増幅する。
【００２５】
周波数変換部３０は、ＬＮＡ２２から出力されたＲＦ信号に、その周波数ＦＲＦの略１／Ｎの周波数ＦＬｏの局部発信信号Ｌｏを乗算して、該ＲＦ信号を周波数｜ＦＲＦ−ＦＬｏ×Ｎ｜の中間周波数信号（ＩＦ信号）に変換するサブハーモニック方式の周波数変換を行う。本実施形態では、Ｎ≧３、であることとするが、Ｎ≧１０、とすることで、より省電力な局部信号発振器とすることができる。
【００２６】
増幅部２３は、周波数変換部３０から出力されたＩＦ信号を増幅する。ＡＤＣ２４は、増幅部２３から出力されたアナログ信号であるＩＦ信号を、デジタル信号に変換する。
【００２７】
ベースバンド部４０は、ＲＦ受信回路部２０から出力されたＩＦ信号に対する相関処理を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報を取り出し、疑似距離の算出演算や測位演算を行う。
【００２８】
図２は、周波数変換部３０のブロック構成図である。図２に示すように、周波数変換部３０は、位相シフト回路（位相変換部）３１と、局部発振信号生成部３２と、ミキサー３４ａ，３４ｂ（ミキサー部）と、ＬＰＦ３５ａ，３５ｂと、ＰＰＦ（ポリフェーズフィルター）（イメージ信号除去回路）３６とを備えて構成される。
【００２９】
位相シフト回路３１は、入力されるＲＦ信号の位相を変換し、その位相差が９０度となる一対の位相差受信信号（直交信号）を生成する。この位相シフト回路３１は、例えばＲＣフィルター（ＨＰＦ及びＬＰＦ）によって実現され、ＲＦ信号の位相を４５度進めた信号ＲＦ１と、位相を４５度遅らせた信号ＲＦ２とを生成することで、位相差が９０度となる２つの信号ＲＦ１，ＲＦ２を生成する。
【００３０】
局部発振信号生成部３２は、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）等の発振器を有し、受信されるＲＦ信号の周波数ＦＲＦの略１／Ｎの周波数ＦＬｏの局部発振信号（ローカル信号）Ｌｏを生成する。より具体的には、｜ＦＲＦ−ＦＬｏ×Ｎ｜＝中間周波数、を満たす周波数ＦＬｏの局部発振信号Ｌｏを生成する。ＧＰＳ受信装置１は、ＧＰＳ衛星信号という１波のみを受信するため、局部発振信号生成部３２も１波のみを生成すれば良い。このため、高精度な周波数を、少ない電力消費で生成することができる。
【００３１】
ミキサー３４ａ，３４ｂは、位相シフト回路３１から出力された信号ＲＦ１，ＲＦ２それぞれに対して、局部発振信号生成部３２によって生成された局部発振信号Ｌｏを乗算（合成）する。このミキサー３４ａ，３４ｂは、例えばギルバート・セル・ミキサーで実現され、位相シフト回路３１から出力された信号ＲＦ１，ＲＦ２それぞれが、前段の差動増幅回路３３ａ，３３ｂによって差動形式の信号に変換されて入力される。すなわち、ミキサー３４ａは、位相シフト回路３１から出力された信号ＲＦ１の差動信号（原信号ＲＦ１＋及び反転信号ＲＦ１−）それぞれに、局部発振信号Ｌｏを乗算（合成）した信号（Ｉ信号）を生成する。また、ミキサー３４ｂは、位相シフト回路３１から出力された信号ＲＦ２の差動信号（原信号ＲＦ２＋及び反転信号ＲＦ２−）それぞれに、局部発振信号Ｌｏを乗算（合成）した信号（Ｑ信号）を生成する。
【００３２】
また、ミキサー３４ａ，３４ｂはサブハーモニックミキサーとして用いるため、このミキサー３４ａ，３４ｂそれぞれから出力される信号には、ＲＦ信号と局部発振信号Ｌｏの第Ｎ高調波との差周波数｜ＦＲＦ−ＦＬｏ×Ｎ｜の信号が含まれている。
【００３３】
ＬＰＦ３５ａ，３５ｂは、それぞれ、ミキサー３４ａ，３４ｂから出力される信号に対して、ＲＦ信号と局部発振信号Ｌｏの第Ｎ高調波との差周波数｜ＦＲＦ−ＦＬｏ×Ｎ｜の成分を含む低帯域の信号を通過させ、帯域外の周波数成分を遮断する。このＬＰＦ３５ａ，３５ｂにより、ミキサー３４ａ，３４ｂそれぞれの出力信号から希望のＩＦ信号が抽出される。すなわち、ＬＰＦ３５ａによってＩＦ信号の同相成分信号（Ｉ信号）が抽出され、ＬＰＦ３５ｂによって、ＩＦ信号の直交成分信号（Ｑ信号）が抽出される。
【００３４】
ＰＰＦ（ポリフェーズフィルター）３６は、ＬＰＦ３５ａ，３５ｂから出力されたＩＦ信号からイメージ信号を除去する。このＰＰＦ３６は、４相のＲＣフィルターであり、位相が９０度ずつずれた４つの信号が入力される。すなわち、ＬＰＦ３５ａからのＩ信号の差動信号Ｉ＋，Ｉ−と、ＬＰＦ３５ｂからのＱ信号の差動信号Ｑ＋，Ｑ−とが入力される。
【００３５】
なお、本実施形態では、周波数変換部３０において利用する局部発振信号Ｌｏの高調波は第３高調波以上（Ｎ≧３）が好適であり、第１０高調波以上（Ｎ≧１０）とすればより好適である。すなわち、局部発振信号生成部３２が有する発振器（局部発振器）の発振周波数が、より低い周波数となり、電力消費が少なくて済むからである。
【００３６】
また、本実施形態はＧＰＳ受信装置であり、受信する周波数は１種類（１．５７５４２［ＧＨｚ］）である。このため、局部発振器に要求される発振周波数も１種類である。サブハーモニックミキサーを利用する受信装置では、局部発振信号Ｌｏの高調波を利用するため、局部発振器の精度が重要である。複数種類の周波数の受信を前提とした受信装置では、受信周波数それぞれに応じた高精度の発振周波数が必要である。しかし、本実施形態では、予め定められた１種類の局部発振周波数があれば良いため、複数種類の周波数を受信する受信装置と比較して構成が容易である。
【００３７】
［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、ＧＰＳ受信装置１の周波数変換部３０では、受信信号であるＲＦ信号が、位相シフト回路３１によって位相差が９０度である信号ＲＦ１，ＲＦ２に変換される。そして、ミキサー３４ａ，３４ｂによって、信号ＲＦ１，ＲＦ２それぞれに局部発振信号生成部３２によって生成された局部発振信号Ｌｏと乗算（合成）される。次に、ＬＰＦ３５ａ，３５ｂによって、ＲＦ信号と局部発振信号Ｌｏの第Ｎ高調波との差周波数｜ＦＲＦ−ＦＬｏ×Ｎ｜の信号が抽出される。更に、ＰＰＦ３６によってイメージ信号が除去されて、希望周波数のＩＦ信号として出力される。
【００３８】
つまり、従来のように、局部発振信号Ｌｏではなく、受信信号であるＲＦ信号の位相を変換して位相差が９０度の信号ＲＦ１，ＲＦ２を生成し、この信号ＲＦ１，ＲＦ２それぞれに局部発振信号Ｌｏを乗算することでＩ，Ｑ信号に分離しているため、位相シフト回路３１に要求される許容誤差θは、局部発振信号Ｌｏの高調波の次数Ｎに影響されず、サブハーモニックミキサーにおける確実なイメージ除去が実現される。
【００３９】
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【００４０】
（Ａ）位相シフト回路３１
例えば、上述の実施形態では、位相シフト回路３１は、ＲＦ信号の位相を４５度進めた信号ＲＦ１と４５度遅らせた信号ＲＦ２とを生成することで、位相差が９０度となる信号ＲＦ１，ＲＦ２を生成することとしたが、例えば、位相を９０度遅らせた信号を生成するなど、互いに位相が９０度異なる２つの信号が生成できれば良い。
【００４１】
（Ｂ）ミキサー３４ａ，３４ｂ
また、上述の実施形態では、ミキサー３４ａ，３４ｂはギルバード・セル・ミキサーとしたが、例えばダブル・バランス型のミキサーなど、サブハーモニックミキサーであれば何れでも良い。
【００４２】
（Ｃ）受信装置
また、上述の実施形態では、ＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信装置としたが、例えばＧＬＯＮＡＳＳ（GLObal Navigation Satellite System）といった他の衛星測位システムにおける衛星信号を受信する受信装置にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  ＧＰＳ受信装置、１０  ＧＰＳアンテナ、２０  ＲＦ受信回路部、２１  ＳＡＷフィルター、２２  ＬＮＡ、２３  増幅部、２４  ＡＤＣ、３０  周波数変換部、３１  位相シフト回路、３２  局部部発振信号生成部、３３ａ，３３ｂ  差動増幅回路、３４ａ，３４ｂ  ミキサー、３５ａ，３５ｂ  ＬＰＦ、３６  ＰＰＦ、４０  ベースバンド部
【図１】
2011114792.tif 000003
【図２】
2011114792.tif 000004