(57)【要約】【課題】  多段周波数変換を行うミキサそれぞれに狭帯域イメージ抑圧フィルタを用いる必要をなくし、動作自由度を確保する。【解決手段】  実施形態によれば、基準周波数のローカル信号を発生する局部発振器と、前記基準周波数のローカル信号から第１の周波数のローカル信号を生成する第１のシンセサイザと、前記基準周波数のローカル信号から第２の周波数のローカル信号を生成する第２のシンセサイザと、前記第１の周波数のローカル信号及び前記第２の周波数のローカル信号とを加算混合して第３の周波数のローカル信号を生成するミキサと、被周波数変換信号と前記第３の周波数のローカル信号とを混合し、上側ローカル動作させて差成分を抽出する第１の変換手段と、前記第１の変換手段の出力と前記第１の周波数のローカル信号または前記第２の周波数のローカル信号とを減算混合し、下側ローカル動作させて差成分を抽出する第２の変換手段とを具備する。【選択図】図１
2019220793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準周波数のローカル信号を発生する局部発振器と、
前記基準周波数のローカル信号から第１の周波数のローカル信号を生成する第１のシンセサイザと、
前記基準周波数のローカル信号から第２の周波数のローカル信号を生成する第２のシンセサイザと、
前記第１の周波数のローカル信号及び前記第２の周波数のローカル信号とを加算混合して第３の周波数のローカル信号を生成するミキサと、
被周波数変換信号と前記第３の周波数のローカル信号とを混合し、上側ローカル動作させて差成分を抽出する第１の変換手段と、
前記第１の変換手段の出力と前記第１の周波数のローカル信号または前記第２の周波数のローカル信号とを減算混合し、下側ローカル動作させて差成分を抽出する第２の変換手段と
を具備する周波数変換器。
【請求項２】
前記被周波数変換信号が広帯域信号であるとき、前記第１のシンセサイザまたは前記第２のシンセサイザは、ローカル信号の周波数を可変制御する請求項１記載の周波数変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、広帯域受信機または広帯域送信機の信号処理装置に用いられる周波数変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を受信する受信機にあっては、任意の周波数を取り出す際に、複数のミキサによって多段周波数変換を行う周波数変換器に用いられる。この周波数変換器では、それぞれのミキサで受信広帯域ＲＦ（高周波）信号とＬＯ（局発周波数）信号を混合することで、ＩＦ（中間周波数）信号を生成する。ただし、本来得たい周波数、例えば「ＲＦ＋ＬＯ」の変換と同時に不必要なイメージ周波数「ＲＦ−ＬＯ」が同じＩＦ帯に変換されてしまう。このため、個々のミキサの前段に、狭帯域イメージ抑圧フィルタとして機能するＢＰＦ（Band Pass Filter）を置いて、本来得たい周波数だけを通過させ、不必要なイメージ周波数を抑圧するようにしている。しかしながら、この手法では、受信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い受信機となってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９４６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上述べたように、従来の広帯域信号処理装置に用いられる周波数変換器では、被変換周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、動作自由度が制限され、運用上、非常に大きな制約を与えてしまう課題があった。
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、多段周波数変換を行うミキサそれぞれに狭帯域イメージ抑圧フィルタを用いる必要をなくし、動作自由度を確保することのできる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】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本実施形態は、基準周波数のローカル信号を発生する局部発振器と、前記基準周波数のローカル信号から第１の周波数のローカル信号を生成する第１のシンセサイザと、前記基準周波数のローカル信号から第２の周波数のローカル信号を生成する第２のシンセサイザと、前記第１の周波数のローカル信号及び前記第２の周波数のローカル信号とを加算混合して第３の周波数のローカル信号を生成するミキサと、被周波数変換信号と前記第３の周波数のローカル信号とを混合し、上側ローカル動作させて差成分を抽出する第１の変換手段と、前記第１の変換手段の出力と前記第１の周波数のローカル信号または前記第２の周波数のローカル信号とを減算混合し、下側ローカル動作させて差成分を抽出する第２の変換手段とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る周波数変換器の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す周波数変換器の周波数分布を示す図。
【図３】第２の実施形態に係る周波数変換器の構成を示すブロック図。
【図４】図３に示す周波数変換器の周波数分布を示す図。
【図５】第１、第２の実施形態が適用される周波数変換器の構成を示すブロック図。
【図６】図５に示す周波数変換器において、処理内容を説明するための周波数分布図。
【図７】図５に示す周波数変換器に用いられるＰＬＬ回路の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、図５乃至図７を参照して実施形態が適用される周波数変換器の構成を簡単に説明する。
図５は、0.5-3.0GHz帯の広帯域受信機に用いられる一般的な周波数変換器の具体的な構成を示している。この周波数変換器は、局部発振器１１で生成される基準周波数10MHzのローカル信号（ＬＯ）を発振出力する局部発振器１１を備える。この局部発振器１１から出力されるローカル信号は、ワイドバンドシンセサイザ１２、固定出力シンセサイザ１３に入力し、それぞれ第１周波数FLO1=5.0-7.5GHzの可変ローカル信号、第２周波数FL02=4.0GHzの固定ローカル信号に変換する。このとき、不要なイメージ周波数が発生するので、それぞれの出力をＢＰＦ１４，１５に通して目的の周波数成分を抽出し、イメージ周波数成分を抑圧する。
【０００８】
一方、周波数変換器は、アンテナ（図示せず）で捕捉された0.5-3GHz帯の受信信号RFinを低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１６で増幅し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）１７で不要な高調波成分を除去する。続いて、第１ミキサ１８でＢＰＦ１４からの可変ローカル信号と混合してFLO1-FRFin=4.5GHzにアップコンバートし、このときに発生するイメージ周波数をＢＰＦ１９で抑圧する。次に、ＢＰＦ１４の出力を第２ミキサ１ＡでＢＰＦ１５からの固定ローカル信号と混合して(FL01-FL02)-FRFinにダウンコンバートし、このときに発生するイメージ周波数をＢＰＦ１Ｂで抑圧して、目的の0.5GHzの周波数信号を取得する。
【０００９】
上記構成による通常の周波数変換器では、狭帯域イメージ抑圧フィルタが無く（ＬＰＦのみでイメージを抑圧していることから、動作自由度を確保しているが、高性能（低位相雑音＆高周波数精度）なシンセサイザが２回路必要となる。また、ＬＯ１の周波数は受信周波数の約２倍となるため比較的高く、高性能（低位相雑音＆高周波数精度）を実現し難い。
【００１０】
上記構成の周波数変換器における周波数分布は、図６に示すように、ＲＦ受信信号0.5-3.0GHz、ＩＦ信号4.5GHz、可変ＬＯ信号5.1-7.5GHz、固定ＬＯ信号4.5GHz、ＩＦイメージ信号9.5-12.0GHzとなる。
通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を受信する際には、図５で示した周波数変換器によって多段周波数変換を行う必要がある。この周波数変換器の特徴は、広帯域（この例では0.5-3.0GHz）な任意の周波数を取り出すことにある。この場合、受信する周波数帯のイメージ抑圧ＢＰＦは使用を避けたい要求がある。
【００１１】
ミキサにおける周波数変換式は、受信高周波ＲＦ信号±局発周波数＝中間周波数信号である。ここで、本来得たい周波数、例えば「受信高周波ＲＦ信号＋局発周波数」に対して不必要なイメージ周波数「受信高周波ＲＦ信号−局発周波数」が同時に同じ中間周波数信号に変換されてしまう。
【００１２】
不必要なイメージ周波数を受信しないようにするために、本来得たい周波数だけを通過させるＢＰＦをミキサの前段に置く。しかしながら、受信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い受信機となってしまう。
また、上記周波数変換器を用いた受信機構成では、イメージ周波数を非常に高域に移す事ができ、かつ広範囲な任意の周波数に同調して連続的に受信することができる。しかしながら、複数のシンセサイザとミキサが必要であり、特に可変シンセサイザ（LO1）には受信周波数の２倍以上となるような高い周波数が必要とされ、高性能（低位相雑音及び高周波数確度）も必要とされるため、実現が難しい。
【００１３】
上記シンセサイザ１２は、図７に示すように、内部帰還信号と基準周波数10GHzのローカル信号を入力して両者の位相差を検出する位相検出器（ＰＦＤ：Phase Frequency Detector）２１、位相検出器２１の位相差出力を平滑して電圧信号に変換するＬＰＦ（Low Pass Filter）２２、入力電圧に応じて発振周波数を制御するＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）２３、ＶＣＯ出力を１／Ｎの周波数に分周する１／Ｎ分周器（1/N Frequency Divider）２４を備え、ＶＣＯ２３から基準周波数のＮ倍の周波数のローカル信号を出力する。
【００１４】
すなわち、上記構成によるシンセサイザ１２は、基準周波数信号（10MHz）を入力して必要なローカル信号の周波数を分周した信号と比較して位相差が無くなるようＶＣＯを制御している。ここで、シンセサイザ１２から出力されるローカル信号は、基準周波数比の二乗に比例して悪化する。例えば、10MHzから5GHzを得ようとすると(5G／10M)2 ＝250000倍（54dB）も位相雑音が増加（悪化）する。ここで逓倍器で周波数を上げて行く場合においても、同様に位相雑音は増加（悪化）する。このように基準周波数比の高いシンセサイザを低位相雑音で実現して高性能化することは困難である。なお、高性能化の為に多重ループＰＬＬ技術などが存在するが、この場合も複雑かつ高価になることは必然である。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は図５に示した周波数変換器に第１の実施形態を適用した場合の構成を示すブロック図、図２は図１に示す周波数変換器の周波数分布を示す図である。なお、図１において、図５と同一部分には同一符号を付して示す。
図１に示す周波数変換器は、0.5-3.0GHz帯の広帯域受信機に用いられる。この周波数変換器は、基準周波数10MHzのローカル信号（ＬＯ）を発振出力する局部発振器１１を備える。この局部発振器１１から出力される基準周波数のローカル信号は、ワイドバンドシンセサイザ１Ｃ、固定出力シンセサイザ１３に供給される。各シンセサイザ１Ｃ、１３は、それぞれ供給された基準周波数のローカル信号から、第１周波数FLO1=1.0-3.5GHzの可変ローカル信号、第２周波数FL02=4.0GHzの固定ローカル信号に変換する。ここで、上記可変ローカル信号FLO1、固定ローカル信号FLO2はミキサ１Ｄに供給される。このミキサ１Ｄは、供給される可変ローカル信号FLO1、固定ローカル信号FLO2を混合して5.0-7.5GHzを生成する。このとき、ミキサ１Ｄ、固定出力シンセサイザ１３の出力をそれぞれＢＰＦ１Ｅ，１５に通して目的の周波数成分を抽出し、イメージ周波数成分を抑圧する。
【００１６】
一方、周波数変換器は、アンテナ（図示せず）で捕捉された0.5-3GHz帯の受信信号RFinをＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１６で増幅し、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１７で不要な高調波成分を除去する。続いて、第１ミキサ１８でＢＰＦ１Ｅからの可変ローカル信号と混合して(FLO1+FL02)-FRFin=4.5GHzにアップコンバートする。このとき発生するイメージ周波数をＢＰＦ１９で抑圧する。次に、ＢＰＦ１９の出力を第２ミキサ１ＡでＢＰＦ１５からの固定ローカル信号と混合して、[(FL01+FL02)-FRFin]-FLO2=FLO1-FRFinにダウンコンバートする。このとき発生するイメージ周波数をＢＰＦ１Ｂで抑圧して、目的の0.5GHzの周波数信号を取得する。
【００１７】
上記構成の周波数変換器における周波数分布は、図２に示すように、ＲＦ受信信号0.5-3.0GHz、ＩＦ信号4.5GHz、可変ＬＯ信号5.0-7.5GHz、固定ＬＯ信号4.5GHz、ＩＦイメージ信号9.5-12.0GHzとなる。
上記構成による周波数変換器は、狭帯域イメージ抑圧フィルタ無し（ＬＰＦでもよい）でイメージを抑圧することができ、動作自由度を確保することができる。すなわち、初段のローカル信号はLO1とLO2の周波数信号をミキサ１Ｄで加算して生成する（5.0-7.5GHz）。２段目の周波数変換において、初段は上側ローカルを動作させて差成分を抽出し、次段は下側ローカルを動作させて差分成分を抽出させる。これにより、次の周波数変換式  
[(FL01+FL02)-FRFin]-FLO2=FLO1-FRFin 
の通り、固定ローカル信号LO2の存在が消える。結果として、固定ローカル信号LO2の周波数偏差及び位相雑音は、相殺され軽減するまたはほぼ無くすことができる。また、可変ローカル信号LO1の周波数は比較的低いため、高性能化（低位相雑音及び高周波数精度）を実現し易い。
【００１８】
前述のように、通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を受信する受信機では、図１で示した多段周波数変換を行う必要がある。この受信機の特徴は、広帯域（この例では0.5-3.0GHz）から任意の周波数を取り出すことにあり、受信する周波数帯のイメージ抑圧にＢＰＦを用いないことが要望される。
【００１９】
ここで、ミキサにおける周波数変換式は、受信高周波ＲＦ信号±局発周波数＝中間周波数信号であるが、本来得たい周波数が、例えば「受信高周波ＲＦ信号＋局発周波数」であるとき、不必要なイメージ周波数「受信高周波ＲＦ信号−局発周波数」が同時に同じ中間周波数信号に変換されてしまう。
【００２０】
不必要なイメージ周波数を受信しないようにするために、本来得たい周波数だけを通過させるＢＰＦをミキサの前段に置く。しかし、受信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い受信機となってしまう。
そこで、上記周波数変換器では、イメージ周波数を非常に高域に移し、かつ広範囲な任意の周波数に同調して連続的に受信することができるようにした。この構成では、固定ローカル信号（LO2）の存在（影響）を無くすことが可能であり、通常構成で問題となる高い周波数のローカル信号を生成する必要がなく、可変ローカル信号（LO1）で生成する周波数は受信周波数とほぼ同等で済ませることができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
図３は図１に示した受信機対応の周波数変換器を、第２の実施形態として送信機対応の周波数変換器として適用した場合の構成を示すブロック図、図４は図３に示す周波数変換器の周波数分布を示す図である。なお、図３において、図１と同一部分には同一符号を付して示す。
【００２２】
図３に示す周波数変換器は、0.5-3.0GHz帯の広帯域送信機に用いられる。この周波数変換器は、図１と同様に、基準周波数10MHzのローカル信号（ＬＯ）を発振出力する局部発振器１１を備え、基準周波数のローカル信号を、ワイドバンドシンセサイザ１Ｃ、固定出力シンセサイザ１３に供給してそれぞれ第１周波数FLO1=1.0-3.5GHzの可変ローカル信号、第２周波数FL02=4.0GHzの固定ローカル信号に変換し、両ローカル信号FLO1，FLO2をミキサ１Ｄで混合して5.0-7.5GHzを生成し、ミキサ１Ｄ、固定出力シンセサイザ１３の出力をそれぞれＢＰＦ１Ｅ，１５に通して目的の周波数成分を抽出し、イメージ周波数成分を抑圧する。
【００２３】
一方、周波数変換器は、ＩＦ帯0.5GHzの送信信号FIFinをＢＰＦ１Ｆで不要な周波数成分を除去した後、ミキサ１Ｇに供給する。ミキサ１ＧはＩＦ帯送信信号FIFinにＢＰＦ１５から供給される固定ローカル信号FLO2と混合（FLO2+FIFin）して4.5GHzに変換する。この混合信号は、ＢＰＦ１Ｈにより不要波成分が除去されてミキサ１Ｉに供給される。このミキサ１Ｉは、ＢＰＦ１Ｅから供給される可変ローカル信号（FLO1+FLO2）とＢＰＦ１Ｈから供給される送信信号（FLO2+FIFin）とを混合して(FLO1+FL02)-(FL02+FIFin)=(FLO1+FIFin）のＲＦ帯にアップコンバートする。その後、ＲＦ帯に周波数変換された送信信号は、ＬＰＦ１Ｊで不要な高調波成分が除去され、ＨＰＡ（High Power Amplifier）１Ｋで電力増幅されてアンテナ（図示せず）に供給される。
【００２４】
上記構成の周波数変換器における周波数分布は、図４に示すように、ＲＦ送信信号0.5-3.0GHz、ＩＦ信号4.5GHz、可変ＬＯ信号5.0-7.5GHz、固定ＬＯ信号4.5GHz、ＩＦイメージ信号9.5-12.0GHzとなる。
すなわち、上記構成による周波数変換器では、第１の実施形態と同様に、狭帯域イメージ抑圧フィルタを用いずにＬＰＦ機能のみでイメージを抑圧可能とすることで、動作自由度を確保することに特徴がある。
【００２５】
具体的には、後段の可変ローカル信号はFLO1とFLO2の周波数信号を加算して生成する（5.0-7.5GHz）。また、２段の周波数変換において、初段は上側ローカル動作で和成分をＢＰＦ１Ｈで取り出し、後段は下側ローカル動作でＬＰＦ１Ｊで差成分のみを抽出する。これにより、周波数変換式  
(FLO1+FL02)-(FL02+FIFin)=(FLO1+FIFin）  
の通り、固定ローカル信号FLO2の存在が消える。結果として、固定ローカル信号FLO2の周波数偏差及び位相雑音は相殺され、軽減されるまたは無くなるようになる。このときのイメージ周波数は、  
(FLO1+FLO2)+(FLO2+FIFin)=(FLO1+2FLO2+FIFin)=9.5-12GHz  
8+1+0.5=9.5, 8+3.5+0.5=12
また、可変ローカル信号FLO1の周波数は比較的低く、高性能化（低位相雑音＆高周波数精度）を実現し易い。
【００２６】
上記の処理動作における周波数分布は図４に示すようになる。通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を送信する送信機では、図３で示した多段周波数変換を行う必要がある。この送信機の特徴は、広帯域（この例では0.5-3.0GHz）から任意の周波数を選択的に生成することにあり、送信する周波数帯のイメージ抑圧にＢＰＦを用いないことが要望される。
【００２７】
ここで、ミキサにおける周波数変換式は、中間周波数信号±局発周波数＝送信高周波ＲＦ信号であるが、本来得たい周波数が、例えば「中間周波数信号＋局発周波数」であるとき、不必要なイメージ周波数「中間周波数信号−局発周波数」が同時に同じ送信周波数帯に変換されてしまう。
【００２８】
不必要なイメージ周波数を送信しないようにするために、本来得たい周波数だけを通過させるＢＰＦをミキサの後段に置く。しかし、送信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い送信機となってしまう。
そこで、上記周波数変換器では、イメージ周波数を非常に高域に移し、かつ広範囲な任意の周波数に同調して連続的に送信することができるようにした。この構成では、固定ローカル信号（LO2）の存在（影響）を無くすことが可能であり、通常構成で問題となる高い周波数のローカル信号を生成する必要がなく、可変ローカル信号（LO1）で生成する周波数は送信周波数とほぼ同等で済ませることができる。
【００２９】
その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１１…局部発振器、１２…ワイドバンドシンセサイザ、１３…固定出力シンセサイザ、１４，１５…ＢＰＦ、１６…ＬＮＡ、１７…ＬＰＦ、１８…第１ミキサ、１９…ＢＰＦ、１Ａ…第２ミキサ、１Ｂ…ＢＰＦ、１Ｃ…ワイドバンドシンセサイザ、１Ｄ…ミキサ、１Ｅ…ＢＰＦ、１Ｆ…ＢＰＦ、１Ｇ…ミキサ、１Ｈ…ＢＰＦ、１Ｉ…ミキサ、１Ｊ…ＬＰＦ、１Ｋ…ＨＰＡ、２１…ＰＦＤ（位相検出器）、２２…ＬＰＦ、２３…ＶＣＯ、２４…１／Ｎ分周器。
【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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