(57)【要約】【課題】  低コストで小型の周波数変換装置および信号処理方法を提供する。【解決手段】  ９０度ハイブリッドＨ１で分離された入力信号をミキサＭ１、Ｍ２でそれぞれ周波数変換し、ミキサＭ１の出力を増幅器Ａ１とカプラＣ１を介して９０度ハイブリッドＨ２へ入力し、ミキサＭ２の出力を１８０°遅延線Ｄ１を介して９０度ハイブリッドＨ２へ入力してイメージｆｉのみ取り出し、このイメージｆｉを増幅器Ａ２で増幅した信号と、１８０°の遅延線Ｄ２を介したミキサＭ１からの出力信号、即ち、逆相のイメージｆｉと所要信号ｆｓとをカプラＣ２へそれぞれ入力しイメージｆｉを除去して希望の周波数に変換された所要信号ｆｓを取り出す。【選択図】  図１
2008048343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の９０度ハイブリッドに入力された信号の分岐出力をそれぞれのミキサで周波数変換し、前記各ミキサの出力信号を第２の９０度ハイブリッドで合波して出力する周波数変換装置において、
第１の９０度ハイブリッドと、
前記第１の９０度ハイブリッドに入力された信号の出力の一方が入力される第１のミキサと、
前記第１のミキサの出力を振幅調整して出力する第１の増幅手段と、
前記第１の９０度ハイブリッドの出力の他方が入力される第２のミキサと、
前記第２のミキサの出力に接続される第１の１８０度遅延手段と、
前記第１、第２のミキサからの所要波成分を除去し、イメージ成分を取り出す位相関係で前記第１の１８０度遅延手段の出力が一方の入力端子へ入力され、前記第１の増幅手段の出力が分配出力手段を介して他方の入力端子へ入力される第２の９０度ハイブリッドと、
前記分配手段の他方から出力される信号の出力の振幅調整を行う第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段の出力に接続される第２の１８０度遅延手段と、
一方の入力端子へ前記第２の９０度ハイブリッドの出力が接続され、他方の入力端子へ前記第２の１８０度遅延手段の出力が接続され、両入力端子への入力を合波して出力するカプラ手段とを備え、
前記変換された信号の所要波成分を取り出すことを特徴とする周波数変換装置。
【請求項２】
第１の９０度ハイブリッドに入力された局部発振信号の分岐出力をそれぞれのミキサへ出力し、前記各ミキサへ共通に入力される信号を周波数変換した前記各ミキサの出力信号を第２の９０度ハイブリッドで合波して出力する周波数変換装置において、
第１の９０度ハイブリッドと、
前記第１の９０度のハイブリッドに入力された局部発振信号の出力の一方が入力される第１のミキサと、
前記第１のミキサの出力を振幅調整して出力する第１の増幅手段と、
前記第１の９０度ハイブリッドの出力の他方が入力される第２のミキサと、
前記第２のミキサの出力に接続される第１の１８０度遅延手段と、
前記第１、第２のミキサからの所要波成分を除去し、イメージ成分を取り出す位相関係で前記第１の１８０度遅延手段の出力が一方の入力端子へ入力され、前記第１の増幅手段の出力が分配出力手段を介して他方の入力端子へ入力される第２の９０度ハイブリッドと、
前記分配手段の他方から出力される信号の出力の振幅調整を行う第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段の出力に接続される第２の１８０度遅延手段と、
一方の入力端子へ前記第２の９０度ハイブリッドの出力が接続され、他方の入力端子へ前記第２の１８０度遅延手段の出力が接続され、両入力端子への入力を合波して出力するカプラ手段とを備え、前記変換された信号の所要波成分を取り出すことを特徴とする周波数変換装置。
【請求項３】
２つの９０度ハイブリッドと、共通の局部発振信号が入力される２つのミキサとを備える周波数変換装置において、
第１の９０度ハイブリッドと、
前記第１の９０度ハイブリッドに入力された信号の０度位相出力端子が入力端子に接続される第１のミキサと、
前記第１のミキサの出力を振幅調整して出力する第１の増幅手段と、
前記第１の９０度ハイブリッドの９０度位相出力端子が入力端子へ接続される第２のミキサと、
前記第２のミキサの出力端子に入力端子が接続される第１の１８０度遅延手段と、
前記第１の１８０度遅延手段の出力が９０度位相の入力端子へ入力され、前記第１の増幅手段の出力が分配出力手段を介して０度位相の入力端子へ入力される第２の９０度ハイブリッドと、
前記分配手段の他方から出力される信号の出力の振幅調整を行う第２の増幅手段と、
前記第２の増幅手段の出力端子に入力端子が接続される第２の１８０度遅延手段と、
一方の入力端子が前記第２の９０度ハイブリッドの出力端子に接続され、他方の入力端子が前記第２の１８０度遅延手段の出力が接続され、両入力端子への入力を合波して出力するカプラ手段とを備えることを特徴とする周波数変換装置。
【請求項４】
前記第１および第２の増幅器は、
前記入力される信号をフィードフォワード補償するための補正手段を備える事を特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の周波数変換装置。
【請求項５】
上記周波数変換装置は、半導体部品と分布定数回路により同一基板上に集成された事を特徴とする請求項１乃至３のうち、何れか１つに記載の周波数変換装置。
【請求項６】
第１の９０度ハイブリッドに入力された信号の分岐出力をそれぞれのミキサで周波数変換し、前記各ミキサの出力信号を第２の９０度ハイブリッドで合波した信号を出力する周波数変換装置の信号処理方法において、
第１の前記ミキサから周波数変換された所要波成分とイメージ成分とを取り出し、
前記第２の９０度ハイブリッドの９０度位相出力側に接続される第２の前記ミキサの出力に第１の１８０度遅延手段を挿入することにより前記第２の９０度ハイブリッドからの出力をイメージ成分となし、
前記第１のミキサから取り出された前記所要波成分とイメージ成分とを第２の１８０度遅延手段を介して出力して前記第２の９０度ハイブリッドからのイメージ成分と合波することによりイメージ成分が除去された所要波成分の周波数変換信号を取り出すことを特徴とする周波数変換装置の信号処理方法。
【請求項７】
２つの９０度ハイブリッドと、共通の局部発振信号が入力される２つのミキサと、２つの１８０度遅延手段と、２つの増幅手段と、分岐手段と、カプラとを備える周波数変換装置の信号処理方法において、
第１の前記９０度ハイブリッドは周波数変換される信号が入力され、一方の出力を第１の前記ミキサへ出力し、他方の位相９０度出力を第２の前記ミキサへ出力し、
前記第１のミキサは、前記入力される信号を第２の前記ミキサと共通に入力される局部発振信号により周波数変換をした第１の変換信号を前記第１の増幅手段を介して前記分岐手段の入力端子へ入力し、
前記分岐手段の出力端子の一方は、前記カプラの一方の入力端子との間に接続される前記第１の１８０度遅延手段の入力へ接続され、前記分岐手段の出力端子の他方は第２の前記ハイブリッドの１方の入力へ接続され、
前記第２のミキサは、前記局部発振信号により周波数変換した第２の変換信号を第２の前記１８０度遅延手段を介して第２の前記ハイブリッドの他方の９０度位相入力へ出力し、
前記第２の９０度ハイブリッドは、入力される前記第１、第２の変換信号のイメージ成分を前記第２の前記増幅手段を介してカプラの他方の入力端子へ入力し、
前記カプラは、前記第２の１８０度の遅延手段と前記第２の９０度ハイブリッドとから入力されるイメージ成分を逆相で打ち消すことにより前記第１の変換信号の所要成分を出力することを特徴とする周波数変換装置の信号処理方法。
【請求項８】
２つの９０度ハイブリッドと、周波数変換される同じ信号が入力される２つのミキサと、２つの１８０度遅延手段と、２つの増幅手段と、分岐手段と、カプラとを備える周波数変換装置の信号処理方法において、
第１の前記９０度ハイブリッドは、局部発振信号が入力されて一方の出力を第１の前記ミキサへ出力し、他方の位相９０度出力を第２の前記ミキサへ出力し、
前記第１のミキサは、前記入力される局部発振信号を第２の前記ミキサと共通に入力される前記信号を周波数変換をした第１の変換信号を前記第１の増幅手段を介して前記分岐手段の入力端子へ入力し、
前記分岐手段の出力端子の一方は、前記カプラの一方の入力端子との間に接続される前記第１の１８０度遅延手段の入力へ接続され、前記分岐手段の出力端子の他方は第２の前記ハイブリッドの１方の入力へ接続され、
前記第２のミキサは、前記第１の前記９０度ハイブリッドの位相９０度から入力される局部発振信号によって前記信号を周波数変換した第２の変換信号を第２の前記１８０度遅延手段を介して第２の前記ハイブリッドの他方の９０度位相入力へ出力し、
前記第２の９０度ハイブリッドは、入力される前記第１、第２の変換信号のイメージ成分を前記第２の前記増幅手段を介してカプラの他方の入力端子へ入力し、
前記カプラでは、前記第２の１８０度の遅延手段と前記第２の９０度ハイブリッドとから入力されるイメージ成分が打ち消され、前記第１の変換信号の所要成分が出力される
ことを特徴とする周波数変換装置の信号処理方法。
【請求項９】
前記第１および第２の増幅器は、
前記入力される信号をフィードフォワード補償するための補正手段を備える事を特徴とする請求項７、又は８に記載の周波数変換装置の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波等向けの低歪みの周波数変換装置、および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話システム始め、近年無線通信システムは無線電波の周波数がギガヘルツ（ＧＨｚ）オーダになり無線信号は広帯域性とともに低歪みであることが要求される様になった。ＧＨｚオーダの無線電波は、送受信器内では、中間周波数の無線信号として増幅や、変復調処理が行われる。
【０００３】
例えば、受信器では、アンテナが受信した電波は、周波数ミキサ回路によりヘテロダイン変換が行われるが、これに伴い、局部発振信号の周波数および、変換に伴うイメージ信号を不要周波数成分として除去しなければならない。また、送信器においてもイメージ信号を除去し、かつ直線性の良い低歪みの無線電波を送信する必要がある。
【０００４】
従来は、この不要周波数成分を除去するために高価なバンドパスフィルタを用いていたが回路が大型化することもあり、新たにＩＲＭ（Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｉｘｅｒ）と呼ばれる回路技術により、不要周波数成分を安価に除去する方法がとられている（例えば、特許文献１。）。
【０００５】
しかし、このＩＲＭでの不要成分を所望レベルまで引き下げる位相と振幅の微調整を行なう回路と、更にＩＲＭの回路自身と不要成分除去後の信号を増幅する回路における熱特性や経年変化を補正する信号処理回路をそれぞれ設けなければならないので回路規模を小さくすることが困難な問題が有った。
【特許文献１】特開平８−１３０４１６号公報  （第９頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、マイクロ波等の送受信器の周波数変換処理では、小型化を図るＩＲＭ回路でも不要成分を所望レベルまで引き下げる位相と振幅の微調整を行なうために回路規模が大きくなり、更に変換後の信号を増幅する回路自体の熱特性や経年変化を補正する信号処理回路を設けなければならず、回路規模を小さくすることが困難な問題が有った。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、低コストで小型の周波数変換装置および信号処理方法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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の周波数変換装置は、第１の９０度ハイブリッドに入力された信号の分岐出力をそれぞれのミキサで周波数変換し、前記各ミキサの出力信号を第２の９０度ハイブリッドで合波して出力する周波数変換装置において、第１の９０度ハイブリッドと、前記第１の９０度ハイブリッドに入力された信号の出力の一方が入力される第１のミキサと、前記第１のミキサの出力を振幅調整して出力する第１の増幅手段と、前記第１の９０度ハイブリッドの出力の他方が入力される第２のミキサと、前記第２のミキサの出力に接続される第１の１８０度遅延手段と、前記第１、第２のミキサからの所要波成分を除去し、イメージ成分を取り出す位相関係で前記第１の１８０度遅延手段の出力が一方の入力端子へ入力され、前記第１の増幅手段の出力が分配出力手段を介して他方の入力端子へ入力される第２の９０度ハイブリッドと、前記分配手段の他方から出力される信号の出力の振幅調整を行う第２の増幅手段と、前記第２の増幅手段の出力に接続される第２の１８０度遅延手段と、一方の入力端子へ前記第２の９０度ハイブリッドの出力が接続され、他方の入力端子へ前記第２の１８０度遅延手段の出力が接続され、両入力端子への入力を合波して出力するカプラ手段とを備え、前記変換された信号の所要波成分を取り出すことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の周波数変換装置の信号処理方法は、第１の９０度ハイブリッドで分岐される信号を２つのミキサで周波数変換し、前記２つのミキサの出力信号を第２の９０度ハイブリッドで合波して出力する周波数変換装置の信号処理方法において、第１の前記ミキサから周波数変換された所要波成分とイメージ成分とを取り出し、前記第２の９０度ハイブリッドの９０度位相出力側に接続される第２の前記ミキサの出力に第１の１８０度遅延手段を挿入することにより前記第２の９０度ハイブリッドからの出力をイメージ成分となし、前記第１のミキサから取り出された前記所要波成分とイメージ成分とを第２の１８０度遅延手段を介して出力して前記第２の９０度ハイブリッドからのイメージ成分と合波することによりイメージ成分が除去された所要波成分の周波数変換信号を取り出すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低コストで小型の周波数変換装置および信号処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１２】
図１は、本発明の実施例に係わる周波数変換装置の機能構成を説明するブロック図である。  
図１において周波数変換装置は、９０度ハイブリッドＨ１、Ｈ２、ミキサＭ１、Ｍ２、増幅器Ａ１、Ａ２、遅延回路Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、カプラＣ１、Ｃ２とを有している。また、遅延回路Ｄ１、Ｄ２は、１８０°の位相遅れを生じさせるもので有れば、遅延回路に限ることなく位相反転回路であっても良い。
【００１３】
また、各部における所要信号ｆｓ、不要信号成分（イメージ）ｆｉ、局部発振信号ｆＬの関係が模式的に示されている。
【００１４】
なお、増幅器Ａ１、Ａ２は、図１に示されるような増幅回路Ｕと、振幅調整手段Ｒと位相調整手段Ｐとを備えることにより低歪みな動作特性を持つことが望ましい。
【００１５】
図２は、ＩＲＭ（Ｉｍａｇｅ  Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｉｘｅｒ）の動作原理を説明する機能ブロック図である。  
ＩＲＭは、Ｌ、Ｃで構成されるバンドパスフィルタの代わりとなって動作する電子回路であって小型化を図れる効果があり、また、動作周波数の設定変更が容易であり周波数変換装置を集積回路化するのに適している。
【００１６】
図２において、周波数変換は、上記引用文献に有る如く、局部発振（ローカル）信号を９０度ハイブリッドｈ１で位相を９０度ずらした２つの信号に分離し、それぞれミキサＭＸ１、ＭＸ２に入力する。そして、各ミキサＭＸ１、ＭＸ２に共通に入力される入力信号（ここではＩＦ信号とする。）を周波数変換（Ｕ／Ｃ：Ｕｐｐｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  又は  Ｄ／Ｃ：Ｄｏｗｎ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）する。
【００１７】
そして、それぞれの出力を再び９０度ハイブリッドｈ２で合波するとイメージ信号は除去されＲＦ信号に周波数変換された所要信号のみが９０度ハイブリッドｈ２から出力される。簡単に述べれば、２つのミキサで９０°位相をずらして信号を周波数変換し、その変換信号を９０°ハイブリッドで再び混合することによりイメージ信号が除去出来る。以上がバンドバスフィルタに代わり所要波の周波数を取り出すＩＲＭの動作原理であって、ＬＣを使用しないので、小型の安価な周波数変換装置を構成出来る。
【００１８】
実際には、２つのミキサで処理される分離された信号の間では、振幅特性などが揃っていることが必要で有り、ＩＲＭの回路自身でも温度や経年変化に対する振幅や位相の内部補正を行って精確なイメージ除去を図られる。
【００１９】
図３は、バンドパスフィルタまたは、ＩＲＭとフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）補償回路との組み合わせ構成による従来の周波数変換装置の機能ブロック図である。  
図３において、周波数変換装置は、入力信号の周波数変換を行い、イメージ信号が除去された信号を出力するコンバータ部Ｑと、出力信号の歪み成分等を補正する補償処理部Ｆとを備えている。コンバータ部Ｑのイメージ等の不要周波数成分を除去するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）ｂｆは、図２に示されるＩＲＭに置き換えても良い。
【００２０】
また補償処理部Ｆは、コンバータ部Ｑから入力される周波数変換信号の歪み等を補正するフィードフォワード処理を行うもので、デバイダｖ０によって分離された信号の一方を遅延回路ｄ２により１８０°位相を変え、他方の主アンプｕ１で増幅され、カプラｃ１０で分岐された信号と合波器Ｓ１で加算することによりキャリア信号成分を除去して出力する。
【００２１】
このキャリアが除去された信号は副アンプｕ２で温度変化や、経年変化を補正する増幅が行われ、カプラｃ２０の入力端子の一方に入力される。また主アンプｕ１からカプラｃ１０を経た信号も、１８０°の遅延回路ｄ１を介してカプラｃ２０の他方の入力端子に入力される。カプラｃ２０からは、逆相となっている歪み成分が除去される。
【００２２】
以上の方法では、ＩＲＭ方式によるイメージ除去回路を組み合わせて、バンドパスフィルタによる回路規模が節約出来る。しかし、ＩＲＭの処理回路は直線性が良く、振幅、位相特性の揃ったミキサ回路で構成しなければならない。そしてＩＲＭの出力後段で歪み除去を行うＦ／Ｆ回路を設ける２段階の処理が必要となり、回路構成の規模の縮小メリットが小さい。
【００２３】
再び図１へ戻る。図１では、本発明の実施例における周波数変換装置の各部における所要信号ｆｓ、不要信号成分（イメージ）ｆｉ、局部発振信号ｆＬの関係が模式的に書き加えられている。
【００２４】
９０度ハイブリッドＨ１には、入力信号として所要信号ｆｓと不要信号成分ｆｉとが入力され、９０度位相が異なった２つの信号に分離される。そして、一方は、ミキサＭ１、他方はミキサＭ２のそれぞれの信号入力端子へ入力される。ミキサＭ１、Ｍ２へ入力されるｆＬの（局部発振）信号によって、それぞれ周波数変換された所要信号ｆｓとイメージ信号ｆｉとが出力される。周波数変換は、Ｕ／Ｃ、Ｄ／Ｃの何れでも良いが、ここでは、Ｕ／Ｃを例に説明する。
【００２５】
ミキサＭ１の出力は増幅器Ａ１に入り、そこで増幅器Ｕの増幅動作に温度補償や、経年変化が起きないよう振幅や位相調整が行われ、後述の９０度ハイブリッドＨ２で合波される信号との振幅が揃えられた信号がカプラＣ１へ出力される。カプラＣ１の出力は、一方が遅延回路Ｄ２へ、他方が９０度ハイブリッドＨ２の一方の入力端子に接続される遅延ｄの遅延回路Ｄ３へ出力される。
【００２６】
ミキサＭ２の出力は、１８０°の遅延回路Ｄ１を介して９０度ハイブリッドＨ２の他方の入力端子へ接続される。９０度ハイブリッドＨ２へ入力される信号は、遅延線Ｄ３によって正確に（９０°＋１８０°）の位相差を持つように、言い換えれば、９０度ハイブリッドの出力がイメージ成分となるように位相調整が行われる。なお遅延線Ｄ３は、省略されるか、または、１８０°遅延線の遅延量を増減するように位置するものでも良い。
【００２７】
図２のＩＲＭ回路では、ミキサＭＩＸ１、ＭＩＸ２から出力された信号はそのまま９０度ハイブリッドｈ２へ入力される不要信号成分（イメージ）が除去されるが、本発明の実施例では、９０度ハイブリッドＨ２へのミキサＸ１、Ｘ２からの信号入力は、それぞれ等振幅、逆相となるように、増幅器Ａ１、１８０°の遅延回路Ｄ１を介して合波される。その結果、９０度ハイブリッドＨ２からは、イメージｆｉの代わりに所要信号ｆｓが除去された信号が出力される。（図１のループＬ１で示されるルート。）
９０度ハイブリッドＨ２から出力されるイメージｆｉは、９０度ハイブリッドを２つと、１８０°の遅延回路Ｄ１を経由するので、入力に対して３６０°の位相（同位相）で増幅器Ａ２に入力される。そして、予め想定される温度補償や位相歪補正が行われカプラＣ２の入力端子の一方へ入力される。
【００２８】
一方、ミキサＭ１からは所要信号ｆｓとイメージｆｉとが出力され、その出力は更に１８０°の遅延回路Ｄ２を経てカプラＣ２の他方の入力端子へ入力される。この２つの入力信号は、等振幅で位相が逆相になるようにカプラＣ２で合波されるので、イメージｆｉや所要信号ｆｓに付随した歪み成分等がキャンセルされる（図１のループＬ２で示されるルート）。
【００２９】
以上の結果として、本実施例の周波数変換器では、ミキサＸ１とミキサＸ２による周波数変換と、その変換回路のループＬ１と、その出力を利用したループＬ２により歪み補償等のＦ／Ｆ補償とが行われる。
【００３０】
本発明の実施例においては、周波数変換を行うＩＲＭ回路内に１８０°の遅延回路を設けて通常とは反対にイメージｆｓを残し、歪み成分を除去するＦ／Ｆ補償を行うためのループ回路の１８０°の遅延回路によってこのイメージ成分を打ち消すことによりイメージ除去と歪み対策を１つの回路で共用して済ませることが出来るので回路削減効果を大きくしている。
【００３１】
また、上記説明では、入力信号を９０度ハイブリッドで２つの位相が異なる信号に分離しているが、引用例に有る如く入力信号の代わりに局部発振信号を分岐して出力するようにしても動作、効果は同様であることは言うまでもない。
【００３２】
上記の周波数変換装置は、半導体集積回路や回路基板上の誘電体等による分布定数回路等を用い、共通または、同一の部品回路基板上に集成することにより小型に構成出来る。そして、更に他の信号処理の回路部分と共通化出来る事も勿論である。
【００３３】
以上説明した如く、本発明により、低コストで小型の周波数変換装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例に係わる周波数変換装置の機能構成を説明するブロック図。
【図２】ＩＲＭの動作を説明する機能ブロック図。
【図３】バンドパスフィルタとＦ／Ｆ補償回路の組み合わせによるによる周波数変換装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
【００３５】
Ｈ１、Ｈ２  ９０度ハイブリッド
Ｍ１、Ｍ２  ミキサ
Ａ１、Ａ２  増幅器
Ｃ１、Ｃ２  カプラ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３  遅延回路
【図１】
2008048343.tif 000003
【図２】
2008048343.tif 000004
【図３】
2008048343.tif 000005