(57)【要約】【課題】二つの周波数を合成する周波数合成回路および通信装置に関し、不要波を抑圧して装置の小型軽量化を実現すること。【解決手段】バッファ１５はＵＨＦ発振器１１の出力信号をバッファリングしてＨＰＦ１６およびＬＰＦ１７に入力する。増幅器１８はＨＰＦ１６からの出力信号をバッファリングする。増幅器１９はＬＰＦ１７からの出力信号をバッファリングする。送信オフセット発振器１２はオフセット信号を生成する。ミキサ回路２０は、このオフセット信号と増幅器１８，１９からの各出力信号を混合する。バッファ１５からＨＰＦ１６を経て増幅器１８へ至る経路のゲインは、ＨＰＦ１６のゲインとＬＰＦ１７のゲインが同一値になる周波数以上の周波数領域において抑圧される。【選択図】　　　　図１
2004104176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の発振器の出力信号をバッファリングしてハイパスフィルタおよびローパスフィルタに入力する第１のバッファ手段と、
前記ハイパスフィルタからの出力信号をバッファリングする第２のバッファ手段と、
前記ローパスフィルタからの出力信号をバッファリングする第３のバッファ手段と、
発振オフセット信号を生成する第２の発振器と、
該発振オフセット信号と前記第２および第３のバッファ手段からの各出力信号を混合するミキサ手段とを備えた周波数合成回路であって、
前記ハイパスフィルタのゲインと前記ローパスフィルタのゲインが同一値になる周波数以上の周波数領域において、前記第１のバッファ手段から前記ハイパスフィルタを経て前記第２のバッファ手段へ至る経路のゲインを抑圧する手段を備えたことを特徴とする周波数合成回路。
【請求項２】
前記第１の発振器は第１の抵抗を介して前記第１のバッファ手段に接続されることを特徴とする請求項１に記載の周波数合成回路。
【請求項３】
前記第１のバッファ手段の入力端子は、バイポーラトランジスタのべースであることを特徴とする請求項２に記載の周波数合成回路。
【請求項４】
前記ハイパスフィルタは第２の抵抗を介して前記第２のバッファ手段に接続され、前記ローパスフィルタは第３の抵抗を介して前記第３のバッファ手段に接続されることを特徴とする請求項１に記載の周波数合成回路。
【請求項５】
前記第２および第３のバッファ手段の入力端子は、バイポーラトランジスタのべースであることを特徴とする請求項４に記載の周波数合成回路。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の周波数合成回路と、
該周波数合成回路が備える第１の発振器の出力信号と受信信号を掛け合せて受信中間周波信号を生成する第１の混合手段と、
受信発振器手段からの発振信号と前記受信中間周波信号を掛け合せてベースバンドを生成する第２の混合手段と
を備えたことを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数合成回路および通信装置に関し、特に、通信装置において二つの周波数を合成するための周波数合成回路および当該周波数合成回路を備えた通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電波を利用した無線通信では、送信周波数と受信周波数が割り当てられており、送信周波数は、発振器（ＶＣＯ）の周波数を用いて周波数を合成して出力している。
【０００３】
アナログ方式、ディジタル方式など種々のシステムが存在し、各々のシステムに対してＵＨＦ帯を中心に周波数バンドが割り当てられている。これらの周波数バンドは、送信周波数と受信周波数がそれぞれ異なり、さらに、その周波数間隔は、システムにより定められている。また、各送信もしくは受信バンドは、それぞれの通信装置で使用する周波数バンドで分割され、同時に複数の通信装置が使用できるようになっている。
【０００４】
従来の通信装置では、一定周波数範囲の受信バンドの受信信号を受信ミキサ回路にてＵＨＦ帯等の高周波信号と掛け合わせることで、受信中間周波ＩＦ信号に変換している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
ＩＦ信号に変換された信号は通常、受信発振器からの信号でべースバンド信号に変換され、音声信号に変換されることになる。一方、送信系においては、送信オフセット発振器からの信号と高周波発振器からの信号をミキサ回路にて掛け合わせて送信用高周波信号を生成する。
【０００６】
受信信号の受信バンドの周波数範囲ｒｘｆと送信信号の送信バンドの周波数範囲ｔｘｆはシステムにより決定される。例えばＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｅｌｌａｒｐｈｏｎｅ）システムと呼ばれる標準デジタル携帯電話システムの場合には、ｔｘｆは９４０〜９５８ＭＨｚであり、ｒｘｆは８１０〜８２８ＭＨｚである。
【０００７】
ここで、本明細書において、周波数を表わす参照符号にｉを含ませて中間周波信号の周波数を表わすものとすると、ｒｘｉｆには１３０．０５ＭＨｚが使用され、高周波発振器の発信周波数には６７９．９５〜６９７．９５ＭＨｚのＵＨＦ周波数が使用される。送信時にこのＵＨＦ周波数と送信中間周波信号ｔｘｉｆである２６０．０５ＭＨｚの周波数を掛け合わせることで、送信用高周波信号が生成される。ｔｘｉｆは送信オフセット発振器の発振周波数５２０．１０ＭＨｚをｎ分周（ｎ＝２）して生成される。送信オフセット発振器には、ＬＣを用いた共振器を用いている。
【０００８】
このｔｘｆを生成する場合に、発振周波数５２０．１０ＭＨｚをｎ分周（ｎ＝２）した後に、２つの位相シフト回路のいずれかを経てそれぞれ９０度位相が異なる信号を生成する。次に、送信オフセット発振器により２６０．０５ＭＨｚのＮ倍波（Ｎは２以上の整数）を発振させ、２分周または４分周することで９０度位相が異なる２６０．０５ＭＨｚのｔｘｉｆを生成する。このそれぞれ９０度位相が異なる信号をそれぞれ掛け合せることで、ｕｈｆ＋２６０．０５ＭＨｚもしくはｕｈｆ−２６０．０５ＭＨｚの周波数を生成する。
【０００９】
９０度位相が異なるＵＨＦ信号をｕｈｆ（ｉ），ｕｈｆ（ｑ）とし、９０度位相が異なる送信中間周波信号をｔｘｉｆ（ｉ），ｔｘｉｆ（ｑ）とすると、ｔｘｆは下記の式（５）で表わすことができる。ここでは、互いに９０度位相が異なる信号は、位相シフト回路で９０度から位相ずれがなく、また、振幅も同一となっている場合を示す。（１）〜（４）式の第一項が基本波、第二項以降が高調波である。
ｕｈｆ（ｉ）＝α×ｃｏｓ（ｗ１×ｔ）＋α２×ｃｏｓ（２×ｗ１×ｔ）＋…　　（１）
ｕｈｆ（ｑ）＝α×ｓｉｎ（ｗ１×ｔ）＋α２×ｓｉｎ（２×ｗ１×ｔ）＋…　　（２）
ｔｘｉｆ（ｉ）＝β×ｃｏｓ（ｗ２×ｔ）＋β２×ｃｏｓ（２×ｗ２×ｔ）＋…　　（３）
ｔｘｉｆ（ｑ）＝β×ｓｉｎ（ｗ２×ｔ）＋β２×ｓｉｎ（２×ｗ２×ｔ）＋…　　（４）
ｕｈｆ（ｉ）×ｔｘｉｆ（ｉ）−ｕｈｆ（ｑ）×ｔｘｉｆ（ｑ）
＝α×β×（ｃｏｓ（ｗ１×ｔ）ｃｏｓ（ｗ２×ｔ）−ｓｉｎ（ｗ１×ｔ）ｓｉｎ（ｗ２×ｔ））＋…
＝α×β×ｃｏｓ（（ｗ１＋ｗ２）×ｔ）＋…　　　　　　　　　　（５）
（５）式において第一項は基本波であり、第二項以降が高調波を掛け合わせた結果であり、ｎ×ｕｈｆ＋ｍ×ｔｘｉｆで表せる周波数となる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１０−１０７６７６号公報（第８頁左欄段落［００７６］、図４）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、位相シフト回路はローパスフィルタとハイパスフィルタを用いて形成されるため、ＵＨＦ帯の高調波や、周波数合成回路内部のオフセットや線形性に依存する高調波が発生してハイパスフィルタを経由した場合、図６に示すように、使用する周波数ｆｃよりも高い周波数までゲインを持つことで、増幅された高調波がミキサ回路内に入力されることになる。図６において、６１はローパスフィルタの帯域通過特性、６２はハイローパスフィルタの帯域通過特性を示している。
【００１２】
発生したこれらの不要な高調波がハイパスフィルタを通過した場合に、これらの不要高調波は使用する周波数ｆｃよりも増幅されることになる。不要高調波をｆａとすると、図７に示すように、周波数ｆｃの信号と不要高調波ｆａ＝ｎ×ｕｈｆの振幅差Ｖｄｉｆｆは、ハイパスフィルタ通過時には高周波数の方のゲインが大きいことからＶｄｉｆｆが小さくなり、不要高調波が使用する周波数ｆｃの信号に比べて増加してしまうことになる。
【００１３】
このミキサ回路に入力された信号ｆａはｔｘｉｆの高調波と混成され、ｎ，ｍを整数とすると、ｎ×ｕｈｆ＋ｍ×ｔｘｉｆにより決まる周波数が不要波として生成されることになる。特に、ｎとｍの組み合わせによって送信オフセット発振器の周波数に近い周波数の不要波が生成された場合には、送信オフセット発振器の共振周波数に近い周波数が回り込むことで不要波の周波数でも共振が生じ、この結果、不要波が増幅されて生成されてしまうことになる。
【００１４】
例えば、ｕｈｆ＝６９３．４７５ＭＨｚ，ｔｘｉｆ＝２６０．０５のとき、ｎ＝６，ｍ＝１８の組み合わせならば、６×６９３．４７５ＭＨｚ−１８×２６０．０５ＭＨｚ＝５２０．０５ＭＨｚとなり、送信オフセット発振器の周波数５２０．１０ＭＨｚに近い不要波が生成される。
【００１５】
そこで、この周波数の回り込みを防ぐために、送信オフセット発振器をシールドケースで囲んだり、ミキサ回路から離した位置に配置する等の回り込み防止対策を実施する必要があった。しかし、これら離した配置やシールドケースを設けた場合には、通信装置が大型化し、軽量化が困難であるという課題があった。
【００１６】
そこで本発明の目的は、送信バンドと受信バンドの周波数間隔が互いに異なる通信方式の通信装置に使用する周波数合成回路において、不要波生成の抑圧と装置の小型軽量化を両立可能な周波数合成回路および当該周波数合成回路を備えた通信装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の一態様では、第１の発振器の出力信号をバッファリングしてハイパスフィルタおよびローパスフィルタに入力する第１のバッファ手段と、前記ハイパスフィルタからの出力信号をバッファリングする第２のバッファ手段と、前記ローパスフィルタからの出力信号をバッファリングする第３のバッファ手段と、発振オフセット信号を生成する第２の発振器と、該発振オフセット信号と前記第２および第３のバッファ手段からの各出力信号を混合するミキサ手段とを備えた周波数合成回路であって、前記ハイパスフィルタのゲインと前記ローパスフィルタのゲインが同一値になる周波数以上の周波数領域において、前記第１のバッファ手段から前記ハイパスフィルタを経て前記第２のバッファ手段へ至る経路のゲインを抑圧する手段を備えた形態の周波数合成回路を実施した。
【００１８】
また、本発明の他の態様では、上記形態とされた周波数合成回路と、該周波数合成回路が備える第１の発振器の出力信号と受信信号を掛け合せて受信中間周波信号を生成する第１の混合手段と、受信発振器手段からの発振信号と前記受信中間周波信号を掛け合せてベースバンドを生成する第２の混合手段とを備えた形態のる通信装置を実施した。
【００１９】
上記形態とされた本発明に係る周波数合成回路および通信装置によれば、第１のバッファ手段に入った高調波成分も、回路内部で生成された高調波成分も高調波帯域におけるゲインが小さくなるために不要波の生成が抑圧され、ｕｈｆ×ｎ＋ｔｘｉｆ×ｍにおけるｕｈｆ×ｎを小さくすることで、不要波発生が抑圧される作用がある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。
本発明に係る周波数合成回路の一実施形態は、送信部と受信部を備える通信装置の送信部に用いることができる（図２参照）。本実施形態における周波数合成回路１００は、図１に示すように、ＵＨＦ周波数を生成するＵＨＦ発振器（ＶＣＯ）１１，ＵＨＦ発振器１１の発振出力を入力とするバッファ１５、バッファ１５の出力信号から互いに位相が９０度異なる信号を生成するローパスフィルタ１７とハイパスフィルタ１６、両フィルタによりフィルタリングされたそれぞれの信号を増幅する増幅器１８，１９を備え、さらに、送信オフセット発振器１２，送信オフセット発振器１２からの発振信号を入力とするバッファ１３、バッファ出力を分周して互いに位相が９０度異なる２つの信号を生成する２分周器１４、および、２分周器１４からの信号と増幅器１８，１９からのの信号を合成するミキサ回路２０を備えて構成されている。
【００２１】
図１に示した周波数合成回路を試用することで、例えば図２に概略的な構成を示すような送信部（周波数合成回路）１００と受信部２００を持った形態の本発明に係る通信装置を実施することができる。
【００２２】
図２の受信部２００において、アンテナ（図示せず）から受信した受信信号ｒｘｆを帯域フィルタ，ローノイズ増幅器，および帯域フィルタ（各々図示せず）を通して受信ミキサ回路２１に入力し、ここでＵＨＦ発振器１１（図１参照）からのＵＨＦ信号と掛け合わせることで、受信中間周波数ｒｘｉｆに変換している。
【００２３】
受信中間周波数ｒｘｉｆに変換された信号は、帯域フィルタ（図示せず）を通して受信ミキサ回路２３において受信発振器２４からの発振信号と掛け合わせることによってベースバンド信号に変換され、ベースバンド音声信号に変換される。
【００２４】
図１に戻って説明すると、ハイパスフィルタ１６とローパスフィルタ１７には、図３に示すように抵抗Ｒ１，Ｒ２とキャパシタＣ１，Ｃ２を組み合わせた構成を用いることができる。ＵＨＦ信号は使用する周波数が比較的低いために、分周器によってＵＨＦ信号を分周して９０度位相の異なる信号を生成するよりも、ハイパスフィルタ１６とローパスフィルタ１７を組み合わせた図３の構成を採用したほうが回路の消費電流を少なくできる利点がある。
【００２５】
ハイパスフィルタ１６とローパスフィルタ１７に後段の増幅器１８，１９までを組み合わせたゲインについての周波数特性は図６に示す通りになる。ここで、ローパスフィルタ１６とハイパスフィルタ１７のゲインが同一になる周波数ｆｃが通過周波数となるように抵抗Ｒ１，Ｒ２，キャパシタＣ１，Ｃ２の値を調整する。この周波数ｆｃにおいて、信号振幅は、増幅器１８，１９を通過した時に同程度となる。増幅器１８，１９は、ミキサ回路２０に入力する場合に、ある一定以上の大きな振幅まで増幅するとともにバッファ機能を持たせるためのもので、増幅器１８，１９からの両信号に振幅差が生じた場合にも、振幅に影響しないようにミキサ回路２０に入力される。
【００２６】
この９０度位相の異なる２つの信号を掛け合わせることで、増幅器１８，１９からの信号をｕｈｆ（ｉ）、ｕｈｆ（ｑ）とし、２分周器１４からの９０度位相の異なる信号をｔｘｉｆ（ｉ），ｔｘｉｆ（ｑ）とすると、ｔｘｆは下記の式（５）で表わすことができる。（１）〜（４）式の第一項は基本波、第二項以降が高調波を表わす。
ｕｈｆ（ｉ）＝α×ｃｏｓ（ｗ１×ｔ）＋α２×ｃｏｓ（２×ｗ１×ｔ）＋…　　（１）
ｕｈｆ（ｑ）＝α×ｓｉｎ（ｗ１×ｔ）＋α２×ｓｉｎ（２×ｗ１×ｔ）＋…　　（２）
ｔｘｉｆ（ｉ）＝β×ｃｏｓ（ｗ２×ｔ）＋β２×ｃｏｓ（２×ｗ２×ｔ）＋…　　（３）
ｔｘｉｆ（ｑ）＝β×ｓｉｎ（ｗ２×ｔ）＋β２×ｓｉｎ（２×ｗ２×ｔ）＋…　　（４）
ｕｈｆ（ｉ）×ｔｘｉｆ（ｉ）−ｕｈｆ（ｑ）×ｔｘｉｆ（ｑ）
＝α×β×（ｃｏｓ（ｗ１×ｔ）ｃｏｓ（ｗ２×ｔ）−ｓｉｎ（ｗ１×ｔ）ｓｉｎ（ｗ２×ｔ））＋…
＝α×β×ｃｏｓ（（ｗ１＋ｗ２）×ｔ）＋…　　　　　　　　　　（５）
（５）式において第一項は基本波であり、第二項以降が高調波を掛け合わせた結果であり、ｎ×ｕｈｆ＋ｍ×ｔｘｉｆで表せる周波数となる。
【００２７】
上記高調波を抑圧する回路の構成例を図４に示す。図４では、差動増幅器をトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２および負荷抵抗ＲＬ１，ＲＬ２で構成し、両トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタから出力を取り出している。両トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース抵抗Ｒ３，Ｒ４は、この増幅器の周波数特性を劣化させるために挿入されている。
【００２８】
このように周波数特性を劣化されることで高調波抑圧作用を持たせた増幅器は、バッファ１５に用いてもよいし、増幅器１８と１９の両方に用いることもできる。
【００２９】
出力Ｖｏｕｔと入力Ｖｉｎの比は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２の等価ベース抵抗ｒｂｂ’とｇｍ，トランジスタ内部のエミッタおよびコレクタ寄生容量Ｃｊｅ，Ｃｊｃから、下式で表わすことができる。
Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ＝−ｇｍ×ＲＬ／（１＋ｊω×ｒｂｂ’×（Ｃｊｅ＋（１＋ｇｍ×ＲＬ）×Ｃｊｃ））
【００３０】
上式から明らかなように、高周波におけるゲインは、次式で表わされる等価ベース抵抗ｒｂｂ’が大きくなることにより、高周波になるほど周波数特性が劣化することになる。
ｒｂｂ’＝ｒｂｂ＋Ｒ１（またはＲ２）
（ただし、ｒｂｂはトランジスタの内部ベース抵抗である）
【００３１】
また、抵抗Ｒ３，Ｒ４の挿入により、これら抵抗の寄生容量と抵抗値により等価的にローパスフィルタが形成されることとなり、このバッファ回路とハイパスフィルタ１６の組み合わせによりバンドパスフィルタと同様の帯域通過特性を持つことになるため、ＵＨＦ周波数のｎ倍波を抑圧することが可能となる。
【００３２】
このハイパスフィルタ１６を経由したゲインは図５中で参照符号５２を付してその帯域通過特性を示したように、従来と比べて（図６参照）抑圧することができるので、使用する周波数ｆｃの信号に比べて高調波が増加することがない。このため、バッファ１５からハイパスフィルタ１６を経て増幅器１８へ至る経路の近くに送信オフセット発振器１２を配置しても回り込みが発生することがない。したがって、装置の小型化が可能であり、さらに、シールドケースを設ける必要がないことから装置の軽量化を図ることができる。
【００３３】
本実施形態では、送信オフセット発振器１２は２倍の周波数で発振させ、２分周器１４によって２分周して使用すると同時に、９０度位相が異なる信号を生成している。なお、分周比は４分周でもよい。または、ＵＨＦ信号の場合と同様に、ローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせることで、９０度位相が異なる２つの信号を生成する構成とすることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明に係る周波数合成回路および通信装置によれば、不要波の生成が抑圧され、ｕｈｆ×ｎ＋ｔｘｉｆ×ｍにおけるｕｈｆ×ｎが小さくなることで、不用波を抑圧可能なことから、シールド等を実施しなくとも送信オフセット発振器を集積化でき、本発明に係る周波数合成回路を用いて小型軽量の通信装置を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る周波数合成回路の一実施形態の回路図である。
【図２】本発明に係る通信装置の一実施形態の概略的な回路図である。
【図３】本発明に係る周波数合成回路の一実施形態におけるハイパスフィルタおよびローパスフィルタの構成例を示す回路図である。
【図４】本発明に係る周波数合成回路の一実施形態において高調波を抑圧するための増幅回路の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明に係る周波数合成回路の一実施形態における高調波抑圧作用を示す特性図である。
【図６】従来技術の課題を説明するための動作特性図である。
【図７】従来技術の課題を説明するための動作特性図である。
【符号の説明】
１１　ＵＨＦ発振器（ＶＣＯ）
１２　送信オフセット発振器
１３，１５　バッファ
１４　２分周器
１６　ハイパスフィルタ
１７　ローパスフィルタ
１８，１９　増幅器
２０　ミキサ回路
Ｃｊｃ　コレクタ寄生容量
Ｃｊｅ　エミッタ寄生容量
Ｒ３，Ｒ４　ベース抵抗
ＲＬ１，ＲＬ２　負荷抵抗
Ｔｒ１，Ｔｒ２　トランジスタ
Ｖｄｉｆｆ　振幅差
Ｖｉｎ　入力
Ｖｏｕｔ　出力
ｆａ　不要な高調波
ｆｃ　使用する周波数
ｒｘｆ　受信バンド周波数
ｒｘｉｆ　受信中間周波数
ｔｘｆ　送信バンド周波数
【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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