(57)【要約】【課題】  低規模な回路構成で、不要なスプリアスを低減すること。【解決手段】  周波数変換装置１００は、ＳＳＢミキサ１０と、破線で示す信号入力部２０とを含む。信号入力部２０は、第１入力部１２と第２入力部１４とを含む。第１入力部１２は、ＳＳＢミキサ１０の一方の入力端に方形波信号を入力する。第２入力部１４は、第１入力部１２が入力する方形波信号の偶数倍のクロック周波数を有する方形波信号をＳＳＢミキサ１０の他方に入力する。【選択図】  図５
2007067851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号と、第１の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第１の高調波信号とを少なくとも含む第１の信号を入力する第１入力部と、
第１の基本周波数の偶数倍の周波数に相当した第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号と、前記第２の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第２の高調波信号とを含む第２の信号を入力する第２入力部と、
前記第１入力部によって入力された第１の信号と、前記第２入力部によって入力された第２の信号とを重畳するミキサと、
を備え、
前記ミキサは、前記第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、前記第２の高調波信号の周波数とを加減算した周波数へ周波数シフトを実行し、および、当該第１の高調波信号の周波数と、前記第２の基本周波数とを加減算した周波数へ周波数シフトを実行することを特徴とする周波数変換装置。
【請求項２】
第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号と、第１の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第１の高調波信号とを少なくとも含む第１の信号を入力する第１入力部と、
第１の基本周波数の２倍の周波数に相当する第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号と、前記第１の基本周波数の６倍の高調波成分を含む第２の高調波信号とを少なくとも含む第２の信号を入力する第２入力部と、
前記第１入力部によって入力された第１の信号と、前記第２入力部によって入力された第２の信号とを重畳するミキサと、
を備え、
前記ミキサは、前記第１入力部によって入力された第１の信号と、前記第２入力部によって入力された第２の信号とを互いに重畳することによって、少なくとも前記第１の正弦波信号の第１の基本周波数を維持しながら、前記第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、前記第２の基本周波数とを加算して前記第１の基本周波数の５倍の周波数へ周波数シフトを実行することを特徴とする周波数変換装置。
【請求項３】
前記第２入力部は、
前記第１入力部にて入力される第１の信号の周波数を逓倍することによって、前記第１の信号の周波数の偶数倍の周波数を有する信号を生成する周波数逓倍部と、
前記周波数逓倍部における逓倍率を制御する逓倍率制御部と、
を有することを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の周波数変換装置。
【請求項４】
前記第１入力部は、
前記第２入力部にて入力される第２の信号の周波数を分周することによって、第２の信号の周波数が生成される第１の信号の周波数の偶数倍となるように、前記第１の信号を生成する周波数分周部と、
前記周波数分周部における分周率を制御する分周率制御部と、
を有することを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の周波数変換装置。
【請求項５】
前記第１入力部は、
前記第２入力部から入力される第２の信号の周波数をそれぞれ異なる分周率で分周することによって、複数の信号をそれぞれ生成する複数の周波数分周部と、
前記複数の周波数分周部において生成される複数の信号の有するそれぞれの周波数のいずれもが前記第２の信号の周波数の偶数倍となるように、前記複数の周波数分周部におけるそれぞれの分周率を制御する分周率制御部と、
前記複数の周波数分周部によってそれぞれ生成された信号のいずれかを選択して、前記ミキサの一方の入力端に入力させる選択部と、
を有することを特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の周波数変換装置。
【請求項６】
第１の周波数を有する第１の信号を入力する入力部と、
前記入力部によって入力された第１の信号の周波数を１／４に分周して、第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号を生成する第１分周部と、
前記第１分周部によって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号を生成する第２分周部と、
前記第２分周部によって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号を生成する第３分周部と、
前記第１分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号と、前記第３分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する第１ミキサと、
前記第２分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号と、前記第３分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する第２ミキサと、
前記第１ミキサによって重畳された信号と、前記第２ミキサによって重畳された信号と、前記第３分周部によって生成された信号のうち、いずれか１つの信号を第２の信号として選択する選択部と、
前記入力部によって入力された第１の信号と、前記選択部によって選択された第２の信号とを重畳する第３のミキサと、
を備えることを特徴とする周波数変換装置。
【請求項７】
前記ミキサは、シングルサイドバンドミキサであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の周波数変換装置。
【請求項８】
第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号と、第１の基本周波数の３倍の高調波成分を有する第１の高調波信号とを少なくとも含む第１の信号を入力するステップと、
第１の基本周波数の偶数倍の周波数に相当した第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号と、前記第２の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第２の高調波信号とを含む第２の信号を入力するステップと、
前記第１の信号と、前記第２の信号とを重畳するステップと、
を含み、
前記重畳するステップは、前記第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、前記第２の高調波信号の周波数とを加算した周波数へ周波数シフトを実行して出力させ、および、当該第１の高調波信号の周波数と、前記第２の基本周波数とを加算した周波数へ周波数シフトを実行して出力させることを特徴とする周波数変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変換技術に関し、特にスプリアスが多数含まれる信号に対して周波数変換を実行する周波数変換装置および周波数変換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信システムのキャリア周波数を変換する技術として、ミキサを使用する方法がある。ミキサは、周波数の異なる２つの信号を重畳することによって、両者の周波数の和と差の周波数成分を有する信号を発生するものである。通信システムにおいては、ミキサの一方に所定の信号が入力され、他方にキャリア信号が入力される。
【０００３】
一般に、ミキサなどの周波数変換装置の出力には、その増幅素子の非線形性により、所望信号とスプリアスとが混在することとなる。このスプリアスは、周波数変換装置の後段に配置される回路に悪影響を与え、誤動作の原因となることが多い。これを避ける技術として、スプリアスをフィルタで除去する方法がある（たとえば、特許文献１参照。）。また、ＳＳＢミキサ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ  Ｍｉｘｅｒ。）を用いて、スプリアスを低減する方法がある（たとえば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３７４１６６号公報  （第１図）
【特許文献２】特開平１０−１０７６７６号公報  （第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者はこうした状況下、以下の課題を認識するに至った。すなわち、周波数シンセサイザなどにおいてＳＳＢミキサを使用する場合、ＳＳＢミキサの入力端子の前段には分周器が接続されることが多く、これにより、ＳＳＢミキサの入力端子には方形波が入力され、スプリアスを含む信号が出力されるといった課題である。
【０００５】
一般的に、方形波には高調波信号が多く含まれるため、ＳＳＢミキサの出力においてスプリアスが発生する場合が多い。また、ＳＳＢミキサの出力において所望波とスプリアスの周波数とが互いに近接している場合、上述したフィルタによってスプリアスを除去するためには、カットオフ特性が急峻な高次フィルタ、もしくは、Ｑ値の高いＬＣ共振器が使用される。しかし、これらの回路面積は非常に大きいため、回路規模が大きくなってしまう。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＳＳＢミキサの入力端子に方形波が入力される場合においても、回路規模を増大させることなくスプリアスを低減し、後段回路での誤動作を防止できる周波数変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の周波数変換装置は、第１入力部と、第２入力部と、ミキサとを備える。第１入力部は、第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号と、第１の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第１の高調波信号とを少なくとも含む第１の信号を入力する。第２入力部は、第１の基本周波数の偶数倍の周波数に相当した第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号と、第２の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第２の高調波信号とを含む第２の信号を入力する。ミキサは、第１入力部によって入力された第１の信号と、第２入力部によって入力された第２の信号とを重畳する。ミキサは、第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、第２の高調波信号の周波数とを加減算した周波数へ周波数シフトを実行し、および、当該第１の高調波信号の周波数と、第２の基本周波数とを加減算した周波数へ周波数シフトを実行する。ミキサは、シングルサイドバンドミキサであってもよい。
【０００８】
ここで、「加減算」とは、加算もしくは減算することを含む。この態様によると、入力信号の一方の高調波信号と、その高調波成分の偶数倍の成分を有する他方の高調波信号とを重畳することによって、一方の入力信号に含まれる高調波信号を、当該高調波信号の周波数と他方の入力信号に含まれる高調波信号の周波数とを加算もしくは減算した値に相当する周波数にシフトすることができる。すなわち、高調波信号を基本周波数から離れた位置、すなわち、信号帯域外にシフトできる。
【０００９】
本発明の別の態様もまた、周波数変換装置である。この装置は、第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号と、第１の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第１の高調波信号とを少なくとも含む第１の信号を入力する第１入力部と、第１の基本周波数の２倍の周波数に相当する第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号と、第１の基本周波数の６倍の高調波成分を含む第２の高調波信号とを少なくとも含む第２の信号を入力する第２入力部と、第１入力部によって入力された第１の信号と、第２入力部によって入力された第２の信号とを重畳するミキサと、を備える。ミキサは、第１入力部によって入力された第１の信号と、第２入力部によって入力された第２の信号とを重畳することによって、少なくとも第１の正弦波信号の第１の基本周波数を維持しながら、第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、第２の基本周波数とを加算して第１の基本周波数の５倍の周波数へ周波数シフトを実行する。また、第１の基本周波数と、第２の高調波信号の周波数とを加算して、前記第１の基本周波数の７倍の周波数へ周波数シフトを実行してもよい。また、第２の高調波信号の周波数から第１の高調波信号の周波数を減算して、前記第１の基本周波数の３倍の周波数へ周波数シフトを実行してもよい。ミキサは、シングルサイドバンドミキサであってもよい。
【００１０】
この態様によると、入力信号の一方の基本周波数を有する正弦波信号と、その基本周波数の２倍の周波数を有する他方の信号とを重畳することによって、一方の入力信号に含まれる基本周波数を有する正弦波信号をそのまま出力できる。また、入力信号の一方に含まれる３次の高調波成分と、他方の入力信号に含まれる２倍の基本周波数成分、もしくは、６倍の高調波成分とを重畳することによって、第１の信号に含まれる３次の高調波成分の信号の周波数を５倍、もしくは、７倍の周波数成分にできる。なお、高調波信号同士の加減算は、その振幅が非常に小さく、後段回路に影響を与えないため無視できる。
【００１１】
第２入力部は、第１入力部にて入力される第１の信号の周波数を逓倍することによって、第１の信号の周波数の偶数倍の周波数を有する信号を生成する周波数逓倍部と、周波数逓倍部における逓倍率を制御する逓倍率制御部と、を有してもよい。第１入力部は、第２入力部にて入力される第２の信号の周波数を分周することによって、第２の信号の周波数が生成される第１の信号の周波数の偶数倍となるように、第１の信号を生成する周波数分周部と、周波数分周部における分周率を制御する分周率制御部と、を有してもよい。
【００１２】
この態様によると、逓倍率制御部、もしくは、分周率制御部において、周波数逓倍部、もしくは、周波数分周部をそれぞれ制御することによって、第１入力部と第２入力部とにおいてそれぞれミキサに入力する信号の周波数を柔軟に設定できる。
【００１３】
第１入力部は、第２入力部から入力される第２の信号の周波数をそれぞれ異なる分周率で分周することによって、複数の信号をそれぞれ生成する複数の周波数分周部と、複数の周波数分周部において生成される複数の信号の有するそれぞれの周波数のいずれもが第２の信号の周波数の偶数倍となるように、複数の周波数分周部におけるそれぞれの分周率を制御する分周率制御部と、複数の周波数分周部によってそれぞれ生成された信号のいずれかを選択して、ミキサの一方の入力端に入力させる選択部と、を有してもよい。
【００１４】
この態様によると、複数の周波数分周部を設けることによって、第１入力部においてミキサに入力する信号の周波数の選択肢を増やすことができる。
【００１５】
本発明のさらに別の態様もまた、周波数変換装置である。この装置は、入力部と、第１分周部と、第２分周部と、第３分周部と、第１ミキサと、第２ミキサと、選択部と、第３ミキサとを備える。入力部は、第１の周波数を有する第１の信号を入力する。第１分周部は、入力部によって入力された第１の信号の周波数を１／４に分周して、第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号を生成する。第２分周部は、第１分周部によって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号を生成する。第３分周部は、第２分周部によって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号を生成する。第１ミキサは、第１分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号と、第３分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する。第２ミキサは、第２分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号と、第３分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する。選択部は、第１ミキサによって重畳された信号と、第２ミキサによって重畳された信号と、第３分周部によって生成された信号のうち、いずれか１つの信号を第２の信号として選択する。第３ミキサは、入力部によって入力された第１の信号と、選択部によって選択された第２の信号とを重畳する。それぞれのミキサは、シングルサイドバンドミキサであってもよい。
【００１６】
この態様によると、第１のミキサ、もしくは、第２のミキサの一方の入力信号に含まれる高調波信号と、その高調波信号の偶数倍の周波数成分を有する他方の高調波信号とを重畳することによって、第１の信号に含まれる高調波成分の信号の周波数を基本周波数から離れた位置、すなわち、信号帯域外にシフトできる。また、第１のミキサ、もしくは、第２のミキサの入力信号の一方に含まれる基本周波数を有する正弦波信号と、その基本周波数の２倍の周波数を有する他方の信号とを重畳することによって、入力信号に含まれる基本周波数を有する正弦波信号をそのまま出力できる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様は、周波数変換方法である。この方法は、第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号と、第１の基本周波数の３倍の高調波成分を有する第１の高調波信号とを少なくとも含む第１の信号を入力するステップと、第１の基本周波数の偶数倍の周波数に相当した第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号と、第２の基本周波数の３倍の高調波成分に相当した第２の高調波信号とを含む第２の信号を入力するステップと、第１の信号と、第２の信号とを重畳するステップと、を含む。重畳するステップは、第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、第２の高調波信号の周波数とを加算もしくは減算した周波数へ周波数シフトを実行して出力させ、および、当該第１の高調波信号の周波数と、第２の基本周波数とを加算もしくは減算した周波数へ周波数シフトを実行して出力させる。重畳するステップは、出力信号に含まれる２つの周波数成分のうち、一方の周波数成分を除去して出力してもよい。すなわち、重畳するステップは、シングルサイドバンドのみを出力してもよい。
【００１８】
この態様によると、重畳する信号の一方の入力信号に含まれる高調波信号と、その高調波信号の偶数倍の周波数成分を有する他方の高調波信号とを重畳することによって、一方の信号に含まれる高調波成分の信号の周波数を信号帯域外にシフトできる。また、重畳する信号の一方に含まれる基本周波数を有する正弦波信号と、その基本周波数の２倍の周波数を有する他方の信号とを重畳することによって、一方の入力信号に含まれる基本周波数を有する正弦波信号をそのまま出力できる。
【００１９】
本発明の別の態様もまた、周波数変換方法である。この方法は、第１信号を入力するステップと、第２信号を入力するステップと、重畳するステップとを含む。第１信号を入力するステップは、第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号を少なくとも含む第１の信号を入力する。第２信号を入力するステップは、第１の基本周波数の２倍の周波数に相当する第２の基本周波数を有する第２の正弦波信号を少なくとも含む第２の高調波信号とを含む第２の信号を入力する。重畳するステップは、第１入力部によって入力された第１の信号と、第２入力部によって入力された第２の信号とを重畳することによって、少なくとも第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号に相当する信号を出力させる。重畳するステップは、シングルサイドバンドのみを出力してもよい。
【００２０】
第１信号を入力するステップは、第１の基本周波数の３倍の高調波成分を少なくとも含む第１の高調波信号をさらに入力してもよい。第２信号を入力するステップは、第１の基本周波数の６倍の高調波成分を少なくとも含む第２の高調波信号をさらに入力してもよい。重畳するステップは、第１の高調波信号に対して、当該第１の高調波信号の周波数と、第２の基本周波数とを加算して第１の基本周波数の５倍の周波数へ周波数シフトを実行して出力させてもよい。重畳するステップは、シングルサイドバンドのみを出力してもよい。
【００２１】
第２信号を入力するステップは、第１の信号の周波数を逓倍することによって、周波数の偶数倍の周波数を有する信号を生成するステップと、逓倍率を制御するステップと、を含んでもよい。第１信号を入力するステップは、第２の信号の周波数を分周することによって、生成される第１の信号の周波数が第２の信号の周波数の偶数倍となるように、第１の信号を生成するステップと、分周率を制御するステップと、を含んでもよい。
【００２２】
第１信号を入力するステップは、第２の信号の周波数をそれぞれ異なる分周率で分周することによって、複数の信号をそれぞれ生成するステップと、第２の信号の周波数が生成される複数の信号の有するそれぞれの周波数の偶数倍といずれもがなるように、それぞれの分周率を制御するステップと、それぞれ生成された信号のいずれかを選択するステップと、を有してもよい。
【００２３】
本発明のさらに別の態様もまた、周波数変換方法である。この方法は、入力ステップと、第１分周ステップと、第２分周ステップと、第３分周ステップと、第１重畳ステップと、第２重畳ステップと、選択ステップと、第３重畳ステップとを備える。入力ステップは、第１の周波数を有する第１の信号を入力する。第１分周ステップは、入力ステップによって入力された第１の信号の周波数を１／４に分周して、第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号を生成する。第２分周ステップは、第１分周ステップによって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号を生成する。第３分周ステップは、第２分周ステップによって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号を生成する。第１重畳ステップは、第１分周ステップによって分周された第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号と、第３分周部によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する。第２重畳ステップは、第２分周ステップによって分周された第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号と、第３分周ステップによって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する。選択ステップは、第１ミキサによって重畳された信号と、第２ミキサによって重畳された信号と、第３分周ステップによって生成された信号のうち、いずれか１つの信号を第２の信号として選択する。第３重畳ステップは、入力ステップによって入力された第１の信号と、選択ステップによって選択された第２の信号とを重畳する。それぞれの重畳するステップは、出力信号に含まれる２つの周波数成分のうち、一方の周波数成分を除去して出力してもよい。すなわち、重畳するステップは、シングルサイドバンドのみを出力してもよい。
【００２４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、小規模な回路構成で、不要なスプリアスを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施例を具体的に説明する前に、まず、本発明の実施例の概要、および、本発明の原理について述べる。本発明の実施例は、ＳＳＢミキサと、ＳＳＢミキサに２つの方形波信号を入力する入力部とを備える周波数変換装置に関する。本発明の実施例にかかる周波数変換装置は、ＳＳＢミキサに入力される２つの方形波信号のうち、一方を他方の偶数倍の周波数を有する方形波信号とすることによって、方形波信号に含まれる高調波成分、すなわち、スプリアスを信号の帯域外にシフトさせる。以上により、ミキサの出力に含まれるスプリアスを低減できる。
【００２７】
次に、原理を述べる。一般に、通常の周波数変換装置に含まれるミキサは、入力された２つの信号の周波数ｆ１、ｆ２を重畳して、周波数ｆ１＋ｆ２と、周波数ｆ１−ｆ２のそれぞれを生成する。さらに、ミキサの後段において、生成された一方の信号をイメージ信号として、フィルタなどにより除去していた。一方、ＳＳＢミキサは、それぞれ位相が９０度ずれている直交信号を１組とした２組の信号を重畳することによって、イメージ信号が自ずとキャンセルされる機能を有する。
【００２８】
周波数ｆ１と周波数ｆ２の２つの信号から、周波数ｆ１−ｆ２の信号を生成したい場合、ＳＳＢミキサの入力が正弦波信号であれば、上述したＳＳＢミキサの機能により、周波数ｆ１＋ｆ２のイメージ信号が除去されるので、周波数ｆ１−ｆ２の信号だけを生成できる。しかし、周波数シンセサイザ等でＳＳＢミキサを使用する場合のように、ＳＳＢミキサの入力端子の前段には分周器が接続されることが多い。このとき、ＳＳＢミキサの入力信号は、正弦波ではなく方形波となる。
【００２９】
クロック周波数ｆ０を有する方形波は、フーリエ級数展開すると、式（１）に示すように、それぞれ、ｆ０、３ｆ０、５ｆ０、・・・、（２ｋ−１）ｆ０（ｋは、１以上の整数）の周波数を有する正弦波信号の合成で表される。
ｓｉｎ（２πｆ０ｔ）−（１／３）ｓｉｎ（３×２πｆ０ｔ）＋（１／５）ｓｉｎ（５×２πｆ０ｔ）−（１／７）ｓｉｎ（７×２πｆ０ｔ）・・・・・
・・・式（１）
【００３０】
したがって、２つの方形波同士がＳＳＢミキサによって重畳されると、その高調波成分同士も重畳され、多くのスプリアスが生成されることとなる。ここで、高調波成分とは、ｋが２以上の整数となる（２ｋ−１）ｆ０の周波数を有する正弦波信号を含む。また、ｋ＝１、すなわち、ｆ０の周波数を基本周波数と表記する。また、スプリアスとは、ＳＳＢミキサから出力される高調波成分であって、イメージ信号などを含む。
【００３１】
これらのスプリアスを除去するためには、ＳＳＢミキサの後段に帯域制限フィルタ（Ｂａｎｄ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）を接続すればよい。しかし、所望波の近傍にスプリアス信号が存在する場合は、周波数選択性の高い高次の帯域制限フィルタやＬＣ共振器などの大きな回路面積を要する回路が必要となり、半導体チップのコストを引き上げてしまう。
【００３２】
本発明の実施例は、上述のように、ＳＳＢミキサの入力が方形波信号の場合であっても、フィルタを用いずにスプリアス信号を低減できる構成をとる。詳細は後述するが、ＳＳＢミキサの一方の入力端にクロック周波数ｆ０の信号を入力させ、さらに、他方の入力端に周波数２ｆ０の信号を入力させることによって、フィルタを用いずにスプリアス信号を低減できる。一般的に、方形波には、式（１）に示す基本周波数の奇数倍の高調波信号が含まれている。
【００３３】
高調波信号の中では、３次成分が最も振幅が大きく、３次、５次、・・・、（２ｋ−１）次と次数が大きくなるにしたがって、その振幅が小さくなる。ここで、５次以降の奇数次の高調波信号の振幅は小さく、さらに、基本周波数からの周波数偏差が大きいため、影響が小さい。したがって、以下においては、３次成分の高調波信号のみについて考慮することとする。
【００３４】
図１は、本発明の実施例におけるＳＳＢミキサ１０の入力信号の第１の例を示す図である。ＳＳＢミキサ１０は、ｆ０のクロック周波数を有する方形波信号を一方の入力端に入力させ、また、２ｆ０のクロック周波数を有する方形波信号を他方の入力端に入力させる。すなわち、一方の入力信号の周波数は、他方の入力信号の周波数の２倍としている。図１に示したそれぞれの方形波信号を基本周波数と３次の高調波信号とで表すと、図２のようになる。図２は、本発明の実施例におけるＳＳＢミキサ１０の入力信号の第２の例を示す図である。図２において、基本周波数を含む正弦波信号と３次の高調波信号とで、Ｉ信号とＱ信号とが入れ替えて加算されているのは、式（１）に示すように、双方の信号の符号が異なるためである。また、３次高調波の位相変化量が基本周波数を有する信号の３倍であるためである。
【００３５】
図２に示すＳＳＢミキサ１０から出力される信号には、２ｆ０−ｆ０と、６ｆ０＋ｆ０と、２ｆ０＋３ｆ０と、６ｆ０−３ｆ０の４つの周波数成分が含まれる。すなわち、ｆ０と、７ｆ０と、５ｆ０と、３ｆ０が含まれる。なお、出力される信号に含まれる周波数成分が、２つの入力信号の周波数成分同士の足し算になるか引き算になるかは、入力信号の位相関係、すなわち、Ｉ信号とＱ信号の関係に依存する。
【００３６】
ここで、３次高調波同士の引き算は、振幅の小さい正弦波信号同士のかけ算となるので無視できる。いいかえると、周波数成分における引き算６ｆ０−３ｆ０は、それぞれ１／３を振幅とする正弦波信号の乗算となり、乗算された振幅が１／９となるため、他の正弦波信号の振幅と比して小さくなる。以上をまとめると、式（２）のように表せる。
２ｆ０（６ｆ０）×ｆ０（３ｆ０）  ＝  ｆ０（５ｆ０、７ｆ０）・・・式（２）
【００３７】
ただし、式（２）に示す「×」は、通常の乗算ではなく、ミキサにおける重畳処理を表す記号とする。また、Ｘ（Ｙ）は、Ｘが基本周波数を表し、Ｙが高調波信号およびスプリアスの周波数を表す。以下の説明においても同様とする。ここで、式（２）にもとづき、図２を図３のように書き換える。図３は、図２のＳＳＢミキサ１０における入出力信号の関係を示す図である。図３中においてそれぞれ示された入力信号のかっこ内に記載された周波数は、その入力信号に含まれる高調波成分を表している。
【００３８】
以上の考察より、以下の原理が導ける。高調波を含むクロック周波数ｆ０の入力信号をＳＳＢミキサの一方に入力し、その２倍の周波数の信号をＳＳＢミキサの他方に入力させ、互いに重畳させることによって、入力信号に含まれる高調波成分３ｆ０に起因する出力スプリアスを、５ｆ０と７ｆ０に移動させることができる。すなわち、乗算前には３ｆ０であった高調波成分が、乗算後には、５ｆ０と７ｆ０に移動したとみなすことができる。また、基本周波数ｆ０の成分はそのまま出力信号に含めることができる。これを図４に示す。図４は、図３のＳＳＢミキサ１０の入出力信号の周波数分布を示す図である。また、図４の上段に示す分布は、ＳＳＢミキサ１０の入力信号に含まれる周波数成分の分布を示す。また、下段は、ＳＳＢミキサ１０の入力信号に含まれる周波数成分の分布を示す。双方とも、横軸が周波数、縦軸が振幅を表す。
【００３９】
以下、図面を用いて、本発明の実施例の構成について説明する。図５は、本発明の実施例にかかる周波数変換装置１００の構成例を示す図である。周波数変換装置１００は、ＳＳＢミキサ１０と、破線で示す信号入力部２０とを含む。信号入力部２０は、第１入力部１２と第２入力部１４とを含む。
【００４０】
第１入力部１２は、ＳＳＢミキサ１０の一方の入力端に方形波信号を入力する。ここで、方形波信号は、その形状が完全な方形波でない信号も含むものとする。言い換えると、方形波信号は、前述のように方形波信号をフーリエ級数展開したときに示される高調波成分のうち、高次、たとえば５次以上の高調波成分を含まない信号も方形波信号に含まれる。すなわち、第１入力部１２は、第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号ｆ０と、少なくとも第１の基本周波数の３倍の高調波成分３ｆ０を有する第１の高調波信号とを含む第１の信号を入力することに相当する。
【００４１】
第２入力部１４は、第１入力部１２が入力する方形波信号の偶数倍のクロック周波数を有する方形波信号をＳＳＢミキサ１０の他方に入力する。すなわち、第２入力部１４は、第１の基本周波数ｆ０の偶数倍の周波数である第２の基本周波数２Ｎｆ０（Ｎは１以上の整数。）を有する第２の正弦波信号と、第１の基本周波数ｆ０の３倍の高調波成分３ｆ０に相当する第２の基本周波数の偶数倍の高調波成分６Ｎｆ０を有する第２の高調波信号とを含む第２の信号を入力する。
【００４２】
また、第２入力部１４は、少なくとも第１の基本周波数ｆ０の２倍の周波数である第２の基本周波数２ｆ０を有する第２の正弦波信号と、第１の基本周波数ｆ０の６倍の高調波成分６ｆ０を有する第２の高調波信号とを含む信号を入力してもよい。
【００４３】
ここで、第１入力部１２、第２入力部１４に対して入力される信号は、任意の信号でよい。たとえば、本発明の実施例の周波数変換装置１００が通信装置に搭載される場合、第１入力部１２に入力される信号は送信信号となる。また、第１入力部１２に入力される信号は、第２入力部１４の信号を周波数逓倍、もしくは、周波数分周した信号であってもよい。また、第２入力部１４に対して入力される信号は、第１入力部１２の信号を周波数逓倍、もしくは、周波数分周した信号であってもよい。
【００４４】
ＳＳＢミキサ１０は、第１入力部１２によって入力された第１の信号と、第２入力部１４によって入力された第２の信号とを重畳する。具体的には、上述したように、ＳＳＢミキサ１０は、第１の高調波信号に含まれる高調波成分のうち、少なくとも第１の基本周波数ｆ０の３倍の高調波成分３ｆ０を有する高調波信号に対して、当該第１の基本周波数の３倍の周波数３ｆ０と、その３倍の周波数３ｆ０の偶数倍の周波数６Ｎｆ０とを加算した周波数（３＋６Ｎ）ｆ０へ周波数シフトを実行して出力させる。また、ＳＳＢミキサ１０は、当該第１の基本周波数ｆ０の３倍の周波数３ｆ０と、第２の基本周波数２Ｎｆ０とを加算した周波数（３＋２Ｎ）ｆ０へ周波数シフトを実行して出力させる。
【００４５】
ここで、Ｎ＝１の場合、すなわち、第２入力部１４によって入力される方形波信号のクロック周波数が、第１入力部１２によって入力される方形波信号のクロック周波数の２倍である場合について説明する。この場合、前述したように、ＳＳＢミキサ１０は、第１入力部１２によって入力された第１の信号と、第２入力部１４によって入力された第２の信号と互いに位相を９０度ずらして重畳することによって、式（２）で示したように、少なくとも第１の基本周波数を有する第１の正弦波信号をそのまま出力できる。
【００４６】
また、ＳＳＢミキサ１０は、少なくとも第１の基本周波数ｆ０の３倍の高調波成分３ｆ０を含む高調波信号に対して、第１の基本周波数の６倍の周波数６ｆ０から当該第１の基本周波数ｆ０の３倍の周波数３ｆ０を減算して、第１の基本周波数の３倍の周波数３ｆ０へ周波数シフトを実行して出力させる。ただし、振幅が小さいので無視することができる。また、ＳＳＢミキサ１０は、当該第１の基本周波数ｆ０の３倍の周波数３ｆ０と、第２の基本周波数２ｆ０とを加算して第１の基本周波数の５倍の周波数５ｆ０へ周波数シフトを実行して出力させる。
【００４７】
以上の態様により、入力信号の一方の高調波信号と、その高調波成分の偶数倍の成分を有する他方の高調波信号とを重畳することによって、一方の入力信号に含まれる高調波信号の周波数を基本周波数から離れた位置、すなわち、信号帯域外にシフトできる。また、入力信号の一方の基本周波数を有する正弦波信号と、その基本周波数の２倍の周波数を有する他方の信号とを重畳することによって、一方の入力信号に含まれる基本周波数を有する正弦波信号をそのまま出力できる。また、入力信号の一方に含まれる３次の高調波成分と、他方の入力信号に含まれる２次の基本周波数成分、もしくは、６次の高調波成分とを重畳することによって、第１の信号に含まれる３次の高調波成分の信号の周波数を５次、もしくは、７次の周波数成分にできる。
【００４８】
次に、本発明の実施例の変形例を示す。本発明の実施例の変形例は、周波数変換装置に関する。本変形例の周波数変換装置は、図５の周波数変換装置１００の構成と同様の構成をとる。本発明の実施例との違いは、図５の信号入力部２０の構成である。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００４９】
本変形例にかかる周波数変換装置１００は、図５のＳＳＢミキサ１０と、信号入力部２０とを含む。また、信号入力部２０は、図６に示す構成を含む。図６は、本発明の実施例の変形例にかかる信号入力部２０の構成例を示す図である。信号入力部２０は、周波数逓倍部２２と、周波数分周部２８と、破線で示す周波数制御部１６とを含む。いいかえると、図６の信号入力部２０は、図１における第１入力部１２に対応する周波数分周部２８と、図１における信号入力部２０に対応する周波数逓倍部２２と、さらに、周波数制御部１６を備えた構成となっている。また、周波数制御部１６は、逓倍率制御部２４と、分周率制御部２６とを含んでもよい。
【００５０】
周波数逓倍部２２は、第１入力部１２にて入力される第１の信号の周波数を逓倍することによって、周波数の偶数倍の周波数を有する信号を生成する。また、逓倍率制御部２４は、周波数逓倍部２２における逓倍率を制御する。
【００５１】
周波数分周部２８は、第２入力部１４にて入力される第２の信号の周波数を分周することによって、生成される第１の信号の周波数が第２の信号の周波数の偶数倍となるように、第１の信号を生成する。また、分周率制御部２６は、周波数分周部における分周率を制御する。
【００５２】
以上の態様により、逓倍率制御部において、周波数逓倍部を制御することによって、第１入力部と第２入力部とにおいてそれぞれミキサに入力する信号の周波数を柔軟に設定できる。また、分周率制御部において、周波数分周部を制御することによって、第１入力部と第２入力部とにおいてそれぞれミキサに入力する信号の周波数を柔軟に設定できる。
【００５３】
次に、本発明の実施例の別の変形例を示す。本発明の実施例は、周波数変換装置に関する。本変形例の周波数変換装置は、図５の周波数変換装置１００の構成と同様の構成となる。本発明の実施例との違いは、図５の第１入力部１２の構成である。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００５４】
図７は、本発明の実施例の別の変形例にかかる第１入力部１２の構成例を示す図である。第１入力部１２は、分周率制御部２６と、破線で示す周波数分周部２８と、選択部３０とを含む。周波数分周部２８は、Ｎ個の周波数分周部、たとえば、第１周波数分周部２８Ａと、第２周波数分周部２８Ｂと、第Ｎ周波数分周部２８Ｎと、を含む。
【００５５】
Ｎ個の周波数分周部２８は、第２入力部１４から入力される第２の信号の周波数をそれぞれ異なる分周率で分周することによって、それぞれ異なる周波数を有する複数の信号をそれぞれ生成する。
【００５６】
分周率制御部２６は、複数の周波数分周部２８において生成される複数の信号の有するそれぞれの周波数のいずれもが第２の信号の周波数の偶数倍となるように、複数の周波数分周部におけるそれぞれの分周率を制御する。すなわち、周波数分周部２８における分周率は、ｍを１以上の整数とした場合、２ｍとなる。たとえば、第２の信号の周波数がｆ０である場合、周波数分周部２８において生成される信号の周波数は、ｆ０／２ｍとなる。選択部３０は、複数の周波数分周部によってそれぞれ生成された、周波数ｆ０／２ｍを有する信号のいずれかを選択して、ミキサの一方の入力端に入力させる。
【００５７】
以上の態様により、複数の周波数分周部を設けることによって、第１入力部においてミキサに入力する信号の周波数の選択肢を増やすことができる。また、第１入力部と第２入力部とにおいてそれぞれミキサに入力する信号の周波数を柔軟に設定できる。
【００５８】
次に、本発明の実施例のさらに別の変形例を示す。まず概要を述べる。本発明の実施例は、周波数変換装置に関する。本変形例にかかる周波数変換装置は、所定の入力信号と、その入力信号の周波数を分周した信号とをミキサにて重畳して、入力信号の周波数を変換して出力する。入力信号と重畳される信号は、その入力信号の周波数を複数回にわたって分周してそれぞれ出力された信号である。すなわち、ミキサから出力させたい信号の周波数に応じて、重畳される信号が選択される。その結果、出力される信号の有する周波数において、１２ｆ１／１６〜１８ｆ１／１６の信号帯域には、基本周波数を有する信号のみが配置される。さらに、スプリアス信号が信号帯域以外にシフトされる。なお、前述した実施例と共通する部分については同一の符号を付して説明を簡略化する。
【００５９】
図８は、本発明の実施例のさらに別の変形例にかかる周波数変換装置１００の構成例を示す図である。周波数変換装置１００は、第１分周部３６と、第２分周部３８と、第３分周部４０と、第１ミキサ３２と、第２ミキサ３４と、選択部３０と、第３ミキサ４４とを含む。
【００６０】
図示しない入力部は、第１の周波数を有する第１の信号を入力する。第１分周部３６は、入力部によって入力された第１の信号の周波数ｆ１を１／４に分周して、第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号を生成する。第２分周部３８は、第１分周部３６によって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号を生成する。第３分周部４０は、第２分周部３８によって分周された信号の周波数を１／２に分周して、第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号を生成する。
【００６１】
第１ミキサ３２は、第１分周部３６によって分周された第１の信号の周波数の１／４の周波数を有する信号と、第３分周部４０によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する。ここで、入力部によって入力する信号の周波数をｆ１（３ｆ１）とすると、第１ミキサ３２によって重畳された出力信号の周波数は、式（３）で表せる。式（３）は、ｆ２のスプリアス（３ｆ２）が３ｆ２＋ｆ４に、また、ｆ４のスプリアス（３ｆ４）がｆ２＋３ｆ４にシフトされることを示している。
ｆ２（３ｆ２）×ｆ４（３ｆ４）＝ｆ２−ｆ４（ｆ２＋３ｆ４、３ｆ２＋ｆ４）
・・・式（３）
ただし、ｆ２＝ｆ１／４、ｆ４＝ｆ１／１６とする。
【００６２】
第２ミキサ３４は、第２分周部３８によって分周された第１の信号の周波数の１／８の周波数を有する信号と、第３分周部４０によって分周された第１の信号の周波数の１／１６の周波数を有する信号とを重畳する。ここで、第２ミキサ３４によって重畳された出力信号の周波数は、式（４）で表せる。式（４）は、ｆ３のスプリアス（３ｆ３）が３ｆ３＋ｆ４に、また、ｆ４のスプリアス（３ｆ４）がｆ３＋３ｆ４にシフトされることを示している。
ｆ３（３ｆ３）×ｆ４（３ｆ４）＝ｆ３−ｆ４（ｆ３＋３ｆ４、３ｆ３＋ｆ４）
・・・式（４）
ただし、ｆ３＝ｆ１／８とする。
【００６３】
選択部３０は、第１ミキサ３２によって重畳された信号と、第２ミキサ３４によって重畳された信号と、第３分周部４０によって生成された信号のうち、いずれか１つの信号を第２の信号として選択する。すなわち、第１ミキサ３２から出力されたｆ２−ｆ４（ｆ２＋３ｆ４、３ｆ２＋ｆ４）と、第３分周部４０から出力されたｆ１／１６と、第２ミキサ３４から出力されたｆ３−ｆ４（ｆ３＋３ｆ４、３ｆ３＋ｆ４）のいずかれの周波数を有する信号が第２の信号として選択される。
【００６４】
第３ミキサ４４は、入力部によって入力された第１の信号と、選択部３０によって選択された第２の信号とを重畳する。ここで、第３ミキサ４４から出力される信号の有する周波数について、場合を分けて説明する。まず、選択部３０によって、第１ミキサ３２から出力された信号が第２の信号として選択された場合、第３ミキサ４４から出力される信号の周波数は式（５）のように表される。
ｆ１×｛ｆ２−ｆ４（ｆ２＋３ｆ２、３ｆ２＋ｆ４）｝
＝ｆ１−ｆ２＋ｆ４（ｆ１−ｆ２−３ｆ４、ｆ１−３ｆ２−ｆ４）
＝１３ｆ１／１６（９ｆ１／１６、２９ｆ１／１６）
・・・式（５）
【００６５】
また、選択部３０によって、第３分周部４０から出力された信号が第２の信号として選択された場合、第３ミキサ４４から出力される信号の周波数は式（６）のように表される。
ｆ１×ｆ４（３ｆ４）
＝ｆ１−ｆ４（ｆ１＋３ｆ４）
＝１５ｆ１／１６（１９ｆ１／１６）
・・・式（６）
【００６６】
また、選択部３０によって、第２ミキサ３４から出力された信号が第２の信号として選択された場合、第３ミキサ４４から出力される信号の周波数は式（７）のように表される。
ｆ１×｛ｆ３−ｆ４（ｆ３＋３ｆ４、３ｆ３＋ｆ４）｝
＝ｆ１＋ｆ３−ｆ４（ｆ１＋ｆ３＋３ｆ４、ｆ１＋３ｆ３＋ｆ４）
＝１７ｆ１／１６（２１ｆ１／１６、９ｆ１／１６）
・・・式（７）
【００６７】
ここで、式（５）〜式（７）で示される第３ミキサ４４から出力された信号に含まれるそれぞれの周波数分布を図に示す。図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図８の周波数変換装置１００の出力信号に含まれる周波数成分の分布の例を示す図である。横軸は周波数、縦軸は振幅を表す。また、図９（ａ）〜（ｃ）の各図において１２ｆ１／１６〜１８ｆ１／１６の帯域は、出力される信号の信号帯域を示す。
【００６８】
図９（ａ）は、式（５）に対応する周波数分布を示す図である。図９（ａ）は、式（５）に示すかっこ内のスプリアスに相当する周波数９ｆ１／１６、２９ｆ１／１６を有する第１スプリアス５０、第２スプリアス５２は、いずれも信号帯域外にシフトされていることを示している。また、図９（ｂ）、図９（ｃ）も同様に、それぞれ式（６）、式（７）に示すかっこ内のスプリアスに相当する周波数を有する第３スプリアス５４、第４スプリアス５６、第５スプリアス５８のそれぞれが信号帯域外にシフトされていることを示している。
【００６９】
以上の態様により、第１のミキサの一方の入力信号に含まれる高調波信号と、その高調波信号の偶数倍の周波数成分を有する他方の高調波信号とを重畳することによって、第１の信号に含まれる高調波成分の信号の周波数を基本周波数から離れた位置、すなわち、信号帯域外にシフトできる。また、第１のミキサの入力信号の一方に含まれる基本周波数を有する正弦波信号と、その基本周波数の２倍の周波数を有する他方の信号とを重畳することによって、入力信号に含まれる基本周波数を有する正弦波信号をそのまま出力できる。第２のミキサについても同様である。
【００７０】
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７１】
本発明の変形例において、周波数変換装置１００は、周波数逓倍部２２と、逓倍率制御部２４と、分周率制御部２６と、周波数分周部２８とを備える構成であるとして説明した。しかしながらこれにかぎらず、周波数変換装置１００は、周波数逓倍部２２と逓倍率制御部２４のみ、もしくは、分周率制御部２６と周波数分周部２８のみを備える構成としてもよい。いずれの場合においても、ＳＳＢミキサ１０に入力される２つの信号の周波数の関係を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例におけるＳＳＢミキサの入力信号の第１の例を示す図である。
【図２】本発明の実施例におけるＳＳＢミキサの入力信号の第２の例を示す図である。
【図３】図２のＳＳＢミキサにおける入出力信号の関係を示す図である。
【図４】図３のＳＳＢミキサの入出力信号の周波数分布を示す図である。
【図５】本発明の実施例にかかる周波数変換装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施例の変形例にかかる信号入力部の構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施例の別の変形例にかかる第１入力部の構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施例のさらに別の変形例にかかる周波数変換装置の構成例を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図８の周波数変換装置の出力信号に含まれる周波数成分の分布の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ＳＳＢミキサ、  １２  第１入力部、  １４  第２入力部、  １６  周波数制御部、  ２０  信号入力部、  ２２  周波数逓倍部、  ２４  逓倍率制御部、  ２６  分周率制御部、  ２８  周波数分周部、  ２８Ａ  第１周波数分周部、  ２８Ｂ  第２周波数分周部、  ２８Ｎ  第Ｎ周波数分周部、  ３０  選択部、  ３２  第１ミキサ、  ３４  第２ミキサ、  ３６  第１分周部、  ３８  第２分周部、  ４０  第３分周部、  ４４  第３ミキサ、  １００  周波数変換装置。
【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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【図８】
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【図９】
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