(57)【要約】      （修正有）【課題】広い帯域幅、高い周波数分解能及び低い位相ノイズを提供する周波数シンセサイザ及び対応する周波数合成方法を提供する。【解決手段】第１のリファレンス信号を提供するリファレンス信号源２２と、合成周波数出力信号を所定の周波数で生成する周波数信号生成部２４と、前記合成周波数出力信号を周波数チューニング信号とミキシングして、ミキシング信号４６を出力するミキシング部２６と、前記周波数チューニング信号を提供する周波数チューニング部２８とを備え、前記周波数チューニング部２８は、前記周波数チューニング信号を交互に提供する、第１のサブ周波数チューニング部及び第２のサブ周波数チューニング部を有し、前記ミキシング信号から所望の周波数レンジを選択して周波数シンセサイザ出力信号を出力する周波数選択部３０を備えた。【選択図】図３
2012120178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数シンセサイザであって、
第１のリファレンス信号を提供するリファレンス信号源（２２）と、
合成周波数出力信号を所定の周波数で生成する周波数信号生成部（２４）と、
前記合成周波数出力信号を周波数チューニング信号とミキシングして、ミキシング信号を出力するミキシング部（２６）と、
前記周波数チューニング信号を提供する周波数チューニング部（２８）と、
を備え、
前記周波数チューニング部は、前記周波数チューニング信号を交互に提供する、第１のサブ周波数チューニング部（１００）及び第２のサブ周波数チューニング部（１０２）を有し、
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の一方が前記周波数チューニング信号を提供している間、前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の他方は、前記周波数チューニング信号を提供するための準備を行い、
前記周波数シンセサイザは、前記ミキシング信号から所望の周波数レンジを選択して、周波数シンセサイザ出力信号を出力する周波数選択部（３０）、を備える、
周波数シンセサイザ。
【請求項２】
前記周波数信号生成部（２４）は、少なくとも１つの周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）を有し、
前記少なくとも１つの周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）は、
フィードバックループから受け付けるフィードバック信号の周波数及び／又は位相を前記第１のリファレンス信号の位相と比較して、制御信号を取得する位相検出器（７０）と、
前記制御信号に基づいて、合成周波数出力信号を生成する発振器（７２）と、
前記合成周波数出力信号を前記フィードバック信号にダウンコンバートする周波数ダウンコンバート部（７４）を含むフィードバックループと、
を含む、請求項１に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項３】
前記周波数信号生成部（２４）は、異なる所定の周波数で合成周波数出力信号を生成する発振器をそれぞれ含む２つ以上の周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）を有する、請求項２に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項４】
１つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）の前記周波数ダウンコンバート部（７４）は、
前記周波数信号生成ループ回路の各々の前記発振器（７２）の前記合成周波数出力信号を、前記リファレンス信号源により提供される第２のリファレンス信号とミキシングして、前記フィードバック信号を取得するミキサ（７６）、
をそれぞれ含む、請求項２又は請求項３に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項５】
１つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）は、
前記周波数信号生成ループ回路の各々の前記位相検出器と前期発振器との間に接続される、前記制御信号の各々をフィルタリングするためのループフィルタ（７１）、
をそれぞれ含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項６】
１つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）は、
前記周波数信号生成ループ回路の各々の前記発振器と前記周波数ダウンコンバート部との間に接続される、前記合成周波数出力信号の各々を周波数分割する周波数分割器（７６）、
をそれぞれ含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項７】
１つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）は、
前記周波数信号生成ループ回路の各々の前記発振器と前記周波数ダウンコンバート部との間、及び／又は前記周波数ダウンコンバート部と前記位相検出器との間、に接続される、前記合成周波数出力信号及び／又は前記フィードバック信号をフィルタリングするフィードバックフィルタ（７７，７８）、
をそれぞれ含む、請求項２〜４のいずれか１項に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項８】
前記ミキシング部（２６）は、両側波帯ミキサを有し、
前記周波数信号生成部（２４）は、２つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）からの前記合成周波数出力信号の１つを、前記両側波帯ミキサのための入力信号として選択するためのスイッチ（９０）を有する、
請求項３に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項９】
前記ミキシング部（２６）は、単側波帯ミキサを有し、
２つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）は、第１の合成周波数出力信号と、前記第１の合成周波数出力信号から９０度位相シフトされた第２の合成周波数出力信号と、を出力するための９０度ハイブリッドカプラ（９２）又は９０度位相シフタ（９２）、をそれぞれ含み、
前記周波数信号生成部（２４）は、２つ以上の前記周波数信号生成ループ回路（６０，６２，６４）の１つからの第１及び第２の合成周波数出力信号のペアを、前記単側波帯ミキサのための入力信号として選択するための２つのスイッチ（９４ａ，９４ｂ）を有する、
請求項３に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１０】
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部（１００，１０２）は、チューニング可能な発振器、具体的にはチューニング可能な電圧制御発振器、をそれぞれ有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１１】
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部（１００，１０２）は、
固定的な周波数の第３のリファレンス信号からＤＤＳ信号を生成するダイレクト・デジタル・シンセサイザ（１１０）と、
チューニングフィードバックループから受け付けるチューニング周波数分割器出力信号の位相を前記ＤＤＳ信号の位相と比較して、チューニング制御信号を取得するチューニング位相検出器（１１１）と、
前記チューニング制御信号に基づいて、チューニング周波数出力信号を生成するチューニング発振器（１１３）と、
前記チューニング周波数出力信号を周波数分割して、前記チューニング周波数分割器出力信号を取得するチューニング周波数分割器（１１４）と、
を含むチューニング可能な発振器ループ回路、をそれぞれ有する、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１２】
前記周波数チューニング部（２８）は、
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の出力信号の間をスイッチングして前記周波数チューニング信号を交互に提供するチューニングスイッチ（１０４）であって、前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部（１００，１０２）の出力に接続される当該チューニングスイッチ（１０４）、
を有する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１３】
前記周波数選択部（３０ａ）は、スイッチ（１３４，１３６）の間に並列に接続される、前記ミキシング信号から上側の又は下側の側波帯を選択するためのローパスフィルタ（１３０）及びハイパスフィルタ（１３２）、を有する、請求項８に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１４】
前記周波数選択部（３０ｂ）は、スイッチ（１３４，１３６）の間に並列に接続される、前記ミキシング信号から前記所望の周波数帯を選択するための、３つ以上のフィルタのフィルタバンク（１４２）を有する、請求項８に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１５】
前記周波数選択部（３０ｃ）は、前記ミキシング信号から前記所望の周波数帯を選択するためのバンドパスフィルタ（１４４）を有する、請求項８に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１６】
前記周波数信号生成部（２４ｃ）は、所定の周波数で合成周波数出力信号を生成する、少なくとも１つの発振器（７２ａ）、具体的には誘電共振発振器、を有する、請求項１に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１７】
前記周波数信号生成部（２４ｃ）は、異なる所定の周波数で合成周波数出力信号を生成する、２つ以上の発振器（７２ａ）、具体的には誘電共振発振器、を有する、請求項１６に記載の周波数シンセサイザ。
【請求項１８】
周波数合成方法であって、
合成周波数出力信号を所定の周波数で生成するステップと、
前記合成周波数出力信号をフィードバック信号にダウンコンバートするステップと、
前記合成周波数出力信号を周波数チューニング信号とミキシングして、ミキシング信号を出力するステップと、
第１のサブ周波数チューニング部及び第２のサブ周波数チューニング部により、前記周波数チューニング信号を交互に提供するステップと、
を含み、
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の一方が前記周波数チューニング信号を提供している間、前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の他方は、前記周波数チューニング信号を提供するための準備を行い、
前記周波数合成方法は、前記ミキシング信号から所望の周波数レンジを選択して、周波数シンセサイザ出力信号を出力するステップ、を含む、
周波数合成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数シンセサイザ及び対応する周波数合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周波数シンセサイザは、多くのマイクロ波システムにとって重要な構成要素である。周波数シンセサイザは、無線受信機、携帯電話、衛星受信機、ＧＰＳシステム、レーダーなどを含む現代の多くの装置において見出される。シンセサイザのアーキテクチャとして主なものが３つ存在し、具体的には、ダイレクト・アナログ、ダイレクト・デジタル、及び非ダイレクト（indirect）（Phase  Locked  Loop：位相同期回路）シンセサイザである。マイクロ波システムの要件は厳しくなってきており、既知のシンセサイザは、位相ノイズ、スイッチング速度、高分解能、及び周波数スイープなどの要件を充足できなくなっている。近日、ダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）とＰＬＬ（Phase  Locked  Loop）とを組合せた、新たなハイブリッド型のアーキテクチャが開発された。しかしながら、そのアーキテクチャもまた、これら全ての要件を充足することはできない。
【０００３】
高い周波数分解能と低い位相ノイズとを伴う超広帯域（ultra-broadband）信号を生成可能であり且つ線形的にスイープ可能なミリ波／サブＴＨｚ周波数シンセサイザは、当分野において、利用可能でなく、知られていない。シンセサイザのアーキテクチャとして知られているのは、限定された帯域幅（例えば、下記非特許文献１において説明されているアーキテクチャ）、（例えばＰＬＬを用いた）粗い周波数分解能、高い位相ノイズ（高い増倍率）、又はこれら特徴の組合せ、のいずれかを有する（但しこれら特徴の全ては有しない）ものである。
【０００４】
下記非特許文献１は、イメージングＴＨｚレーダーシステムについて説明しており、当該システムによれば、アップコンバータを使用して、あるシンセサイザからの第１の固定の（高）周波数信号が、チューニング可能な信号源（chirper）からの第２のチューニング可能な（低）周波数信号とミキシングされる。当該ミキサの出力信号の所望の帯域は、フィルタの使用により選択される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Dengler,  R.J.,  Cooper,  K.B.,  Llombart,  N.,  Chattopadhyay,  G.,  Bryllert,  T.,  Mehdi,  I.,  Siegel,  P.H.,“Toward  real-time  penetrating  imaging  radar  at  670  GHz”（Microwave  Symposium  Digest,  2009  MTT  '09,  IEEE  MTT-S  International,  pp.  941-944,  7-12  June  2009）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、上述した特徴のうちの可能な限り多くを提供する、即ち、広い帯域幅、高い周波数分解能及び低い位相ノイズを提供する、周波数シンセサイザ及び対応する周波数合成方法を提供することである。さらに、（例えば、レーダーアプリケーションのために要求される）連続的な、好適には線形的な周波数スイープを実行する能力が、好適には提供されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点によれば、周波数シンセサイザであって、
第１のリファレンス信号を提供するリファレンス信号源と、
合成周波数出力信号を所定の周波数で生成する周波数信号生成部と、
前記合成周波数出力信号を周波数チューニング信号とミキシングして、ミキシング信号を出力するミキシング部と、
前記周波数チューニング信号を提供する周波数チューニング部と、
を備え、
前記周波数チューニング部は、前記周波数チューニング信号を交互に提供する、第１のサブ周波数チューニング部及び第２のサブ周波数チューニング部を有し、
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の一方が前記周波数チューニング信号を提供している間、前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の他方は、前記周波数チューニング信号を提供するための準備を行い、
前記周波数シンセサイザは、前記ミキシング信号から所望の周波数レンジを選択して、周波数シンセサイザ出力信号を出力する周波数選択部、を備える、
周波数シンセサイザが提供される。
【０００８】
本発明の別の観点によれば、対応する周波数合成方法であって、
合成周波数出力信号を所定の周波数で生成するステップと、
前記合成周波数出力信号をフィードバック信号にダウンコンバートするステップと、
前記合成周波数出力信号を周波数チューニング信号とミキシングして、ミキシング信号を出力するステップと、
第１のサブ周波数チューニング部及び第２のサブ周波数チューニング部により、前記周波数チューニング信号を交互に提供するステップと、
を含み、
前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の一方が前記周波数チューニング信号を提供している間、前記第１及び前記第２のサブ周波数チューニング部の他方は、前記周波数チューニング信号を提供するための準備を行い、
前記周波数合成方法は、前記ミキシング信号から所望の周波数レンジを選択して、周波数シンセサイザ出力信号を出力するステップ、を含む、
周波数合成方法が提供される。
【０００９】
本発明の好適な実施形態は、従属項において定義される。特許請求の範囲に記載された周波数合成方法が、特許請求の範囲に記載された周波数シンセサイザ及びその従属項において定義されているものと同等の及び／又は同一の好適な実施形態を有する点は、理解されるべきである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、位相ノイズの良好な発振器（例えば、当該発振器の共振タンクにおいてより高いＱ係数（quality  factor）を有する発振器）により基本信号（即ち、周波数信号生成部からの合成周波数出力信号）が生成されるというアイディアに基づいている。この種の発振器は、非常に狭い帯域幅を有する。但し、固定的な周波数は、周波数信号生成部から要求される。その後、この周波数（即ち、合成周波数出力信号）を周波数チューニング部からの周波数チューニング信号とミキシングし、ミキシング信号の所望の帯域を選択することにより、例えばミリ波の周波数帯で、（有利な点として既知の周波数シンセサイザにより取得することのできる信号よりも広い帯域幅を有する）位相ノイズの非常に低い信号（周波数シンセサイザ出力信号）を生成することができる。
【００１１】
よって、本発明に係る周波数シンセサイザ及び周波数合成方法によって、（例えば、追加的な周波数の増倍（multiplication）の適用により達成される、本発明の好適な実施形態によれば４８０〜９６０ＧＨｚの周波数レンジの）超広帯域信号を、高い周波数分解能、高い線形性、高いチャープ率及び良好な位相ノイズと共に生成することができる。
【００１２】
さらに、本発明の好適な実施形態において提案されるように、異なる周波数帯（例えばミキシング信号の上側の側波帯及び下側の側波帯など）をそれらの間のスムーズな遷移で連続的に使用することができ、周波数スイープの間の高い線形性も同時に達成され得る。
【００１３】
一般に、前記周波数信号生成部は、所定の周波数で（２つ以上の発振器の場合には異なる周波数で）合成周波数出力信号を生成するための、１つ（又はそれ以上）の発振器、例えば誘電共振発振器（dielectric  resonator  oscillator）を有する。しかしながら、好適な実施形態において、前記周波数信号生成部は、少なくとも１つの（好適には２つ以上の）周波数信号生成ループ回路を有し、当該周波数信号生成ループ回路は、フィードバックループから受け付けるフィードバック信号の周波数及び／又は位相を前記第１のリファレンス信号の位相と比較して、制御信号を取得する位相検出器と、前記制御信号に基づいて、合成周波数出力信号を生成する発振器と、前記合成周波数出力信号を前記フィードバック信号にダウンコンバートする周波数ダウンコンバート部を含むフィードバックループと、を含む。こうした実施形態の利点の１つは、位相ノイズの観点での顕著に良好な性能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明のこれら及び他の側面は、以下に記述する実施形態を参照することにより、明らかとなり、より詳細に説明されるであろう。
【００１５】
【図１】既知の周波数シンセサイザの一実施形態のブロック図を示している。
【図２】既知の周波数シンセサイザでの周波数スイープを例示する図を示している。
【図３】本発明に係る周波数シンセサイザの第１の実施形態のブロック図を示している。
【図４】本発明に係る周波数信号生成部の第１の実施形態のブロック図を示している。
【図５】本発明に係る周波数信号生成部の第２の実施形態のブロック図を示している。
【図６】本発明に係る周波数チューニング部の第１の実施形態のブロック図を示している。
【図７】本発明に係る周波数チューニング部の第２の実施形態のブロック図を示している。
【図８】本発明に係る周波数選択部の第１の実施形態のブロック図を示している。
【図９】本発明に係る周波数選択部の第２の実施形態のブロック図を示している。
【図１０】本発明に係る周波数選択部の第３の実施形態のブロック図を示している。
【図１１】本発明に係る周波数シンセサイザでの連続的で線形的な周波数スイープを例示する図を示している。
【図１２】本発明に係る周波数信号生成部の第３の実施形態のブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、既知の周波数シンセサイザ１０の簡易な実施形態のブロック図を示している。周波数シンセサイザ１０は、例えば誘電共振発振器（ＤＲＯ）などの、固定的な（安定的な）周波数を有する第１のローカル発振器信号ＬＯ１を提供する第１の発振器１２を備える。さらに、周波数シンセサイザ１０は、例えばチューニング可能な電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage  Controlled  Oscillator）などの、チューニング可能な周波数を有する第２のローカル発振器信号ＬＯ２を提供するチューニング可能な第２の発振器１４を備える。第１のローカル発振器信号ＬＯ１及び第２のローカル発振器信号ＬＯ２は、ミキサ１６によりミキシングされ、その結果ミキシング信号Ｍが生じ、ミキシング信号Ｍは（好適には切替え可能な）フィルタ１８によりフィルタリングされて所望の周波数帯が選択され、シンセサイザ出力信号Ｓが生成される。こうした周波数シンセサイザは、例えば、上記非特許文献１から一般的に知られている。
【００１７】
図２は、図１に示したような既知の周波数シンセサイザでの周波数スイープ（frequency  sweeping）を例示する図を示している。第１のローカル発振器信号ＬＯ１はミキシングされてミキシング信号Ｍとなり、ミキシング信号Ｍはフィルタ曲線Ｆを有するフィルタによりフィルタリングされて所望の周波数帯Ｂが選択される。そして、シンセサイザ出力信号Ｓの出力周波数のスイープは、第２のローカル発振器信号ＬＯ２の周波数を変化させることにより達成される。
【００１８】
図３は、本発明に係る周波数シンセサイザ２０の第１の実施形態のブロック図を示している。周波数シンセサイザ２０は、好適にはミリ波／サブＴＨｚ周波数シンセサイザであって、第１のリファレンス信号４０を提供するリファレンス信号源２２を備える。周波数信号生成部２４は、上記第１のリファレンス信号４０を用いて、所定の周波数で合成周波数出力信号４２を生成する。上記合成周波数出力信号４２は、ミキシング部２６により周波数チューニング信号４４とミキシングされ、ミキシング信号４６が出力される。上記周波数チューニング信号４４は、周波数チューニング部２８により提供される。周波数選択部３０は、上記ミキシング信号４６から所望の周波数レンジを選択し、周波数を増倍し、周波数シンセサイザ出力信号４８を出力する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、必要であれば、また周波数信号生成部２４及び／又は周波数チューニング部２８の特有の実装に依存して、リファレンス信号源２２により別のリファレンス信号が提供されてもよい。そうした別の（位相ノイズの低い）リファレンス信号は、位相検出器のための（位相ノイズの低い）リファレンス信号５０、及び／又は、周波数信号生成部２４の特有の実装において提供されるミキサのために必要な位相ノイズの低いＬＯ（ローカル発振器）信号、及び／又は、周波数チューニング部２８の特有の実装において提供されるダイレクト・デジタル・シンセサイザ（ＤＤＳ）のための位相ノイズの低いリファレンス信号（クロック）５２、を含み得る。
【００２０】
加えて、周波数シンセサイザ２０の構成要素を制御するために、制御部（図示せず）が提供されてもよい。
【００２１】
周波数信号生成部２４は、周波数差ｆＤを有するある固定的な複数の周波数を提供する。周波数チューニング部２８は、帯域幅Ｂでの線形的で連続的なスイープを提供する。周波数選択部３０は、好適には増倍部をも含み、ミキシング信号４６から所望の周波数帯を選択し、例えば一実施形態においてそれは低域側の側波帯又は高域側の側波帯のいずれかである。そして、選択された周波数帯からの信号が、好適にはフィルタリングされ、増幅され（amplified）及び増倍される（multiplied）。よって、例えばミリ波／ＴＨｚ周波数レンジでの、所望の周波数レンジにおける連続的で線形的な超広帯域の周波数スイープを実現することができる。
【００２２】
図４及び図５において、周波数信号生成部２４ａ及び２４ｂの好適な実施形態が示されている。概して言うと、周波数信号生成部２４は、少なくとも１つの周波数信号生成ループ回路を有し、その周波数信号生成ループ回路の数はいくつであってもよい。図４及び図５に示した例示的な実施形態では、周波数信号生成部２４ａ及び２４ｂは、それぞれ３つの周波数信号生成ループ回路６０、６２、６４を有する。一般化すると、周波数信号生成ループ回路の数に上限は無く、現実的な数としては２〜６、より具体的には２〜４であってよい。
【００２３】
周波数信号生成ループ回路６０を一例に挙げながら、周波数信号生成ループ回路６０、６２、６４の好適な実施形態について説明する。
【００２４】
位相検出器７０（位相周波数検出器ＰＦＤともいう）は、フィードバックループから受け付けるフィードバック信号８０の周波数及び／又は位相を、上記第１のリファレンス信号４０の周波数及び／又は位相と比較し（具体的には、周波数及び／又は位相の差異を検出し）、制御信号８２を取得する。ループフィルタ７１は、位相検出器７０の出力に接続され、位相検出器７０から出力される制御信号８２をフィルタリングする。制御発振器７２は、例えば電圧制御発振器（ＶＣＯ）などであってよく、ループフィルタ７１の出力に接続され、上記制御信号８２に基づいて、合成周波数出力信号８４を生成する。上記合成周波数出力信号８４は、例えばスプリッタなどであってよい出力部７３により出力される。出力部７３は、合成周波数出力信号８４をフィードバックループにも提供する。フィードバックループは、合成周波数出力信号８４を上記フィードバック信号８０にダウンコンバートする周波数ダウンコンバート部７４を含む。
【００２５】
周波数ダウンコンバート部７４は、好適には、周波数分割器（divider）７５及びミキサ７６を含み、ミキサ７６は上記リファレンス信号源２２により提供される第２のリファレンス信号０ａで周波数分割器７５の出力信号をダウンミキシングして上記フィードバック信号８０を取得する。さらに、いくつかの実施形態において、当該フィードバックループ内で、ミキサ７６の前段及び／又は後段に、追加的なフィルタ７７、７８（具体的には、バンドパスフィルタ）が設けられてもよい。
【００２６】
ＶＣＯ７２は、好適には、非常に良好な位相ノイズ特性を有する、狭帯域の（Ｑの高い）発振器である。各周波数信号生成ループ回路６０、６２、６４内のミキサ７６は、合成周波数出力信号８４を位相検出器の周波数にダウンコンバートする。より広いスペクトルレンジをカバーするために、即ちより広い帯域幅にわたる周波数スイープを可能とするために、様々な周波数信号生成ループ回路６０、６２、６４のミキサ７６には、様々な第２のリファレンス信号５０ａ、５０ｂ、５０ｃが提供され、制御発振器７２は、それによって異なる周波数で動作する。これら発振器の周波数は、上側及び下側の側波帯（図２参照）の“チェーン”が好適には（但し必須ではない）連続的となるように選択され得る。これが連続的でない場合には、個々の周波数帯が生成され得る。必要であれば、最も低い分割比を有する周波数分割器７５が使用されてもよい。最良の位相ノイズを達成するために、固定的に近い周波数を有するＶＣＯ７２がフィードバックループ内で使用されてよく、その場合には周波数分割器７５は使用されなくてもよい。
【００２７】
図４に示した周波数信号生成部２４ａの実施形態は、ミキシング部２６（図３参照）が両側波帯（ＤＳＢ：Double  Side  Band）ミキサを有する場合に特に用いられる。ミキシング部２６（図３参照）が単側波帯（ＳＳＢ：Single  Side  Band）ミキサを有する場合、図５に示した周波数信号生成部２４ｂが特に用いられる。位相検出器の周波数について、良好な位相ノイズの性能を維持するために、可能な限り高い周波数が選択される。周波数信号生成部２４ａ内のスイッチ９０は、ループ回路６０、６２、６４の１つにおいて生成される１つの固定的な周波数を選択し、それをＤＳＢミキサへ出力する。周波数信号生成部２４ｂにおいては、９０度ハイブリッドカプラ９２（又は９０度位相シフタ）が用いられる。元の合成周波数出力信号８４ａ及び９０度位相シフトされた合成周波数出力信号８４ｂの双方は、出力部９３を介して、２つのスイッチ９４ａ、９４ｂに提供される。これら２つのスイッチ９４ａ、９４ｂの出力は、ＳＳＢミキサ２６の２つの異なるＩＦ入力に接続される。これら２つのスイッチ９４ａ、９４ｂを用いて、アップコンバート後の所望の側波帯を選択することができる。
【００２８】
図６において、周波数チューニング部２８ａの第１の実施形態が示されている。概して言うと、周波数チューニング部は、（例えばスイッチ１０４によりスイッチングされて）周波数チューニング信号４４を交互に提供する、第１のサブ周波数チューニング部１００及び第２のサブ周波数チューニング部１０２を有する。よって、第１及び第２のサブ周波数チューニング部１００、１０２の一方が周波数チューニング信号４４を提供している間、第１及び第２のサブ周波数チューニング部の他方は、周波数チューニング信号４４を提供するための準備を行い、即ち、例えば連続的で線形的な周波数スイープを提供するために、当該他方のサブ周波数チューニング部により供給されることになる所望の周波数に前もってチューニングを行うことができる。
【００２９】
図６に示したような簡易な実施形態において、第１及び第２のサブ周波数チューニング部１００、１０２は、例えばチューニング可能なＶＣＯなどの、チューニング可能な発振器として実装される。第１及び第２のサブ周波数チューニング部１００、１０２の各々は、例えばリファレンス信号源２２からの個々の（第３の）リファレンス信号５２ａ、５２ｂ、具体的には制御電圧、を受け付けることで制御される。
【００３０】
一例として図７に示したように、周波数チューニング部２８の他の実施形態もまた利用可能である。図７には、周波数チューニング部２８ｂのより詳細な実施形態が描かれている。この実施形態において、各サブ周波数チューニング部１００、１０２は、例えば“Fast  77  GHz  chirps  with  direct  digital  synthesis  and  phase  locked  loop”（Stelzer,  A.;  Kolmhofer,  E.;  Scheiblhofer,  S.,  Microwave  Conference  Proceedings,  2005,  APMC  2005,  Asia-Pacific  Conference  Proceedings,  vol.  3,  4-7  Dec.  2005）において説明されているような、ハイブリッドＤＳＳ／ＰＬＬループとして実装される。サブ周波数チューニング部１００を例にとると、サブ周波数チューニング部１００は、固定的な周波数の第３のリファレンス信号５２ａからＤＤＳ信号１２０を生成するダイレクト・デジタル・シンセサイザ１１０と、チューニングフィードバックループから受け付けるチューニング周波数分割器出力信号１２２の位相をＤＤＳ信号１２０の位相と比較して、チューニング制御信号１２４を取得するチューニング位相検出器１１１と、上記チューニング制御信号１２４をフィルタリングするループフィルタ１１２と、（フィルタリングされた）チューニング制御信号に基づいて、サブ周波数チューニング部１００のチューニング周波数出力信号４４ａを生成するチューニング発振器（例えばＶＣＯ）１１３と、チューニング周波数出力信号４４ａを周波数分割して、チューニング周波数分割器出力信号１２２を取得するフィードバックループ内のチューニング周波数分割器１１４と、を含む。チューニング周波数出力信号４４ａは、例えばスプリッタであってよい出力部１１５により出力される。出力部１１５は、チューニング周波数出力信号４４ａを、フィードバックループ内の周波数分割器１１４にも提供する。
【００３１】
こうしたハイブリッド構造は、非常に線形的で高分解能の周波数スイープを提供する。周波数シンセサイザの出力において連続的なスイープを有するために、２つのハイブリッドＤＤＳ／ＰＬＬループ回路、即ち、サブ周波数チューニング部１００、１０２が、本実施形態において実装される。１つのループ回路がミキシング部２６のＬＯ入力を提供している間、他のループ回路は、次のスイープのために準備を整える。スイッチ１０４を用いて、必要なループ回路が選択される。ミキシング部２６のＦＷ出力の上側の周波数帯又は下側の周波数帯についてのその選択に応じて、ハイブリッドＤＤＳ／ＰＬＬループ回路のスイープ方向が決定される。
【００３２】
図８〜図１０には、周波数選択部３０の様々な実施形態が示されている。図４に示した実施形態に係る周波数信号生成部２４ａに好適には接続されるＤＳＢミキサをミキシング部２６が含む場合には、図８及び図９に示したような周波数選択部３０ａ、３０ｂの実施形態が好適である。一方、図５に示した実施形態に係る周波数信号生成部２４ｂに好適には接続されるＳＳＢミキサをミキシング部２６が含む場合には、図１０に示したような周波数選択部３０ｃの実施形態が好適である。
【００３３】
図８に示した実施形態に係る周波数選択部３０ａは、ローパスフィルタ１３０及びハイパスフィルタ１３２を有する。ローパスフィルタ１３０及びハイパスフィルタ１３２は、スイッチ１３４、１３６の間に並列に接続され、１つの実施形態においてミキシング部２６に含まれるＤＳＢミキサにより提供されるミキシング信号４６から上側の又は下側の側波帯を選択する。好適には、第２のスイッチ１３６の出力にバンドパスフィルタ１３８が接続され、当該バンドパスフィルタ１３８は、（所望の）帯域全体をカバーし、不要なスプリアス信号を抑圧するために使用される。そして、バンドパスフィルタ１３８の出力信号は、例えば増倍器、増幅器及びフィルタを含む後処理部１４０において、好適には増倍され、増幅され及びフィルタリングされる。
【００３４】
図９に示した実施形態に係る周波数選択部３０ｂは、スイッチ１３４、１３６の間に並列に接続される、３つ以上のフィルタのフィルタバンク１４２を有する。フィルタバンク１４２は、ミキシング信号４６から所望の周波数帯を選択し、具体的には、１つの実施形態においてミキシング部２６に含まれるＤＳＢミキサにより提供されるミキシング信号４６から上側の又は下側の側波帯のいずれかを選択するためのものである。
【００３５】
図１０に示した実施形態に係る周波数選択部３０ｃは、１つの実施形態においてミキシング部２６に含まれるＳＳＢミキサにより提供されるミキシング信号４６から所望の周波数帯を選択するためのバンドパスフィルタ１４４を有する。好適には、当該バンドパスフィルタは、（所望の）周波数帯域全体をカバーする。イメージの抑圧（即ち、不要な周波数帯の抑圧）は、既にＳＳＢミキサにおいて（ある程度まで）行われている。さらなる抑圧が必要であれば、追加的なフィルタが付加されてもよい。
【００３６】
図１１は、本発明に係る周波数シンセサイザでの連続的で線形的な周波数スイープを例示する図を示しており、具体的には、３つの周波数信号生成ループ回路６０、６２、６４を有する図４又は図５に示した実施形態に係る周波数信号生成部２４ａ又は２４ｂが用いられる。周波数チューニング信号４４の適切な制御、より具体的には当該周波数チューニング信号４４の周波数のチューニングによって、周波数チューニング部２８により、矢印１５０で示されたような非常に広帯域で連続的なスイープを実現することができる。
【００３７】
具体的には、図１１に示されているように、連続的なスイープ１５０によりカバーされ得る全帯域幅ｆｔｏｔは、６つの周波数帯の各々の帯域幅を表す周波数差ｆＤの６倍に相当する（この位相ノイズの低いミキシング信号４６の増倍後には、帯域幅は一層広くなり得る）。これら周波数帯は、次のように生成される（周波数信号生成部２４ａの実施形態の使用とミキシング部２６におけるＤＳＢミキサの使用とを前提とする）。
【００３８】
第１の周波数帯１５１は、第１の周波数信号生成ループ回路６０によるアップコンバート後の下側の側波帯である。第２の周波数帯１５２は、第２の周波数信号生成ループ回路６２によるアップコンバート後の下側の側波帯である。第３の周波数帯１５３は、第３の周波数信号生成ループ回路６４によるアップコンバート後の下側の側波帯である。第４の周波数帯１５４は、第１の周波数信号生成ループ回路６０によるアップコンバート後の上側の側波帯である。第５の周波数帯１５５は、第２の周波数信号生成ループ回路６２によるアップコンバート後の上側の側波帯である。第６の周波数帯１５６は、第３の周波数信号生成ループ回路６４によるアップコンバート後の上側の側波帯である。
【００３９】
よって、例えば、第１の周波数信号生成ループ回路６０からの合成周波数出力信号４２がミキシング回路２６に向けてスイッチングされる場合には、ミキシング信号４６は、互いの間に少なくない（周波数方向の）ギャップを有する第１及び第４の周波数帯１５１、１５４をカバーする。その結果、所望の周波数帯をフィルタ出力するための周波数選択部３０における後続のフィルタについての要件は、緩和される。即ち、フィルタ曲線は、例えば図２に示したような隣接する周波数帯の間にギャップがない（又は小さいギャップしかない）既知の周波数シンセサイザにおけるものと比較して、それほど急勾配でなくてよい。
【００４０】
実践的な実装における周波数割当ての一例は、次の通りであってよい（図１１を参照しながら説明した例にあらためて言及する）。まず、３つの周波数信号生成ループ回路６０、６２、６４がそれぞれ固定的な発振器周波数４０、４５及び５０ＧＨｚを有しているものとする。周波数チューニング信号４４は、５〜１０ＧＨｚである。これは、第１の周波数信号生成ループ回路６０については３０〜３５ＧＨｚ及び４５−５０ＧＨｚの周波数帯１５１、１５４、第２の周波数信号生成ループ回路６２については３５〜４０ＧＨｚ及び５０−５５ＧＨｚの周波数帯１５２、１５５、第３の周波数信号生成ループ回路６４については４０〜４５ＧＨｚ及び５５−６０ＧＨｚの周波数帯１５３、１５６が生成されることを意味する。従って、３０ＧＨｚから６０ＧＨｚまでの周波数スイープを実行することが可能である。
【００４１】
好適には、周波数チューニング部２８のスイープは、下側の側波帯（即ち、周波数帯１５１、１５２、１５３）と上側の側波帯（即ち、周波数帯１５４、１５５、１５６）とでその方向が異なってよい。増倍率（multiplication  factor）が１６であれば、周波数シンセサイザの出力周波数は、４８０〜９６０ＧＨｚとなる。周波数チューニング部２８において使用されるＤＤＳが３２ビットで動作する場合には、ＤＤＳのリファレンスクロックは１ＧＨｚ、ＤＤＳの出力は１００ＭＧｚであり、ＤＤＳの出力における信号は０．２３Ｈｚの分解能を有し、周波数シンセサイザの出力４８では（４８０〜９６０ＧＨｚ帯において）３６８Ｈｚの高い分解能を有するであろう。
【００４２】
図１２において、周波数信号生成部２４ｃの簡易な実施形態が示されている。この実施形態において、周波数信号生成部２４ｃは、十分に低い位相ノイズを伴って異なる所定の周波数で合成周波数出力信号を生成する、３つの発振器７２ａ、具体的には誘電共振発振器を有する。よって、これら発振器は、上で説明した実施形態において提供されるループ回路６０、６２、６４と置き換えられる。
【００４３】
なお、本発明の装置及び方法において使用される個々の構成要素は、一般的に知られている。これは、特にループフィルタ、ローカル発振器、位相検出器、ミキサ及び周波数分割器などの構成要素について言えることである。よって、提案した周波数シンセサイザの様々な実施形態において、所望の効果を達成するために、要求される設定及び／又は規模に合わせて標準的な構成要素を使用することができる。
【００４４】
提案した周波数シンセサイザは、マイクロ波及びミリ波の周波数において、線形的かつ連続的な周波数スイープを合成することができる。特にＤＤＳにおけるデジタル信号の生成を使用する好適な実施形態において、いかなる確定的な超広帯域周波数の波形をも生成することができる。合成される周波数は、より低い及びより高い帯域内のオフセット周波数において、低い位相ノイズを有する。当該周波数シンセサイザは、非常に高い分解能（Ｈｚ）を有し、それは主にＤＤＳの性能に依存する。また、非常に線形的な（linear）、二次の（quadratic）若しくは三次の（cubic）周波数チャープなどの数多くの波形を合成し、又は線形的な周波数ランプからの確定的な偏差（deterministic  deviations）を合成することも可能である。
【００４５】
図面及びこれまでの説明において、本発明を詳細に例示し説明してきたが、これら例示及び説明は、限定的なものであると見なされるべきではない。本発明は、開示された実施形態には限定されない。特許請求の範囲に記載された発明を実践する当該技術分野の当業者によって、開示された実施形態の他の変形例もまた、図面、明細書及び特許請求の範囲の記載から想起され得るであろう。
【００４６】
特許請求の範囲において、“comprising（備える、有する、含む）”との語は他の構成要素又はステップを排除せず、不定冠詞“ａ”又は“an”は複数を排除しない。単一の構成要素又はその他のユニット（部）が特許請求の範囲に記載された複数の事項を充足してもよい。ある手段が互いに異なる従属項に記載されているという単なる事実は、それら手段の組合せが利点をもたらすものとして使用され得ないことを意味しない。
【００４７】
特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も、技術的範囲を限定するものと理解されるべきでない。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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