(57)【要約】【課題】  複数の装置間で信号の同期を取ることが可能な同期回路および同期システムを得る。【解決手段】  入力端子から入力した信号の波形を二乗する第１の周波数変換器と、第１の周波数変換器の出力信号が入力される第１、第２、第３の帯域通過フィルタと、第１の帯域通過フィルタの出力信号と第２の帯域通過フィルタの出力信号が入力される第２の周波数変換器と、第１の帯域通過フィルタの出力信号と第２の周波数変換器の出力信号が入力される位相検出器と、第１の帯域通過フィルタの出力信号が入力される位相共役回路と、位相共役回路の出力信号が入力される逓倍器と、第３の帯域通過フィルタの出力信号と逓倍器の出力信号が入力される第３の周波数変換器と、位相検出器の出力信号が制御端子に入力され、第３の周波数変換器の出力信号が入力端子に入力される移相器と、を備える。【選択図】  図１
2013138338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と、
前記入力端子から入力した信号の波形を二乗する第１の周波数変換器と、
前記第１の周波数変換器の出力信号が入力される第１の帯域通過フィルタと、
前記第１の周波数変換器の出力信号が入力される第２の帯域通過フィルタと、
前記第１の周波数変換器の出力信号が入力される第３の帯域通過フィルタと、
前記第１の帯域通過フィルタの出力信号が第１の入力端子に入力され、前記第２の帯域通過フィルタの出力信号が第２の入力端子に入力される第２の周波数変換器と、
前記第１の帯域通過フィルタの出力信号が第１の入力端子に入力され、前記第２の周波数変換器の出力信号が第２の入力端子に入力される位相検出器と、
前記第１の帯域通過フィルタの出力信号が入力される位相共役回路と、
前記位相共役回路の出力信号が入力される逓倍器と、
前記第３の帯域通過フィルタの出力信号が第１の入力端子に入力され、前記逓倍器の出力信号が第２の入力端子に入力される第３の周波数変換器と、
前記位相検出器の出力信号が制御端子に入力され、前記第３の周波数変換器の出力信号が入力端子に入力される移相器と、
前記移相器の出力信号を出力する出力端子と、
を備えたことを特徴とする同期回路。
【請求項２】
異なる３つの周波数の正弦波の合成信号を送信する基準信号送信機と、
前記基準信号送信機から送信された前記合成信号を受信する少なくとも１つ以上の請求項１に記載の同期回路と、
を備えたことを特徴とする同期システム。
【請求項３】
前記基準信号送信機と前記同期システムが有線で接続されていることを特徴とする請求項２に記載の同期システム。
【請求項４】
前記基準信号送信機と前記同期システムが無線で接続されていることを特徴とする請求項２に記載の同期システム。
【請求項５】
ｆ０、ｆ１、ｆ２を周波数として、前記基準信号送信機から出力される前記異なる３つの周波数が、それぞれｆ０−ｆ１、ｆ０、ｆ０＋ｆ２であり、ｆ２＝Ｎ×ｆ１（Ｎは２以上の整数）であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の同期システム。
【請求項６】
前記移相器の出力信号をトリガ信号とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の同期回路または同期システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の装置間の周波数および位相を同期させる同期回路および同期システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来複数の装置やモジュール間において信号の同期をとる方法として周波数が数ＭＨｚ〜数百ＭＨｚ程度の参照信号を用いる方法が利用されてきた。例えば、非特許文献１にはある計測器から出力された１０ＭＨｚの信号を他方の計測器に入力することで周波数の同期を行い、トリガ発生器から出力されるトリガ信号を用いることで２台の計測器の位相を同期させる方法について記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】“ＭＩＭＯのための多信号源の同期化”、アプリケーションノート、アンリツ社、２００７年９月。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来構成ではトリガ発生器と各装置間の距離が同一ではない場合、距離に応じてトリガ信号の到達時間が異なるため、各装置間での信号のタイミングがばらつき、同期の精度が劣化する問題があった。
また、同軸ケーブル等を用いることができない装置間の距離が離れているシステム（例えば、宇宙太陽光発電システム）には従来技術を適用できず、信号の同期がとれない問題があった。
【０００５】
本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、周波数の異なる３つの正弦波信号を１つの基準信号送信機から出力し、３つの正弦波を各装置に搭載された同期回路で受信し、受信した３波の周波数差を抽出し、抽出された３波の信号のうち２波の位相差を検出し、検出した位相差情報を用いて残りの１波の位相を調整することにより、基準信号送信機からの距離が異なる装置間で同一の周波数および位相の信号を得ることができ、複数の装置間で信号の同期を取ることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る同期回路は、
入力端子と、
前記入力端子から入力した信号の波形を二乗する第１の周波数変換器と、
前記第１の周波数変換器の出力信号が入力される第１の帯域通過フィルタと、
前記第１の周波数変換器の出力信号が入力される第２の帯域通過フィルタと、
前記第１の周波数変換器の出力信号が入力される第３の帯域通過フィルタと、
前記第１の帯域通過フィルタの出力信号が第１の入力端子に入力され、前記第２の帯域通過フィルタの出力信号が第２の入力端子に入力される第２の周波数変換器と、
前記第１の帯域通過フィルタの出力信号が第１の入力端子に入力され、前記第２の周波数変換器の出力信号が第２の入力端子に入力される位相検出器と、
前記第１の帯域通過フィルタの出力信号が入力される位相共役回路と、
前記位相共役回路の出力信号が入力される逓倍器と、
前記第３の帯域通過フィルタの出力信号が第１の入力端子に入力され、前記逓倍器の出力信号が第２の入力端子に入力される第３の周波数変換器と、
前記位相検出器の出力信号が制御端子に入力され、前記第３の周波数変換器の出力信号が入力端子に入力される移相器と、
前記移相器の出力信号を出力する出力端子と、
を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数の装置間で信号の同期を取ることが可能な同期回路および同期システムを得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による同期システムを示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による同期回路を示す構成図
【図３】この発明の実施の形態１による同期システムの動作を説明するための図
【図４】この発明の実施の形態１による同期システムの動作を説明するための図
【図５】この発明の実施の形態２による同期システムを示す構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる同期システムを示す構成図である。図中、１００＿０は基準信号送信機、１００＿１〜１００＿Ｌは同期回路である。
基準信号を送信する基準信号送信機１００＿０と、全ては図示されていないＬ台（Ｌは１以上の整数）の装置から構成され、Ｌ台の装置にＬ個の同期回路１００＿１〜１００＿Ｌが、それぞれ１つずつ搭載され、基準信号送信機１００＿０の出力端子と同期回路１００＿１〜１００＿Ｌの入力端子が接続されている。
【００１０】
図２は、図１における同期回路１００＿１の詳細な構成を示している図である。図中、１００＿１は同期回路、１１は第１の周波数変換器、１２、１３、１４は帯域通過フィルタ、１５は第２の周波数変換器、１６は位相検出器、１７は位相共役回路、１８は逓倍器、１９は第３の周波数変換器、２０は移相器である。なお、図１における同期回路１００＿１〜１００＿Ｌはすべて図２に示したものと同じ構成としている。したがって、ここでは図２の同期回路１００＿１についてのみ説明する。
【００１１】
図２において、周波数変換器１１は、第１の入力端子と第２の入力端子と出力端子を有する。位相検出器１６は第１の入力端子と第２の入力端子と出力端子を有する。第２の周波数変換器１５は、第１の入力端子と第２の入力端子と出力端子を有する。第３の周波数変換器１９は、第１の入力端子と第２の入力端子と出力端子を有する。移相器２０は入力端子と制御端子と出力端子を有する。
【００１２】
また、同期回路１００＿１の入力端子は周波数変換器１１の第１の入力端子と第２の入力端子に接続され、周波数変換器１１の出力端子は帯域通過フィルタ１２〜１４の入力端子に接続され、帯域通過フィルタ１２の出力端子は位相検出器１６の第１の入力端子および第２の周波数変換回路１５の第１の入力端子および位相共役回路１７の入力端子に接続され、帯域通過フィルタ１３の出力端子は第２の周波数変換器１５の第２の入力端子に接続され、第２の周波数変換器１５の出力端子は位相検出器１６の第２の入力端子に接続され、位相検出器１６の出力端子は移相器２０の制御端子に接続され、帯域通過フィルタ１４の出力端子は第３の周波数変換器１９の第１の入力端子に接続され、位相共役回路１７の出力端子は逓倍器１８の入力端子に接続され、逓倍器１８の出力端子は第３の周波数変換器１９の第２の入力端子に接続され、第３の周波数変換器１９の出力端子は移相器２０の入力端子に接続され、移相器２０の出力端子は同期回路１００＿１の出力端子に接続されている。
【００１３】
次に動作について説明する。上記したように同期回路１００＿１〜１００＿Ｌは同じ構成であるため、ここでは同期回路１００＿１の動作についてのみ説明を行う。
基準信号送信機１００＿０から出力される信号 s(t) の周波数関係を次式のように設定する。
s(t)=A cos{2π(ｆ０-ｆ１)ｔ}+B cos{2πｆ０ｔ}+C cos{2π(ｆ０+ｆ２)ｔ}  （１）
ここでA、B、Cは各周波数成分の振幅値を、ｔは時間を、ｆ０、ｆ１、ｆ２は周波数を表している。また、ｆ２=Ｎ×ｆ１（Ｎは２以上の整数）および、ｆ１≦ｆ２＜＜ｆ０の関係がある。すなわち、基準信号送信機１００＿０から出力される基準信号の異なる３つのキャリア周波数であるｆ０−ｆ１、ｆ０、ｆ０＋ｆ２に対して、ｆ１およびｆ２は十分低い周波数になっている。
【００１４】
ここでは、説明の簡単化のため A＝B＝C＝１、Ｎ＝２とする。なお、A、B、Cは、０以外の任意の実数であればよく、A＝B＝C＝１としたことによる以下の本発明の説明への影響は無い。
【００１５】
基準信号送信機１００＿０から距離Ｄだけ離れた同期回路１００＿１に入力される信号を s'(t) とすると、s'(t) は
s'(t)=cos{2π(ｆ０-ｆ１)ｔ+φ１}+cos{2πｆ０ｔ+φ２}+cos{2π(ｆ０+ｆ２)ｔ+φ３}
（２）
となる。ここで、φ１、φ２、φ３は、距離Ｄによる各周波数成分の位相回転量を表しており、
【００１６】
φ１ = 2π× mod{Ｄ(ｆ０-ｆ１)/ｃ,１}                            （３）
φ２ = 2π× mod{Ｄｆ０/ｃ,１}                                    （４）
φ３ = 2π× mod{Ｄ(ｆ０+ｆ２)/ｃ,１}                            （５）
と表される。ここでｃは光速（伝搬路が誘電体である等、遅波効果がある場合は実際の伝搬速度）を表し、mod(X,Y) はXをYで割った余りを表す。
【００１７】
同期回路１００＿１に入力された信号 s'(t) は第１の周波数変換器１１の第１の入力端子と第２の入力端子に入力される。したがって、周波数変換器１１に入力した信号の波形は二乗されて出力されることから、周波数変換器１１の出力信号 s''(t) は
s''(t)=s'(t)×s'(t)
=[cos{2π(ｆ０-ｆ１)ｔ+φ１}+cos{2πｆ０ｔ+φ２}+cos{2π(ｆ０+ｆ２)ｔ+φ３}]２
=α+β
+cos(2πｆ１ｔ+φ2-φ1)+cos(2πｆ２ｔ+φ２-φ３)+cos(2πｆ３ｔ+φ３-φ１)
（６）
となる。
【００１８】
ここで
α=[cos{4π(ｆ０-ｆ１)ｔ+φ１}+cos{4πｆ０ｔ+φ２}
+cos{4π(ｆ０+ｆ２)ｔ+φ３}+3]/2              （７）
β=cos{2π(2ｆ０-ｆ１)ｔ+φ１+φ２}+cos{2π(2ｆ０+ｆ２)ｔ+φ２+φ３}
+cos{2π(2ｆ０-ｆ１+ｆ２)ｔ+φ１+φ３}  （８）
ｆ３=ｆ１+ｆ２                                                        （９）
である。
【００１９】
信号 s''(t) は３分岐され、そのうち一つは帯域通過フィルタ１２の入力端子へ入力される。
帯域通過フィルタ１２の特性は中心周波数 ｆ１ であり通過帯域幅 ＢＷ１ の通過帯域をもつ特性とし、ＢＷ１ を ＢＷ１≦0.5×ｆ１ とすると、式（６）における第３項以外の成分は阻止されるため、帯域通過フィルタ１２の出力信号 s１(t) は
s１(t)=cos(2πｆ１ｔ+φ2-φ1)                                （１０）
となる。
【００２０】
３分岐された信号 s''(t) の残りの２波のうち一つは帯域通過フィルタ１３の入力端子へ入力される。
帯域通過フィルタ１３の特性は中心周波数 ｆ２ であり通過帯域幅 ＢＷ２ の通過帯域をもつ特性とし、ＢＷ２ を ＢＷ２≦0.5×ｆ１ とすると、式（６）における第４項以外の成分は阻止されるため、帯域通過フィルタ１３の出力信号 s２(t) は
s２(t)=cos(2πｆ２ｔ+φ３-φ２)                                （１１）
となる。
【００２１】
３分岐された信号 s''(t) の残りの１波は帯域通過フィルタ１４の入力端子へ入力される。
帯域通過フィルタ１４の特性は中心周波数 ｆ３ であり通過帯域幅 ＢＷ３ の通過帯域をもつ特性とし、ＢＷ３ を ＢＷ３≦0.5×ｆ１ とすると、式（６）における第５項以外の成分は阻止されるため、帯域通過フィルタ１４の出力信号 s３(t) は
s３(t)=cos(2πｆ３ｔ+φ３-φ１)                                （１２）
となる。
【００２２】
帯域通過フィルタ１２の出力信号 s１(t) は位相検出器１６の第１の入力端子に入力されるとともに、第２の周波数変換器１５の第１の入力端子に入力される。
【００２３】
帯域通過フィルタ１３の出力信号 s２(t) は第２の周波数変換器１５の第２の入力端子に入力される。
【００２４】
したがって、第２の周波数変換器１５の出力信号 s２'(t) は
s２'(t)=cos(2πｆ1ｔ+φ３-２φ２+φ1)                          （１３）
となる。
【００２５】
図３は位相検出器１６の特性の一例である。図３の横軸は位相検出器１６の第１の入力端子と第２の入力端子に入力される信号の位相差であり、図３の縦軸は位相検出器１６の出力端子から出力される電圧である。位相検出器１６では、入力信号の位相差に応じて出力電圧が変化し、２つの入力信号の位相差がゼロの時出力電圧がゼロとなる。
【００２６】
位相検出器１６の第１の入力端子の信号と第２の入力端子の信号の位相差は、式（１０）と式（１３）より (φ３-２φ２+φ１) - (φ2-φ1) =φ３-3φ2+2φ１ となる。このとき、位相検出器１６の出力端子からはある一定の電圧 Ｖ０ 
Ｖ０ ＝ X×(φ３-3φ2+2φ１)                                    (１４)
が出力される。ここで X は係数を表す。
【００２７】
帯域通過フィルタ１４の出力信号 s３(t) は第３の周波数変換器１９の第１の入力端子に入力される。
【００２８】
帯域通過フィルタ１２の出力信号 s１(t) は位相共役回路１７の入力端子に入力されるため、位相共役回路１７の出力信号 s１'(t) は
s１'(t) = cos(2πｆ１ｔ -φ2+φ1)                              （１５）
となる。
【００２９】
位相共役回路１７の出力信号は逓倍器１８の入力端子に入力される。ここで、逓倍器１８の逓倍数をＮ＋１、即ち３逓倍器とすると、逓倍器１８の出力信号 s１''(t) は
s１''(t) = cos(6πｆ１ｔ -3φ2 +3φ1)
= cos(2πｆ３ｔ -3φ2 +3φ1)                          （１６）
となる。
【００３０】
第３の周波数変換器１９の第１の入力端子に信号 s３(t) が入力され、第３の周波数変換器１９の第２の入力端子に信号 s１''(t) が入力されるので、第３の周波数変換回路１９の出力信号 s３'(t) は式（１２）および式（１６）より
s３'(t) = cos(4πｆ３ｔ +φ3 -3φ2 +2φ1)                      （１７）
となる。
【００３１】
ここで、式（３）、式（４）より、
φ2-φ１ = 2π×[ mod{Ｄｆ０/ｃ,１} - mod{Ｄ(ｆ０-ｆ１)/ｃ,１} ]
= 2π× mod{Ｄｆ1/ｃ,１}                                （１８）
となる。式（４）、式（５）より、
φ3-φ2 = ２π×[mod{Ｄ(ｆ０+ｆ２)/ｃ,１} - mod{Ｄｆ０/ｃ,１} ]
= ２π×mod{Ｄｆ2/ｃ,１}
= ４π×mod{Ｄｆ1/ｃ,１}                                    （１９）
となる。式（３）、式（５）より、
φ3-φ１ = ２π×[mod{Ｄ(ｆ０+ｆ２)/ｃ,１} - mod{Ｄ(ｆ０-ｆ１)/ｃ,１} ]
= ２π×mod{Ｄ(ｆ２+ｆ1)/ｃ,１}
= ６π× mod{Ｄｆ1/ｃ,１}                                （２０）
となる。
【００３２】
図４は 移相器２０の特性の一例である。図４の横軸は制御電圧であり、図４の縦軸は移相器２０の位相変化量である。位相検出器１６から出力された電圧Ｖoで移相器２０の位相を制御すると位相量が φ3-3φ2+2φ1 だけ変化する。したがって、このとき移相器２０の出力信号 s０(t) は
s０(t) = cos(6πｆ1ｔ)                                          （２１）
となる。この信号は、同期回路１００＿１の出力端子から出力される。
【００３３】
以上同期回路１００＿１の動作について説明を行ったが、同期回路１００＿１から１００＿Ｌはすべて同じ構成であるため、すべての同期回路の出力信号が s０(t) となる。この信号 s０(t) を用いることで、例えば信号 s０(t) のゼロクロス点を基準とするトリガ信号を生成することなどにより、すべての同期回路１００＿１〜１００＿Ｌにおいて同一タイミングのトリガ信号を得ることが可能である。
【００３４】
以上より、基準信号送信機１００＿０と同期回路１００＿１〜１００＿Ｌの距離に関係なく、周波数および位相さらにタイミングが同一の信号がすべての同期回路１００＿１〜１００＿Ｌから出力されるため、本同期回路を用いることで、複数の装置間で信号の同期を取ることが可能となる。
【００３５】
なお、本実施の形態１では、ｆ２＝２ｆ１としたが、本発明はこれに限られるものではなく、ｆ２＝Ｎ×ｆ１とし、Ｎを２以上の整数とすれば良い。
また、本実施の形態１では基準信号送信機１００＿０と同期回路１００＿１〜１００＿Ｌを別の装置として説明を行ったが、基準信号送信機１００＿０は同期回路１００＿１〜１００＿Ｌを含むいずれかの装置に搭載されていても良い。
【００３６】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係わる同期システムを示す構成図であり、図中、図１、図２と同一符号は同一又は相当部分を示し説明を省略する。図５において、１０１＿０および１０１＿１〜１０１＿Ｌはアンテナである。図７において、基準信号送信機１００＿０にはアンテナ１０１＿０が、同期回路１００＿１〜１００＿Ｌにはそれぞれアンテナ１０１＿１〜１０１＿Ｌが接続されており、基準信号送信機１００＿０とＬ個の同期回路１００＿１はアンテナ１０１＿０とアンテナ１０１＿１〜１０１＿Ｌを介して無線によって接続されている。
【００３７】
同期回路１００＿１の構成および動作については実施の形態１と同様のため、ここでは説明を省略する。
【００３８】
本実施の形態２によれば基準信号送信機１００＿０と同期回路１００＿１〜１００＿Ｌの間を同軸ケーブル等の有線を用いず、無線接続にした場合でも動作させることが可能である。従って、同期用ケーブルを使用することが困難な装置間の距離が離れているシステムにおいても、本同期システムおよび同期回路を用いることにより、複数の装置間で信号の周波数と位相の同期をとることが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１００＿０  基準信号送信機、１００＿１〜１００＿Ｌ  同期回路、１０１＿０、１０１＿１〜１０１＿Ｌ  アンテナ、１１、１５、１９  周波数変換器、１２、１３、１４  帯域通過フィルタ、１６  位相検出器、１７  位相共役回路、１８  逓倍器、２０  移相器
【図１】
2013138338.tif 000003
【図２】
2013138338.tif 000004
【図３】
2013138338.tif 000005
【図４】
2013138338.tif 000006
【図５】
2013138338.tif 000007