(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信側から送信された無線多重信号波を、上記無線多重波信号波中に含まれる無線基準信号波により周波数ダウンコンバートする周波数変換手段を備え、
上記周波数変換手段が２端子型のマイクロ波トランジスタを使用した周波数ミキサであり、
上記周波数ミキサは、入力端子と出力端子を有し、上記無線周波数多重波または中間周波数多重信号波が入力された上記マイクロ波トランジスタの出力部に、無線多重波信号波または中間周波数多重信号波の周波数で短絡となる短絡回路を設けた周波数ダウンコンバータであることを特徴とするマイクロ波帯無線受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクロ波帯無線受信装置において、
上記周波数ミキサのマイクロ波トランジスタがヘテロ接合型バイポーラトランジスタであることを特徴とするマイクロ波帯無線受信装置。
【請求項３】
送信側から送信された無線多重信号波を、受信側の局部発振器を用いて中間周波数多重信号波に周波数ダウンコンバートする第１の周波数変換手段と、
上記第１の周波数変換手段により周波数ダウンコンバートされた上記中間周波数多重信号波をその中間周波数多重信号波中に含まれる基準信号波により周波数ダウンコンバートすることにより中間周波数信号波を生成する第２の周波数変換手段とを備えたことを特徴とするマイクロ波帯無線受信装置。
【請求項４】
請求項３に記載のマイクロ波帯無線受信装置において、
上記第１の周波数変換手段に偶高調波ミキサを用いたことを特徴とするマイクロ波帯無線受信装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載のマイクロ波帯無線受信装置において、
上記第２の周波数変換手段が、マイクロ波トランジスタを使用した入力端子と出力端子を有した周波数ミキサであることを特徴とするマイクロ波帯無線受信装置。
【請求項６】
入力変調信号波もしくは中間周波数信号波に、中間周波数の段階でレベル制御手段を用いてレベル制御された基準信号波を加算することによって、中間周波数多重信号波を生成する多重波生成手段と、
上記多重波生成手段により生成された上記中間周波数多重信号波をマイクロ波に周波数アップコンバートする第２の周波数変換手段と、
上記第２の周波数変換手段により周波数アップコンバートされたマイクロ波帯の多重信号波を増幅して、上記中間周波数の段階でレベル制御がなされた無線基準信号波と無線信号波で構成される無線多重信号波として送信する送信手段とを有するマイクロ波帯無線送信装置と、
請求項１乃至２のいずれか１つに記載のマイクロ波帯無線受信装置とを備えたことを特徴とするマイクロ波帯無線通信システム。
【請求項７】
入力変調信号波もしくは中間周波数信号波に、中間周波数の段階でレベル制御手段を用いてレベル制御された基準信号波を加算することによって、中間周波数多重信号波を生成する多重波生成手段と、
上記多重波生成手段により生成された上記中間周波数多重信号波をマイクロ波に周波数アップコンバートする第２の周波数変換手段と、
上記第２の周波数変換手段により周波数アップコンバートされたマイクロ波帯の多重信号波を増幅して、上記中間周波数の段階でレベル制御がなされた無線基準信号波と無線信号波で構成される無線多重信号波として送信する送信手段とを有するマイクロ波帯無線送信装置と、
請求項３乃至５のいずれか１つに記載のマイクロ波帯無線受信装置とを備えたことを特徴とするマイクロ波帯無線通信システム。
【請求項８】
請求項６に記載のマイクロ波帯無線通信システムにおいて、
上記マイクロ波帯無線送信装置の入力変調信号波が、地上波ＴＶ放送波信号と衛星放送の中間周波信号波とケーブルＴＶの信号波のうちのいずれか１つかまたは２以上を組み合わせた信号波であることを特徴とするマイクロ波帯無線通信システム。
【請求項９】
請求項７に記載のマイクロ波帯無線通信システムにおいて、
上記マイクロ波帯無線送信装置の入力変調信号波が、地上波ＴＶ放送波信号と衛星放送の中間周波信号波とケーブルＴＶの信号波のうちのいずれか１つかまたは２以上を組み合わせた信号波であることを特徴とするマイクロ波帯無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯無線受信装置およびマイクロ波帯無線通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波帯無線通信システムとしては、特開２００１−５３６４０号公報(特許文献１)に記載されたものがある。このマイクロ波帯無線通信システムは、図１２に示すように、マイクロ波帯無線送信装置およびマイクロ波帯無線受信装置を備えている。ここでマイクロ波帯とは、ミリ波帯を含む周波数帯域をいう。
【０００３】
上記マイクロ波帯無線送信装置は、ＩＦ変調信号源１００により変調された中間周波数信号波１０８ａ(周波数fIF)が生成され、ミリ波帯局部発振器１０５により局部発振波１０６b(周波数fLo)が生成され、その局部発振波１０６b(周波数fLo)を周波数変換器１００１により周波数アップコンバートする。そうして、周波数アップコンバートされた無線信号波１０７(周波数fRF)をミリ波帯のバンドパスフィルタ１０２により取り出すと共に、信号合成器１１４により局部発振波１０６bと多重化し、局部発振波１０６b(周波数fLo)と無線信号波１０７を送信用増幅器１０３により適当なレベルまで増幅して送信アンテナ１５により放射する。
【０００４】
そして、受信側のマイクロ波帯無線受信装置では、無線信号波１０７と局部発振波１０６bを受信アンテナ２０により受信し、低雑音の受信用増幅器１１１で適当なレベルまで増幅し、ミリ波帯のバンドパスフィルタ１０２で所望波である無線信号波１０７と局部発振波１０６bを取り出した後、周波数ミキサ１１０に入力する。上記周波数ミキサ１１０のもつ２乗検波特性によって、無線信号波１０７と局部発振波１０６bが２乗検波されて中間周波数信号波１０８ｂを生成し、生成された中間周波数信号波１０８ｂを復調器・チューナ１１３に入力する。
【０００５】
ところで、上記マイクロ波帯無線通信システムでは、
(１)  送信側で局部発振波(周波数fLO)と無線信号波(周波数fRF)および不要片側側波帯信号波の出力レベルのコントロールが困難である
(２)  無線伝送帯域幅が狭くなる
(３)  受信側の周波数ダウンコンバートにおいて、２乗器を使用しているため、周波数ダウンコンバートされた中間周波数帯(ＩＦ帯)における検波レベルが小さく伝送距離を十分確保することが困難である
という問題点がある。
【０００６】
上記(１)の課題については、中間周波数信号波１０８ａを無線信号波１０７にミリ波帯に周波数アップコンバートするために使用する局部発振波１０６bを、信号合成器１１４で直接加算し、無線信号波１０７と局部発振波１０６bの送信波である無線多重信号波１１５が生成される。ここでは、無線信号波１０７の周波数fRFと中間周波数信号波１０８ａの周波数fIFが定まれば、局部発振周波数fLOの関係は一意的に決まってしまう。上記無線信号波１０７(周波数fRF)は、無線周波数帯で、電波法上の問題で任意に設定することが困難であり、中間周波数信号波１０８ａのIF周波数帯は、例えば、ＴＶ信号の周波数等であれば、すでに決まった周波数となっていることから、通常０.１ＧＨz〜２ＧＨz程度が使用されている。
【０００７】
図１３に示す上記マイクロ波帯無線通信システムにおける周波数スペクトラムの関係を示している。図１３に示すように、無線周波数fRF(＝fLO＋fIFまたはfLO−fIf)により、無線周波数fRFと中間周波数fIFが固定されてしまうと、局部発振周波数fLOを自由に設定することができない。また、局部発振波１０６b(周波数fLO)も送信信号となるため、無線信号波１０７(周波数fRF)と同時に、局部発振波１０６b(周波数fLO)の方も正確にレベルコントロールする必要がある。さらに、無線多重信号波１１５は、通常、片側波帯信号波(例えば上側波帯)を無線信号波１０７(周波数fRF)として使用する場合、下側波帯fLO−fIF成分は不要信号波になり、バンドパスフィルタ１０２により抑圧する必要がある。
【０００８】
しかしながら、中間周波数信号波１０８ａ(周波数fIF)が、ＵＨＦ帯の周波数(例えば、fIF＝０.５ＧＨz〜１.０ＧＨz)である場合、無線信号波の周波数をミリ波帯(例えばfRF＝５９.５ＧＨz〜６０.０ＧＨz)とすると、図１３に示すように、fLO＋fIF成分,fLO成分,fLO−fIF成分は、夫々、５９.５ＧＨz〜６０.０ＧＨz、５９ＧＨz、５８.０ＧＨz〜５８.５ＧＨzとなり、お互いの周波数間隔が近づいてしまい、通常のミリ波帯バンドパスフィルタ(平面回路フィルタや導波管フィルタ)では、不要信号波である下側波帯信号のfLO−fIF信号を抑圧することが困難である。さらに、局部発振波１０６b(周波数fLO)も５９ＧＨzとなり、直接高い周波数を精度よく発生させる必要がある。
【０００９】
さらに、上記(２)の課題として、局部発振波１０６b(周波数fLO)と無線信号波１０７(周波数fRF)の周波数の関係は、前述したように一意的に決まってしまう、例えば周波数fIF＝０.５ＧＨz〜１.５ＧＨz、fRF＝５９.５ＧＨz〜６０.５ＧＨzであれば、fLOが５９.０ＧＨzとなってしまい、局部発振波１０６b(周波数fLO)と無線信号波１０７(周波数fRF)の周波数間隔が５００ＭＨz〜１５００ＭＨzと小さいため、周波数アップコンバータ１００１の非線形の影響により、中間周波数の２次,３次，………成分が、ミリ波帯に周波数アップコンバートしたとき同時に通過帯域内に出力されてしまう。この場合、２倍波は、６０.０ＧＨz〜６２.０ＧＨzとなって、通過帯域内に出力され、無線伝送帯域幅が狭くなってしまう。
【００１０】
さらに、上記(３)の課題として、受信側の周波数ダウンコンバートにおいて、受信側周波数ミキサ１１０に２乗器を使用しているため、周波数ダウンコンバートされた中間周波数帯(ＩＦ帯)における検波レベルが小さく、受信アンテナ２０からの受信レベルが６ｄＢ減少すると、周波数ダウンコンバート後の中間周波数信号波１０８ａの検波レベルは１２ｄＢ低下するいう関係にある。このため、無線伝送距離が長くなるに応じて、上記中間周波数帯(ＩＦ帯)の検波レベルは雑音帯域に落ち込みやすくなり、無線伝送距離を十分確保することが困難である。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−５３６４０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、送信される無線信号波と局部発信信号波および不要抑圧信号波の各レベルを精度よく制御できると共に、無線伝送帯域幅および伝送距離を拡大できるマイクロ波帯無線受信装置およびマイクロ波帯無線通信システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
上記目的を達成するため、この発明のマイクロ波帯無線受信装置は、送信側から送信された無線多重信号波を、上記無線多重波信号波中に含まれる無線基準信号波により周波数ダウンコンバートする周波数変換手段を備え、上記周波数変換手段が２端子型のマイクロ波トランジスタを使用した周波数ミキサであり、上記周波数ミキサは、入力端子と出力端子を有し、上記無線周波数多重波が入力された上記マイクロ波トランジスタの出力部に、無線多重波信号波の周波数で短絡となる短絡回路を設けた周波数ダウンコンバータであることを特徴としている。
【００３６】
上記構成のマイクロ波帯無線受信装置によれば、上記周波数ミキサを入力端子と出力端子の２端子を有する２端子ミキサとすることによって、通常の３端子型の周波数ミキサとは異なり、入力ポートにおいて、無線周波数と局部発振周波数とを分離する回路が必要なくなり、とくに低変換損失を有するマイクロ波トランジスタ型の周波数ミキサの性能をさらに向上させることができる。さらに、上記無線周波数多重波が入力されるマイクロ波トランジスタの出力部に、無線多重波信号周波数で短絡となる短絡回路(例えば短絡スタブ)を設けることにより、無線多重信号波がマイクロ波トランジスタの出力端子に反射,帰還させることによって、トランジスタ動作がより大信号動作にシフトし、線形検波動作領域が広くなって、無線伝送距離を拡大することができる。
【００３７】
また、一実施形態のマイクロ波帯無線受信装置は、上記周波数ミキサのマイクロ波トランジスタがヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ(Heterojunction Bipolar Transistor))であることを特徴としている。
【００３８】
上記実施形態のマイクロ波帯無線受信装置によれば、上記周波数ミキサのマイクロ波トランジスタにヘテロ接合型バイポーラトランジスタを使用することによって、線形動作領域を拡大することができる。これは、ＦＥＴ(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)等に比較して、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタが有する大きな相互コンダクタンスによりトランジスタ内部動作が大信号動作領域に入りやすくなり、結果的に、上記線形検波動作領域を拡大することができる。
【００３９】
【００４０】
【００４１】
また、この発明のマイクロ波帯無線受信装置は、送信側から送信された無線多重信号波を、受信側の局部発振器を用いて中間周波数多重信号波に周波数ダウンコンバートする第１の周波数変換手段と、上記第１の周波数変換手段により周波数ダウンコンバートされた上記中間周波数多重信号波をその中間周波数多重信号波中に含まれる基準信号波により周波数ダウンコンバートすることにより中間周波数信号波を生成する第２の周波数変換手段とを備えたことを特徴としている。
【００４２】
上記構成のマイクロ波帯無線受信装置によれば、送信側から送信された無線多重信号波を、受信側の局部発振器を用いて上記第１の周波数変換手段により第１の中間周波数多重信号波に周波数ダウンコンバートを行う。そして、上記第１の周波数変換手段により周波数ダウンコンバートされた中間周波数多重信号波中に含まれる基準信号波を用いて上記第２の周波数変換手段により中間周波数多重信号波を周波数ダウンコンバートして第２の中間周波数信号を生成(送信側の入力信号を再生)する。このように独立した局部発振器を用いて第１の周波数ダウンコンバートすることにより線形検波を行うことによって、受信装置の周波数変換損失を低減することができると共に、線形検波動作により無線伝送距離を拡大することができる。
【００４３】
また、一実施形態のマイクロ波帯無線受信装置は、上記第１の周波数変換手段に偶高調波ミキサを用いたことを特徴としている。
【００４４】
また、一実施形態のマイクロ波帯無線受信装置は、上記第２の周波数変換手段が、マイクロ波トランジスタを使用した入力端子と出力端子を有した周波数ミキサであることを特徴としている。
【００４５】
また、この発明のマイクロ波帯無線通信システムは、入力変調信号波もしくは中間周波数信号波に、中間周波数の段階でレベル制御手段を用いてレベル制御された基準信号波を加算することによって、中間周波数多重信号波を生成する多重波生成手段と、上記多重波生成手段により生成された上記中間周波数多重信号波をマイクロ波に周波数アップコンバートする第２の周波数変換手段と、上記第２の周波数変換手段により周波数アップコンバートされたマイクロ波帯の多重信号波を増幅して、上記中間周波数の段階でレベル制御がなされた無線基準信号波と無線信号波で構成される無線多重信号波として送信する送信手段とを有するマイクロ波帯無線送信装置と、上記マイクロ波帯無線受信装置とを備えたことを特徴としている。
【００４６】
上記構成のマイクロ波帯無線通信システムによれば、送信される無線信号波と局部発信信号波および不要抑圧信号波の各レベルを精度よく制御できると共に、無線伝送帯域幅および伝送距離を拡大することができる。
【００４７】
また、一実施形態のマイクロ波帯無線通信システムは、上記マイクロ波帯無線送信装置の入力変調信号波が、地上波ＴＶ放送波信号と衛星放送の中間周波信号波とケーブルＴＶの信号波のうちのいずれか１つかまたは２以上を組み合わせた信号波であることを特徴としている。
【００４８】
上記実施形態のマイクロ波帯無線通信システムによれば、地上波ＴＶ放送波信号と衛星放送の中間周波信号波とケーブルＴＶの信号波のうちのいずれか１つかまたは２以上を組み合わせた信号を入力変調信号波としてマイクロ波帯無線送信装置に入力して無線伝送することによって、地上波ＴＶ放送波信号と衛星放送の中間周波信号波とケーブルＴＶの信号波を多重化して同時に伝送することができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
まず、この発明の実施形態を説明する前に、図１〜図４によりこの発明のマイクロ波帯無線通信システムの原理について以下に説明する。図１はマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図であり、図２は図１に示すマイクロ波帯無線送信装置の送信スペクトラムである。また、図３は２つの周波数変換部が並列に配列されたマイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置の構成を示すブロック図であり、図４は図３に示すマイクロ波帯無線受信装置の周波数ミキサの検波特性を示す図である。なお、この実施形態では、ミリ波帯の無線信号波を送受信する無線通信システムについて説明するが、無線信号波はミリ波帯に限るものではなく、ミリ波帯を含むマイクロ波の周波数帯域についてこの発明を適用することができる。
【００５０】
図１に示すように、入力変調信号波１０８aを第１の周波数変換部１８で、中間周波数信号波に周波数アップコンバートし、上記周波数アップコンバートされた中間周波数信号波に基準信号波として位相雑音成分等を含んだ正弦波を加算することによって、中間周波数多重信号波７を生成し、上記中間周波数多重信号波７を、第２の周波数変換部１９でミリ波帯に周波数アップコンバートして、無線多重信号波１１５を生成し、その無線多重信号波１１５を送信する。ここでは基準信号波として正弦波を用いることによって、受信側では該正弦波を用いて所望波である信号を周波数ダウンコンバートすることが可能となる。このダウンコンバートにおいては、本明細書で詳述している。加えて、該正弦波で周波数ダウンコンバートされた信号波は、該正弦波自体の周波数安定性、位相雑音特性に支配されるため、該正弦波を用いて周波数安定性、位相雑音特性をコントロールすることができる。
【００５１】
このような構成により、送信側で、局部発振波１０６(周波数fLo)と無線信号波１０７(周波数fRF)および不要波である片側側波帯信号の出力レベルのコントロールが困難であることを解決することができる。つまり、基準信号源１４(周波数fLO1)を第１の局部発振源として、第１の周波数変換部１８で、第２の中間周波数(fIF1＋fLO1)に周波数変換した後、基準信号源１４からの基準信号(周波数fLO1)を加算して、中間周波数多重信号波７(周波数fIFmp)を生成する。このとき、上記中間周波数多重信号波７(周波数fIFmp)には、周波数変換されたfIF1＋fLO1成分と、基準信号波のfLO1の成分が存在する。その後、局部発振源(周波数fLO2)を用いて、第２の周波数変換部１９により周波数変換される。変換された無線多重信号波１１５(周波数fRFmp)は、所望の無線信号波１０７(周波数fRF)のfIF1＋fLO2＋fLO1成分と、所望の無線基準信号波１０６(周波数fp)のfLO2＋fLO1成分とからなる。
【００５２】
図２に第１,第２の周波数変換後の周波数スペクトラム成分を示している。この発明においては、２回の周波数変換により所望波である無線信号波１０７(周波数fRF＝fIF1＋fLO2＋fLO1)と無線基準信号波１０６(周波数fp＝fLO2＋fLO1)を、不要波である第２の局部発振信号波であるfLO2成分および不要イメージ信号波であるfLO2−(fLO1＋fIF1)成分から、周波数間隔を離すことが可能となり、第２のバンドパスフィルタ９で抑圧,濾波することが可能となる。
【００５３】
具体的には、周波数fIF1を０.５ＧＨz〜１ ＧＨzの信号とし、基準信号波(周波数fLO1)を４ＧＨz、局部発振波(周波数fLO2)を５５ＧＨzとすれば、無線多重信号波１１５(周波数fRFmp)中の、fLO1＋fLO2(＝fp)成分、fLO2＋fLO1＋fIF(＝fRF)成分は、夫々５９ＧＨz、５９.５ＧＨz〜６０ＧＨzとなり、不要波成分である周波数fLO2＝５５ＧＨz、イメージ信号波の周波数fLO2−(fLO1＋fIF1)は、５４.０ＧＨz〜５４.５ＧＨzとなる。最も周波数が近接している所望波の無線基準信号波１０６(周波数fp)と不要波である局部発振波(周波数fLO2)の周波数間隔は、４ＧＨz離れており、通常のミリ波帯のバンドパスフィルタである第２のバンドパスフィルタ９で濾波することが可能となる。これは、従来のスペクトラム成分(図１３)と比較すれば明瞭である。例えば、周波数fIFを０.５ＧＨz〜１ＧＨzとし、周波数fLO＝５９.０ＧＨzとすると、局部発振波１０６b(無線信号波)の周波数fLOは５９.０ＧＨzとなり、不要波であるイメージ信号波の周波数fLO−fIFは５８.０ＧＨz〜５８.５ＧＨzとなって、その周波数間隔は０.５ＧＨzしかなく、第２のバンドパスフィルタ９により分離,濾波することが困難であることは明瞭である。
【００５４】
加えて、上記構成においては、第２の周波数変換部１９に入力する第２の中間周波数信号波(周波数fIF2＝fLO1＋fIF1)および基準信号波(周波数fLO1)は、可変アッテネータ１２(ＡＧＣ増幅器等)(図１)により、周波数の低い中間周波数の段階で、レベル制御が容易にできる。これにより第２の周波数変換後の無線信号波１０７(周波数fRF＝fLO1＋fLO2＋fIF)と無線基準信号波１０６(周波数fp＝fLO1＋fLO2)の出力レベルも制御可能となる。
【００５５】
加えて、第２の周波数変換部１９には、直接局部発振波(周波数fLO)を送信波としないため、偶高調波ミキサ等の高調波ミキサも利用することが可能となり、この構成の局部発振周波数fLO2は、上記の具体例では５５ＧＨzを用いたが、５５ＧＨz／２＝２７.５ＧＨzや５５ＧＨz／４＝１３.７５ＧＨzの発振信号も使用することができる。このため、回路構成や高周波実装が著しく容易かつより低コストに構成することが可能となる。
【００５６】
さらに、上記第１の周波数変換部１８で周波数変換することにより、局部発振周波数fLO2と無線信号波１０７の周波数fRF(＝fLO1＋fLO2＋fIF1)の間隔は、fLO1＋fIF1(＝fIF2)となり広くなる。そのため、第２の周波数変換部１９への入力信号である第２の中間周波数信号波７(周波数fIF2＝fIf１＋fLO1)、および、基準信号波(周波数fLO1)の第２の周波数変換部１９による非線形の影響は、つまり局部発振周波数fLO1およびfIF2の周波数の２次,３次,４次,５次,・・・成分の影響は無視することができる。それは、上記第２の周波数変換部１９で周波数アップコンバートされたミリ波帯では、周波数間隔が広くなり、バンドパスフィルタ９で容易に濾波することが可能となるからである。
【００５７】
例えば、周波数fLO2＝４.０ＧＨz、fIF2＝４.５ＧＨz〜５.５ＧＨz、fLO2＝５５.０ＧＨzとすれば、第２の周波数変換部１９による周波数アップコンバートでは、無線基準信号波の周波数fpは５９.０ＧＨz、無線信号波の周波数fRFは５９.５ＧＨz〜６０.５ＧＨzとなる。一方、基準信号波(周波数fLO1)、第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)の第２次,３次,・・・高調波成分は、夫々、
２＊fLO1＝８ＧＨz,      ２＊fIF2＝９ＧＨz〜１１ＧＨz
３＊fLO1＝１２ＧＨz,    ３＊fIF2＝１３.５ＧＨz〜１６.５ＧＨz
・
・
となり、ミリ波帯に周波数アップコンバートされることにより、これらの周波数にfLO＝５５ＧＨzが加算され、６３ＧＨz、６４ＧＨz〜６６ＧＨz、６７ＧＨz、６８.５ＧＨz〜７１.５ＧＨzに周波数スペクトラム成分が生ずるが、無線信号波(周波数fRF)とは、少なくとも１.５ＧＨz以上離れているため、バンドパスフィルタ９で容易に抑圧することができ、結果として、無線伝送帯域幅を拡大することが可能となる。
【００５８】
さらに、第２の周波数ミキサ８に、アンチパラレル型ダイオードペア等による偶高調波ミキサを用いることにより、fIF2、fLO1の２倍波成分は、ミリ波帯に周波数アップコンバートする動作により、抑圧,除去することが可能となるため、上記の例では、６３ＧＨz、６４ＧＨz〜６６ＧＨz成分は出力されることはなく、より精度よく無線伝送帯域幅を拡大することが可能となる。中間周波数信号波(周波数fIF1)の伝送帯域幅をさらに拡大する場合、図３に示すように、第１の周波数変換部１８に第１bの周波数変換部１８bを並列に配列することによって、伝送帯域を周波数拡大することもできる。なお、２つの場合に限らず、第１の周波数変換部１８に２以上の周波数変換部を並列に配列してもよい。
【００５９】
一方、上記ミリ波帯送信装置において、第１の入力信号としての中間周波数信号波と第２の入力信号としての中間周波数信号波が、第１の無線多重信号波１１５、第２の無線多重信号波１１５bを生成し、夫々の信号波を異なった偏波で送信することによって、伝送帯域幅を拡大することが可能となる。具体的には、第１の無線多重信号波１１５を垂直偏波、第２の無線多重信号波１１５bを水平偏波で送信し、受信側で第１および第２の無線多重信号波１１５および１１５bを夫々垂直偏波、水平偏波で受信することにより伝送帯域幅を拡大することが可能となる。
【００６０】
また、上記ミリ波帯受信装置において、送信側から送信された無線多重信号波１１５を、上記無線多重波信号中に含まれる無線基準信号波１０６(周波数fp)により周波数ダウンコンバートを行い、中間周波数信号波１０８ａを生成する。このとき、受信用増幅器２１が可変利得増幅器であり周波数変換された中間周波数信号波(周波数fIF)の出力信号レベルにより、受信用増幅器２１の利得を制御することが可能である。これにより、図４に受信側の周波数ミキサ２２の検波特性を示すように、伝送距離が、短く受信レベルが非常に大きい領域では、線形検波動作を行う一方、伝送距離が長くなり受信レベルが小さい領域では、２乗検波動作とすることができる。
【００６１】
つまり、上記低雑音の受信用増幅器２１が、自動利得制御(ＡＧＣ)の機能を有し、受信レベルが小さいとき、受信用増幅器２１の利得を大きくすることによって周波数ミキサ２２に入力されるレベルを一定に保ち、線形検波動作領域を拡大することが可能となると共に、受信レベルが大きすぎる場合には、増幅器２１の利得を小さくし、周波数ミキサ２２への入力レベルを小さくすることによって、周波数ミキサ２２や増幅器の大信号領域で生ずる非線形歪を小さくし、安定した受信レベルを得ることが可能となる。
【００６２】
さらに、上記ミリ波無線受信装置において、マイクロ波トランジスタを使用した２端子型の周波数ミキサ２２を構成することによっても改善することができる。上記周波数ミキサ２２を入力端子と出力端子の２端子を有する２端子ミキサとすることが可能であり、通常の局部発振ＬＯポート、無線周波数ＲＦポート、中間周波数ＩＦポートを有した３端子型の周波数ミキサとは異なり、入力ポートにおいて、ＲＦポートとＬＯポートを分離する回路が必要なくなり、とくに低変換損失を有するマイクロ波トランジスタ型の周波数ミキサの性能をさらに向上させることができる。つまり、上記入力端子に無線多重信号波１１５が入力され、マイクロ波トランジスタの出力部に、無線多重波信号周波数で短絡となる短絡回路の一例としての短絡スタブを設けることにより、無線多重信号波１１５がマイクロ波トランジスタの出力端子に反射・帰還させることによりトランジスタ内部での動作がより大信号動作にシフトし、図４の線形検波動作領域が広くなり、無線伝送距離を拡大することができる。
【００６３】
さらに、マイクロ波トランジスタに、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ)を使用することによって、線形動作領域を拡大することも可能である。これは、ＦＥＴ等に比較して、ＨＢＴが有する大きな相互コンダクタンスによりトランジスタ内部動作が大信号動作領域に入りやすくなり、結果的に、上記線形検波動作領域を拡大することが可能となる。
【００６４】
加えて、上記ミリ波帯送信装置側で、無線多重信号波１１５中の無線基準信号波１０６(周波数fp)が、無線信号波１０７(周波数fRF)よりも少なくとも３ｄＢ以上高いレベルで送信することによって、上記受信側の周波数ミキサ２２の線形動作領域を拡大することができる。つまり、通常無線信号波(周波数fRF)は、複数(多チャンネル)の変調信号波であり、基準周波数fpに比較すれば、帯域幅の広い無線信号波のトータルの電力レベルは大きい。そのため、無線基準信号波(周波数fp)のレベルを、無線信号波(周波数fRF)のトータル電力よりも十分大きい、つまり、少なくとも３ｄＢ以上大きなレベルにして、上記周波数ミキサ２２を無線基準信号波(周波数fp)により大信号動作させることによって、上記線形検波動作領域を拡大することができる。
【００６５】
以下、この発明のマイクロ波帯無線送信装置およびマイクロ波帯無線受信装置およびマイクロ波帯無線通信システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００６６】
(第１実施形態)
図５はこの発明の第１実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図であり、このマイクロ波帯無線通信システムは、マイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置で構成されている。なお、図５では、図１〜図４と同様な動作・機能するものは同一参照番号で付している。
【００６７】
上記マイクロ波帯無線送信装置では、図５に示すように、ＩＦ変調信号源１００により変調された中間周波数信号波１０８ａ(周波数fIF1)が生成され、第１の周波数変換部１８に入力される。次に、バンドパスフィルタ１および可変増幅器２を介して適当なレベルで第１の周波数変換手段としての周波数ミキサ３に入力され、基準信号源１４からの基準信号波(周波数fLO1)を用いて、中間周波数信号波１０８ａを周波数ミキサ３により第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)に周波数アップコンバートする。上記周波数アップコンバートされた第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)は、第１のバンドパスフィルタ１３で上側波帯または下側波帯のいずれか一方の信号が選択されると共に、第１の中間周波数信号波１０８ａ(周波数fIF1)の２次、３次、歪信号等の不要信号波が除去される。この第１実施形態では、第２の中間周波数信号波として上側波帯の信号を選択しており、第２の中間周波数信号波の周波数fIF2＝fLO1＋fIF1の関係を有している。
【００６８】
上記第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)は、増幅器４で適当なレベルまで増幅され、信号合成器５aにより基準信号波(周波数fLO1)と合成されて、中間周波数多重信号波７(周波数fIFmp)が生成される。上記中間周波数多重信号波７(周波数fIFmp)の合成時、基準信号源１４は位相同期発振器(ＰＬＯ)で構成されており、温度補償型水晶発振器(ＴＣＸＯ)等により安定化されている。上記基準信号波(周波数fLO1)は信号分配器５bにより分配され、一方の信号は周波数ミキサ３に供給され、他方の信号は可変アッテネータ１２(または可変増幅器)等により適当なレベルに制御されて、信号合成器５aにより第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)とともに合成される。
【００６９】
このとき、上記信号合成器５aは、ウイルキンソン型合成器、ブランチライン型合成器等の入力端子同士がアイソレーション有した信号合成器を用いることにより、入力される夫々の信号が互いのポートに流入するのを防ぐ構成となっている。なお、上記信号合成器５aは、サーキュレータで構成されても構わない。一方、信号分配器５bは、ウイルキンソン型分配器、ブランチライン型分配器等の出力端子同士がアイソレーション有した信号分配器を用いることにより、２分配される夫々の信号が所望のパワーレベルで分配され、かつ、分配された信号ポートに、他の信号が流入するのを防ぐ構成となっている。
【００７０】
この第１実施形態では、第１の中間周波数信号波１０８ａ(周波数fIF1)は５００ＭＨz〜１５００ＭＨzの信号であり、基準信号波(周波数fLO1)は３４００ＭＨzの信号であり、第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)は３９００ＭＨz〜４９００ＭＨzの信号である。また、中間周波数多重信号波７(周波数fIFmp)は３４００ＭＨzから４９００ＭＨzの信号である。
【００７１】
ここで、第１の周波数変換では次の動作が行われる(なお、記号：a∈Bは、集合Bに属するものaを集合Bの要素として示している)。
(１−１)  第１の周波数変換
fIF2  ＝  fLO1＋fIF1
＝  ３４００ＭＨz＋(５００ＭＨz〜１５００ＭＨz)
＝  ３９００ＭＨz〜４９００ＭＨz
(１−２)  IF段階での多重波の生成
fLO1,fIF2  ∈  fIFmp
【００７２】
上記中間周波数多重信号波７(周波数fIFmp)は、第２の周波数変換部１９に入力され、第２の周波数変換手段としての第２の周波数ミキサ８と局部発振器１１によりミリ波帯に周波数アップコンバートされ、第２のバンドパスフィルタ９により、上側波帯または下側波帯信号のどちらかの信号が選択されるとともに第２の周波数変換に伴う不要波信号は抑圧される。この第１実施形態では、下側波帯を抑圧して上側波帯を用いている。そして、上記第２のバンドパスフィルタ９で濾波された信号波は、送信用増幅器１０で増幅され、無線多重信号波１１５(周波数fRFmp)として送信アンテナ１５により送信される。
【００７３】
なお、上記信号合成器５aとアッテネータ１２で多重波生成手段を構成すると共に、送信用増幅器１０と送信アンテナ１５で送信手段を構成している。
【００７４】
この第１実施形態においては、第２の周波数ミキサ８に、アンチパラレルダイオードペアから構成される偶高調波ミキサを用いることによって、局部発振器１１の局部発振周波数は、従来のミリ波帯送信装置(図１２に示す)で使用されている基本波ミキサの発振周波数fLO2に比較して局部発振周波数が半分で動作し、fLOH＝２７.８ＧＨzの信号を用いている。ここでは、無線多重信号波１１５の周波数fRFmpは５９ＧＨz〜６０.５ＧＨz、無線基準信号波１０６の周波数fpは５９.０ＧＨz、無線信号波１０７の周波数fRFは５９.５ＧＨz〜６０.５ＧＨzとなる。
【００７５】
ここで、第２の周波数変換部１９においては次のような動作が行われる。
(２−１)  基準信号波の周波数変換
fp  ＝  fLO1＋fLO2
＝  fLO1＋fLOH＊２
＝  ３.４ＧＨz＋２７.８ＧＨz＊２
(２−２)  無線信号の周波数変換
fRF  ＝  fIF2＋fLO2
＝  fIF2＋fLOH＊２
＝  (０.５ＧＨz〜１.５ＧＨz)＋２７.８ＧＨz＊２
＝  ５９.５ＧＨz〜６０.５ＧＨz
(２−３)  無線多重波信号
fRF, fp  ∈  fRFmp
【００７６】
このようにしてマイクロ波帯無線送信装置を構成することにより、無線基準信号波１０６(周波数fp)と無線信号波１０７(周波数fRF)および不要波である片側側波帯信号の出力レベルのコントロールが極めて容易になる。つまり、上記マイクロ波帯無線送信装置においては、第２の周波数変換部１９に入力する第２の中間周波数信号波(周波数fIF2＝fLO1＋fIF1)や、第１の中間周波数基準信号波(周波数fLO1)は、夫々入力段の可変増幅器２や可変アッテネータ１２(ＡＧＣ増幅器等)により、レベル制御が可能であり、第２の局部発振周波数fLO2やfLOHのパワーを一定・固定とすることができる。これにより、第２の周波数変換後の所望の無線信号波１０７(周波数fLO1＋fLO2＋fIF)と所望の無線基準信号波１０６(周波数fLO1＋fLO2)の出力レベルも制御可能である。
【００７７】
加えて、第２の周波数変換部１９には、局部発振波(周波数fLO2)自体が、直接送信装置から放出される無線多重信号波１１５(周波数fRFmp)ではなく第２の周波数変換に寄与しているだけであるため、第２の周波数ミキサ８には、偶高調波ミキサ等の高調波ミキサ等も利用することが可能となる。したがって、局部発振周波数は、基本発振波であるfLO2＝５５.６ＧＨzのみならず、５５.６ＧＨz／２＝２７.８ＧＨzや５５.６ＧＨz／４＝１３.９ＧＨzの発振信号も使用することができる。このため、回路構成や高周波実装が著しく容易になる。
【００７８】
さらに、上記第１の周波数変換部１８で周波数変換することにより、無線基準信号波１０６の周波数fpと無線信号波１０７の周波数fRF(＝fLO1＋fLO2＋fIF1)との間隔は、fLO1＋fIF1(＝fIF2)と大きくなる。そのため、第２の周波数変換部１９への入力信号である第２の中間周波数fIF2(＝fIf１＋fLO1)および基準信号波(周波数fLO1)の周波数ミキサ８による非線形の影響として、fLO1およびfIF2の周波数の２次,３次,４次,５次, ………成分が出力されてしまっても、第２の周波数変換部１９で周波数アップコンバートされたミリ波帯では、周波数間隔が広くなり、第２のバンドパスフィルタ９で容易に抑圧することが可能となる。
【００７９】
例えば、fLO2＝４.０ＧＨz、fIF2＝４.５ＧＨz〜５.５ＧＨz、fLO2＝５５.０ＧＨzとすれば、第２の周波数変換部１９による周波数アップコンバートでは、無線基準信号波の周波数fpは５９.０ＧＨz、無線信号波の周波数fRFは５９.５ＧＨz〜６０.５ＧＨzとなる。一方、基準信号波(周波数fLO1)、第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)の第２次,３次,・・・高調波成分は、夫々、
２＊fLO1＝８ＧＨz,        ２＊fIF2＝９ＧＨz〜１１ＧＨz
３＊fLO1＝１２ＧＨz,      ３＊fIF2＝１３.５ＧＨz〜１６.５ＧＨz
・
・
となる。したがって、ミリ波帯に周波数アップコンバートされることにより、これらの周波数にfLO＝５５ＧＨzが加算され、６３ＧＨz、６４ＧＨz〜６６ＧＨz、６７ＧＨz、６８.５ＧＨz〜７１.５ＧＨzに周波数スペクトラム成分が生ずるが、無線信号波(周波数fRF)とは、少なくとも１.５ＧＨz以上離れているため、第２のバンドパスフィルタ９で容易に抑圧することができる。その結果として、無線伝送帯域幅を拡大することが可能となると共に、第２の周波数ミキサ８に、アンチパラレル型ダイオードペア等による偶高調波ミキサを用いることにより、第２の中間周波数fIF2および基準信号波の周波数fLO1の２倍波成分は、ミリ波帯に周波数アップコンバート動作により、抑圧,除去することが可能となる。このため、上記の具体例では、６３ＧＨz、６４ＧＨz〜６６ＧＨz成分は出力されることはなく、より精度よく無線伝送帯域幅を拡大することが可能となる。
【００８０】
なお、第１の中間周波数fIF1を０.５ＧＨz〜１.５ＧＨzとした場合、第１の周波数変換部１８中の周波数ミキサ３による高次高調波発生の影響は、なくなる。それは、入出力の周波数が低い周波数ミキサ３はダブルバランスドミキサの構成が可能なため、２次歪の抑圧が十分であると共に、バンドパスフィルタ１３によりさらに抑圧,除去が可能となるからである。
【００８１】
一方、上記マイクロ波帯無線受信装置においては、無線伝送された無線多重信号波１１５が受信アンテナ２０により受信され、低雑音の受信用増幅器２１で増幅され、バンドパスフィルタ９で所望通過帯域の信号(第１実施形態では５９.０ＧＨz〜６０.５ＧＨz)を濾波し、周波数ミキサ２２で周波数ダウンコンバートされる。上記周波数ダウンコンバート動作においては、無線多重信号波１１５中の無線基準信号波１０６(周波数fp)により、無線信号波１０７(周波数fRF)の周波数ダウンコンバートを行い、第１の中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)生成する。この第１実施形態では、第１の中間周波数信号波１０８b の周波数fIF1は５００ＭＨz〜１５００ＭＨzとしている。上記第１の中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)は、増幅器２３で適当なレベルまで増幅され、上記帯域(５００ＭＨz〜１５００ＭＨz)以外の信号波はバンドパスフィルタ２４で抑圧される。上記バンドパスフィルタ２４を通過した後、復調器・チューナ１１３に入力される。
【００８２】
ここで、受信側の周波数ダウンコンバートでは、次のような動作が行われる。
fIF1  ＝  fRF−fp
＝  (５９.５ＧＨz〜６０.５ＧＨz)−５９.０ＧＨz
＝  ０.５ＧＨz〜１.０ＧＨz
【００８３】
上記周波数ミキサ２２は、無線多重信号波１１５中の無線基準信号波１０６(周波数fp)により、無線信号波１０７(周波数fRF)の周波数ダウンコンバートを行う。そのとき、受信レベルが非常に大きい領域では、線形検波で動作するが、受信レベルが小さい領域では、２乗検波動作となる。つまり、線形検波領域では、周波数ミキサ２２中では、無線基準信号波１０６(周波数fp)のレベルは大信号レベルで動作するため、無線基準信号波１０６(周波数fp)のレベルには依存せず、無線信号波１０７(周波数fRF)の入力レベルに依存して周波数ミキシングが行われる。そのため、入力レベルの無線多重信号波１１５のレベルが６ｄＢ低下すれば、出力の第１の中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)は６ｄＢ低下する関係となる。一方、無線伝送距離が長くなり、受信レベルが小さくなった領域においては、周波数ミキサ２２の中では、無線基準信号波１０６(周波数fp)、無線信号波１０７(周波数fRF)も小信号動作となり、両者レベルの低下が中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)の出力レベルに影響する。結果的に、無線信号波１０７(周波数fRF)の入力レベルと無線基準信号波１０６(周波数fp)のレベルの両者のレベルに依存して周波数ダウンコンバートが行われる。したがって、周波数ミキサ２２への入力レベルとして、無線多重信号波１１５が６ｄＢ低下すなわち無線基準信号波(周波数fp)と無線信号波(周波数fRF)が夫々６ｄＢ低下すれば、出力の第１の中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)は１２ｄＢ低下する関係となる。
【００８４】
上記第１実施形態においては、周波数ミキサ２２として、望ましくはマイクロ波トランジスタによるアクティブミキサを用いることにより、線形検波動作領域を拡大することが可能となる。図６は受信側の具体的なアクティブミキサの回路構成を示している。図５,図６を用いて周波数ミキサ２２として用いられるアクティブミキサの動作について説明する。
【００８５】
受信側のバンドパスフィルタ９を通過した無線多重信号波１１５、つまり、無線基準信号波１０６(周波数fp＝fLO1＋fLO2)および無線信号波１０７(周波数fRF＝fLO1＋fLO2＋fIF1)は、入力ポート４１に入力され、RF・LO整合回路４４により、マイクロ波トランジスタ４３の入力インピーダンスに整合され、マイクロ波トランジスタ４３内部で、無線基準信号波１０６(周波数fp)が局部発振波として動作し、無線信号波１０７(周波数fRF)を第１の中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)に周波数ダウンコンバートする。上記周波数ダウンコンバートされた第１の中間周波数信号波１０８b(周波数fIF1)は、マイクロ波トランジスタ４３の出力側のRF・LO短絡回路４８と出力回路４５を経て、出力ポート４２より出力される。上記出力回路４５は、RF・LO信号をさらに抑圧すると共に、変換されたＩＦ信号を適当なインピーダンス(例えば高インピーダンス)に変換する回路である。ここで、マイクロ波トランジスタ４３の出力端子近傍には、伝送線路４６および開放スタブ４７等によりRF・LO短絡回路４８が設けられており、出力されたミリ波帯の局部発振波としての無線基準信号波１０６(周波数fp)および無線信号波１０７(周波数fRf)の両信号波を、開放スタブ４７の伝送線路４６との接続部４７P点で短絡インピーダンスとし、伝送線路４６により適当な位相に調整され、マイクロ波トランジスタ４３に帰還することにより、マイクロ波トランジスタ４３内部での動作がより大信号動作にシフトさせる。
【００８６】
上記RF・LO短絡回路４８により、無線多重信号波１１５のより小さな入力レベルに対しても、線形検波動作となるため、この周波数ミキサ２２の中間周波数fIFへの周波数変換効率を高くすることができる。通常、一般的に使用されているＬＯポート、ＲＦポート、ＩＦポートを有した３端子型ミキサとは異なり、入力ポートにおいて、ＲＦポートとＬＯポートを分離する回路が必要なくなり、低変換損失を有するマイクロ波トランジスタ型の周波数ミキサの性能を十分に発揮することができるというメリットも生ずる。
【００８７】
さらに、上記マイクロ波帯無線受信装置では、無線多重信号波１１５中の無線基準信号波１０６(周波数fp)で、無線信号波１０７(周波数fRF)を周波数ダウンコンバートするため、通常の３端子ミキサの動作とは異なり、基準信号波(局部発振信号として動作)レベルが小さい。そのため、マイクロ波トランジスタ４３の電極サイズ(ＦＥＴではゲート幅、バイポーラトランジスタではエミッタサイズ)は、通常３端子ミキサに使用されているものよりも、５０％以下の小さなサイズとすることにより、より小さな無線基準信号波１０６(周波数fp)に対しても、マイクロ波トランジスタ４３内部での動作が、より大信号動作にシフトしやすくなり、さらに変換効率を高くすることができる。このような構成によって、受信側の周波数変換損失を低減し、線形検波動作領域を拡大することによって無線伝送距離を拡大することが可能となる。
【００８８】
さらに加えて、このマイクロ波帯無線受信装置では、マイクロ波トランジスタ４３に、ヘテロ接合型バイポーラトランジスタ(ＨＢＴ)を使用することによって、線形動作領域をさらに拡大することが可能となる。これは、ＦＥＴ等に比較して、ＨＢＴの有する大きな相互コンダクタンスによりトランジスタ内部を大信号動作領域に入りやすくなり、結果的に、上記線形検波動作領域を拡大することが可能となる。
【００８９】
さらに、マイクロ波帯無線送信装置では、無線多重信号波１１５中の無線基準信号波１０６(周波数fp)が、無線信号波１０７(周波数fRF)よりも少なくとも３ｄＢ以上高いレベルで送信することによって、受信側の周波数ミキサ２２の線形動作領域を拡大することができる。つまり、通常無線信号波(周波数fRF)は、複数(多チャンネル)の変調信号波がであり、基準周波数fpに比較すれば、帯域幅は広く無線信号波のトータルの電力レベルは大きい。そのため、無線基準信号波(周波数fp)のレベルが、無線信号波(周波数fRF)のトータル電力よりも十分大きい、つまり、少なくとも３ｄＢ以上大きなレベルにして、上記周波数ミキサ２２を無線基準信号波(周波数fp)に対して大信号動作させることによって、上記線形検波動作領域を拡大することができる。
【００９０】
さらに、このマイクロ波帯無線受信装置において、受信用増幅器２１が可変利得増幅器であり周波数変換された中間周波数信号波(周波数fIF)の出力信号レベルにより、受信用増幅器２１の利得を制御することによっても上記周波数ミキサ２２の線形検波領域を拡大することができる。図５に示すように、受信側で周波数ミキサ２２により周波数変換した中間周波数信号(周波数fIF1)を増幅器２３により適当なレベルまで増幅した後、fIF信号を分配し、包絡線を検波する検波器８７および増幅器８６とローパスフィルタ８５により負帰還ループを構成し、受信用増幅器２１の利得を制御する。これにより、周波数ダウンコンバートした中間周波数信号(周波数fIF1)の出力レベルに応じて、受信用増幅器２１の増幅度を調整し、周波数ミキサ２２に一定のレベルの入力信号(１１５)を供給することが可能となる。したがって、図４に示す受信側の周波数ミキサ２２の検波特性のように、自動利得制御機能がない場合、伝送距離が、短く受信レベルが非常に大きい領域では、線形検波動作を行う。伝送距離が長く受信レベルが小さい領域では、２乗検波動作となる。一方、低雑音の受信用増幅器２１が、自動利得制御(ＡＧＣ)の機能を有することによって、受信レベルが小さいとき、受信用増幅器２１の利得を大きくし周波数ミキサ２２に入力されるレベルを大きくし、線形検波領域を拡大することが可能となる。さらに、受信レベルが大きすぎる場合には、受信用増幅器２１の利得を小さくし、周波数ミキサ２２への入力レベルを小さくすることによって、入力レベルを一定に保ち、周波数ミキサ２２や増幅器の大信号領域で生ずる非線形歪を小さくして、安定した受信レベルを得ることが可能となる。
【００９１】
(第２実施形態)
図７はこの発明の第２実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図であり、このマイクロ波帯無線通信システムは、マイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置で構成されている。なお、この第２実施形態のマイクロ波帯無線通信システムは、第２の周波数変換部１９用の局部発振器を除いて第１実施形態のマイクロ波帯無線通信システムと同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。以下、上記第１実施形態と比較して異なる部分について説明する。
【００９２】
上記第１実施形態では、送信側の第２の周波数変換部には、第１の周波数変換部１８の基準信号源１４とは、全く独立した局部発振器１１(図５に示す)を使用したが、この第２実施形態では、第２の周波数変換部１９用の局部発振器として周波数マルチプライア１７を使用している。これによって、基準信号源１４からの安定した基準信号を用いることができるため、周波数の高い独立した発振源を必要せず、簡易に、かつ、安定した装置を構成することが可能となる。
【００９３】
(第３実施形態)
図８はこの発明の第３実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図であり、このマイクロ波帯無線通信システムは、マイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置で構成されている。なお、この第３実施形態のマイクロ波帯無線通信システムは、ＩＦ変調信号源１００bと第１bの周波数変換部１８bを除いて第２実施形態のマイクロ波帯無線通信システムと同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。以下、第２実施形態と比較して異なる部分について説明する。
【００９４】
図８に示すように、ＩＦ変調信号源１００bからＩＦ変調信号波(周波数fIF1b)が第１の周波数変換部１８bに入力され、基準信号源１４からの局部発振波(周波数fLO1)を用いて第１bの周波数アップコンバートされ、第２bの中間周波数信号波(周波数fIF2b＝fLO1＋fIF1b)が生成される。そして、第２bの中間周波数信号波(周波数fIF2b)は、信号合成器５aにより第１の周波数変換部１８からの信号である第２の中間周波数信号波(周波数fIF2＝fLO1＋fIF)と基準信号源１４からの局部発振波(周波数fLO1)とともに合成され、中間周波数多重信号波７として第２の周波数変換部１９に入力される。
【００９５】
上記第２の周波数変換部１９において、上記中間周波数多重信号波７であるfIF1＋fLO1およびfIF1b＋fLO1と、基準信号波(周波数fLO1)は、第２の局部発振波(周波数fLO2)を用いて、ミリ波帯に周波周波数アップコンバートされ、バンドパスフィルタ９により不要波が抑圧され、無線信号波１０７(周波数fRF＝fIF1＋fLO1＋fLO2)および無線信号波１０７b(周波数fRFb＝fIF1b＋fLO1＋fLO2)および無線基準信号波１０６(周波数fp＝fLO1＋fLO2)が生成される。上記無線信号波１０７,１０７bおよび無線基準信号波１０６は、ミリ波帯の送信用増幅器１０に入力され、適当なレベルまで増幅された後、無線多重信号波１１５として送信アンテナ１５より放射される。
【００９６】
このように、第１の周波数変換部１８と第１bの周波数変換部１８bを並列に配列することによって、伝送帯域の周波数帯域幅を拡大することができ、多くの情報、例えば、地上波ＴＶ放送や、衛星放送等の信号を多重化することができる。ここで、基準信号波(周波数fLO1)は、１系列・１種の単一周波数であり、周波数ミキサ３および周波数ミキサ３bにより周波数アップコンバートするための局部発振周波数fLO1として機能し、第２の中間周波数信号波(周波数fIF2)および第２bの中間周波数信号波(周波数fIF2b)とともに多重化される基準信号波(周波数fLO1)として機能する。なお、第１の周波数変換部１８に並列に配列する周波数変換部は２以上であってもよい。
【００９７】
(第４実施形態)
図９はこの発明の第４実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図であり、このマイクロ波帯無線通信システムは、マイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置で構成されている。なお、この第４実施形態のマイクロ波帯無線通信システムにおいて、第２実施形態のマイクロ波帯無線通信システムと同一構成部は、同一参照番号を付して説明を省略する。以下、第２実施形態と比較して異なる部分について説明する。
【００９８】
図９に示すように、ＩＦ変調信号源１００と第１の周波数変換部１８および第２の周波数変換部１９と同じ構成のＩＦ変調信号源１００bと第１bの周波数変換部１８bおよび第２bの周波数変換部１９bがもう一系統追加されている。上記第１の周波数変換部１８(基準信号多重部を含む)および、第１bの周波数変換部１８b(基準信号多重部を含む)に、基準信号源１４から基準信号波(周波数fLO1)が夫々供給され、かつ、双方で、第１,第１bの周波数変換した後に基準信号波(周波数fLO1)が多重化される。さらに、一旦、第１の周波数変換された信号波(周波数fIF1＋fLO)と基準信号波(周波数fLO1)は、第２の周波数変換部１９に入力され、もう一方の第１bの周波数変換された信号波であるfIFb＋fLOと基準信号波(周波数fLO1)は、第２bの周波数変換部１９bに入力される。双方の第２の周波数変換部１９および１９bによりミリ波帯に周波数変換され、夫々、独立の送信アンテナ１５,１５bにより、無線多重信号波１１５(fLO1＋fLO2とfLO1＋fLO2＋fIF1)と無線多重信号波１１５b(fLO1＋fLO2とfLO1＋fLO2＋fIF1b)が独立に放射される。
【００９９】
ここで、第２,第２bの周波数変換のとき、局部発振器としての周波数マルチプライア１７からの局部発振波(周波数fLO2)は、第２の周波数変換部１９および、第２bの周波数変換部１９bに双方に入力される。ここでは、基準信号源１４(周波数fLO1)は、第１,第１bの周波数変換部１８,１８b(基準信号多重部を含む)の局部発振源として機能し、周波数マルチプライア１７(発振周波数fLO2)は第２,第２bの周波数変換部の局部発振源として機能する。さらに、この第４実施形態では、第２の周波数変換部１９には、垂直偏波の送信アンテナ１５を使用し、第２bの周波数変換部１９bには、水平偏波の送信アンテナ１５bを使用したが、右旋円偏波のアンテナ、左旋円偏波アンテナを用いてもよい。
【０１００】
なお、ＩＦ変調信号源１００と第１の周波数変換部１８および第２の周波数変換部１９でミリ波帯送信手段を構成すると共に、同じ構成のＩＦ変調信号源１００bと第１bの周波数変換部１８bおよび第２bの周波数変換部１９bでミリ波帯送信手段を構成を構成している。
【０１０１】
上記マイクロ波帯無線送信装置において、多重化される基準信号波(周波数fLO1)のレベルは、可変アッテネータ１２,１２bや可変増幅器等により、夫々独立にレベル調整することが可能である。これは、基準信号多重化レベルが、ＩＦ変調信号源１００および１００bの変調方式と伝送帯域幅により、基準信号波(周波数fLO1)による多重波生成の電力レベルと異なるためである。
【０１０２】
上記マイクロ波帯無線受信装置においても、夫々異なった偏波が受信アンテナ２０,２０bで夫々受信され、異なった周波数変換部２５,２５bにより周波数変換され、中間周波信号波IF１およびIF１bを得ることにより、夫々の復調器・チューナ１１３,１１３bに入力される。
【０１０３】
このような第４実施形態の構成によっても、伝送帯域の周波数幅を拡大することができ、多くの情報が伝送できるという効果が生ずる。例えば、地上波ＴＶ放送を第１の周波数変換部１８と第２の周波数変換部１９の系により周波数変換されて伝送される一方、衛星放送等の信号は、第１の周波数変換部１８bと第２の周波数変換部１９bの系により周波数変換されて伝送されことにより、地上波ＴＶ放送と衛星放送が同時に伝送可能となる。
【０１０４】
上記第３実施形態とは異なり、ＩＦ変調信号(周波数fIF1とfIFb)は、基準信号レベル(周波数fLO1)を独立して多重化でき、夫々独立した送信アンテナ１５,１５bおよび受信アンテナ２０,２０bで伝送され、独立にミリ波帯受信手段としての周波数変換部２５,２５bにより独立した帯域幅で周波数変換されるため、送信側では、合成回路や各信号の電力レベル調整の必要がなくなる一方、受信側では、分波回路が必要なくなる。例えば、前述のＴＶ信号の場合、通常の一般家庭では、夫々、地上波放送、衛星放送の独立したアンテナ端子となっている。上記地上放送出力端子、衛星放送出力端子を、上記ミリ波送信装置の入力端子７１,７１bに接続できると共に、受信側のマイクロ波帯無線受信装置では、出力端子７２,７２bからＴＶ側の地上波放送,衛星放送用のチューナ入力端子に、夫々、直接接続できるというメリットが生ずる。
【０１０５】
さらに、この第４実施形態では、両系統のミリ波帯送信手段とも、無線基準信号波１０６,１０６bと無線信号波１０７,１０７bを多重化し、無線多重信号波１１５,１１５bを構成し、受信側で夫々の周波数変換部２５,２５bともに、送信された無線基準信号波(周波数fLO1＋fLO2)により、無線信号波１０７,１０７bを周波数ダウンコンバートする構成としたが、図１０に示すように、マイクロ波帯無線送信装置において、一方の送信系には、無線基準信号波１０６bを多重化せず、第３の無線信号として、無線信号波１０７c(周波数fLO1＋fLO2＋fIFb)を伝送し、受信側で局部発振器１７c(周波数fL１＋fLO2)により、無線信号を周波数ダウンコンバートするような構成であっても、伝送帯域幅を拡大することができると共に、送信側,受信側ともに入力端子７１,７１b,出力端子７２,７２bを独立することができるというメリットが生ずる。
【０１０６】
(第５実施形態)
図１１はこの発明の第５実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図であり、このマイクロ波帯無線通信システムは、マイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置で構成されている。なお、この第５実施形態のマイクロ波帯無線送信装置は、第１実施形態のマイクロ波帯無線送信装置と同一の構成をしており、同一構成部は同一参照番号を付して説明を省略する。以下、上記第１実施形態と比較して異なる部分について説明する。
【０１０７】
図１１に示すように、受信側のマイクロ波帯無線受信装置において、第１の周波数変換部７６と第２の周波数変換部７５で構成され、送信側から送信された無線多重信号波１１５(周波数fRFmp)を受信アンテナ２０で受信して受信用増幅器２１で増幅し、バンドパスフィルタ９で所望波である無線多重信号波１１５(周波数fRFmp)のみを通過させた後、周波数ミキサ２２により、受信側の独立した局部発振器１７c(周波数fLO3)を用いて、周波数ダウンコンバートし、第２の中間周波数多重信号波(周波数fIFmp2)を生成する。上記第１の周波数変換部７６により周波数変換された上記第２の中間周波数多重信号波(周波数fIFmp2)は、中間周波数信号波(周波数fIF2)と基準信号波(周波数fLO4)から構成され、送信側に対して次のような関係を有している。
(３−１)  第１の周波数ダウンコンバート(fRFmpからfIFmp2生成)
fRF,fp  ∈  fRFmp  から  fIF2,fLO4  ∈  fIFmp2の生成
ここで、fRF  ＝  (fLO1＋fLO2)＋fIF1
fp  ＝  (fLO1＋fLO2)
(i)無線信号波１０７(周波数fRF)の第１の周波数ダウンコンバート
fIF2  ＝  fRF−fLO3
＝  (fLO1＋fLO2＋fIF1)−fLO3
＝  (fLO1＋fIF1)＋ΔfLO
ここで  ΔfLO＝fLO2−fLO3
(ii)無線基準信号波１０６(周波数fp)の第１の周波数ダウンコンバート
fLO4  ＝  fp−fLO3
＝  (fLO1＋fLO2)−fLO3
＝  fLO1＋ΔfLO
【０１０８】
受信側の第１の周波数変換部７６の局部発振信号fLO3を用いて、第１の周波数ダウンコンバートした後、第２の中間周波数多重信号波(周波数fIFmp2)は、第２の周波数変換部７５の分波器７４により、中間周波数信号波(周波数fIF2)と基準信号波(周波数fLO4)に分波された後、第２の周波数ミキサ８２により第１の中間周波数信号波(周波数fIF1)を生成する。第１の周波数ダウンコンバートと第２の周波数ダウンコンバートは次のような関係を有している。
(３−２)  分波と第２の周波数コンバート
fIF2,fLO4  ∈  fIFmp2  から  fIFの生成
(ｉ)分波によりfIF2とfLO4を分離
(ii)第２の周波数コンバート(fIF2からfIF1を生成)
fIF1  ＝  fIF2−fLO4
＝  (fLO1＋fIF1)＋ΔfLO−(fLO1＋ΔfLO)
＝  fIF1
【０１０９】
以上のような関係により、最終的には、受信側において、送信側の第１の中間周波信号波１０８b(周波数fIF1)を再生することができる。
【０１１０】
このような構成では、独立した局部発振器１７cを用いて第１の周波数ダウンコンバートすることにより線形検波を行ない、受信側の周波数変換損失を低減すると同時に、線形検波動作するために無線伝送距離を拡大することが可能となる。
【０１１１】
加えて、受信側の周波数ミキサ２２も、高調波ミキサや偶高調波ミキサを使用することが可能となる。また、分波器７４を用いずに、周波数ミキサ８２を第１の実施形態で示した２端子ミキサとして、中間周波数帯で動作させ、そのまま第２の中間周波数多重信号波(周波数fIFmp2)を入力し、その第２の中間周波数多重信号波(周波数fIFmp2)中の中間周波数信号波(周波数fIF2)を基準信号波(周波数fLO4)成分で検波しても、ほぼ同様な効果が得られる。これは、第１の周波数変換部７６による線形検波の動作により、生成されたfIFmp2成分は、電力レベルが高く、線形検波領域で動作させることが可能となることによる。また、前記２端子ミキサにマイクロ波トランジスタを用いることによって、動作周波数がfIFmp2の(一旦第１の周波数変換部７６で周波数ダウンコンバートされた)より低い周波数帯であることから、マイクロ波トランジスタの利得を積極的に利用でき、fIF2からfIF1へのより高い変換効率を得ることができる。
【０１１２】
本実施形態では、必要に応じて第２の周波数変換部７５への入力レベルを適当なレベル(線形検波の動作領域)に調整するために、第１の周波数変換部７６と第２の周波数変換部７５との間に、増幅器を挿入しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１はこの発明のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図２】  図２は上記マイクロ波帯無線通信システムのマイクロ波帯無線送信装置の送信スペクトラムである。
【図３】    図３はこの発明の２つの周波数変換部が並列に配列されたマイクロ波帯無線送信装置とマイクロ波帯無線受信装置の構成を示すブロック図である。
【図４】    図４は上記マイクロ波帯無線受信装置の周波数ミキサの検波特性を示す図である。
【図５】  図５はこの発明の第１実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図６】  図６は上記マイクロ波帯無線通信システムのマイクロ波帯無線受信装置に用いられるのアクティブミキサの回路図である。
【図７】  図７はこの発明の第２実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図８】  図８はこの発明の第３実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図９】  図９はこの発明の第４実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】  図１０は上記マイクロ波帯無線通信システムの他の構成を示すブロック図である。
【図１１】  図１１はこの発明の第５実施形態のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１２】  図１２は従来のマイクロ波帯無線通信システムの構成を示すブロック図である。
【図１３】  図１３は上記マイクロ波帯無線通信システムにおける周波数スペクトラムの関係を示す図である。
【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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【図１３】
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