(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御発振器および該電圧制御発振器による信号出力の複数の高調波を発生するための手段を備える可変周波数発振器と、前記可変周波数発振器からの信号の周波数を減ずるための可変手段と、前記減ぜられた周波数出力をある基準信号と比較して、この比較にしたがって前記電圧制御発振器を制御する誤差信号を発生するための位相検出器手段とを含む位相固定ループを備え、ある出力を発生する周波数合成装置であって、前記高調波は、前記電圧制御発振器による前記信号出力の周波数の２n倍の周波数ではない少なくとも１つの高調波を含み、ここで、ｎは、正の整数であり、前記可変周波数発振器は、更に、前記高調波のうちの任意の高調波を選択するための可変中心周波数を有する帯域通過フィルタ手段を備え、前記帯域通過フィルタ手段の出力は、該周波数合成装置の前記出力を構成し、前記高調波の各々を選択するように前記帯域通過フィルタ手段および可変手段を制御して各選択毎に異なる出力を発生するようにする制御手段が設けられていることを特徴とする周波数合成装置。
【請求項２】
前記可変周波数発振器からの前記信号は、該周波数合成装置の出力を含む請求項１に記載の周波数合成装置。
【請求項３】
前記可変手段（３または２１、２３、２５）は、周波数分割器（３）からなる請求項１または２に記載の周波数合成装置。
【請求項４】
前記可変手段（３または２１、２３、２５）は、可変周波数源（２３）と、該可変周波数源（２３）の出力を前記可変周波数発振器（１４）の出力と混合する混合器（２１）と、該混合器（２１）によって混合される信号の差分を通過させるが、該混合器（２１）によって混合される信号の加算分は阻止する低域通過フィルタ（２５）とからなる請求項１または２に記載の周波数合成装置。
【請求項５】
前記電圧制御発振器（１５）によって発生される周波数は変調される請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の周波数合成装置。
【請求項６】
前記帯域通過フィルタ手段（１９）の中心周波数は、前記電圧制御発振器（１５）によって発生される周波数の変調に応じて変えられる請求項５に記載の周波数合成装置。
【請求項７】
前記電圧制御発振器（１５）は、発振器の周波数レンジ内で前記可変手段によって変えられ、前記複数の高調波は、前記電圧制御発振器（１５）によって発生される周波数の３倍、４倍および５倍の周波数からなり、前記制御手段は、前記電圧制御発振器（１５）を前記発振器の周波数レンジにおける周波数に合わせるように変えて且つ前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えて３倍の高調波を選択するようにすることにより第１の出力レンジにおける周波数の発生を制御し、前記制御手段は、前記電圧制御発振器（１５）を前記発振器の周波数レンジにおける周波数に合わせるように変えて且つ前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えて４倍の高調波を選択するようにすることにより第２の出力レンジにおける周波数の発生を制御し、前記制御手段は、前記電圧制御発振器（１５）を前記発振器の周波数レンジにおける周波数に合わせるように変えて且つ前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えて５倍の高調波を選択するようにすることにより第３の出力レンジにおける周波数の発生を制御する請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の周波数合成装置。
【請求項８】
前記電圧制御発振器（１５）によって発生される周波数のレンジは、４００−５３３.３３ＭＨｚであり、前記複数の高調波は、前記電圧制御発振器（１５）によって発生される周波数の３倍、４倍および５倍の周波数からなり、前記制御手段は、前記電圧制御発振器（１５）を４００−５３３.３３ＭＨｚのレンジにおける周波数に合わせるように変えて且つ前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えて３倍の高調波を選択するようにすることにより、１２００−１６００ＭＨｚのレンジにおける周波数の発生を制御し、前記制御手段は、前記電圧制御発振器（１５）を４００−５００ＭＨｚのレンジにおける周波数に合わせるように変えて且つ前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えて４倍の高調波を選択するようにすることにより、１６００−２０００ＭＨｚのレンジにおける周波数の発生を制御し、前記制御手段は、前記電圧制御発振器（１５）を４００−４８０ＭＨｚのレンジにおける周波数に合わせるように変えて且つ前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えて５倍の高調波を選択するようにすることにより、２０００−２４００ＭＨｚのレンジにおける周波数の発生を制御する請求項１から７のうちのいずれか１項に記載の周波数合成装置。
【請求項９】
請求項１に記載の周波数合成装置を使用する方法において、前記複数の高調波のうちの第１の高調波を選択するように、前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えることにより、第１のレンジの周波数を合成し、前記複数の高調波のうちの少なくとも１つの別の高調波を選択するように、前記帯域通過フィルタ手段（１９）を変えることにより、少なくとも１つの別のレンジの周波数を合成するように、前記制御手段を作動させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数合成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信システムや、それらに関連したテスト装置を実施するには、高周波信号を発生する必要がある。実際問題として、本来的に存在するノイズの影響により、このような高周波信号には、望ましくない残留位相変調が発生してしまう。このような影響のために、通信システムのダイナミックレンジが制限されてしまい、また、ビット誤差率が低下してしまう。したがって、残留位相ノイズの量を最小とすることは、効果のあることである。
【０００３】
図１は、無線周波数信号の幅広いスペクトルを発生するための典型的な周波数合成装置を示している。高周波電圧制御発振器（ＶＣＯ）１による高周波信号出力は、低周波信号を与えるために周波数分割器３によって分割される。この信号は、位相検出器５に通される。位相検出器５において、その信号は、低周波源７によって与えられる安定な低周波数の低ノイズの基準と位相比較される。その結果として生ずる誤差信号は、高周波電圧制御発振器ＶＣＯ１を制御するのに使用される。ＶＣＯ１による周波数出力は、分割器３の分割比Ｎを変えることによって制御される。もし、ＶＣＯ１がオクターブレンジをカバーするものであるならば、周波数合成装置の出力９を、次々と２で割っていくことにより、低周波信号の連続スペクトルを発生することができる。例えば、もし、ＶＣＯ１によってカバーされるオクターブレンジが１２００−２４００ＭＨｚであるならば、このレンジを２で分割することにより、６００−１２００ＭＨｚというより低い周波数レンジが与えられ、こうして与えられた６００−１２００ＭＨｚのレンジを２で分割することにより、３００−６００ＭＨｚというより低い周波数レンジが与えられる、等々である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１の周波数合成装置のある問題点は、高周波電圧制御発振器１に非常に低い残留位相ノイズが発生してしまうことである。発振器のノイズは、その共振器の損失、発振器のトランジスタおよびそれに関連した構成部品によって不可避的に導入されるノイズ、およびＶＣＯ同調ダイオードの動作において振幅変調を位相変調へと変換することによって導入されるノイズによって、決まってくるものである。高い周波数では、共振器損失によるノイズは、共振器導体における表皮効果損失、共振器キャパシタにおける誘電体損失、および共振器同調ダイオードにおける損失のために増大する。さらに、トランジスタによるノイズは、高い周波数で増大する。
【０００５】
共振器損失および振幅変調−位相変調変換によって導入されるノイズは、図１のＶＣＯ１を、ＶＣＯ１によってカバーされる周波数レンジをカバーする狭い帯域を有する一連の狭帯域発振器に置き換えることによって、減少させることができる。この場合において、周波数合成装置がある周波数を発生する必要があるときには、それら一連の狭帯域発振器のうちの、その周波数を含む狭帯域を有する一つの狭帯域発振器が、図１の位相固定ループ内へと切り換えられる。このように一連の狭帯域発振器を使用すると問題なのは、複雑さが増し、また、コストも増大してしまうことである。
【０００６】
この技術分野においては、もし、ある周波数ｆの信号が周波数ｆ／２の信号よりも大きさにおいて６ｄＢ大きい位相ノイズ側波帯を有する場合には、それら２つの信号は等しくノイズであるとされている。６ｄＢという数字は、位相ノイズ自体を加えないようにして、ある周波数をｎ倍することを考慮してのものである。増倍後の信号における位相ノイズ側波帯は、その増倍前よりも、２０log10(n)ｄＢ、すなわち、６ｄＢ／オクターブ大きくなる。現在の多くの高周波発振器は、前述したようなノイズの問題のために、二分の一の周波数で動作するように設計された発振器より大きい６ｄＢよりも悪いノイズを有している。
【０００７】
図２は、図１に示した方式に代わるものとして慣用されている別の方式を示している。この方式は、主たる部分においては、図１の方式と同じであるが（同様の部分は同じ参照符号にて示している）、周波数二倍器１１と、切換帯域通過フィルタ１３とが加えられている。ＶＣＯ１は、位相ノイズを改善するために、二分の一の周波数で動作するように設計されている。周波数二倍器１１は、その周波数を二倍とし、その二倍の周波数を通過させて、ＶＣＯ１によって発生された周波数の漏れおよびその周波数の望ましくない高調波をストップさせるようにするために、切換帯域通過フィルタのうちの適当なフィルタを選択する。図２の周波数合成装置の問題点は、周波数を二倍とする段階で加えられる位相ノイズを除去するのに、実際にはできないような微細なフィルタリングが必要とされることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電圧制御発振器および該電圧制御発振器による信号出力の複数の高調波を発生するための手段を備える可変周波数発振器と、前記可変周波数発振器からの信号の周波数を減ずるための可変手段と、前記減ぜられた周波数出力をある基準信号と比較して、この比較にしたがって前記電圧制御発振器を制御する誤差信号を発生するための位相検出器手段とを含む位相固定ループを備え、ある出力を発生する周波数合成装置であって、前記高調波は、前記電圧制御発振器による前記信号出力の周波数の２n倍の周波数ではない少なくとも１つの高調波を含み、ここで、ｎは、正の整数であり、前記可変周波数発振器は、更に、前記高調波のうちの任意の高調波を選択するための可変中心周波数を有する帯域通過フィルタ手段を備え、前記帯域通過フィルタ手段の出力は、該周波数合成装置の前記出力を構成し、前記高調波の各々を選択するように前記帯域通過フィルタ手段および可変手段を制御して各選択毎に異なる出力を発生するようにする制御手段が設けられていることを特徴とする周波数合成装置が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面の、特に、図３および図４を参照して、本発明による周波数合成装置の実施の形態について説明する。
【００１０】
図３において、図１および図２の回路構成部分と同様の回路構成部分には、同じ参照符号が付されている。
【００１１】
図３を参照するに、図１および図２の高周波ＶＣＯ１は、低周波低ノイズＶＣＯ１５、高調波発生器１７およびオクターブ同調レンジを有する電圧同調帯域通過フィルタ１９からなる複合可変周波数発振器１４によって置き換えられている。高調波発生器１７は、ＶＣＯ１５の周波数の種々な倍数の一連の周波数を発生する。すなわち、この発生器１７は、ＶＣＯ１５の周波数およびその高調波を、すべて実質的に同じ振幅（各高調波の振幅は、ＶＣＯ１５の周波数の成分の振幅より２０ｄＢ以上は落ちていない）でもって、出力する。１つの高調波が、同調帯域通過フィルタ１９によって所望の合成装置出力周波数として、選択される。
【００１２】
以下に説明するように、もし、例えば、1.２−2.４ＧＨｚの合成装置が必要とされるならば、これは、４００−５３3.３３ＭＨｚの同調レンジを有するＶＣＯ１５によって達成されうる。合成装置に1.２−1.６ＧＨｚのレンジの周波数を出力させるためには、ＶＣＯ１５の周波数の三倍の高調波を、フィルタ１９によって選択する。そして、ＶＣＯ１５の４００−５３3.３３ＭＨｚの全レンジを使用することが必要とされる。合成装置に1.６−2.０ＧＨｚのレンジの周波数を出力させるには、四倍の高調波を選択し、ＶＣＯ１５の４００−５３3.３３ＭＨｚの全レンジのうちの４００−５００ＭＨｚのレンジを使用することが必要とされる。合成装置に2.０−2.４ＧＨｚを出力させるには、五倍の高調波を選択し、４００−５３3.３３ＭＨｚのレンジのうちの４００−４８０ＭＨｚを使用することが必要とされる。このようにして、所望の1.２−2.４ＧＨｚの合成装置が得られることが理解されよう。
【００１３】
ＶＣＯ１５の同調レンジは、合成装置によって発生される周波数のレンジ（1.２−2.４ＧＨｚの１オクターブの範囲にある周波数をカバーしている）に比較して、低くて（４００−５３3.３３ＭＨｚをカバーする）且つ狭い（半オクターブより相当に狭い）。このために、前述したような位相ノイズの問題は軽減される。さらに、図３の合成装置に線形同調特性を持たせるようにすることは、ＶＣＯ１５の同調レンジが狭いので、より容易である。帯域通過フィルタ１９は、所望の出力周波数を通過させるが、隣接の高調波４００−５３3.３３ＧＨｚを拒絶するものでなければならない。ＶＣＯ１５について４００−５３3.３３ＧＨｚより低い周波数レンジを使用し、フィルタ１９によってより高い高調波を選択するようにすることにより、ノイズ性能をより良くすることができるが、フィルタ１９が所望の出力により近い隣接高調波を拒絶する必要があり、フィルタ１９がより複雑になってしまう。
【００１４】
フィルタ１９の出力は、位相固定される。したがって、高調波発生器１７およびフィルタ１９によって加えられる位相ノイズは、ループ帯域幅内にあるならば、その位相固定ループによって除去される。
【００１５】
図３の合成装置の周波数変調された出力は、ＶＣＯ１５による周波数出力の変調によって達成されうる。1.２−2.４ＧＨｚの合成装置の前述した例においては、1.８ＧＨｚの出力周波数で１００ＫＨｚずつ異なる周波数を得るためには、ＶＣＯ１５は、２５ＫＨｚだけ周波数を増減させるだけでよい。何故ならば、その周波数は、４倍されるからである。合成装置の同調特性における非線形性による歪は、必要とされる周波数の増減を減少させることにより、減少させられる。周波数の増減が大きい場合には、その周波数変調に応じて帯域通過フィルタ１９の中心周波数を変える必要がでてくる。
【００１６】
図４において、図１、図２および図３の回路構成部分と同様な回路構成部分には、同じ参照符号を付している。
【００１７】
図４を参照するに、この図４の方式は、周波数分割器３がサンプリング混合器２１、可変低周波源２３および低域通過フィルタ２５によって置き換えられている以外は、図３の方式と同じである。位相検出器５へ入力される周波数を減少させるには、可変低周波源２３を適当に設定することによって行われる。低域通過フィルタ２５は、フィルタ１９の出力と可変低周波源２３との所望の差分を通過させ、これら出力の不所望な加算分を阻止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】既知の合成装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】別の既知の合成装置を概略的に示すブロック図である。
【図３】本発明による合成装置を概略的に示すブロック図である。
【図４】図３の合成装置の変形例を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
３  周波数分割器
５  位相検出器
７  安定な低周波源
９  周波数合成装置の出力
１４  複合可変周波数発振器
１５  低周波低ノイズ電圧制御発振器
１７  高調波発振器
１９  電圧同調帯域通過フィルタ
２１  サンプリング混合器
２３  可変低周波源
２５  低域通過フィルタ
【図１】
0003871727.tif 000002
【図２】
0003871727.tif 000003
【図３】
0003871727.tif 000004
【図４】
0003871727.tif 000005