(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相補間器、移相器、位相比較器および制御回路をそれぞれ有し、複数段に接続された複数の要素を備えた位相同期装置であって、
前記位相補間器は、配線を通じて入力された基準信号に基づく第１の信号と、前段の要素が有する前記移相器から出力された第２の信号とを入力して、前記第１の信号と前記第２の信号の中間の位相を有した第３の信号を生成して出力し、
前記移相器は、前記第３の信号を第１の移相量で移相した信号を、前記第２の信号として後段の要素が有する前記位相補間器に出力し、
前記位相比較器は、前記第３の信号と、後段の要素から出力された前記第１の信号が前記第１の移相量で移相された第４の信号との位相差を検出し、
前記制御回路は、前記位相比較器によって検出された位相差に基づいて、前記移相器の前記第１の移相量を制御することを特徴とする位相同期装置。
【請求項２】
前記移相器は、第１の移相器および第２の移相器であり、
前記位相補間器は、前記第１の信号と、前段の要素が有する前記第１の移相器によって移相された前記第２の信号とを入力して、前記第１の信号と前記第２の信号の中間の位相を有した前記第３の信号を生成して出力し、
前記第１の移相器は、前記第３の信号を前記第１の移相量で移相した信号を、前記第２の信号として後段の要素が有する前記位相補間器に出力し、
前記第２の移相器は、後段の要素から出力された前記第１の信号を前記第１の移相量で移相して前記第４の信号を生成し、
前記位相比較器は、前記第３の信号と前記第４の信号との位相差を検出し、
前記制御回路は、前記位相比較器によって検出された位相差に基づいて、前記第１の移相器および前記第２の移相器のそれぞれの前記第１の移相量を制御すること
を特徴とする請求項１記載の位相同期装置。
【請求項３】
前記移相器は、双方向移相器であり、
前記位相補間器は、前記第１の信号と、前段の要素が有する前記双方向移相器によって移相された前記第２の信号とを入力して、前記第１の信号と前記第２の信号の中間の位相を有した前記第３の信号を生成して出力し、
前記双方向移相器は、前記第３の信号を前記第１の移相量で移相した信号を、前記第２の信号として後段の要素が有する前記位相補間器に出力し、
前記位相比較器は、前記第３の信号と、後段の要素から出力された前記第１の信号が前記双方向移相器によって前記第１の移相量で移相された前記第４の信号との位相差を検出し、
前記制御回路は、前記位相比較器によって検出された位相差に基づいて、前記双方向移相器の前記第１の移相量を制御すること
を特徴とする請求項１記載の位相同期装置。
【請求項４】
前記位相補間器の出力側に設けられ、前記第３の信号を周波数逓倍した信号を生成して出力する位相同期回路を備えたこと
を特徴とする請求項１記載の位相同期装置。
【請求項５】
複数の要素は、アンテナをそれぞれ有し、前記アンテナを通じた無線通信で信号を互いにやり取りすること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の位相同期装置。
【請求項６】
前記位相補間器は、第１の増幅器、第２の増幅器および第１の加算器を備え、
前記第１の増幅器は、前記位相補間器に入力される２つの信号のうちの一方の信号を、前記第２の増幅器と同一の振幅になるように増幅して出力し、
前記第２の増幅器は、前記位相補間器に入力される２つの信号のうちの他方の信号を、前記第１の増幅器と同一の振幅になるように増幅して出力し、
前記第１の加算器は、前記第１の増幅器から出力された信号と、前記第２の増幅器から出力された信号とを加算し、加算された信号を出力すること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の位相同期装置。
【請求項７】
前記位相補間器は、
前記位相補間器の出力信号を生成する第１の周波数可変発振回路と、
前記位相補間器に入力される２つの信号のうちの一方の信号と、前記第１の周波数可変発振回路によって生成された出力信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第１の位相比較器と、
前記位相補間器に入力される２つの信号のうちの他方の信号と、前記第１の周波数可変発振回路によって生成された出力信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第２の位相比較器と、
前記第１の位相比較器から出力された信号と前記第２の位相比較器から出力された信号とを加算する第２の加算器と、
前記第２の加算器によって加算された信号を平滑化し、平滑化された信号を前記第１の周波数可変発振回路に出力するループフィルタと、
を備え、
前記第１の周波数可変発振回路は、
前記ループフィルタによって平滑化された信号に基づいて、前記位相補間器の出力信号の周波数を変えること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の位相同期装置。
【請求項８】
前記位相補間器は、
前記位相補間器の出力信号を生成する第２の周波数可変発振回路と、
前記第２の周波数可変発振回路によって生成された出力信号の周波数を分周する分周器と、
前記位相補間器に入力される２つの信号のうちの一方の信号と、前記分周器によって分周された信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第３の位相比較器と、
前記位相補間器に入力される２つの信号のうちの他方の信号と、前記分周器によって分周された信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第４の位相比較器と、
前記第３の位相比較器から出力された信号と前記第４の位相比較器から出力された信号とを加算する第３の加算器と、
前記第３の加算器によって加算された信号を平滑化し、平滑化された信号を前記第２の周波数可変発振回路に出力するループフィルタと、
を備え、
前記第２の周波数可変発振回路は、
前記ループフィルタによって平滑化された信号に基づいて、前記位相補間器の出力信号の周波数を変えること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項記載の位相同期装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数段に接続された複数の要素を有する位相同期装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、アクティブフェーズドアレイアンテナ（ＡＰＡＡ）または超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）には、出力位相が等しい複数の要素を備えた位相同期装置が用いられる場合がある。複数の要素のそれぞれは、基準信号の位相と参照する信号の位相との位相差を検出し、検出された位相差が０となるように帰還することによって、安定した周波数の信号を出力することができる。【０００３】
ただし、要素の数が増加すると、複数の要素のそれぞれに等しい経路長で基準信号を分配することが難しくなるので、各要素の出力位相には、経路長の差に応じた位相回転量（位相回転量Ａとする）が加わる。さらに、要素の内部で生じる位相回転量（位相回転量Ｂとする）は、要素ごとのゲインに応じて異なる。これにより、複数の要素の出力位相に位相ずれが生じる場合がある。
例えば、非特許文献１に記載された位相同期装置では、要素間での位相回転量ＡおよびＢによる位相差を検出して帰還することで、要素間の出力位相の位相差を補正している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｔｏｓｈｉｈｉｒｏ  Ｓｈｉｍｕｒａ，  Ｔａｋｅｎｏｒｉ  Ｏｈｓｈｉｍａ，  Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ａｓｈｉｄａ，  Ｓｈｏｈｅｉ  Ｉｓｈｉｋａｗａ，  Ｓｈｕｎｓｕｋｅ  Ｆｕｊｉｏ，  Ａｔｓｕｓｈｉ  Ｈｏｎｄａ，  Ｚｈｅｎｇｙｉ  Ｌｉ，  Ｋｅｎｉｃｈｉ  Ｎｉｓｈｉｋａｗａ，  Ｃｈｉｋａｒａ  Ｋｏｊｉｍａ，  Ｋａｚｕｙｕｋｉ  Ｏｚａｋｉ，  Ｍａｓａｈｉｋｏ  Ｓｈｉｍｉｚｕ  ａｎｄ  Ｙｏｊｉ  Ｏｈａｓｈｉ，  “Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  ＴＸ  Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ  ｗｉｔｈ  Ｐｈａｓｅ  Ａｄｊｕｓｔｉｎｇ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒｓ  ｆｏｒ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ  Ｓｕｂａｒｒａｙｓ”  ，  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ４６ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２０１６，  ｐｐ．  １５７２−１５７５．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に記載された位相同期装置は、要素間で出力位相の同期をとるための信号をやり取りするための配線で要素同士が接続されている。このため、非特許文献１に記載された位相同期装置では、位相回転量ＡおよびＢに加えて、要素間を接続する配線における配線遅延による位相回転量（位相回転量Ｃとする）が生じ、これらの区別がつかない。このため、例えば、環境状態の変化によって、位相回転量Ａおよび位相回転量Ｂに加えて位相回転量Ｃも変化した場合、要素間の出力位相の位相差を正確に補正できずに、複数の要素の出力位相が一致しなくなるという課題があった。【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであって、複数の要素の出力位相を一致させることができる位相同期装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る位相同期装置は、位相補間器、移相器、位相比較器および制御回路をそれぞれ有し、複数段に接続された複数の要素を備えた位相同期装置であって、位相補間器は、配線を通じて入力された基準信号に基づく第１の信号と、前段の要素が有する移相器から出力された第２の信号とを入力して、第１の信号と第２の信号の中間の位相を有した第３の信号を生成して出力し、移相器は、第３の信号を第１の移相量で移相した信号を、第２の信号として後段の要素が有する位相補間器に出力し、位相比較器は、第３の信号と、後段の要素から出力された第１の信号が第１の移相量で移相された第４の信号との位相差を検出し、制御回路は、位相比較器によって検出された位相差に基づいて、移相器の第１の移相量を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、基準信号に基づく第１の信号と、前段の要素において移相された第２の信号との中間の位相を有した第３の信号を生成し、第３の信号が第１の移相量で移相された信号を第２の信号として後段の要素に出力し、第３の信号と、後段の要素から出力された第１の信号が第１の移相量で移相された第４の信号との位相差を検出し、検出された位相差に基づいて第１の移相量を制御する。これにより、複数の要素のそれぞれの出力位相を一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態２に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態３に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態４に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態５に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態５における位相補間器の構成を示すブロック図である。
【図７】実施の形態６に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態６における位相補間器の構成を示すブロック図である。
【図９】実施の形態７に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態７における位相補間器の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。図１に示す位相同期装置は、複数の要素を備えた装置であって、これらの要素は、互いに信号をやり取りするための配線１ａと、基準信号源１からの基準信号が伝搬される配線１ｂによって複数段に接続されている。ｎ（ｎ＝１，２，・・・）番目の要素＃ｎは、ＰＬＬ回路２（位相同期回路）、方向性結合器３、位相補間器４、可変移相器５、方向性結合器６、可変移相器７、位相比較器８および制御回路９を備えており、配線１ｂを通じて基準信号を入力し、位相θｏｕｔ＿ｎの信号を生成して出力する。
【００１１】
ＰＬＬ回路２は、配線１ｂを通じて入力された基準信号に基づく第１の信号を生成して出力する。例えば、ＰＬＬ回路２は、基準信号を周波数逓倍することで、基準信号の周波数よりも高い既知の周波数の信号（高周波（ＲＦ）の信号）を出力する。なお、配線１ｂを通じて入力された基準信号の位相には、配線遅延による位相回転量β１＋β２＋β３＋・・・＋βｎ−１が加わっている。従って、第１の信号の位相θｎには、要素＃ｎの内部で発生した位相回転量と、配線遅延による基準信号の位相回転量が含まれている。
【００１２】
ＰＬＬ回路２によって生成された位相θｎの第１の信号は、方向性結合器３と位相補間器４に出力される。要素＃ｎが有する方向性結合器３は、配線１ａを通じて、第１の信号を前段（ｎ−１番目）の要素＃ｎ−１に出力する。第１の信号が要素＃ｎから要素＃ｎ−１へ配線１ａを伝搬する間に、この第１の信号の位相θｎには、配線遅延による位相回転量αｎ−１が加わる。また、方向性結合器３は、前段の要素＃ｎ−１が有する可変移相器５によって移相された第２の信号を、同じ配線１ａを通じて入力して位相補間器４に出力する。第２の信号が要素＃ｎ−１から要素＃ｎまで配線１ａを伝搬する間に、第２の信号の位相には配線遅延による位相回転量αｎ−１が加わる。
【００１３】
要素＃ｎが有する位相補間器４は、ＰＬＬ回路２から出力された位相θｎの第１の信号と、要素＃ｎ−１において移相された第２の信号とを入力し、これらの信号の中間の位相θｏｕｔ＿ｎを有した第３の信号を生成する。第３の信号は、要素＃ｎの出力信号として出力される。さらに、位相補間器４によって生成された第３の信号は、可変移相器５と位相比較器８にも出力される。
【００１４】
可変移相器５は、入力された信号の位相を、第１の移相量である移相量γｎで移相する第１の移相器であり、移相量γｎは、制御回路９によって制御される。可変移相器５は、位相補間器４から出力された第３の信号を移相量γｎで移相し、位相θｏｕｔ＿ｎ＋γｎを有した第３の信号を方向性結合器６に出力する。要素＃ｎが有する方向性結合器６は、可変移相器５から入力した第３の信号を第２の信号として、配線１ａを通じて要素＃ｎ＋１に出力する。第２の信号が要素＃ｎから要素＃ｎ＋１へ配線１ａを伝搬する間に、第２の信号の位相θｏｕｔ＿ｎ＋γｎには、配線遅延による位相回転量αｎが加わる。
【００１５】
方向性結合器６は、要素＃ｎ＋１が有するＰＬＬ回路２から出力された位相θｎ＋１の信号である第１の信号を、配線１ａを通じて要素＃ｎ＋１から入力して可変移相器７に出力する。第１の信号が要素＃ｎ＋１から要素＃ｎへ配線１ａを伝搬する間に、第１の信号の位相には、配線遅延による位相回転量αｎが加わる。
【００１６】
可変移相器７は、入力された信号の位相を可変移相器５と同一の移相量γｎで移相する第２の移相器であり、移相量γｎは、制御回路９によって制御される。可変移相器７は、配線１ａおよび方向性結合器６を通じて、位相θｎ＋１＋αｎの第１の信号を要素＃ｎ＋１から入力し、第１の信号を移相量γｎで移相することで、位相θｎ＋１＋αｎ＋γｎを有した第４の信号を生成する。可変移相器７によって生成された第４の信号は、位相比較器８に出力される。
【００１７】
位相比較器８は、位相補間器４から出力された第３の信号と、可変移相器７から出力された第４の信号とを入力し、これらの信号の位相差を検出する。例えば、位相比較器８には、位相補間器４から位相θｏｕｔ＿ｎを有した第３の信号が入力され、可変移相器７から位相θｎ＋１＋αｎ＋γｎを有した第４の信号が入力され、位相比較器８は、これらの入力信号の位相差を検出し、検出した位相差が制御回路９に出力される。
【００１８】
制御回路９は、位相比較器８によって検出された位相差に基づいて、可変移相器５と可変移相器７への移相量γｎを制御する。例えば、制御回路９は、位相比較器８によって検出された位相差が０になる移相量γｎを決定し、決定した移相量γｎを可変移相器５および可変移相器７にそれぞれ設定する。
【００１９】
次に、実施の形態１に係る位相同期装置の動作について説明する。
要素＃ｎが有する位相比較器８および制御回路９によって、要素＃ｎの出力信号（第３の信号）の位相θｏｕｔ＿ｎは、θｏｕｔ＿ｎ＝θｎ＋１＋αｎ＋γｎとなる。また、前段の要素＃ｎ−１においても同様に動作することで、要素＃ｎ−１の出力信号（第３の信号）の位相θｏｕｔ＿ｎ−１は、θｏｕｔ＿ｎ−１＝θｎ＋αｎ−１＋γｎ−１となる。さらに、要素＃ｎが有する位相補間器４は、ＰＬＬ回路２から出力された位相θｎの第１の信号を入力し、方向性結合器３によって要素＃ｎ−１から位相θｏｕｔ＿ｎ−１＋αｎ−１＋γｎ−１を有した第２の信号を入力する。
【００２０】
位相補間器４は、位相θｏｕｔ＿ｎ−１＋αｎ−１＋γｎ−１と位相θｎとの中間の位相θｏｕｔ＿ｎを有した第３の信号を生成して出力する。第３の信号の位相θｏｕｔ＿ｎは、θｏｕｔ＿ｎ＝（θｏｕｔ＿ｎ−１＋αｎ−１＋γｎ−１＋θｎ）／２となる。
θｏｕｔ＿ｎ−１＝θｎ＋αｎ−１＋γｎ−１であることから、出力位相θｏｕｔ＿ｎは、θｏｕｔ＿ｎ＝θｏｕｔ＿ｎ−１となり、要素＃ｎ−１と要素＃ｎで出力位相が一致する。
【００２１】
一方、１番目の要素＃１が有する位相補間器４では、図１に示すように、前段の要素がないため、前段との接続端子が終端される。これにより、１番目の要素＃１が有する位相補間器４は、方向性結合器３からの第２の信号が入力されない。位相補間器４の２入力の一方が無入力である場合、出力位相は、２入力の他方の位相のみに依存する。このため、要素＃１が有する位相補間器４の出力位相θｏｕｔ＿１は、ＰＬＬ回路２から入力される信号の位相θ１のみによって決定される。これにより、出力位相θｏｕｔ＿１，θｏｕｔ＿２，θｏｕｔ＿３，・・・，θｏｕｔ＿ｎ，・・・は、全てθｏｕｔ＿１と一致する。
【００２２】
また、各構成要素の動作が収束する順番は、以下の通りとなる。
まず、要素＃１が有するＰＬＬ回路２がロックして、その出力位相θ１が確定する。
要素＃１の出力位相θｏｕｔ＿１は、ＰＬＬ回路２によって生成された第１の信号の位相θ１のみに依存するので、この時点で出力位相θｏｕｔ＿１が収束する。これに続いて、要素＃２が有するＰＬＬ回路２の出力位相がθ２に収束した後、要素＃１が有する、可変移相器５、可変移相器７、位相比較器８および制御回路９の動作が収束して移相量γ１が確定する。これにより、要素＃２の出力位相θｏｕｔ＿２が収束する。この後、同様の手順で、出力位相θｏｕｔ＿３，θｏｕｔ＿４，・・・，θｏｕｔ＿ｎ，・・・が収束する。
【００２３】
以上のように、実施の形態１に係る位相同期装置は、要素＃１，＃２，・・・，＃ｎ，・・・を備える。要素＃ｎにおいて、配線１ｂを通じて入力された基準信号に基づく第１の信号と、要素＃ｎ−１から出力された第２の信号との中間の位相を有した第３の信号を生成し、第３の信号が移相量γｎで移相された信号を、第２の信号として要素＃ｎ＋１に出力し、第３の信号と要素＃ｎ＋１から出力された第１の信号が移相量γｎで移相された第４の信号との位相差を検出し、検出された位相差に基づいて移相量γｎを制御する。
これにより、実施の形態１に係る位相同期装置は、要素ごとの配線１ｂの経路差に起因した配線遅延による位相回転量βｎ、要素＃ｎの内部で発生した位相回転量を含んだ位相θｎおよび配線１ａの配線遅延による位相回転量αｎの全てに依存することなく、複数の要素のそれぞれの出力位相を一致させることができる。
【００２４】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。図２に示す位相同期装置は、複数の要素を備えた装置であって、これらの要素は、互いに信号をやり取りするための配線１ａと、基準信号源１からの基準信号が伝搬される配線１ｂによって複数段に接続される。ｎ番目の要素＃ｎは、ＰＬＬ回路２、方向性結合器３、位相補間器４、可変移相器５、方向性結合器６、位相比較器８および制御回路９を備え、配線１ｂを通じて基準信号を入力し、位相θｏｕｔ＿ｎの信号を生成して出力する。
【００２５】
図２に示す位相同期装置は、図１に示した可変移相器７を備えておらず、可変移相器５が、方向性結合器６の後段、すなわち、方向性結合器６と後段の要素との間に設けられている点で、実施の形態１に係る位相同期装置と異なる。また、可変移相器５は、双方向に入出力が可能な双方向移相器である。
【００２６】
要素＃ｎにおいて、ＰＬＬ回路２は、配線１ｂを通じて入力された基準信号から既知の周波数で位相θｎの第１の信号を生成して出力する。位相補間器４は、ＰＬＬ回路２から出力された第１の信号と、要素＃ｎ−１が有する双方向移相器である可変移相器５によって移相された第２の信号とを入力し、これらの信号の中間の位相θｏｕｔ＿ｎを有した第３の信号を生成して出力する。方向性結合器６は、位相補間器４から出力された第３の信号を可変移相器５に出力する。可変移相器５は、方向性結合器６を通じて位相補間器４から入力した第３の信号を移相量γｎで移相した信号を第２の信号として、配線１ａを通じて要素＃ｎ＋１に出力する。
【００２７】
位相比較器８は、位相補間器４から出力された位相θｏｕｔ＿ｎを有する第３の信号と、要素＃ｎ＋１から出力された第１の信号が可変移相器５によって移相量γｎで移相された第４の信号とを入力し、これらの信号の位相差を検出する。制御回路９は、位相比較器８によって検出された位相差に基づいて、可変移相器５の移相量γｎを制御する。例えば、制御回路９は、位相比較器８によって検出された位相差が０になる移相量γｎを決定し、決定した移相量γｎを可変移相器５に設定する。
【００２８】
以上のように、実施の形態２に係る位相同期装置は、要素＃１，＃２，・・・，＃ｎ，・・・を備える。要素＃ｎは、移相器として、双方向移相器である可変移相器５を有するので、実施の形態１と同様な効果が得られる。さらに、双方向移相器は、１つの移相器で、図１に示した可変移相器５と可変移相器７の機能を実現することができる。
【００２９】
実施の形態３．
図３は、実施の形態３に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。図３に示す位相同期装置は、複数の要素を備えた装置であって、これらの要素は、互いに信号をやり取りするための配線１ａと、基準信号源１からの基準信号が伝搬される配線１ｂによって複数段に接続されている。要素＃ｎは、方向性結合器３、位相補間器４、可変移相器５、方向性結合器６、可変移相器７、位相比較器８、制御回路９およびＰＬＬ回路１１を備えており、第１の信号として、配線１ｂを通じて基準信号を入力することにより、出力位相θｏｕｔ＿ｎの信号を生成して出力する。すなわち、配線１ｂを通じて入力される基準信号に基づく第１の信号は、当該基準信号そのものであってもよい。
【００３０】
図３に示す位相同期装置は、図１に示したＰＬＬ回路２を備えておらず、位相補間器４の出力段にＰＬＬ回路１１を備えている点で、実施の形態１に係る位相同期装置とは異なる。また、要素＃ｎが有する方向性結合器３は、配線１ｂを通じて入力された基準信号である第１の信号を、配線１ａを通じて要素＃ｎ−１に出力する。すなわち、要素＃ｎから要素＃ｎ−１に出力される基準信号の位相には、配線遅延による位相回転量β１＋β２＋β３＋・・・＋βｎ−１が重畳されている。
【００３１】
位相補間器４には、配線１ｂを通じて基準信号源１から入力された位相θｎの基準信号である第１の信号と、要素＃ｎ−１が有する可変移相器５によって移相された第２の信号とが入力される。位相補間器４は、第１の信号と第２の信号の中間の位相を有した第３の信号を生成して、第３の信号を、可変移相器５、位相比較器８およびＰＬＬ回路１１に出力する。要素＃ｎが有するＰＬＬ回路１１は、位相補間器４から出力された第３の信号に対して周波数逓倍を行うことで、基準信号よりも高周波でかつ位相θｏｕｔ＿ｎの信号を生成し、この信号を出力信号として出力する。
【００３２】
可変移相器５は、位相補間器４から出力された第３の信号を移相量γｎで移相し、位相θｏｕｔ＿ｎ＋γｎを有した第３の信号を方向性結合器６に出力する。要素＃ｎが有する方向性結合器６は、可変移相器５から入力した第３の信号を第２の信号として、配線１ａを通じて要素＃ｎ＋１に出力する。第２の信号が要素＃ｎから要素＃ｎ＋１へ配線１ａを伝搬する間に、第２の信号の位相θｏｕｔ＿ｎ＋γｎには配線遅延による位相回転量αｎが加わる。
【００３３】
また、方向性結合器６は、後段の要素＃ｎ＋１が有する方向性結合器３から出力された位相θｎ＋１の基準信号である第１の信号を、配線１ａを通じて要素＃ｎ＋１から入力して可変移相器７に出力する。第１の信号が要素＃ｎ＋１から要素＃ｎへ配線１ａを伝搬する間に、第１の信号の位相には、配線遅延による位相回転量αｎが加わる。
【００３４】
可変移相器７は、配線１ａおよび方向性結合器６を通じて要素＃ｎ＋１から入力された位相θｎ＋１＋αｎの第１の信号を移相量γｎで移相することで、位相θｎ＋１＋αｎ＋γｎを有した第４の信号を生成する。可変移相器７によって生成された第４の信号は、位相比較器８に出力される。
【００３５】
位相比較器８は、位相補間器４から出力された第３の信号と、可変移相器７から出力された第４の信号とを入力し、これらの信号の位相差を検出する。例えば、位相比較器８には、位相補間器４から位相θｏｕｔ＿ｎを有した第３の信号が入力され、可変移相器７から位相θｎ＋１＋αｎ＋γｎを有した第４の信号が入力され、位相比較器８は、これらの信号の位相差を検出し、検出した位相差が制御回路９に出力される。制御回路９は、位相比較器８によって検出された位相差が０になる移相量γｎを決定して、移相量γｎを可変移相器５および可変移相器７にそれぞれ設定する。
【００３６】
以上のように、実施の形態３に係る位相同期装置は、要素＃１，＃２，・・・，＃ｎ，・・・を備える。要素＃ｎにおいて、位相補間器４が、配線１ｂを通じて入力された位相θｎの基準信号を用いて第３の信号を生成し、ＰＬＬ回路１１が、位相補間器４から出力された第３の信号を周波数逓倍して出力信号を生成する。これにより、実施の形態１と同様な効果が得られる。また、要素＃１，＃２，・・・，＃ｎ，・・・において、位相同期が行われる周波数は、基準信号の周波数であり、基準信号の周波数は、ＰＬＬ回路によって周波数逓倍が行われた信号の周波数よりも低いことから、前段の要素に出力される信号の減衰が低減される。
【００３７】
なお、これまでの説明では、図１に示した要素におけるＰＬＬ回路２をＰＬＬ回路１１で置き換えた構成を示したが、実施の形態３は、実施の形態２で示した要素の構成に適用することもできる。例えば、実施の形態３に係る位相同期装置が備える要素は、可変移相器７を有さない、図２に示した要素におけるＰＬＬ回路２をＰＬＬ回路１１で置き換えた構成であってもよい。このように構成されても、実施の形態１および実施の形態３と同様な効果が得られる。
【００３８】
実施の形態４．
図４は、実施の形態４に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。図４に示す位相同期装置は、複数の要素を備えた装置であり、これらの要素は、基準信号源１からの基準信号が伝搬される配線１ｂによって複数段に接続され、アンテナ１２およびアンテナ１３を用いた無線通信で互いに信号をやり取りする。要素＃ｎは、方向性結合器３、位相補間器４、可変移相器５、方向性結合器６、可変移相器７、位相比較器８、制御回路９およびＰＬＬ回路２を備えており、配線１ｂを通じて基準信号を入力し、位相θｏｕｔ＿ｎの信号を生成して出力する。
【００３９】
要素＃ｎが有する方向性結合器３は、ＰＬＬ回路２から入力した位相θｎの第１の信号を、アンテナ１２を通じて要素＃ｎ−１に送信する。一方、要素＃ｎ−１が有する方向性結合器６は、アンテナ１３を通じて要素＃ｎからの第１の信号を受信する。アンテナ１２およびアンテナ１３から放射された電波には、空間を伝搬したときの位相回転が生じる。すなわち、アンテナ１２およびアンテナ１３を通じて要素間でやり取りされる信号には、位相回転量α1，α2，・・・，αｎ，・・・が重畳されている。
なお、実施の形態４に係る位相同期装置において、アンテナ１２およびアンテナ１３を通じて要素間で信号をやり取りする以外は、実施の形態１と同様に動作する。
【００４０】
以上のように、実施の形態４に係る位相同期装置において、複数の要素のそれぞれが、図１に示した構成を有するとともに、アンテナ１２およびアンテナ１３をそれぞれ有し、アンテナ１２およびアンテナ１３を通じた無線通信で信号を互いにやり取りする。これにより、実施の形態１と同様な効果が得られる。さらに、実施の形態４は、無線通信で信号を互いにやり取りするので、要素同士が空間的に離れていても位相同期が可能である。
【００４１】
これまでの説明では、図１に示した要素にアンテナ１２およびアンテナ１３を導入した構成を示したが、実施の形態４は、実施の形態２で示した要素の構成に適用することができるし、実施の形態３で示した要素の構成に適用することもできる。
例えば、実施の形態４に係る位相同期装置が備える要素は、アンテナ１２およびアンテナ１３を、図２に示した要素に設けた構成であってもよい。この構成であっても、実施の形態１、実施の形態２および実施の形態４と同様な効果が得られる。さらに、実施の形態４に係る位相同期装置が備える要素は、アンテナ１２およびアンテナ１３を、図３に示した要素に設けた構成であってもよい。この構成であっても、実施の形態１、実施の形態３および実施の形態４と同様な効果が得られる。
【００４２】
実施の形態５．
図５は、実施の形態５に係る位相同期装置の構成を示すブロック図であって、各要素が有する位相補間器の具体的な構成を示している。図６は、実施の形態５における位相補間器の構成を示すブロック図であり、図５の位相同期装置の要素のうち、位相補間器のみの構成が記載されている。実施の形態５における位相補間器は、図５および図６に示すように、アンプ１４、アンプ１５および加算器１６を備えている。
【００４３】
アンプ１４は、位相補間器に入力される２つの信号のうちの一方の信号（図６の入力（１）；第１の信号）を、アンプ１５と同一の振幅になるように増幅し、増幅された信号ａを出力する第１の増幅器である。アンプ１５は、位相補間器に入力される２つの信号のうちの他方の信号（図６の入力（２）；第２の信号）を、アンプ１４と同一の振幅になるように増幅し、増幅された信号ｂを出力する第２の増幅器である。アンプ１４によって増幅された信号ａおよびアンプ１５によって増幅された信号ｂは、加算器１６に出力される。アンプ１４およびアンプ１５は、リミッタアンプまたは可変利得増幅器（ＶＧＡ）で実現することができる。
【００４４】
加算器１６は、アンプ１４から出力された信号ａとアンプ１５から出力された信号ｂを加算し、加算された信号（図６の出力）を出力する第１の加算器である。信号ａの位相をθ１とすると、信号ａは、角速度ωと時間ｔを用いてｓｉｎ（ωｔ＋θ１）で表すことができる。同様に、信号ｂの位相をθ２とすると、信号ｂは、角速度ωおよび時間ｔを用いてｓｉｎ（ωｔ＋θ２）で表すことができる。加算器１６によって信号ａと信号ｂを加算して得られる信号は、下記式（１）で表すことができる。
ｓｉｎ（ωｔ＋θ１）＋ｓｉｎ（ωｔ＋θ２）
＝２ｃｏｓ｛（θ１−θ２）／２｝ｓｉｎ［ωｔ＋｛（θ１＋θ２）／２｝］・・・（１）
【００４５】
上記式（１）において、２ｃｏｓ｛（θ１−θ２）／２｝は、加算器１６の出力信号の利得を表している。また、ｓｉｎ［ωｔ＋｛（θ１＋θ２）／２｝］は、加算器１６の出力信号の位相を表しており、出力位相は、アンプ１４に入力された信号ａとアンプ１５に入力された信号ｂとの位相の平均になっている。
【００４６】
以上のように、実施の形態５に係る位相同期装置において、複数の要素のそれぞれが、アンプ１４、アンプ１５および加算器１６から構成された位相補間器を備える。この構成を有することで、要素間でやり取りされる信号の振幅が異なる場合であっても位相同期が可能となる。
【００４７】
なお、これまでの説明では、図１に示した位相補間器４を、図６に示した位相補間器で置き換えた位相同期装置を示した。ただし、実施の形態５に係る位相同期装置は、実施の形態２〜４のいずれかで示した位相補間器４を、図６に示す位相補間器で置き換えた装置であってもよく、上記と同様の効果が得られる。
【００４８】
実施の形態６．
図７は、実施の形態６に係る位相同期装置の構成を示すブロック図であり、各要素が、位相補間器１７を有している。図８は、位相補間器１７の構成を示すブロック図であり、位相補間器１７の内部構成を示している。位相補間器１７は、図８に示すように、位相比較器１７ａ、位相比較器１７ｂ、加算器１７ｃ、ループフィルタ１７ｄおよび周波数可変発振回路１７ｅを備えている。
【００４９】
位相比較器１７ａは、位相補間器１７に入力された２つの信号のうちの一方の信号（第１の信号）と、周波数可変発振回路１７ｅによって生成された出力信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第１の位相比較器である。ここで、一方の信号は、位相θｒｅｆ１の基準信号である。位相比較器１７ａには、位相θｒｅｆ１の基準信号が入力され、さらに、周波数可変発振回路１７ｅによって生成された出力信号が入力に帰還される。
【００５０】
位相比較器１７ｂは、位相補間器１７に入力された２つの信号のうちの他方の信号（第２の信号）と、周波数可変発振回路１７ｅによって生成された出力信号との位相差を検出して、検出された位相差に比例した信号を出力する第２の位相比較器である。ここで、他方の信号は、θｒｅｆ１とは異なる位相θｒｅｆ２の基準信号である。位相比較器１７ｂには、位相θｒｅｆ２の基準信号が入力され、さらに、周波数可変発振回路１７ｅによって生成された出力信号が入力に帰還される。
【００５１】
加算器１７ｃは、位相比較器１７ａから出力された信号と、位相比較器１７ｂから出力された信号とを加算する第２の加算器である。加算器１７ｃによって加算された信号は、ループフィルタ１７ｄに出力される。ループフィルタ１７ｄは、加算器１７ｃによって加算された信号を平滑化し、平滑化された信号を、周波数可変発振回路１７ｅに出力する。周波数可変発振回路１７ｅは、位相補間器１７の出力信号を生成する第１の周波数可変発振回路である。
【００５２】
また、周波数可変発振回路１７ｅは、ループフィルタ１７ｄによって平滑化された信号に基づいて、位相補間器１７の出力信号の周波数を変える。位相比較器１７ａと位相比較器１７ｂにそれぞれ入力される基準信号の位相がθｒｅｆ１とθｒｅｆ２である場合、周波数可変発振回路１７ｅによって生成される出力信号の位相θｏｕｔは、位相θｒｅｆ１とθｒｅｆ２の平均（θｏｕｔ＝（θｒｅｆ１＋θｒｅｆ２）／２）となる。すなわち、位相補間器１７から出力される信号の位相は、位相θｒｅｆ１の基準信号と位相θｒｅｆ２の基準信号を入力することで、これらの基準信号の中間の位相を有した信号となる。
【００５３】
以上のように、実施の形態６に係る位相同期装置において、位相補間器１７が、位相比較器１７ａ、位相比較器１７ｂ、加算器１７ｃ、ループフィルタ１７ｄおよび周波数可変発振回路１７ｅを有する。位相補間器１７では、位相比較器１７ａと位相比較器１７ｂの比較精度によって位相補間精度が決まるので、実施の形態６に係る位相同期装置は、実施の形態５で示した位相同期装置に比べて位相補間を高精度化しやすいという効果がある。
【００５４】
なお、これまでの説明では、図１に示した位相補間器４を、図８に示す位相補間器１７で置き換えた位相同期装置を示した。ただし、実施の形態６に係る位相同期装置は、実施の形態２〜４で示した位相同期装置が備える位相補間器４を、位相補間器１７で置き換えた装置であってもよく、上記と同様の効果が得られる。
【００５５】
実施の形態７．
図９は、実施の形態７に係る位相同期装置の構成を示すブロック図である。図９に示す位相同期装置は、図３に示した位相同期装置の構成と類似しているが、各要素が、図３に示したＰＬＬ回路１１を備えておらず、位相補間器４が位相補間器１８に置き換えられている。また、可変移相器５と位相比較器８には、位相補間器１８が有する分周器１８ｆの出力が与えられる。各要素の出力信号は、位相補間器１８の出力信号となる。
【００５６】
図１０は、位相補間器１８の構成を示すブロック図であり、位相補間器１８の内部構成を示している。位相補間器１８は、図１０に示すように、位相比較器１８ａ、位相比較器１８ｂ、加算器１８ｃ、ループフィルタ１８ｄ、周波数可変発振回路１８ｅおよび分周器１８ｆを備える。なお、図１０には、分周器１８ｆを“÷Ｎ”と記載している。
【００５７】
位相比較器１８ａは、位相補間器１８に入力された２つの信号のうちの一方の信号と、周波数可変発振回路１８ｅによって生成された出力信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第３の位相比較器である。ここで、一方の信号は、位相θｒｅｆ１の基準信号である。位相比較器１８ａには、位相θｒｅｆ１の基準信号が入力され、さらに、周波数可変発振回路１８ｅによって生成された出力信号が入力に帰還される。
【００５８】
位相比較器１８ｂは、位相補間器１８に入力された２つの信号のうちの他方の信号と、周波数可変発振回路１８ｅによって生成された出力信号との位相差を検出し、検出された位相差に比例した信号を出力する第４の位相比較器である。他方の信号は、θｒｅｆ１とは異なる位相θｒｅｆ２の基準信号である。位相比較器１８ｂには、位相θｒｅｆ２の基準信号が入力され、さらに、周波数可変発振回路１８ｅによって生成された出力信号が入力に帰還される。
【００５９】
加算器１８ｃは、位相比較器１８ａから出力された信号と、位相比較器１８ｂから出力された信号とを加算する第３の加算器である。加算器１８ｃによって加算された信号は、ループフィルタ１８ｄに出力される。ループフィルタ１８ｄは、加算器１８ｃから出力された信号を平滑化し、平滑化された信号を周波数可変発振回路１８ｅに出力する。周波数可変発振回路１８ｅは、位相補間器１８の出力信号を生成する第２の周波数可変発振回路である。また、周波数可変発振回路１８ｅは、ループフィルタ１８ｄによって平滑化された信号に基づいて、位相補間器１８の出力信号の周波数を変える。
【００６０】
分周器１８ｆは、周波数可変発振回路１８ｅによって生成された出力信号の周波数を分周する分周器である。すなわち、周波数可変発振回路１８ｅの出力信号は、分周器１８ｆによって分周されてから、位相比較器１８ａと位相比較器１８ｂの入力に帰還される。
位相補間器１８の出力信号（ＲＦ出力）の位相には、分周器１８ｆの分周処理の遅延による位相回転量が重畳され、分周器１８ｆから出力された信号の位相θｏｕｔが、θｏｕｔ＝（θｒｅｆ１＋θｒｅｆ２）／２となる。
【００６１】
以上のように、実施の形態７に係る位相同期装置において、位相補間器１８が、位相比較器１８ａ、位相比較器１８ｂ、加算器１８ｃ、ループフィルタ１８ｄ、周波数可変発振回路１８ｅおよび分周器１８ｆを有する。位相補間器１８は、入力された２つの基準信号（位相θｒｅｆ１、θｒｅｆ２）の位相補間と周波数逓倍を同時に行うことができるので、実施の形態７に係る位相同期装置は、実施の形態６で示した位相同期装置に比べて消費電力を低減できるという効果がある。
【００６２】
なお、これまでの説明では、図３に示した位相補間器４を、図１０に示した位相補間器１８で置き換えた位相同期装置を示した。ただし、実施の形態７に係る位相同期装置は、実施の形態１、２、４で示した位相同期装置が備える位相補間器４を、位相補間器１８で置き換え、さらに、ＰＬＬ回路２を削除し、分周器出力を可変移相器５と位相比較器８に与える装置であってもよく、上記と同様の効果が得られる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明に係る位相同期装置は、複数の要素から出力される信号の位相を一致させることができるので、ＡＰＡＡに利用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  基準信号源、１ａ，１ｂ  配線、２，１１  ＰＬＬ回路、３，６  方向性結合器、４，１７，１８  位相補間器、５，７  可変移相器、８，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ  位相比較器、９  制御回路、１２，１３  アンテナ、１４，１５  アンプ、１６，１７ｃ，１８ｃ  加算器、１７ｄ，１８ｄ  ループフィルタ、１７ｅ，１８ｅ  周波数可変発振回路、１８ｆ  分周器。
【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】
0006937971.tif 000009
【図９】
0006937971.tif 000010
【図１０】
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