(57)【要約】【課題】ビット数が比較的少ないＤＡ変換器を用いて基準信号の振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器を提供する。【解決手段】本発明の高精度振幅位相変調器は、基準信号を分配して第１基準信号と第２基準信号を出力する第１分配器と、第１デジタル信号をＤＡ変換して第１アナログ信号を出力する第１ＤＡ変換器と、第１アナログ信号に基づいて第１基準信号の振幅位相変調を行って第１変調信号を出力する第１振幅位相変調器と、第２デジタル信号をＤＡ変換して第２アナログ信号を出力する第２ＤＡ変換器と、第２アナログ信号に基づいて第２基準信号の振幅位相変調を行って第２変調信号を出力する第２振幅位相変調器と、第１変調信号と第２変調信号を合成して変調信号を出力する第１合成器と、第２変調信号の振幅を第１変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える。【選択図】図１
2009027623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号と第１デジタル信号と第２デジタル信号の入力を受け付け、前記基準信号の振幅と位相を変調した変調信号を出力する高精度振幅位相変調器であって、
前記基準信号を分配して第１基準信号と第２基準信号を出力する第１分配器と、第１デジタル信号をＤＡ変換して第１アナログ信号を出力する第１ＤＡ変換器と、第１アナログ信号に基づいて第１基準信号の振幅位相変調を行って第１変調信号を出力する第１振幅位相変調器と、第２デジタル信号をＤＡ変換して第２アナログ信号を出力する第２ＤＡ変換器と、第２アナログ信号に基づいて第２基準信号の振幅位相変調を行って第２変調信号を出力する第２振幅位相変調器と、第１変調信号と第２変調信号を合成して変調信号を出力する第１合成器と、第２変調信号の振幅を第１変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える高精度振幅位相変調器。
【請求項２】
第１振幅位相変調器と第２振幅位相変調器は、それぞれ、ＩＱ変調器からなる請求項１に記載の高精度振幅位相変調器。
【請求項３】
前記振幅変調器は、第２振幅位相変調器と第１合成器との間に配置された振幅減衰器からなる請求項１又は２に記載の高精度振幅位相変調器。
【請求項４】
基準信号と第３デジタル信号と検出信号の入力を受け付け、前記検出信号の振幅と位相の情報を含む第４デジタル信号を出力する高精度振幅位相検出器であって、
前記基準信号を分配して第３基準信号と第４基準信号を出力する第２分配器と、第３デジタル信号をＤＡ変換して第３アナログ信号を出力する第３ＤＡ変換器と、第３アナログ信号に基づいて第３基準信号の振幅位相変調を行って第３変調信号を出力する第３振幅位相変調器と、前記検出信号と第３変調信号を合成して合成信号を出力する第２合成器と、第４基準信号と前記合成信号の振幅及び位相のずれを検出して前記合成信号の振幅及び位相の情報を含む第４アナログ信号を出力する振幅位相検出器と、第４アナログ信号をＡＤ変換して第４デジタル信号を出力するＡＤ変換器と、第２合成器と前記振幅位相検出器の間に配置された増幅率が可変の振幅増幅器とを備える高精度振幅位相検出器。
【請求項５】
第３振幅位相変調器は、ＩＱ変調器からなり、前記振幅位相検出器は、ＩＱ検出器からなる請求項４に記載の高精度振幅位相検出器。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の高精度振幅位相検出器を用いた検出信号の高精度振幅位相検出方法であって、
第３変調信号の振幅を０にし且つ前記振幅増幅器の増幅率を１倍にした状態で前記基準信号と前記検出信号を入力して第４基準信号と前記検出信号の位相と振幅のずれを検出して前記検出信号の位相と振幅の情報を含む第４デジタル信号を前記ＡＤ変換器から出力させ、
次に、第４デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号に基づいて生成された第３変調信号と前記検出信号の合成信号の振幅を１倍より大きい増幅率で増幅させて得られた増幅合成信号と第４基準信号の振幅と位相のずれを検出して前記増幅合成信号の振幅と位相の情報を含む第４デジタル信号を前記ＡＤ変換器から出力させる工程を備える検出信号の高精度振幅位相検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基準信号の振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器と、検出信号の振幅位相検出を高精度に行う高精度振幅位相検出器と高精度振幅位相検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２を用いて基準信号の振幅位相変調を行う従来の方法の一例について説明する。
図１２に示すように、従来の方法では、ＤＡ変換器５１と振幅位相変調器５３を用いて基準信号の振幅位相変調が行われる。具体的には、位相と振幅の情報を含むデジタル信号がＤＡ変換器５１でアナログ信号に変換され、このアナログ信号に基づいて基準信号の振幅と位相の変調が振幅位相変調器５３によって行われて変調信号が出力される。これによって基準信号の振幅位相変調が行われる。振幅位相変調器５３は、例えば、ＩＱ変調器（直交変調器ともいう。例えば、特許文献１を参照）であり、この場合、アナログ信号は、Ｉ(同相、in-phase)信号とＱ（直交位相,quadrature）信号とで構成され、変調信号の振幅と位相は、図１３に示すようなＩＱ平面においてＩ信号のベクトルとＱ信号のベクトルを合成した合成ベクトルの長さＡと角度θによって決定される。
【０００３】
変調信号の振幅と位相の設定精度は、振幅位相変調器５３に入力されるアナログ信号（例：Ｉ信号とＱ信号）の設定精度で決定され、アナログ信号の設定精度は、ＤＡ変換器５１のビット数によって制限される。例えば、１２ビットのＤＡ変換器５１を用いた場合、アナログ信号の設定精度は、最大で２12＝４０９６段階になる。
【０００４】
次に、図１４を用いて検出信号の振幅位相検出を行う従来の方法の一例について説明する。
図１４に示すように、従来の方法では、振幅位相検出器５５とＡＤ変換器５７を用いて検出信号の振幅位相検出が行われる。具体的には、検出信号と基準信号が振幅位相検出器５５に入力されると、振幅と位相の情報を含むアナログ信号が振幅位相検出器５５から出力され、このアナログ信号がＡＤ変換器５７でデジタル信号に変換されることによって検出信号の振幅と位相が検出される。振幅位相検出器５５は、例えば、ＩＱ検出器（直交復調器ともいう。例えば、特許文献２を参照）であり、この場合、アナログ信号は、Ｉ(同相、in-phase)信号とＱ（直交位相,quadrature）信号とで構成され、検出信号の振幅と位相は、図１３に示すようなＩＱ平面においてＩ信号のベクトルとＱ信号のベクトルを合成した合成ベクトルの長さＡと角度θに対応する。
【０００５】
このような構成では、検出信号の振幅と位相の検出精度は、ＡＤ変換器５７のビット数によって制限される。例えば、１２ビットのＡＤ変換器５７を用いた場合、検出信号の振幅と位相の検出精度は、最大で２12＝４０９６段階になる。
【特許文献１】特開２００５−３３３５４０号公報
【特許文献２】特開２００３−１６３７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
振幅と位相の設定精度や検出精度を向上させるには、よりビット数の多いＤＡ変換器やＡＤ変換器を用いればよい。しかし、ビット数の多いＤＡ変換器やＡＤ変換器は、入手が困難な場合があり、少ないビット数のＤＡ変換器やＡＤ変換器を用いて振幅と位相を高精度に設定及び検出することが望まれている。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ビット数が比較的少ないＤＡ変換器を用いて基準信号の振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器と、ビット数が比較的少ないＤＡ変換器とＡＤ変換器を用いて検出信号の振幅位相検出を高精度に行う高精度振幅位相検出器と高精度振幅位相検出方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の高精度振幅位相変調器は、基準信号と第１デジタル信号と第２デジタル信号の入力を受け付け、前記基準信号の振幅と位相を変調した変調信号を出力する高精度振幅位相変調器であって、前記基準信号を分配して第１基準信号と第２基準信号を出力する第１分配器と、第１デジタル信号をＤＡ変換して第１アナログ信号を出力する第１ＤＡ変換器と、第１アナログ信号に基づいて第１基準信号の振幅位相変調を行って第１変調信号を出力する第１振幅位相変調器と、第２デジタル信号をＤＡ変換して第２アナログ信号を出力する第２ＤＡ変換器と、第２アナログ信号に基づいて第２基準信号の振幅位相変調を行って第２変調信号を出力する第２振幅位相変調器と、第１変調信号と第２変調信号を合成して変調信号を出力する第１合成器と、第２変調信号の振幅を第１変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える。
【０００９】
本発明の高精度振幅位相変調器では、基準信号の第１変調信号と、これよりも振幅が小さい第２変調信号とを生成し、これらを合成することによって変調信号を生成している。第１変調信号を生成する際の振幅位相変調によって振幅と位相の粗い設定を行い、第２変調信号を生成する際の振幅位相変調によって細かい設定を行うことによって基準信号の振幅位相変調を高精度に行うことができる。
【００１０】
また、本発明の高精度振幅位相検出器は、基準信号と第３デジタル信号と検出信号の入力を受け付け、前記検出信号の振幅と位相の情報を含む第４デジタル信号を出力する高精度振幅位相検出器であって、前記基準信号を分配して第３基準信号と第４基準信号を出力する第２分配器と、第３デジタル信号をＤＡ変換して第３アナログ信号を出力する第３ＤＡ変換器と、第３アナログ信号に基づいて第３基準信号の振幅位相変調を行って第３変調信号を出力する第３振幅位相変調器と、前記検出信号と第３変調信号を合成して合成信号を出力する第２合成器と、第４基準信号と前記合成信号の振幅及び位相のずれを検出して前記合成信号の振幅と位相の情報を含む第４アナログ信号を出力する振幅位相検出器と、第４アナログ信号をＡＤ変換して第４デジタル信号を出力するＡＤ変換器と、第２合成器と前記振幅位相検出器の間に配置された増幅率が可変の振幅増幅器とを備える。
【００１１】
本発明の高精度振幅位相検出器では、まず、第３振幅位相変調器からの第３変調信号の振幅を０にし且つ振幅増幅器の増幅率を１倍にした状態で振幅位相検出器により検出信号の振幅と位相を検出することによって検出信号の振幅と位相の情報を有する第４アナログ信号が得られ、これをＡＤ変換器でＡＤ変換して第４デジタル信号が得られる。
次に、第４デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号を第３ＤＡ変換器に入力すると、第３変調信号の波形は、検出信号と振幅がほぼ同じで位相が反転した波形になる。次に、検出信号と第３変調信号を第２合成器で合成すると、検出信号と第３変調信号との差異を示す振幅の小さな合成信号が出力される。この小さな合成信号は、ＡＤ変換器のビット数が十分に多くないために生じたものである。
【００１２】
次に、上記の合成信号の振幅を振幅増幅器で増幅して得られた増幅合成信号の振幅と位相を振幅位相検出器で検出することによって増幅合成信号の振幅と位相の情報を有する第４アナログ信号が得られ、これをＡＤ変換器でＡＤ変換して第４デジタル信号が得られる。このようにして得られた第４デジタル信号には、ＡＤ変換器のビット数不足のために最初の第４デジタル信号に含まれなかった振幅と位相の情報が含まれている。従って、本発明によれば、検出信号の振幅位相検出を高精度に行うことができる。
【００１３】
また、本発明は、上記に記載の高精度振幅位相検出器を用いた検出信号の高精度振幅位相検出方法であって、第３変調信号の振幅を０にし且つ前記振幅増幅器の増幅率を１倍にした状態で前記基準信号と前記検出信号を入力して第４基準信号と前記検出信号の位相と振幅のずれを検出して前記検出信号の位相と振幅の情報を含む第４デジタル信号を前記ＡＤ変換器から出力させ、次に、第４デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号に基づいて生成された第３変調信号と前記検出信号の合成信号の振幅を１倍より大きい増幅率で増幅させて得られた増幅合成信号と第４基準信号の振幅と位相のずれを検出して前記増幅合成信号の振幅と位相の情報を含む第４デジタル信号を前記ＡＤ変換器から出力させる工程を備える検出信号の高精度振幅位相検出方法も提供する。
【００１４】
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。
第１振幅位相変調器と第２振幅位相変調器は、それぞれ、ＩＱ変調器からなってもよい。
前記振幅変調器は、第２振幅位相変調器と第１合成器との間に配置された振幅減衰器からなってもよい。
第３振幅位相変調器は、ＩＱ変調器からなり、前記振幅位相検出器は、ＩＱ検出器からなってもよい。
ここで示した種々の実施形態は、互いに組み合わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は，例示であって，本発明の範囲は，図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１６】
１．高精度振幅位相変調器
１−１．高精度振幅位相変調器の構成及び動作
図１を用いて本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器の構成及び動作について説明する。図１は、本実施形態の高精度振幅位相変調器の構成図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態の高精度振幅位相変調器１は、基準信号と第１デジタル信号と第２デジタル信号の入力を受け付け、前記基準信号の振幅と位相を変調した変調信号を出力する高精度振幅位相変調器１であって、前記基準信号を分配して第１基準信号と第２基準信号を出力する第１分配器３と、第１デジタル信号をＤＡ変換して第１アナログ信号を出力する第１ＤＡ変換器５と、第１アナログ信号に基づいて第１基準信号の振幅位相変調を行って第１変調信号を出力する第１振幅位相変調器７と、第２デジタル信号をＤＡ変換して第２アナログ信号を出力する第２ＤＡ変換器９と、第２アナログ信号に基づいて第２基準信号の振幅位相変調を行って第２変調信号を出力する第２振幅位相変調器１１と、第１変調信号と第２変調信号を合成して変調信号を出力する第１合成器１３と、第２変調信号の振幅を第１変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器（具体的には第２振幅位相変調器１１と第１合成器１３との間に配置された振幅減衰器１５）を備える。
【００１８】
以下、高精度振幅位相変調器１の動作について説明する。
【００１９】
第１分配器３に入力された基準信号（例えば、５．７ＧＨｚの正弦波）は、第１基準信号と第２基準信号に分配される。第１分配器３としては、例えば、ウィルキンソンカップラを用いることができる。
【００２０】
第１基準信号は、第１振幅位相変調器７に入力され、第１アナログ信号に基づいて振幅位相変調されて第１変調信号となる。第１振幅位相変調器７は、第１基準信号の振幅と位相を変調させることができるものであればその構成は特に限定されない。第１アナログ信号は、第１基準信号の変調に用いる振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、第１振幅位相変調器７は、ＩＱ変調器であり、この場合、第１アナログ信号は、Ｉ信号とＱ信号とで構成される。別の例では、第１振幅位相変調器７は、振幅変調器と位相シフターで構成され、この場合、第１アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。第１アナログ信号は、第１デジタル信号が第１ＤＡ変換器５でＤＡ変換されて生成される。第１ＤＡ変換器５は、一例では、２３８Ｍサンプル／ｓで動作する１２ビットのＤＡ変換器である。
【００２１】
第２基準信号は、第２振幅位相変調器１１に入力され、第２アナログ信号に基づいて振幅位相変調されて第２変調信号となる。第２振幅位相変調器１１は、第２基準信号の振幅と位相を変調させることができるものであればその構成は特に限定されない。第２アナログ信号は、第２基準信号の変調に用いる振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、第２振幅位相変調器１１は、ＩＱ変調器であり、この場合、第２アナログ信号は、Ｉ信号とＱ信号とで構成される。別の例では、第２振幅位相変調器１１は、振幅変調器と位相シフターで構成され、この場合、第２アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。第２アナログ信号は、第２デジタル信号が第２ＤＡ変換器９でＤＡ変換されて生成される。第２ＤＡ変換器９は、一例では、２３８Ｍサンプル／ｓで動作する１２ビットのＤＡ変換器である。
【００２２】
第１振幅位相変調器７と第２振幅位相変調器１１の仕様は、同じであることが好ましいが互いに異なっていてもよい。第１ＤＡ変換器５と第２ＤＡ変換器９の仕様は、同じであることが好ましいが互いに異なっていてもよい。
【００２３】
第２変調信号は、振幅減衰器１５に入力され、振幅が減衰される。振幅減衰器１５は、一例では、３２ｄＢのアッテネータである。振幅減衰器１５は、第１分配器３と第２振幅位相変調器１１の間に配置してもよい。この場合、第２基準信号の振幅が減衰した後に、第２基準信号の振幅位相変調が行われる。但し、後者の場合、信号のＳ／Ｎが悪化するので振幅減衰器１５は、第２振幅位相変調器１１と第１合成器１３との間に配置することが好ましい。また、振幅減衰器１５の代わりに、第１基準信号又は第１変調信号の振幅を増幅させる振幅増幅器を設けてもよい。この場合、第１合成器１３の下流に振幅減衰器を設けてもよい。何れも場合でも、第２変調信号の振幅が第１変調信号の振幅よりも相対的に小さくなり、高精度な振幅位相変調が可能になる。
【００２４】
第１変調信号と第２変調信号は、第１合成器１３に入力されて合成され、変調信号が出力される。第１合成器１３としては、例えば、ウィルキンソンカップラを用いることができる。
【００２５】
１−２．基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である原理について
図２（ａ）〜（ｄ）を用いて基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である原理について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である原理を説明するためのＩＱ平面図である。以下、第１振幅位相変調器７と第２振幅位相変調器１１がＩＱ変調器であり、第１アナログ信号と第２アナログ信号がそれぞれＩ信号とＱ信号を含む場合を例にとって説明を進める。
【００２６】
図２（ａ）は、第１アナログ信号中のＩ信号とＱ信号のベクトルと、第１変調信号のベクトルＶ１を示す。図２（ｂ）は、第２アナログ信号中のＩ信号とＱ信号のベクトルと、第２変調信号のベクトルＶ２を示す。図２（ｃ）は、振幅減衰後の第２変調信号のベクトルＶ３を示す。図２（ｄ）は、第１変調信号と振幅減衰後の第２変調信号が合成されて得られる変調信号のベクトルＶ４を示す。
【００２７】
図２（ｄ）に示すように、変調信号のベクトルＶ４は、第１変調信号のベクトルＶ１と振幅減衰後の第２変調信号のベクトルＶ３とを合成することによって決定される。従って、第１変調信号のベクトルＶ１によって振幅と位相の粗い設定を行い、第２変調信号のベクトルＶ３によって振幅と位相の細かい設定を行うことによって基準信号の振幅位相変調を高精度に行うことができる。
【００２８】
基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である点について、図３を用いてさらに具体的に説明する。図３では、簡単のため、Ｉ信号とＱ信号の大きさをそれぞれ６段階に設定でき、第２変調信号が１／５に減衰された場合を仮定している。このような状況において、図３の□の位置に対応する振幅と位相の設定を行いたいとする。図３を見ると、第１変調信号のベクトルＶ１のみでは、Ｉ信号とＱ信号の大きさをどのように変化させても図３の□の位置に対応する振幅と位相の設定が不可能であることが分かる。しかし、振幅減衰後の第２変調信号のベクトルＶ３と合成することによって図３の□の位置に対応する振幅と位相の設定を容易に行うことができることが分かる。
【００２９】
１−３．高精度振幅位相変調の実証実験
次に、基準信号の振幅位相変調が高精度に行われることを実証する実験を行った。この実験は、図４に示すように、高精度振幅位相変調器１から第１ＤＡ変換器５と第１振幅位相変調器７を省いた構成のものにネットワークアナライザ１７を接続して行った。ネットワークアナライザ１７のポート１から基準信号（２３８ＭＨｚの連続高周波）を出力させ、第１分配器３に入力させた。第１分配器３からの第１基準信号に対しては何も行わず、そのままのものを第１変調信号とみなした。第１分配器３からの第２基準信号は、ＩＱ変調器からなる第２振幅位相変調器１１で変調して第２変調信号にした。第２振幅位相変調器１１では、位相のみを変化させ、振幅は変化させなかった。振幅減衰器１５には、３０ｄＢのアッテネータを用いた。第１変調信号と振幅減衰後の第２変調信号を第１合成器１３で合成して変調信号とし、この変調信号をネットワークアナライザ１７のポート２に入力した。第１分配器３と第１合成器１３には、ウィルキンソンカップラを用いた。
【００３０】
ネットワークアナライザ１７において、ポート１から出力された基準信号とポート２に入力された変調信号の間の振幅と位相の差を測定した。その結果を図５及び図６に示す。
図５は、第１変調信号と第２変調信号の位相差を−４〜４度にした場合の結果を示す。図５によると、位相差を−４〜４度の範囲で変化させた場合、振幅がほとんど変化せず、位相のみが０．０３７５度／度という非常に小さなステップで変化したことが分かる。
【００３１】
図６は、第１変調信号と第２変調信号の位相差を８６〜９４度にした場合の結果を示す。図６によると、位相差を８６〜９４度の範囲で変化させた場合、位相がほとんど変化せず、振幅のみ０．００５ｄＢ／度という非常に小さなステップで変化したことが分かる。
【００３２】
第１変調信号と第２変調信号の位相差は、１度よりも小さな値に設定することが可能であり、上記結果よりもさらに高精度に振幅及び位相の設定を行うことも可能であると考えられる。
【００３３】
２．高精度振幅位相検出器
２−１．高精度振幅位相検出器の構成及び基本動作
図７を用いて本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器の構成及び基本動作について説明する。図７は、本実施形態の高精度振幅位相検出器の構成図である。
【００３４】
本実施形態の高精度振幅位相検出器１８は、基準信号と第３デジタル信号と検出信号の入力を受け付け、前記検出信号の振幅と位相の情報を含む第４デジタル信号を出力する高精度振幅位相検出器１８であって、前記基準信号を分配して第３基準信号と第４基準信号を出力する第２分配器１９と、第３デジタル信号をＤＡ変換して第３アナログ信号を出力する第３ＤＡ変換器２１と、第３アナログ信号に基づいて第３基準信号の振幅位相変調を行って第３変調信号を出力する第３振幅位相変調器２３と、前記検出信号と第３変調信号を合成して合成信号を出力する第２合成器２５と、第４基準信号と前記合成信号の振幅及び位相のずれを検出して前記合成信号の振幅及び位相の情報を含む第４アナログ信号を出力する振幅位相検出器２７と、第４アナログ信号をＡＤ変換して第４デジタル信号を出力するＡＤ変換器２９と、第２合成器２５と振幅位相検出器２７の間に配置された増幅率が可変の振幅増幅器３１とを備える。
【００３５】
以下、高精度振幅位相検出器１８の動作について説明する。
第２分配器１９に入力された基準信号（例えば、５．７ＧＨｚの正弦波）は、第３基準信号と第４基準信号に分配される。第２分配器１９としては、例えば、ウィルキンソンカップラを用いることができる。
【００３６】
第３基準信号は、第３振幅位相変調器２３に入力され、第３アナログ信号に基づいて振幅位相変調されて第３変調信号となる。第３振幅位相変調器２３は、第３基準信号の振幅と位相を変調させることができるものであればその構成は特に限定されない。第３アナログ信号は、第３基準信号の変調に用いる振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、第３振幅位相変調器２３は、ＩＱ変調器であり、この場合、第３アナログ信号は、Ｉ信号とＱ信号とで構成される。別の例では、第３振幅位相変調器２３は、振幅変調器と位相シフターで構成され、この場合、第３アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。第３アナログ信号は、第３デジタル信号が第３ＤＡ変換器２１でＤＡ変換されて生成される。第３ＤＡ変換器２１は、一例では、２３８Ｍサンプル／ｓで動作する１２ビットのＤＡ変換器である。
【００３７】
検出対象である検出信号は、第３変調信号と共に第２合成器２５に入力され、第２合成器２５で合成されて合成信号が出力される。
【００３８】
この合成信号は、振幅増幅器３１に入力される。振幅増幅器３１は、前記合成信号をそのまま出力するか、１より大きい増幅率で増幅させて出力する。振幅増幅器３１の増幅率は、例えば、外部からの信号によって制御することができる。
次に、合成信号は、振幅位相検出器２７に入力され、合成信号と第４基準信号との振幅と位相の差異が検出され、合成信号の振幅と位相の情報を含む第４アナログ信号が出力される。振幅位相検出器２７は、第４基準信号の振幅と位相を検出できるものであればその構成は特に限定されない。第４アナログ信号は、合成信号の振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、振幅位相検出器２７は、ＩＱ検出器であり、この場合、第４アナログ信号は、Ｉ信号とＱ信号とで構成される。別の例では、振幅位相検出器２７は、振幅検出器と位相検出器で構成され、この場合、第４アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。
【００３９】
第４アナログ信号は、ＡＤ変換器２９に入力され、ＡＤ変換器２９でＡＤ変換されて第４デジタル信号が出力される。ＡＤ変換器２９は、一例では、２３８Ｍサンプル／ｓで動作する１２ビットのＡＤ変換器である。
【００４０】
２−２．高精度振幅位相検出を行う方法について
次に、高精度振幅位相検出を行う方法について説明する。
【００４１】
まず、第３変調信号の振幅を０にし、かつ振幅増幅器３１の振幅増幅率を１倍にする（つまり、振幅を変化させない。）。この場合、検出信号がそのまま振幅増幅器３１から出力されて振幅位相検出器２７に入力され、振幅位相検出器２７において検出信号と第４基準信号との振幅及び位相のずれが検出され、検出信号の振幅と位相の情報を含む第４アナログ信号が出力され、第４アナログ信号がＡＤ変換器２９で第４デジタル信号に変換される。
【００４２】
次に、第４デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号を第３ＤＡ変換器２１に入力する。この入力によって、第３変調信号の波形は、検出信号と振幅がほぼ同じで位相が反転した波形になる。ここで、図８（ａ），（ｂ）に検出信号のベクトルＷ１と第３変調信号のベクトルＷ２を示す。ベクトルＷ２は、ベクトルＷ１と長さと角度がほぼ同じで矢印の向きが反対になっていることが分かる。
【００４３】
次に、検出信号と第３変調信号を第２合成器２５で合成すると、検出信号と第３変調信号との差異を示す振幅の小さな合成信号が出力される。この合成信号のベクトルＷ３を図８（ｃ）に示す。この合成信号は、ＡＤ変換器２９のビット数が十分に多くないために生じるものである。
【００４４】
次に、上記の合成信号の振幅を振幅増幅器３１で１倍より大きい増幅率で増幅して増幅合成信号とする。増幅合成信号のベクトルＷ４を図８（ｄ）に示す。ここでの増幅率は、１倍より大きければよく、例えば、２〜１０００倍であり、具体的には，例えば、２，５，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１５０，２００，５００，１０００倍である。この増幅率は、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。この増幅率は、図１の振幅減衰器１５の減衰率と同じにしてもよい。
【００４５】
次に、増幅合成信号の振幅と位相を振幅位相検出器２７で検出することによって増幅合成信号の振幅と位相の情報を有する第４アナログ信号が得られ、これをＡＤ変換器２９でＡＤ変換して第４デジタル信号が得られる。このようにして得られた第４デジタル信号には、ＡＤ変換器２９のビット数不足のために最初の第４デジタル信号に含まれなかった振幅と位相の情報が含まれており、ＡＤ変換器２９のビット数の限界を超えた高精度な振幅位相検出が行えていることが分かる。
【００４６】
ここで、高精度振幅位相検出を行う方法について、図９（ａ），（ｂ）を用いてさらに具体的に説明する。図９（ａ），（ｂ）では、簡単のため、ＡＤ変換器２９からＩ信号とＱ信号がそれぞれ６段階の大きさで出力される場合を仮定している。
【００４７】
このような状況において、図９（ａ）の□の位置に対応する振幅と位相を有する検出信号の振幅と位相の検出を行いたいとする。ＡＤ変換器２９は、Ｉ信号とＱ信号を６段階の大きさでしか出力できないので、出力されるＩ信号とＱ信号の大きさは、例えば、図９（ａ）に示すように３と２になる。この場合、検出信号がベクトルＸ１に対応する振幅と位相を有していると検出されたことになり、検出信号の真のベクトルＷ１とベクトルＸ１とは、差異ベクトルＸ２の分だけ差異がある。この差異ベクトルＸ２に相当する振幅と位相を検出すれば、検出信号の振幅と位相を高精度に検出したことになる。
【００４８】
ベクトルＸ１の位相を反転させると、第３変調信号のベクトルＷ２が得られ、検出信号のベクトルＷ１と第３変調信号のベクトルＷ２を合成することによって合成信号のベクトルＷ３が得られる。合成信号のベクトルＷ３は、差異ベクトルＸ２に一致するので、合成信号のベクトルＷ３に相当する振幅と位相を検出すれば、検出信号の振幅と位相を高精度に検出したことになる。
【００４９】
合成信号のベクトルＷ３は、振幅が非常に小さいので、このままでは、ＡＤ変換器２９からのＩ信号とＱ信号が何れも０になり、その振幅と位相の検出ができない。そこで、合成信号の振幅を５倍に増幅させることによって、合成信号のベクトルＷ３の長さを５倍にする。合成信号を増幅させて得られる増幅合成信号のベクトルＷ４を図９（ｂ）に示す。ベクトルＷ４の振幅と位相を振幅位相検出器２７で検出すると、ＡＤ変換器２９からのＩ信号とＱ信号の大きさは、例えば、図９（ｂ）に示すように１と３になり、ベクトルＷ４に相当する振幅と位相が検出できたことが分かる。
以上より、本実施形態の高精度振幅位相検出器を用いればＡＤ変換器２９のビット数の限界を超えた高精度な振幅位相検出が行えることが分かる。
【００５０】
２−３．高精度振幅位相検出の実証実験
次に、検出信号の振幅位相検出が高精度に行われることを実証する実験を行った。この実験は、図１０に示す構成で行った。図１０の構成では、ネットワークアナライザ１７のポート１から出力させた基準信号（２３８ＭＨｚの連続高周波）を分配器３３に入力し、第３基準信号と検出信号を分配器３３から出力させた。第３基準信号は、第３振幅位相変調器２３で位相を１７０度、１８０度又は１９０度変化させて第３変調信号とした。第２合成器２５で第３変調信号と検出信号を合成し、得られた合成信号をネットワークアナライザ１７のポート２に入力した。分配器３３と第２合成器２５には、ウィルキンソンカップラを用いた。
【００５１】
ネットワークアナライザ１７において、ポート１から出力された基準信号とポート２に入力された合成信号の間の振幅と位相の差を測定した。その結果を図１１に示す。
【００５２】
図１１によると、第３基準信号の位相を１０度変化させると、位相が約５０度変化し、振幅が約６ｄＢ変化したことが分かる。この結果は、第３基準信号と検出信号の間の小さな小さな位相のズレが合成信号では強調されることを示している。また、この結果は、合成信号の振幅を増幅して合成信号の振幅と位相を検出することによって検出信号の振幅位相検出を高精度に行うことができることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器の構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器によって基準信号の高精度振幅位相変調を行う方法を説明するためのＩＱ平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器によって基準信号の高精度振幅位相変調を行う方法をさらに具体的に説明するためのＩＱ平面図である。
【図４】本発明の高精度振幅位相変調器によって基準信号の高精度振幅位相変調が行えることを実証する実験で用いた構成を示す。
【図５】図４の構成を用いた実証実験の結果を示すグラフである。
【図６】図４の構成を用いた実証実験の結果を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器の構成図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器によって検出信号の高精度振幅位相検出を行う方法を説明するためのＩＱ平面図である。
【図９】本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器によって検出信号の高精度振幅位相検出を行う方法をさらに具体的に説明するためのＩＱ平面図である。
【図１０】本発明の高精度振幅位相検出器によって検出信号の高精度振幅位相検出が行えることを実証する実験で用いた構成を示す。
【図１１】図１０の構成を用いた実証実験の結果を示すグラフである。
【図１２】基準信号の振幅位相変調を行う従来の方法の一例を説明するための構成図である。
【図１３】基準信号の振幅位相変調を行う従来の方法の一例を説明するためのＩＱ平面図である。
【図１４】検出信号の振幅位相検出を行う従来の方法の一例を説明するための構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１：高精度振幅位相変調器  ３：第１分配器  ５：第１ＤＡ変換器  ７：第１振幅位相変調器  ９：第２ＤＡ変換器  １１：第２振幅位相変調器  １３：第１合成器  １５：振幅減衰器  １７：ネットワークアナライザ  １８：高精度振幅位相検出器  １９：第２分配器  ２１：第３ＤＡ変換器  ２３：第３振幅位相変調器  ２５：第２合成器  ２７：振幅位相検出器  ２９：ＡＤ変換器  ３１：振幅増幅器  ３３：分配器  ５１：ＤＡ変換器  ５３：振幅位相変調器  ５５：振幅位相検出器  ５７：ＡＤ変換器
Ｖ１：第１変調信号のベクトル  Ｖ２：第２変調信号のベクトル  Ｖ３：振幅減衰後の第２変調信号のベクトル  Ｖ４：変調信号のベクトル  Ｗ１：検出信号のベクトル  Ｗ２：第３変調信号のベクトル  Ｗ３：合成信号のベクトル  Ｗ４：増幅合成信号のベクトル
【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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【図１４】
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