CN101911488A - 信号调制器 - Google Patents

Abstract

提供了一种信号调制器，当执行来自振荡器的连续信号的电平调节时，其可以控制传送功率。作为信号调制器的一个示例的脉冲发生器包括：振荡器、控制信号发生器、倍频器、滤波器以及控制单元。该振荡器和倍频器是由有源元件构成的有源电路。振荡器输出连续信号，这些连续信号被输入到倍频器。该倍频器由从控制信号发生器输出的控制信号间歇地操作，由此产生脉冲信号。由来自控制单元的信号简单地调节功率电平。

Description

信号调制器

技术领域

本发明涉及一种脉冲发生器和信号调制器以及诸如频率调制电路的无线通信中的传送器，特别涉及具有调节输出功率功能的信号调制器和传送器。

背景技术

脉冲通信技术作为通信技术的一个系统存在。在脉冲通信技术中，系统性能取决于如何产生脉冲信号。为了使脉冲信号成为仅具有任何期望频带分量的信号，存在通过滤波器限制脉冲信号的频带和提取特定频率分量的方法、通过脉冲型控制信号间歇地操作振荡器的方法、以及输入脉冲型信号给混频器并斩波(curtain)载波信号从而产生脉冲信号的方法。

对于脉冲发生器，所要求的性能包括短脉冲特性和高开/关(on/off)比。短脉冲特性对使用脉冲信号通信中的通信速度的提高有帮助。高开/关比对使用脉冲信号通信中的通信质量的提高有帮助。

图12示出涉及使用混频器的短脉冲发生器的相关技术的方框结构。图13是图12中的信号波形的时序图。将在下文参照图12和图13讨论相关技术。

从振荡器1201输出的信号1301被输入到混频器1203。另一方面，从控制信号发生器1202输出的控制信号1302也被输入到该混频器。信号1301被控制信号1202斩波，并从混频器1203输出作为脉冲信号1303。该电路结构非常简单，并且不包括电路延时元件，从短脉冲特性的角度来看很优秀。但是当它关闭时，来自振荡器1201的信号泄露，因此具有开/关比低的问题(参考非专利文献1).

另一方面，提出了通过间歇地操作如图14所示的振荡器来实现高开/关比的电路。图15是图14中的信号波形的时序图。相关技术将在下文参照图14和如15被讨论。

振荡器1401被从控制信号发生器1202输出的脉冲型控制信号1501间歇地操作，并产生对应于电压电平为高的开启时段(on interval)的脉冲信号1502。在关闭时段(off interval)，振荡器1401不操作，因此信号不泄露，并可以实现高开/关比。然而，由于在振荡器的操作开启时的操作延时，脉冲信号1501的瞬态特性被降低，难以保证好的短脉冲特性(参考专利文献1).

在以上所示的相关技术中，不能提供同时满足短脉冲特性和高开/关比要求的电路结构。在使用混频器的相关技术中(图12、图13)，难以实现高开关/比。在使用间歇振荡器的相关技术中(非专利文献1)，难以保证好的短脉冲特性。作为解决这两个问题的方法，存在通过间歇地操作倍频器(multiplier)产生脉冲信号的间歇(intermittent)倍频技术。

在间歇倍频技术中，倍频器直接由控制信号控制，并被间歇地操作，由此实现高开/关比。使用间歇倍频技术的脉冲发生器包括振荡器、间歇倍频器和滤波器。由振荡器产生的连续信号被输入到间歇倍频器中。连续信号与具有电压电平为高的开启时段和电压电平为低的关闭时段的脉冲型控制信号被输入到间歇倍频器。间歇倍频器由控制信号间歇地操作。该电路在开启时段操作，由此产生谐波，该电路不在关闭时段操作，由此抑制谐波产生。通过提供在该间歇倍频器后级的滤波器滤除在关闭时段泄露的连续信号，获得脉冲信号作为输出信号。因此，可以在短脉冲特性和高开/关比之间兼容。因此，在间歇倍频技术中，振荡器被提供有振荡功能，并且间歇倍频器被提供有调制功能和倍频功能，由此脉冲通信可以根据该简单的结构来实现。

另一方面，作为通信技术的另一种系统，存在频率调制通信技术。在脉冲通信中，数据被叠加在幅度变化上；然而，在频率调制通信中，数据信号被叠加在频率变化上用于通信。通常，为了实现频率调制通信，形成用于执行正交调制的电路，但是存在电路结构复杂的缺点。作为用于弥补该缺点的技术，存在VCO(压控振荡器)调制技术。图16示出了执行VCO调制的电路结构，图17示出了VCO调制中的信号波形。从控制信号发生器1602输出的控制信号1702被输入到VCO 1601的控制信号端口(此后称为Vt端口)，并且振荡频率由控制信号1702改变，由此执行频率调制。频率调制信号1701的频率在后级的倍频器1603中被倍频，并且从输出端口1604输出输出信号1703。因此，在VCO调制技术中，VCO被提供有振荡功能和调制功能，倍频器被提供有倍频功能，由此频率调制通信可以根据该简单结构来实现。

非专利文献1：R.R.Forsythe，“A coherent solid sate，225GHz receiver，”Microwave journal，pp.64-71 1982

专利文献1：JP-A-2003-513501

发明内容

本发明要解决的问题

在以上所示的使用间歇倍频技术的脉冲发生器中，可以提供短脉冲特性和高开/关比之间的兼容。在以上所示的使用VCO调制技术的频率调制电路中，频率调制电路可以根据该简单结构来形成。当通信设备被提供有使用间歇倍频器和VCO调制电路的脉冲发生器时，传送功率的控制功能需要被提供如传统电路，来保持传送设备的输出端口的传送功率恒定，并根据通信距离控制传送功率。在脉冲通信中，在使用混频器的传统脉冲发生器中，来自振荡器的连续信号的电平被调节，由此传送功率可以被简单地控制。在频率调制通信中，在传统正交调制结构中，来自振荡器的连续信号的电平被调节，从而传送功率可以被简单地控制。在相关技术中，在振荡器的后级提供的混频器包括调制功能，并且该混频器执行线性操作。

然而，在使用间歇倍频器的脉冲发生器中，如果来自振荡器的连续信号的电平被调节，则间歇倍频器的转换增益特性根据该电平而变化，因此不能执行传送功率的线性控制。同样地，在VCO调制电路中，如果偏置电压条件被改变来调节来自振荡器的连续信号的电平，则在任何期望频率区域振荡的Vt值改变，因此不能执行简单化的传送功率控制。

在上述环境下，本发明的一个目的在于提供一种信号调制器，如果来自振荡器的连续信号的电平调节被执行，其可以控制传送功率。

解决问题的手段

为了实现该目的，本发明的信号调制器是用于基于从振荡器输出的连续信号产生脉冲信号的信号调制器。该信号调制器包括：控制信号发生器，输出包含时间轴上的开启时段以及与该开启时段电压不同的关闭时段的第一控制信号；间歇倍频器，接收该第一控制信号和该连续信号的输入，并倍频对应于该第一控制信号的开启时段的连续信号来输出该脉冲信号；以及控制部件，检测该脉冲信号的电平，以产生用于控制从该振荡器输出的该连续信号的电平的第二控制信号以及用于控制该间歇倍频器的转换增益的第三控制信号，其中该间歇倍频器在该第一控制信号的开启时段的转换增益高于该间歇倍频器在该第一控制信号的关闭时段的转换增益。

根据该结构，如果来自该振荡器的连续信号的电平调节被执行，则可以产生好脉冲，并且可以控制传送功率。具体地，用于控制该间歇倍频器的控制信号的电平调节遵照来自该振荡器的连续信号的电平调节来执行，或者该间歇倍频器的偏置点被调节，由此，传送功率电平调节也可以在使用该间歇倍频器的短脉冲发生器中被简单地执行。因此，可以构造在高开/关比和短脉冲特性之间提供兼容性的短脉冲发生器，并且可以有助于输出功率的控制。

在本发明的信号调制器中，间歇倍频器具有有源元件和连接到该有源元件的控制端口的控制信号输入端，该第一控制信号被输入到该控制信号输入端，并且通过从该控制信号输入端测量该有源元件侧而获得的阻抗的截止频率等于或大于该第一控制信号的开启时段的时间宽度的倒数相等或更大。

根据该结构，该输出信号波形的钝(dull)波形可以被抑制。

本发明的信号调制器包括分支电路，将该间歇倍频器的输出分支，以向空间辐射一支输出信号，并向该控制部件输出另一支输出信号。

根据该结构，在该信号调制器中产生的脉冲信号可以被输出到不同电路。

本发明的信号调制器包括开关，将该间歇倍频器的输出分支，以向空间辐射一支输出信号，并向该控制部件输出另一支输出信号。

根据该结构，该信号调制器可以被应用到传送器-接收器上。

本发明的信号调制器包括滤波器，允许该间歇倍频器的输出信号的一个频带分量穿过，并抑制该间歇倍频器的输出信号的其余频带分量。根据该结构，除了该期望频率外的任何其它频带的杂散(spurious)分量可以被抑制。

在本发明的信号调制器中，从该控制信号发生器输出的第一控制信号的幅度大于在该第一控制信号的关闭时段在该有源元件的控制端口中测量的连续信号的幅度。

根据该结构，可以保证很高的开/关比。

本发明的信号调制器包括放大部件，放大该第一控制信号，并且被提供在该控制信号输入端和有源元件的控制端口之间，并且由该放大部件放大并具有比该连续信号的幅度大的幅度的该第一控制信号在该第一控制信号的关闭时段被输入到该有源元件。

根据该结构，可以由低电压电平的控制信号保证很高的开/关比。

本发明的信号调制器包括：控制信号发生器，产生包含时间轴上的开启时段以及与该开启时段的电压值不同的关闭时段的第一控制信号；压控振荡器，输出基于该第一控制信号进行频率调制的调制信号；以及控制部件，检测该调制信号的电平，以产生用于控制从该压控振荡器输出的调制信号的电平的第二控制信号以及用于控制该压控振荡器的电压控制端口的电压电平第三控制信号。

根据该结构，如果执行被该振荡器(压控振荡器)的电压控制所调制的连续信号的电平调节，则可以控制传送功率。

本发明的优点

根据本发明，如果执行来自该振荡器的连续信号的电平调节，则可以控制传送功率。

例如，该电路是用于基于从振荡器输出的连续信号产生脉冲信号的信号调制器，并且包括：控制信号发生器，输出包含时间轴上的开启时段以及与该开启时段电压不同的关闭时段的第一控制信号；间歇倍频器，接收该第一控制信号和该连续信号的输入，并倍频对应于该第一控制信号的该开启时段的连续信号来输出该脉冲信号；以及控制部件，检测该脉冲信号的电平，以产生用于控制从该振荡器输出的该连续信号的电平的第二控制信号和用于控制该间歇倍频器的转换增益的第三控制信号，其中该间歇倍频器在该第一控制信号的开启时段的所述转换增益高于该间歇倍频器在该控制信号的关闭时段的所述转换增，从而可以实现可以产生高开/关比脉冲信号和可以简单地调节输出功率的短脉冲发生器。

例如，该电路包括控制信号发生器，产生包含时间轴上的开启时段以及与开启时段的电压值不同的关闭时段的第一控制信号；压控振荡器，输出基于该第一控制信号进行频率调制的调制信号；以及控制部件，检测该调制信号的电平，以产生用于控制从该压控振荡器输出的调制信号的电平的第二控制信号以及用于控制该压控振荡器的电压控制端口的电压电平的第三控制信号，从而施加到该压控振荡器的电压控制端口的偏置电压被控制，由此可以简单地实现包括该功率控制功能的频率调制电路。

附图说明

图1是示出本发明第一实施例中的通信设备的电路结构的图。

图2是示出本发明第一实施例中的信号波形的特征的图。

图3是示出本发明第一实施例中的间歇倍频器的电路结构的一个示例的图。

图4是示出本发明第一实施例中的控制信号电压值和输出信号电平之间的关系特征的图。

图5是示出本发明第一实施例中的控制信号电压值和输出信号电平之间的关系特征的图。

图6是示出本发明第一实施例中的输入功率电平和转换增益之间的关系特征的图。

图7是示出本发明第一实施例中的间歇倍频器的电路结构的一个示例的图。

图8是示出本发明第一实施例中的间歇倍频器的电路结构的一个示例的图。

图9是示出本发明第一实施例中的间歇倍频器的电路结构的一个示例的图。

图10是示出本发明第二实施例中的通信设备的电路结构的图。

图11是示出本发明第三实施例中的通信设备的电路结构的图。

图12是示出相关技术中的短脉冲发生器的电路结构的图。

图13是示出相关技术中的控制信号波形的图。

图14是示出相关技术中的短脉冲发生器的电路结构的图。

图15是示出相关技术中的控制信号波形的图。

图16是示出相关技术中的调制电路的电路结构的图。

图17是示出相关技术中的控制信号波形的图。

图18是示出本发明第四实施例中的通信设备的电路结构的图。

图19是示出本发明第四实施例中的信号波形的特征的图。

附图标记说明

101振荡器        102控制信号发生器

103间歇倍频器    104滤波器

105分支电路      106控制部件

107输出端口      201-208信号

301有源元件      302匹配电路

303匹配电路      304耦合器

305耦合器        306滤波器

307DC供给器件         308电源

309旁路电容器         310控制信号输入端

401-403控制区域       501-503特性曲线

601，602功率值        603，604特性曲线

701电流源             702电阻器

703电源               801滤波器

802DC供给器件         803电源

901电流源             1001开关

1002检测器            1003控制部件

1101混频器            1102控制部件

1103倍频器            1201振荡器

1202控制信号发生器    1203混频器

1204输出端口          1301-1303信号

1401振荡器            1501，1502信号

1601VCO               1602控制信号发生器

1603倍频器            1604输出端口

1701-1703信号         1801VCO

1802控制信号发生器    1803倍频器

1804分支电路          1805输出端口

1806控制部件          1807VCO的Vt端口

1808VCO不同端口       1901-1907信号

具体实施方式

下面将参照附图讨论本发明的实施例。

(第一实施例)

图1是本发明第一实施例中的通信设备的方框图。图1所示的传送器包括振荡器101、控制信号发生器102、间歇倍频器103、滤波器104、分支电路105、控制部件106以及输出端口107。振荡器101和间歇倍频器103是由有源元件构成的有源电路。

此后，有源元件将以FET(场效应晶体管)进行讨论。间歇倍频器的倍频数为n(n：正整数)。在以下的描述中，振荡器的输出信号的期望频率是f0，并且间歇倍频器是2倍频器(双)。从控制信号发生器102输出的控制信号的信号波形是任意的，但此后将以脉冲波形进行讨论。

连续信号被从振荡器101输出，并被输入到间歇倍频器103。间歇倍频器103被从控制信号发生器102输出的控制信号间歇地操作，由此产生脉冲信号。从间歇倍频器103输出的杂散分量(spurious component)通过滤波器104被滤除。通过滤波器滤除了杂散分量的脉冲信号被输入到分支电路105，并且一支被发送到输出端口107，并作为传送信号输出。另一支被输入到控制部件106，并且所接收的信号的电平被检测。基于在控制部件106中检测到的值产生输入到振荡器101的控制信号和输入到间歇倍频器103的控制信号。输入到振荡器101的控制信号控制振荡器的输出电平。输入到间歇倍频器103的控制信号控制间歇倍频器103的转换增益。控制信号控制从输出端口107输出的脉冲信号的输出电平。当上述的操作被执行时，构造可以产生高开/关比(在开启时间和关闭时间的幅度比)的脉冲信号以及可以调节(控制)功率电平的脉冲发生器。该脉冲发生器是用于执行信号调制的信号调制器的示例。

图2是图1的方框图中的信号和控制信号的时序图。纵轴是电压，横轴是时间。将参照图1和图2讨论该实施例中的可以产生高开/关比脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器。

信号201在振荡器101中产生，并被发送到间歇倍频器103。振荡器101的电路结构为公知技术，因此不再讨论。

从控制信号发生器102中输出的控制信号202被输入到间歇倍频器103，并且根据控制信号202的电压值来控制间歇倍频器103的部件FET的操作点。

FET的操作点被控制，由此转换增益可以在控制信号202的电压值高的时段(此后称为开启时段)为高，并且该转换增益在该电压值低的时段(此后称为关闭时段)为低。

因此，在关闭时段，信号203中的主要分量变为载波频率f0一半的频率f0/2的信号，从间歇倍频器103输出的频率f0的分量在开启时段和关闭时段之间的幅值大大不同，该差别变为该开/关比(单位：dB)。希望控制信号202的开启时段和关闭时段的电压值应该被设置为使得转换增益在开启时段变为最大。

为了构造可以产生高开/关比的脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器，间歇倍频器103的操作变得重要。以下将讨论间歇倍频器103的操作。

图3示出了间歇倍频器103的一个示例。图3所示的间歇倍频器103包括有源元件301、匹配电路302、匹配电路303、耦合器304、耦合器305、滤波器306、DC供给器件307、电源308、旁路电容器309、以及控制信号输入端310。

作为操作点的控制方法，栅-源电压(Vgs)直接由控制信号202控制。从振荡器101输出的连续信号201被从有源元件301的栅极端口侧输入。耦合器304和耦合器305被提供用于隔去DC，并被实现为电容器元件和平行耦合线。

穿过耦合器304的高频信号是从振荡器101输出的连续信号201；如果不考虑相位噪声，频谱波形不扩展，因此对耦合器304的通带不要求宽带。

另一方面，穿过耦合器305的高频信号是突发型(burst-like)脉冲信号。因为脉冲信号的频谱波形具有宽带，因此对耦合器305的通带要求宽带，并且希望该频带是脉冲信号的脉冲宽度的倒数的两倍或更多。匹配电路302是输入侧匹配电路，匹配电路303是输出侧匹配电路。匹配电路的设计是公知技术，因此不再讨论。匹配电路302被设计为使得在开启时段匹配阻抗，并且将反射系数设置为不发生反射。匹配电路302被设计为使得在关闭时段阻抗不匹配。

滤波器306是如下这种滤波器：当从连接匹配电路302和耦合器304的传送线观测滤波器306侧的阻抗时，滤波器306在斯密斯(Smith)图上的频率f0/2处断开或位于接近断开处。在分布常数线中，其在频率f0/2处由电学长度λg/4的开路短截线(open stub)和电学长度λg/4的线构成。在集总参数元件中，其由电容元件和介电元件构成。

当从控制信号输入端310观测滤波器306侧(即，有源元件301侧)时，由于滤波器306的频率特性的影响，输入阻抗的频率特性变为从DC开始的低频带中的LPF(低通滤波)。希望此时LPF的截止频率应该是控制信号202的脉冲宽度的倒数或更大。

当截止频率比控制信号202的脉冲宽度的倒数小时，控制信号的波形变钝，并因此破坏Vgs控制的高速特性。因此，输出信号204的上升和下降波形不变得陡峭。输出信号204的上升和下降波形不变得陡峭，因此脉冲宽度变窄以及频谱波形扩展。例如，因此可以对通信中分配的信道频带之外的频带发生杂散分量。

如果上升时间和下降时间的总和因为波形是钝的而变得与脉冲宽度相同或更长，则输出信号204的幅值降低，并发生SN(信噪)变差。可以在电路设计中根据线长、线宽和短截线来设置截止频率。

希望当从连接匹配电路302和耦合器304的传送线观测滤波器306侧的阻抗时，滤波器306在斯密斯图上的频率f0处应该断开或位于接近断开处。因此，可以防止存在于电路中的频率f0的信号向电源侧的绕行(rounding)，使得电路稳定。

当从连接匹配电路303和耦合器305的传送线观测DC供给器件307侧的阻抗时，DC供给器件307至少在频率f0和频率f0/2处断开，理想地仅允许DC分量穿过。

例如，在分布常数线中，其由电学长度λg/4的开路短截线和电学长度λg/4的线构成。在集总参数元件中，其由电容元件和介电元件构成。旁路电容器309被安装在电源308侧，用于防止寄生振荡。

另一方面，不在控制信号输入端310处提供旁路电容器。如果在控制信号输入端310处提供旁路电容器，则存在于线和电路中的电阻分量和电容分量被组合，时间常数变大，并且控制信号202的波形变钝。当波形变钝时，输出波形204的上升和下降将不会变得陡峭，如上文所述。

图4(a)是示出图3的电路结构中的输出信号电平的频率f0分量电平与Vgs的特性曲线的图。该特性曲线在输出信号电平的最大处被归一化。此时的漏-源电压(此后，Vds)是Vds1。

在图4(a)中，区域401和区域402之间的输出信号电平差别约为70dB，希望控制信号202在开启时段的电压值应该是区域401中的Vgs，而控制信号202在关闭时段的电压值应该是区域402中的Vgs，并且可以产生在输出信号的70dB开/关比的脉冲信号。图4(a)的横轴是0.1V/div，并且在控制信号202的开启时段和关闭时段设置的电压值是真实的。

图4(b)是示出Vgs和Id之间的关系的图。图4(b)中的区域401和区域402对应于图4(a)中的那些区域。因此，区域401中的Vgs，即转换增益变为最大的Vgs，是截断电压或其近似电压值，并且流过电路的漏极电流(Id)变为非常小的值。因为控制信号202在关闭时段的电压值是区域402中的Vgs，因此没有电流在关闭时段流过。因此，电路以低功耗操作，此外，电路的寄生振荡也难以发生。

此时，进行设置，使得控制信号202的开启时段的幅度(电压值)变得比关闭时段在栅极端观测的连续信号的幅度(电压值)大。关闭时段的该幅度是控制信号202的开启时段的电势与关闭时段的电势之间的电势差。如果连续信号在关闭时段的幅度比控制信号202的开启时段的幅度大，则连续信号在关闭时段的幅度的峰值变得比控制信号202的开启时段的电势高。因为在控制信号202的开启时段的电势被设置为截断电压，所以连续信号在关闭时段的幅度的峰值将变得与截断电压相同或更大。当连续信号的幅度变得与截断电压相同或更大时，产生谐波，因此为了防止在关闭时段发生谐波，需要进行设置，使得连续信号在关闭时段的幅度小于控制信号202的开启时段的幅度。

如果用于放大控制信号202的电压值的放大部件被插入到控制信号输入端310和有源元件301的栅极端之间，则可以进行设置，使得控制信号202的放大后的电压值变得比在有源元件301的栅极端观测的连续信号的幅度(电压值)大，并且控制信号202的电压值不必比在有源元件301的栅极端观测的连续信号的幅度(电压值)大。这样，用于产生控制信号202的基带电路的功耗可以被降低。

顺便提及，控制信号202在关闭时段的电压值也可以在区域403中，但是很明显难以保证高开/关比，并且Id大，因此功耗变高，并且电路的寄生振荡也容易发生。

在间歇操作的上升部分，也有电流在关闭时段流过，因此FET的端到端电容和存在于电路中的寄生电容可以被预先充电，导致间歇操作的高速特性；然而，从高开/关比、更低功耗操作和电路稳定性的角度看，希望控制信号202在关闭时段的电压值应该被设置在区域402中。

图5是通过对每个输入信号电平进行比较而示出图3的电路结构中的输出信号电平的频率f0分量电平与Vgs的特性曲线的图。每个特性曲线的纵轴在每个输出信号电平的最大值处被归一化。输入信号电平以特性曲线501、502和503的顺序增加。

从图5看，如果控制信号202在开启时段的电压值是区域401中的Vgs，并且控制信号202在关闭时段的电压值是区域402中的Vgs，则对于更大的输入信号电平，相对Vgs改变，输出信号电平的改变开始早。

换句话说，对于更大的输入信号电平，输出信号204的上升和下降相对控制信号202的电压值(Vgs)的改变早，并且从间歇操作的高速特性的角度来看，希望输入信号电平应该大。但是，如果输入信号电平小，则开/关比高，并且需要降间歇倍频器103的输入信号电平设计为符合系统规范。因此，间歇操作的高速特性和开/关比依赖于间歇倍频器103的输入信号电平，即，来自振荡器101的信号201的信号电平。

图6是通过改变Vd示出了图3的电路结构中的转换增益相对于信号201的功率电平的特性的图。由实线指示的特性曲线和由虚线指示的特性曲线的Vd值不同。从图6看，连续信号的功率量被改变，由此转换增益改变。例如，在由图6中的实线指示的Vd特性中，比功率601低1dB的功率602被输入到间歇倍频器时的转换增益与功率601被输入到间歇倍频器中时的转换增益具有不同值。因此，功率601被输入到间歇倍频器时的输出电平与功率602被输入到间歇倍频器时的输出电平之间的差别变为1dB或更少，并且如果输入功率被控制为1dB，则很难控制输出功率为1dB。

如果当输入功率电平降低时控制Vd，则当输入功率电平被降低时，转换增益可以保持不变，并且输入功率电平的降低与输出功率电平的降低匹配。例如，考虑Vd被设置为实线特性时输入功率601的情况。为了将输出功率降低1dB，输入功率可以被控制从功率601到功率602，并且Vd可以被设置为虚线特性，因为在Vd的实线特性上的点603处的转换增益与虚线特性上的点604具有相同值。

如上文所示，间歇倍频器103在控制信号开启时段的转换增益与关闭时段的转换增益被改变，并且在开启时段和关闭时段主分量的频率被改变，由此用于产生高开/关比脉冲信号的间歇倍频器可以以低功耗操作来实现。间歇倍频器是具有图4到图6中描述的特性的电路。间歇倍频器已被详细描述。下文将参照图1和图2讨论可以产生高开/关比以及可以调节功率电平的脉冲发生器。

从间歇倍频器103输出的信号203被输入到滤波器104。滤波器104是用于允许在频率f0频带内的信号穿过并抑制其它频带分量的杂散抑制滤波器；例如，其是BPF(带通滤波器)或BEF(带陷滤波器)，并且也可以以集总常数或分布常数来形成。

希望具有信号203的开启时段的时间宽度的倒数的两倍或更大的频带被保证作为滤波器104的频带，以当信号204从滤波器104被输出时防止波形变钝。

信号203穿过滤波器104，由此频率f0频带中的信号穿过，并且频率f0/2频带中的信号被抑制，因此具有频率f0频带的频率分量的高开/关比脉冲信号204从分支电路105被输出。

脉冲信号204被输入到分支电路105，并且被分支为信号205和信号208。信号205被提供用于调节功率电平，并因此对比于传送器的输出信号的信号208具有较小的功率电平。分支电路是公知技术，因此不再详细讨论。从分支电路105输出的信号208被输出到输出端口107。另一方面，信号205被输入到控制部件106，并且信号205的电平被检测。控制部件106检测频率f0频带内的信号的功率值，并且不涉及任何其它频带内的信号的功率值。

控制部件106在检测值和期望值之间进行比较。从输出端口107中的任何期望输出电平和分支电路105的分配比来计算该期望值。例如，如果期望输出电平是P1并且分配比是9∶1，则控制部件106中的期望值变为P1/10。控制部件106产生用于控制振荡器101的操作的信号206以及用于控制间歇倍频器的操作的信号207。如果控制部件106中的检测值和期望值之间存在差别，则振荡器101和间歇倍频器103的操作被控制信号206和控制信号207控制。因此，执行来自振荡器101的信号201的电平调节和间歇倍频器103中的转换增益的调节。

具体地，控制信号206控制振荡器101，由此控制信号201的信号电平。振荡器101被控制信号206控制的部分是部件FET的偏置，并且是例如漏极电压和栅极电压。开关可以被提供在振荡器101的后级，并可以被切换用于调节信号201的信号电平。这些技术是公知技术，因此不再讨论。

控制信号207控制间歇倍频器103，由此控制间歇倍频器103的转换增益。间歇倍频器被控制信号207控制的部分是部件FET的偏置，并且是例如漏极电压和栅极电压。

例如，考虑控制部件106确定输出端口107中的功率电平比期望值小1dB的情况。在该情况下，控制信号206进行控制以使得从振荡器101输出的信号201的功率电平降低1dB；当信号201的功率电平改变时，间歇倍频器103的转换增益如图6中所述改变。因此，如果信号201的功率电平被降低1dB，则输出功率电平不必降低1dB。

然后，控制信号207控制间歇倍频器103，由此控制转换增益。例如，如果间歇倍频器103的部件的Vd值被控制，则转换增益改变。如图6所示，如果执行控制使得间歇倍频器103的转换增益不从功率电平被降低1dB前的转换增益改变，则输出功率电平可以随输入功率电平的降低而降低，并且传送功率电平可以被简单地控制。

如上文所示，间歇倍频器103在控制信号的开启时段的转换增益和在关闭时段的转换增益被改变，并且主要分量在开启时段和关闭时段的频率被改变，由此构造用于产生高开/关比脉冲信号的间歇倍频器。可以通过使用间歇倍频器、用于产生信号来控制间歇倍频器的转换增益的控制信号发生器、以及控制部件106来构造产生高开/关比脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器。

例如，如果控制部件106在开启时段的检测值与要产生作为脉冲信号的期望值之间存在差别，则执行以下处理使得检测值接近于期望值：首先，控制信号206被用来调节从振荡器101输出的信号201的信号功率电平。接着，控制信号207被用来调节间歇倍频器103，由此间歇倍频器103的转换增益可以被保持不变。因此，可以更可靠地产生期望脉冲信号。

这里，直接由控制信号202控制Vgs的方法被描述为间歇倍频器103的控制方法。然而，可以采用由控制信号控制电流、并控制当该电流流过时施加到电阻器上的电压值的方法。

图7示出了间歇倍频器103的另一示例。该电路结构与图3中所示的区别在于提供了电流源701、电阻器702、电源703、以及控制信号发生器704，并且控制信号202B从控制信号发生器704被输出。与控制信号202同样，控制信号202B具有开启时段和关闭时段。电流源701由控制信号202B控制，由此，电流根据控制信号202B的开启时段和关闭时段间歇地流过电阻器702，并且施加电压。

控制信号202由施加到电阻器702上的电压值产生，并根据控制信号202B的开启时段和关闭时段而改变，以及有源元件301的电源703，Vgs由控制信号202控制，如图3所述，开启时段的Vgs是图4中的区域401，并且关闭时段的Vgs是区域402，由此可以实现用于产生如上文所述的高开/关比脉冲信号的短脉冲发生器。除了Vgs的控制方法外的任何其它方面与图3中的电路结构类似，因此不再讨论这些操作。

可以采用直接由控制信号控制Vds的方法。图8示出了间歇倍频器103的另一示例。该电路结构与图3所示的区别在于没有提供滤波器306，DC供给器件307以及电源308，而提供了滤波器801、DC供给器件802、电源803、以及控制信号发生器804，并且控制信号202C从控制信号发生器804被输出。与控制信号202同样，控制信号202C具有开启时段和关闭时段，并且脉冲宽度相同。

滤波器801是下述滤波器，当从图8中连接匹配电路303和耦合器305的传送线观测滤波器801侧的阻抗时，滤波器801在斯密斯(Smith)图上的频率f0处断开或位于接近断开处。在分布常数线中，其由频率f0处的电学长度λg/4的开路短截线和电学长度λg/4的线构成。在集总参数元件中，其由电容元件和介电元件构成。

当从控制信号输入端310观测滤波器801侧时，由于滤波器801的频率特性的影响，输入阻抗的频率特性变为从DC开始的低频带的LPF。希望此时LPF的截止频率应该是控制信号202C的脉冲宽度的倒数或更大。原因如上文所描述。

希望当从连接匹配电路303和耦合器305的传送线观测滤波器801侧的阻抗时，滤波器801在斯密斯图上的频率f0/2处应该断开或位于接近断开处。原因如上文所描述。

当从连接匹配电路302和耦合器304的传送线观测DC供给器件802侧的阻抗时，DC供给器件802至少在频率f0/2处断开，理想地是仅允许DC分量穿过。例如，在频率f0/2处，在分布常数线中，其由电学长度λg/4的开路短截线和电学长度λg/4的线构成。在集总参数元件中，其由电容元件和介电元件构成。

希望当从连接匹配电路302和耦合器304的传送线观测DC供给器件802侧的阻抗时，DC供给器件802在频率f0处应该断开。原因如上文所述。旁路电容器309被安装在电源803侧，用于防止寄生振荡。另一方面，旁路电容器没有被提供在控制信号输入端310。原因如上文所述。

这里，Vgs始终被设置在图4的区域401中，并且Vds在控制信号202C的开启时段被设置为Vds1，由此间歇倍频器103在开启时段的转换增益可以成为最大。

另一方面，Vds在控制信号202的关闭时段被设置为Vds2。Vds2比Vds1小，并且此时，Id为0。因此设置操作点，由此可以使得控制信号202C的开启时段的转换增益高，并且可以使得关闭时段的转换增益低，从而可以以更低功耗实现用于产生高开/关比脉冲信号的短脉冲发生器。

可以采用由控制信号控制Id的方法。图9示出了间歇倍频器103的另一示例。该电路结构与图8中的不同在于提供了电源308、电流源901以及控制信号发生器902，并且控制信号202D从控制信号发生器902被输出。

电流源901由控制信号202D控制，由此Vds在控制信号202C的开启时段被设置为Vds1，并且Vds在关闭时段被设置为Vds2，并且间歇倍频器被间歇地操作。除了Vds的控制方法外的任何其它方面与图8中的电路结构相似，因此将不再讨论该操作。

在该描述中，振荡器101的振荡频率是输出信号的频率的1/2，并且间歇倍频器103是2(双)倍频器。然而，当n是正整数时，振荡器101的振荡频率可以是输出信号的频率的1/n，以及间歇倍频器103可以是n倍频器。

在参照图3和图7-9对间歇倍频器103的示例的描述中，滤波器306和滤波器801以及DC供给器件307和DC供给器件802被插入在电路结构中的耦合器和匹配电路之间，但是也可以插入在电路结构中的匹配电路和有源元件301之间。

(第二实施例)

图10是示出本发明第二实施例中的可以产生高开/关比脉冲信号和可以调节功率电平的脉冲发生器的结构的方框图。第二实施例与第一实施例的不同点在于提供了开关1001来取代分支电路105，并且控制部件106包括检测器1002和控制部件1003。

图10所示的结构是传送器-接收器。传送器包括振荡器101、控制信号发生器102、间歇倍频器103以及滤波器104。接收器包括检测器1002和控制部件1003。传送器和接收器由开关1001连接。控制部件1003基于包括在接收器中的检测器1002检测的波形，控制振荡器101和间歇倍频器103。控制方法如第一实施例中所描述。

来自振荡器101的信号201和来自控制信号发生器102的信号202被输入到间歇倍频器103来产生信号203，并且通过滤波器104产生信号204。在第一实施例中描述了该处理，因此将不再详细讨论。

信号204被输入到开关1001。开关1001是例如SPnT开关(n：自然数)并且具有切换传送和接收的功能。在传送定时，开关1001接通传送侧，使得从间歇倍频器103穿过滤波器104发送的信号204从输出端口107被辐射。此时，相对于信号204被降低与开关1001的隔离度相同量的信号205环行(round)到接收器。环行到接收器的信号205被输入到检测器1002，并且信号电平被检测，检测值被输出到控制部件1003。

用于在控制部件1003中产生信号206和信号207，并且接着控制信号208的功率电平恒定的机制在第一实施例中做了描述，因此不再详细讨论。

如上所示，间歇倍频器103在控制信号的开启时段的转换增益与在关闭时段的转换增益被改变，并且主要分量在开启时段和关闭时段的频率被改变，由此可以构造用于产生高开/关比脉冲信号的间歇倍频器。可以通过使用间歇倍频器、用于产生信号来控制间歇倍频器的转换增益的控制信号发生器、检测器、以及控制部件来构造可以产生高开/关比脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器。

在上文给出的描述中，控制信号206和控制信号207在控制部件1003中被产生，但解调器被提供有该功能，控制部件1003可以用解调器来替换。

(第三实施例)

图11是示出本发明第三实施例中的可以产生高开/关比脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器的结构的方框图。第三实施例与第一实施例的区别在于提供了开关1001来代替分支电路105，控制部件106包括混频器1101和控制部件1102，以及间歇倍频器103被提供在振荡器101和混频器1101之间用于操作该混频器。作为间歇倍频器103，使用了公知电路。

图11所示的结构是与第二实施例一样的传送器-接收器。传送器包括振荡器101、控制信号发生器102、间歇倍频器103以及滤波器104。接收器包括混频器1101和控制部件1102。传送器和接收器由开关1001连接。控制部件1102基于包括在接收器中的混频器1101的输出波形，控制振荡器101和间歇倍频器103。控制方法如第一实施例所描述。

来自振荡器101的信号201和来自控制信号发生器102的信号202被输入到间歇倍频器103来产生信号203，并且通过滤波器104产生信号204。该处理在第一实施例中被描述，因此将不再详细讨论。

信号204被输入到开关1001。开关1001是例如SPnT开关(n：自然数)，并且具有切换传送和接收的功能。在传送定时，开关1001接通传送侧，使得从间歇倍频器103通过滤波器104发送的信号204从输出端口107被辐射。此时，相对于信号204被降低与开关1001的隔离度相同量的信号205环行(round)到接收器。环行到接收器的信号205被输入到混频器1101，并且信号电平被检测，检测值被输出到控制部件1102。此时，倍频器1103的输出信号还被输入到混频器1101；该信号被提供用于倍频。

在第一实施例中描述了用于在控制部件1102中产生信号206和信号207，并且接着控制信号208的功率电平恒定的机制，因此不再详细讨论。

如上所示，间歇倍频器103在控制信号的开启时段的转换增益与在关闭时段的转换增益被改变，并且主要分量在开启时段和关闭时段的频率被改变，由此可以构造用于产生高开/关比脉冲信号的间歇倍频器。可以通过使用间歇倍频器、用于产生信号来控制间歇倍频器的转换增益的控制信号发生器、混频器以及控制部件来构造可以产生高开/关比脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器。

在上文所给出的描述中，倍频器1103被提供在混频器1101的前级，但混频器1101可以是不提供倍频器1103的谐波混频器。

在上文所给出的描述中，倍频器1103被提供在混频器1101的前级，并且振荡器101在传送和接收之间被共享，但也可以被分别提供。

在上文所给出的描述中，在控制部件1102中产生控制信号206和控制信号207，但解调器被提供有该功能，控制部件1102可以用控制器来替换。

(第四实施例)

图18是本发明第四实施例中的通信设备的方框图。图18所示的传送器包括压控振荡器1801(此后称为VCO)、控制信号发生器1802、倍频器1803、分支电路1804、输出端口1805以及控制部件1806。在VCO调制中，如果在PLL中执行锁定，则由于反馈控制而产生调制失真。因此，在以下描述中，VCO不包括PLL，以防止调制失真的发生。

有源元件被描述为FET(场效应晶体管)。倍频器的倍频数为n(n：正整数)。在以下描述中，输出信号的期望频率是f0，振荡器的输出信号的频率是f0/2，并且间歇倍频器是2(双)倍频器。但该实施例并不限于此模式。

正如控制信号发生器102，控制信号发生器1802产生并输出具有电压值不同的开启时段和关闭时段的控制信号。从控制信号发生器1802输出的控制信号被输入到VCO 1801的一个端口的Vt端口1807，由此从VCO 1801输出频率调制信号。VCO 1801基于下述原理执行频率调制，即原始频率根据施加到Vt端口1807上的电压而改变。从VCO 1801输出的调制信号的频率在倍频器1803中倍频。所倍频的信号被输入到分支电路，通过该分支电路，一支从输出端1805输出，另一支被输入到控制部件1806。控制部件1806检测所接收的信号的电平。基于所检测的电平，控制部件1806产生输入到与VCO1801的Vt端口不同的端口1808的控制信号以及输入到VCO 1801的Vt端口1807的控制信号。输入到VCO 1801的不同端口1808的控制信号控制振荡输出电平，而输入到VCO的Vt端口1807的控制信号控制VCO 1801的振荡频率。这些控制信号控制从输出端1805输出的信号的输出电平和振荡频率。当执行上述操作时，可以调节(控制)功率电平的频率调制电路被构造。该频率调制电路是用于执行信号调制的信号调制器的示例。

图19是图18的方框图中的所述控制信号和信号的时序图。纵轴是电压，横轴是时间。将参照图18和图19讨论该实施例中可以调节功率电平的频率调制电路。

从控制信号发生器1802输出的信号1901被输入到VCO 1801的Vt端口1807，由此VCO 1801振荡。因为VCO 1801的振荡频率根据施加到Vt端口1807的电压而改变，所以信号1901被输入到Vt端口1807，由此VCO 1801基于信号1901而输出频率调制信号1902。VCO 1801的电路结构是公知技术，因此将不再讨论。

从VCO 1801输出的信号1902被输入到倍频器1803，然后其将信号1902的频率倍频来产生信号1903。

信号1903被输入到分支电路1804，其接着将信号分支为信号1904和信号1905。信号1905是用来调节功率电平的信号，因此该信号的功率电平与信号1904相比较小。分支电路是公知技术，因此将不再详细讨论。从分支电路1804输出的信号1904被输出到输出端口1805。另一方面，信号1905被输入到控制部件1806，其然后检测信号1905的电平。控制部件1806检测在输出信号1904的载波频带中的信号的功率值，并且不涉及其它任何频带中信号的功率值。

控制部件1806在检测值和期望值之间进行比较。从输出端口1805中的任何期望输出电平和分支电路1805的分配比来计算该期望值。例如，如果期望输出电平是P1，并且分配比是9∶1，则控制部件1806中的期望值变为P1/10。控制部件1806产生用于控制VCO 1801的振荡功能的信号1906以及用于控制VCO 1801的调制功能的信号1907。如果在控制部件1806中的检测值和期望值之间存在差别，则VCO 1801的振荡功能和调制功能的操作由控制信号1906和控制信号1907来控制。

具体地，控制信号1906控制VCO 1801的偏置电压，由此控制信号1901的信号电平。VCO 1801中由控制信号1906控制的部分是该部件的FET的偏置，并且是漏极电压和栅极电压。开关可以被提供在VCO 1801的后级，并可以由控制信号1906控制，并且可以被切换用于调节信号1902的信号电平。这些技术是公知技术，因此将不再讨论。

控制信号1907控制VCO 1801的Vt端口的偏置电压，由此控制VCO 1801的调制功能。

例如，考虑控制部件1806确定输出端口1805中的功率电平比期望值小1dB的情况。在该情况下，控制信号1906进行控制以使得从VCO 1801输出的信号1902的功率电平降低1dB；如果VCO 1801的偏置电压被降低，则施加到Vt端口1807上的电压和振荡频率的特性改变。因此，如果信号1902的功率电平被降低1dB，则振荡频率改变。其发生的原因可以是为了避免调制失真而没有在VCO 1801中安装PLL与频率调制电路一起使用。

然后，控制信号1907控制Vt端口1807的偏置电压来校正振荡频率的特性和施加到Vt端口1807的电压的偏移。这样，输出功率电平可以在不改变频率调制信号的载波频率的情况下被降低，并且传送功率电平也可以被简单地控制。

如上所示，在构造为VCO的频率调制电路中，施加到VCO的Vt端口的偏置电压被直接调制，由此可以简单地构造包括功率控制功能的频率调制电路。

虽然本发明已经参照特定实施例进行了详细描述，但对本领域技术人员很明显的是，可以进行各种改变和修改而不偏离本发明的精神和范围。

本申请基于2007年12月28日提交的日本专利申请No.2007-340250和2008年12月22日提交的日本专利申请No.2008-325654，它们通过引用被合并到这里。

工业应用性

本发明的可以产生高开/关比脉冲信号以及可以调节功率电平的脉冲发生器，通过根据控制信号的电压值来控制间歇倍频器的操作点，而间歇地控制转换增益。如果在后级提供滤波器，则可以抑制杂散分量，并且，在包括低功耗操作的同时，获得具有高开/关比脉冲信号优点的脉冲信号，由此，该脉冲发生器可以被用作高速无线通信中的脉冲发生器等。

Claims (8)

1.一种信号调制器，用于基于从振荡器输出的连续信号产生脉冲信号，所述信号调制器包括：

控制信号发生器，输出包含时间轴上的开启时段和与所述开启时段电压值不同的关闭时段的第一控制信号；

间歇倍频器，接收所述第一控制信号和所述连续信号的输入，并且倍频对应于所述第一控制信号的开启时段的所述连续信号，以输出脉冲信号；以及

控制部件，检测所述脉冲信号的电平，以产生用于控制从所述振荡器输出的所述连续信号的电平的第二控制信号以及用于控制所述间歇倍频器的转换增益的第三控制信号，

其中，所述间歇倍频器在所述第一控制信号的开启时段的转换增益高于所述间歇倍频器在所述第一控制信号的关闭时段的转换增益。

2.根据权利要求1所述的信号调制器，其中，所述间歇倍频器具有有源元件和连接到所述有源元件的控制端口的控制信号输入端，所述第一控制信号被输入到所述控制信号输入端；并且

其中，通过从所述控制信号输入端测量有源元件侧而获得的阻抗的截止频率等于或大于所述第一控制信号的开启时段的时间宽度的倒数。

3.根据权利要求1所述的信号调制器，包括：

分支电路，将所述间歇倍频器的输出信号分支，以辐射一支输出信号到空间，并输出另一支输出信号到所述控制部件。

4.根据权利要求1所述的信号调制器，包括：

开关，将所述间歇倍频器的输出信号分支，以辐射一支输出信号到空间，并输出另一支输出信号到所述控制部件。

5.根据权利要求1所述的信号调制器，包括：

滤波器，允许所述间歇倍频器的输出信号的一个频带分量穿过，并且抑制所述间歇倍频器的输出信号的其它频带分量。

6.根据权利要求1所述的信号调制器，其中，从所述控制信号发生器输出的所述第一控制信号的幅度大于在所述第一控制信号的关闭时段在所述有源元件的控制端口测量的所述连续信号的幅度。

7.根据权利要求1所述的信号调制器，包括：

放大部件，放大所述第一控制信号，并且被提供在所述控制信号输入端和有源元件的控制端之间，

其中，被所述放大部件放大并具有大于所述连续信号的幅度的幅度的所述第一控制信号，在所述第一控制信号的关闭时段被输入到所述有源元件。

8.一种信号调制器，包括：

控制信号发生器，产生包含时间轴上的开启时段和与所述开启时段电压值不同的关闭时段的第一控制信号；

压控振荡器，输出基于所述第一控制信号而进行频率调制的调制信号；以及

控制部件，检测所述调制信号的电平，以产生用于控制从所述压控振荡器输出的所述调制信号的电平的第二控制信号以及用于控制所述压控振荡器的电压控制端口的电压电平的第三控制信号。

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