JP2002534828A - 広帯域幅のｉｆイメージ排除受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 広帯域のイメージ排除を行うシステムおよび方法である。受信機構成では、本発明の方法は、第１の周波数帯域の第１の信号を受信し、そこから同位相および直角位相信号を発生するステップを含んでいる。同位相信号の位相は第２の信号を与えるためにシフトされ、直角位相信号の位相は第３の信号を与えるためにシフトされる。予め定められた位相関係は、それによって第２の信号と第３の信号との間で影響される。第２の信号と第３の信号はその後、混合した信号から最小の干渉を有する出力信号を与えるように合計される。例示的な受信機応用では、位相シフトはオールパス回路網の使用によって実現される。それぞれオールパス回路網は第１および第２の入力端子を有する差動増幅器を含んでいる。第１および第２の各端子はそれぞれ第１および第２の抵抗素子の第１の端部に接続されている。第１および第２の抵抗素子の第２の端部は回路網の共通の入力端子に接続されている。第１の入力端子は負の端子であり、回路網の出力端子に接続されている。第２の端子は正の端子であり、容量性素子を経て電源の接地電位に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は通信システム、特に、所望の信号を有する中間周波数（ＩＦ）イメー
ジからの干渉を防止しながら広い範囲にわたって信号を受信するシステムおよび
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電磁信号の受信は、第１の比較的高い周波数帯域（無線周波数すなわち“ＲＦ
”等）の信号の送信および受信と、それに続いて受信された信号から低い周波数
帯域（ＩＦ等）への下方変換により行われる。下方変換は典型的に受信された信
号と、局部発振器（ＬＯ）により発生される基準信号とを混合することにより実
現される。例えば、１０００キロヘルツ（ｋＨｚ）の周波数で受信されるＲＦ信
号は局部発振器からの９００ｋＨｚの基準信号とミキサによって混合されて１０
０ｋＨｚに変換される。これらの状況下で、８００ｋＨｚの信号は同一のＩＦ（
中間周波数）を有し、それ故、１０００ｋＨｚの所望の信号と干渉する。２つの
信号を混合するとき、混合したイメージが所望の信号と干渉するのを防止するた
めの手段が設けられなければならない。イメージを混合するときの干渉効果を最
小にするための少なくとも３つの技術が知られている。

【０００３】 第１の技術では、ミキサの前段に狭帯域フィルタを使用する。残念ながら、こ
の方法は動作の各所望の周波数に対してカスタム化された設計を必要とする。

【０００４】 第２の方法では、フィルタの代わりに、ミキサの前段に同調された増幅器を使
用する。残念ながら、同調された増幅器の広い範囲にわたって一貫した利得およ
び帯域幅排除を実現することは困難である。さらに、ミキサの別々の通路に配置
された増幅器間の部品の特性における僅かな変化は、多数の需要のある応用では
十分な正確性で相互に追跡する増幅器の能力を妨害する。

【０００５】 第３の方法によれば、受動的な位相シフタを使用するイメージ排除ミキサがフ
ィルタの代わりに使用される。受動的な位相シフト回路網は１つの周波数または
狭い帯域の周波数にわたって位相をシフトする。それに続いて、出力周波数の変
更は回路網の再設計または再同調を必要とし、その両者はシステムの価格と複雑
性を増加する。外部同調回路網が使用されるが周波数ホッピングが許容される速
度を遅くする周波数ホッピング環境の場合、これは特に問題である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

したがって、広い周波数範囲にわたって無線周波数受信機の混合イメージを排
除するための改良された廉価なシステムまたは技術の必要性が存在する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この技術の必要性は、広い帯域のイメージ排除を行う本発明のシステムおよび
方法によって解決される。受信機構成では、本発明の方法は、第１の周波数帯域
の第１の信号を受信し、そこから同位相および直角位相信号を生成するステップ
を含んでいる。同位相信号の位相は第２の信号を与えるためにシフトされ、直角
位相信号の位相は第３の信号を与えるためにシフトされる。予め定められた位相
関係は、それによって第２の信号と第３の信号との間で影響される。第２の信号
と第３の信号はその後、混合した信号から最小の干渉を有する出力信号を与える
ように合計される。

【０００８】 例示的な実施形態では、位相シフトはオールパス回路網の使用によって実現さ
れる。例示的な構成では、それぞれオールパス回路網は第１および第２の入力端
子を有する差動増幅器を含んでいる。それら増幅器の第１および第２の各端子は
それぞれ第１および第２の抵抗に接続されている。第１および第２の抵抗の第２
の端部は回路網の共通の入力端子に接続されている。第１の入力端子は負の端子
であり、回路網の出力端子に接続されている。第２の端子は正の端子であり、容
量性素子を経て電源の接地電位に接続されている。

【０００９】 受信機に構成されるか、または汎用ミキサとして、本発明のミキサは広帯域の
出力段を提供し、広い帯域幅にわたって良好な利得整合を与える。これは広い帯
域幅にわたって良好なイメージ排除を可能にする。本発明のミキサは設計自体を
実質的に変化せずに、高速度の周波数ホッピング用において使用されることがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】

例示的な実施形態および例示的な応用を本発明の有効な考察を説明するために
添付図面を参照して説明する。 本発明を特定の応用の例示的な実施形態を参照してここで説明するが、本発明
はそれに限定されないことを理解すべきである。当業者は、本発明の技術的範囲
内で、本発明が非常に有効である付加的な分野において、付加的な変形、応用、
実施形態を認識するであろう。

【００１１】 図１は、イメージ排除受信機の典型的な一般的な構成のブロック図である。受
信機10' はアンテナ12' を含み、それによって受信された信号は低雑音増幅器（
ＬＮＡ）14' に与えられる。ＬＮＡ14' はＲＦ（無線周波数）信号を、第１のミ
キサ16' と第２のミキサ17' にそれぞれ出力する。局部発振器18' は基準信号を
第２のミキサ17' に与える。この信号は第１の位相シフタ19' により９０°シフ
トされる。第１の位相シフタ19' の出力は第１のミキサ16' に基準信号を提供す
る。

【００１２】 応答して、第１のミキサ16' と第２のミキサ17' は同位相および直角位相のＩ
Ｆ（中間周波数）信号を出力する。同位相のおよび直角位相信号はそれぞれ第１
のローパスフィルタ20' と第２のローパスフィルタ22' へ入力される。第１のロ
ーパスフィルタ20' の出力は第２の位相シフタ24' へ入力される。第２の位相シ
フタ24' と第２のローパスフィルタ22' の出力は合計装置30' により合計され、
受信機10' の出力信号を与える。

【００１３】 ２つの信号の相対的な位相シフトにより局部発振周波数よりも低い任意の周波
数は局部発振周波数よりも高い周波数に関して減衰される。その減衰量は９０°
位相シフトの正確度と、２つの通路間の利得整合の正確度に依存する。

【００１４】 ９０°位相シフトは一般的にＲＣ（抵抗−容量）フィルタを使用して実行され
る。局部発振器18' の周波数は一定に維持され、ミキサの利得は局部発振器の小
さい振幅不整合に対しては感度がないので、９０°位相シフトの捕捉はその周波
数では問題ない。ＩＦ段では、２つの通路の利得は良好なイメージ排除を得るた
めに正確に一致しなければならない。しかしながら、簡単なＲＣフィルタは１つ
の周波数でしか一致した利得と９０°位相シフトを有しない。したがって良好な
イメージ排除は１つの周波数でしか得られない。前述したように、これはいくつ
かの現在の、需要の多い応用では問題である。広い周波数範囲にわたって無線周
波数受信機の混合イメージを排除するための改良され廉価なシステムまたは技術
が必要とされている。この必要性は、本発明の広帯域イメージ排除を実行するシ
ステムおよび方法により解決される。

【００１５】 図２は、本発明の考察にしたがった受信機の例示的構成のブロック図である。
図１の通常の受信機10' と同様、本発明の受信機10は受信された信号をＬＮＡ14
へ与えるアンテナ12を含んでいる。ＬＮＡ14はＲＦ（無線周波数）信号を第１の
ミキサ17および第２のミキサ16へそれぞれ出力する。局部発振器18は基準信号を
第２のミキサ17へ与える。この信号は第１の位相シフタ19により９０°シフトさ
れる。第１の位相シフタ19の出力は第１のミキサ16へ基準信号を与える。

【００１６】 応答して、第１のミキサ16と第２のミキサ17は同位相および直角位相のＩＦ（
中間周波数）信号を出力する。第１のミキサは実際に直角位相信号を出力する。
同位相の信号と直角位相信号はそれぞれ第１のオールパスフィルタ20と第２のオ
ールパスフィルタ22へ入力される。第１のオールパス回路網20の出力は第３のオ
ールパス回路網24へ入力される。第２のオールパス回路網22の出力は第４のオー
ルパス回路網26へ入力される。第３のオールパス回路網24と第４のオールパスフ
ィルタ26の出力は合計装置30により合計され、本発明の受信機10の出力信号を与
える。

【００１７】 図３は、本発明で使用されるオールパス回路網（ＡＰＮ）の例示的な実施形態
である。図２のオールパス回路網（ＡＰＮ）は同一の設計（異なる抵抗値とキャ
パシタ値であるが）であるので、ただ１つのオールパス回路網（ＡＰＮ）だけを
図３では詳細に示している。オールパス回路網（ＡＰＮ）20は差動増幅器21を含
んでいる。この増幅器21はそれぞれ第１の抵抗23と第２の抵抗25の第１の端部に
接続されている第１の入力端子と第２の入力端子を有する。第１および第２の抵
抗の第２の端部は回路網の共通の入力端子に接続されている。増幅器21の第１の
入力端子は負の端子であり、第３の抵抗構成素子27によりその出力端子に接続さ
れている。増幅器21の第２の入力端子は正の端子であり、容量性構成素子29を経
て電源の接地電位に接続されている。各オールパス回路網（ＡＰＮ）の抵抗はそ
れらの比率がプロセスの変化で一定であるように作られる必要がある。キャパシ
タはまた各オールパス回路網（ＡＰＮ）で同一の要件を有する。各オールパス回
路網（ＡＰＮ）のＲＣ積は９０°から最小のエラーの一定の９０°位相差を有す
る最も広い帯域幅を得るために正確にずらされる（slagger ）必要がある。増幅
器は全ての４つが同一の利得を有し出力周波数でほとんど位相シフトがないよう
に設計される必要がある。

【００１８】 再び図２を参照すると、局部発振器18の周波数は所望の信号の周波数よりも下
に設定される。以下の式は本発明を実施するための数学的な基礎を説明している
。

【００１９】 IRR=-20*log(sqrt((1+G?2-2*G*cos(phi+theta))/(1+G?2+2*G*cos(phi-theta)))) ここで、 Ｇ＝小数における同位相通路と直角通路との利得の不整合であり、 ｐｈｉ＝直角位相通路における９０°位相遅延からの偏差であり、 ｔｈｅｔａ＝局部発振の直角位相からの偏差である。

【００２０】 オールパス回路網（ＡＰＮ）の使用は一定の利得対周波数を有する一定の相対
位相シフトを与える。前述したように、各通路に１つある２つのオールパス回路
網（ＡＰＮ）はある帯域幅にわたって９０°相対位相シフトを得るために使用さ
れることができる。１つの通路のオールパス回路網（ＡＰＮ）は４５°位相シフ
トを与え、第２の通路のオールパス回路網（ＡＰＮ）は９０°の相対位相シフト
のために１３５°位相シフトを与える。図２で示されているように２組のオール
パス回路網（ＡＰＮ）を縦続することにより、９０°の相対位相シフトはさらに
広い帯域幅にわたって維持されることができる。例えば４つのオールパス回路網
（ＡＰＮ）は１０ＭＨｚから５０ＭＨｚの範囲にわたって９０°の位相シフトを
得るために使用されることができる。本発明の技術を使用して、受信機は図４で
示されているように５ＭＨｚから１００ＭＨｚを越える範囲で２０ｄＢを越える
イメージ排除を行うように構成されることができる。

【００２１】 図４は、本発明にしたがって構成された受信機の例示的な構成における出力周
波数対利得および排除比のグラフである。本発明により構成され図４で示されて
いる性能をもたらす受信機の主なパラメータは、 ａ）Ｆ低からＦ高までの出力周波数範囲と、 ｂ）所望の出力位相リップル（９０°位相シフトからの総合的なピーク間偏差
）と、 ｃ）“ａ”の周波数範囲にわたって“ｂ”を獲得するのに必要なポールゼロ対
の数である。

【００２２】 これらの数からポールゼロ周波数が計算されることができ、これらと前述の考
察から実際の抵抗とキャパシタ値が計算されることができる。

【００２３】 以上、本発明を特定の応用の特定の実施形態を参照してここで説明した。当業
者は本発明の技術的範囲内で付加的な変形、応用、実施形態を認識するであろう
。例えば、本発明は受信機での使用に限定されない。本発明にしたがって構成さ
れたミキサは、広範囲の周波数にわたるイメージ排除が望まれる多数の応用で使
用されてもよい。

【００２４】 それ故、請求の範囲は本発明の技術的範囲内で任意のおよび全てのこのような
応用、変形、実施形態をカバーすることを意図する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 イメージ排除受信機の典型的な一般構成のブロック図。

【図２】 本発明にしたがった受信機の例示的な構成のブロック図。

【図３】 本発明で使用されるオールパス回路網（ＡＰＮ）の例示的な実施形態のブロッ
ク図。

【図４】 本発明の考察により構成された受信機の例示的な構成における出力周波数対利
得および排除比のグラフ。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年９月２６日（２０００．９．２６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リンダー、ロイド・エフ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91301 アゴウラ・ヒルズ、パトリック・ ヘンリー 3730 (72)発明者 ゴーダー、マシュー・エス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92506 リバーサイド、ソブレイン・ウエ イ 2623 Ｆターム(参考） 5K004 AA05 AA08 FG01 FH03 JG00 JH02 5K020 DD02 DD05 EE01 EE16 FF15 HH11 LL07 MM02 MM12 MM13 5K052 AA02 BB02 DD16 FF32 GG13 GG26 GG41

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の周波数帯域の第１の信号を受信する第１の手段と、 前記第１の受信された信号から同位相信号および直角位相信号を生成する第２
   の手段と、 第２の信号を与えるように前記同位相信号の位相をシフトするオールパス回路
   網を含んでいる第３の手段と、 第３の信号を与えるように前記直角位相信号の位相をシフトするオールパス回
   路網を含み、それによって前記第２の信号はが記第３の信号に関して予め定めら
   れた位相シフトを有するようにしている第４の手段と、 前記第２の信号と第３の信号を合計する第５の手段を具備している広帯域幅の
   イメージ排除受信機。
2. 【請求項２】 前記第３の手段は前記同位相信号の位相を４５度だけ位相シ
   フトする手段を含んでいる請求項１記載のイメージ排除受信機。
3. 【請求項３】 前記第４の手段は前記直角位相信号の位相を１３５度だけ位
   相シフトする手段を含んでいる請求項１記載のイメージ排除受信機。
4. 【請求項４】 前記第３の手段は第１および第２のオールパス回路網を含ん
   でいる請求項１記載のイメージ排除受信機。
5. 【請求項５】 前記第４の手段は第１および第２のオールパス回路網を含ん
   でいる請求項１記載のイメージ排除受信機。
6. 【請求項６】 前記オールパス回路網はそれぞれ第１および第２の入力端子
   を有する差動増幅器を含んでおり、前記第１および前記第２の端子はそれぞれ第
   １および第２の抵抗素子の第１の端部に接続されており、前記第１および第２の
   抵抗構成素子の第２の端部は前記回路網の共通の入力端子に接続されており、前
   記第１の入力端子は負の端子であり、第３の抵抗素子を介して前記回路網の出力
   端子に接続されており、前記第２の端子は正の端子であり、容量性素子を介して
   電源の接地電位に接続されている請求項１記載のイメージ排除受信機。
7. 【請求項７】 第１の周波数帯域の第１の信号を受信する第１の手段と、 前記第１の受信された信号から同位相信号および直角位相信号を生成する第２
   の手段と、 第２の信号を与えるように前記同位相信号の位相をシフトするオールパス回路
   網を含んでいる第３の手段と、 第３の信号を与えるように前記直角位相信号の位相をシフトするオールパス回
   路網を含み、それによって前記第２の信号が前記第３の信号に関して９０度の位
   相シフトを有するようにしている第４の手段と、 前記第２の信号と第３の信号を合計する第５の手段とを具備し、 前記各オールパス回路網は、第１および第２の入力端子を有する差動増幅器を
   含んでおり、それら増幅器の前記第１および前記第２の端子はそれぞれ第１およ
   び第２の抵抗素子の第１の端部に接続されており、前記第１および第２の抵抗素
   子の第２の端部は前記回路網の共通の入力端子に接続されており、前記第１の入
   力端子は負の端子であり、前記回路網の出力端子に接続されており、前記第２の
   端子は正の端子であり、容量性構成素子を介して電源の接地電位に接続されてい
   る広帯域幅のイメージ排除受信機。
8. 【請求項８】 前記第３の手段は前記同位相信号の位相を４５度だけ位相シ
   フトする手段を含んでいる請求項７記載のイメージ排除受信機。
9. 【請求項９】 前記第４の手段は前記直角位相信号の位相を１３５度だけ位
   相シフトする手段を含んでいる請求項８記載のイメージ排除受信機。
10. 【請求項１０】 前記第３の手段は第１および第２のオールパス回路網を含
    んでいる請求項７記載のイメージ排除受信機。
11. 【請求項１１】 前記第４の手段は第１および第２のオールパス回路網を含
    んでいる請求項７記載のイメージ排除受信機。
12. 【請求項１２】 第１の周波数帯域の第１の信号を提供する第１の手段と、 前記第１の信号から同位相信号および直角位相信号を生成する第２の手段と、 第２の信号を与えるように前記同位相信号の位相をシフトするオールパス回路
    網を含んでいる第３の手段と、 第３の信号を与えるように前記直角位相信号の位相をシフトするオールパス回
    路網を含み、それによって前記第２の信号が前記第３の信号に関して予め定めら
    れた位相シフトを有するようにしている第４の手段と、 前記第２の信号と第３の信号を合計する第５の手段を具備している広帯域幅の
    イメージ排除ミキサ。
13. 【請求項１３】 第１の周波数帯域の第１の信号を提供する第１の手段と、 前記第１の信号から同位相信号および直角位相信号を生成する第２の手段と、 第２の信号を与えるように前記同位相信号の位相をシフトする第１のオールパ
    ス回路網と、 第３の信号を与えるように前記直角位相信号の位相をシフトする第２のオール
    パス回路網を含み、それによって前記第２の信号が前記第３の信号に関して９０
    度の位相シフトを有するようにしている第２のオールパス回路網と、 前記第１のオールパス回路網と第２のオールパス回路網の出力を加算する合計
    装置とを具備し、 前記各オールパス回路網は、第１および第２の入力端子を有する差動増幅器を
    含んでおり、それら増幅器の前記第１および前記第２の端子はそれぞれ第１およ
    び第２の抵抗素子の第１の端部に接続されており、前記第１および第２の抵抗素
    子の第２の端部は前記回路網の共通の入力端子に接続されており、前記第１の入
    力端子は負の端子であり、前記回路網の出力端子に接続されており、前記第２の
    端子は正の端子であり、容量性素子を介して電源の接地電位に接続されている広
    帯域幅のイメージ排除ミキサ。
14. 【請求項１４】 第１の周波数帯域の第１の信号を受信し、 前記第１の受信された信号から同位相信号および直角位相信号を発生し、 オールパス回路網（ＡＰＮ）を使用して第２の信号を与えるように前記同位相
    信号の位相をシフトし、 オールパス回路網（ＡＰＮ）を使用して第３の信号を与えるように前記直角位
    相信号の位相をシフトし、それによって前記第２の信号が前記第３の信号に関し
    て予め定められた位相シフトを有するようにし、 前記第２の信号と第３の信号を合計するステップを含んでいる広帯域幅のイメ
    ージ排除を実行する方法。