JP2005287065A - ミリ波帯通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来のミリ波帯通信装置では、周波数成分の重なるUHF帯信号を広帯域変調器で送信することはできなかった。また、ミリ波帯を直接変調・復調することでは、スプリアス成分の少なくすることができず、また、情報成分に対する電力効率の高い通信ができなかった。
【解決手段】 本発明では、第1の変調信号波を、局部発振周波数fLo1を生成する第1の局部発振器と第1の周波数混合器により周波数変換し、該周波数変換された第1の変調信号波と第2の変調信号波と混合して第1の混合多重信号波を生成する手段と、局部発振周波数fLo2を生成する第2の局部発振器と第2の周波数混合器により、前記第1の混合多重信号波をミリ波帯へアップコンバートすることにより第1のミリ波帯多重信号波を生成する手段を有し、該第1のミリ波帯多重信号波を送信用アンテナ部から出力する手段とを有する送信器を有することを特徴とするミリ波帯通信装置を提供する。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明では、第1の変調信号波を、局部発振周波数fLo1を生成する第1の局部発振器と第1の周波数混合器により周波数変換し、該周波数変換された第1の変調信号波と第2の変調信号波と混合して第1の混合多重信号波を生成する手段と、局部発振周波数fLo2を生成する第2の局部発振器と第2の周波数混合器により、前記第1の混合多重信号波をミリ波帯へアップコンバートすることにより第1のミリ波帯多重信号波を生成する手段を有し、該第1のミリ波帯多重信号波を送信用アンテナ部から出力する手段とを有する送信器を有することを特徴とするミリ波帯通信装置を提供する。
【選択図】 図1
Description
本発明はミリ波帯通信装置に関する。
従来のミリ波帯領域の通信装置に関して、特許文献1に示されている。従来のミリ波帯無線通信装置の構成図を図9(a)に示し、図に基づいて説明する。従来の無線通信装置においては、送信側ではデータ信号が入力データ端子204により入力され、通信装置201aで、UHF帯の変調信号波を生成し、さらに広帯域変調器206aにおいて、UHF帯送信波からミリ波搬送波に変調し、該変調された信号をミリ波送信機207aによって空中線208aにより送出される。一方、受信側ではこの送出された信号203を受信空中線208bによりミリ波受信器207bにより受信し、次いで広帯域復調器206bによってダウンコンバートしてUHF帯信号へ復調し、その信号を従来の通信装置201bに入力し、ここでデータを再生して端子205に出力する構成である。
特許文献1の無線通信装置は、それ以前のUHF帯の無線装置を単純に周波数を上昇変換する方法が、新たに通信システムを開発することが必要であり、ミリ波帯局部発振器からのスプリアス成分の発生の恐れが有り、より周波数の高い周波数に容易に変換することが困難であったことにより、発明されたものであり、当該発明では、広帯域変調・復調器により、ミリ波帯局部発振器を用いるよりは、直接ミリ波搬送波を変復調することによって局部発振器からのスプリアス成分を除去しようとするものである。
特開平5−136715号公報
しかし、特許文献1に示すような従来例においては、ミリ波搬送波を、UHF帯以下の信号周波数成分fuで、ミリ波搬送波fcを直接変調するために、すくなくとも、ミリ波送信出力はキャリア(近傍)fc〜fc±fuの間に送信スペクトラムが存在する。ミリ波帯ではどのような変調器でも、ミリ波帯でのキャリア抑圧度は高々20dBであり、このまま送信してしまうと、キャリアの電力成分含み、送信すべく情報成分に対する電力効率が著しく低下し、無線伝送距離が短くなってしまうこと、かつ、ミリ波帯で直接変調・復調するために、スプリアス成分の少ないミリ波搬送波成分を必要とするという問題点がある。さらには、UHF帯の信号を多重化するためには、図9(b)に示すように、UHF帯出力を加算器211に加算して、後段の広帯域変調器206aに入力しミリ波送信器207aにて送信するために、周波数成分の重なる複数のUHF帯信号波は加算できないという問題点があった。
つまり、本発明は、特許文献1に示されている従来例のミリ波局部発振器によるアップコンバート方式によってミリ波信号を生成するよりも、ミリ波帯搬送波を直接変調することによって、低スプリアスのミリ波帯無線信号を直接生成しようとするものである。
本発明のミリ波帯通信装置では、第1の変調信号波を、局部発振周波数fLo1を生成する第1の局部発振器と第1の周波数混合器により周波数変換し、該周波数変換された第1の変調信号波と第2の変調信号波と混合して第1の混合多重信号波を生成する手段と、局部発振周波数fLo2を生成する第2の局部発振器と第2の周波数混合器により、前記第1の混合多重信号変調波をミリ波帯へアップコンバートすることにより第1のミリ波帯多重信号波を生成する手段を有し該第1のミリ波帯多重信号波を送信用アンテナ部から出力する手段とを有する送信器を有することを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、受信用アンテナ部にて、第1のミリ波帯多重信号波を受信する受信手段と、第1のミリ波帯多重信号波を局部発振周波数fLo3を生成する第3の局部発振器と第3の周波数混合器によりダウンコンバートし、該ダウンコンバートされた第2の混合多重信号波を分波して第2の変調信号波と周波数変換された第1の変調信号波を生成する手段と、前記周波数変換された第1の変調信号波を局部発振周波数fLo4を生成する第4の局部発振器と第4の周波数混合器で周波数変換することにより第1の変調信号波を生成する手段とを有する受信器を備えることを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記第1の変調信号波は、第3の変調信号波と第4の変調信号波とを混合した混合多重信号波であり、前記第3の変調信号波と前記第4の変調信号波とを合波して、前記第1の変調信号波を生成する手段を有する送信装置を備えたことを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記第1の変調信号波は、第3の変調信号波と第4の変調信号波とを混合した混合多重信号波であり、前記第1の変調信号波を分波して、前記第3の変調波と前記第4の変調信号波とを生成する手段を有する受信装置を備えたことを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記第1の混合多重信号波を生成する手段が、前記第1の変調信号波を、局部発振周波数fLo1を有した第1の周波数変換器によりアップコンバートし、ローパスフィルターまたはバンドパスフィルターでアップコンバートされた第1の変調信号波の下側帯波を選択して、前記選択された信号波と第2の変調信号波と混合する手段であることを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記第1の変調信号波、または第2の変調信号波または第3の変調信号波のいずれかの変調信号波が、当該変調信号波の一部またはすべてに、ユーザーの呼び出し符号や各個人の情報信号が加算多重化されて構成された変調信号波であることを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、局部発振周波数fLo1の信号をミリ波帯に周波数変換した信号波が含まれている前記ミリ波帯多重信号波を受信する受信装置であって、前記ダウンコンバートされた第2の混合多重信号波を分波することで、第2の変調信号波と周波数変換された第1の変調信号波と、さらに、fLo1の信号波を生成する手段と、前記生成したfLo1を用いて、位相同期ループにより局部発振周波数fLo1の発振信号を再生する第4の局部発振器とを有することを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記第1の周波数発振器からの第1の局部発振周波数fLo1の信号を第2の局部発振器へ注入し、前記注入した第1の局部発振周波数fLo1の信号を周波数逓倍または、注入同期を行うことによって第2の局部発振周波数fLo2を生成する第2の局部発振器であることを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記第3の周波数発振器からの第3の局部発振周波数fLo3の信号を第4の局部発振器へ注入し、前記注入した第3の局部発振周波数fLo1の信号を周波数逓倍または、注入同期を行うことによって第4の局部発振周波数fLo4を生成する第4の局部発振器であることを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記周波数逓倍または注入同期を行うのに、前記第2または第3の周波数混合器に高調波ミキサを用いることを特徴とする。
本発明のミリ波帯通信装置では、前記高調波ミキサとしてアンチパラレル型のダイオードミキサを用いたことを特徴とする。
(実施の形態1)
図1は、本発明のミリ波帯通信装置のブロック図である。本通信装置において、例えば、第1の変調信号波として地上波TV放送波(UHF帯)、第2の変調信号波として衛星TV放送波の中間周波数信号波を例にとり説明する。ここで、変調信号波は、CATV等の伝送波や、ビデオカメラ等の信号に変調をかけた変調波等のあらゆる変調信号波であってもよい。
図1は、本発明のミリ波帯通信装置のブロック図である。本通信装置において、例えば、第1の変調信号波として地上波TV放送波(UHF帯)、第2の変調信号波として衛星TV放送波の中間周波数信号波を例にとり説明する。ここで、変調信号波は、CATV等の伝送波や、ビデオカメラ等の信号に変調をかけた変調波等のあらゆる変調信号波であってもよい。
図1(a)に示す本発明のミリ波帯送信装置は、周波数配列部1、周波数アップコンバータ部2、送信アンテナ部3から構成される。周波数配列部1は第2の変調信号波入力端子21、第1の変調信号波信号入力端子4、第1の局部発振器5、第1の周波数混合器6、ローパスフィルタ、またはバンドパスフィルタ7、増幅器8、信号合成器9で構成される。周波数アップコンバータ部2は中間周波数帯増幅器10及び第2の局部発振器11、第2の周波数混合器12、バンドパスフィルタ13及び無線周波数帯増幅器14で構成される。
一方、図1(b)に示すミリ波帯受信装置は、受信アンテナ部31、周波数ダウンコンバータ部32、周波数逆配列部33で構成される。周波数ダウンコンバータ部32は、低雑音増幅器34、バンドパスフィルタ35、第3の局部発振器36、第3の周波数混合器37、中間周波数帯増幅器38で構成される。周波数逆配列部33は、信号分配器39、ローパス又はバンドパスフィルタ40、第4の局部発振器41、第4の周波数混合器42、増幅器(地上波放送用ブースタ)43、及び、第1の変調信号波出力端子(地上波放送用出力端子)44、増幅器(第1の衛星放送用ブースタ)50、第2の変調波出力端子51(第1の衛星放送波出力端子)で構成される。
次に、動作について説明する。地上波放送波が第1の変調信号波入力端子4、衛星放送波の中間周波数波が第2の変調信号波入力端子21に入力される。図2(a)に第1の変調波入力端子4と第2の変調波入力端子21からそれぞれの入力信号を重ねた状態の周波数配列で示す。
入力された地上波放送波信号は、第1の局部発振器5からの出力周波数fLo1により、第1の周波数混合器6で周波数変換され、ローパスフィルター又はバンドパスフィルタ7により周波数選択される。ここで第1の局部発振周波数fLo1は、衛星放送波の中間周波数の最大周波数fBSH及び、地上放送波周波数の最高周波数fUHFHを加算した周波数よりも高い周波数fLo1を用いる。つまり
fLo1>fBSH+fUHFH ・・・[1]
の関係が成立する周波数を用いる。このような関係を有した第1の局部発振器5からの局部発振周波数fLo1を用いることで、図2(b)に示すように、周波数変換された地上波放送波の下側帯波(LSB)は、衛星放送波高域側の隣接に配列される。このような周波数変換を行うために、本実施例では、周波数fLo1を準マイクロ波帯からマイクロ波帯に設定した。
fLo1>fBSH+fUHFH ・・・[1]
の関係が成立する周波数を用いる。このような関係を有した第1の局部発振器5からの局部発振周波数fLo1を用いることで、図2(b)に示すように、周波数変換された地上波放送波の下側帯波(LSB)は、衛星放送波高域側の隣接に配列される。このような周波数変換を行うために、本実施例では、周波数fLo1を準マイクロ波帯からマイクロ波帯に設定した。
ここで周波数変換された地上波放送波の上側帯波(USB)は、不要信号なためローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ7で濾波され、LSBの所望波のみを選択し、増幅器8でレベル調整され、信号合成器9で衛星放送波と合波される。合波された混合多重信号は、中間周波数帯増幅器10で信号レベル調整され、第2の周波数混合器12及び第2の局部発振器11からの局部発振信号fLo2によって、図2(c)に示すごとく、ミリ波帯へ周波数変換され、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ13で、所望するミリ波帯多重信号を選択し、無線周波数増幅器14で増幅されたのち、送信アンテナ部3によって、空中へ放射される。
放射されたミリ波帯多重無線信号は受信アンテナ部31で受信され、低雑音増幅器34へ導かれ、増幅される。増幅された信号波はバンドパスフィルタ35によって所望波のみを選択し、第3の周波数混合器37と第3の局部発振器36の局部発振信号波fLo3によって、中間周波数帯に周波数変換され、中間周波数帯増幅器38で一旦、増幅され信号分配器39へ導かれる。このときミリ波帯用の第3の局部発振器36の発振周波数fLo3は、送信側のミリ波帯用の第2の局部発振器11の局部発振周波数fLo2に等しい。つまり、
fLo2=fLo3 ・・・[2]
なる関係が成立する。
fLo2=fLo3 ・・・[2]
なる関係が成立する。
信号分配器39によって2分配され、一方の信号は(衛星放送用ブスータ)増幅器50で増幅・レベル調整され、衛星放送波用の第2の変調信号波出力端子51へ導かれる。一方、信号分配された他方の信号はローパスフィルター又はバンドパスフィルタ40で高域側の不要波を除去し、第4の局部発振器41と第4の周波数混合器42によって、地上波放送帯に周波数変換される。このとき、第4の局部発振器41の発振周波数fLo4はfLo1に等しい。つまり、
fLo1=fLo4 ・・・[3]
なる関係が成立する。このとき、fBSH及びfUHFが、UHF帯の信号であるとき、局部発振周波数はfLo1及びfLo4は式[1]の関係より、準マイクロ波帯からマイクロ波帯の信号となる。
fLo1=fLo4 ・・・[3]
なる関係が成立する。このとき、fBSH及びfUHFが、UHF帯の信号であるとき、局部発振周波数はfLo1及びfLo4は式[1]の関係より、準マイクロ波帯からマイクロ波帯の信号となる。
上記にて説明された発明により、以下の効果がもたらされる。とりわけ周波数の低いUHF帯の変調信号波を、一旦、(準)マイクロ波帯の第1の局部発振信号fLo1を用いて、周波数の高い周波数帯へ変換しているために、ミリ波帯へのアップ/ダウンコンバートする際、ローパスフィルタ又はバンドスフィルタ13、35の急峻性が緩やかになり、ミリ波帯である第2、第3の局部発振信号fLo2、fLo3やミリ波帯信号をアップ/ダウンコンバート時に生ずるイメージ信号を抑圧しやすくなり、低スプリアスで、送信効率の高いミリ波帯通信装置が可能となる。ここでいうミリ波帯通信装置は、本願発明の送信装置、受信装置を備えておればよく、例えばミリ波帯送信器、ミリ波帯受信器、ミリ波帯中継器を含むものである。
(実施の形態2)
図3は、第2の実施例を示すミリ波帯帯通信装置のブロック図である。図3(a)は第2の実施例のミリ波帯送信装置を示し、図3(b)には第2の実施例のミリ波帯受信装置を示す。ここでは、第1の実施例とは異なった部分を重点的に説明する。第1の実施例においては、使用する複数の変調波としては、例えば、第1の変調信号波として地上波TV放送波、第2の変調信号波として衛星TV放送波、を例にとり説明した。当該実施例においては、さらに、第3の変調信号波を取り扱い、第2の変調信号波を第1の衛星放送波の中間周波数信号波とし、第3の変調信号波を第2の衛星放送波の中間周波数信号波とし、第1の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域と第2の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域は、一部重なりあっていても重なりあっていなくてもよい。本実施例では、第1の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域と第2の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域は、一部重なりあっている場合を例にとり、図4(a)に第1の変調波入力端子4と第2の変調波入力端子21、第3の変調波入力端子22からそれぞれの入力信号を重ねた状態の周波数配列を示す。
図3は、第2の実施例を示すミリ波帯帯通信装置のブロック図である。図3(a)は第2の実施例のミリ波帯送信装置を示し、図3(b)には第2の実施例のミリ波帯受信装置を示す。ここでは、第1の実施例とは異なった部分を重点的に説明する。第1の実施例においては、使用する複数の変調波としては、例えば、第1の変調信号波として地上波TV放送波、第2の変調信号波として衛星TV放送波、を例にとり説明した。当該実施例においては、さらに、第3の変調信号波を取り扱い、第2の変調信号波を第1の衛星放送波の中間周波数信号波とし、第3の変調信号波を第2の衛星放送波の中間周波数信号波とし、第1の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域と第2の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域は、一部重なりあっていても重なりあっていなくてもよい。本実施例では、第1の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域と第2の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯域は、一部重なりあっている場合を例にとり、図4(a)に第1の変調波入力端子4と第2の変調波入力端子21、第3の変調波入力端子22からそれぞれの入力信号を重ねた状態の周波数配列を示す。
第2の変調波入力端子21には、第1の衛星放送波中間周波数信号波が入力される。一方、第1の変調波入力端子4には地上波TV放送波を入力し、第3の変調波入力端子22には第2の衛星放送波の中間周波数が入力され、信号合成器23で合成される。地上TV放送波信号と第2の衛星放送波中間周波数信号波の周波数帯が互いに独立していること、かつ、地上放送波信号周波数帯よりも、第2の衛星放送波の中間周波数信号帯の方が周波数が高いために、図4(b)に示すように、周波数軸上に配列される。つまり、第1の衛星放送波、地上放送波、第2の衛星放送波の順に周波数配列される。
第1の局部発振器5からの出力周波数fLo1を用いて、第1の周波数混合器6により周波数変換され、ローパス又はバンドパスフィルタ7により周波数選択される。ここで第1の局部発振周波数fLo1は、第1の衛星放送波の中間周波数の最大周波数fBSH1及び、第2の衛星放送波の中間周波数の最大周波数fCSH1の最高周波数を加算した周波数よりも高い周波数fLo1を用いる。つまり
fLo1>fBSH1+fCSH1 ・・・[4−A]
の関係が成立する周波数をfLo1として用いる。但し、このとき、第1の変調信号の最高周波数(fUHF1)よりも、第3の変調信号の最高周波数(fBSH1)が高い場合(fUHF1<fBSH1)である。これが、逆の関係で、fUHF1>fBSH1の場合は、
fLo1>fUHF1+fCSH1 ・・・[4−B]
となる。このような関係を有した第1の局部発振器5からの周波数fLo1を用いることで、図4(b)に示すように、第1の周波数混合器6により周波数変換された“地上波放送波と第2の衛星放送波“の下側帯波(LSB)は、第1の衛星放送波の高域側の隣接に配列される。ここで周波数変換された”地上波放送波と第2の衛星放送波“の上側帯波(USB)は、不要信号なためローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ7で濾波され、LSBの所望波のみを選択し、増幅器8でレベル調整され、信号合成器9で第1の衛星放送波と合波される。当該合波された混合多重信号は、中間周波数帯増幅器10で信号レベル調整され、第2の周波数混合器12及び第2の局部発振器11からの局部発振信号fLo2によって、図4(c)に示すごとく、ミリ波帯へ周波数変換され、バンドパスフィルタ13で、所望するミリ波帯多重信号のみを選択し、無線周波数帯増幅器14で増幅されたのち、送信アンテナ部3によって、空中へ放射される。
fLo1>fBSH1+fCSH1 ・・・[4−A]
の関係が成立する周波数をfLo1として用いる。但し、このとき、第1の変調信号の最高周波数(fUHF1)よりも、第3の変調信号の最高周波数(fBSH1)が高い場合(fUHF1<fBSH1)である。これが、逆の関係で、fUHF1>fBSH1の場合は、
fLo1>fUHF1+fCSH1 ・・・[4−B]
となる。このような関係を有した第1の局部発振器5からの周波数fLo1を用いることで、図4(b)に示すように、第1の周波数混合器6により周波数変換された“地上波放送波と第2の衛星放送波“の下側帯波(LSB)は、第1の衛星放送波の高域側の隣接に配列される。ここで周波数変換された”地上波放送波と第2の衛星放送波“の上側帯波(USB)は、不要信号なためローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ7で濾波され、LSBの所望波のみを選択し、増幅器8でレベル調整され、信号合成器9で第1の衛星放送波と合波される。当該合波された混合多重信号は、中間周波数帯増幅器10で信号レベル調整され、第2の周波数混合器12及び第2の局部発振器11からの局部発振信号fLo2によって、図4(c)に示すごとく、ミリ波帯へ周波数変換され、バンドパスフィルタ13で、所望するミリ波帯多重信号のみを選択し、無線周波数帯増幅器14で増幅されたのち、送信アンテナ部3によって、空中へ放射される。
放射されたミリ波帯多重信号は受信アンテナ部31で受信され、低雑音増幅器34へ導かれ、増幅される。増幅された信号波はバンドパスフィルタ35によって所望波のみを選択し、第3の周波数混合器37と第3の局部発振器36によって、中間周波数帯に周波数変換され、中間周波数帯アンプ38で一旦、増幅され信号分配器39へ導かれる。このとき第3の局部発振器36の発振周波数fLo3は、送信側の第2の局部発振器11の局部発振周波数fLo2に等しい。つまり、
fLo2=fLo3 ・・・[2]
なる関係が成立する。
fLo2=fLo3 ・・・[2]
なる関係が成立する。
信号分配器39によって2分配され、一方の信号は(第1の衛星放送用ブスータ)増幅器50で増幅・レベル調整され第2の変調波出力端子51へ導かれる。
一方、信号分配された他方の信号はローパスバンドパスフィルタ40で高域側の不要波を除去し、第4の局部発振器41と第4の周波数混合器42によって、第2の衛星放送波の中間周波数信号波と地上TV波放送信号波に周波数変換される。このとき、第4の局部発振器41の発振周波数fLo4は第1の局部発振周波数fLo1に等しい。つまり
fLo1=fLo4 ・・・[3]
なる関係が成立する。このようにして周波数変換された第2の衛星放送波と地上波TV放送波は、信号分波器52によって、上記2つの放送波は分波され、地上波TV放送波は第1の変調波出力端子44より出力され、第2の衛星放送波は、第3の変調波出力端子53より出力される。
一方、信号分配された他方の信号はローパスバンドパスフィルタ40で高域側の不要波を除去し、第4の局部発振器41と第4の周波数混合器42によって、第2の衛星放送波の中間周波数信号波と地上TV波放送信号波に周波数変換される。このとき、第4の局部発振器41の発振周波数fLo4は第1の局部発振周波数fLo1に等しい。つまり
fLo1=fLo4 ・・・[3]
なる関係が成立する。このようにして周波数変換された第2の衛星放送波と地上波TV放送波は、信号分波器52によって、上記2つの放送波は分波され、地上波TV放送波は第1の変調波出力端子44より出力され、第2の衛星放送波は、第3の変調波出力端子53より出力される。
当該実施例では、第1の変調信号波として地上波TV信号波、第2の変調信号波として第1の衛星放送波信号の中間周波数信号波、第3の変調信号波として第2の衛星放送波の中間周波数信号波として説明したが、該第1の変調信号波、又は、第2の変調信号波又は第3の変調信号波のいずれかの変調信号波の一部またはすべてが、ユーザのもつデータ信号やビデオカメラ等からの映像信号を変調した信号波、又は、ユーザの呼び出し符号を変調した変調信号波であってもよい。
さらに、ユーザ・個人のもつデータ信号/ビデオカメラ等からの映像信号や、呼び出し符号等の複数の個人情報信号波を加算・多重化することによって構成された変調信号波であってもよい。前記のように、第1または第2の変調信号波の一部に呼び出し符号を加算した変調波である場合は、ミリ波帯受信装置で、第1又は第2の変調信号波を再生した後、当該呼び出し符号を復調し、当該呼び出し符号を用いて、伝送した情報を得るための信号処理部を駆動させるような構成にすることによって、各ユーザ個人情報等も、秘話製性をもって伝送可能となる。
また、本実施例で説明したように、2つ以上のUHF帯変調波信号が、(準)マイクロ波帯の局部発振信号fLo1を用いて別のUHF周波数帯へ変換されており、入力する放送波の周波数が重なっていても、周波数軸上に配列が可能であり、この配列した信号を広帯域性を有するミリ波帯で、一度に伝送することが可能となる。これは従来例では、加算器を用いていた手段とは異なり、当該発明では、乗算器(周波数変換器)をもちいるため、周波数が重なっていても、周波数軸上に多重化することが可能となる。
さらに、2つ以上のUHF帯変調波信号は、(準)マイクロ波帯の局部発振信号fLo1を用いて、UHF帯周波数帯の高域側又はマイクロ波帯へ変換し、変換された下側波(LSB)を採用することにより、(準)マイクロ波帯の局部発振信号fLo1、fLo4を高くすることができ、これは、ミリ波帯へアップ/ダウンコンバートした際、ミリ波帯局部発振信号fLo2、fLo3から、周波数軸上でより離れた位置にスプリアス信号として出現するために、ローパスフィルター又はバンドパスフィルタ13、40で容易に抑圧することが可能となること、さらに、UHF帯領域では広帯域で急峻度の高いバンドパスフィルタを実現することは部品点数多くなり大型化してしまうために、このようなフィルタを用いること無く、効率よく多重化できるというメリットがある。
(実施の形態3)
第1及び2の実施例において、ミリ波帯通信装置においては、第1の局部発振器5及び第4の局部発振器41、さらに第2の局部発振器11や、第3の局部発振器36の発振周波数の安定精度が低いと、受信装置の出力端子44、51、53から取り出された第1、第2、第3の変調波信号は、チューナ及び復調器で復調できなくなる。本実施例においては、前記第1、第2及び第3の変調信号波の周波数安定確度を高精度で取り出す手法である。
第1及び2の実施例において、ミリ波帯通信装置においては、第1の局部発振器5及び第4の局部発振器41、さらに第2の局部発振器11や、第3の局部発振器36の発振周波数の安定精度が低いと、受信装置の出力端子44、51、53から取り出された第1、第2、第3の変調波信号は、チューナ及び復調器で復調できなくなる。本実施例においては、前記第1、第2及び第3の変調信号波の周波数安定確度を高精度で取り出す手法である。
図5に、本発明のミリ波帯通信装置のブロック図を示す。第2の実施例で示した構成を例として説明する。また、図6(a)に、実施例2と同様の信号を入力し、それぞれの入力信号を重ねた状態の周波数配列を示す。
当該実施例においては、第1の局部発振器5は、高い周波数精度を有する水晶発振器やルビジュウム発振器を基準信号源24とした位相同期発振器から構成する。基準信号源24から注入された信号は位相比較器25により、電圧制御発振器(VCO)27の信号からの第2の周波数分周器28により分周された信号と、周波数及び位相比較される。これにより、周波数及び位相に関しての誤差信号がループフィルタ26に入力され、フィルターによって濾波された信号がVCO27に入力され、VCO27を駆動する。VCO27は、第1の局部発振信号fLo1を生成し、局部発振信号を発振する。
第1の局部発振器5からの発振周波数fLo1により第1の周波数混合器6を駆動させ、第1の変調信号波(地上波TV放送波)と第3の変調信号波(第2の衛星放送波の中間周波数信号波)とで合波された混合多重信号波を周波数変換し、ローパス及びバンドパスフィルタ7で、第1の局部発振周波数fLo1の一部の電力を残し、第2の変調信号波入力端子21からの第1の衛星放送波と信号合成器9で合成し、第2の周波数混合器でミリ波帯へアップコンバートし、送信アンテナ部3からミリ波帯多重信号を無線伝送する方式である。このように、第1の局部発振周波数fLo1の電力を残すことによって、ミリ波帯多重信号に周波数fLo1の信号をアップコンバートした成分が含まれることになる。
図6(b)に、第1の周波数混合器6により周波数変換された“地上波放送波と第2の衛星放送波“の下側帯波(LSB)は、第1の衛星放送波の高域側の隣接に配列され、かつ、その高域側に第1の局部周波数fLo1が配置されていることが示されている。また、図6(c)には、ミリ波帯へアップコンバートされ、バンドパスフィルターで濾波された後のミリ波帯多重信号の様子が示されている。
一方、放射されたミリ波帯多重信号は受信アンテナ部31で受信され、低雑音増幅器34へ導かれ、増幅される。増幅された信号波はバンドパスフィルタ35によって所望波のみを選択し、第3の周波数混合器37と第3の局部発振器36によって、中間周波数帯に周波数変換され、中間周波数帯増幅器38で一旦、増幅され信号分配器39へ導かれる。このとき、第3の局部発振器36の局部発振周波数fLo3は、送信側の第2の局部発振器11の局部発振周波数fLo2に等しい。つまり、
fLo2=fLo3
なる関係が成立する。
fLo2=fLo3
なる関係が成立する。
つぎに、信号分配器34によって3分配され、分配された1つの信号は(第1の衛星放送用ブスータ)増幅器50で増幅・レベル調整され第2の変調波出力端子51へ導かれる。一方、信号分配された信号は、ローパスフィルタまたはバンドパスフィルタ40で高域側の不要波を除去し、第4の局部発振器41と第4の周波数混合器42によって、第3の変調波信号(第2の衛星放送波の中間周波数)帯、及び第1の変調波信号波(地上波放送波)帯に、周波数変換される。
一方、信号分配された信号は、バンドパスフィルタ54で、fLo1信号成分のみを濾波され、増幅器55でレベル調整され、第1の周波数分周器56に入力される。周波数分周された信号は位相比較器57により、電圧制御発振器(VCO)58の信号からの第2の周波数分周器59により分周された信号と、周波数及び位相比較される。これにより、周波数及び位相に関しての誤差信号がループフィルタ60に入力され、低周波波成分のみがとりだされVCO58に入力され、VCO58を駆動する。VCO58は、送信側の第1の局部発振器fLo1と周波数・位相が同期するように、第4の局部発振信号がfLo4が生成され、周波数逆配列のための第4の周波数混合器42の局部発振信号となる。
このとき、第4の局部発振器41の発振周波数fLo4は、第1の局部発振周波数fLo1に等しい。つまり
fLo1=fLo4
なる関係が成立する。このようにして第4の周波数混合器によって変換にされた信号波は、分波器52によって分波され、地上波TV放送波は第1の変調信号波出力端子44より出力され、第2の衛星放送波は第3の変調波出力端子53より出力される。
fLo1=fLo4
なる関係が成立する。このようにして第4の周波数混合器によって変換にされた信号波は、分波器52によって分波され、地上波TV放送波は第1の変調信号波出力端子44より出力され、第2の衛星放送波は第3の変調波出力端子53より出力される。
当該方式おいては、ミリ波帯通信装置、及びミリ波帯受信装置中のミリ波アップ/ダウンコンバータに用いている第2の局部発振器11及び第3の局部発振器36の周波数安定度が多少悪くても受信装置の第1の変調波出力端子44及び第3の変調波出力端子53から、出力される地上波TV信号や第2の衛星放送波の中間周波数信号波は、ミリ波帯通信装置の第1の変調波信号入力端子4及び第3の変調波信号入力端子22へ入力された地上波TV放送波や第2の衛星放送波の中間周波数と、ほぼ同等の周波数安定確度でとりだすことができるため、とくに高い周波数安定度の必要な変調信号波、例えば、地上波TV放送波においては、安定したミリ波帯無線伝送が可能となる。
本実施例では、ミリ波帯通信装置は、前記UHF帯信号を効率よく多重化及び解重する(UHF帯変調信号を取り出す)と共に、ミリ波帯の局部発振信号も同時に周波数安定性を向上させているので、安定したミリ波帯無線伝送が可能となる。
(実施の形態4)
前記方式においては、第2の変調波信号波、つまり第1の衛星放送波信号においては、第2の局部発振器11、第3の局部発振器36の周波数安定度にともなう周波数偏差が生じるため、高い周波数精度でとりだすことができないが、通常、衛星放送波においては、周波数偏差±3MHz程度は、チューナ・復調器で周波数偏差を補償することができる。
前記方式においては、第2の変調波信号波、つまり第1の衛星放送波信号においては、第2の局部発振器11、第3の局部発振器36の周波数安定度にともなう周波数偏差が生じるため、高い周波数精度でとりだすことができないが、通常、衛星放送波においては、周波数偏差±3MHz程度は、チューナ・復調器で周波数偏差を補償することができる。
しかしながら、第2の変調波信号として、高い周波数精度を必要とするような変調信号波を用いた場合には、前記方式は適当ではない。以下に説明する図7に示すような構成とすることで、第2の変調波信号も含め、すべての変調波信号の受信出力において高い周波数精度で取り出すことが可能である。
当該方式においては、送信装置、及びミリ波帯受信装置中の第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37に用いている第2の局部発振器11及び第3の局部発振器36に周波数逓倍器また注入同期発振器を用いる。実施例3と同様に送信装置(中継装置)中の第1の局部発振器5に位相同期発振器、及び、受信側の第4の局部発振器に前記実施例で示したような送信側の局部発振周波数fLo1を用いて、再生型の位相同期発振器を第4の局部発振器41とする。さらに、ミリ波帯送信装置側の第2の局部発振器11とミリ波帯受信装置側の第3の局部発振器36を、夫々逓倍型又は注入同期型の局部発振器として構成する。このように構成することによって、第1及び第4の局部発振信号周波数fLo1、fLo4を信号分配器70、71を用いて夫々2分配し、第2及び第3の局部発振器へ夫々注入することによって、当該注入信号が逓倍又は注入同期源となり第2及び第3の局部発振器は、第1及び第4の局部発振器とほぼ同レベルの安定度を有した信号を発振することが可能であり、ミリ波帯通信で安定した伝送が可能となる。
好ましくは、第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37にn次(n:整数)高調波ミキサ、あるいは逓倍機能を有する周波数ミキサを周波数変換器として用いることによって、第2及び第3の局部発振器11、36の発振周波数fLo2及びfLo3は、直接ミリ波帯の局部発振信号を発振する必要はなく、発振周波数は1/nとなる。これは、第2及び第3の局部発振器11、36に用いられている逓倍器の逓倍次数p(p:整数)や注入同期発振器の注入するサブハーモニック次数m(m:整数)又出力信号のハーモニックの次数k(k:整数)を小さくすることが可能となる。これは第2及び第3の局部発振器11及び36と、第2及び第3の周波数混合器12、37との接続部分の周波数が低くなり、接続容易になるというメリットがある。さらに好ましくは、高調波ミキサとしてアンチパラレル型のダイオード型の周波数混合器を、第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37に用いることによって、前述のメリットがあるのみならず、第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37から漏れる局部発振号fLo2、fLo3の高調波スプリアス成分を抑圧できるというメリットがある。
さらに第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37に高調波ミキサを周波数変換器として用いることによって、第2の局部発振器11及び第3の局部発振器37の発振周波数fLo2及びfLo3は、直接ミリ波帯の局部発振信号を発振させて周波数変換する必要がなく、逓倍器の逓倍次数や又は注入同期発振器の注入するサブハーモニック次数又は出力信号のハーモニックの次数を小さくでき、第2の局部発振器11及び第3の局部発振器37と、アップコンバータ及びダウンコンバータ用の第2の周波数混合器11、第3の周波数混合器37との接続が容易になるというメリットがある。これは従来例で述べたような直接変調方式で、スプリアス成分の小さいミリ波搬送波を生成し、これを用いて直接変調する方法とは全く異なるものである。
(実施の形態5)
前記方式においては、ミリ波帯送信装置中の第1の局部発振器5からの信号fLo1を一部残して、送信信号として、受信装置中の第4の局部発振器を局部発振信号波fLo1の再生型の発振器の構成とした。当該方式では、ミリ波送信装置中に、前記fLo1信号を入れておく必要が有り、定められた送信出力のもとでは、送信信号電力成分を考えてみると、必要なデータや映像情報信号等の伝送情報の電力が低下してしまい、無線伝送距離が短くなる問題もある。本実施例では、図8に示すように、図2及び図3のごとく第1の局部発振信号波fLo1をローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ7で除去する構成とし、さらにミリ波帯受信装置の第4の局部発振器41には、水晶発振器やルビジュウム発振器を基準信号源61を具備した位相同期発振器の構成とする。さらに、ミリ波帯送信装置側の第2の局部発振器11と受信装置側の第3の局部発振器36を、夫々逓倍型又は注入同期型の局部発振器として構成する。このように構成することによって、第1及び第4の局部発振信号周波数fLo1、fLo4を信号分配器70、71を用いて夫々2分配し、第2及び第3の局部発振器へ夫々注入することによって、当該注入信号が逓倍又は注入同期源となり第2及び第3の局部発振器は、第1及び第4の局部発振器とほぼ同レベルの安定度を有した信号を発振することが可能であり、当該無線通信で安定した伝送が可能となる。
前記方式においては、ミリ波帯送信装置中の第1の局部発振器5からの信号fLo1を一部残して、送信信号として、受信装置中の第4の局部発振器を局部発振信号波fLo1の再生型の発振器の構成とした。当該方式では、ミリ波送信装置中に、前記fLo1信号を入れておく必要が有り、定められた送信出力のもとでは、送信信号電力成分を考えてみると、必要なデータや映像情報信号等の伝送情報の電力が低下してしまい、無線伝送距離が短くなる問題もある。本実施例では、図8に示すように、図2及び図3のごとく第1の局部発振信号波fLo1をローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ7で除去する構成とし、さらにミリ波帯受信装置の第4の局部発振器41には、水晶発振器やルビジュウム発振器を基準信号源61を具備した位相同期発振器の構成とする。さらに、ミリ波帯送信装置側の第2の局部発振器11と受信装置側の第3の局部発振器36を、夫々逓倍型又は注入同期型の局部発振器として構成する。このように構成することによって、第1及び第4の局部発振信号周波数fLo1、fLo4を信号分配器70、71を用いて夫々2分配し、第2及び第3の局部発振器へ夫々注入することによって、当該注入信号が逓倍又は注入同期源となり第2及び第3の局部発振器は、第1及び第4の局部発振器とほぼ同レベルの安定度を有した信号を発振することが可能であり、当該無線通信で安定した伝送が可能となる。
好ましくは、前記実施例と同様に、第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37にn次(n:整数)高調波ミキサ、あるいは逓倍機能を有する周波数ミキサを周波数変換器として用いることによって、第2及び第3の局部発振器11、36の発振周波数fLo2、fLo3は、直接ミリ波帯の局部発振信号を発振する必要はなく、発振周波数は1/nとなる。これは、第2及び第3の局部発振器11、36に用いられている逓倍器の逓倍次数p(p:整数)や注入同期発振器の注入するサブハーモニック次数m(m:整数)又出力信号のハーモニックの次数k(k:整数)を小さくすることが可能となる。これは第2及び第3の局部発振器11及び36と、第2及び第3の周波数混合器12、37との接続部分の周波数が低くなり、接続容易になるというメリットがある。さらに好ましくは、高調波ミキサとしてアンチパラレル型のダイオード型の周波数混合器を、第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37に用いることによって、前記のメリットがあるのみならず、第2の周波数混合器12や第3の周波数混合器37から漏れる局部発振信号fLo2、fLo3の高調波スプリアス成分を抑圧できるというメリットがある。
本発明のミリ波帯通信装置によると、一度、周波数配列を行ってからミリ波へアップコンバートするので、ミリ波帯へのアップコンバート後のバンドパスフィルターの急峻性が緩やかものを使用でき、また、低スプリアスで、送信効率の高いミリ波帯通信装置を提供することができる。本発明では、ミリ波帯搬送波を直接変調する構成を採用していないので、スプリアス成分が小さく、純度が高く、かつ、送受信間で同期したミリ波搬送波を用いる必要がなく、送受信装置においてミリ波帯へのアップ・ダウンコンバータする機能だけでよく、送受信装置が簡単・小型になる。さらに、前記直接変調する構成を有するものと比較し、帯域が数GHz以上のより広帯域信号が扱え、複数の変調信号波の多重・解重も可能となる。
また、本発明のミリ波帯通信装置によれば、周波数軸上で重なりのあるような複数の入力信号波でも、効率よく多重化、混合化して送信することができる。
さらに本発明のミリ波帯通信装置は、ミリ波帯通信装置に用いる局部発振信号の周波数安定性させることができ、安定したミリ波帯無線伝送が可能となる。
また、本発明のミリ波帯通信装置において、アップ/ダウンコンバート部の周波数混合器を高周波ミキサ、特に、アンチパラレル型ダイオードミキサとすることによって、周波数混合器との接続を行い易くし、かつ、局部発振器からの高調波スプリアス成分を抑制できるので、安定したミリ波帯通信を行うことができ、さらに、使用する局部発振器は、ミリ波送信周波数の1/2以下の周波数でよいため、周波数安定度の高く、且つ、安価な局部発振器を用いることができる。
1 周波数配列部、2 周波数アップコンバータ部、3 送信アンテナ部、4 第1の変調波信号入力端子、5 第1の局部発振器、6 第1の周波数混合器、7 ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ、8 増幅器、9 信号合成器、10 中間周波数帯増幅器、11 第2の局部発振器、12 第2の周波数混合器、13 バンドパスフィルタ、14 無線周波数帯増幅器、21 第2の変調波信号入力端子、22 第3の変調波入力端子、23 信号合成器、24 基準信号源、25 位相比較器、26 ループフィルタ、27 電圧制御発振器、28 分周器、31 受信アンテナ部、32 周波数ダウンコンバータ部、33 周波数逆配列部、34 低雑音増幅器、35 バンドパスフィルタ、36 第3の局部発振器、37 第3の周波数混合器、38 中間周波数帯増幅器、39 信号分配器、40 バンドパスフィルタ、41 第4の局部発振器、42 第4の周波数混合器、43 増幅器(地上波放送用ブースタ)、44 第1の変調波出力端子(地上波放送用出力端子)、50 増幅器(第1の衛星放送用ブースタ)、51 第2の変調波出力端子(第1の衛星放送出力端子)、52 信号分配器、53 第3の変調波出力端子、54 バンドパスフィルタ、55 増幅器、56 第1の周波数分周器、57 位相比較器、58 電圧制御発振器(VCO)、59 第2の周波数分周器、60 ループフィルタ、61 基準信号源、70,71 信号分配器。
Claims (7)
- UHF帯の第1の変調信号波を、局部発振周波数fLo1を生成する第1の局部発振器と第1の周波数混合器とにより中間周波数帯に周波数変換し、該周波数変換された中間周波数帯の第1の変調信号波と、中間周波数帯の第2の変調信号波とを混合して第1の混合多重信号波を生成する手段と、
局部発振周波数fLo2を生成する第2の局部発振器と第2の周波数混合器とにより、前記第1の混合多重信号波をミリ波帯へアップコンバートすることにより第1のミリ波帯多重信号波を生成する手段と、
該第1のミリ波帯多重信号波を送信用アンテナ部から出力する手段とを有する送信器を備え、
前記第1の変調信号波または第2の変調信号波のいずれかの変調信号波が、当該変調信号波の一部またはすべてに、ユーザーの呼び出し符号や各個人の情報信号が加算多重化されて構成された変調信号波であることを特徴とするミリ波帯通信装置。 - 前記UHF帯の第1の変調信号波を、前記第1の周波数混合器による周波数変換の前に、中間周波数帯の第3の変調信号波と合波する手段を有する送信装置を備えたことを特徴とする請求項1に記載のミリ波帯通信装置。
- 前記第3の変調信号波が、当該変調信号波の一部またはすべてに、ユーザーの呼び出し符号や各個人の情報信号が加算多重化されて構成された変調信号波であることを特徴とする請求項2に記載のミリ波帯通信装置。
- 前記第1の混合多重信号波を生成する手段が、前記第1の変調信号波を、局部発振周波数fLo1を有した第1の周波数変換器によりアップコンバートし、フィルタでアップコンバートされた第1の変調信号波の下側帯波を選択して、前記選択された信号波と第2の変調信号波とを混合する手段であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のミリ波帯通信装置。
- 受信用アンテナ部にて、第1のミリ波帯多重信号波を受信する受信手段と、
第1のミリ波帯多重信号波を、局部発振周波数fLo3を生成する第3の局部発振器と第3の周波数混合器とにより中間周波数帯にダウンコンバートし、該ダウンコンバートされた第2の混合多重信号波を分波して中間周波数帯の第2の変調信号波と、中間周波数帯に周波数変換された第1の変調信号波とを生成する手段と、
前記中間周波数帯に周波数変換された第1の変調信号波を局部発振周波数fLo4を成する第4の局部発振器と第4の周波数混合器とで周波数変換することによりUHF帯の第1の変調信号波を生成する手段とを有する受信器を備え、
前記第1の変調信号波または第2の変調信号波のいずれかの変調信号波が、当該変調信号波の一部またはすべてに、ユーザーの呼び出し符号や各個人の情報信号が加算多重化されて構成された変調信号波であることを特徴とするミリ波帯通信装置。 - 前記第1の変調信号波には第3の変調信号波が多重されており、前記第4の周波数混合器による周波数変換の後に、前記UHF帯の第1の変調信号波に多重されている中間周波数帯の第3の変調信号波を分波する手段を有する受信装置を備えたことを特徴とする請求項5に記載のミリ波帯通信装置。
- 前記第3の変調信号波が、当該変調信号波の一部またはすべてに、ユーザーの呼び出し符号や各個人の情報信号が加算多重化されて構成された変調信号波であることを特徴とする請求項6に記載のミリ波帯通信装置。
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