JP2006203677A - 歪キャンセル機能を有する広帯域周波数変換回路 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域の周波数変換を行なう場合であっても、２次歪を確実に除去できる２次歪キャンセル機能を備えた周波数変換回路を提供する。
【解決手段】Ｆ１、Ｆ２の高周波入力信号をミキサー１３と２次歪打消信号生成回路２０に分配する。ミキサー１３は、Ｆ１、Ｆ２の信号を中間周波信号に変換する際、「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分を発生する。２次歪打消信号生成回路２０は、Ｆ１、Ｆ２の信号が入力されると、歪発生回路２１により「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分を発生し、フィルタ２２を介して取り出し、位相調整回路２３、振幅調整回路２４により、ミキサー１３から出力される２次歪成分と逆位相で同振幅となるように調整する。上記２次歪打消信号生成回路２０から出力される２次歪打消信号と、ミキサー１３の出力信号とを合成器１５で合成し、ミキサー１３の出力信号に含まれる「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分を打ち消す。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＢＳ（Broadcasting Satellite）放送、ＣＳ（Communication Satellite）放送等による衛星放送波を受信し、ミリ波により前記の広帯域な信号を一括して周波数変換して伝送する用途において、周波数変換時に伝送帯域内に発生する歪をキャンセルする機能を備えた広帯域周波数変換回路に関する。

従来、例えばＢＳ放送やＣＳ放送等の衛星放送を受信するテレビ共同受信システムは、マンション等の共同住宅の屋上に受信アンテナを設置し、このアンテナにより受信した衛星放送を周波数変換回路（コンバータ）により中間周波信号に変換した後、共同住宅内に敷設した同軸ケーブル及び複数の分配器等を介してテレビ共同受信システムの加入者宅に分配している（例えば、特許文献１参照。）。広帯域な伝送信号、例えば１０３２ＭＨｚから２５９０ＭＨｚの帯域を有するＢＳ放送及びＣＳ放送の中間周波信号を同軸ケーブル等の有線による媒体を用いずに無線で伝送する技術としては、伝送信号をミリ波帯に周波数変換（アップコンバート）してミリ波で伝送し、受信側で元の中間周波帯周波数に周波数変換（ダウンコンバート）して伝送するミリ波帯の無線映像伝送システムが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

上記の目的に使用されるの従来の周波数変換回路は、基本的には図４に示すようにミキサー１及びローカル発振器２からなり、周波数変換回路に入力された信号（Ｆ１〜Ｆ２）をミキサー１により、ローカル発振器２のローカル信号Ｌoとの和あるいは差の周波数、例えば差の周波数（Ｆ１−Ｌo）〜（Ｆ２−Ｌo）成分を発生させ、フィルタにより所望成分を抽出し周波数変換信号出力として出力するものである。
特開２００２−８４２０４号公報 特開２００１−５３６４０号公報

上記従来の周波数変換回路において、図５（ａ）に示すように伝送帯域３内における２つの放送波のキャリア信号Ｆ１、Ｆ２をローカル発振器２から出力されるローカル信号Ｌoによって周波数変換し、差の周波数を取り出すものとすると、図５（ｂ）に示すように「Ｆ１−Ｌo」、「Ｆ２−Ｌo」の信号が出力される。このとき出力信号の伝送帯域３ａ内に２次歪成分「Ｆ２−Ｆ１」が妨害波として出力される。図５（ｂ）における妨害波発生帯域４は、上記「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分が発生する帯域を示している。

今、例えばＦ１の周波数を６１．０３２ＧＨｚ、Ｆ２の周波数を６２．５９ＧＨｚ、ローカル信号Ｌoの周波数を６０ＧＨｚとした場合、出力信号の「Ｆ１−Ｌo」が１０３２ＭＨｚ、「Ｆ２−Ｌo」が２５９０ＭＨｚ、「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分が１５５８ＭＨｚとなる。この結果、出力信号の伝送帯域３ａ内のほぼ中央部分に１５５８ＭＨｚの２次歪成分が妨害波として発生する。

妨害波が発生する原因は、周波数変換回路のミキサー１において、入力信号とローカル信号Ｌoとの和又は差をとって周波数変換する際に非直線性によって２次歪成分が発生するためであり、周波数変換効率を上げれば妨害波も大きくなり、広帯域に周波数変換を行なうことができなくなる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、広帯域の周波数変換を行なう場合であっても、２次歪を確実に抑制できる２次歪キャンセル機能を備えた広帯域周波数変換回路を提供することを目的とする。

本発明に係る広帯域周波数変換回路は、入力された高周波信号を第１の回路と第２の回路に分配する分配手段と、前記第１の回路の信号と前記第２の回路の信号を合成する合成手段とからなる周波数変換回路において、
前記第１の回路は入力された高周波信号とローカル信号を混合し周波数変換するミキサーを有し、前記第２の回路は入力された高周波信号から歪を発生させる歪発生回路と、歪発生回路で発生した歪成分を抽出するフィルタと、前記フィルタから抽出された歪成分の位相及び振幅を調整する位相及び振幅調整回路を有し、前記合成手段は周波数変換後の高周波信号に含まれる前記第１の回路の歪成分と前記第２の回路で生成された歪成分を合成して歪成分を打消すことを特徴とする。

尚、前記第２の回路の歪発生回路は、前記第１の回路のミキサーと略等しい回路構成を用いることで周波数変換後の高周波信号に含まれる前記第１の回路の歪成分と相似の歪成分を容易に生成することができる。

本発明によれば、第２の回路の歪発生回路で２次歪成分を発生させ、この２次歪成分の位相及び振幅を調整して第１の回路のミキサーの出力信号と合成することにより、第１の回路のミキサーの出力信号中に含まれている２次歪成分を打消すことができる。従って、入力の伝送帯域が広帯域の高周波信号を周波数変換する場合であっても、２次歪成分が少ない高品質の周波数変換信号出力が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る２次歪キャンセル機能を備えた周波数変換回路１０の構成図である。

図１において、１１は周波数変換回路１０の入力端子で、この入力端子１１には、例えばＢＳ放送やＣＳ放送等の衛星放送信号をミリ波帯に変換した広帯域の信号が入力される。上記入力端子１１に入力された信号は、分配器１２により２分配され、その一方の分配信号は周波数変換のためミキサー１３に入力される。また、このミキサー１３には、ローカル発振器１４からローカル信号Ｌoが入力される。このローカル信号Ｌoの周波数は、例えば周波数変換回路の入力信号の伝送帯域より低い周波数に設定される。上記ミキサー１３は、入力端子１１より例えば周波数Ｆ１、Ｆ２の信号が入力されると、ローカル信号Ｌoとの差の信号である「Ｆ１−Ｌo」〜「Ｆ２−Ｌo」の中間周波信号に変換して出力する。また、ミキサー１３は、上記中間周波信号を出力すると同時に「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分を生成する。

上記分配器１２で２分配された他方の信号は、２次歪打消信号生成回路２０に分配される。２次歪打消信号生成回路２０は、２次歪成分を生成する歪発生回路２１、フィルタ２２、位相調整回路２３及び振幅調整回路２４により構成される。

上記歪発生回路２１は、例えば周波数Ｆ１、Ｆ２の信号が入力されると、差の信号である「Ｆ２−Ｆ１」を２次歪成分として出力する。この歪発生回路２１から出力される２次歪成分を「Ｆ２−Ｆ１」以下の周波数の信号を通過させるフィルタ２２により抽出する。すなわち、フィルタ２２は、歪発生回路２１の出力信号から、上記ミキサー１３において発生する２次歪成分と同じ帯域の２次歪成分を抽出する。

上記フィルタ２２の出力側には、位相調整回路２３及び振幅調整回路２４が設けられるが、位相調整回路２３としては例えば伝送線路を構成するケーブル、あるいは回路基板に伝送線路として設けられるマイクロストリップライン等を利用し、その長さによって位相調整を行なう。また、振幅調整回路２４としては、例えばアッテネータ等が用いられる。

そして、上記２次歪打消信号生成回路２０で生成された２次歪打消信号は、合成器１５に入力されて上記ミキサー１３から出力される中間周波信号と合成され、出力端子１６から出力される。

図２（ａ）は、上記ミキサー１３の構成例を示したものである。図２（ａ）において、３１は高周波信号（Ｆi）が入力される入力端子で、この入力端子３１は、第１高周波トランス３２の１次巻線３３ａに接続される。上記第１高周波トランス３２には、２次巻線３３ｂの中点にローカル信号入力端子３４が設けられ、この端子３４に上記ローカル発振器１４から出力されるローカル信号Ｌoが入力される。

また、上記第１高周波トランス３２の２次巻線３３ｂは、４個のミキサーダイオードＤ１〜Ｄ４をリング状に接続したミキサーダイオードブリッジ回路３５を介して第２高周波トランス３６に接続される。この第２高周波トランス３６は、１次巻線３７ａの中点が接地され、２次巻線３７ｂが出力端子３８に接続される。

上記のように構成されたミキサー１３は、第１高周波トランス３２のローカル信号入力端子３４に入力されるローカル信号Ｌoによりミキサーダイオードブリッジ回路３５のダイオードＤ１〜Ｄ４がオン／オフ制御されて周波数変換動作が行なわれる。この場合、上記ローカル信号Ｌoとして、デューテイ５０％の矩形波を考えた場合、その極性によってダイオードＤ１、Ｄ２と、ダイオードＤ３、Ｄ４が交互にオン／オフ制御され、その周波数変換信号出力として入力端子３１に入力された高周波信号（Ｆi）より低い周波数の中間周波信号成分（Ｆi−Ｌo）を得て、すなわちダウンコンバートされて出力端子３８から取り出される。

図２（ｂ）は、上記歪発生回路２１の構成例を示したものである。この歪発生回路２１は、上記ミキサー１３と同様の構成であるが、第１高周波トランス３２の２次巻線３３ｂの中点にローカル信号Ｌoを加えないものである。

上記のように歪発生回路２１においては、ローカル信号Ｌoを加えていないので、入力端子３１にＦ１、Ｆ２の２つの高周波信号を入力した場合、ローカル信号Ｌoとの差信号を含まない、「Ｆ２−Ｆ１」、「Ｆ２＋Ｆ１」の２次歪成分が出力端子３８の出力に得られる。

次に、図１に示した周波数変換回路１０の全体の動作を説明する。
周波数変換回路１０の入力端子１１に、図３（ａ）に示すように伝送帯域４１内の２つの放送波（キャリア信号）Ｆ１、Ｆ２（Ｆ２＞Ｆ１）が入力されると、このＦ１、Ｆ２の信号は、分配器１２で２分配され、一方の分配信号は周波数変換用のミキサー１３に入力され、他方の分配信号は２次歪打消信号生成回路２０に入力される。

上記ミキサー１３は、上記Ｆ１、Ｆ２の信号が入力されると、図３（ｂ）に示すようにローカル信号Ｌoとの差の信号「Ｆ１−Ｌo」〜「Ｆ２−Ｌo」を出力する。このときミキサー１３からは、「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分も出力される。

一方、２次歪打消信号生成回路２０は、分配器１２で分配されたＦ１、Ｆ２の信号が入力されると、歪発生回路２１により「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分を発生し、この２次歪成分をフィルタ２２により取り出す。そして、このフィルタ２２により取り出した「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分を位相調整回路２３により位相調整すると共に、振幅調整回路２４により振幅調整し、２次歪打消信号を生成する。すなわち、図３（ｃ）に示すように上記「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分をミキサー１３から出力される「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分と逆位相、すなわち、１８０°の位相差で、かつ同振幅となるように位相及び振幅を調整して２次歪打消信号を生成する。

そして、上記２次歪打消信号生成回路２０から出力される位相及び振幅が調整された「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪打消信号と、上記ミキサー１３から出力される「Ｆ１−Ｌo」〜「Ｆ２−Ｌo」の中間周波信号及び「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分とが合成器１５で合成される。このとき２次歪打消信号生成回路２０で生成された「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪打消信号は、ミキサー１３から出力される「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分と逆位相、同振幅に調整されているので、合成器１５の出力信号としては、図３（ｄ）に示すように周波数変換後の伝送帯域４２において「Ｆ１−Ｌo」〜「Ｆ２−Ｌo」の中間周波信号のみが出力され、「Ｆ２−Ｆ１」の２次歪成分が打消されたものとなる。この２次歪成分がキャンセルされた中間周波信号が出力端子１６から出力される。

上記のようにミキサー１３から出力される信号と２次歪打消信号生成回路２０で生成した２次歪打消信号を合成器１５で合成することにより、ミキサー１３から出力される２次歪成分をキャンセルすることができ、２次歪による障害の少ない広帯域の周波数変換が可能になる。

ミキサー１３から出力される２次歪成分「Ｆ２−Ｆ１」は、Ｆ１とＦ２の周波数差が大きいほど周波数は高くなる。すなわち、周波数変換により信号を伝送する場合において伝送帯域が広帯域となるほど２次歪成分は高い周波数成分を生じ、フィルタなどによる除去が困難となり、伝送信号の品質を低下することが避けられない。本発明によれば上記したように２次歪の影響を効果的に軽減でき高品質な信号伝送が可能となる。

なお、上記実施形態では、ミキサー１３において、入力される高周波信号Ｆ１、Ｆ２とローカル信号Ｌoとの差の信号に変換する場合について説明したが、Ｆ１、Ｆ２の信号とローカル信号Ｌoとの和の信号に変換する場合においても、上記実施形態と同様にして実施し得るものである。

また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の一実施形態に係る周波数変換回路の構成図である。 （ａ）は同実施形態におけるミキサーの構成例を示す回路図、（ｂ）は歪発生回路の構成例を示す回路図である。 同実施形態における２次歪成分の打消し動作を説明するための図である。 従来の周波数変換回路の構成図である。 従来の周波数変換回路における２次歪成分の発生状態を説明するための図である。

符号の説明

１０…周波数変換回路、１１…入力端子、１２…分配器、１３…ミキサー、１４…ローカル発振器、１５…合成器、１６…出力端子、２０…２次歪打消信号生成回路、２１…歪発生回路、２２…フィルタ、２３…位相調整器、２４…振幅調整器、３１…入力端子、３２…第１高周波トランス、３３ａ…第１高周波トランスの１次巻線、３３ｂ…第１高周波トランスの２次巻線、３４…ローカル信号入力端子、３５…ミキサーダイオードブリッジ回路、３６…第２高周波トランス、３７ａ…第２高周波トランスの１次巻線、３７ｂ…第２高周波トランスの２次巻線、３８…出力端子、４１…入力の伝送帯域、４２…出力の伝送帯域。

Claims (2)

1. 入力された高周波信号を第１の回路と第２の回路に分配する分配手段と、前記第１の回路の信号と前記第２の回路の信号を合成する合成手段とからなる周波数変換回路において、
   前記第１の回路は入力された高周波信号とローカル信号を混合し周波数変換するミキサーを有し、前記第２の回路は入力された高周波信号から歪を発生させる歪発生回路と、歪発生回路で発生した歪成分を抽出するフィルタと、前記フィルタから抽出された歪成分の位相及び振幅を調整する位相及び振幅調整回路を有し、前記合成手段は周波数変換後の高周波信号に含まれる前記第１の回路の歪成分と前記第２の回路で生成された歪成分を合成して歪成分を打消すことを特徴とする歪キャンセル機能を有する広帯域周波数変換回路。
2. 前記第２の回路の歪発生回路は、前記第１の回路のミキサーと略等しい回路構成の歪発生回路であることを特徴とする、請求項１記載の歪キャンセル機能を有する広帯域周波数変換回路。

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