JP2006279158A - 振幅変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型・低コスト化が可能で、直線性の良好な振幅変調が可能な振幅変調器を構成する。
【解決手段】 インダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３、キャパシタＣ２、可変容量ダイオードＶＤからなる低域通過フィルタ特性を有する可変周波数フィルタであるローパスフィルタＬＰＦを構成し、その制御信号として変調信号を変調信号入力端子８０から与えるようにし、搬送波入力端子６０から入力される搬送波を搬送波出力端子７０から出力する際に可変周波数フィルタの減衰特性を利用して振幅変調する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、小規模な回路で構成できる振幅変調器に関するものである。

従来の一般的なマイクロ波帯での振幅変調器であるＡＳＫ変調器は、搬送波をオン／オフすることによってＡＳＫ変調するために、ＰＩＮダイオードを用いたスイッチ回路で構成されている。ところが、このようなＰＩＮダイオードを用いたＡＳＫ変調器においては、ＰＩＮダイオードのオン状態とオフ状態とで変調器の入力から見たインピーダンスが異なるので、このＡＳＫ変調器の入力部に搬送波発振器が直接接続されている場合には搬送波発振器の負荷インピーダンスが変動して搬送波周波数が変動するという問題があった。また、ＰＩＮダイオードのオン状態とオフ状態のスイッチングによって信号の伝搬／遮断を行うものであるので、直線性をもった振幅変調はできなかった。さらにＰＩＮダイオードのオン状態で直流的に電力を消費するという問題、ＰＩＮダイオードのオフ時に蓄積効果によってそのスイッチング速度が高められないという問題もあった。そこで、特許文献１ではＦＥＴによる可変減衰器と変調信号制御回路とからなるＡＳＫ変調器が示されている。

この特許文献１のＡＳＫ変調器の構成を、図１を基に説明する。
ここで３つのＦＥＴ１１，１２，１３および抵抗によって可変減衰器１を構成していて、制御回路２が、変調信号入力端子３０から入力された変調信号をレベルシフトして差動信号に変換した制御信号１５，１６を入力するようにしている。この回路によって、変調信号に応じて可変減衰器１の減衰量が変化し、搬送波入力端子１０から入力された搬送波を直接変調して搬送波出力端子２０から出力するようにしている。
特開平１１−８８４４８号公報

ところが、特許文献１に示されているＡＳＫ変調器では、可変減衰器を構成するために３つのＦＥＴが必要であり、また作動信号を与えるための制御回路も必要であるため、全体の回路規模が大きくなり、コスト高になるという問題があった。

そこで、この発明の目的は前述の問題を解消して、小型・低コスト化が可能で、さらに直線性の良好な振幅変調が可能な振幅変調器を提供することにある。

前記課題を解決するために、この発明の振幅変調器は次のように構成する。
（１）制御信号によって通過周波数帯域が変化する可変周波数フィルタと、前記可変周波数フィルタの制御信号として変調信号を入力する変調信号入力部と、前記可変周波数フィルタの入力部に対して搬送波を入力する搬送波入力部と、前記可変周波数フィルタの出力部から変調波を出力する搬送波出力部とを備えたことを特徴としている。

（２）前記可変周波数フィルタは、たとえば前記変調信号の振幅に対する前記搬送波の周波数での減衰量がほぼ線形性を示すように、通過周波数帯域から遮断周波数帯域にかけての周波数特性を定めたものとする。

（３）前記可変周波数フィルタは、たとえば誘導性リアクタンス素子と容量性リアクタンス素子を含む回路からなり、前記容量性リアクタンス素子に可変容量ダイオードを用いたものとする。

（４）前記可変周波数フィルタは、たとえば前記搬送波の周波数が通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての周波数範囲内に収まる低域通過フィルタまたは帯域通過フィルタとする。

（５）また、この発明の無線装置は、前記振幅変調器およびその振幅変調器によって変調される搬送波を発振する搬送波発振器を備えて構成する。

（１）例えば電圧または電流の大きさによる制御信号によって通過周波数帯域が変化する可変周波数フィルタを用い、その制御信号として変調信号を入力するようにしたので、従来のようなＦＥＴ等の能動素子が不要となり、制御回路の複雑とならずに全体に簡素な回路で小型且つ低コストな振幅変調器が構成できる。

（２）前記可変周波数フィルタの変調信号の振幅に対する搬送波の周波数での減衰量がほぼ直線性を示すようにしたことにより、変調信号の振幅に対して搬送波の振幅をリニアに変調することができ、占有帯域幅の狭い振幅変調が可能となる。

（３）前記可変周波数フィルタを、誘導性リアクタンス素子と容量性リアクタンス素子を含む回路で構成し、容量性リアクタンス素子として可変容量ダイオードを用いたことにより、少ない部品点数で回路を構成することができ、小型低コストな振幅変調器を構成できる。

（４）前記可変周波数フィルタを、搬送波の周波数が通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての周波数範囲内に収まる低域通過フィルタまたは帯域通過フィルタで構成したことにより、高次高調波の成分が減衰され、不要波の少ない変調信号が得られる。

（５）また、この発明によれば、前記振幅変調器とそれによって変調される搬送波を発振する搬送波発振器を備えたことにより、前記振幅変調器の特性を備えた、小型・軽量・低コストな無線装置が構成できる。

第１の実施形態に係る振幅変調器について図２〜図４を基に説明する。
図２の（Ａ）は振幅変調器１００の回路図、（Ｂ）は変調信号の時間波形の例を示す図である。図２の（Ａ）においてインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３とキャパシタＣ２および可変容量ダイオードＶＤによってローパスフィルタＬＰＦを構成している。可変容量ダイオードＶＤのカソードと変調信号入力端子８０との間にはインダクタＬ４を設けている。この変調信号入力端子８０に変調信号を入力することによって、可変容量ダイオードＶＤのカソードに制御電圧を印加する。

上記ローパスフィルタＬＰＦのカットオフ周波数はインダクタＬ１，Ｌ２，Ｌ３のインダクタンスとキャパシタＣ２，可変容量ダイオードＶＤのキャパシタンスとによって定まるが、可変容量ダイオードＶＤのキャパシタンスは印加電圧によって変化するので、変調信号入力端子８０への印加電圧に応じてローパスフィルタＬＰＦのカットオフ周波数が変化する。

インダクタＬ１，Ｌ３には、直流カットおよびインピーダンス整合のためのキャパシタＣ１，Ｃ３を介して搬送波入力端子６０および搬送波出力端子７０を接続している。搬送波入力端子６０から入力される搬送波信号は上記ローパスフィルタＬＰＦを通過して搬送波出力端子７０から出力される。その際、ローパスフィルタＬＰＦの減衰特性に応じた減衰量だけ減衰して出力されることになる。

図３は、図２に示したローパスフィルタＬＰＦの特性と振幅変調器１００の変調信号入力に対する搬送波出力の関係を示している。
（Ａ）（Ｂ）に示す何れの例でも、ローパスフィルタＬＰＦは変調信号入力端子８０の印加電圧がローの時、カットオフ周波数はｆｃｌとなり、通過周波数帯域から減衰周波数帯域にかけての特性は図中Ｌｏで示すようになる。また、変調信号入力端子８０の印加電圧がハイレベルの時、カットオフ周波数はｆｃｈとなり、通過域から減衰域にかけての特性は図中Ｈｉで示すようになる。ここで、搬送波入力端子６０から入力される搬送波の周波数はｆｏである。したがって変調信号がＬｏの時に搬送波出力が最低となり、変調信号がＨｉの時に搬送波出力が最大となる、変調信号がＬｏとＨｉの中間値をとる場合には、搬送波出力の振幅の“ＯＦＦ”と“ＯＮ”の中間値をとることになる。

図３の（Ａ）に示す条件では、ローパスフィルタＬＰＦのカットオフ周波数ｆｃｌ，ｆｃｈより高域側の周波数変化に対する減衰量が直線的に変化し、且つ変調信号のハイレベルとローレベルの変化範囲で、搬送波の周波数ｆｏでの減衰量がほぼ直線性を示す範囲となるようにしている。そのため、変調信号の変化に対して搬送波出力は直線的に変化する。

一方、図３の（Ｂ）に示す条件では、変調信号がハイレベルの時にローパスフィルタＬＰＦのカットオフ周波数ｆｃｈが搬送波の周波数ｆｏより高くなる。このような条件では、ローパスフィルタＬＰＦの通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての広い周波数範囲が用いられることになり、変調信号入力に対する搬送波出力の関係が直線的とならず歪みが生じる。しかし、変調信号がローレベルとハイレベルの単なる二値信号である場合には、その間の信号レベルは問題とならないので利用可能となる。なお、このように搬送波出力の“ＯＮ”状態でローパスフィルタＬＰＦの通過帯域を用いれば、ローパスフィルタＬＰＦの挿入損失を抑えることができる。

図４は、図２に示したこの実施形態に係る振幅変調器と従来のＰＩＮダイオードを用いたスィッチ回路による振幅変調器の占有帯域幅を比較するための図である。（Ａ）はこの実施形態に係る振幅変調器のスペクトラム、（Ｂ）はＰＩＮダイオードを用いた従来の振幅変調器のスペクトラムである。（Ｂ）に示すＰＩＮダイオードを用いた従来の振幅変調器では、９９．５％電力の占有帯域幅ＢＷは１．８３ＭＨｚと大きいのに対し、（Ａ）に示すこの実施形態に係る振幅変調器によれば、９９．５％電力の占有帯域幅ＢＷは４１２ｋＨｚと充分に狭くなった。

ＰＩＮダイオードを用いた従来の振幅変調器では、変調信号によってＰＩＮダイオードがオン／オフに切り替わり、それによって搬送波が断続されるものであるので、変調波の占有帯域幅が広くなってしまう。これに対して、この発明によれば、変調信号の大きさに応じて良好な直線性をもって搬送波が変調されるので、図２の（Ｂ）に示したように、変調信号の立ち上がりと立ち下がりの変化をなだらかにして変調信号の周波数帯域幅を予め狭くしておくことにより、変調波の占有帯域幅の広がりを抑えることができる。

また、搬送波の周波数が通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての周波数範囲内に収まるように定めたことにより、搬送波発振器から発生される高次高調波成分、またはこの振幅変調器によって生じる高次高調波成分はローパスフィルタの遮断特性によって減衰される。そのため、高次高調波成分の少ない無線信号が得られる。

次に、第２の実施形態に係る振幅変調器の例を図５・図６を基に説明する。
図５はその回路図である。この振幅変調器１０１はインダクタＬ５，Ｌ６，Ｌ７および可変容量ダイオードＶＤからなるバンドパスフィルタＢＰＦを備えている。可変容量ダイオードＶＤのカソードと変調信号入力端子８０との間にはインダクタＬ４を設けている。この変調信号入力端子８０に変調信号を入力することによって、可変容量ダイオードＶＤのカソードに制御電圧を印加する。

上記バンドパスフィルタＢＰＦのカットオフ周波数はインダクタＬ５，Ｌ６，Ｌ７のインダクタンスと可変容量ダイオードＶＤのキャパシタンスによって定まるが、可変容量ダイオードＶＤのキャパシタンスは印加電圧によって変化するので、変調信号入力端子８０への印加電圧に応じてバンドパスフィルタＢＰＦの通過周波数帯域も変化する。

インダクタＬ５，Ｌ６には、直流カットおよびインピーダンス整合のためのキャパシタＣ１，Ｃ３を介して搬送波入力端子６０および搬送波出力端子７０を接続している。搬送波入力端子６０から入力される搬送波信号は上記バンドパスフィルタＢＰＦを通過して搬送波出力端子７０から出力される。その際、バンドパスフィルタＢＰＦの減衰特性に応じた減衰量だけ減衰して出力されることになる。

図６は、図５に示した前記バンドパスフィルタＢＰＦの特性と振幅変調器１０１の変調信号入力に対する搬送波出力の関係を示している。
バンドパスフィルタＢＰＦは変調信号入力端子８０の印加電圧がローの時、通過周波数帯域から高域の遮断周波数帯域にかけての特性は図中Ｌｏで示すようになる。また、変調信号入力端子８０の印加電圧がハイレベルの時、通過周波数帯域から減衰周波数帯域にかけての特性は図中Ｈｉで示すようになる。ここで、搬送波入力端子６０から入力される搬送波の周波数はｆｏである。したがって変調信号がＬｏの時に搬送波出力が最低となり、変調信号がＨｉの時に搬送波出力が最大となる、変調信号がＬｏとＨｉの中間値をとる場合には、搬送波出力の振幅の“ＯＦＦ”と“ＯＮ”の中間値をとることになる。

このように可変周波数フィルタのフィルタ特性をバンドパスフィルタ特性としても、その制御電圧に応じて搬送波周波数ｆｏでの減衰量が変化することを利用して振幅変調が可能となる。その際、搬送波の周波数が通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての周波数範囲内に収まるように定めることにより、すなわち通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての周波数特性を利用することにより、搬送波発振器から発生される高次高調波成分、またはこの振幅変調器によって生じる高次高調波成分が減衰される。そのため、高次高調波成分の少ない無線信号が得られる。

なお、この第２の実施形態の場合とは逆に、搬送波の周波数がバンドパスフィルタの通過周波数帯域から低域側の遮断周波数帯域にかけての周波数範囲内に収まるように定めることも可能である。すなわち通過周波数帯域から低域側の遮断周波数帯域にかけての周波数特性を利用してもよい。この場合には、変調信号のＬｏレベルとＨｉレベルの振幅変化に対する変調波の“ＯＦＦ”と“ＯＮ”の関係が第２の実施形態とは逆となる。また、この場合には、搬送波の周波数より低域側に生じる不要波を減衰させることができる。

次に、第３の実施形態に係る無線装置について図７を基に説明する。
この無線装置２００は搬送波発振回路１１０とその搬送波信号を振幅変調する振幅変調器１００を備えている。この振幅変調器１００は第１の実施形態で示したものである。勿論この振幅変調器として第２の実施形態で示した振幅変調器１０１を用いてもよい。

振幅変調器１００は搬送波発振回路１１０が発振した搬送波信号を入力し、変調信号入力端子８０から入力される電圧信号に応じて振幅変調する。振幅変調器１００の出力には、整合回路１１１を介して電力増幅回路１１２を接続している。整合回路１１１は、振幅変調器１００が搬送波周波数の遮断状態と通過状態とで変化する外部回路とのインピーダンス整合を図るためのものである。この整合回路１１１のインピーダンス整合によって、特に電力増幅回路１１２による発振を防止する。電力増幅回路１１２の出力端子９０は高周波回路の出力段、例えばアンテナへ供給される。

なお、以上に示した各実施形態では、フィルタの周波数特性を可変とするために単一の可変容量ダイオードを設けたが、容量性リアクタンス素子として複数の可変容量ダイオードを設けてもよい。また、低域通過フィルタや帯域通過フィルタの誘導性リアクタンス素子および容量性リアクタンス素子の回路構成は以上に示した構成に限るものではない。また、必要に応じて段数を定め、通過周波数帯域から遮断周波数帯域にかけての減衰直線の傾きを定めればよい。

従来のＡＳＫ変調器の構成例を示す回路図である。 第１の実施形態に係る振幅変調器の回路図および変調信号の波形の例を示す図である。 同振幅変調器内のローパスフィルタの特性と振幅変調器の変調信号入力に対する搬送波出力の関係を示す図である。 同振幅変調器と従来の振幅変調器の占有帯域幅の違いの例を示す図である。 第２の実施形態に係る振幅変調器の回路図である。 同振幅変調器内のバンドパスフィルタの特性と振幅変調器の変調信号入力に対する搬送波出力の関係を示す図である。 第３の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

６０−搬送波入力端子
７０−搬送波出力端子
８０−変調信号入力端子
１００，１０１−振幅変調器
１１２−電力増幅回路
２００−無線装置
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３−キャパシタ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４−インダクタ
ＶＤ−可変容量ダイオード

Claims (5)

1. 制御信号によって通過周波数帯域が変化する可変周波数フィルタと、前記可変周波数フィルタの制御信号として変調信号を入力する変調信号入力部と、前記可変周波数フィルタの入力部に対して搬送波を入力する搬送波入力部と、前記可変周波数フィルタの出力部から変調波を出力する搬送波出力部とを備えた振幅変調器。
2. 前記可変周波数フィルタは、前記変調信号の振幅に対する前記搬送波の周波数での減衰量がほぼ線形性を示すように、通過周波数帯域から遮断周波数帯域にかけての周波数特性を定めた請求項１に記載の振幅変調器。
3. 前記可変周波数フィルタは、誘導性リアクタンス素子と容量性リアクタンス素子を含む回路からなり、前記容量性リアクタンス素子に可変容量ダイオードを用いた請求項１または２に記載の振幅変調器。
4. 前記可変周波数フィルタは、前記搬送波の周波数が通過周波数帯域から高域側の遮断周波数帯域にかけての周波数範囲内に収まる低域通過フィルタまたは帯域通過フィルタである請求項１〜３のいずれかに記載の振幅変調器。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の振幅変調器、および前記振幅変調器によって変調される搬送波を発振する搬送波発振器を備えた無線装置。

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