JP2008017219A - 移相器および無線送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低周波において９０°位相発生器で矩形波となった場合においても位相精度が良好で、広帯域で利用可能な移相器および当該移相器を具備し歪み補償機能を有する無線送信装置を提供すること。
【解決手段】移相器１００に、入力信号から９０°の位相差を持つ第１の信号および第２の信号を出力する９０°位相回路１１０と、前記第１および第２の信号をそれぞれ入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御するバランスドミキサ１２０ａ，ｂと、バランスドミキサ１２０ａ，ｂの出力信号を合成し合成信号を出力するコンバイナ１３０と、前記合成信号を増幅して出力するバッファ１５０と、コンバイナ１３０とバッファ１５０との間に設けられ前記合成信号を波形整形する波形整形フィルタ１４０とを設けた。無線通信装置に移相器１００を用いることにより、広帯域に負帰還補償が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相角を可変できる移相器および当該移相器を具備する歪み補償機能を有する無線送信装置に関する。

従来の移相器として、特許文献１に示されたものがある。この従来の移相器は、直交変調器で構成されており、入力信号に対して９０°位相差を発生させる９０°移相器と、前記信号に対して位相差θの余弦成分ｃｏｓθと正弦成分ｓｉｎθをそれぞれ乗算する２つミキサと、前記ミキサ出力を加算する加算器とを備えており、この構成によって入力に対して出力信号の位相を変化させている。
特開２００３−２４３９５９号公報

しかしながら、従来の移相器においては、入力周波数が低周波から高周波までの広帯域に動作させようとした場合、低周波では９０°位相発生器出力が正弦波でなく矩形波形となり、その波形をバッファ等で飽和アンプさせると位相差が所定の値とならなくなる問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低周波において９０°位相発生器で矩形波となった場合においても位相精度が良好で、広帯域で利用可能な移相器および当該移相器を具備し歪み補償機能を有する無線送信装置を提供することを目的とする。

本発明の位相器は、入力信号から９０°の位相差を持つ第１の信号および第２の信号を出力する９０°位相回路と、前記第１の信号を入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御する第１のバランスドミキサと、前記第２の信号を入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御する第２のバランスドミキサと、前記第１および第２のバランスドミキサの出力信号を合成し合成信号を出力するコンバイナと、前記合成信号を増幅して出力するバッファと、前記コンバイナと前記バッファとの間に設けられ前記合成信号を波形整形するフィルタとを具備する構成を採る。

本発明によれば、低周波において９０°位相発生器で矩形波となった場合においても位相精度が良好で、広帯域で利用可能な移相器および当該移相器を具備し歪み補償機能を有する無線送信装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態に係る移相器の構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように移相器１００は、９０°位相回路１１０と、バランスドミキサ１２０ａ、１２０ｂと、コンバイナ１３０と、波形整形フィルタ１４０と、バッファ１５０とを有する。

９０°位相回路１１０は、入力信号Ｖｉｎから、９０°位相差を持つ２つの信号を分岐して出力する。

バランスドミキサ１２０は、９０°位相回路１１０の出力と、互いにπ／２の位相差を持つ２つの局部発振信号（同図では、ｃｏｓθ、ｓｉｎθ）とを入力し、局部発振信号とリファレンス電圧（Ｒｅｆ）との差分電圧と、９０°位相回路１１０の出力とに応じた振幅および極性を持つ出力信号を出力する。バランスドミキサ１２０ａは、Ｖｉｎそのままと、位相差θの位相制御信号電圧ｃｏｓθとを入力し、Ｖｉｎと、位相制御信号電圧ｃｏｓθとリファレンス電圧との差分電圧とに応じた振幅および極性に制御された出力信号を出力する。バランスドミキサ１２０ｂは、Ｖｉｎをπ／２位相シフトしたものと、位相差θの位相制御信号電圧ｓｉｎθとを入力し、Ｖｉｎと、位相制御信号電圧ｓｉｎθとリファレンス電圧との差分電圧とに応じた振幅および極性に制御された出力信号を出力する。

コンバイナ１３０は、バランスドミキサ１２０ａ、１２０ｂの出力信号を合成し合成信号を出力する。

波形整形フィルタ１４０は、コンバイナ１３０からの合成信号を波形整形する。

バッファ１５０は、波形整形後の合成信号を増幅して出力する。

上記構成を有する移相器１００の動作について、図２乃至図４を参照して説明する。

まず、入力波に対し９０°位相回路１１０で図２のような９０°位相差を持つ２つの信号が生成される。この時の出力波は、高周波（図２（ａ）参照）では、正弦波に近い波形となるが、低周波（図２（ｂ）参照）では、矩形波に近い波形となる。

次に、９０°位相回路１１０の出力波は、２つのバランスドミキサ１２０ａ、１２０ｂによって位相差θに対してミキシングされ、更にコンバイナ１３０で合成される。

図３は、移相器１００が波形整形フィルタ１４０を備えていない場合のバッファ１５０の出力を示したものである。同図では、下段に行くほどバッファ１５０が飽和した場合が示されている。同図に現れているように、バッファ１５０が飽和する程、所要の位相差を得られなくなる。また、４５°の時にはＮＵＬＬ点が発生してしまう。

また、図４は、移相器１００が波形整形フィルタ１４０を備えていない場合の移相器角度とゲイン特性とを表したものであり、ゲインについても４５°で少なくなってしまっている。

これに対して、本実施の形態の移相器１００のように、コンバイナ１３０とバッファ１５０との間に波形整形フィルタ１４０を設けると、図５に示すとおり、形状が正弦波に近づき、より理想的な位相差およびゲインの出力波Ｖｏｕｔがバッファ１５０から出力される。

このように本実施の形態によれば、コンバイナ１３０の出力を波形整形するための波形整形フィルタ１４０を設けることによって、低周波の場合においても良好な位相差を出力することができ広帯域に動作する移相器１００を実現することができる。

（実施の形態２）
図６に示すように実施の形態２の移相器１００Ａは、フィルタテーブル部２１０と、フィルタ調整部２２０と、可変フィルタ２３０とを有する。

フィルタテーブル部２１０は、周波数情報とこの周波数情報に応じて適したフィルタ情報とを対応づけて記憶している。フィルタテーブル部２１０は、移相器１００Ａへの入力信号に関する周波数情報を入力し、この周波数情報に基づいてテーブルを参照し、周波数情報に対応するフィルタ情報をテーブル値としてフィルタ調整部２２０に出力する。

フィルタ調整部２２０は、フィルタテーブル部２１０からのテーブル値に基づいて可変フィルタ２３０のカットオフ周波数制御信号を生成し可変フィルタ２３０に出力する。

可変フィルタ２３０は、フィルタ調整部２２０のカットオフ周波数制御信号に従ってカットオフ周波数を変更しつつ、コンバイナ１３０からの合成信号を波形整形する。

上記構成を有する移相器１００Ａの動作について、図６、図７を参照して説明する。

まず、入力波に対し９０°位相回路１１０で図２のような９０°位相差を持つ２つの信号が生成される。この時の出力波は、高周波（図２（ａ）参照）では、正弦波に近い波形となるが、低周波（図２（ｂ）参照）では、矩形波に近い波形となる。

次に、９０°位相回路１１０の出力波は、２つのバランスドミキサ１２０ａ、１２０ｂによって位相差θに対してミキシングされ、更にコンバイナ１３０で合成される。高周波では、コンバイナ１３０の出力は正弦波となるが、低周波の場合では、矩形波に近い波形となる。

次に可変フィルタ２３０によってコンバイナ１３０の出力は波形整形される。ここで、可変フィルタ２３０は、図７に示すように、周波数情報に基づいてカットオフ周波数を適応的に変更する。フィルタテーブル部２１０から周波数情報に適応したテーブル値がフィルタ調整部２２０に渡され、そのテーブル値に基づいてカットオフ周波数制御情報をフィルタ調整部２２０が生成し、このカットオフ周波数情報によって可変フィルタ２３０のカットオフ周波数が調整される。フィルタテーブル部２１０のテーブルは、入力周波数が高い程カットオフ周波数も高く設定され、低い程カットオフ周波数も低くなるように設定される。カットオフ周波数はコンバイナ出力の高調波を落とせばよいため入力周波数の２倍の周波数以下に設定することが望ましい。これにより周波数に応じた最適なカットオフ周波数を持つフィルタで波形整形がなされる。

このように本実施の形態によれば、コンバイナ１３０の出力を波形整形するための可変フィルタ２３０と、周波数情報によって可変フィルタ２３０のカットオフ周波数を調整するフィルタ調整部２２０とを設けることにより、入力周波数に対して良好な位相差を出力することができ、広帯域に動作する移相器１００Ａを実現することができる。

（実施の形態３）
図８に示すように実施の形態３の移相器１００Ｂは、出力レベル検波部３１０と、フィルタ調整部３２０と、可変フィルタ３３０とを有する。

出力レベル検波部３１０は、バッファ１５０の出力を検波する。

フィルタ調整部３２０は、出力レベル検波部３１０の検波結果に基づいて可変フィルタ３３０のカットオフ周波数制御信号を生成する。

可変フィルタ３３０は、フィルタ調整部３２０のカットオフ周波数制御信号に従ってカットオフ周波数を変更しつつ、コンバイナ１３０からの合成信号を波形整形する。

上記構成を有する移相器１００Ｂの動作について説明する。

まず、入力波に対し９０°位相回路１１０で図２のような９０°位相差を持つ２つの信号が生成される。この時の出力波は、高周波（図２（ａ）参照）では、正弦波に近い波形となるが、低周波（図２（ｂ）参照）では、矩形波に近い波形となる。

次に、９０°位相回路１１０の出力波は、２つのバランスドミキサ１２０ａ、１２０ｂによって位相差θに対してミキシングされ、更にコンバイナ１３０で合成される。高周波では、コンバイナ１３０の出力は正弦波となるが、低周波の場合では、矩形波に近い波形となる。

良好な位相差を出力するためには正弦波に近いほど良く、次の可変フィルタ３３０によってコンバイナ１３０の出力は波形整形される。波形整形された可変フィルタ３３０の出力は、バッファ１５０によってアンプされ出力となる。ここで、可変フィルタ３３０はローパスフィルタであり、そのカットオフ周波数はバッファ１５０の出力が一定になるように設定される。バッファ１５０の出力をモニタした波形は、出力レベル検波部３１０にてレベル検出され、そのレベルと、予め設定されている値、又は、デフォルトの位相角度（例えばθ＝０°）時のレベルとが比較される。比較の結果、検出されたレベルが小さければ、フィルタ調整部３２０から可変フィルタ３３０へカットオフ周波数が下げるような制御信号が送出される。また、比較の結果、検出されたレベルが大きければ、カットオフ周波数が上がるような制御信号が送出される。検出されたレベルが同じになるまで繰り返される。これにより周波数に応じて適応的に最適なカットオフ周波数に設定される可変フィルタ３３０で波形整形がなされる。

このように本実施の形態によれば、コンバイナ１３０の出力を波形整形するための可変フィルタ３３０を設け、バッファ１５０の出力をモニタしてバッファ１５０の出力レベルを一定にするように制御することによって、入力周波数に対して良好な位相差と均一なレベルを出力することができ、広帯域に動作することができる移相器１００Ｂを実現することができる。

（実施の形態４）
実施の形態４は、実施の形態１乃至３の移相器１００を適用した無線通信装置に関するものである。

図９に示すように実施の形態４の無線通信装置４００は、ベースバンド信号発生部４１０と、ディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換部４１５と、加算器４２０と、直交変調器４２５と、乗算器４３５と、増幅器４４５と、移相器１００と、乗算器４５０と、直交復調器４５５と、減算器４６０とを有する。

ベースバンド信号発生部４１０は、送信ベースバンド信号を発生し、Ｄ／Ａ変換部４１５に出力する。ベースバンド信号発生部４１０は、送信ベースバンド信号の同相成分および直交成分のそれぞれをＤ／Ａ変換部４１５に出力する。

Ｄ／Ａ変換部４１５は、送信ベースバンド信号をディジタルアナログ変換し、アナログ変換された送信ベースバンド信号を加算器４２０および減算器４６０に出力する。

加算器４２０は、直交復調器４５５からの負帰還信号が減算器４６０でアナログ変換後の送信ベースバンド信号が減算されて入力され、その入力される負帰還信号とアナログ変換後の送信ベースバンド信号とを加算する。加算器４２０は、送信ベースバンド信号の同相成分が入力される加算器４２０ａと、直交成分が入力される加算器４２０ｂとを有し、各成分について、負帰還信号とアナログ変換後の送信ベースバンド信号との加算が行われる。

直交変調器４２５は、加算器４２０から出力されるベースバンド信号に局部発振部４３０からの第１の局部発振信号を乗算して中間周波数（ＩＦ）信号に変換する。直交変調器４２５は、位相シフト器と、２つの乗算器とを有する。位相シフト器は、入力される第１の局部発振信号にπ／２の位相シフトを与え、当該位相シフトが与えられた局部発振信号および位相シフトされていない局部発振信号のそれぞれを異なる乗算器に出力する。上記２つの乗算器には、一方にベースバンド信号の同相成分が入力され、他方に直交成分が入力される。両乗算器は、それぞれ入力されるベースバンド信号と局部発振信号とを乗算して乗算器４３５に出力する。

乗算器４３５は、直交変調器４２５からのＩＦ信号に局部発振部４４０からの第２の局部発振信号を乗算して無線周波数信号に変換する。

増幅器４４５は、乗算器４３５からの無線信号を増幅してアンテナを介して送信するとともに、乗算器４５０に出力する。

乗算器４５０、移相器１００および直交復調器４５５は、送信信号の増幅による歪みを補償するために用いられる負帰還信号を形成する負帰還信号形成機能部として機能する。

移相器１００は、局部発振部４４０からの局部発振信号に位相Φだけ位相シフトして乗算器４５０に出力する。この位相シフトは、増幅器４４５からのフィードバック信号が負帰還信号となるように与えられる。

乗算器４５０は、増幅器４４５からの信号に局部発振信号を乗算してＩＦ周波数信号に変換する。

直交復調器４５５は、乗算器４５０からのＩＦ信号に局部発振部４３０からの局部発振信号を乗算してベースバンド信号に変換する。直交復調器４５５は、位相シフト器と、２つの乗算器とを有する。位相シフト器は、入力される第１の局部発振信号にπ／２の位相シフトを与え、当該位相シフトが与えられた局部発振信号および位相シフトされていない局部発振信号のそれぞれを異なる乗算器に出力する。両乗算器は、入力されるＩＦ信号と局部発振信号とを乗算して、減算器４６０に出力する。各乗算器からは、ベースバンド信号の同相成分および直交成分が出力される。

減算器４６０は、直交復調器４５５からの負帰還信号からＤ／Ａ変換部４１５からのベースバンド信号を減算して差分信号を求め、当該差分信号を負帰還信号として出力する。

以上の構成を有する無線通信装置の動作について説明する。

まず、デジタルベースバンド信号は、Ｄ／Ａ変換部４１５でアナログベースバンド信号に変換され、アナログベースバンド信号の同相成分と直交成分とに、同相成分と直交成分とのフィードバック信号がそれぞれ加算器４２０にて加算される。この加算信号は直交変調器４２５によって直交変調された後、アップミキサ（乗算器４３５）にて無線周波数に変換され、ＰＡモジュールで所望の出力までアンプされた後、アンテナから送信される。

フィードバックベースバンド信号は、ＰＡモジュール出力の一部をモニタしダウンミキサ（乗算器４５０）にてＩＦ周波数に変換された後、直交復調器４５５で帰還ベースバンド信号となる。この帰還ベースバンド信号の同相成分と直交成分信号とから、Ｄ／Ａ変換部４１５のアナログベースバンド信号の同相成分と直交成分信号とが減算され、差分信号が加算器４２０に出力される。加算器４２０にて差分信号とアナログベースバンド信号とが合成される。無線送信信号が乗算器４５０、直交復調器４５５、減算器４６０を介してフィードバックされるループは、移相器１００による１８０°位相差を持つことで負帰還ループを構成し、ＰＡモジュール等での歪を低減するものである。

ここで、移相器１００を用いて１８０°の位相差にてループが形成されるが、この位相差は歪の低減量に大きく寄与し、１８０°に近ければ近いほど良好な歪補償効果が得られる。もし位相差１８０°から大きくずれると、波形が崩れ、スペクトラムの盛り上がりや発振を引き起こす原因となる。

本発明の実施の形態１乃至３の移相器１００は、位相差θの余弦成分と正弦成分とで電圧を与えることによって、任意に位相差を設定できる特徴を持ち、低周波から高周波までの広帯域に渡って良好な位相差を発生することができる。

このように本実施の形態によれば、負帰還歪補償に移相器１００を用いることによって、低周波から高周波まで良好な位相差を保つことが可能となり、広帯域に負帰還補償を動作することができる無線通信装置４００を実現することができる。

本発明の移相器および無線送信装置は、低周波において９０°位相発生器で矩形波となった場合においても位相精度が良好で広帯域で利用可能な移相器、および広帯域に負帰還補償を動作可能な無線送信装置として有用である。

本発明の実施の形態１に係る移相器の構成を示すブロック図 図１の９０°移相器の動作説明に供する図 図１の移相器にフィルタを設けない場合の説明に供する図 図１の移相器にフィルタを設けない場合のゲイン特性図 図１の移相器にフィルタを設けた場合の説明に供する図 実施の形態２に係る移相器の構成を示すブロック図 図６の可変フィルタの動作説明に供する図 実施の形態３に係る移相器の構成を示すブロック図 実施の形態４に係る無線通信装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１００ 移相器
１１０ ９０°位相回路
１２０ バランスドミキサ
１３０ コンバイナ
１４０ 波形整形フィルタ
１５０ バッファ
２１０ フィルタテーブル部
２２０、３２０ フィルタ調整部
２３０、３３０ 可変フィルタ
３１０ 出力レベル検波部
４００ 無線通信装置
４１０ ベースバンド信号発生部
４１５ ディジタルアナログ変換部
４２０ 加算器
４２５ 直交変調器
４３０、４４０ 局部発振部
４３５、４５０ 乗算器
４４５ 増幅器
４５５ 直交復調器
４６０ 減算器

Claims (4)

1. 入力信号から９０°の位相差を持つ第１の信号および第２の信号を出力する９０°位相回路と、前記第１の信号を入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御する第１のバランスドミキサと、前記第２の信号を入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御する第２のバランスドミキサと、前記第１および第２のバランスドミキサの出力信号を合成し合成信号を出力するコンバイナと、前記合成信号を増幅して出力するバッファと、前記コンバイナと前記バッファとの間に設けられ前記合成信号を波形整形するフィルタとを具備する移相器。
2. 前記９０°位相回路の入力信号の周波数情報に基づいて前記フィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段を具備し、
   前記フィルタは、前記カットオフ周波数手段の制御によりカットオフ周波数を変更する請求項１記載の移相器。
3. 前記バッファの出力レベルを検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に応じて前記フィルタのカットオフ周波数を制御するカットオフ周波数制御手段を具備し、
   前記フィルタは、前記カットオフ周波数手段の制御によりカットオフ周波数を変更する請求項１記載の移相器。
4. ベースバンド信号を発生するベースバンド信号発生器と、負帰還信号を前記ベースバンド信号に加算する加算器と、前記負帰還信号が加算された前記ベースバンド信号を変調し無線送信信号を生成する変調手段と、前記無線送信信号を増幅する増幅器と、前記無線送信信号をベースバンド信号に変換し前記負帰還信号として出力する復調手段と、前記負帰還信号の位相を調整する移相器と、を具備し、
   前記移相器は、
   前記復調手段にて利用する局部発振信号から９０°の位相差を持つ第１の信号および第２の信号を出力する９０°位相回路と、前記第１の信号を入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御する第１のバランスドミキサと、前記第２の信号を入力し位相制御電圧に従って出力信号の振幅および極性を制御する第２のバランスドミキサと、前記第１および第２のバランスドミキサの出力信号を合成し合成信号を出力するコンバイナと、前記合成信号を増幅して出力するバッファと、前記コンバイナと前記バッファとの間に設けられ前記合成信号を波形整形するフィルタと、を具備する無線送信装置。

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