JP2008311846A - 可変減衰機能付き偶高調波ミキサ及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一般に高価となるＲＦ送信機の可変減衰器が不要となり、低価格なＲＦ送信機を実現する。
【解決手段】可変減衰機能付き偶高調波ミキサ３は、入力される信号１を分岐すると共に、分岐された第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する第１の方向性結合器７と、前記第１の方向性結合器によって分岐された第２の信号と、入力される第３の信号とを混合するミキサ３と、前記ミキサによって混合されることにより生成される高周波信号と、前記第１の方向性結合器によって前記出力レベルが調整された前記第１の信号とを結合する第２の方向性結合器９と、前記第２の方向性結合器によって結合された信号を増幅する増幅器４と、を備える。前記第１の方向性結合器は、分岐された前記第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する出力レベル増減手段８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変減衰機能付き偶高調波ミキサ及びその制御方法に関し、特に利得制御を利用した可変減衰機能付き偶高調波ミキサ及びその制御方法に関する。

一般的に、無線通信装置のフロントエンド部には、ＲＦ（radio frequency）送信機能を有する送信機が備え付けられている。

ここで、無線通信装置のフロントエンド部に用いられる偶高調波ミキサを利用した送信機の構成図を、図７に示す。

この図７に示す偶高調波ミキサを用いた送信機は、主なものとして、周波数変換器５１と、可変減衰器５２と、電力増幅器５３と、不要波除去フィルタ５４と、出力検波器５５とを備えている。

この偶高調波ミキサは、局部発振周波数（f_ＬＯ）のn倍の信号と、中間周波数（f_IF）との混合により、無線周波数（f_ＲＦ=n×f_ＬＯ±f_IF）を取り出す回路であり、局部発振器の周波数が低い回路構成であっても、実現することが出来る。

このため、無線通信装置を安価にする技術として、マイクロ波や、ミリ波帯で広く用いられている。

ここで、関連する特許文献１には、この偶高調波ミキサに関連する技術として、無線装置に関するものが開示されている。
特開２００６−３３９９８３号公報

ところで、通常、これらを構成する無線周波数帯（ＲＦ）の部品は、周波数が高くなると高価となるため、低価格な通信装置を実現するには、ＲＦ送信機の低コスト化（ＲＦ部品の削減）が必須となる。

そこで、図７に示したＲＦ送信機の機能を複合化すると共に、低価格な通信装置を実現すべく回路方式の要求が高まっているという問題を生じていた。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、可変減衰機能を兼ねた増幅器を搭載した、可変減衰機能付き偶高調波ミキサによって、一般に高価となるＲＦ送信機の可変減衰器が不要となり、低価格なＲＦ送信機を実現する可変減衰機能付き偶高調波ミキサ及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る可変減衰機能付き偶高調波ミキサは、入力される信号を分岐すると共に、分岐された第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する第１の方向性結合器と、前記第１の方向性結合器によって分岐された第２の信号と、入力される第３の信号とを混合するミキサと、前記ミキサによって混合されることにより生成される高周波信号と、前記第１の方向性結合器によって前記出力レベルが調整された前記第１の信号とを結合する第２の方向性結合器と、前記第２の方向性結合器によって結合された信号を増幅する増幅器と、を備え、前記第１の方向性結合器は、分岐された前記第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する出力レベル増減手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る利得制御方法は、第１の方向性結合器が、入力される信号を第１の信号と、第２の信号とに分岐する入力信号分岐ステップと、ミキサが、前記入力信号分岐ステップにおいて分岐された前記第２の信号と、入力される第３の信号とを混合する入力信号混合ステップと、第２の方向性結合器が、前記入力信号混合ステップにおいて混合されることにより生成される高周波信号と、前記入力信号分岐ステップにおいて分岐された前記第１の信号とを結合する出力レベル結合ステップと、増幅器が、前記出力レベル結合ステップにおいて結合された信号を増幅する結合信号増幅ステップと、を備えた可変減衰機能付き偶高調波ミキサにおける利得制御方法であって、前記第１の方向性結合器が、分岐された前記第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する出力レベル増減ステップを更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、増幅器に高い電力レベルの不要波が入力されると、本来増幅すべき周波数の利得低下を引き起こす現象（共通増幅）を利用することにより、可変減衰機能を兼ねた増幅器を搭載した、可変減衰機能付き偶高調波ミキサを実現することができる。

従って、本発明に係る可変減衰機能付き偶高調波ミキサをＲＦ送信機に搭載することにより、一般に高価となるＲＦ送信機の可変減衰器が不要となり、低価格なＲＦ送信機を実現する、可変減衰機能付き偶高調波ミキサ及びその制御方法を実現することができる。

次に、本発明を実施するための実施例１について、図面を参照して詳細に説明する。

（１）偶高調波ミキサの構成
図１は、本発明を実施するための実施例１として、偶高調波ミキサの構成を示した構成図である。

図１に示す偶高調波ミキサは、局部発振器１と、増幅器２と、偶高調波ミキサ部３と、増幅器４と、フィルタ５と、検波器６と、方向性結合器７と、可変減衰器８と、方向性結合器９とを備えている。

なお、本実施例の偶高調波ミキサのうち、増幅器４は増幅器５３（図７）と、フィルタ５はフィルタ５４（図７）と、検波器６は検波器５５（図７）と同様である。

図１に示す偶高調波ミキサは、局部発振器１からの局発信号（以下、これをＬＯ信号という。）が、増幅器２において、ある一定レベルの電力に増幅され、偶高調波ミキサ部３に入力される。

この偶高調波ミキサ部３において、ＬＯ信号と、中間周波数信号（以下、これをＩＦ（intermediate frequency）信号という。）との混合により、ＩＦ信号をＲＦ（ｎ×ＬＯ±ＩＦ）信号に変換している。

このＲＦ信号は、増幅器４、不要波除去のフィルタ５を通り、送信機から出力される。この際、送信出力レベルは、検波器６でレベルを観測されている。

一方、ＲＦ増幅器４を共通増幅させるためのＬＯ信号は、増幅器２の後段で方向性結合器７により、一部を取り出し、そのレベル変動を司る可変減衰器８を介した後、再度、方向性結合器９によりＲＦ増幅器４の前段部へ入力されている。

次に、本実施例の偶高調波ミキサは、図２に示すような利得の周波数特性を持つ増幅器４にＲＦ信号が入力され、小信号動作しているときを考える。

この場合、増幅器に高いレベルの不要波ＲＦ´が増幅器４に入力されると、増幅器の特性は、不要波の入力レベルに応じて、図３のようなＲＦ信号の利得低下を引き起こす。

この現象は、増幅器４の共通増幅による利得低下として知られており、高いレベルの不要波ＲＦ´が増幅器４を飽和出力状態にさせることにより、所望波のＲＦ信号の利得低下が引き起こされる。

通常では、この問題を避けるため、不要波(ＲＦ´)の増幅器への入力レベルを十分低くしておくのが一般的である。

しかしながら、本実施例では、この共通増幅の効果に着目し、不要波としてミキサ回路のＬＯ信号を用い、ＬＯ周波数帯の電力レベルを可変にすることにより、ＲＦ周波数の利得制御を可能とする偶高調波ミキサを実現している。

従って、本実施例のような偶高調波ミキサを用いることにより、一般的に高価となり得るＲＦ帯の可変減衰器が不要となるので、低価格な送信機が実現可能となる。
（２）偶高調波ミキサの動作
次に、図１の実施例において、ＲＦ信号の送信電力レベルの可変方法について、動作説明を行う。

まず、図１の増幅器４は、ＬＯ周波数からＲＦ周波数までの利得を有するものであり、増幅器４を共通増幅させるためのＬＯ入力信号の入力レベルにより、ＲＦ出力信号の利得低下が起こり、図４のような特性を示すものである。

この様な偶高調波ミキサの回路において、ＲＦ出力信号の最大利得を得たい場合には、可変減衰器８により、増幅器４を共通増幅させるＬＯ入力信号を十分に落とし、増幅器４への入力レベルを下げる。

次に、ＲＦ出力信号のレベルを落とす場合には、可変減衰器８により、増幅器４を共通増幅させるＬＯ入力信号の入力レベルを上げることにより、徐々に利得低下を起こす。

このように、比較的安価なＬＯ信号帯の部品を用いて、増幅器４を共通増幅させるＬＯ入力信号の入力レベルをコントロールすることにより、一般に高価となるＲＦ信号の可変減衰器を用いることなく、ＲＦ出力信号のレベル制御を行うことができる。

ここで、実際、偶高調波ミキサの局部発振周波数（f_ＬＯ）を８ＧＨｚ、中間周波数（f_IF）を１ＧＨｚ、そして無線周波数（f_ＲＦ=２×f_ＬＯ-f_IF）を１５ＧＨｚとして、共通増幅の効果を利用した可変減衰機能の解析を行うことにする。

この解析は、ハーモニックバランス法を用い、大信号モデルを持つ増幅器に、局部発振周波数（８ＧＨｚ）と無線周波数(１５ＧＨｚ)を入力させるものである。

そして、図５に示すような等価回路を想定し、ＬＯ信号源１１とＲＦ信号源１２からのそれぞれの信号を、方向性結合器９において合成する。

このとき増幅器４への入力レベルは、ＲＦ出力信号が一定であって、増幅器４を共通増幅させるためのＬＯ入力信号が、可変減衰器５によってレベルを可変できるものである。

図６には、増幅器４を共通増幅させるＬＯ入力信号の入力レベルに対するＬＯ出力信号１の出力レベルと、ＲＦ出力信号２の出力レベルを示した解析結果を示す。

図６に示すように、増幅器４を共通増幅させるためのＬＯ入力信号が、増幅器４の飽和出力レベルに対し、十分低いレベルで入力されているときは、ＲＦ出力信号のレベル低下は起こらない。

次に、増幅器４を共通増幅させるためのＬＯ入力信号を大きくし、１０ｄＢｍ入力時では、ＲＦ出力信号が約３ｄＢ低下し、さらにレベルを上げて２１ｄＢｍ入力時では、ＲＦ信号の出力レベルは、約１５ｄＢ低下をしている。

このように、増幅器を共通増幅させるＬＯ入力信号のレベルを可変させることにより、ＲＦ出力信号のレベル制御を行うことができる。

実際の回路では、増幅器４から出力されるＬＯ出力信号は、図１の実施例で示したような不要波除去フィルタ５においてレベルを落とし、ＲＦ出力信号のみを取り出す。
（３）偶高調波ミキサの効果
本実施例によれば、このように本実施例で提案した回路（すなわち偶高調波ミキサのことである。）を偶高調波ミキサ方式の送信機に搭載することにより、一般に高価となるＲＦの可変減衰器が不要となり、低価格な送信機が実現できる。
（４）他の実施例
実施例１では、偶高調波ミキサにおいて、ＲＦ帯の可変減衰機能を、ＲＦ帯よりも低い周波数のレベルに制御することにより、実現することができることを特徴としている。

このため、実施例１では共通増幅を行う不要波としてＬＯ信号を用いたが、本実施例はこれに限定されるものではなく、ＩＦ信号でも共通増幅を起こし得る増幅器を用いれば、ＩＦ信号のレベルコントロールにより、ＲＦ信号の可変減衰機能を満足し得る。

本発明にかかる実施例１における偶高調波ミキサの構成を示す構成図である。 本発明にかかる実施例１における増幅器の利得の周波数特性を示した特性図である。 本発明にかかる実施例１における不要波の入力レベルによる増幅器の特性を示した特性図である。 本発明にかかる実施例１におけるＬＯ入力信号の入力レベルとＲＦ出力信号の利得の特性を示した特性図である。 本発明にかかる実施例１における等価回路を示したものである。 本発明にかかる実施例１におけるＬＯ入力信号の入力レベルに対するＬＯ出力信号１の出力レベルと、ＲＦ出力信号２の出力レベルを示した解析結果である。 関連する偶高調波ミキサの構成を示した構成図である。

符号の説明

１ 局部発振器
２ 増幅器
３ 偶高調波ミキサ部
４ 増幅器
５ フィルタ
６ 検波器
７ 方向性結合器
８ 可変減衰器
９ 方向性結合器
１１ ＬＯ信号源
１２ ＲＦ信号源
５１ 周波数変換器
５２ 可変減衰器
５３ 電力増幅器
５４ 不要波除去フィルタ
５５ 出力検波器

Claims (6)

1. 入力される信号を分岐すると共に、分岐された第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する第１の方向性結合器と、
   前記第１の方向性結合器によって分岐された第２の信号と、入力される第３の信号とを混合するミキサと、
   前記ミキサによって混合されることにより生成される高周波信号と、前記第１の方向性結合器によって前記出力レベルが調整された前記第１の信号とを結合する第２の方向性結合器と、
   前記第２の方向性結合器によって結合された信号を増幅する増幅器と、を備え、
   前記第１の方向性結合器は、
   分岐された前記第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する出力レベル増減手段
   を備えることを特徴とする可変減衰機能付き偶高調波ミキサ。
2. 局発信出力信号を出力する局部発振器と、
   中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、を更に備え、
   前記局発信出力信号は、前記第１の方向性結合器に入力され、
   前記中間周波数信号は、前記第３の信号として前記ミキサに入力される
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変減衰機能付き偶高調波ミキサ。
3. 局発信出力信号を出力する局部発振器と、
   中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、を更に備え、
   前記中間周波数信号は、前記第１の方向性結合器に入力され、
   前記局発信出力信号は、前記第３の信号として前記ミキサに入力される
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変減衰機能付き偶高調波ミキサ。
4. 第１の方向性結合器が、入力される信号を第１の信号と、第２の信号とに分岐する入力信号分岐ステップと、
   ミキサが、前記入力信号分岐ステップにおいて分岐された前記第２の信号と、入力される第３の信号とを混合する入力信号混合ステップと、
   第２の方向性結合器が、前記入力信号混合ステップにおいて混合されることにより生成される高周波信号と、前記入力信号分岐ステップにおいて分岐された前記第１の信号とを結合する出力レベル結合ステップと、
   増幅器が、前記出力レベル結合ステップにおいて結合された信号を増幅する結合信号増幅ステップと、
   を備えた可変減衰機能付き偶高調波ミキサにおける利得制御方法であって、
   前記第１の方向性結合器が、
   分岐された前記第１の信号の出力レベルを調整可能に増減する出力レベル増減ステップ
   を更に備えることを特徴とする利得制御方法。
5. 局発信出力信号を出力する局部発振器と、
   中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、を更に備え、
   前記局発信出力信号は、前記第１の方向性結合器に入力され、
   前記中間周波数信号は、前記第３の信号として前記ミキサに入力される
   ことを特徴とする請求項４に記載の利得制御方法。
6. 局発信出力信号を出力する局部発振器と、
   中間周波数信号を出力する中間周波数信号生成器と、を更に備え、
   前記中間周波数信号は、前記第１の方向性結合器に入力され、
   前記局発信出力信号は、前記第３の信号として前記ミキサに入力される
   ことを特徴とする請求項４に記載の利得制御方法。

Images