JP2011244393A - 周波数変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】 周波数変換も同時に実施可能な、低雑音で、且つ、小型・低価格な周波数変調器を提供することを目的とする。
【解決手段】 所定周波数の入力信号を、同位相で且つ同振幅の第１の分配信号と第２の分配信号に分配する同相分配器と、前記所定周波数と異なる周波数の第１の変調信号を生成する第１の変調信号生成部と、前記第１の変調信号と同一周波数であり且つ前記第１の変調信号に対して９０°の位相差を有する第２の変調信号を生成する第２の変調信号生成部と、前記第１の変調信号と前記第１の分配信号とを混合する第１の偶高調波ミキサと、前記第２の変調信号と前記第２の分配信号とを混合する第２の偶高調波ミキサと、前記第１の偶高調波ミキサの出力信号と前記第２の偶高調波ミキサの出力信号とを合成する９０°位相合成器とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、無線通信システムあるいはレーダシステムの送受信機に用いられる周波数変調器に関するものである。

レーダシステムで使用するエキサイタは、ＶＨＳ帯等である原振信号を逓倍及びミキサによる周波数合成を行うことでシステムで要求される周波数の信号を生成する。エキサイタは、レーダシステムの性能を向上させるスペクトラム拡散やパルス圧縮を実現するため、位相変調、周波数変調、周波数変換等を実行している。
周波数変調器としては、基本波ミキサを用いた直交変調器等が用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−１１６４２７号公報（図１） 特開平７−３０４６３号公報（図１）

送受信機において位相変調、周波数変調、周波数変換等を実行し所望の周波数を生成する際、ミキサで発生するイメージ波を抑圧しなければ雑音となってレーダシステムに多大な影響を与えてしまう。
イメージ波の抑圧に関し、例えば特許文献１の周波数変調器ではギルバートセル型のミキサを用い、Ｉ信号を分割してＩ信号若しくはＱ信号のいずれか側だけに送信信号をそのまま入力し、送信信号をそのまま入力されなかったＱ信号には分割されたＩ信号の送信信号を微分器４に通過させた後にＱ信号に入力するようにした。この結果、イメージ波が抑圧され、低雑音な周波数変調器を提供している。
しかしながら、従来の周波数変調器では周波数変調のみが実施されており、周波数変調器の出力信号の周波数は入力信号の周波数と概略同等の周波数であった。周波数変換を実施するには別途、後段に周波数変換用のミキサやバンドパスフィルタ等の部品を用意する必要があり、送受信機の小型化・低価格化の妨げとなっていた。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、低雑音で且つ小型・低価格な、周波数変換も同時に行う周波数変調器を提供することを目的とする。

この発明の周波数変調器は、所定周波数の入力信号を、同位相で且つ同振幅の第１の分配信号と第２の分配信号に分配する同相分配器と、前記所定周波数と異なる周波数の第１の変調信号を生成する第１の変調信号生成部と、前記第１の変調信号と同一周波数であり且つ前記第１の変調信号に対して９０°の位相差を有する第２の変調信号を生成する第２の変調信号生成部と、前記第１の変調信号と前記第１の分配信号とを混合する第１の偶高調波ミキサと、前記第２の変調信号と前記第２の分配信号とを混合する第２の偶高調波ミキサと、前記第１の偶高調波ミキサの出力信号と前記第２の偶高調波ミキサの出力信号とを合成する９０°位相合成器とを備える。

この発明によれば、周波数変換も同時に実施可能な、低雑音で且つ小型・低価格な周波数変調器を提供できる。

この発明の実施の形態１による周波数変調器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による周波数変調器を使用した場合に、周波数変調器の出力が入力に対して概略２倍の周波数となることを説明する図である。 この発明の実施の形態２による周波数変調器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２による周波数変調器を使用した場合に、周波数変調器の出力が入力に対して概略２倍の周波数となることを説明する図である。 従来の周波数変調器の構成を示す図である。 従来の周波数変調器を使用した場合に、周波数変調器の出力が入力に対して概略同等の周波数であることを示す図である。

まず、従来の特許文献１の周波数変調器の構成と動作について図を用いて説明する。図５は従来の周波数変調器の構成図である。図５において１は所定周波数（ｆin）の入力信号、２は入力信号を位相差０°で且つ同振幅である第１の分配信号と第２の分配信号とに分配する同相分配器、３は第１の変調信号を生成するＩチャンネル周波数生成部、４は第２の変調信号を生成するＱチャンネル周波数生成部、５はいずれか一方の信号に９０°の位相変化を与えた後に合成する９０°位相合成器、６は出力信号、７は第１の基本波ミキサ、８は第２の基本波ミキサである。
図５において、入力信号１（周波数：ｆin）は同相分配器２で位相差０°かつ概略同振幅に分配され、第１の基本波ミキサ７及び、第２の基本波ミキサ８に入力される。
第１の基本波ミキサ７にはＩチャンネル信号発生部３から出力される変調信号（周波数：ｆａ〜ｆｂ）が入力され、第２の基本波ミキサ８にはＱチャンネル信号発生部４から出力される変調信号（周波数：ｆａ〜ｆｂ）が入力される。
ここで、Ｉチャンネル周波数生成部３から出力される変調信号とＱチャンネル周波数生成部４から出力される変調信号とは同一周波数であるが位相は９０°異なるように予め設定されている。
これにより、第１の基本波ミキサ７で発生する所望波である入力信号と変調信号の混合波（周波数：ｆin＋ｆａ〜ｆin＋ｆｂ）と、第２の基本波ミキサ８で発生する所望波である入力信号と変調信号の混合波（周波数：ｆin＋ｆａ〜ｆin＋ｆｂ）とが、９０°位相合成器５により同相で合成され出力される。
一方、第１の基本波ミキサ７で発生するイメージ波である入力信号と変調信号の混合波（周波数：ｆin−ｆａ〜ｆin−ｆｂ）と、第２の基本波ミキサ８で発生するイメージ波である入力信号と変調信号の混合波（周波数：ｆin−ｆａ〜ｆin−ｆｂ）とは、９０°位相合成器５により逆相で合成され、抑圧される。
このように動作することで、Ｉチャンネル信号生成部３から出力される変調信号の周波数とＱチャンネル信号生成部４から出力される変調信号の周波数とを同一に変化させることにより、ミキサで発生するイメージ波を抑圧した低雑音な周波数変調が可能となる。
図６は、従来の周波数変調器を使用した場合の周波数変調器の出力信号の周波数を示した図である。従来の周波数変調器では、出力信号の周波数（ｆin＋fb）は入力信号の周波数（ｆin）に対して概略同等の周波数となる。
このように、従来の周波数変調器では周波数変調のみが実施され、低雑音な周波数変調が可能となるが、周波数変調器の出力信号の周波数は入力信号の周波数と概略同等の周波数となっていた。送受信機の機能として周波数変換を実施するには、別途後段に、周波数変換を実行するミキサやバンドパスフィルタ等の部品を用意する必要があり、送受信機の小型化・低価格化の妨げとなっていた。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１の周波数変調器の構成を図１に示す。図１において９は第１の偶高調波ミキサ、１０は第２の偶高調波ミキサである。なお、１〜６は従来の周波数変調器（図５、図６）での説明と同一のものであり、ここではその説明は省略する。なお、Ｉチャンネル信号生成部３は第１の変調信号生成部の一例でありＱチャンネル信号生成部４は第２の変調信号生成部の一例である。

次に、実施の形態１の周波数変調器の動作を図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１の周波数変調器を構成する各構成からの出力信号の周波数を示した図である。
図２において、入力信号（周波数：ｆin）は同相分配器で位相差０°かつ概略同振幅の分配信号（第１の分配信号、第２の分配信号）に分配され、第１の偶高調波ミキサ９及び、第２の偶高調波ミキサ１０に入力される。
第１の偶高調波ミキサ９にはＩチャンネル信号発生部３から出力される第１の変調信号（周波数：ｆａ〜ｆｂ）が入力され、第２の偶高調波ミキサ１０にはＱチャンネル信号発生部４から出力される変調信号（周波数：ｆａ〜ｆｂ）が入力される。
ここで、Ｉチャンネル周波数生成部３から出力される変調信号とＱチャンネル周波数生成部４から出力される変調信号は同一周波数であるが位相が９０°異なるものとしておく。

第１の偶高調波ミキサ９で発生する所望波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin＋ｆａ〜２×ｆin＋ｆｂ）と、第２の偶高調波ミキサ１０で発生する所望波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin＋ｆａ〜２×ｆin＋ｆｂ）は９０°合成器５により同相で合成され、出力信号（周波数：２×ｆin＋ｆａ〜２×ｆin＋ｆｂ）として出力される。
一方、第１の偶高調波ミキサ９で発生するイメージ波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin−ｆａ〜２×ｆin−ｆｂ）と、第２の偶高調波ミキサ１０で発生するイメージ波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin−ｆａ〜２×ｆin−ｆｂ）とは、９０°位相合成器５により逆相で合成され抑圧される。

このように、本実施の形態の周波数変調器では、偶高調波ミキサを備え、Ｉチャンネル信号生成部３及びＱチャンネル信号生成部４から出力される変調信号の周波数を同一に変化させることにより、イメージ波を抑圧した低雑音な周波数変調が可能となる。これと共に、本実施の形態の周波数変調器では、出力信号の周波数を入力信号の周波数の概略２倍の周波数として周波数変換も行うことができる。
以上のように周波数変調と周波数変換を同時に実施することができ、イメージ波を抑圧して低雑音で、且つ、小型・低価格な周波数変調器を得ることができる。

実施の形態２.
この発明の実施の形態２の周波数変調器の構成を図３に示す。図３においては９は第１の偶高調波ミキサ、１０は第２の偶高調波ミキサ、１１は入力信号を位相差４５°で且つ同振幅である第１の分配信号と第２の分配信号とに分配する４５°位相分配器、１２は同相合成器である。なお、１、３、４、６は従来の周波数変調器（図５、図６）での説明と同一のものであり、ここではその説明は省略する。

次に、実施の形態２の周波数変調器の動作を図４を用いて説明する。図４は実施の形態２の周波数変調器を構成する各構成からの出力信号の周波数を示した図である。
図４において、入力信号（周波数：ｆin）は４５°位相分配器で位相差４５°かつ概略同振幅の分配信号（第１の分配信号、第２の分配信号）に分配され、第１の偶高調波ミキサ９及び第２の偶高調波ミキサ１０に入力される。
第１の偶高調波ミキサ９にはＩチャンネル信号発生部３から出力される変調信号（周波数：ｆａ〜ｆｂ）が入力され、第２の偶高調波ミキサ１０にはＱチャンネル信号発生部４から出力される変調信号（周波数：ｆａ〜ｆｂ）が入力される。
ここで、Ｉチャンネル周波数生成部３から出力される変調信号とＱチャンネル周波数生成部４から出力される変調信号は同一周波数であるが位相が９０°異なるものとしておく。

第１の分配信号と第１の偶高調波ミキサ９で発生する所望波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin＋ｆａ〜２×ｆin＋ｆｂ）と、第２の偶高調波ミキサ１０で発生する所望波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin＋ｆａ〜２×ｆin＋ｆｂ）は同相合成器１２により同相で合成され出力される。
一方、第１の偶高調波ミキサ９で発生するイメージ波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin−ｆａ〜２×ｆin−ｆｂ）と、第２の偶高調波ミキサで発生するイメージ波である入力信号の２倍波と変調信号の混合波（周波数：２×ｆin−ｆａ〜２×ｆin−ｆｂ）は同相合成器により逆相で合成され抑圧される。

このように、実施の形態２の周波数変調器では、偶高調波ミキサを備え、Ｉチャンネル信号生成部３及びＱチャンネル信号生成部４から出力される変調信号の周波数を同一に変化させることにより、イメージ波を抑圧した低雑音な周波数変調が可能となる。これと共に、本実施の形態の周波数変調器では、出力信号の周波数を入力信号の周波数の概略２倍の周波数として周波数変換も行うことができる。
以上のように周波数変調と周波数変換を同時に実施することができ、イメージ波を抑圧して低雑音で、且つ、小型・低価格な周波数変調器を得ることができる。

１ 入力信号、２ 同相分配器、３ Ｉチャンネル信号生成部、４ Ｑチャンネル信号生成部、５ ９０°合成器、６ 出力信号、７ 第１の基本波ミキサ、８ 第２の基本波ミキサ、９ 第１の偶高調波ミキサ、１０ 第２の偶高調波ミキサ、１１ ４５°位相分配器、１２ 同相合成器。

Claims (2)

1. 所定周波数の入力信号を、同位相で且つ同振幅の第１の分配信号と第２の分配信号に分配する同相分配器と、
   前記所定周波数と異なる周波数の第１の変調信号を生成する第１の変調信号生成部と、
   前記第１の変調信号と同一周波数であり且つ前記第１の変調信号に対して９０°の位相差を有する第２の変調信号を生成する第２の変調信号生成部と、
   前記第１の変調信号と前記第１の分配信号とを混合する第１の偶高調波ミキサと、
   前記第２の変調信号と前記第２の分配信号とを混合する第２の偶高調波ミキサと、
   前記第１の偶高調波ミキサの出力信号と前記第２の偶高調波ミキサの出力信号とを合成する９０°位相合成器と、
   を備えることを特徴とする周波数変調器。
2. 所定周波数の入力信号を互いの位相差が４５°で且つ同振幅の第１の分配信号と第２の分配信号に分配する４５°位相分配器と、
   前記所定周波数と異なる周波数の第１の変調信号を生成する第１の変調信号生成部と、
   前記第１の変調信号と同一周波数であり且つ前記第１の変調信号に対して９０°の位相差を有する第２の変調信号を生成する第２の変調信号生成部と、
   前記第１の変調信号と前記第１の分配信号とを混合する第１の偶高調波ミキサと、
   前記第２の変調信号と前記第２の分配信号とを混合する第２の偶高調波ミキサと、
   前記第１の偶高調波ミキサの出力信号と前記第２の偶高調波ミキサの出力信号とを合成する同相合成器と、
   を備えることを特徴とする周波数変調器。

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