JP2012209737A

JP2012209737A - 送信装置

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Publication number: JP2012209737A
Application number: JP2011073447A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Iwamoto; 光浩岩本
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】ミリ波帯を含む高周波の送信信号を送出する送信装置において、簡単な回路構成によりローカルリーク成分を低減可能にする。
【解決手段】周波数変換部として直交変調器を構成する９０°ハイブリッド回路４及び周波数変換器１、２と、ローカル信号生成部３と、周波数変換部の出力信号を増幅する増幅器５と、増幅器５の入力部に近接して配置され、ローカル信号の周波数帯域の信号を検出するパッドアンテナ７と、パッドアンテナ７によって検出されるローカルリーク成分と増幅器５から出力されるＲＦ出力信号の信号レベルとに基づき、ローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部８と、キャンセル信号と周波数変換部の出力信号とを加算する加算器１０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波のローカル信号を用いてベースバンド信号を周波数変換して送出する送信装置に関する。

無線通信装置の送信装置において、ベースバンド信号から無線周波数（ＲＦ）の信号に中間周波数（ＩＦ）を介さずに周波数変換する直接変換（Direct Conversion）方式の装置が広く普及している。ベースバンド信号を所望の周波数帯に周波数変換するためのローカル信号は、送信信号としては不要信号成分であり、送信品質を低下させる。このため、従来より、送信信号に含まれる局部発振信号成分（以下、ローカルリーク成分と呼ぶ）を抑制するための構成がいくつか提案されている。

図５は半導体基板（ＩＣチップ）上に構成された従来の送信装置における周波数変換部の構成例を示す図である（特許文献１参照）。変調用回路１０１は、ベースバンド信号の入力信号Ｉとローカル信号のキャリアＬｏとを入力し、キャリアＬｏに基づいて入力信号Ｉを変調した信号を出力する。信号生成回路１０３は、変調用回路１０１の出力側１０２におけるキャリアリーク（ローカルリーク成分）の位相及び振幅に基づいて、キャリアＬｏからキャリアリークの位相と逆相であり、かつ、キャリアリークの振幅と等しい振幅の抑圧信号を生成する。信号生成回路１０３の抑圧信号を出力側１０２に印加する。これにより、ＲＦ信号の出力信号ＲＦに含まれるローカルリーク成分を抑制する。

図６は半導体基板（ＩＣチップ）上に構成された従来の送信装置における周波数変換部の他の構成例を示す図である（特許文献２参照）。信号生成部１１１は、同じ振幅を有する正信号と負信号を含むテスト信号を生成する。振幅検出部１１３は、周波数変換部１１２にて処理されたテスト信号の正信号と負信号の振幅を検出する。レベル圧縮部１１４は、振幅検出部１１３にて検出された正信号の振幅及び負信号の振幅を、入力レベルによって変化する利得によってレベル変換する。
比較部１１５は、レベル圧縮部１１４にてレベル変換された正信号の振幅と負信号の振幅とを比較する。オフセット調整部１１６は、比較部１１５による比較結果に応じた直流オフセット補正信号を信号生成部１１１に与える。信号生成部１１１は、直流オフセット補正信号に基づいてテスト信号の直流レベルを補正し、補正したテスト信号を周波数変換部１１２に送る。直流オフセット補正することによって、出力信号に発生するローカルリーク成分を低減する。

特開平７−３１２６２３号公報国際公開第２００７／１２２８４４号

周波数３０〜３００ＧＨｚのミリ波帯を使用するミリ波無線通信システムでは、送信装置及び受信装置において直接変換方式の周波数変換部を用いる構成が検討されている。ミリ波無線通信システムの送信装置は、送信信号のベースバンド信号を周波数変換部にて所定の搬送波周波数のミリ波周波数帯にアップコンバージョンし、無線信号を所定の送信出力まで増幅した後、アンテナから送出する。受信装置は、通信相手の送信装置から送出されたミリ波周波数帯の無線信号をアンテナにて受信し、受信信号を増幅した後、周波数変換部にてダウンコンバージョンし、ベースバンド信号に復元する。

ミリ波帯のような高周波においてローカルリーク成分の低減効果を得ようとする場合、回路内の複数の空間パスによるローカル信号の回り込みのリークに対応する必要がある。上記特許文献１の従来例のように、抑圧信号を生成して合成する構成において、複数の空間パスに対応するには、信号生成回路が複雑となり、回路規模が増大する。
また、全ての空間パスに対応することは困難であり、ローカルリーク成分の抑圧効果が低減する課題がある。さらに、抑圧信号を生成するために元のローカル信号（キャリアＬｏ）を分岐して使用するので、ローカル信号の損失が生じる。このため、ローカル信号の振幅レベルを補償するための回路が必要となり、消費電力増をもたらす。

また、複数の空間パスによるローカル信号のリークは、周波数変換部の回路動作に起因しないため、上記特許文献２の従来例のように、閉ループによって直流オフセット補正する構成では、ローカルリーク成分の低減効果は小さい。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ミリ波帯を含む高周波の送信信号を送出する送信装置において、簡単な回路構成によりローカルリーク成分を低減可能にすることにある。

本発明の送信装置は、入力信号を無線周波数の信号に周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部に供給するローカル信号を生成するローカル信号生成部と、前記周波数変換部の出力信号を増幅する増幅器と、前記増幅器の入力部に近接して配置され、前記ローカル信号の周波数帯域の信号を検出するパッドアンテナと、前記パッドアンテナによって検出されるローカルリーク成分と、前記増幅器から出力されるＲＦ出力信号の信号レベルとに基づき、前記ローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、前記キャンセル信号と前記周波数変換部の出力信号とを加算する加算器と、を備える。
上記構成により、増幅器の入力部に近接して配置したパッドアンテナによってローカルリーク成分を検出し、ローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成できる。このため、簡単な回路構成によりローカルリーク成分を低減できる。

本発明によれば、ミリ波帯を含む高周波の送信信号を送出する送信装置において、簡単な回路構成によりローカルリーク成分を低減できる。

本発明の第１の実施形態に係る送信装置の要部構成を示すブロック図本実施形態におけるキャンセル信号生成部の具体構成の一例を示す回路図本発明の第２の実施形態に係る送信装置の要部構成を示すブロック図（Ａ）、（Ｂ）は本実施形態の構成の適用前後におけるＲＦ出力信号におけるローカルリーク成分のスペクトラムのイメージを示す図従来の送信装置における周波数変換部の構成例を示す図従来の送信装置における周波数変換部の他の構成例を示す図

以下の実施形態では、高周波の送信信号を送出する送信装置の例として、ミリ波帯を使用する送信装置の構成例を示す。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る送信装置の要部構成を示すブロック図である。送信装置は、二つの周波数変換器１及び２、ローカル信号生成部３、９０°ハイブリッド回路４、増幅器５、ＲＦ出力レベル検出部６、パッドアンテナ７、キャンセル信号生成部８、キャンセル制御部９、加算器１０を含む構成である。本実施形態の送信装置は、直接変換方式の周波数変換部によって構成される。

送信装置は、直交信号のベースバンド信号Ｉ、Ｑを入力し、それぞれミリ波帯に周波数変換して合成した後、信号増幅してＲＦ出力信号として送出する。本実施形態の送信装置は、ＩＣチップを含む半導体基板上に形成された半導体回路によって構成される。

ローカル信号生成部３は、局部発振器を有して構成され、ミリ波帯のローカル信号を生成し、９０°ハイブリッド回路４に出力する。９０°ハイブリッド回路４は、移相器として機能し、ローカル信号に対して９０°の位相差を与える。９０°ハイブリッド回路４の二つの出力端はそれぞれ周波数変換器１、２に接続され、互いに９０°位相がずれたローカル信号が周波数変換器１、２に入力される。

一方の周波数変換器１は、Ｉ信号成分のベースバンド信号Ｉと位相角０°のローカル信号とを入力し、ベースバンド信号Ｉをミリ波帯にアップコンバートする。他方の周波数変換器２は、Ｑ信号成分のベースバンド信号Ｑと位相角９０°のローカル信号とを入力し、ベースバンド信号Ｑをミリ波帯にアップコンバートする。上記９０°ハイブリッド回路４、周波数変換器１、２により、周波数変換部としての直交変調器が構成される。

二つの周波数変換器１、２の出力端は互いに接続され、加算器１０を介して増幅器５の入力端に接続される。つまり、周波数変換器１、２から出力されるミリ波帯の直交信号成分が合成され、増幅器５にて増幅された後、ＲＦ出力信号として出力される。

ＲＦ出力レベル検出部６は、ＲＦ出力信号の信号レベル（ＲＦ出力レベル）を検出し、検出結果をキャンセル制御部９に出力する。キャンセル制御部９は、検出されたＲＦ出力レベルに応じて、キャンセル信号生成部８において生成するキャンセル信号のレベル及び位相を調整するための調整信号を生成し、キャンセル信号生成部８に与える。

パッドアンテナ７は、半導体基板上に設けた導電材料のパッドを用いて構成され、ローカル信号の周波数帯域の信号を検出する。パッドアンテナ７は、増幅器５の入力部の信号ラインに可能な限り近接して配置される。ローカル信号が回路内の複数の空間パスによって回り込み、リークが発生した場合、増幅器５の入力部におけるローカルリーク成分がパッドアンテナ７によって検出される。

キャンセル信号生成部８は、パッドアンテナ７からの入力信号とキャンセル制御部９からの調整信号とに基づき、ローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。キャンセル信号生成部８は、ローカルリーク成分に対し逆位相かつ同振幅のキャンセル信号を生成する。加算器１０は、キャンセル信号生成部８から出力されるキャンセル信号を周波数変換器１、２の出力信号に加算する。これにより、増幅器５による増幅前のミリ波帯の信号は、キャンセル信号によってローカルリーク成分が相殺される。

図２は本実施形態におけるキャンセル信号生成部８の具体構成の一例を示す回路図である。キャンセル信号生成部８は、二つのＦＥＴＱ１、Ｑ２がカスコード接続された１段のカスコードＦＥＴ２１を含む、ソース接地増幅回路の構成である。

カスコードＦＥＴ２１において、一方のＦＥＴＱ１のソースが接地され、他方のＦＥＴＱ２のドレインが負荷２２（コイルＬ、抵抗Ｒ等）を介して電源電圧Ｖｄに接続される。図２の構成では、入力信号の位相に対して出力信号の位相が反転する。ＦＥＴＱ１のゲートにパッドアンテナ７からの入力信号を入力すると、入力された入力信号が位相反転され、ＦＥＴＱ２のドレインからキャンセル信号として出力される。

ＦＥＴＱ１のゲートには、キャンセル制御部９からの調整信号の一つとして、所定電圧の利得調整信号が入力される。入力された利得調整信号により、ＦＥＴＱ１のゲート電圧（第１ゲート電圧）を調整することによって、キャンセル信号のレベル調整が可能である。

また、ＦＥＴＱ２のゲートには、キャンセル制御部９からの調整信号の一つとして、所定電圧の位相微調整／利得調整信号が入力される。入力された位相微調整／利得調整信号により、ＦＥＴＱ２のゲート電圧（第２ゲート電圧）を調整することによって、キャンセル信号の位相の微調整が可能である。位相の微調整に伴って利得が変化するため、利得調整信号及び位相微調整／利得調整信号を適宜調整する。

キャンセル制御部９は、ベースバンド信号を無入力とした状態において、ＲＦ出力レベル検出部６にて検出されるＲＦ出力信号の信号レベルができるだけ小さくなるように、利得調整信号及び位相微調整／利得調整信号を決定する。これにより、キャンセル信号生成部８にて生成されるキャンセル信号の位相と振幅レベルを設定し、空間パスによるローカルリーク成分を低減する。

本実施形態の送信装置において、回路動作時には、ローカル信号生成部３及び周波数変換器１、２から、空間パスによるローカル信号のリークが生じ、ローカルリーク成分が増幅器５の入力部近傍に現れる。

ローカルリーク成分は、増幅器５の入力部に可能な限り近接して設けたパッドアンテナ７により検出され、キャンセル信号生成部８に入力される。キャンセル信号生成部８では、検出されたローカルリーク成分の位相反転、レベル調整がなされ、逆位相のキャンセル信号として出力される。キャンセル信号が加算器１０にて周波数変換器１、２の出力信号に加算され、増幅器５による増幅後のＲＦ出力信号において、ローカルリーク成分が低減される。

上述した第１の実施形態では、増幅器５の入力部に近接させてパッドアンテナ７を配置し、パッドアンテナ７によってローカルリーク成分を検出し、キャンセル信号生成部８によってローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。これにより、ローカル信号生成部３、及びローカル信号生成部３と周波数変換器１、２とを接続する配線から増幅器５の入力部に空間パスを通して発生するローカルリーク成分が検出可能となる。検出したローカルリーク成分の逆位相信号を振幅調整して増幅器５の入力において合成することにより、空間パスによるローカルリーク成分を低減できる。したがって、簡単な回路構成によりローカルリーク成分を低減できる。

また、キャンセル制御部９によって、増幅器５から出力されるＲＦ出力信号の信号レベルに応じて、キャンセル信号のレベル及び位相を調整することにより、ローカルリーク成分の低減効果を向上できる。

（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る送信装置の要部構成を示すブロック図である。送信装置は、二つの周波数変換器１及び２、ローカル信号生成部３、９０°ハイブリッド回路４、増幅器５、ＲＦ出力レベル検出部６、パッドアンテナ７及び１１、キャンセル信号生成部８及び１２、キャンセル制御部１４、加算器１０及び１３を含む構成である。

第２の実施形態の送信装置は、図１に示した第１の実施形態の構成に加えて、増幅器５の出力部にパッドアンテナ（第２のパッドアンテナ）１１及びキャンセル信号生成部（第２のキャンセル信号生成部）１２を設けた構成である。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、ここでは異なる部分を中心に説明する。

パッドアンテナ１１は、半導体基板上に設けた導電材料のパッドを用いて構成され、ローカル信号の周波数帯域の信号を検出する。パッドアンテナ１１は、増幅器５の出力部の信号ラインに可能な限り近接して配置される。ローカル信号が回路内の複数の空間パスによって回り込み、リークが発生した場合、増幅器５の出力部におけるローカルリーク成分がパッドアンテナ１１によって検出される。

キャンセル信号生成部１２は、パッドアンテナ１１からの入力信号とキャンセル制御部１４からの調整信号とに基づき、ローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号（第２のキャンセル信号）を生成する。加算器（第２の加算器）１３は、キャンセル信号生成部１２から出力されるキャンセル信号を増幅器５の出力信号に加算する。これにより、増幅器５による増幅後のミリ波帯の信号は、キャンセル信号によってローカルリーク成分が相殺される。

キャンセル制御部１４は、ＲＦ出力レベル検出部６にて検出されたＲＦ出力レベルに応じて、キャンセル信号生成部８、１２において生成するキャンセル信号のレベル及び位相を調整するための調整信号を生成し、キャンセル信号生成部８、１２に与える。
この場合、キャンセル制御部１４は、ベースバンド信号を無入力とし、増幅器５の動作をオフとした状態において、ＲＦ出力レベル検出部６にて検出されるＲＦ出力信号の信号レベルができるだけ小さくなるように、キャンセル信号生成部８、１２に与える利得調整信号及び位相微調整／利得調整信号を決定する。
これにより、キャンセル信号生成部８、１２にてそれぞれ生成されるキャンセル信号の位相と振幅レベルを設定し、空間パスによるローカルリーク成分を低減する。パッドアンテナ７にて検出された増幅器５の入力部におけるローカルリーク成分と、パッドアンテナ１１にて検出された増幅器５の出力部におけるローカルリーク成分をそれぞれ低減可能である。

本実施形態では、増幅器５の入力部近傍に現れるローカルリーク成分は、増幅器５の入力部に可能な限り近接して設けたパッドアンテナ７により検出され、キャンセル信号生成部８に入力される。また、増幅器５の出力部近傍に現れるローカルリーク成分は、増幅器５の出力部に可能な限り近接して設けたパッドアンテナ１１により検出され、キャンセル信号生成部１２に入力される。
キャンセル信号生成部８より出力される第１のキャンセル信号が加算器１０にて周波数変換器１、２の出力信号に加算され、キャンセル信号生成部１２より出力される第２のキャンセル信号が加算器１３にて増幅器５の出力信号に加算される。これにより、増幅器５の入力部と出力部にそれぞれ現れるローカルリーク成分が低減される。

上述した第２の実施形態では、増幅器５の入力部と出力部において、それぞれ近接させてパッドアンテナ７、１１を配置し、パッドアンテナ７、１１によってローカルリーク成分を検出する。そして、キャンセル信号生成部８、１２によってそれぞれローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。これにより、ローカル信号生成部３、及びローカル信号生成部３と周波数変換器１、２とを接続する配線から増幅器５の出力部に空間パスを通して発生するローカルリーク成分も検出可能となる。増幅器５の入力部と出力部の双方においてローカルリーク成分をキャンセルすることによって、空間パスによるローカルリーク成分の低減効果をさらに向上できる。

図４は、本実施形態の構成の適用前後におけるＲＦ出力信号におけるローカルリーク成分のスペクトラムのイメージを示した図である。図４において、（Ａ）は適用前、（Ｂ）は適用後の特性の一例をそれぞれ示している。

図４（Ａ）に示すように、ローカル信号の周波数（ローカス周波数）ｆ_Ｌにおいて、ローカルリーク成分Ｓ_Ｌ１が発生している一例である。本実施形態の構成を適用することによって、図４（Ｂ）に示すように、ローカル周波数ｆ_Ｌにおけるローカルリーク成分Ｓ_Ｌ２の出力レベルが低減される。

直接変換方式の周波数変換部を持つ構成では、ローカル周波数ｆ_Ｌが変調信号Ｓ_Ｍの周波数帯域内にあるため、装置の性能を確保するために、ローカルリーク成分をできるだけ低減する必要がある。特に、高周波のミリ波帯を使用する送信装置では、回路内の空間パスによって発生するローカルリーク成分が問題となる。
本実施形態によれば、上述したように、パッドアンテナ及びキャンセル信号生成部を設ける簡単な構成によって、空間パスにより発生するローカルリーク成分を低減できる。したがって、送信装置における送信信号の品質を向上でき、通信システムの高品質化、安定性の向上を図れる。

なお、本発明の一態様として、上述した本実施形態の送信装置を、半導体基板上に形成した半導体回路装置についても、本発明に含まれる。

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本発明は、ミリ波帯を含む高周波の送信信号を送出する送信装置において、簡単な回路構成によりローカルリーク成分を低減可能となる効果を有し、例えばミリ波帯の高周波のローカル信号を用いる直接変換方式の周波数変換部を含むミリ波無線通信システムの送信装置等として有用である。

１、２周波数変換器
３ローカル信号生成部
４９０°ハイブリッド回路
５増幅器
６ＲＦ出力レベル検出部
７、１１パッドアンテナ
８、１２キャンセル信号生成部
９、１４キャンセル制御部
１０、１３加算器
２１カスコードＦＥＴ

Claims

入力信号を無線周波数の信号に周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部に供給するローカル信号を生成するローカル信号生成部と、
前記周波数変換部の出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の入力部に近接して配置され、前記ローカル信号の周波数帯域の信号を検出するパッドアンテナと、
前記パッドアンテナによって検出されるローカルリーク成分と、前記増幅器から出力されるＲＦ出力信号の信号レベルとに基づき、前記ローカルリーク成分をキャンセルするためのキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成部と、
前記キャンセル信号と前記周波数変換部の出力信号とを加算する加算器と、
を備える送信装置。
請求項１に記載の送信装置であって、
前記ＲＦ出力信号の信号レベルに応じて、前記キャンセル信号生成部において生成するキャンセル信号のレベル及び位相を調整するための調整信号を生成するキャンセル制御部を、さらに備える送信装置。
請求項２に記載の送信装置であって、
前記キャンセル信号生成部は、二つのＦＥＴがカスコード接続された１段のカスコードＦＥＴを含むソース接地増幅回路を有する構成であり、前記ローカルリーク成分に対し逆位相かつ同振幅のキャンセル信号を生成する、送信装置。
入力信号を無線周波数の信号に周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部に供給するローカル信号を生成するローカル信号生成部と、
前記周波数変換部の出力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の入力部に近接して配置され、前記ローカル信号の周波数帯域の信号を検出する第１のパッドアンテナと、
前記第１のパッドアンテナによって検出されるローカルリーク成分と、前記増幅器から出力されるＲＦ出力信号の信号レベルとに基づき、前記ローカルリーク成分をキャンセルするための第１のキャンセル信号を生成する第１のキャンセル信号生成部と、
前記第１のキャンセル信号と前記周波数変換部の出力信号とを加算する第１の加算器と、
前記増幅器の出力部に近接して配置され、前記ローカル信号の周波数帯域の信号を検出する第２のパッドアンテナと、
前記第２のパッドアンテナによって検出されるローカルリーク成分と、前記増幅器から出力されるＲＦ出力信号の信号レベルとに基づき、前記ローカルリーク成分をキャンセルするための第２のキャンセル信号を生成する第２のキャンセル信号生成部と、
前記第２のキャンセル信号と前記増幅器の出力信号とを加算する第２の加算器と、
をさらに備える送信装置。
請求項１から４のいずれか一項に記載の送信装置を、半導体基板上に形成した半導体回路装置。