JP2016201619A - イメージリジェクションミクサ - Google Patents

Abstract

【課題】 製造時のばらつきや環境温度の変動などによるイメージリジェクション比の劣化をディジタル信号処理を用いずに抑制し、高いイメージリジェクション比を有するイメージリジェクションミクサを得る【解決手段】 局部発振信号から２系統の直交局部発振信号を生成する直交信号生成回路と、前記直交局部発振信号の位相差を制御する可変移相器と、前記直交局部発振信号の位相差が基準位相差になるように前記可変移相器を制御するフィードバック回路と、２系統の前記直交局部発振信号の振幅をそれぞれ制限する一対のリミッタ増幅器と、２系統の前記直交局部発振信号それぞれにより高周波入力信号を２系統の中間周波数信号に変換する一対の周波数変換器と、２系統の前記中間周波数信号の位相差を９０度変化させる９０度移相器と、２系統の前記中間周波数信号を合成する合成器と、を備えた。【選択図】 図１

Description

この発明は、イメージ帯域の信号を抑圧して高周波信号の周波数変換を行うイメージリジェクションミクサに関するものである。

特許文献１には、従来のイメージリジェクションミクサが開示されている。
図５は特許文献１に開示されている従来のイメージリジェクションミクサを示す構成図である。
このイメージリジェクションミクサは、高周波信号入力端子１０１、局部発振信号入力端子１０３、直交信号生成回路１０４、周波数変換器１０５ａ、１０５ｂ、帯域通過フィルタ１０６ａ、１０６ｂ、ベースバンド増幅器１０７ａ、１０７ｂ、Ａ／Ｄ変換器１０８ａ、１０８ｂ、ディジタル信号処理部１０９から構成されている。

高周波信号入力端子１０１から入力された高周波信号は、周波数変換器１０５ａ、１０５ｂにおいて、直交信号生成回路１０４からの直交局部発振信号とミキシングされ、Ｉ、Ｑの２系統の中間周波数信号に周波数変換される。また局部発振信号入力端子１０３から入力された局部発振信号は直交信号生成回路１０４に入力することで、位相差９０度を有するＩ、Ｑ２系統の直交局部発振信号となり周波数変換器１０５ａ、１０５ｂにそれぞれ入力される。周波数変換されたＩ、Ｑ２系統の中間周波数信号は、帯域通過フィルタ１０６ａ、１０６ｂ、ベースバンド増幅器１０７ａ、１０７ｂを通過し、Ａ／Ｄ変換器１０８ａ、１０８ｂに入力される。そして、ディジタル信号に変換されディジタル信号処理部１０９に出力される。ディジタル信号処理部１０９において、直交ミキシングおよび合成が行われ、イメージ帯域の成分が抑圧された中間周波数信号が出力され、復調される。

上記のイメージリジェクションミクサにおいて、製造時のばらつきや温度変動の影響により局部発振信号および中間周波数信号のＩ、Ｑの２系統間で振幅誤差や位相誤差が発生するとイメージリジェクション比が低下する。そのため、ディジタル信号処理部１０９において、Ｉ、Ｑの２系統の中間周波数信号の振幅誤差および位相誤差をそれぞれ検出し、ディジタル演算により誤差補正を行うことで高いイメージリジェクション比を実現している。

特開２００４−１２８６９４号公報

従来のイメージリジェクションミクサは上記のように構成され、ディジタル信号処理部においてＩ、Ｑの２系統の中間周波数信号の誤差補正を行うために、ディジタル回路の規模が増大し、消費電力および回路面積が増加するという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、直交局部発振信号の２系統間の位相誤差をアナログ回路のフィードバック制御により補正することで、ディジタル回路規模を増大させずに高いイメージリジェクション比を実現するイメージリジェクションミクサを得ることを目的とする。

この発明に係るイメージリジェクションミクサは、
局部発振信号から２系統の直交局部発振信号を生成する直交信号生成回路と、
前記直交局部発振信号の位相差を制御する可変移相器と、
前記直交局部発振信号の位相差が基準位相差になるように前記可変移相器を制御するフィードバック回路と、
２系統の前記直交局部発振信号の振幅をそれぞれ制限する一対のリミッタ増幅器と、
２系統の前記直交局部発振信号それぞれにより高周波入力信号を２系統の中間周波数信号に変換する一対の周波数変換器と、
２系統の前記中間周波数信号の位相差を９０度変化させる９０度移相器と、
２系統の前記中間周波数信号を合成する合成器と、
を備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、直交局部発振信号の位相誤差を検出し、位相誤差を低減するように局部発振信号経路の移相器を制御するように構成したので、製造時のばらつきや温度変動による直交局部発振信号の位相誤差を低減し、ディジタル信号処理によらず高いイメージリジェクション比を実現するイメージリジェクションミクサを得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるイメージリジェクションミクサを示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるイメージリジェクションミクサを示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるイメージリジェクションミクサを示す構成図である。 この発明の実施の形態３による移相器を示す構成図である。 従来のイメージリジェクションミクサを示す構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、図にしたがって説明する。
図１はこの発明の実施の形態１によるイメージリジェクションミクサを示す構成図である。実施の形態１にかかるイメージリジェクションミクサは、高周波信号入力端子１、局部発振信号入力端子３、直交信号生成回路４、周波数変換器５ａ、５ｂ、９０度移相器６、合成器７、帯域通過フィルタ８、ベースバンド増幅器９、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器１０、復調部１１、位相検出回路５１、位相比較回路５２、積分回路５３、可変移相器である移相器５４、リミッタ増幅器５５ａ、５５ｂから構成される。また図１において、位相検出回路５１、位相比較回路５２、積分回路５３からフィードバック回路が構成されている。

局部発振信号入力端子３から入力された局部発振信号は、直交信号生成回路４において位相差が概略９０度となる２系統の直交局部発振信号になる。２系統の直交局部発振信号は一対のリミッタ増幅器５５ａ、５５ｂのそれぞれに入力する。リミッタ増幅器５５ａ、５５ｂは入力信号に振幅の制限をかけ、振幅一定の信号を出力する。２つのリミッタ増幅器５５ａ、５５ｂの振幅制限値を等しくすることにより、２系統の直交信号間の振幅誤差がほぼ０となる。この２系統の直交局部発振信号は一対の周波数変換器５ａ、５ｂのそれぞれに入力される。

一方、高周波信号入力端子１から入力された高周波信号は２分配され、一対の周波数変換器５ａ、５ｂのそれぞれに入力する。ここで直交局部発振信号とそれぞれミキシングされ、２系統の中間周波数信号に周波数変換される。この周波数変換された中間周波数信号のうち一方は、９０度移相器６により位相が９０度シフトされる。９０度移相器６は移相量が固定の移相器を用いることができるので、位相の９０度シフトを精度高く行うことができる。位相が９０度シフトした中間周波数信号は、合成器７においてもう一方の中間周波数信号と合成される。

このため、ハートレー型イメージリジェクションミクサに代表されるイメージリジェクションミクサと同様にイメージ帯域の成分が抑圧された中間周波数信号を得ることができる。

なお、図１では中間周波数信号の経路のうち一方に９０度移相器６を配置する構成を示しているが、これに限らず、例えば中間周波数信号の経路のうち一方に＋４５度移相器を配置し、他方に−４５度移相器を配置して、これら＋４５度移相器と−４５度移相器を合わせて９０度移相器として動作させるようにするなどしても良い。すなわち、２系統の中間周波数信号の位相差を９０度変化させるものであれば９０度移相器をどのような構成としても良い。

イメージ帯域の成分が抑圧された中間周波数信号は帯域通過フィルタ８、ベースバンド増幅器９を通過し、Ａ／Ｄ変換器１０に入力され、ディジタル信号に変換され復調部１１において復調される。

上記のように構成されたイメージリジェクションミクサにおいて、直交信号生成回路４から出力された直交局部発振信号は位相差が概略９０度を有する２系統の信号である。この直交局部発振信号は、製造時のばらつきや温度変動の影響を受けて振幅誤差および位相誤差が発生する。２系統の直交局部発振信号に振幅誤差および位相誤差が生じると、イメージ帯域の成分が完全に抑圧されなくなり、イメージリジェクション比が劣化する。
振幅誤差については、直交局部発振信号の経路にリミッタ増幅器５５ａ、５５ｂを配置することで、誤差の低減が図れる。

図１において、位相検出回路５１は直交局部発振信号の位相を検出し、位相比較回路５２は検出した位相差と理想的な位相差である９０度との誤差に応じた電圧を出力する。位相比較回路５２の出力は積分回路５３により積分された後、移相器５４に制御電圧として与えられる。位相検出回路５１、位相比較回路５２、積分回路５３はフィードバック回路を構成している。

移相器５４は移相量を可変する可変移相器であり、与えられた制御電圧に応じて局部発振信号の位相を制御する。その結果、直交局部発振信号の位相誤差を低減するように移相器の移相量に対してフィードバック制御が行われる。これにより２系統の直交局部発振信号の位相差は、製造時のばらつきや温度変動によらず常に概略９０度となるように動的に制御される。したがって、図１のイメージリジェクションミクサでは、直交局部発振信号の位相誤差についても低減が図れる。

したがって、本実施の形態１におけるイメージリジェクションミクサでは、高周波信号受信時において高いイメージリジェクション比を得ることができる。

なお、図１では直交局部発振信号の経路のうち一方に移相器５４を配置する構成を示しているが、これに限らず、直交局部発振信号の経路の両方に移相器を配置し、これら２つの移相器を可変移相器として制御するようにしても良い。すなわち直交局部発振信号の位相差が基準位相差である９０度になるように制御する移相器であれば、可変移相器をどのような構成としても良い。

本イメージリジェクションミクサでは、周波数変換器５ａ、５ｂから合成器７までの主信号経路においても直交中間周波数信号間の振幅・位相誤差によりイメージリジェクション比は劣化する。そのため主信号経路に移相器および可変利得増幅器を接続し振幅・位相誤差を補正する構成も考えられる。しかし、その場合に主信号経路では高いダイナミックレンジを要求されるため、可変移相器や可変利得増幅器の実現が困難となる。

一方、実施の形態１にかかるイメージリジェクションミクサでは、周波数変換器５ａ、５ｂを駆動するために一定の電圧振幅が必要となる局部発振信号経路にリミッタ増幅器５５ａ、５５ｂを接続し振幅制限を行うことで振幅誤差をほぼ０とすることができる。
また、局部発振信号経路に接続する移相器５４には高いダイナミックレンジは要求されないため簡易な構成とすることができ、容易に実現することができる。

以上で明らかなようにこの実施の形態１によれば、直交局部発振信号の位相誤差を検出し、位相誤差を低減するように局部発振信号経路の移相器を制御するように構成したので、製造時のばらつきや温度変動による直交局部発振信号の位相誤差を低減し、ディジタル信号処理によらなくても高いイメージリジェクション比を実現するイメージリジェクションミクサを得ることができる効果がある。

なお、帯域通過フィルタ８から後段の回路は、それぞれ必要に応じて適宜設ければ良く、なくても良い。また、中間周波数信号を必ずしもディジタル復調処理する必要はなく、アナログ処理を行うようにしても良い。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２にかかるイメージリジェクションミクサの構成を示す図である。
実施の形態２にかかるイメージリジェクションミクサは、実施の形態１における位相検出回路を高周波ミクサ６１、位相比較回路をコンパレータ６２、移相器をアナログ移相器６４で構成し、移相器の後段にリミッタ増幅器６５ａ、６５ｂを接続したものである。

図２の構成のイメージリジェクションミクサにおいて、直交局部発振信号の一部は高周波ミクサ６１に入力され、位相差に応じたＤＣ（直流）電圧が出力される。コンパレータ６２には高周波ミクサ６１から出力されたＤＣ電圧と、基準電圧端子に与えられる基準電圧が入力される。コンパレータ６２により、高周波ミクサ６１から出力されたＤＣ電圧を基準電圧と比較することで、直交局部発振信号の位相誤差を検出する。コンパレータ６２の出力は積分回路６３により積分された後、アナログ移相器６４に制御電圧として与えられる。このように、検出誤差に応じてアナログ移相器６４の位相制御を行う。これにより直交局部発振信号の位相誤差に対して移相器のフィードバック制御が行われる。

上記構成のイメージリジェクションミクサにおいて、直交局部発振信号の経路にリミッタ増幅器を接続し、周波数変換器に入力する電圧の振幅を制限することで、直交局部発振信号の振幅誤差はほぼ０となり、振幅誤差によるイメージリジェクション比の劣化をさらに抑制することができる。

以上のように、本実施の形態では、移相器をアナログ移相器６４とすることで、実施の形態１と同様に、製造時のばらつきや温度変化により発生する局部発振信号の位相誤差を高い分解能で高精度に補正し、イメージリジェクション比の劣化を抑制することができる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３にかかるイメージリジェクションミクサの構成を示す図である。
実施の形態３にかかるイメージリジェクションミクサは、実施の形態１における位相検出回路を高周波ミクサ６１、位相比較回路をコンパレータ６２、移相器をディジタル移相器７１で構成し、直交信号生成回路出力にリミッタ増幅器６５ａ、６５ｂを接続したものである。

上記構成のイメージリジェクションミクサにおいて、直交局部発振信号はリミッタ増幅器６５ａ、６５ｂにより振幅を制限され矩形波となる。直交局部発振信号の一方はディジタル移相器７１に入力され離散的に位相制御が行われ、周波数変換器５ａ、５ｂに出力される。また、直交局部発振信号の一部は高周波ミクサ６１に入力され、位相差に応じたＤＣ電圧が出力される。このＤＣ電圧をコンパレータ６２により基準電圧と比較することで、直交局部発振信号の位相誤差を検出し、検出誤差に応じてディジタル移相器７１のフィードバック制御を行う。

一般的にディジタル移相器７１はアナログ移相器６４に比べ広帯域に動作させることができる。このため、例えば局部発振信号の周波数を変化させ、周波数変換する高周波信号の周波数を変化させて使用するようなイメージリジェクションミクサにおいても、広い周波数帯域で動作させることができる。

このように、移相器をディジタル移相器７１とすることで広帯域に局部発振信号の位相制御を行うことができ、広い周波数帯域で高いイメージリジェクション比を得ることができる。

上記構成のイメージリジェクションミクサにおいてディジタル移相器７１は例えば、図４に示すように構成される。ディジタル移相器７１は、入力端子７２、出力端子７５、位相制御端子７４、遅延素子７３から構成される。遅延素子７３は、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）を用いたインバータなどで実現することができる。

入力端子７２から入力された局部発振信号は通過する遅延素子７３の段数に応じて異なる移相量が与えられ、制御端子７４から入力されるディジタル制御信号により出力端子７５から出力する信号が選択される。ディジタル移相器のビット数は、遅延素子の段数が異なる経路の数に対応し（図４では４ビット）、ビット数を増やして移相量分解能を上げることで高精度に位相制御を行うことができる。

本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 高周波信号入力端子、３ 局部発振信号入力端子、４ 直交信号生成回路、５ａ、５ｂ 周波数変換器、６ ９０度移相器、７ 合成器、８ 帯域通過フィルタ、９ ベースバンド増幅器 １０、Ａ／Ｄ変換器 １１、復調部、５１ 位相検出回路、５２ 位相比較回路、 ５３ 積分回路、５４ 移相器、５５ａ、５５ｂ リミッタ増幅器、６１ 高周波ミクサ、６２ コンパレータ、６３ 積分回路、６４ アナログ移相器、６５ａ、６５ｂ リミッタ増幅器、７１ ディジタル移相器、７２ 入力端子、７３ 遅延素子、７４ 制御端子、７５ 出力端子、１０１ 高周波信号入力端子、１０３ 局部発振信号入力端子、１０４ 直交信号生成回路、１０５ａ、１０５ｂ 周波数変換器、１０６ａ、１０６ｂ 帯域通過フィルタ、１０７ａ、１０７ｂ ベースバンド増幅器 １０８ａ、１０８ｂ Ａ／Ｄ変換器 １０９、ディジタル信号処理部。

Claims (6)

1. 局部発振信号から２系統の直交局部発振信号を生成する直交信号生成回路と、
   前記直交局部発振信号の位相差を制御する可変移相器と、
   前記直交局部発振信号の位相差が基準位相差になるように前記可変移相器を制御するフィードバック回路と、
   ２系統の前記直交局部発振信号の振幅をそれぞれ制限する一対のリミッタ増幅器と、
   ２系統の前記直交局部発振信号それぞれにより高周波入力信号を２系統の中間周波数信号に変換する一対の周波数変換器と、
   ２系統の前記中間周波数信号の位相差を９０度変化させる９０度移相器と、
   ２系統の前記中間周波数信号を合成する合成器と、
   を備えたことを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
2. 前記フィードバック回路は、
   前記直交局部発振信号の位相差を検出する位相検出回路と、
   前記位相検出回路で検出した位相差を基準位相差と比較する位相比較回路と、
   前記位相比較回路の出力を積分し、積分した出力を前記可変移相器にフィードバックすることで、前記可変移相器を制御する積分回路と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のイメージリジェクションミクサ。
3. 前記可変移相器はアナログ移相器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイメージリジェクションミクサ。
4. 前記可変移相器はディジタル移相器であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のイメージリジェクションミクサ。
5. 前記位相検出回路は前記直交局部発振信号の位相差に応じた直流電圧を出力する高周波ミクサであることを特徴とする請求項２に記載のイメージリジェクションミクサ。
6. 前記位相比較回路は前記直交局部発振信号の位相差に応じた直流電圧と基準電圧端子に与えられた基準電圧とを比較するコンパレータであることを特徴とする請求項２に記載のイメージリジェクションミクサ。

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