JP2018125712A

JP2018125712A - 送信機及び信号生成方法

Info

Publication number: JP2018125712A
Application number: JP2017016588A
Authority: JP
Inventors: 恭弥高野; Kyoya Takano
Original assignee: Hiroshima University NUC
Current assignee: Hiroshima University NUC
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-02-01
Also published as: JP6864344B2

Abstract

【課題】低損失で不要信号を除去することができる送信機及び信号生成方法を提供する。【解決手段】送信機は、所定の周波数帯域を有するＩＦ信号と局部発振信号であるＬＯ信号とを加算する第１加算部２１と、第１加算部２１の出力信号を逓倍する第１逓倍部２５と、ＩＦ信号の逆位相の信号とＬＯ信号とを加算する第２加算部２２と、第２加算部２２の出力信号を逓倍する第２逓倍部２６と、第１逓倍部２５で逓倍された信号から、第２逓倍部２６で逓倍された信号を減算する減算部２７と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、送信機及び信号生成方法に関する。

従来、変調信号と搬送信号である局部発振信号とを混合して得られた中間周波数信号を、高調波周波数混合器、周波数逓倍器等によって変換し、高周波の送信信号を生成する送信機が開発されている。このような送信機では、高周波の送信信号を生成する際に、送信信号以外の不要信号が生じる。不要信号の除去は、一般的に、帯域通過瀘波器を用いて行われる（例えば、非特許文献１）。

K.Katayama, et al. , "A 300 GHz CMOS Transmitter With 32-QAM 17.5 Gb/s/ch Capability Over Six Channels", IEEE Journal of Solid-State Circuits , vol.51 , no.12 , p. 3037-3048 , Dec. 2016

非特許文献１のように帯域通過瀘波器を用いる場合、帯域通過濾波器には、信号雑音比の高い高品質な信号を得るために、急峻な遮断周波数特性を有することが求められる。しかしながら、高い周波数帯域では、急峻な遮断周波数特性を持つ帯域通過瀘波器を低損失で実現することは困難である。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、低損失で不要信号を除去することができる送信機及び信号生成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明の第１の観点に係る送信機は、
所定の周波数帯域を有する入力信号と局部発振信号とを加算して出力する第１加算部と、
前記第１加算部の出力信号を逓倍する第１逓倍部と、
前記入力信号の逆位相の信号と前記局部発振信号とを加算して出力する第２加算部と、
前記第２加算部の出力信号を逓倍する第２逓倍部と、
前記第１逓倍部で逓倍された信号から、前記第２逓倍部で逓倍された信号を減算する減算部と、
を備える。

また、前記第１逓倍部及び前記第２逓倍部は、
前記入力信号を２逓倍する２逓倍器を備える、
こととしてもよい。

また、前記入力信号は、
ベースバンド信号と前記局部発振信号とを混合して得られる中間周波数信号である、
こととしてもよい。

また、前記第１加算部の後段に接続され、前記第１加算部の出力信号を増幅させて前記第１逓倍部に入力する第１増幅部と、
前記第２加算部の後段に接続され、前記第２加算部の出力信号を増幅させて前記第２逓倍部に入力する第２増幅部と、を備え、
前記第１増幅部の増幅率は、前記第２増幅部の増幅率に等しい、
こととしてもよい。

また、本発明の第２の観点に係る信号生成方法は、
所定の周波数帯域を有する入力信号に局部発振信号を加算する第１加算ステップと、
前記第１加算ステップで加算された信号を逓倍する第１逓倍ステップと、
前記入力信号の逆位相の信号に前記局部発振信号を加算する第２加算ステップと、
前記第２加算ステップで加算された信号を逓倍する第２逓倍ステップと、
前記第１逓倍ステップで逓倍された信号から、前記第２逓倍ステップで逓倍された信号を減算する減算ステップと、
を含む。

本発明によれば、入力信号と局部発振信号との混合信号の高調波信号から、帯域通過瀘波器を用いることなく、不要波を除去できるので、低損失の高調波信号を生成することができる。

実施の形態に係る送信機のブロック図である。周波数混合部の構成を示すブロック図である。周波数混合部の動作を示す概念図である。ＩＦ信号のアップコンバートに係る信号の出力電力スペクトルを示す概念図である。送信機の出力電力スペクトルの一例を示す図である。

以下、図を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る送信機について説明する。

本実施の形態に係る送信機１は、図１のブロック図に示すように、ベースバンド部１１と、局部発振器１２と、変調部１３と、周波数混合部２０と、パワーアンプ１４と、アンテナ１５とを備える無線送信機である。

ベースバンド部１１は、送信機１から送信する情報を、ベースバンド信号として変調部１３に出力する。

局部発振器１２は、搬送波として用いられる局部発振信号（以下、ＬＯ信号という）を生成する。局部発振器１２は、ＬＯ信号を変調部１３及び周波数混合部２０に出力する。

変調部１３は、ベースバンド部１１の出力信号であるベースバンド信号と、局部発振器１２の出力信号であるＬＯ信号とを混合して、中間周波数信号（以下、ＩＦ信号という）を生成する混合器を備える。変調部１３は、ＩＦ信号を周波数混合部２０に出力する。

周波数混合部２０は、変調部１３で生成されたＩＦ信号を入力し、ＩＦ信号をアップコンバートして送信信号（以下、ＲＦ信号という）を生成する。周波数混合部２０の詳細な構成については、後述する。

パワーアンプ１４は、周波数混合部２０から入力するＲＦ信号を増幅する電力増幅器である。

アンテナ１５は、パワーアンプ１４の出力信号を電波として送信する。

続いて、本実施の形態に係る周波数混合部２０について説明する。周波数混合部２０は、図２に示すように、第１加算部２１と、第２加算部２２と、第１増幅部２３と、第２増幅部２４と、第１逓倍部２５と、第２逓倍部２６と、減算部２７とを備える。

第１加算部２１は、変調部１３で生成されたＩＦ信号と、局部発振器１２で生成されたＬＯ信号とを入力し、ＩＦ信号とＬＯ信号とを加算した信号を出力する。

第２加算部２２は、変調部１３で生成されたＩＦ信号を、図示しない位相反転回路で位相反転させた逆位相の信号（以下、−ＩＦ信号という）と、局部発振器１２で生成されたＬＯ信号とを加算した信号を出力する。

第１増幅部２３は、第１加算部２１の出力信号を増幅する電力増幅器である。これにより、ＲＦ信号の出力電力を高めることができる。

第２増幅部２４は、第２加算部２２の出力信号を増幅する電力増幅器である。これにより、ＲＦ信号の出力電力を高めることができる。第２増幅部２４で増幅される信号の増幅率は、第１増幅部２３で増幅される信号の増幅率に等しい。

第１逓倍部２５は、ＩＦ信号をアップコンバートして高周波の送信信号を生成する。具体的には、ＩＦ信号を含む第１加算部２１の出力信号を逓倍して出力する。本実施の形態では、第１逓倍部２５は、乗算器であるスクエアミキサを用いて入力信号を２逓倍する２逓倍器を備え、第１加算部２１から入力された信号を２逓倍して出力する。

第２逓倍部２６は、第１逓倍部２５と同様に、入力信号をアップコンバートして高周波の送信信号を生成する。具体的には、−ＩＦ信号を含む第２加算部２２の出力信号を逓倍して出力する。本実施の形態では、第２逓倍部２６は、乗算器であるスクエアミキサを用いて入力信号を２逓倍する２逓倍器を備え、第２加算部２２から入力された信号を２逓倍して出力する。

減算部２７は、第１逓倍部２５の出力信号から、第２逓倍部２６の出力信号を減算する減算器を備え、減算された信号をＲＦ信号として出力する。本実施の形態に係る減算部２７では、バラン（平衡不平衡変換器）を用いてＲＦ信号を生成する。具体的には、バランに、第１逓倍部２５の出力信号と第２逓倍部２６の出力信号とを入力する。これにより、減算部２７は、第２逓倍部２６の出力信号のうち、−ＩＦ信号に起因して第１逓倍部２５の出力信号と逆位相を持つ信号成分を打ち消して、１つの信号として出力することができる。

続いて、図３の概念図を参照して、周波数混合部２０の動作について説明する。

まず、第１加算部２１は、ＩＦ信号とＬＯ信号とを加算した信号（ＬＯ＋ＩＦ）を第１逓倍部２５に入力する。第１逓倍部２５は、ＬＯ＋ＩＦを逓倍する。ＬＯ＋ＩＦの逓倍は、周波数混合器、すなわち乗算器によって行われる。より具体的には、ＬＯ＋ＩＦをｎ逓倍（ｎは自然数）した信号（ＬＯ＋ＩＦ）^ｎは、下記の式（１）によって表される。

上式について、ＩＦ信号をアップコンバートした信号、すなわちＲＦ信号として使用される信号は、右辺第２項のＬＯ^ｎ−１・ＩＦの信号である。その他の項の信号成分は、不要信号となる。本実施の形態の第１逓倍部２５は、第１加算部２１の出力信号を２逓倍するので、実質的に下記の式（２）で表される演算が行われる。

図４は、式（２）の各項の信号の出力電力スペクトルを表した概念図である。図４中のｆ_ＬＯはＬＯ信号の周波数であり、２ｆ_ＬＯはＬＯ信号を自乗したＬＯ^２の周波数である。上述の通り、右辺第２項のＬＯ・ＩＦの項がＩＦ信号をアップコンバートした所望信号であり、右辺第１項のＬＯ^２の項と右辺第３項のＩＦ^２の項は不要信号である。

第２加算部２２は、−ＩＦ信号とＬＯ信号とを加算した信号（ＬＯ−ＩＦ）を第２逓倍部２６に入力する。第２逓倍部２６は、上述の第１逓倍部２５と同様にＬＯ−ＩＦを２逓倍して、下記の式（３）に表される信号を出力する。

減算部２７は、第１逓倍部２５の出力信号から、第２逓倍部２６の出力信号を減算する。上述の式（２）、（３）及び図３のブロック図に概念的に示される出力電力スペクトルのように、第１逓倍部２５の出力信号のＬＯ^２の項及びＩＦ^２の項は、第２逓倍部２６の出力信号のＬＯ^２の項及びＩＦ^２の項に、等しい。したがって、第１逓倍部２５の出力信号から第２逓倍部２６の出力信号を減算した減算部２７の出力信号は、ＬＯ・ＩＦの項が残る一方、不要波であるＬＯ^２、ＩＦ^２の項が除去された信号となる。

周波数混合部２０は、上述のように構成され、ＩＦ信号とＬＯ信号から不要信号を除去した高周波信号ＬＯ・ＩＦを生成することができる。

図５は、本実施の形態に係る送信機１をＣＭＯＳ回路として構成し、３００ＧＨｚを中心周波数とする送信信号を生成した場合の出力電力スペクトルの例を示す図である。図５では、不要波であるＬＯ^２の周波数成分が、ノイズフロアよりも小さいレベルまで抑圧されている。

以上説明したように、本実施の形態に係る送信機１では、入力信号であるＩＦ信号、ＩＦ信号の逆位相の−ＩＦ信号、及び局部発振器で生成される局部発振信号であるＬＯ信号を用いて不要波を除去した高周波の出力信号（ＲＦ信号）を生成することができる。したがって、帯域通過瀘波器によって不要波を除去することなく、低損失で不要信号が除去された出力信号を生成することが可能である。

上記実施の形態に係る送信機１では、図１のように、変調部１３と周波数混合部２０に、局部発振器１２から出力された同じＬＯ信号を入力することとしたが、これに限られない。例えば、変調部１３に入力するＬＯ信号の周波数は、周波数混合部２０に入力するＬＯ信号の周波数と異なるものであってもよい。これにより、変調部１３の出力であるＩＦ信号の周波数と、周波数混合部２０の出力であるＲＦ信号の周波数を、それぞれの回路構成に適した周波数となるように、個別に調整することができる。

また、実施の形態に係る送信機１では、帯域通過濾波器を用いない構成としたが、これに限られない。例えば、パワーアンプ１４とアンテナ１５との間に帯域通過濾波器を配置してもよい。これにより、より雑音を抑圧した信号を送信することができる。

また、上記実施の形態に係る送信機１では、ＲＦ信号を、パワーアンプ１４で増幅した後に、アンテナ１５で送信することとしたが、これに限られない。例えば、パワーアンプ１４を用いることなく、周波数混合部２０の出力信号をアンテナ１５から送信することとしてもよい。本発明に係る送信機１は、上述のように、低損失で不要信号が除去された出力信号を生成できる。したがって、パワーアンプ１４を適用することが困難な高い周波数帯においても、高品質な送信信号を生成できる。

本発明は、中間周波数信号を逓倍して高周波の送信信号を生成する無線送信機に好適である。また、本発明は、送信機の最終段を並列構成にして、複数の出力を電力合成する高周波の無線送信機に応用可能である。

１送信機、１１ベースバンド部、１２局部発振器、１３変調部、１４パワーアンプ、１５アンテナ、２０周波数混合部、２１第１加算部、２２第２加算部、２３第１増幅部、２４第２増幅部、２５第１逓倍部、２６第２逓倍部、２７減算部

Claims

所定の周波数帯域を有する入力信号と局部発振信号とを加算して出力する第１加算部と、
前記第１加算部の出力信号を逓倍する第１逓倍部と、
前記入力信号の逆位相の信号と前記局部発振信号とを加算して出力する第２加算部と、
前記第２加算部の出力信号を逓倍する第２逓倍部と、
前記第１逓倍部で逓倍された信号から、前記第２逓倍部で逓倍された信号を減算する減算部と、
を備える送信機。
前記第１逓倍部及び前記第２逓倍部は、
前記入力信号を２逓倍する２逓倍器を備える、
請求項１に記載の送信機。
前記入力信号は、
ベースバンド信号と前記局部発振信号とを混合して得られる中間周波数信号である、
請求項１又は２に記載の送信機。
前記第１加算部の後段に接続され、前記第１加算部の出力信号を増幅させて前記第１逓倍部に入力する第１増幅部と、
前記第２加算部の後段に接続され、前記第２加算部の出力信号を増幅させて前記第２逓倍部に入力する第２増幅部と、を備え、
前記第１増幅部の増幅率は、前記第２増幅部の増幅率に等しい、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の送信機。
所定の周波数帯域を有する入力信号に局部発振信号を加算する第１加算ステップと、
前記第１加算ステップで加算された信号を逓倍する第１逓倍ステップと、
前記入力信号の逆位相の信号に前記局部発振信号を加算する第２加算ステップと、
前記第２加算ステップで加算された信号を逓倍する第２逓倍ステップと、
前記第１逓倍ステップで逓倍された信号から、前記第２逓倍ステップで逓倍された信号を減算する減算ステップと、
を含む信号生成方法。