JP2019198045A

JP2019198045A - 送信機

Info

Publication number: JP2019198045A
Application number: JP2018092475A
Authority: JP
Inventors: 大介山口; Daisuke Yamaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2019-11-14

Abstract

【課題】装置の大型化を抑制して、広帯域化を実現することができる送信機を得ること。【解決手段】第１の信号であるＩＦ信号７と、第２の信号であるＬＯ信号８とを合成することにより合成信号を生成するミキサ９と、合成信号のうち所望の周波数帯の信号を抽出して通過させ、所望の周波数帯を変更可能な帯域可変フィルタ１１、を備え、合成信号の主たる周波数は、定められた周波数帯域幅のなかで変更可能であることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システムまたはレーダシステムに用いられる送信機に関する。

無線通信システムまたはレーダシステムでは、送信信号にパルス変調、位相変調などの変調を実施することがある。変調を施すことにより、送信信号のスペクトラムは広がりを持ち、送信するチャンネル以外のチャンネルに漏えいすることがある。なお、チャンネルは周波数を示すが、ある程度の幅を持った周波数帯であってもよい。以下、送信信号を送信するためのチャンネルを送信チャンネルと呼ぶ。変調された送信信号が他のチャンネルへ漏えいしないように、例えば、送信信号を生成する送信機である励振機に帯域制限フィルタを装荷して帯域外成分を抑圧することがある。

送信チャンネルに隣接するチャンネルへのスペクトラムの漏えいを抑圧する帯域制限フィルタは、送信信号の周波数が高くなるほど実現が難しくなる。このため、励振機では、帯域制限フィルタの実現が可能な低周波数帯において変調を行い、変調された信号を、帯域制限フィルタを通過させることにより帯域外の成分の抑圧された信号（以下、ＩＦ（Intermediate Frequency）信号と呼ぶ）を生成し、この信号と局部発振信号（以下、ＬＯ（Local Oscillator）信号と呼ぶ）とをミキサで合成することにより送信信号を生成することが多い。この構成の場合、ミキサで合成された信号には、送信信号の周波数帯域の信号以外に、ｍｆ_ＬＯ±ｎｆ_ＩＦ（ｍ，ｎは、それぞれ０以上の整数）の周波数に相互変調波（以下、ＩＭ（Inter Modulation）信号と呼ぶ）が含まれるため、ＩＭ信号を抑圧するフィルタが必要となる。ｆ_ＬＯはＬＯ信号の周波数であり、ｆ_ＩＦはＩＦ信号の周波数である。

一方、送信信号の広帯域化を実現する励振機（以下、広帯域化された励振機と呼ぶ）がある。広帯域化された励振機では、広い周波数帯域のなかの選択された送信周波数で送信信号を生成する。このように、広帯域化された励振機では、上述したＩＭ信号が生じる周波数は、送信周波数に応じて変化する。

下記特許文献１には、直交変調器を用いた位相制御装置において広帯域化を図る技術が開示されている。特許文献１に記載されている位相制御装置では、広帯域化実現のため、複数のフィルタを備え、送信周波数に応じてフィルタ構成を選択し、選択したフィルタを用いることにより帯域外成分であるスプリアスを抑圧する。

特許第４４４５５５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているように複数のフィルタを用いることにより、広帯域化された励振機においてＩＭ信号を抑圧する場合、ミキサの後段に経路切替えスイッチおよび複数のフィルタを備え、経路切替えスイッチにより使用するフィルタを切り替えることになる。このため、装置が大型化するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の大型化を抑制して、広帯域化を実現することができる送信機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる送信機は、第１の信号と、第２の信号とを合成することにより合成信号を生成するミキサと、合成信号のうち所望の周波数帯の信号を抽出して通過させ、所望の周波数帯を変更可能な帯域可変フィルタ、を備える。合成信号の主たる周波数は定められた周波数帯域幅のなかで変更可能である。

本発明によれば、装置の大型化を抑制して、広帯域化を実現することができるという効果を奏する。

実施の形態１の励振機の構成例を示す図実施の形態１のミキサにより合成された信号の一例を示す概念図実施の形態１の帯域可変フィルタのフィルタ特性の一例を示す図実施の形態２にかかる励振機の構成例を示す図実施の形態２の帯域可変フィルタのフィルタ特性の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる送信機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１の励振機の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の励振機１００は、原振周波数発生器（以下、原振と呼ぶ）１、逓倍器２，６、パルス変調回路３、位相変調回路４、帯域制限フィルタ５、ミキサ９、帯域可変フィルタ１１および制御部２０を備える。以下では、本発明にかかる送信機として、パルスレーダに搭載される励振機１００を例に挙げて説明する。なお、本発明にかかる送信機が搭載される装置はパルスレーダに限定されず、装置の目的に応じて変調方式、周波数など変更すれば、他の方式のレーダ、通信装置をはじめとした他の装置にも適用可能である。さらには、ミキサにより２つの信号を合成する装置であれば本発明は適用可能であり、ミキサに入力される信号は変調された信号でなくでもよい。

原振１は、基準となる周波数の基準信号を生成し、基準信号を逓倍器２へ出力する。逓倍器２は、原振１から入力された信号を逓倍して、パルス変調回路３および逓倍器６へ出力する。逓倍器２から出力される信号は、励振機１００により生成される送信信号の送信周波数より周波数の低い、低周波数の信号である。

パルス変調回路３は、逓倍器２から入力された信号をパルス状に成形することによりパルス信号を生成して、パルス信号を位相変調回路４へ出力する。位相変調回路４は、パルス変調回路３から入力されたパルス信号に位相変調を施し、位相変調後の信号を帯域制限フィルタ５へ出力する。帯域制限フィルタ５は、入力された信号から所望の周波数帯域外の信号を除去する。帯域制限フィルタ５は、励振機１００により生成される送信信号が、他のチャンネルへ漏えいすることを抑制するためのフィルタである。帯域制限フィルタ５を通過した信号はＩＦ信号７としてミキサ９へ入力される。

逓倍器６は、入力された信号を逓倍し、逓倍後の信号をＬＯ信号８としてミキサ９に出力する。ミキサ９は、帯域制限フィルタ５から入力されるＩＦ信号７と逓倍器６から入力されるＬＯ信号８とを合成し、合成した信号を帯域可変フィルタ１１に出力する。すなわち、ミキサ９は、第１の信号であるＩＦ信号７と、第２の信号であるＬＯ信号８とを合成することにより合成信号を生成する。ＬＯ信号８の周波数をｆ_ＬＯとし、ＩＦ信号７の周波数をｆ_ＩＦとすると、ミキサ９により合成された信号の周波数はｆ_ＬＯとｆ_ＩＦの和、すなわちｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦとなる。ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦは、励振機１００により生成される送信信号の送信周波数である。換言すると、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦが送信周波数となるように、基準信号の周波数と、逓倍器２および逓倍器６における逓倍の倍率とが決定されている。

ミキサ９から入力された信号は帯域可変フィルタ１１を通過し、送信信号１０として出力される。帯域可変フィルタ１１は、合成信号のうち所望の周波数帯の信号を抽出して通過させるフィルタであり、所望の周波数帯を変更可能である。ミキサ９により合成された信号には、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦの周波数の信号（以下、主信号という）以外に、相互変調波であるＩＭ信号が含まれる。ＩＭ信号の周波数は、ｍｆ_ＬＯ±ｎｆ_ＩＦ（ｍ，ｎは、それぞれ０以上の整数）である。図２は、ミキサ９により合成された信号の一例を示す概念図である。図２において、横軸は周波数を表し、縦軸は信号の強度を示す。図２に示した例では、ミキサ９により合成された信号には、ｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦの周波数の主信号２００と、ＩＭ信号２０１〜２０４とが含まれる。ＩＭ信号２０１の周波数はｆ_ＬＯ−ｆ_２ＩＦであり、ＩＭ信号２０２の周波数はｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦであり、ＩＭ信号２０３の周波数はｆ_ＬＯであり、ＩＭ信号２０４の周波数はｆ_ＬＯ＋ｆ_２ＩＦである。なお、ｆ_２ＩＦ＝２×ｆ_ＩＦである。

制御部２０は、送信周波数を設定するための周波数設定信号を逓倍器６へ出力する。周波数設定信号は、具体的には逓倍器６における逓倍の倍率を指定する信号である。制御部２０は、逓倍器６における逓倍の倍率を指定する、すなわちＬＯ信号の周波数を指定することにより、送信周波数を設定する。また、制御部２０は、帯域可変フィルタ１１の帯域を設定するための帯域設定信号を帯域可変フィルタ１１に出力する。なお、図１に示した構成例では、制御部２０が励振機１００に含まれているが、制御部２０は励振機１００の外部に設けられていてもよい。例えば、制御部２０は、励振機１００が搭載されるパルスレーダ内に設けられていてもよい。制御部２０は、専用の処理回路により実現されてもよいし、プロセッサとメモリを備える制御回路により実現されてもよい。

ＩＭ信号２０１〜２０４を抑制する場合、送信周波数が変化しなければ、主信号２００の周波数を通過帯域とし主信号２００の周波数以外の周波数帯域の信号を除去するような帯域固定のフィルタを用いればよい。一方、送信信号を広帯域化する、すなわちある周波数帯域幅のなかで送信周波数を変更可能とする場合、周波数帯域幅によっては、主信号のとり得る帯域幅と、ＩＭ信号のとり得る帯域幅とが重なってしまい、上記の単一の帯域固定のフィルタではＩＭ信号の除去が困難となる場合がある。例えば、図２に示すように、主信号２００がとり得る周波数の範囲を主信号帯域２０５とし、この場合に、ＩＭ信号２０１〜２０４のそれぞれがとり得る周波数の範囲をそれぞれＩＭ帯域２０６〜２０９とする。なお、図２では、主信号２００およびＩＭ信号２０１〜２０４は、各信号の周波数が、各信号に対応する帯域内の中心である例を図示している。本実施の形態では、送信周波数、すなわち合成信号の主たる周波数は、定められた周波数帯域幅のなかで変更可能である。なお、送信周波数を変更する場合は、ｆ_ＬＯを変更する、すなわち逓倍器６の倍率を変更するため、これにより、ＩＭ信号の周波数も変化する。なお、送信周波数を変更する場合、ｆ_ＬＯおよびｆ_ＩＦの両方を変更してもよい。

主信号帯域２０５が、第１の信号の周波数であるｆ_ＩＦ以上となる場合、図２に示すように、領域２１０では、主信号帯域２０５とＩＭ帯域２０８とが一部重なる。同様に、領域２１１では、主信号帯域２０５とＩＭ帯域２０９とが一部重なる。したがって、単一の帯域固定のフィルタでＩＭ信号２０１〜２０４を除去する場合、このフィルタは主信号帯域２０５を通過するように構成されるため、十分にＩＭ信号が抑圧できない可能性がある。

主信号帯域２０５がｆ_ＩＦ以上となる場合に、十分にＩＭ信号を抑圧するためには、互いに通過帯域の異なる複数のフィルタを用いて送信周波数に応じて、これらのフィルタを選択することも考えるが、この場合、装置が大型化するとともにコストも増加する。

そこで、本実施の形態の励振機１００では、図１に示すように、ミキサ９の後段に、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band Path Filter）である帯域可変フィルタ１１を設け、帯域可変フィルタ１１の帯域を送信周波数に応じて変更することにより、励振機１００の大型化を抑制しつつ広帯域化を実現する。

図３は、本実施の形態の帯域可変フィルタ１１のフィルタ特性の一例を示す図である。図３における主信号２００およびＩＭ信号２０１〜２０４、および各信号に対応する帯域は、図２の例と同様である。図３に示した例では、主信号帯域２０５がｆ_ＩＦ以上である。なお、図３では、主信号２００およびＩＭ信号２０１〜２０４は、各信号の周波数が、各信号に対応する帯域内の中心である例を図示しているが、実際には、各信号の周波数は対応する帯域内で変更可能である。フィルタ特性３０１は、主信号帯域２０５のうち最も低い周波数に送信周波数が設定された場合に、帯域可変フィルタ１１に設定されるフィルタ特性を示す。フィルタ特性３０２は、主信号帯域２０５のうち最も高い周波数に送信周波数が設定された場合に、帯域可変フィルタ１１に設定されるフィルタ特性を示す。上述したように、帯域可変フィルタ１１のフィルタ特性の変更および送信周波数の設定は、制御部２０により行われる。

図３に示すように、フィルタ特性３０１が設定されるときには、ＩＭ信号２０３，２０４の周波数は、それぞれＩＭ帯域２０８，２０９内の最も低い周波数となる。このため、フィルタ特性３０１を、主信号帯域２０５の最も低い周波数の信号を通過させ、かつＩＭ帯域２０８の最も低い周波数より低い周波数の信号を除去し、ＩＭ帯域２０９の最も低い周波数より高い周波数の信号を除去するような特性としておくことで、ＩＭ信号２０１〜２０４を抑圧することができる。すなわち、帯域可変フィルタ１１が抽出する所望の周波数帯は、第１の信号と第２の信号との相互変調により生じる相互変調波であるＩＭ信号２０１〜２０４を抑制するように決定される。

フィルタ特性３０２が設定されるときには、ＩＭ信号２０３，２０４の周波数は、それぞれＩＭ帯域２０８，２０９内の最も高い周波数となる。このため、フィルタ特性３０２を、主信号帯域２０５の最も高い周波数の信号を通過させ、かつＩＭ帯域２０８の最も高い周波数より低い周波数の信号を除去し、ＩＭ帯域２０９の最も高い周波数より高い周波数の信号を除去するような特性としておくことで、ＩＭ信号２０１〜２０４を抑圧することができる。

なお、ここでは、主信号帯域２０５の、最も高い周波数と最も低い周波数との２つの周波数を例に説明したが、これらの間の周波数についても同様に、フィルタ特性を設定可能としてもよい。また、ここでは、送信周波数が主信号帯域２０５内の最も低い周波数であるｆ_１に設定された例を説明したが、ｆ_１だけでなくｆ_１を含むある程度幅を持った範囲まで対応可能なフィルタ特性としてもよい。すなわち、主信号帯域２０５内のｆ_１からｆ_１＋Δｆまでの間に設定された場合にもＩＭ信号を除去でき、かつＩＭ信号を除去できるように、帯域可変フィルタ１１の通過帯域を設定してもよい。帯域可変フィルタ１１に設定可能なフィルタ特性の数、フィルタ特性における通過帯域の幅などは、設定可能な送信周波数の数、および設定可能な送信周波数の周波数間隔などにおいて決めればよい。

なお、以上の例では、ミキサ９によりｆ_ＬＯ＋ｆ_ＩＦの周波数の信号を生成する例を示したが、ミキサによりｆ_ＬＯ−ｆ_ＩＦの周波数の信号を生成する場合にも、同様に、帯域可変フィルタを用いることで、ＩＭ信号を抑圧することができる。

以上のように、本実施の形態では、ミキサ９の後段に帯域可変フィルタ１１を設けて、送信周波数に応じて、帯域可変フィルタ１１のフィルタ特性を変更するようにした。このため、装置の大型化を抑制して、広帯域化を実現することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる励振機１００ａの構成例を示す図である。図４に示すように、本実施の形態の励振機１００ａは、実施の形態１の励振機１００の帯域可変フィルタ１１の替わりに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）である帯域可変フィルタ１２とハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High-Pass Filter）である帯域可変フィルタ１３とを備えるとともに制御部２０の替わりに制御部２０ａを備える以外は実施の形態１の励振機１００と同様である。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素は実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明を省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

本実施の形態では、ミキサ９から出力される信号は、帯域可変フィルタ１２を通過した後に帯域可変フィルタ１３を通過する。帯域可変フィルタ１３を通過した信号は送信信号１０として出力される。

制御部２０ａは、実施の形態１の制御部２０と同様に、送信周波数を設定するための周波数設定信号を逓倍器６へ出力する。また、制御部２０ａは、帯域可変フィルタ１２の帯域を設定するための帯域設定信号＃１を帯域可変フィルタ１２へ出力し、帯域可変フィルタ１３の帯域を設定するための帯域設定信号＃２を帯域可変フィルタ１３へ出力する。なお、図４に示した構成例では、制御部２０ａが励振機１００ａに含まれているが、制御部２０ａは励振機１００ａの外部に設けられていてもよい。

図５は、本実施の形態の帯域可変フィルタ１２，１３のフィルタ特性の一例を示す図である。図５における主信号２００およびＩＭ信号２０１〜２０４、および各信号に対応する帯域は、図２の例と同様である。フィルタ特性４０１は、主信号帯域２０５のうち最も低い周波数に送信周波数が設定された場合に、帯域可変フィルタ１２に設定されるフィルタ特性を示す。フィルタ特性４０２は、主信号帯域２０５のうち最も低い周波数に送信周波数が設定された場合に、帯域可変フィルタ１３に設定されるフィルタ特性を示す。フィルタ特性４０１が設定された帯域可変フィルタ１２により高周波数側の信号を除去し、フィルタ特性４０２が設定された帯域可変フィルタ１３により低周波数側の信号を除去することにより、ＩＭ信号２０１〜２０４を除去することができる。

フィルタ特性４０３は、主信号帯域２０５のうち最も高い周波数に送信周波数が設定された場合に、帯域可変フィルタ１２に設定されるフィルタ特性を示す。フィルタ特性４０４は、主信号帯域２０５のうち最も高い周波数に送信周波数が設定された場合に、帯域可変フィルタ１３に設定されるフィルタ特性を示す。フィルタ特性４０３が設定された帯域可変フィルタ１２により高周波数側の信号を除去し、フィルタ特性４０４が設定された帯域可変フィルタ１３により低周波数側の信号を除去することにより、ＩＭ信号２０１〜２０４を除去することができる。上述したように、帯域可変フィルタ１２，１３のフィルタ特性の変更および送信周波数の設定は、制御部２０ａにより行われる。

以上のように、本実施の形態では、ローパスフィルタとハイパスフィルタにより実施の形態１の帯域可変フィルタ１１と同様の機能を実現する。すなわち、本実施の形態では、ローパスフィルタである帯域可変フィルタ１２とハイパスフィルタである帯域可変フィルタ１３とにより、広義の帯域可変フィルタが構成される。

以上のように、本実施の形態では、ミキサ９の後段に帯域可変フィルタ１２，１３を設けて、送信周波数に応じて、帯域可変フィルタ１２，１３のフィルタ特性を変更するようにした。このため、装置の大型化を抑制して、広帯域化を実現することができる。特に、広帯域化するためには、送信周波数を３種類以上に変更可能な場合が多く、帯域固定のフィルタを用いてＩＭ信号を抑制するには、フィルタを３つ以上設ける必要がある。これに対し、本実施の形態では、設定可能な送信周波数の数によらず２つのフィルタでＩＭ信号を抑制することができるため、装置の大型化を抑制して、広帯域化を実現することができる。

なお、図４に示した例では、ローパスフィルタである帯域可変フィルタ１２の後段にハイパスフィルタである帯域可変フィルタ１３を設けたが、この順を逆にし、ハイパスフィルタである帯域可変フィルタ１３をミキサ９の後段に設け、ハイパスフィルタである帯域可変フィルタ１３の後段にローパスフィルタである帯域可変フィルタ１２を設けてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１原振、２，６逓倍器、３パルス変調回路、４位相変調回路、５帯域制限フィルタ、９ミキサ、１１〜１３帯域可変フィルタ、２０，２０ａ制御部、１００，１００ａ励振機。

Claims

第１の信号と、第２の信号とを合成することにより合成信号を生成するミキサと、
前記合成信号のうち所望の周波数帯の信号を抽出して通過させ、前記所望の周波数帯を変更可能な帯域可変フィルタ、
を備え、
前記合成信号の主たる周波数は定められた周波数帯域幅のなかで変更可能であることを特徴とする送信機。
前記帯域可変フィルタは、バンドパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記帯域可変フィルタは、
ローパスフィルタと、
ハイパスフィルタ、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の送信機。
前記周波数帯域幅は前記第１の信号の周波数以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の送信機。
前記所望の周波数帯は、前記第１の信号と前記第２の信号との相互変調により生じる相互変調波を抑制するように決定されることを特徴とする請求項４に記載の送信機。