JP2022131330A - Wireless transmitter - Google Patents

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Kyoya Takano
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Abstract

To provide a wireless transmitter capable of correcting a phase shifter without adding a phase detection element to an antenna output side and without deteriorating an output power.SOLUTION: A wireless transmitter 100 comprises: a multiplexer 3 that adds a signal from a local oscillator to an intermediate frequency signal; a multiplexer 4 that adds the signal from the local oscillator to a reverse-phase signal of the intermediate frequency signal; secondary harmonic frequency mixers 5 and 6 that generate a desired wave and an unwanted wave from outputs of the multiplexers 3 and 4, respectively; an adder/subtracter 7 that performs addition and subtraction to outputs of the secondary harmonic frequency mixers 5 and 6; a power detector 8 that detects a power of the added output of the adder/subtracter 7; and a correction circuit 101 that corrects a shift amount of a first phase shifter or a second phase shifter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、無線送信機に関する。 The present invention relates to radio transmitters.

フェーズドアレイ無線送信機において、特に搬送波にトランジスタの最大発振周波数以上の周波数の信号を用いる場合がある。トランジスタの最大発振周波数以上の周波数では電力増幅器が実現できないため、中間周波数(IF)においてIF信号を増幅し、スクエアミキサによって高周波送信信号(RF信号)を生成する構成が提案されている(特許文献1、2)。この構成を用いてフェーズドアレイ無線送信機を実現するためには、移相器を用いて、局部発振器(Local Oscillator;LO)の信号(以下LO信号とも称する)の位相を、変化させる必要がある。 In a phased array radio transmitter, a signal having a frequency higher than the maximum oscillation frequency of a transistor may be used as a carrier wave. Since a power amplifier cannot be realized at a frequency higher than the maximum oscillation frequency of a transistor, a configuration has been proposed in which an IF signal is amplified at an intermediate frequency (IF) and a square mixer is used to generate a high-frequency transmission signal (RF signal) (Patent document 1, 2). In order to realize a phased array radio transmitter using this configuration, it is necessary to use a phase shifter to change the phase of the local oscillator (LO) signal (hereinafter also referred to as the LO signal). .

移相器を用いてRF信号の位相を変化させる方法は、移相器の損失が大きいため、用いることができない。また、移相器を用いてIF信号の位相を変化させる方法は、移相器に必要な比帯域が大きいため、実現が困難である。一方、LO信号用の移相器はLO信号のみの位相を変化させればよいため、実現が容易である。当該送信機では、正相のIF信号と逆相のIF信号とのそれぞれから生成されるRF信号の位相を同時に変化させる必要があるため、2つの移相器を補正する必要がある。RF信号を分岐器により分岐し、ダウンコンバートして位相検出器により位相を検出し、それが所望の位相になるように調節を行う技術が提案されている(非特許文献1参照)。 The method of changing the phase of the RF signal using a phase shifter cannot be used because the loss of the phase shifter is large. Moreover, the method of changing the phase of the IF signal using a phase shifter is difficult to implement because the phase shifter requires a large fractional bandwidth. On the other hand, the phase shifter for the LO signal is easy to implement because it is sufficient to change the phase of the LO signal only. In this transmitter, it is necessary to simultaneously change the phases of the RF signals generated from the positive-phase IF signal and the negative-phase IF signal, so that the two phase shifters must be corrected. A technique has been proposed in which an RF signal is branched by a branching device, down-converted, the phase is detected by a phase detector, and the phase is adjusted to a desired phase (see Non-Patent Document 1).

特開2018-125733号公報JP 2018-125733 A 国際公開第2020/110814号WO2020/110814

Y. Wang et al., "A 39-GHz 64-Element Phased-Array Transceiver With Built-In Phase and Amplitude Calibrations for Large-Array 5G NR in 65-nm CMOS," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 55, no. 5: pp. 1249-1269, May 2020.Y. Wang et al., "A 39-GHz 64-Element Phased-Array Transceiver With Built-In Phase and Amplitude Calibrations for Large-Array 5G NR in 65-nm CMOS," IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 55, no. 5: pp. 1249-1269, May 2020.

しかし、トランジスタの最大発振周波数以上の周波数では、分岐器が電力損失となるため、RF信号側に分岐器を挿入することは望ましくない。また、非特許文献1の技術は、RF信号の周波数が高いため、ダウンコンバージョンミキサに要求される性能が高くなり、実現が困難であった。 However, at frequencies above the maximum oscillation frequency of the transistor, the branching device causes power loss, so it is not desirable to insert the branching device on the RF signal side. Moreover, since the frequency of the RF signal is high in the technique of Non-Patent Document 1, the performance required for the down-conversion mixer is high, and it is difficult to realize the technique.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、アンテナ出力側に位相検出用の素子を追加せずに、また出力電力を劣化させずに移相器を補正する無線送信機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a radio transmitter that corrects a phase shifter without adding a phase detection element to the antenna output side and without degrading the output power. intended to

本発明の第1態様に係る無線送信機は、局部発振器が出力する信号の位相をそれぞれシフトさせる第1移相器及び第2移相器と、前記第1移相器の出力と、中間周波数信号とを加算する第1加算器と、前記第2移相器の出力と、前記中間周波数信号の逆相信号とを加算する第2加算器と、前記第1加算器の出力から所望波及び不要波を生成する第1混合器と、前記第2加算器の出力から所望波及び不要波を生成する第2混合器と、前記第1混合器の出力と、前記第2混合器の出力の加算、及び前記第1混合器の出力から前記第2混合器の出力の減算を行う加減算器と、前記加減算器における加算出力の電力を検出する電力検出器と、前記第1移相器又は前記第2移相器の一方の位相を固定した状態で他方の位相を変化させて得られる前記電力検出器の検出電圧の変化特性を用いて前記第1移相器又は前記第2移相器のシフト量を補正する補正回路と、を備える。 A radio transmitter according to a first aspect of the present invention includes a first phase shifter and a second phase shifter that respectively shift the phase of a signal output by a local oscillator, an output of the first phase shifter, an intermediate frequency a second adder for adding the output of the second phase shifter and the reverse phase signal of the intermediate frequency signal; a desired wave and a desired wave from the output of the first adder; A first mixer that generates an unwanted wave, a second mixer that generates a desired wave and an unwanted wave from the output of the second adder, an output of the first mixer, and an output of the second mixer. an adder/subtractor that performs addition and subtraction of the output of the second mixer from the output of the first mixer; a power detector that detects the power of the addition output in the adder/subtractor; the first phase shifter or the Using the change characteristic of the detected voltage of the power detector obtained by changing the other phase while fixing one phase of the second phase shifter, the first phase shifter or the second phase shifter and a correction circuit for correcting the shift amount.

本発明の第2態様に係る無線送信機は、第1態様に係る無線送信機であって、前記補正回路は、前記第2移相器の位相を固定した状態で前記第1移相器の位相を変化させて得られる前記電力検出器の検出電圧の少なくとも1周期分の第1の変化特性と、前記第1移相器の位相を、前記第1の変化特性の電圧が最小となる位相に固定した状態で前記第2移相器の位相を変化させて得られる前記電力検出器の検出電圧の少なくとも1周期分の第2の変化特性と、を用いて前記第1移相器又は前記第2移相器のシフト量を補正する。 A radio transmitter according to a second aspect of the present invention is the radio transmitter according to the first aspect, wherein the correction circuit is configured to correct the phase of the first phase shifter while fixing the phase of the second phase shifter. a first change characteristic for at least one cycle of the detected voltage of the power detector obtained by changing the phase, and the phase of the first phase shifter, the phase at which the voltage of the first change characteristic is minimized; and a second change characteristic for at least one cycle of the detected voltage of the power detector obtained by changing the phase of the second phase shifter in a state fixed to the first phase shifter or the Correct the shift amount of the second phase shifter.

本発明の第3態様に係る無線送信機は、第2態様に係る無線送信機であって、前記補正回路は、前記第1の変化特性と前記第2の変化特性をそれぞれ関数で近似し、2つの関数の値が等しい状態を維持して前記第1移相器又は前記第2移相器のシフト量を補正する。 A radio transmitter according to a third aspect of the present invention is the radio transmitter according to the second aspect, wherein the correction circuit approximates the first change characteristic and the second change characteristic with functions, The shift amount of the first phase shifter or the second phase shifter is corrected while maintaining equal values of the two functions.

本発明の第4態様に係る無線送信機は、第1態様~第3態様のいずれかに係る無線送信機であって、前記第1混合器は、前記第1加算器の出力に対する所定の演算の結果を出力し、前記第2混合器は、前記第2加算器の出力に対する所定の演算の結果を出力する。 A radio transmitter according to a fourth aspect of the present invention is the radio transmitter according to any one of the first to third aspects, wherein the first mixer performs a predetermined operation on the output of the first adder and the second mixer outputs the result of a predetermined operation on the output of the second adder.

本発明の第5態様に係る無線送信機は、第4態様に係る無線送信機であって、前記第1混合器は、前記第1加算器の出力を二乗して出力し、前記第2混合器は、前記第2加算器の出力を二乗して出力する。 A radio transmitter according to a fifth aspect of the present invention is the radio transmitter according to the fourth aspect, wherein the first mixer squares and outputs the output of the first adder, and the second mixer A unit squares the output of the second adder and outputs the result.

本発明によれば、アンテナ出力側に位相検出用の素子を追加せずに、また出力電力を劣化させずに移相器を補正する無線送信機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a radio transmitter that corrects a phase shifter without adding a phase detection element to the antenna output side and without degrading the output power.

本実施形態に係る無線送信機の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of a wireless transmitter according to this embodiment; FIG. 無線送信機の移相器の補正方法を示すフローチャートである。Fig. 4 is a flow chart illustrating a method of correcting a phase shifter of a wireless transmitter; 本実施形態に係る無線送信機の具体的な構成例を示す図である。It is a figure which shows the specific structural example of the radio|wireless transmitter which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る無線送信機の機能シミュレーションによって得られた、電力検出器に入力される信号のスペクトル図である。4 is a spectrum diagram of a signal input to a power detector obtained by functional simulation of the radio transmitter according to the present embodiment; FIG. 電力検出器での検出電力と、検出電力を関数で近似した結果とを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing detected power in a power detector and results of approximating the detected power with a function; 無線送信機の変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modification of the radio transmitter;

以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 An example of an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same or equivalent components and portions are given the same reference numerals. Also, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from the actual ratios.

図1は、本実施形態に係る無線送信機の概略構成を示す図である。図1には、各点における電力スペクトルの一例が併せて図示されている。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a radio transmitter according to this embodiment. FIG. 1 also shows an example of the power spectrum at each point.

本実施形態に係る無線送信機100は、移相器1、2、合波器3、4、2次高調波周波数混合器5、6、加減算器7、電力検出器8、帯域通過フィルタ9、10、アンテナ11、及び補正回路101を含んで構成される。 The radio transmitter 100 according to this embodiment includes phase shifters 1 and 2, multiplexers 3 and 4, second harmonic frequency mixers 5 and 6, an adder/subtractor 7, a power detector 8, a bandpass filter 9, 10, an antenna 11, and a correction circuit 101. FIG.

移相器1、2は、局部発振器からの信号(LO信号)の位相を変化させる。LO信号の電圧をvLOとする。移相器1は本発明の第1移相器の一例であり、移相器2は本発明の第2移相器の一例である。 Phase shifters 1 and 2 change the phase of the signal (LO signal) from the local oscillator. Let v LO be the voltage of the LO signal. Phase shifter 1 is an example of the first phase shifter of the present invention, and phase shifter 2 is an example of the second phase shifter of the present invention.

合波器3は、移相器1によって位相が変化したLO信号と、中間周波数信号(IF信号)とを合成して出力する。合波器3は本発明の第1加算器の一例である。IF信号の電圧をvIFとすると、合波器3の出力信号の電圧はvLO+vIFとなる。IF信号の電圧vIFは、vIF=AIF・sinωIFtとする。AIFはIF信号の振幅であり、ωIFはIF信号の角周波数である。 A multiplexer 3 combines the LO signal whose phase has been changed by the phase shifter 1 and an intermediate frequency signal (IF signal) and outputs the combined signal. The multiplexer 3 is an example of the first adder of the present invention. Assuming that the voltage of the IF signal is v IF , the voltage of the output signal of the multiplexer 3 is v LO +v IF . The voltage v IF of the IF signal is v IF =A IF ·sinω IF t. A IF is the amplitude of the IF signal and ω IF is the angular frequency of the IF signal.

合波器4は、移相器2によって位相が変化したLO信号と、IF信号の逆相の信号とを合成して出力する。合波器4は本発明の第2加算器の一例である。合波器4の出力信号の電圧はvLO-vIFとなる。 A multiplexer 4 combines the LO signal whose phase has been changed by the phase shifter 2 and the opposite phase signal of the IF signal, and outputs the combined signal. The multiplexer 4 is an example of the second adder of the present invention. The voltage of the output signal of the multiplexer 4 becomes v LO -v IF .

2次高調波周波数混合器5は、合波器3の出力を二乗して出力する。2次高調波周波数混合器5の出力信号の電圧は(vLO+vIFとなる。 A secondary harmonic frequency mixer 5 squares the output of the multiplexer 3 and outputs the result. The voltage of the output signal of the second harmonic frequency mixer 5 is (v LO +v IF ) 2 .

2次高調波周波数混合器6は、合波器4の出力を二乗して出力する。2次高調波周波数混合器6の出力信号の電圧は(vLO-vIFとなる。 A secondary harmonic frequency mixer 6 squares the output of the multiplexer 4 and outputs it. The voltage of the output signal of the second harmonic frequency mixer 6 is (v LO -v IF ) 2 .

2次高調波周波数混合器5、6からは、所望波であるvLO・vIFは差動で出力され、不要波であるvLO 、vIF は同相で出力される。 From the second-order harmonic frequency mixers 5 and 6, desired waves v LO and v IF are output differentially, and unwanted waves v LO 2 and v IF 2 are output in phase.

加減算器7は、2次高調波周波数混合器5の出力と2次高調波周波数混合器6の出力とを加算して出力する。また、加減算器7は、2次高調波周波数混合器5の出力から2次高調波周波数混合器6の出力を減算して出力する。加減算器7により減算された後の信号は、アンテナ11からの送信信号となる。一方、加減算器7により加算された後の信号は、電力検出器8に送られる。 The adder/subtractor 7 adds the output of the second harmonic frequency mixer 5 and the output of the second harmonic frequency mixer 6 and outputs the result. The adder/subtractor 7 subtracts the output of the secondary harmonic frequency mixer 6 from the output of the secondary harmonic frequency mixer 5 and outputs the result. The signal after subtraction by the adder/subtractor 7 becomes the transmission signal from the antenna 11 . On the other hand, the signal added by the adder/subtractor 7 is sent to the power detector 8 .

電力検出器8は、加減算器7により加算された後の信号に対して電力を検出する。電力検出器8による検出結果は、移相器1、2により変化させる位相の、補正回路101による補正に用いられる。 A power detector 8 detects the power of the signal added by the adder/subtractor 7 . A detection result by the power detector 8 is used for correction by the correction circuit 101 of the phase changed by the phase shifters 1 and 2 .

帯域通過フィルタ9、10は、所望の周波数帯域の信号を通過させ、所望の周波数帯域以外の帯域の信号を減衰させるフィルタである。 The band-pass filters 9 and 10 are filters that pass signals in a desired frequency band and attenuate signals in bands other than the desired frequency band.

補正回路101は、電力検出器8による検出結果を用いて、移相器1、2により変化させる位相の補正を行う回路である。補正回路101は、例えばデジタル回路で構成される。 The correction circuit 101 is a circuit that corrects the phases changed by the phase shifters 1 and 2 using the detection result of the power detector 8 . The correction circuit 101 is composed of, for example, a digital circuit.

図1に示した無線送信機100を用いた移相器1、2の位相方法を説明する。 A phase method for the phase shifters 1 and 2 using the radio transmitter 100 shown in FIG. 1 will be described.

入力されるLO信号の電圧vLOを、vLO=ALO・sinωLOtとする。ALOはLO信号の振幅であり、ωLOはLO信号の角周波数である。移相器1を通過したLO信号の電圧vLOpをvLOp=ALO・sin(ωLOt+Δθ)とする。移相器2を通過したLO信号の電圧vLOnをvLOn=-ALO・sinωLOtとする。Δθは、移相器1と移相器2との位相差である。 Let the voltage v LO of the input LO signal be v LO =A LO ·sinω LO t. A LO is the amplitude of the LO signal and ω LO is the angular frequency of the LO signal. Let the voltage v LOp of the LO signal that has passed through the phase shifter 1 be v LOp =A LO ·sin(ω LO t+Δθ). Assume that the voltage v LOn of the LO signal that has passed through the phase shifter 2 is v LOn =−A LO ·sinω LO t. Δθ is the phase difference between phase shifter 1 and phase shifter 2 .

移相器1を通過したLO信号が、合波器3でIF信号と加算されると、合波器3からの出力信号の電圧はvLOp+vIFとなる。IF信号の電圧vIFは、vIF=AIF・sinωIFtとする。AIFはIF信号の振幅であり、ωIFはIF信号の角周波数である。 When the LO signal that has passed through the phase shifter 1 is added to the IF signal in the multiplexer 3, the voltage of the output signal from the multiplexer 3 becomes v LOp +v IF . The voltage v IF of the IF signal is v IF =A IF ·sinω IF t. A IF is the amplitude of the IF signal and ω IF is the angular frequency of the IF signal.

移相器2を通過したLO信号が、合波器4でIF信号の逆相の信号と加算されると、合波器4からの出力信号の電圧はvLOn-vIFとなる。 When the LO signal that has passed through the phase shifter 2 is added to the opposite phase signal of the IF signal in the combiner 4, the voltage of the output signal from the combiner 4 becomes v LOn -v IF .

合波器3の出力が2次高調波周波数混合器5で二乗されると、2次高調波周波数混合器5の出力信号の電圧は(vLOp+vIFとなる。合波器4の出力が2次高調波周波数混合器6で二乗されると、2次高調波周波数混合器6の出力信号の電圧は(vLOn-vIFとなる。 When the output of the combiner 3 is squared by the second harmonic frequency mixer 5, the voltage of the output signal of the second harmonic frequency mixer 5 becomes (v LOp +v IF ) 2 . When the output of the multiplexer 4 is squared by the second harmonic frequency mixer 6, the voltage of the output signal of the second harmonic frequency mixer 6 becomes (v LOn -v IF ) 2 .

2つの2次高調波周波数混合器5、6の出力が加減算器7により加算された信号が、電力検出器8側に出力される。加減算器7により加算された加算信号の電圧はvLOp +vLOn +2vLOp・vIF-2vLOn・vIF+vIF となる。この加算信号のうち、差周波数成分は帯域通過フィルタ9によって除去される。帯域通過フィルタ9による除去後の信号の電圧は以下の数式(1)の通りとなる。 A signal obtained by adding the outputs of the two second-order harmonic frequency mixers 5 and 6 by the adder/subtractor 7 is output to the power detector 8 side. The voltage of the addition signal added by the adder/subtractor 7 is v LOp 2 +v LOn 2 +2v LOp ·v IF −2v LOn ·v IF +v IF 2 . A band-pass filter 9 removes the difference frequency component from this added signal. The voltage of the signal after removal by the band-pass filter 9 is given by the following formula (1).

Figure 2022131330000002
Figure 2022131330000002

電力検出器8で得られる電力は、以下の数式(2)の通りとなる。 The power obtained by the power detector 8 is given by the following formula (2).

Figure 2022131330000003
Figure 2022131330000003

上記数式(2)のΔθを変化させると、周期的に電力検出器8の出力電圧が変化することが分かる。この変化特性を1周期以上取得することにより、変化特性からΔθを求めることができる。変化特性からΔθを求めることによって移相器1、2の補正ができる。 It can be seen that the output voltage of the power detector 8 changes periodically when Δθ in the above equation (2) is changed. By acquiring this change characteristic for one cycle or more, Δθ can be obtained from the change characteristic. The phase shifters 1 and 2 can be corrected by obtaining Δθ from the variation characteristics.

無線送信機100の移相器1、2の補正方法を説明する。図2は、無線送信機100の移相器1、2の補正方法を示すフローチャートである。 A correction method for phase shifters 1 and 2 of radio transmitter 100 will be described. FIG. 2 is a flow chart showing a correction method for the phase shifters 1 and 2 of the radio transmitter 100. As shown in FIG.

無線送信機100は、IF信号の逆相信号側の移相器2の位相を固定し、IF信号側の移相器1の位相を変化させ、電力検出器8の出力電圧の変化特性を1周期以上取得する(ステップS11)。 Radio transmitter 100 fixes the phase of phase shifter 2 on the opposite phase signal side of the IF signal, changes the phase of phase shifter 1 on the IF signal side, and sets the change characteristic of the output voltage of power detector 8 to 1. It acquires more than a period (step S11).

無線送信機100は、次に、IF信号側の移相器1の位相を、ステップS11で取得した変化特性において検出電力が最小となる位相に固定し、逆相信号側の移相器2の位相を変化させ、電力検出器8の出力電圧の変化特性を1周期以上取得する(ステップS12)。 Radio transmitter 100 then fixes the phase of phase shifter 1 on the IF signal side to the phase that minimizes the detected power in the variation characteristics acquired in step S11, and fixes the phase of phase shifter 2 on the opposite phase signal side. The phase is changed, and the change characteristic of the output voltage of the power detector 8 is obtained for one or more cycles (step S12).

無線送信機100は、次に、ステップS11及びステップS12で得た変化特性を関数で近似する(ステップS13)。無線送信機100は、ステップS11及びステップS12で得た変化特性を、P=a・cos2Δθ+b・cosΔθ+cという関数で近似し、それぞれPdp、Pdnとする。a、b、cは定数である。Δθは移相器1、2の制御電圧の関数であり、移相器1、2の特性によって決定される。移相器1、2の制御電圧位相特性が線形であるならば、Δθ=αV+βとすればよい。α、βは定数であり、Vは移相器1、2の制御電圧である。 The radio transmitter 100 then approximates the change characteristics obtained in steps S11 and S12 with a function (step S13). The radio transmitter 100 approximates the change characteristics obtained in steps S11 and S12 with a function P d =a·cos2Δθ+b·cos Δθ+c to obtain P dp and P dn , respectively. a, b, and c are constants. Δθ is a function of the control voltage of the phase shifters 1,2 and is determined by the characteristics of the phase shifters 1,2. If the control voltage phase characteristics of the phase shifters 1 and 2 are linear, then Δθ=αV c +β. α, β are constants and Vc is the control voltage of the phase shifters 1,2.

無線送信機100は、次に、近似した2つの関数Pdp、Pdnが等しい状態を保ちながら、移相器1、2の制御電圧を変化させる(ステップS14)。無線送信機100は、関数Pdp、Pdnが等しい状態を保ちながら、移相器1、2の制御電圧を変化させることで、RF信号と逆相信号の位相を任意の位相に制御することができる。 The wireless transmitter 100 then changes the control voltages of the phase shifters 1 and 2 while keeping the two approximated functions P dp and P dn equal (step S14). The wireless transmitter 100 changes the control voltages of the phase shifters 1 and 2 while maintaining the functions P dp and P dn equal, thereby controlling the phases of the RF signal and the anti-phase signal to an arbitrary phase. can be done.

本実施形態に係る無線送信機100は、不要波を用いて移相器の位相を求めるため、無線送信機100のアンテナ11の出力側に位相検出用の素子を追加する必要が無い。従って、本実施形態に係る無線送信機100は、出力電力を劣化させずRF信号と逆相信号の位相を任意の位相に制御することができる。また、本実施形態に係る無線送信機100は、ダウンコンバージョンミキサを用いず、電力検出器8のみで位相を求めるため、複雑な回路を必要とせず、高い周波数で動作する無線送信機100の移相器1、2の補正に適している。 Since the radio transmitter 100 according to the present embodiment obtains the phase of the phase shifter using the unwanted wave, there is no need to add a phase detection element to the output side of the antenna 11 of the radio transmitter 100 . Therefore, the wireless transmitter 100 according to this embodiment can control the phases of the RF signal and the anti-phase signal to an arbitrary phase without degrading the output power. In addition, since the radio transmitter 100 according to the present embodiment does not use a down-conversion mixer and obtains the phase only with the power detector 8, it does not require a complicated circuit. Suitable for phasers 1 and 2 correction.

図3は、本実施形態に係る無線送信機100の具体的な構成例を示す図である。本実施形態に係る無線送信機100は、平衡不平衡器12、13、18、19、22~25と、周波数3逓倍器14、15と、LO信号増幅器16、17と、90°ハイブリッド回路20、21と、移相器26~29と、ベースバンド増幅器30~33と、直交アップコンバージョンミキサ34、35と、IF信号増幅器36、37と、スクエアミキサ38、39と、ラットレース型電力結合器40と、電力検出器41と、制御回路42と、を含んで構成される。 FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of the wireless transmitter 100 according to this embodiment. The radio transmitter 100 according to the present embodiment includes balanced unbalancers 12, 13, 18, 19, 22 to 25, frequency triplers 14 and 15, LO signal amplifiers 16 and 17, and a 90° hybrid circuit 20. , 21, phase shifters 26-29, baseband amplifiers 30-33, quadrature upconversion mixers 34, 35, IF signal amplifiers 36, 37, square mixers 38, 39, and rat race power combiners. 40 , a power detector 41 and a control circuit 42 .

図3に示した構成では、回路の左半分が正相のRF信号を生成する部分であり、右半分が逆相のRF信号を生成する部分である。直交アップコンバージョンミキサ34、35には、直交差動ベースバンド(BB)信号と直交差動LO信号とが入力されて、IF信号が生成される。直交差動LO信号の位相を変化させるため、図3の回路の左部分と右部分とで差動移相器を2つずつ用いている。 In the configuration shown in FIG. 3, the left half of the circuit is for generating a positive-phase RF signal, and the right half is for generating an opposite-phase RF signal. The quadrature upconversion mixers 34 and 35 receive the quadrature differential baseband (BB) signal and the quadrature differential LO signal to generate an IF signal. To change the phase of the quadrature differential LO signals, two differential phase shifters are used in the left and right portions of the circuit of FIG.

LO信号は直交アップコンバージョンミキサ34、35でIF信号の生成に用いられると共に、直交アップコンバージョンミキサ34、35が生成したIF信号と合波される。スクエアミキサ38、39は、図1に示した2次高調波周波数混合器5、6である。スクエアミキサ38、39から出力された信号は、ラットレース型電力結合器40で加算及び減算が行われる。ラットレース型電力結合器40で加算された信号はアンテナ出力に用い、減算された信号は電力検出器41で電力が検出される。 The LO signal is used by quadrature upconversion mixers 34 and 35 to generate IF signals, and is multiplexed with the IF signals generated by quadrature upconversion mixers 34 and 35 . The square mixers 38, 39 are the second harmonic frequency mixers 5, 6 shown in FIG. Signals output from square mixers 38 and 39 are added and subtracted by rat race power combiner 40 . The signal added by the rat race type power combiner 40 is used for the antenna output, and the power of the subtracted signal is detected by the power detector 41 .

本実施形態に係る無線送信機100では、IF信号の位相も移相器26~29によって変化する。電力検出器41で得られた変化特性をP=a・cos2Δθ+cという関数で近似すればよい。a、cは定数である。近似関数を用いた移相器26~29の制御は制御回路42を用いる。制御回路42は、本発明の補正回路の一例であり、例えばデジタル回路で構成される。 In the radio transmitter 100 according to this embodiment, the phase of the IF signal is also changed by the phase shifters 26-29. The variation characteristic obtained by the power detector 41 may be approximated by a function P d =a·cos2Δθ+c. a and c are constants. A control circuit 42 is used to control the phase shifters 26 to 29 using the approximation function. The control circuit 42 is an example of the correction circuit of the present invention, and is composed of, for example, a digital circuit.

図4は、本実施形態に係る無線送信機100の機能シミュレーションによって得られた、電力検出器41に入力される信号のスペクトル図である。BB信号の周波数は1GHzであり、LO信号の周波数は135GHzであり、Δθは10°である。また、図5は、Δθを-180°から180°まで変化させた場合の電力検出器41での検出電力と、検出電力を関数で近似した結果とを示す図である。図5から、検出電力と近似関数がよく一致していることが分かる。従って、本実施形態に係る無線送信機100は、正相のRF信号と逆相のRF信号の位相を任意の位相に制御することができる。 FIG. 4 is a spectrum diagram of a signal input to the power detector 41 obtained by functional simulation of the wireless transmitter 100 according to this embodiment. The frequency of the BB signal is 1 GHz, the frequency of the LO signal is 135 GHz, and Δθ is 10°. FIG. 5 is a diagram showing the power detected by the power detector 41 when Δθ is varied from −180° to 180°, and the result of approximating the detected power with a function. It can be seen from FIG. 5 that the detected power and the approximation function are in good agreement. Therefore, the wireless transmitter 100 according to the present embodiment can control the phases of the positive-phase RF signal and the negative-phase RF signal to arbitrary phases.

上記実施形態では、2次高調波周波数混合器を用いて所望波及び不要波を生成していたが、本発明は係る例に限定されるものでは無い。本発明の無線送信機は、ダブル・バランスド・ミキサのような一般的な周波数混合器を用いて所望波及び不要波を生成してもよい。 In the above embodiment, the second harmonic frequency mixer is used to generate the desired wave and the unwanted wave, but the present invention is not limited to such an example. The radio transmitter of the present invention may generate desired waves and unwanted waves using a general frequency mixer such as a double balanced mixer.

図6は、本実施形態の変形例に係る無線送信機200の構成例を示す図である。図6に示した無線送信機200は、NMOSFET201~206と、平衡不平衡器207、208と、を備える。なお、図6には、図1に示した移相器1、2の図示を省略している。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a wireless transmitter 200 according to a modification of this embodiment. The radio transmitter 200 shown in FIG. 6 includes NMOSFETs 201-206 and balance/unbalance devices 207 and 208. 6, illustration of the phase shifters 1 and 2 shown in FIG. 1 is omitted.

NMOSFET201は、移相器1を通ったLO信号と、IF信号とを乗算して平衡不平衡器207に出力する。NMOSFET202は、移相器2を通ったLO信号と、IF信号とを乗算して平衡不平衡器208に出力する。NMOSFET203は、IF信号をNMOSFET201、202に送る。 NMOSFET 201 multiplies the LO signal passed through phase shifter 1 by the IF signal and outputs the result to balance/unbalance unit 207 . NMOSFET 202 multiplies the LO signal passed through phase shifter 2 by the IF signal and outputs the result to balance/unbalance unit 208 . NMOSFET 203 sends an IF signal to NMOSFETs 201 and 202 .

NMOSFET204は、移相器1を通ったLO信号と、IF信号の逆相信号とを乗算して平衡不平衡器207に出力する。NMOSFET205は、移相器2を通ったLO信号と、IF信号の逆相信号とを乗算して平衡不平衡器208に出力する。NMOSFET206は、IF信号の逆相信号をNMOSFET204、205に送る。 The NMOSFET 204 multiplies the LO signal passed through the phase shifter 1 by the reversed-phase signal of the IF signal and outputs the result to the balance/unbalance unit 207 . The NMOSFET 205 multiplies the LO signal that has passed through the phase shifter 2 by the opposite phase signal of the IF signal, and outputs the result to the balance/unbalance unit 208 . NMOSFET 206 sends the opposite phase signal of the IF signal to NMOSFETs 204 and 205 .

平衡不平衡器207は、NMOSFET201から送られた信号と、NMOSFET205から送られた信号とを混合する。平衡不平衡器207は、所望波としてアンテナ(図示せず)から送信される信号を生成し、不要波としてLOリーク信号を生成する。平衡不平衡器208は、NMOSFET202から送られた信号と、NMOSFET204から送られた信号とを混合する。平衡不平衡器208は、所望波としてアンテナ(図示せず)から送信される信号を生成し、不要波としてLOリーク信号を生成する。 Balance-unbalancer 207 mixes the signal sent from NMOSFET 201 and the signal sent from NMOSFET 205 . The balance/unbalance device 207 generates a signal transmitted from an antenna (not shown) as a desired wave and an LO leak signal as an unwanted wave. Balance-unbalancer 208 mixes the signal from NMOSFET 202 and the signal from NMOSFET 204 . The balance/unbalance device 208 generates a signal transmitted from an antenna (not shown) as a desired wave and an LO leak signal as an unwanted wave.

図6に示した無線送信機200は、周波数混合器207、208で生成された不要波の電力を測定することで、無線送信機100と同様に移相器の位相を補正することができる。図6に示した無線送信機200は、移相器の位相を補正するために無線送信機100で設けていた2次高調波周波数混合器5、6(スクエアミキサ38、39)が不要となる。 Radio transmitter 200 shown in FIG. 6 can correct the phase of the phase shifter similarly to radio transmitter 100 by measuring the power of unwanted waves generated by frequency mixers 207 and 208 . The radio transmitter 200 shown in FIG. 6 does not require the second harmonic frequency mixers 5 and 6 (square mixers 38 and 39) provided in the radio transmitter 100 to correct the phase of the phase shifter. .

1、2:移相器
3、4:合波器
5、6:2次高調波周波数混合器
7:加減算器
8:電力検出器
9、10:帯域通過フィルタ
11:アンテナ
12、13、18、19、22~25:平衡不平衡器
14、15:周波数3逓倍器
16、17:LO信号増幅器
20、21:90°ハイブリッド回路
26~29:移相器
30~33:ベースバンド増幅器
34、35:直交アップコンバージョンミキサ
36、37:IF信号増幅器
38、39:スクエアミキサ
40:ラットレース型電力結合器
41:電力検出器
42:制御回路
100:無線送信機
1, 2: phase shifters 3, 4: multiplexer 5, 6: second harmonic frequency mixer 7: adder/subtractor 8: power detector 9, 10: bandpass filter 11: antenna 12, 13, 18, 19, 22-25: balanced/unbalanced devices 14, 15: frequency tripler 16, 17: LO signal amplifier 20, 21: 90° hybrid circuit 26-29: phase shifters 30-33: baseband amplifiers 34, 35 : Quadrature up-conversion mixers 36, 37: IF signal amplifiers 38, 39: Square mixer 40: Rat race power combiner 41: Power detector 42: Control circuit 100: Radio transmitter

Claims (5)

局部発振器が出力する信号の位相をそれぞれシフトさせる第1移相器及び第2移相器と、
前記第1移相器の出力と、中間周波数信号とを加算する第1加算器と、
前記第2移相器の出力と、前記中間周波数信号の逆相信号とを加算する第2加算器と、
前記第1加算器の出力から所望波及び不要波を生成する第1混合器と、
前記第2加算器の出力から所望波及び不要波を生成する第2混合器と、
前記第1混合器の出力と、前記第2混合器の出力の加算、及び前記第1混合器の出力から前記第2混合器の出力の減算を行う加減算器と、
前記加減算器における加算出力の電力を検出する電力検出器と、
前記第1移相器又は前記第2移相器の一方の位相を固定した状態で他方の位相を変化させて得られる前記電力検出器の検出電圧の変化特性を用いて前記第1移相器又は前記第2移相器のシフト量を補正する補正回路と、
を備える、無線送信機。
a first phase shifter and a second phase shifter for respectively shifting the phase of the signal output by the local oscillator;
a first adder that adds the output of the first phase shifter and an intermediate frequency signal;
a second adder that adds the output of the second phase shifter and the reverse phase signal of the intermediate frequency signal;
a first mixer that generates a desired wave and an unwanted wave from the output of the first adder;
a second mixer that generates a desired wave and an unwanted wave from the output of the second adder;
an adder-subtractor that adds the output of the first mixer and the output of the second mixer, and subtracts the output of the second mixer from the output of the first mixer;
a power detector that detects the power of the added output in the adder/subtractor;
The first phase shifter using the change characteristic of the detection voltage of the power detector obtained by changing the phase of one of the first phase shifter and the second phase shifter while the other phase is fixed. or a correction circuit that corrects the shift amount of the second phase shifter;
a radio transmitter.
前記補正回路は、前記第2移相器の位相を固定した状態で前記第1移相器の位相を変化させて得られる前記電力検出器の検出電圧の少なくとも1周期分の第1の変化特性と、前記第1移相器の位相を、前記第1の変化特性の電圧が最小となる位相に固定した状態で前記第2移相器の位相を変化させて得られる前記電力検出器の検出電圧の少なくとも1周期分の第2の変化特性と、を用いて前記第1移相器又は前記第2移相器のシフト量を補正する、請求項1に記載の無線送信機。 The correction circuit has a first change characteristic for at least one cycle of the detected voltage of the power detector obtained by changing the phase of the first phase shifter while the phase of the second phase shifter is fixed. and the detection of the power detector obtained by changing the phase of the second phase shifter while fixing the phase of the first phase shifter to the phase that minimizes the voltage of the first change characteristic. 2. The radio transmitter according to claim 1, wherein the shift amount of said first phase shifter or said second phase shifter is corrected using a second change characteristic for at least one cycle of voltage. 前記補正回路は、前記第1の変化特性と前記第2の変化特性をそれぞれ関数で近似し、2つの関数の値が等しい状態を維持して前記第1移相器又は前記第2移相器のシフト量を補正する、請求項2に記載の無線送信機。 The correction circuit approximates the first change characteristic and the second change characteristic with functions, and maintains a state where the values of the two functions are equal to the first phase shifter or the second phase shifter. 3. The radio transmitter according to claim 2, wherein the shift amount of is corrected. 前記第1混合器は、前記第1加算器の出力に対する所定の演算の結果を出力し、
前記第2混合器は、前記第2加算器の出力に対する所定の演算の結果を出力する、請求項1~3のいずれか1項に記載の無線送信機。
the first mixer outputs a result of a predetermined operation on the output of the first adder;
The radio transmitter according to any one of claims 1 to 3, wherein said second mixer outputs a result of a predetermined operation on the output of said second adder.
前記第1混合器は、前記第1加算器の出力を二乗して出力し、
前記第2混合器は、前記第2加算器の出力を二乗して出力する、請求項4に記載の無線送信機。
The first mixer squares the output of the first adder and outputs the
5. The wireless transmitter of claim 4, wherein the second mixer squares the output of the second adder and outputs the result.
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