JP3566500B2

JP3566500B2 - 周波数変換器

Info

Publication number: JP3566500B2
Application number: JP15673397A
Authority: JP
Inventors: 陽山口; 征士中津川; 浩司岡崎
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: JPH114122A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線周波数帯の周波数変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の周波数変換器の構成例を示す。
図において、ＬＯ信号発生器１０から出力されたＬＯ信号は、増幅器１１で増幅されてフィルタ１２に入力される。フィルタ１２は、増幅器１１で発生するＬＯ信号の高調波成分を除去する。電力分配器５−１は、増幅器１１，フィルタ１２を介して入力されるＬＯ信号を２分岐し、それぞれミキサ４−１，４−２に入力する。一方、入力信号は電力分配器５−２で２分岐され、それぞれミキサ４−１，４−２に入力される。ミキサ４−１，４−２は、それぞれＬＯ信号と入力信号とを乗算した信号を出力し、その出力信号は電力合成器６で合成されて出力される。
【０００３】
ここで、電力分配器５−１はＬＯ信号を位相差αかつ同振幅で２分岐し、電力分配器５−２は入力信号を位相差βかつ同振幅で２分岐し、電力合成器６はミキサ４−１，４−２の出力信号を位相差γかつ同振幅で合成するとする。このとき、
α＋β＋γ＝２ｎπ かつ α−β＋γ＝（２ｎ＋１）π
を満たすようにα、β、γを設定すれば、イメージ周波数成分を抑圧することができる（ｎは整数）。また、ＬＯ信号に対して、
α＋γ＝（２ｎ＋１）π
を満たすようにα、γを設定すれば、ＬＯ周波数成分を抑圧することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の周波数変換器では、ミキサへ入力するＬＯ信号に高調波成分を混入させないために、特性のよいフィルタ１２を用いてＬＯ信号の高調波成分を除去する必要があった。また、ＬＯ信号を増幅する増幅器１１では、不要な出力成分である高調波成分のエネルギー分だけ増幅効率が低下していた。
【０００５】
本発明は、ミキサへ入力されるＬＯ信号の２次高調波成分を抑圧し、ＬＯ信号を増幅する増幅器の高効率化を図ることができる周波数変換器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の周波数変換器の基本構成を示す。
図において、ＬＯ信号供給手段１は、所定の電力のＬＯ信号を出力する。例えば、ＬＯ信号発生器から出力されるＬＯ信号を増幅器で増幅して出力する。このＬＯ信号は、第１の電力分配器２で同相かつ同振幅で２分岐され、２次高調波抑圧手段３の２つの入力ポートにそれぞれ入力される。
【０００７】
２次高調波抑圧手段３では、各入力ポートのＬＯ信号のＬＯ周波数成分を、それぞれ２つの出力ポートに位相差９０度（入力ポートからみて９０度と１８０度の位相）で分配する。これにより、各出力ポートでは、ＬＯ信号のＬＯ周波数成分が入力ポートからみて共に１３５度の位相となり、同相で出力される。一方、ＬＯ信号の２次高調波成分は、それぞれ２つの出力ポートに位相差１８０度（入力ポートからみて１８０度と０度の位相）で分配される。これにより、各出力ポートでは、ＬＯ信号の２次高調波成分が逆相になり、抑圧されて出力されない。
【０００８】
２次高調波抑圧手段３の各出力ポートから出力された同相のＬＯ信号は、ミキサ４−１，４−２に入力され、それぞれ第１の入力信号および第２の入力信号と乗算される。
【０００９】
２次高調波抑圧手段３としては、２分岐されたＬＯ信号を互いにアイソレーション関係にある２つのポートに入力し、他の２つのポートから出力するブランチライン型ハイブリッドを用いることができる。
【００１０】
ここで、ＬＯ信号を１０ＧＨｚとし、第１の電力分配器２の入力ポートをポート１、ブランチライン型ハイブリッドの２つの出力ポートをポート２，３としてＳパラメータを計算した結果を図２に示す。
【００１１】
Ｓ２１およびＳ３１は、強度および位相ともに重なっており、基本波（１０ＧＨｚ）成分は同相（ポート１からみて１３５度）かつ同振幅（−３ｄＢ）で２分岐されていることがわかる。なお、この振幅値は、２分岐されても損失がないことを示している。また、２次高調波（２０ＧＨｚ）成分は、ポート２，３でそれぞれ逆相で合成されるために、−１２０ｄＢ程度（図２外）になってほとんど出力されないことがわかる。
【００１２】
また、ＬＯ信号を増幅する増幅器からみると、２次高調波成分に対して負荷インピーダンスがショート条件となる。したがって、反射して戻ってくる２次高調波成分の位相を調整して増幅器に入力させることにより、２次高調波成分のエネルギー分だけ増幅器の効率を高くすることができる。なお、２次高調波成分は、最も電力レベルが大きい不要波であるのでその効果は大きい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態…請求項１，５，７）
図３は、本発明の周波数変換器の第１の実施形態を示す。
【００１４】
図において、ＬＯ信号発生器１０から出力されたＬＯ信号は、増幅器１１で増幅され、さらに移相器１３を介して電力分配器２に入力される。電力分配器２は、入力されるＬＯ信号を同相かつ同振幅で２分岐し、それぞれブランチライン型ハイブリッド３０の２つの入力ポートに入力する。ブランチライン型ハイブリッド３０の２つの出力ポートから出力されるＬＯ信号は、それぞれミキサ４−１，４−２に入力される。一方、第１の入力信号および第２の入力信号がそれぞれミキサ４−１，４−２に入力される。ミキサ４−１，４−２は、それぞれＬＯ信号と入力信号とを乗算した第１の出力信号および第２の出力信号を出力する。
【００１５】
ここで、ブランチライン型ハイブリッド３０の２つの出力ポートからは、上述したようにＬＯ信号が同相かつ同振幅で出力されミキサ４−１，４−２に入力される。また、ＬＯ信号の２次高調波成分は出力されない。さらに、増幅器１１からみた２次高調波成分に対する負荷インピーダンスがショート条件となるので、増幅器１１に戻ってくる２次高調波成分の位相が１８０度回転するように移相器１３で調整することにより、２次高調波成分のエネルギー分だけ増幅器１１の効率が高くなる。
【００１６】
なお、本実施形態の構成は、２つの入力信号をそれぞれ独立して処理することができるので、例えばミキサ４−１をアップコンバータとして、ミキサ４−２のダウンコンバータとして用い、送受信両用の周波数変換器を構成することができる。
【００１７】
（第２の実施形態…請求項２，５，７）
図４は、本発明の周波数変換器の第２の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成に、入力信号を位相差βかつ同振幅で２分岐する電力分配器５を配置し、２つの入力信号をそれぞれミキサ４−１，４−２に入力するところにある。これにより、１つの入力信号から２つの出力信号が得られる周波数変換器を構成することができる。
【００１８】
（第３の実施形態…請求項３，５，７）
図５は、本発明の周波数変換器の第３の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成に、ミキサ４−１，４−２の出力信号を位相差γかつ同振幅で合成する電力合成器６を配置するところにある。これにより、２つの入力信号を合成した出力信号が得られる周波数変換器を構成することができる。
【００１９】
（第４の実施形態…請求項２，３，５，７）
図６は、本発明の周波数変換器の第４の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成に、入力信号を位相差βかつ同振幅で２分岐する電力分配器５を配置し、２つの入力信号をそれぞれミキサ４−１，４−２に入力し、さらにミキサ４−１，４−２の出力信号を位相差γかつ同振幅で合成する電力合成器６を配置するところにある。
【００２０】
本実施形態では、例えば
β＋γ＝２ｎπ かつ −β＋γ＝（２ｎ＋１）π
または、
β＋γ＝（２ｎ＋１）π かつ −β＋γ＝２ｎπ
を満たすようにβ、γを設定すれば、イメージ周波数成分を抑圧することができる（ｎは整数）。また、ＬＯ信号に対して、
γ＝（２ｎ＋１）π
のように設定すれば、ＬＯ周波数成分を抑圧することができる。
【００２１】
（第５の実施形態…請求項４，５，７）
図７は、本発明の周波数変換器の第５の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第４の実施形態の構成において、電力分配器５の代わりに電力分配／合成器７−１を用い、電力合成器６の代わりに電力分配／合成器７−２を用い、ミキサ４−１，４−２として双方向性のものを用いるところにある。これにより、送受信両用の周波数変換器を構成することができる。
【００２２】
（第６の実施形態…請求項２，３，５，８）
図８は、本発明の周波数変換器の第６の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第４の実施形態の構成において、ＬＯ信号発生器１０から出力されたＬＯ信号を電力分配手段２で同相かつ同振幅で２分岐し、それぞれのＬＯ信号を特性の揃った増幅器１１−１，１１−２で増幅し、移相器１３−１，１３−２を介してブランチライン型ハイブリッド３０の２つの入力ポートに入力するところにある。なお、本実施形態の構成は、第１〜第３の実施形態および第５の実施形態の構成にも適用することができる。
【００２３】
（他の実施形態…請求項６）
本発明の周波数変換器における２次高調波抑圧手段３は、ブランチライン型ハイブリッド３０に限らず、ＬＯ信号のＬＯ周波数成分を位相差９０度で２つの出力ポートに分配し、ＬＯ信号の２次高調波成分を位相差１８０度で２つの出力ポートに分配する方向性結合器であれば、どのような構成のものでもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の周波数変換器は、ＬＯ信号のＬＯ周波数成分については同相かつ同振幅で、さらに損失なく複数のミキサに入力させることができるとともに、通常は最も電力レベルが大きい不要波成分である２次高調波成分を抑圧してミキサに入力することができる。これにより、従来用いていた２次高調波成分を抑圧するためのフィルタを削減または簡単なものにすることができる。
【００２５】
ここで、従来の周波数変換器（フィルタなし）のミキサに入力されるＬＯ信号と、本発明の周波数変換器のミキサに入力されるＬＯ信号のシミュレーション結果を図９（ａ），（ｂ）に示す。ＬＯ信号を１０ＧＨｚとし、増幅器は効率の高い非線形領域で動作させた場合のものである。従来構成では基本波（１０ＧＨｚ）が７．７ｄＢｍ、２次高調波（２０ＧＨｚ）が−８．１ｄＢｍとなり、本発明構成では２次高調波が基本波に対して１２０ｄＢｍ以上も抑圧されていることがわかる。
【００２６】
このＬＯ信号と、入力信号（２００ＭＨｚ、−２０ｄＢｍ）を偶高調波ミキサに入力した場合のミキサ出力のシミュレーション結果を図１０（ａ），（ｂ）に示す。従来構成では、不要波が出力信号（ＵＳＢ，ＬＳＢ）に近い出力レベルで出力されることがわかる。一方、本発明構成では、不要波が出力信号（ＵＳＢ，ＬＳＢ）に比べて十分に抑圧されていることがわかる。
【００２７】
また、本発明の周波数変換器では、ＬＯ信号を増幅する増幅器からみて、通常は出力成分の中で最も電力レベルの大きい不要波成分である２次高調波成分に対する負荷インピーダンスがショート条件となるので、ＬＯ信号を増幅する増幅器の高効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数変換器の基本構成を示すブロック図。
【図２】ブランチライン型ハイブリッドの機能を確認するシミュレーション結果を示す図。
【図３】本発明の周波数変換器の第１の実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の周波数変換器の第２の実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の周波数変換器の第３の実施形態を示すブロック図。
【図６】本発明の周波数変換器の第４の実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明の周波数変換器の第５の実施形態を示すブロック図。
【図８】本発明の周波数変換器の第６の実施形態を示すブロック図。
【図９】周波数変換器のミキサに入力されるＬＯ信号の状態を示す図。
【図１０】周波数変換器の出力信号の状態を示す図。
【図１１】従来の周波数変換器の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１ＬＯ信号供給手段
２電力分配器（同相・同振幅）
３２次高調波抑圧手段
４ミキサ
５電力分配器
６電力合成器
７電力分配／合成器
１０ＬＯ信号発生器
１１増幅器
１２フィルタ
１３移相器
３０ブランチライン型ハイブリッド

Claims

ローカル信号（以下「ＬＯ信号」という）を所定の電力で出力するＬＯ信号供給手段と、
前記ＬＯ信号を同相かつ同振幅で２分岐する第１の電力分配手段と、
前記第１の電力分配手段で２分岐されたＬＯ信号を２つの入力ポートに入力し、各入力ポートのＬＯ信号のＬＯ周波数成分をそれぞれ２つの出力ポートに位相差90度で分配して各出力ポートから同相で出力し、ＬＯ信号の２次高調波成分をそれぞれ２つの出力ポートに位相差 180度で分配して抑圧する２入力に出力の２次高調波抑圧手段と、
前記２次高調波抑圧手段の一方の出力ポートから出力されたＬＯ信号と、第１の入力信号とを乗算して出力する第１のミキサと、
前記２次高調波抑圧手段の他方の出力ポートから出力されたＬＯ信号と、第２の入力信号とを乗算して出力する第２のミキサとを備え、
前記２次高調波抑圧手段は、第１の入力ポートの前記ＬＯ周波数成分を第１の出力ポートへは 90 度位相で、第２の出力ポートへは 180 度位相で分配し、第２の入力ポートの前記ＬＯ周波数成分を第１の出力ポートへは 180 度位相で、第２の出力ポートへは 90 度位相で分配するとともに、第１の入力ポートの前記２次高調波成分を第１の出力ポートへは 180 度位相で、第２の出力ポートへは０度位相で分配し、第２の入力ポートの前記２次高調波成分を第１の出力ポートへは０度位相で、第２の出力ポートへは 180 度位相で分配する構成であることを特徴とする周波数変換器。
請求項１に記載の周波数変換器において、
入力信号を２分岐し、第１の入力信号および第２の入力信号を出力する第２の電力分配手段を備えた
ことを特徴とする周波数変換器。
請求項１に記載の周波数変換器において、
第１のミキサおよび第２のミキサの出力信号を合成して出力する電力合成手段を備えた
ことを特徴とする周波数変換器。
請求項２または請求項３に記載の周波数変換器において、
第２の電力分配手段および電力合成手段は、それぞれ信号の入力方向に応じて分配または合成して出力する電力分配／合成手段を用い、
第１のミキサおよび第２のミキサは、双方向性のあるミキサを用いる
ことを特徴とする周波数変換器。
請求項１に記載の周波数変換器において、
２次高調波抑圧手段は、第１の電力分配手段で２分岐されたＬＯ信号を互いにアイソレーション関係にある２つのポートに入力し、他の２つのポートから出力するブランチライン型ハイブリッドである
ことを特徴とする周波数変換器。
請求項１に記載の周波数変換器において、
２次高調波抑圧手段は、ＬＯ信号のＬＯ周波数成分を位相差９０度で２つの出力ポートに分配し、ＬＯ信号の２次高調波成分を位相差１８０度で２つの出力ポートに分配する方向性結合器である
ことを特徴とする周波数変換器。
請求項１に記載の周波数変換器において、
ＬＯ信号供給手段は、ＬＯ信号発生器と、ＬＯ信号発生器から出力されたＬＯ信号を増幅する増幅器とにより構成された
ことを特徴とする周波数変換器。
請求項７に記載の周波数変換器において、
ＬＯ信号発生器から出力されたＬＯ信号を第１の電力分配手段で同相かつ同振幅で２分岐し、それぞれのＬＯ信号を特性の揃った増幅器で増幅して２次高調波抑圧手段の２つの入力ポートに入力する構成である
ことを特徴とする周波数変換器。