JP3717721B2 - 周波数低倍回路及びそれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は周波数逓倍回路及びそれ用いた無線通信装置、更に詳しくいえば、搬送周波数が逓倍関係にある複数の搬送周波数の搬送波を用いて通信する無線通信装置、特に、無線通信装置を構成する周波数変換部に用いられる周波数逓倍回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信装置の送信部では、送信すべき信号を搬送周波数の比がほぼ逓倍関係にある複数の無線周波数帯を１つの装置で送受信するにあたり、１つの周波数変換回路で対応する場合、それぞれの周波数帯に対応した複数の局所発振回路が必要となったり、１つの発振回路で対応する場合、発振回路の出力と周波数変換回路の局所発振回路入力端子にスイッチなどの伝送路切り換え回路を接続し、入力される信号と同じ周波数である基本波に対して低損失伝送路又は信号増幅する岐路と、周波数逓倍回路があり、基本波に対して逓倍、増幅する岐路とを切り換える必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
局部発振回路の数が増えると複数の局部発振回路相互間で干渉し発振周波数の変動、変調が生じるなどの問題が発生するため、装置の性能が劣化する。また、局所発振回路の数が増えると局所発振回路の周波数安定度を高めるためのPLL（Phase Locked Loop）回路の数も増え小型化、低コスト化、低消費電力化が困難である。そのため局所発振回路数の少ない無線装置が必要である。
【０００４】
次に、基本波と逓倍波を１つの局所発振回路と周波数逓倍回路を用いて出力する場合、図１のように局所発振回路１と周波数変換回路２の間のスイッチ３とスイッチ４を用いて基本波に対する岐路５と周波数逓倍回路６を含んだ逓倍波に対する岐路７とを切り換える構成が考えられる。この場合、２つの岐路５及び７に対するスイッチ３とスイッチ４のアイソレーションが悪いとスイッチ３と岐路７とスイッチ４と岐路５からなる閉ループを信号が循環する。特に基本波に対する岐路５が方向性のない伝送線路のみで構成されている場合、その影響は顕著に見られる。
【０００５】
この場合、岐路７の逓倍回路で出力された信号波がスイッチ４、基本波に対する岐路５、スイッチ３を経て周波数逓倍回路６の入力側に帰還され更に逓倍される。この逓倍波が周波数変換回路６に入力されそれが周波数変換回路２で変換され不要な周波数が発生してしまう問題がある。また、信号の帰還は周波数逓倍回路６が異常発振し通信に異常をきたす問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、局所発振回路を単一にして、無線通信装置の小型、経済化を図ると共に、局所発振回路を単一にしたときに生じる不要な周波数の信号の発生及び異常発振を防止しすることである。
本発明の他の目的は、上記目的を達成するために必要な周波数逓倍回路を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の無線装置は、送信ブロックに中間信号又は変調信号を基本周波数又は基本周波数の逓倍の搬送周波数の搬送信号に変換する周波数変換部、また、受信ブロックにおける第１の搬送周波数又は第１の搬送周波数の逓倍の搬送周波数の受信無線信号（受信搬送信号）を中間信号又は復調に変換する周波数変換部の構成を、 単一の基本周波数の発振信号を発生する局所発振回路と、上記発振信号から入力し、制御信号によって上記発振信号又は上記発振信号を基本周波数の逓倍周波数の信号に変換した信号を選択的に切り替えて発生する周波数逓倍回路と、上記周波数逓倍回路の出力と上記中間信号又は変調信号あるいは受信無線信号とを混合し所定の周波数の中間信号成分を取り出す周波数変換回路で構成する。
【０００８】
特に、上記周波数低倍回路は、第１の制御信号によって、線形、非線形動作に切り替えられる増幅素子と、上記増幅素子の出力を第２の制御信号によって、通過特性の異なる回路を構成、選択し、基本波又はその逓倍波を選択的に出力する構成とした。
【０００９】
本発明の無線通信装置は、局所発振回路が単一であり、装置の経済化、小型化を実現すると共に、周波数変換部を構成する周波数逓倍回路が、線形、非線形動作が選択的に行われる増幅素子と通過特性の異なる回路を直列接続して構成しているため、図１で説明したような、不要波、異常発振の発生を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明による無線通信装置の一実施形態における送信ブロック１の構成図である。本実施形態は、搬送周波数の比が１：２の場合を示す。
【００１１】
周波数ｆ１の信号（基本波）に対応する送信電力増幅回路8−1、送信電力増幅回路8−1の出力端子に接続された送信周波数帯域制限回路9−1、無線周波数ｆ２の信号（逓倍波）に対応する送信電力増幅回路8−2、送信電力増幅回路8−2の出力端子に接続された送信周波数帯域制限回路9−2と送信電力増幅回路8 − 1 、送信電力増幅回路 8 − 2 の入力端子に接続され、制御端子１７により伝送路を切り換える切り換えスイッチ１１をもつ増幅回路１２と、無線周波数ｆ１、ｆ２に対応し、変調信号端子１８と局所発振信号入力端子２０を持ち、出力が切り換えスイッチ１１に接続された広帯域送信用周波数変換回路（以下単に、周波数変換回路と称ぶ）１６と周波数変換回路１６の局所発振信号入力端子２０と局所発振回路１４の出力端子の間に周波数制御端子１９に印加する電圧信号レベルにより動作が変わる周波数逓倍回路１５をもつ。
【００１２】
周波数ｆ１を使って信号を送信する場合、変調信号ｍｔは変調回路と各回路の制御機能をもつ回路１３から変調信号入力端子１８を介して周波数変換回路16へ入力される。一方、局所発振回路１４から出力された周波数がLt ［Hz］の局所発振信号は周波数逓倍回路１５に入力される。このとき、回路１３からは周波数制御端子19を介して、入力された信号に対して低損失回路又は増幅回路として動作する電圧信号レベルが印加されるため、局所発振信号入力端子２０には周波数Lt［Hz］の局所発振信号が入力される。
【００１３】
周波数変換回路１６では入力された変調信号ｍｔと周波数Ｌｔ［Ｈｚ］の局所発振信号から周波数ｆ１＝（ｍｔ＋Ｌｔ）［Ｈｚ］の信号を出力する。この時、切り換えスイッチ１１は回路１３からの信号が制御端子１７を介して電力増幅回路８−１と周波数変換回路１６間を導通し、電力増幅回路８−２と周波数変換回路１６間を非導通にするように駆動される。これにより、周波数ｆ１の信号は第１送信電力増幅回路８−１で電力増幅、周波数帯域制限回路９−１で不要な周波数を遮断され、出力端子１０−１に出力される。
【００１４】
次に、無線周波数ｆ２を使って信号を送信する場合、変調信号ｍｔは回路１３から変調信号入力端子１８を介して周波数変換回路16へ入力される。一方、局所発振回路１４から出力された周波数がLt［Hz］の局所発振信号は周波数逓倍回路１５に入力される。このとき、回路１３からは周波数制御端子１９を介して、入力された信号に対して周波数逓倍回路として動作する電圧信号が印加されるため、局所発振信号入力端子２０には（2×Lｔ）［Hz］の局所発振信号が入力される。周波数変換回路16では入力された変調信号mｔと周波数（2×Lｔ）［Hz］の局所発振信号によって、周波数ｆ２＝（ｍｔ＋（2×Lt））［Hz」の信号を出力する。
【００１５】
この時、切り換えスイッチ１１は回路１３からの信号が制御端子１７を介して電力増幅回路８−２と周波数変換回路１６間を導通し、電力増幅回路８−１と周波数変換回路１６間を非導通にするように駆動される。周波数ｆ２の信号は電力増幅回路８−２で電力増幅、帯域制限回路９−２で不要な周波数成分を遮断され出力端子１０−２に出力される。
【００１６】
図３は本発明による無線通信装置の一実施形態における受信ブロック１の構成図である。無線周波数ｆ３に対応する受信低雑音増幅回路２１−１、低雑音増幅回路２１−１の出力端子に接続された受信周波数帯域制限回路２２−１と無線周波数ｆ４に対応する受信低雑音増幅回路２１−２、低雑音増幅回路２１−２の出力端子に接続された受信周波数帯域制限回路２２−２と周波数帯域制限回路２２−１の出力端子と周波数帯域制限回路２２−２の出力端子に接続され、制御端子３０により伝送路を切り換えるスイッチ２４からなる無線回路２５と無線周波数ｆ３、ｆ４に対応し、復調信号端子３１と局所発振信号入力端子２９と無線周波数入力端子を持ち、無線周波数入力端子が切り換えスイッチ２４に接続された周波数変換回路２６と周波数変換回路２６の局所発振信号入力端子２９と局所発振回路２７の出力端子の間に周波数制御端子３２に印加する電圧信号レベルにより動作が変わる周波数逓逓倍回路２８で構成される。
【００１７】
無線周波数ｆ３の信号を受信する場合、周波数ｆ３の入力信号は入力端子２３−１を介して低雑音増幅回路２１−１で増幅、周波数帯域制限回路２２−１で不要な信号は遮断される。この時、切り換えスイッチ２４は復調回路、制御回路を持つ回路３３から端子３０を経る制御信号により増幅回路２２−１と周波数変換回路２６間を導通し、増幅回路２２−２と周波数変換回路２６を非導通にする。切り換えスイッチ２４を経た信号は周波数変換回路２６に入力される。
【００１８】
一方、局所発振信器２７からの周波数がＬｒ［Ｈｚ］の局所発振信号は周波数変換回路２６に入力される。このとき、回路３３からは周波数制御端子３２を介して、入力信号に対して低損失回路又は増幅回路として動作するような電圧信号レベルが印加されるため、局所発振信号入力端子２９には周波数Ｌｒ［Ｈｚ］の局所発振信号が入力される。周波数変換回路２６では入力された無線周波数ｆ３と周波数Ｌｒ［Ｈｚ］の局所発振信号から周波数Ｄｔ＝（ｆ３―Ｌｒ）［Ｈｚ］の信号を出力する。周波数Ｄｔは復調信号又は中間周波数である。
【００１９】
次に、無線周波数ｆ４の信号を受信する場合、周波数ｆ４の信号は入力端子２３−２を介して増幅回路２１−２で低雑音増幅、帯域制限回路２２−２で不要な信号を遮断される。この時、切り換えスイッチ２４は復調回路３３、から端子３０を経る制御信号により増幅回路２１−２と周波数変換回路２６間を導通し、増幅回路２１−１と周波数変換回路２６を非導通にする。切り換えスイッチ２４を経た信号は周波数変換回路２６に入力される。
【００２０】
一方、局所発振器２７から出力された周波数がＬｒ［Ｈｚ］の局所発振信号は周波数変換回路２６に入力される。このとき、回路３３からは周波数制御端子３２を介して、入力された信号に対して周波数逓倍回路として動作するような電圧信号レベルが印加されるため、局所発振信号入力端子２９には周波数（２×Ｌｒ）［Ｈｚ］の局所発振信号が入力される。周波数変換回路２６では入力された無線周波数ｆ４と周波数Ｌｒ［Ｈｚ］の局所発振信号から周波数Ｄｔ＝（ｆ３―（２×Ｌｒ））［Ｈｚ］を出力する。Ｄｔは復調信号又は中間周波数である。
【００２１】
図４は本発明によるの無線通信装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、図２の送信部及び図３の受信部を組合わせて構成したもので、同一機能部分には同じ記号を示す。無線周波数ｆ１＝ｆ３、ｆ２＝ｆ４である。図２で示した無線回路１２の端子１０−１と図３で示した無線回路２５の端子２３−１には、制御端子３５−１によって送受信を切り換える切り換えスイッチ３４−１が接続される。また、送信ブロックの端子１０−２と受信ブロックの端子２３−２には制御端子３５−２によって送受信を切り換える切り換えスイッチ３４−２が接続される。無線周波数の切り換えは送信ブロック内の切り換えスイッチ１１と受信ブロック内の切り換えスイッチ２４で行い、各無線周波数における送受信の切り換えは切り換えスイッチ３４−１と切り換えスイッチ３４−２で行う。
【００２２】
図５は本発明によるの周波数逓倍回路の一実施例の回路図である。
入力端子３７と出力端子５３との間に、直流成分遮断用容量３８、入力整合回路３９、ＦＥＴ４０、段間回路４３、直流成分遮断用容量４５、段間回路４４、ＦＥＴ４７、出力整合回路４９及び直流成分遮断用容量５２が順次直列接続されている。さらに、制御信号端子４６でオン／オフ動作する第３スイッチ４１と回路の逓倍動作時、基本波を減衰させる先端開放伝送路からなる第１のフィルタ回路４２、ＦＥＴ４０のゲートバイアス端子からなる周波数制御端子５４とＦＥＴ４０のドレインバイアス端子５５、ＦＥＴ４７のゲートバイアス端子５６とドレインバイアス端子５６、出力整合回路４９に制御信号端子５１でオン／オフ動作するスイッチ４８と回路の基本波動作時、逓倍波を減衰させる先端開放の伝送路からなる第２のフィルタ回路５０が付加されている。
【００２３】
段間回路４３、４４はスイッチ４１がオフ状態でフィルタ回路４２が動作しない時は伝送線路として機能するが、スイッチ４１がオンのときは、フィルタ回路４２とで基本波に対して減衰、２逓倍波に対して伝送路として機能する。また、スイッチ４８で制御される第２のフィルタ回路５０の先端開放伝送路は２逓倍波に対して位相が９０度の奇数倍となるようにする。
【００２４】
これにより、スイッチ４８がオンの時、２逓倍波は第２のフィルタ回路５０の開放端部で短絡となり信号レベルが減衰される。ＦＥＴ４０は周波数制御端子５４に印加する電圧レベルで増幅回路、周波数逓倍回路として動作し、ＦＥＴ４７は増幅回路として動作する。また、出力整合回路４９としては基本波から所望の逓倍波までの広帯域な整合がとれるよう抵抗からなる集中定数素子で整合をとる。
【００２５】
ドレインバイアス端子５７、ゲートバイアス端子５６のバイアス値は増幅回路として動作するため、ＦＥＴ４７の静特性と負荷特性を考慮して決定する。また、ＦＥＴ４０のドレインバイアス５５端子に加えられる電圧は端子５７に加えられる電圧と同じバイアス値でよい。周波数逓倍回路を基本波動作させるときには周波数制御端子５４にゲートバイアス端子５６と同じバイアスを印加し、増幅回路として動作させる。このとき、スイッチ４１は制御端子４６に加えられる制御信号によりオフ状態となり、第１のフィルタ回路４２は動作しない。スイッチ４８は制御端子５１に加えられる制御信号によりオン状態となりフィルタ回路５０は動作し逓倍波を減衰させる。
【００２６】
次に２逓倍動作させるときは制御端子５４のバイアス点をＦＥＴ４０のピンチオフ電圧付近に固定し、ＦＥＴ４０の非線形性を利用して逓倍波を発生させる。このとき、制御信号端子４６によりスイッチ４１はオン状態となりフィルタ回路４２が動作し基本波を減衰させる。スイッチ４８は制御端子５１に加えられる制御信号によりオフ状態となりフィルタ回路５０は動作しない。これにより本実施形態の周波数逓倍回路は入力された信号に対して基本波を出力するときは第２逓倍波を抑圧し、２逓倍波を出力するときは、基本波を抑圧する。
【００２７】
上記実施形態における周波数逓倍回路は基本波と第２逓倍波を得る場合について説明したが、前述の動作原理により基本波の周波数と整数倍の関係にある逓倍波を得るようにすることができる。第１の増幅素子ＦＥＴ４０は、線形、非線形動作が制御信号によって切り換えれられ、第１の増幅素子の出力側に所定の逓倍波を阻止するフィルタ回路をスイッチによって接続、非接続をすることによって、基本波、整数倍の逓倍波を選択的に出力するように構成すればよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の周波数逓倍回路を用いた無線通信端末は端末内の周波，数変換回路、局所発振回路の数を削減できるため、局所発振回路間の干渉を低減でき高品質な無線通信を可能とする。また、発振回路数の低減は周波数安定化回路であるＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路の部品点数を削減し端末の小型化、低消費電力化を実現する。また、周波数逓倍回路が２逓倍回路として動作しているとき、段間回路に並列に接続された基本波抑圧回路により純度の高い２逓倍波が得られる。これにより、基本波、２逓倍波においても高品質な無線通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術から考えられる周波数逓倍回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明による無線通信装置の一実施形態における送信ブロック１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明による無線通信装置の一実施形態における受信ブロックの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明によるの無線通信装置の一実施形態における送受信モジュールのブロック図である。
【図５】本発明による周波数逓倍回路の一実施例の回路図である。
【符号の説明】
１…局所発振回路、２…周波数変換回路、３…切り換えスイッチ、
４…切り換えスイッチ、５…基本波に対する岐路、
６…周波数逓倍回路、７…２逓倍波に対する岐路、
８−１，８−２…送信電力増幅回路、
９−１，９−２…周波数帯域制限回路、
１０−１，１０−２…出力端子、１１…切り換えスイッチ、
１２…無線回路、１３…無線周波数用変調回路・制御回路、
１４…局所発振回路、１５…周波数逓倍回路、
１６…送信用広帯域周波数変換回路、１７…制御用端子、
１８…変調信号端子、１９…周波数制御端子、
２０…局所発振回路端子、２５…受信ブロック、
２１−１，２１−２…受信低雑音増幅回路、
２２−１，２２−２…周波数帯域制限回路、
２３−１，２３−２…無線周波数入力端子、
２４…切り換えスイッチ、２６…受信用広帯域周波数変換回路、
２７…局所発振回路、２９…局所発振回路端子、３０…制御用端子、
３１…復調信号端子、３２…周波数制御端子、
３３…無線周波数用復調回路・制御回路
３４−１，３４−２…送受信切り換えスイッチ、
３５−１，３５−２…制御端子、３８、４５、５２…直流遮断用容量、３７…入力端子、
３９…入力整合回路、４０…ＦＥＴ、４１…スイッチ、
４２…フィルタ回路、４３、４４…段間回路、４６…制御用端子、
４７…ＦＥＴ、４８…スイッチ、４９…出力整合回路、
５０…フィルタ回路、５１…制御用端子、５３…出力端子、
５４…周波数制御端子、５６…ゲートバイアス端子、
５５、５７…ドレインバイアス端子。

Claims (7)

1. 中間信号又は変調信号を基本周波数又は基本周波数の逓倍周波数の搬送周波数の信号で搬送信号に変換する周波数変換部と上記周波数変換部の出力信号を電力増幅して伝送出力する増幅回路をもつ無線通信装置であって、
   上記周波数変換部が、単一の基本周波数の発振信号を発生する局所発振回路と、制御信号によって上記発振信号又は上記発振信号を基本周波数の逓倍周彼数の信号に変換した信号を切り替えて発生する周波数逓倍回路と、上記周波数逓倍回路の出力と上記中間信号又は変調信号とを混合し上記増幅回路に入力する送信用周波数変換回路と有し、上記周波数逓倍回路が、制御信号によって、線形、非線形動作が切り換えられる増幅素子と、上記増幅素子の出力側に所定の逓倍波を阻止するフィルタ回路をスイッチによってオン／オフすることによって、上記基本周波数又は逓倍周波数の信号を出力する出力回路を設けて構成されたことを特徴とした無線通信装置。
2. 第１の搬送周波数又は第１の搬送周波数の逓倍の搬送周波数の受信無線信号を電力増幅する増幅回路と、上記増幅回路の出力を中間信号又は復調信号に変換する周波数変換部とをもつ無線通信装置であって、
   上記周波数変換部が、単一の基本周波数の発振信号を発生する局所発振回路と、制御信号によって上記発振信号の信号又は上記発振信号の周波数の逓倍周波数の信号に変換した信号を切り替えて発生する周波数通倍回路と、上記周波数逓倍回路の出力と上記増幅回路の出力とを混合し上記中間信号を得る周波数変換回路と有し、上記周波数逓倍回路が、第１の制御信号によって、線形、非線形動作が切り換えられる増幅素子と、上記増幅素子の出力側に所定の逓倍波を阻止するフィルタ回路をスイッチによってオン／オフすることによって、上記基本波又は上記逓倍周波数の信号を出力する出力回路を設けて構成されたことを特徴とした無線通信装置。
3. 上記周波数逓倍回路の出力回路は、第２の制御信号によって第１のフィル夕がオン／オフされ第１の増幅素子の出力を第２の増幅素子に入力する段間回路と、上記第２の増幅素子の出力を第３の制御信号によって第2のフィル夕がオン／オフされ、上記基本周波数又は遍倍波周波数の信号を上記周波数変換回路に入力する回路とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の無線通信装置。
4. 第１の制御信号によって、線形、非線形動作が切り換えられる増幅素子と、上記増幅素子の出力側に所定の逓倍波を阻止するフィルタ回路を第２の制御信号によって駆動されるスイッチによって接続、非接続して、基本波、逓倍波を選択的に出力するように出力回路を設けて構成されたことを特徴とする周波数逓倍回路。
5. 第１の制御信号によって、線形、非線形動作が切り換えられる第１の増幅素子と、上記第1の増幅素子の出力を第２の増幅素子に結合する第1段間回路と、上記第２の増幅素子の出力を出力端子に結合する第２段間回路とから成り、上記第１段間回路が第２の制御信号によって第１のフィルタ回路を開閉し、上記線形動作のとき、第１段間回路を伝送線路とし、上記非線形動作のとき、基本波を減衰する回路とするように構成され、上記第２段間回路が、第２の制御信号によって第２のフィルタ回路を開閉し、上記線形動作のとき、第２段間回路を逓倍波を減衰させ、上記非線形動作のとき、上記第２のフィルタ回路を分離するように構成されたことをことを特徴とする周波数逓倍回路。
6. 基本周波数の信号を入力し、線形動作又は非線形動作を第１の制御信号によって選択的に行う第１の増幅素子と、上記第１増幅素子の出力を直流遮断容量素子を介して第２の増幅素子に結合する第１の伝送線路と、第２の増幅素子の出力に直流遮断容量素子を介して出力端子に結合する第２の伝送線路と、上記第１の伝送線路に第２の制御信号によって開閉される第１のスイッチを介して結合される上記基本周波数の信号を減衰させる先端開放線路と、上記第２の伝送線路に第３の制御信号によって開閉される第２のスイッチを介して結合される上記基本周波数の２逓倍波の信号に対して位相が９０度の奇数倍となる先端開放線路とを有して構成されたことを特徴とする周波数逓倍回路。
7. 周波数変換回路と、
   単一の局所発振回路と、
   上記周波数変換回路と上記単一の局所発振回路との間に接続され、線形動作および非線形動作のいずれかを選択的に行う増幅素子と周波数通過特性が可変である回路とを直列接続して構成された周波数低倍回路と
   を具備してなることを特徴とする無線通信装置。

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