JP3914267B2 - 分散構造式位相変位による変調電子回路 - Google Patents
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Description
かかる回路はとくにデジタル信号の伝送に有益である。例えば、衛星と地球の間のデジタル情報の伝送はデジタル信号による超高周波搬送信号の位相変調によって実施される。
すでに2位相状態(BPSKまたはMDP2と称す)、あるいは4位相状態(QPSKまたはMDP4と称す)の変調回路("HIGH BIT RATE FOUR PHASEMMIC REMODULATION DEMODULARTOR AND MODULARTOR", A. Primerose et al.,Proceedings of GAAS '92, Estec, Nordwich, Pays-Bas)が知られている。BPSKはしたがって、並列に取り付けられた低域フィルタと高域フィルタによって構成することができ、それらの出力が分流器の2つのMESFETトランジスタの配線によって共通の出力で切り替えられ、それらのゲートが2つの状態の相補的信号を受信する。この回路は、不可避的な製造上の不完全さにもかかわらず、構造上当然180度の理論値に向かおうとする信号の間の位相差を提供するという利点がある。くわえて、切り替えて使用されるMESFETトランジスタは分極せず、回路はわずかな損失(3dB程度)しか誘発しない。それはMMIC技術によって実現可能であり、占有空間が小さい(典型的には8GHzで2mm×1mm)。それにもかかわらず、かかるBPSKは所与のビット速度あたりのスペクトル占有空間が大きいという欠陥がある。さらに、電気タイプの調節手段を一切備えず、180度以外の値の位相差を許容しないので、ゼロでない振幅の残留搬送波が所望である(例えば、受信器の同期のため)特定の用途分野では使用できない。
2つのBPSKから形成されたQPSK回路は同じビット速度でより低いスペクトル占有空間を可能にするが、依然として電気制御からの調節手段がないとか、固定値の位相差しか許容しないという欠点が生じる。くわえて、これらの回路はより大きな損失(8dB程度)を生じ、8GHzの占有空間は2.5mm×3.5mm程度になる。
さらに、位相変化の都度π/4の追加の位相差によって得られる8つの位相状態の回路であるπ/4−QPSK回路も周知である("π/4-QPSK MODEMS FOR SATELLITE SOUND/DATA BROADCAST SYSTEMS", Chiu-Liang Liu, Kassilo Feher,IEEE Transactions on broadcasting, vol. 37, no. 1, March 1991, pp 1-8)。これらの回路には上述の従来のQPSKと同じ欠点がある。また可能な8つの位相状態の中で、特定の位相遷移しか許容されず、その結果π/4−QPSKは適切な符号化でしか互換性がなく、とくに、伝送すべきデジタル信号の特定の符号化で使用できない。
文書”A VERSATILE VECTOR MODULATOR DESIGN FOR MMIC”,L.M. Devlin, B.J.Minnis, 1990 IEEE MTT-S Digest L-7 pp 519-522は2×4の位相状態の、すなわち異なる振幅の2つのベクトル群を生成する変調回路を記載している。この回路の8GHzの占有空間は4mm×3mmで、調節の複雑な4つの可変抵抗を有する。くわえて、それは機能的にはQPSKと同等である、なぜなら8つの位相状態は、同じ振幅を持たないので8位相状態の厳密な位相変調(振幅変調なし)に使用できないからである。
発信出力を減らすことを目的として、MCT(格子符号化変調)などの高性能なデジタル信号符号化の使用が求められている。このためには、4を超える(とくに8、16・・・)位相状態の数を有する変調回路を備えることが不可欠である。
ところが、情報量の性能を向上させる目的で同一回路上に既知のBPSKまたはQPSKのアーキテクチャを組み合わせることは考えられない、なぜならそれぞれの構成要素の欠点が互いに反映し、出力に累積するからである。くわえて、致命的な出力の損失が生じ、とくに航空機や宇宙ロケットに搭載したシステムの場合にひどくなる。他方で、製造の際の調整は、非常にコスト高であり、倍増するはずである。
したがって、本発明は、この回路が数多くの種類の符号化と位相変調に、また数多くの用途分野に適合し、使用されることができるように、出力損失がゼロまたは低い値で、また低いエネルギー消費量で、任意の値の位相状態を得ることができる構造のPSK変調回路を提案することによってこれらの欠点を克服することを目的とする。
さらに本発明は位相状態の数が(同一振幅、同一周波数で)4を超える、とくに8、16・・・に等しい変調回路を提供することを目的とする。
本発明はさらに、高い精度で−とくにガリウム砒素GaAs上に−モノリシックマイクロ波技術(MMIC)で実現するのに有利に適合したかかるPSK変調回路を提供することを目的とする。
より具体的には、本発明は、それが内蔵されるシステムに応じてその特定値が調節できるように、それも(PSK集積回路自体の設計または製造の際ではなく)まさにシステムへの内蔵の際に調節できるように、とくに入力信号周波数に応じて、位相状態の簡単な調節手段を備えたPSK変調回路を提供することを目的とする。
さらに本発明は、より具体的には、搭載された宇宙システムの制約(狭い占有空間、高い信頼性、低消費量、・・・)に適合するようなかかるPSK変調回路を提供することを目的とする。
本発明はまた、より具体的には、MCTのような高速度での変調符号化に適合することのできるかかるPSK変調回路を提供することを目的とする。
本発明はまた、より具体的には、またとくに超高周波領域で、搬送信号のあらゆる周波数に適合することのできるかかるPSK変調回路を提供することを目的とする。
本発明はまた、より具体的には、いったん実現された後、周波数は固定されているが、広い帯域(例えば、地球観測遠隔測定ではX帯域またはKa帯域内、マルチメディア遠隔通信では衛星のK帯域内、など)で選択可能な入力搬送信号を受容することができるかかるPSK変調回路を提供することを目的とする。
本発明は、さらに、線や入力信号が影響を受けるようなノイズを発生しないかかるPSK変調回路を提供することを目的とする。
このため、本発明は、角振動数ωeの正弦入力信号Seを受信するための入力と、出力信号が制御信号SCjとは独立した角振動数ωsを有する制御信号SCjに応じて、mが2以上の整数であるm個の値、φ1、・・・、φj、・・・、φmの間で変動できる値φjだけ入力信号から位相がずらされた正弦信号Ssを送出する出力を含む位相変位による変調電子回路であって、以下のものを含むことを特徴とする回路。
−入力から延長し、nが2以上の整数である類似した位相差のn個のセルC0、・・・、Ci、・・・、Cn−1を有する、n個の位相差セルが分散線に沿った列iの、以下のものを含むそれぞれの位相差セルCiによって分散線に沿って配線されている分散線、
・i=0のときは直接、または回路入力とこの位相差セルCiの間に置かれた、i未満の列の先行する(i−1)個の位相差セルを介して、回路の入力から発信される信号を受信する、シリアル入力ISiと称する、入力、
・上位のi+1列の後続の位相差セルCi+1に、あるいは、i=n−1のときは、分散線の終端装置に分散線上で信号を送出する、シリアル出力OSiと称する、第一の出力、
・分散線の分路の節点Ni、
・トランジスタTiを介して分路の節点Niに接続され、その第一の端子が分路の節点Niに接続され、その第二の端子が接地され、その第三の端子が位相差セルCiの分路出力ODiを提供する、分路出力ODiと称する、第二の出力であって、それぞれの位相差セルCiが回路の入力と前記分路出力ODiの間に置かれた位相差セルによって、回路入力から、連続して入力信号Seにもたらされた位相差の和φ(Ci)だけ、入力信号Seに対して、位相をずらした信号SDiをその分路出力ODiに送出するのに適合している、第二の出力。
−それぞれの位相差セルCiの前記分路出力ODiに接続された、制御信号SCjから制御された、以下のものである切替/変調回路、
・n=mのとき、制御信号SCjに応じて、ゼロ信号、またはセルCiから受信したSDi信号を送出する切替回路、
・n≠mのとき、pがm≦pnになるように選択されたmより小さい整数である、位相差セルCiから受信した信号SDiを、kが制御信号SCjに応じて1とpの間で変動する整数である値φkだけ位相をずらすのに適したp個の状態の位相変調回路。
−n個の切替/変調回路から出た信号Ssiの位相を加算し、出力信号Ssを形成するこの加算の結果を前記回路の出力に送出するための手段。
したがって、本発明による回路は分散型の構造を示す。この構造は大きな適合可能性を提供する。とくに所望の位相状態の数mに応じて位相差セルの数nを最適化できる。またそれぞれの位相差セルによって、また必要な場合には、p個の位相状態のそれぞれの変調回路によって信号に適用された位相差を最適化できる。
本出願を通じて、「類似の位相差セル」という表現は、セルが構成要素の構造と値がセルごとに異なることがあっても、同じ電子的機能を示す電子構成要素で構成されていることを意味する。さらに「機能的に同一の位相差セル」という表現は、通常すべてがそれらの入力とそれらの出力の間で信号に同じ位相差を誘導するように類似しかつ設計された位相差セルを意味する。
ここで、位相差セルの出力に使用されるp個の位相状態の変調回路は、それ自体が本発明によって分散された構造を示すことが出来る。したがって、本発明は縦続状に重なった複数の位相差の段PSKを含む「多段」変調回路の実現を可能にする。
実際には、この分散構造は8つ、またはそれ以上の位相状態の回路を−とくにMMIC技術で−実現するためにそれぞれの位相状態の十分な精度を得ることを現実に可能にする。
有利にはそして本発明によれば、回路は位相差セルのトランジスタ分極手段を備えている。したがって、それぞれのPSK位相差の段は信号利得をもたらすこれらのトランジスタによって増幅される。
くわえて、有利にはそして本発明によれば、それぞれの前記トランジスタは、
−第一の端子がゲートであり、
−第二の端子がソースであり、
−第三の端子がドレインである、
電界効果トランジスタ−とくに(GaAs上の)MESFET−である。
電界効果トランジスタは実部がきわめて低い入力コンダクタンスを示すので、分散線に対する負荷が低く、それぞれの分路の節点上と、それぞれの分路出力上でほぼ同一レベルを得ることができる。下流に位置するすべての切替/変調回路はしたがって、同一レベルの信号を送出される。
くわえて、それぞれの分路分岐の切替/変調回路は電界効果トランジスタによって互いに絶縁され、互いに妨害しない(例えば、それぞれの切替/変調回路がBPSKである場合、状態変化速度でのBPSKのTOS(定常波率)の変動は状態の精度を低下させる恐れがない)。
同様に、電界効果トランジスタは線と入力信号を絶縁し、信号は回路によって誘導される切替によって乱されない。
くわえて、本発明による回路は、分路の節点Niとアースの間で調節可能な容量を形成するように、分路のそれぞれの節点Niに調節可能な値の直流電圧をかける手段を備えている。実際、電界効果トランジスタはゲートの分極電圧によって調節できる非線形入力容量を示す。分散線上で並列のこの可変容量は、それぞれのセルによって発生した位相差を調節することを可能にする。このことが位相状態の精度を向上させ、鋳造における回路実現に結びつけられる不良作動の恐れを最小限にすることを可能にする。
有利には、本発明による回路は、それぞれの位相差セルCiが直列インダクタンス、並列容量型であり、それぞれの位相差セルCiの前記トランジスタは分極した電界効果トランジスタであり、そのゲートがインダクタンスと並列に分散線への分路節点Niに接続され、そのソースが接地され、そのドレインが前記分路出力に分路信号SDiを提供し、前記並列容量は少なくとも部分的に前記分極電界効果トランジスタのゲートとソースの間に形成された容量で構成されることを特徴とする。
さらに、有利には、そして本発明によれば、すべての位相差セルは機能的に同一で、分散線に沿って同じ位相差△φを生じ、セルCiは入力信号Seに対して、ψが定数である、φ(Ci)=i×△φ+ψだけ位相をずらした分路信号SDiをその分路出力に提供する。すべてのセルについて同一のこの位相差△φは2π/mに等しいか、2π/mと異なる(平均値がゼロでない出力信号が望ましいとき)。
さらに、有利には、また本発明によれば、分路のそれぞれの節点Niで調節可能な値の直流電圧を加え調節するための手段は、直流電圧を受けとり可能なように適した分散線の端子を有し、そのため位相差セルCiの分路のそれぞれの節点Niでの信号の位相差は、この可変直流電圧だけの調節によって、とくに角振動数ωeに応じて同時に調節することができる。ここでMMIC技術はすべての位相差セルLCのこの同時調整にとくに適している、なぜなら同じチップのトランジスタは分散がきわめて少ないため、トランジスタの入力容量が等しく、分極と共に同じ仕方で変動するからである。
有利には、そして本発明によれば、前記位相加算手段は、とくにn=mのとき、一つの共通の出力節点でn個の切替変調回路の出力の星形分岐線を有し、これらの分岐線はすべて同じ長さであるので、一般的に50オームの、一定の出力インピーダンスを示す。
さらに、有利には、そして本発明によれば、とくにn≠mのとき前記位相加算手段は、最後の頂点が回路の前記出力を形成するWilkinsonのカプラーの根付き木で形成された位相結合回路を具備する。Wilkinsonのカプラーの利点はp個の状態の前記位相変調回路を出力側で互いに絶縁することである。
したがって、これらの回路は入力側では位相差セルのトランジスタによって、出力側ではWilkinsonのカプラーによって絶縁される。
有利には、また本発明によれば、mが2の冪乗の倍数であるとき、2の冪乗に等しいnを選択する。したがって、Wilkinsonのカプラーの根付き木は回路の出力に対して軸対称を示す(なぜなら、それぞれのWilkinsonのカプラーは2つの入力と1つの出力を有するから)。
有利には、本発明による回路は、
−mが4以上、
−pが1、2または4に等しい
ことを特徴とする。
有利には、本発明による回路は、
−mが8以上、
−nが4以上である
ことを特徴とする。
もっと一般的にnは有利にはm/2以上である。したがって、位相差セルの出力の変調回路の位相状態の数は最小限にすることができる(とくに2に等しい)。
他方、有利には、また本発明によれば、切替/変調回路は類似し、受動型の構成要素だけを備えている。本出願を通じて、「受動型の構成要素」とはその作動のためにいっさいの電力の二次的送出を必要としないように取り付けられたすべての構成要素を意味する(抵抗、インダクタンス、容量、非分極トランジスタ、・・・)。
有利には、とくにmが2の倍数であるとき、本発明による回路は、p=2であり、また切替/変調回路は、並列に取り付けられた高域フィルタと低域フィルタでそれぞれ形成された受動型構成要素の2つの位相状態の位相変調のBPSK回路であり、それらの出力はゲートが相補的な2つの状態の制御信号を受信する非分極電界効果トランジスタでの配線によって切り替えられることを特徴とする。したがって、p個の位相状態の位相変調回路は従来のBPSK(p=2)である。
さらに、有利には、発明による回路はそのインピーダンス適合を可能にするために、回路の入力と反対の分散線の端の端子に可変インピーダンスを形成する手段を備えている。
有利には、そして本発明によれば、可変インピーダンスは可変抵抗に取り付けられた電界効果トランジスタを備え、そのゲートが調節直流電圧を受ける。
有利には、そして本発明によれば、本発明による回路は、入力信号の周波数が1ギガヘルツを超え、モノリシック集積回路で形成されていることを特徴とする。
本発明には上述または後述の特徴のすべてまたは一部を組み合わせて有することを特徴とする回路も含まれる。
本発明のその他の目的、特徴と利点は付属の図面を参照して、実施例の以下の非制限的説明を読むことによって明らかになるだろう。
図1は本発明による回路の全体概略図である。
図2はm=8、n=4、p=2のときの本発明による回路の一つの実施態様の概略図である。
図3は図2の回路の2つのBPSK位相状態の変調回路の一つの実施態様の概略図である。
図4と5は図2の回路の出力信号の複素平面でのベクトル構造の2つの例を示すフレネル図である。
図6は図2の回路で得ることができる出力信号の8つの位相状態群を複素平面で図示するフレネル図である。
図7はm=n=2、p=1のときの本発明による回路の一つの実施態様の概略図である。
図1に全体を示した本発明による回路は、入力信号Se=Asin(ωet+φe)を電流の形で受けるための入力1と、一般的にデジタル信号であるかデジタル信号を表す制御信号SCjに応じて位相変調された出力信号Ss=A’Sin(ωst+φs)を電流の形で送出するための出力2を含む。
本発明による回路は、m個の位相状態の(PSKまたはMDPと称するタイプの)位相変位変調回路であり、つまり出力信号Ssはmが2以上の整数であるm個の値φ1、φ2、・・・、φj、・・・、φmの中で変動することのできる値φj=φSs−φeだけ入力信号から位相がずらされている。
他方、出力信号の角振動数ωsは制御信号SCjとは独立し、一般的にωeと同一である。本発明による回路は伝播現象が重要である超高周波領域(従来は1GHzから300GHz)での信号処理にとくに適している。それにもかかわらず、本発明はすべての周波数範囲内での位相変調回路の実現にも適用できる。
図示した、好適な本発明による実施態様において、出力信号の振幅A’は制御信号SCjに応じて変化することができるが、一般的には変調のパラメータとしては用いられない。しかしながら、本発明による回路は、特定の構成において本発明の回路によって得られる振幅の異なる状態を利用する変調の符号化によって、あるいは本発明による回路の上流および/または下流に配置された振幅変調の補足的手段を用いて、位相変調と組み合わされた振幅変調とも互換性がある。
本発明による回路は上流から下流に向かって(すなわち入力1から出力2まで)主として次の3つの連続する段階から成る:分散線6を含む一次分散/変調段階3と、少なくとも一つの二次切替/変調段階4と、出力2上の多重化段階5。
分散線6は分路分岐Biの列iに依存する第一次の位相差φ(Ci)をそれに適用することによって、複数個のn分路分岐B0、B2、・・・、Bi、・・・、Bn−1に信号を分散することを可能にする。したがって、分散線6はn分路分岐を画定するために梯子状に端と端を接続した類似のn個の位相差セルC0、C1、・・・、Ci、・・・、Cn−1を含む。数字nは2以上の整数で(分散線6は少なくとも2つの分路分岐に信号を分散するために少なくとも2つの位相差セルを有するので)または好適にはm以下である。
分散線6の列iのそれぞれの位相差セルCiは以下のものを含む。
−i=0のときは直接、あるいはi≠0のときは、回路入力1とこの位相差セルCiの間に置かれた下位列の先行するi−1個の位相差セルを介して、回路の入力1から生じる信号を受信する、シリアル入力ISiと称する、入力、
−i≠n−1のときは上位の列i+1の後続の位相差セルCi+1のシリアル入力ISi+1に、あるいはi=n−1のときは分散線6の終端装置7に接続される、シリアル信号SSiと称する信号を送出するシリアル出力OSiと称する、第一の出力、
−前記位相差セルCiに対応する分路分岐の一つBiに接続された分路出力ODiと称する第二の出力であって、分路信号SDiと称する信号を送出する分路出力。
それぞれの位相差セルCiは、シリアル入力ISiで受信する信号(線上のすぐ上流のセルCi−1によって送出されたシリアル信号SSi−1である)とそのシリアル出力OSiに送出する信号SSiの間にシリアル位相差φSiと称する位相差をもたらし、シリアル入力ISiで受信する信号とその分路出力ODiに送出する信号SDiの間に分路位相差φDiと称する位相差をもたらすのに適している。
したがって、入力信号Seに対するシリアル信号SSiの位相差は、
に等しい。
入力信号Seに対してセルCiによって分路分岐Biにかけられた分路信号SDiによって示された位φ(Ci)は次のように書ける:
それぞれの位相差セルCiは有利には直列インダクタンスと並列容量の低域フィルタLCで形成され、シリアル入力の信号ISiに対して、シリアル入力ISiと分路節点Niの間に置かれた直列インダクタンスの値と、分路節点Niとアースの間に形成された全並列容量に依存する位相差を信号が示す分路節点Niを備えている。
位相差セルCiは、入力1と終端装置7の間で、入力1に対する第1の分路節点Noと、分散線6の終端装置7に対する最後の分路節点Nn−1の分岐(直列インダクタンスありとなし)によってLまたはTまたはπ形の配線と見なすことができる分散線6の配線を形成する。
図2はT形配線と見なすことができる配線を示している。分路節点Niは、ゲートが直接分路ノードに接続され、ソースが直接接地され、ドレインが分路出力ODiに接続されている電界効果トランジスタTo、・・・、Ti、・・・、Tn−1を介して、セルCiの分路出力ODiに接続されている。それぞれのトランジスタTiは分極されているので、位相差セルCiの前記並列容量は少なくとも部分的にトランジスタTiのゲートとソースの間に形成された容量で構成される。図2の実施態様において、それぞれの位相差セルCiの並列容量はトランジスタTiだけで構成される。図8の実施態様において、補助コンデンサ8、9はそれぞれの分路節点とアースの間に置かれる。
それぞれの位相差セルCiは、例えばその一つの端子がトランジスタTi節点レインに接続され他方の端子が分極固定直流電圧VPを受けるショックインダクタンス10と、ドレインと分路出力ODiの間に直列に取り付けられたブロックコンデンサ11の形の、そのトランジスタTiの分極手段10、11を備えている。
かかる配線によって、ゲートとソースの間に形成された容量の値は非線形であり、ゲートの分極直流電圧に依存する。本発明による回路は、このようにそれぞれの分路節点Niに、回路製造後に、調節可能な値の直流電圧をかけるための手段12を備えている。これらの手段12は回路の外部の電圧発生手段によって形成された調節可能な直流電圧VAを受けることができるのに適した分散線6の端子12を単に備えることができる。絶縁コンデンサ16は、直流電圧VAから入力信号発生源(一般的に発振器)を絶縁するために入力1の上流に備えられている。
ここで、変型または組合せによって、位相差セルCiによって発生した位相差値を調節するために分極電圧VPを使用することができることに注意しなければならない。
図2の実施態様において、有利には、そして本発明によれば、分散線6は、回路の入力1から終端装置7まで直列に配置され、トランジスタTiのゲートが接続された分路節点No、・・・、Ni、・・・、Nn−1によって互いに分離されている複数のインダクタンスを有する。2つの分路節点の間のインダクタンスLは、対応するそれぞれの位相差セル(点線で示されている)にそれぞれ機能的に属するこのインダクタンスのそれぞれの部分と、この様にして実現されたT形配線を示すために、2つの部分L/2に分離して示されている。
有利には、そして本発明によれば、すべての位相差セルCoからCn−1は機能的に同一で、分散線6に沿ってそれらのシリアル入力ISiから同じシリアル位相差φSiと同じ位相差φDiを発生する。
したがって、1とn−1の間に含まれるすべての列iについて、分散線上に並置されたセルCiとCi−1によって送出された分路信号SDiとSDi−1の間の位相の差φ(Ci)−φ(Ci−1)=△φは分散線6に沿って同じである。
有利には、そして本発明によれば、△φ=2π/m。言い換えれば、φ(Ci)=ix△φ+ψ=2πi/m+ψ、ここでψは定数である。したがって、回路の出力の信号Ssはゼロ(回路は残留搬送波なしに変調を提供)の平均振幅(時間に対して)を持つだろう。
回路の設計の際に、Lの値とトランジスタの適切な選択によって、位相差セルCiによって入力信号にもたらされる一次位相差に適切な値を得ることは容易である。これらの位相差はさらにトランジスタのゲート−ソース容量を変えることのできる適切な電圧VAをかけることによって回路の製造後に同時に調節することができる。
ここで注意すべきは、すべてのトランジスタTiが同一で、分散がほとんどなく、容量が等しく、VAよって同じ仕方で変化するような、−MMICを始めとする−モノリシック技術による実現にこの構造がとくに適していることである。
終端装置7は、絶縁コンデンサ28、2つの直列抵抗13、14、および、ドレインが2つの直列抵抗13、14の間に星形接続され、ソースが接地され、ゲートが調節直流電圧VRを受ける、可変抵抗に接続された電界効果トランジスタ15を含む。このようにして電気パラメータVRから調節できる可変抵抗が形成され、それによって、とくに電圧VAと位相差セルCiのトランジスタTiによって形成された並列容量にもたらされた変動と、製造の際の抵抗13、14の技術的変動を考慮するために、分散線6のインピーダンスを容易に適合させることができる。
分散線6と、とくに位相差セルCiは、それぞれの位相差セルCiが入力信号Seに対してそれに固有の値φ(Ci)だけ位相をずらした分路信号SDiを発生する限りにおいて、梯子形回路LC配線による以外に、(例えば、遅れ線、ブリッジを付けたT形配線・・・)、実現することができる。
二次切替/変調の段階4は、制御信号SCjに応じて、分岐出力信号Ssiを、その分路出力ODi上の位相差セルCiによって送出されたn個の分路信号SDiから形成することを可能にする。
この二次切替/変調の段階4は、したがってそれぞれの分路分岐Bi上のそれぞれの位相差セルCiの分路出力ODiに接続された切替/変調回路Miを、つまりn個の切替/変調回路Mo、・・・、Mi,・・・、Mn−1を備えている。
段階4は、とくにn=mのとき、制御信号SCjの状態または値に応じてそれぞれの分路信号SDiまたはゼロ信号である信号SSiを出力に送出する、単なる位相切替回路で構成することができる。
とくにn≠mであるとき、段階4は、pがm≦pnかつp<mとなるように選択された整数である、p個の位相状態の位相変調回路Miを含む。したがって、これらの回路はそれら自体がPSKであるが、本発明による回路よりもはるかに少なく選択された位相状態の数pを有する。位相のそれぞれの変調回路Miは、kが制御信号SCjに応じて1とpの間で変化する整数である、値φkだけそれが受信する分路信号SDiの位相をずらすのに適している。
実際には、そして一般的には実現を簡易化し、信頼性が高く、消費量と損失が少ない回路を実現するためにpを最小にすることが求められる。有利には、(好適にはmが2の倍数である、もっとも一般的な場合)p=2が選択され、変調回路MiはBPSKである。
これがn=4かつp=2である図2の実施態様の場合で、変調回路M0、M1、M2、M3は図3に示した図によって従来の仕方で実現したBPSKである。それぞれの回路M0からM3は、入力端子19から並列に接続されたT形の低域LCフィルタ17とT形の高域LCフィルタ18で形成され、それらの出力は、2つのトランジスタ21、22の一つだけが同時に通過し制御信号の第一の状態では通過するトランジスタ21、22が第二の状態では遮断されるように、切替の2つの非分極電界効果トランジスタ21、22の並列配線によって共通出力端子20上で切り替えられかつ位相が結合され、対応するフィルタ17、18の出力に接続された端子とアース端子を有しており、かつ2つの相補的出力状態への制御信号をそれらのゲートから受信する。フィルタから発生し、この様に切り替えられた信号は、出力端子20で星形インダクタンスと適合並列容量の結合器23によって位相が結合されている。入力端子19とフィルタ17、18の間に適合直列インダクタンス24が備えられる。かかるBPSKはそれ自体周知であり、とくに自然に180度に向かう位相差と,MMIC集積回路で実現可能であるという利点をとくに備えている。
変型として、もちろん、図2の回路でそれ自体が本発明に合致した(例えば、図8のもののと類似の方式で)BPSKを用いることができる。
制御信号SCjはp個の状態のn個の構成要素を含み、したがって、pnの値を取ることのできるデジタル信号を表している。しかしながら、n個の切替/変調回路Miから出た信号Ssiは多重化段階5によって出力2上で位相が結合される。このときから出力信号Ssはm<pn個の位相状態しか示さないことがある(nと、pと、φ(Ci)の特定の値について、信号は相互に打ち消し合うか、および/または位相状態が反復することがある)。
制御信号SCjiはそれぞれの切替/変調回路Miにかけられ、この信号SCjiは制御信号SCjの構成要素SCjiの一つである。
変調回路Miはそれぞれ、その位相がφi=φ(Ci)+φkとなる分岐出力信号Ssiを送出する。
φkは制御信号SCjとともに、より正確には変調回路Miにかかる制御信号の構成要素SCjiとともに変化する。好適には、すべての変調回路Miは同一であり、φk=2πk/pとなるように調節される。
図2の実施態様において、制御信号SCjiは、論理レベルを表す電圧である4つの構成要素SCj0、SCj1、SCj2、SCj3で形成され、それらはそれぞれ相補的な2値
を取ることができる。
分岐出力信号Ss0、Ss1、Ss2、Ss3は、ベクトルI、U、Q、Vによって複素平面に表すことが可能であり、それぞれ180度位相がずらされ、それぞれベクトルI,−I;U,−U;Q,−Q;V,−Vに対応する2つの値を取ることができる。
多重化段階5は信号Ssiを位相加算し(ベクトル和)、出力信号Ssを形成するこのベクトル和の結果を回路の出力2に送出するための手段で構成される。これらの手段は、その最後の頂点が回路の前記出力2を形成するWilkinsonのカプラー(位相出力カプラー)の根付き木で形成された位相結合回路を含む。
n=4である図2の場合、多重化段階5は3つのWilkinsonのカプラー25、26、27、すなわちSsi信号を2つずつ結合する第一の系列の2つのカプラー25、26と、第一の系列のカプラー25、26から出た信号を受信し、出力2に出力信号Ssを送出する第二の系列のカプラー27を含む。
△φ=π/4となるように、インダクタンスLと電界効果トランジスタT0、T1、T2、T3とVAを選択したとき、出力信号Ssは8つの位相状態の二重群を記述するベクトルSsによって複素平面に表される。第一群は第二群のものよりも大きな振幅の信号Ssに対応する。図4は、すべての分岐出力信号Ssiが2つずつπ/4だけ位相をずらされたとき、すなわち制御信号SCjが次の値をとるときに得られた、第一群に対応する出力信号Ssの構造の例を表している。
理論的に、この第一群では、A’/A=2.613。
図5に信号Ssの構造の例を示した第二群は、複素平面内に並置された分岐出力信号の少なくとも一対がπ/2だけ位相をずらされる場合に対応する。それは制御信号SCjの可能な16の値(24=pn)の他の8つの値に対応する。
理論的に、この第二群ではA’/A=1.082。
したがって、回路は実際に出力信号の16の状態を送出するにもかかわらず、これら16の状態は8つの位相状態(および7.66dBの比率で2つの振幅状態)にしか対応しない。
図2の回路はMCT符号化に従って位相が変調された超高周波(1GHzと300GHzの間に含まれる周波数)搬送信号(入力信号Se)によるデジタル信号の伝送に使用できる。この場合、好適には変調器の損失を最小にするように最大振幅の第一群しか使用されない。ここで注意するのは、分路分岐B0、B1、B2、B3の位相差セルC0、C1、C2、C3のトランジスタT0、T1、T2、T3は分極され、損失を減らし、さらには入力1と出力2の間に、利得をもたらしさえすることである。
第一群を選択するために、3ビットで符号化されたデジタル信号(8状態)と8つの組合せだけが変調器Miに適用される、4ビットで符号化された信号SCjとの間にトランスコーダーを備えるだけでよい。
図2の回路はMMIC技術で実現可能であり、8GHzの周波数について、4.3mm×4.1mm程度の寸法を有し、8つの真の位相状態を、さらに△φ≠π/4を選択したとき(例えば、△φ=π/8で)16の位相状態さえも提供する。
図6はωe/2π=8GHzで図2の回路で得ることのできる群の例を示している。この図で、それぞれの点は、出力信号Ssを表すベクトルの端を表し、その振幅(dB)とその位相(度)が示されている。
図7は、本発明による回路が、m=n=2になるように2つの分路分岐B0、B1を画定する2つの位相差セルC0、C1を含む2つの位相状態のBPSKである第二の実施態様を図示している。
実施態様において、それぞれの分路節点N0、N1とアースの間に接続された補助コンデンサ8、9が備えられている。分散線6は直列インダクタンスL/2、入力コンデンサ16、終端コンデンサ28、抵抗13、14と終端装置7を形成するために可変抵抗で接続されたトランジスタ15、そのインダクタンス10とその分極コンデンサ11を備えた2つの電界効果トランジスタT0、T1を含む。
この実施態様において、切替/変調段階4は、2つの非分極電界効果トランジスタ29、30、31、32をそれぞれ備えている2つの切替回路CO0およびCO1を含み、その第一のもの29、31が直列抵抗を介して接地されたソースおよび分岐B0、B1に接続されたドレインと並列に接続され、その第二のもの30、32が第一のトランジスタ29と31のドレインに接続されたソースと直列に接続され、そのドレインは分岐出力信号Ss0、Ss1を提供する。トランジスタ29、30、31、32のゲートが、SCj=SC1=Uであるとき第一の分岐上の信号Ss0がゼロでなく、かつ位相差セルC0から出た信号に等しく、一方第二の分岐上の信号Ss1がゼロ(トランジスタ30と31が通過性で、他方トランジスタ29と32は遮断される)になるように、相補的な2つの状態
を取ることのできる制御信号SCjから形成された2つの状態の電圧
を受ける。相互的に、
のとき、信号Ss0がゼロになり、信号Ss1が位相差セルCiから発信された信号になるように、トランジスタ30、31は遮断され、トランジスタ29、32は通過性になる。
分岐出力の信号Ss0、Ss1を位相加算する前記手段5は同じ長さの2つの線33、34で単純に形成され、トランジスタ29、30、31、32で形成された切替回路Co0とCo1の2つの出力から星形に分岐している。2つの線33、34は、制御信号SCjの状態によって、信号Ss0あるいは信号Ss1をしたがって、交互に受信する回路の出力2を形成する出力節点で再び接合する。
インダクタンスL、コンデンサ8、9の容量、位相差セルC0、C1のトランジスタT0、T1および調節電圧VAは、Ss0に対して180度異なっているとしても、Ss1が任意の値で位相をずらされるように選択することができる。したがって、任意の値の位相のずれでBPSKを得る。
例えば、位相差は惑星探査のためのきわめて低流量の遠隔接続のための残留搬送波で2相変調器を得るために180度異なる値で選択することができる。
本発明は超高周波回路(MMIC)の実現にとくに有利である。しかしそれは位相変位による変調のための周波数の他の領域にも適用できる。
くわえて本発明は先に図示し、記載したものとのは異なる分散構造のm−PSK回路、とくにm、nおよびpの値が異なるものの実現にも適用できる。
他方、本発明の枠内では重要性がなく、当業者が容易に選択し、決定することができる回路の構成要素と詳細な電子的機能は、すべて図示も記載もしていないので、記載され図示された回路はもちろん実際に得られるチップの構造に関して完全に網羅していると見なしてはならない。
Claims (17)
- 角振動数ωeの正弦入力信号Seを受信するための入力(1)と、出力信号Ssが制御信号SCjとは独立した角振動数ωsを有する、制御信号SCjに応じて、mが2以上の整数であるm個の値、φ1、・・・、φj、・・・、φmの間で変動できる値φjだけ入力信号から位相がずらされた正弦信号Ssを送出する出力(2)とを含む位相変位による変調電子回路であって、以下のものを含むことを特徴とする回路。
−入力から延長し、nが2以上の整数である類似した位相差のn個のセルCo、・・・、Ci、・・・、Cn−1を有する、n個の位相差セルが分散線(6)に沿った列iの、以下のものを含むそれぞれの位相差セルCiによって分散線(6)に沿って接続されている分散線(6)、
・i=0のときは直接、または回路の入力(1)とこの位相差セルCiの間に置かれた、i未満の列の先行する(i−1)個の位相差セルを介して、回路の入力から発信される信号を受信する、シリアル入力ISiと称する、入力、
・上位のi+1列の後続の位相差セルCi+1に、あるいは、i=n−1のときは分散線(6)の終端装置(7)に、分散線上で信号を送出する、シリアル出力OSiと称する、第一の出力、
・分散線(6)の分路の節点Ni、
・トランジスタTiを介して分路の節点Niに接続され、その第一の端子が分路節点Niに接続され、その第二の端子が接地され、その第三の端子が位相差セルCiの前記分路出力ODiを提供する、分路出力ODiと称する第二の出力であって、それぞれの位相差セルCiが回路の入力(1)と前記分路出力ODiの間に置かれた位相差セルによって、回路入力(1)から連続して入力信号にもたらされた位相差の和φ(Ci)だけ、入力信号Seに対して、位相をずらした信号SDiをその分路出力ODiに送出するのに適合している、第二の出力。
−それぞれの位相差セルCiの前記分路出力ODiに接続された、制御信号SCjから制御された、以下のものである切替/変調回路、
・n=mのとき、制御信号SCjに応じて、ゼロ信号、またはセルCiから受信したSDi信号を送出する切替回路(CO0、CO1)、
・n≠mのとき、pがm≦pnになるように選択されたm未満の整数である、位相差セルCiから受信した信号SDiを、制御信号SCjに応じて、kが1とpの間で変動する整数である値φkだけ位相をずらすのに適したp個の状態の位相変調回路Mo、・・・Mi、・・・Mn−1。
−n個の切替/変調回路から生じた信号Ssiの位相を加算し、出力信号Ssを形成するこの加算の結果を前記回路の出力(2)に送出するための手段(5)。 - 位相差セルのそれぞれのトランジスタTiが電界効果トランジスタであり、位相差セルの電界効果トランジスタ分極手段(10、11)を備えていることを特徴とする請求項1に記載の回路。
- 位相差セルのそれぞれのトランジスタTiが電界効果トランジスタであり、その
−第一の端子がゲートであり、
−第二の端子がソースであり、
−第三の端子がドレインであり、
分路節点Niとアースの間に調節可能な容量を形成するように、それぞれの分路節点Niに調節可能な値の直流電圧をかけるための手段(12)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の回路。 - すべての位相差セルが機能的に同一で、分散線(6)に沿って同じ位相差△φを生じさせ、セルCiは入力信号Seに対して、ψが定数である、φ(Ci)=i×△φ+ψだけ位相をずらした分路信号SDiをその分路出力に送出することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載の回路。
- Δφ=2π/mであることを特徴とする請求項4に記載の回路。
- 前記位相加算手段(5)が、一つの共通の出力節点でn個の切替/変調回路の出力の、すべて同じ長さの、星形分岐線(33、34)を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の回路。
- 前記位相加算手段(5)が、最後の頂点が回路の前記出力(2)を形成するWilkinsonのカプラー(25、26、27)の根付き木で形成された位相結合回路を具備することを特徴とする請求項1から6のいずれか一つに記載の回路。
- mが2の冪乗の倍数であるとき、nが2の冪乗に等しいことを特徴とする請求項1から7のいずれか一つに記載の回路。
- −mが4以上、
−pが1、2または4に等しい
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記載の回路。 - −mが8以上、
−nが4以上である
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか一つに記載の回路。 - 切替/変調回路が類似し、受動型構成要素だけを備えていることを特徴とする請求項1から10のいずれか一つに記載の回路。
- p=2であり、また切替/変調回路は並列に取り付けられた高域フィルタ(18)と低域フィルタ(17)でそれぞれ形成された受動型構成要素の2つの位相状態の位相変調のBPSK回路であり、それらの出力が相補的な2つの状態の制御信号を受信するゲートを有する非分極電界効果トランジスタ(21、22)での配線によって切り替えられることを特徴とする請求項1から11のいずれか一つに記載の回路。
- それぞれの位相差セルCiが直列インダクタンスおよび、並列容量タイプであり、それぞれの位相差セルCiの前記トランジスタTiが分極電界効果トランジスタであり、そのゲートがインダクタンスと並列に分散線(6)上の分路節点に接続され、そのソースが接地され、そのドレインが前記分路出力ODiに分路信号SDiを提供し、前記並列容量が少なくとも部分的に分極電界電界効果トランジスタTiのゲートとソースの間に形成された容量で構成されることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一つに記載の回路。
- それぞれの分路節点Niに調節可能な値の直流電圧をかける、および調節するための手段(12)は、位相差セルCiのそれぞれの分路節点Niへの信号の位相差が、とくに角振動数ωeに応じて、可変直流電圧VAだけを調整することによって、同時に調節できるように、直流電圧VAを受信することができるのに適した分散線(6)の端子(12)を備えていることを特徴とする請求項3または13に記載の回路。
- インピーダンス適合を可能にするために、回路の入力(4)と反対の分散線(6)の端の端子で、可変インピーダンスを形成する手段(13、14、15)を備えていることを特徴とする請求項14に記載の回路。
- 可変インピーダンスが、可変抵抗に取り付けられた電界効果トランジスタ(15)を備え、そのゲートが調節直流電圧VRを受けることを特徴とする請求項15に記載の回路。
- 入力信号の周波数が1ギガヘルツを越え、モノリシック集積回路で形成されていることを特徴とする請求項1から16のいずれか一つに記載の回路。
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