JP4705295B2 - 相互変調プロダクト相殺回路 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は、電気回路における歪みの低減に関する。より詳しくは、本発明は、増幅器に特に適した歪み低減回路に関する。
【０００２】
セルラー及びマイクロ波通信システムのような無線周波数（ＲＦ）システムは、通常、入力信号がＲＦ電力増幅器に供給されることを要求する。残念なことに、全ての増幅器は、ある電力レベルにおいて入力信号を歪ませ、一般的に、望ましくない歪みプロダクト、スプリアスプロダクト、ノイズ摂動及び相互変調（ＩＭ）プロダクトを増幅器出力に含む原因となる傾向にある。簡単のために、これらを総称してＩＭプロダクトと呼ぶ。これらＩＭプロダクトは、増幅器の周波数範囲に渡って、望ましくない障害の原因となり得る。殆どの増幅器が、該増幅器の信号経路に何らかの形態の修正機能を組み込まなければならないのは、これらのためである。
【０００３】
ＩＭプロダクトを低減するための１つの従来の方法は、スペクトル解析手法を使用する。この手法は、候補であるＩＭプロダクトの周波数に同調された受信機を使用して増幅器の出力をスキャンすることを含む。ＩＭプロダクトが測定され、そのＩＭプロダクトを最小化するためにリニアライザが手動で調整される。この手順は、各々のＩＭプロダクトが予め決定された許容レベル未満の強度になるまで繰り返される。マイヤー(Myer)に発行された米国特許第４，５８０，１０５号に記載されているように、同様の手法においては、出力信号の一部が取り出され、位相及び振幅が調整された入力信号と混合される。この信号の混合は、位相及び振幅が調整されるべき歪み成分を分離する。この分離歪み成分は、歪み成分を消去するために、カプラーによって出力信号に戻されて加算される。残念なことに、このフィードフォワード技法の使用が有効である歪み減少量は、ゲイン及び位相の調節の精度によって制限される。
【０００４】
また、幾つかの基本的フィードフォワード技法において認識されている、サンプル数における問題がある。これらのシステムにおけるサンプルは、位相検出回路が相関信号を検出するときにのみ有効である。そのためエラー信号の分解能が悪く、対応するスパーを相殺するために使用されるのはこのエラー信号である。
【０００５】
さらに、多くのセルラー通信基地局は、基地局のコンポーネントの重大な直線性の問題のため、１００％の能力で機能していないように思われる。また、セルラー通信の拡張に伴う能力拡大の必要性により、ＲＦ装置の伝送規格に対する要求を、現在のほとんどの増幅器回路の構造が合致するには厳し過ぎるようになるように強制している。さらに、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）変調及び符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）変調にはいずれも、現在利用可能な高効率ＲＦ電力増幅器では通常得ることができない、より優れた直線性及びＩＭプロダクトの無いことを要求する。従って、ＩＭプロダクトを除去するための現在の修正技法は、発展を続ける通信システムのためには許容できないことは明らかである。
【０００６】
従って、電力増幅器などの電子回路においてＩＭプロダクトを低減する相殺回路が必要である。
【０００７】
また、前記ＩＭ相殺回路は、その製造費用が安く、かつ、極めて信頼性の高いものであれば、多いに有利であろう。
【０００８】
さらに、前記ＩＭ相殺回路がコンパクトかつ軽量構造で提供される場合、極めて有利であろう。
【０００９】
（発明の概要）
簡潔には、本発明により、電気回路におけるＩＭプロダクトを自動的に低減するための改良された装置及び方法が提供される。このＩＭ相殺回路は、入力搬送波信号を増幅する増幅器を使用する用途に、特に適していると思われる。
【００１０】
その最も基本的な形態においては、ＩＭプロダクト相殺回路は、入力搬送波信号をサンプリングするための第１のカプラーを備えている。該第１のカプラーは、前記入力搬送波信号のエネルギーレベルに実質的に影響を及ぼさないように、信号の一部、好ましくは入力搬送波信号から６ｄＢ低い部分を分離する。このサンプル信号は、次に、前記搬送波信号中のその意図する信号成分及びＩＭプロダクトのすべてを含む、搬送波信号の信号成分の周波数及び振幅を検出し、測定するステッピングスペクトルアナライザに供給される。該ステッピングスペクトルアナライザは、搬送波信号中の様々な信号成分の周波数及び振幅に関する情報を、プロセッサに送信する。一方、該プロセッサは、搬送波信号中の意図する信号成分の振幅及び／又は周波数又は周波数帯域の識別に関する情報を記憶する。通常、この情報は、振幅又は周波数、あるいはＴＤＭＡシステム又はＣＤＭＡシステムの場合、意図する信号成分の存在が期待される周波数帯域を識別するルックアップテーブルの形態を取っている。この方法によれば、プロセッサは、このルックアップテーブルを参照することにより、ステッピングスペクトルアナライザによって検出され、測定された信号成分が意図した信号成分であるか、あるいは意図しないＩＭプロダクトであるかを決定することができる。
【００１１】
前記ＩＭプロダクト相殺回路は、可変電圧制御発振器、可変増幅器及び可変移相器をさらに備えている。前記電圧制御発振器、増幅器及び移相器は直列に接続され、振幅及び位相を制御することができる発振器信号を生成する。電圧制御発振器、増幅器及び移相器の動作はすべて前記プロセッサによって制御される。ステッピングスペクトルアナライザ及びプロセッサがＩＭプロダクトを検出し、測定すると、プロセッサは、電圧制御発振器、増幅器及び移相器を制御し、振幅及び周波数が、検出されたＩＭプロダクトの振幅及び周波数と実質的に同一で、かつ、位相が１８０°だけシフトされた発振信号を生成する。この発振信号は、混合器のようなカプラー又は類似物によって、信号が元の搬送波信号中に再供給されると、ＩＭ相殺信号として作用する。次に、相殺信号によって意図しないＩＭプロダクトが相殺されている点を除き、意図した信号成分の元の特性のすべてが保存された元の搬送波信号が、カプラーから出力される。
【００１２】
好ましい実施の形態では、前記ＩＭ相殺回路は帰還回路を備えている。ＩＭプロダクトが相殺されると、カプラー又は類似物を用いて出力信号を分割することにより、出力搬送波信号がサンプリングされ、出力搬送波信号のサンプルが生成される。生成された出力搬送波信号のサンプルは、次に前記ステッピングスペクトルアナライザ及びプロセッサに再供給される。従ってステッピングスペクトルアナライザ及びプロセッサは、ＩＭプロダクトが相殺されたことを確証することができる。これに代わる実施の形態では、相殺信号が誤った周波数、振幅又は位相で送信されていることが決定されると、相殺信号が意図しないＩＭプロダクトを正しく相殺するまで、プロセッサによって前記電圧制御発振器、増幅器及び移相器が自動的に調整される。
【００１３】
当分野の技術者には理解されるように、前述の相殺回路は、意図しない単一のＩＭプロダクトを相殺するだけである。搬送波信号が複数の意図しないＩＭプロダクトを有している可能性がある場合は、相殺回路に複数の可変電圧制御発振器、可変増幅器及び可変移相器が設けられる。これらの電圧制御発振器、増幅器及び移相器のセットの各々はプロセッサに直列に接続され、必要に応じて複数の相殺信号が生成される。
【００１４】
別の好ましい実施の形態では、増幅器と共に、前記ＩＭプロダクト相殺信号が使用される。増幅器の出力の一部が前記ステッピングスペクトルアナライザにフォワード供給され、意図する信号成分だけでなく、あらゆるＩＭプロダクトが検出され、測定される。この情報はプロセッサに送られ、ステッピングスペクトルアナライザが受信した信号が意図した信号成分であるか、あるいは意図しないＩＭプロダクトであるかどうかが決定される。搬送波信号がＩＭプロダクトを含んでいるか否かは、受信した信号と、意図した信号成分の振幅及び／又は周波数帯域を識別するルックアップテーブルとを比較することによって決定することができる。検出した信号がルックアップテーブルにリストされていない場合、その信号はＩＭプロダクトと見做される。
【００１５】
別の実施の形態では、増幅器の入力信号は、増幅器に入力する第１成分、及び増幅器への入力信号から通常６ｄＢ低い第２成分に分離され、解析のためにステッピングスペクトルアナライザに送られる。最初に増幅器に入力される信号の周波数が、意図する信号成分として識別され、プロセッサに記憶される。意図する信号成分の周波数は、次に、増幅器から出力される信号の周波数と比較される。そして、増幅器の入力信号には存在しなかった周波数のＩＭプロダクトが現れたことが認識される。次に、プロサッサが、可変電圧制御発振器及び可変増幅器を制御し、周波数及び振幅が、識別されたＩＭプロダクトの周波数及び振幅と実質的に等しい相殺信号が生成される。該相殺信号は、ＩＭプロダクトの位相に対して１８０°位相がシフトされ、カプラー又は類似物を用いて搬送波と結合される。従って、その結果得られる搬送波信号は、ＩＭプロダクトが除去されて「浄化されて」いる。
【００１６】
更なる好ましい実施の形態では、増幅器回路は、従来のフィードフォワード修正回路を備えている。該フィードフォワード修正回路は、通常、はるかに多くの増幅器の雑音及びＩＭプロダクトを相殺する。しかし、一般的に、混合器、増幅器及び移相器などのフィードフォワード修正回路のコンポーネントは、余分のＩＭプロダクトを増幅器の出力に付加する。これらのＩＭプロダクトは、本発明によるＩＭ相殺回路を適用することによって相殺することができる。上記したように、増幅器の出力信号は、ステッピングスペクトルアナライザに入力する成分に分離される。ＩＭプロダクトは、ルックアップテーブルを用いて、又は元の増幅器入力信号の解析との比較によって、プロサッサによって検出される。次に、プロセッサが、可変制御発振器、可変増幅器及び可変移相器を制御し、周波数及び振幅が、検出されたＩＭプロダクトの周波数及び振幅と実質的に等しく、かつ、１８０°だけ位相がシフトされた相殺信号を生成する。この相殺信号は、増幅器の出力信号と混合され、意図しないＩＭプロダクトを相殺する。
【００１７】
本発明の応用に使用されるステッピングスペクトルアナライザの好ましい実施の形態は、参照によりここに組み込まれている同時係属米国特許出願第０９／３１３，４３５号に開示され、記載されている自動周波数ステッピング雑音測定試験システムに実質的に類似している。好ましい実施の形態では、ステッピングスペクトルアナライザは、周波数の調整が可能なローノイズ信号を作り出すための可変ローノイズ源を備えている。該可変ローノイズ源は、同一のローノイズ信号を出力するための２つの出力を備えているか、あるいはローノイズ信号を２つの同一のローノイズ信号に分離するための分離器に結合されている。第１のローノイズ信号は、該第１のローノイズ信号とサンプル信号からなる入力搬送波信号のその部分とを混合するカプラーに接続されている。第２のローノイズ信号は、該第２のローノイズ信号の位相を、サンプル信号と混合された前記第１のローノイズ信号に対して９０°位相外れ（直角位相）になるように調整する可変移相器に接続されている。意図する搬送波信号成分及び意図しないあらゆるＩＭプロダクトを運ぶ前記サンプル信号、及び前記第１のローノイズ信号は共にミキサーに送られ、位相調整された前記第２のローノイズ信号と混合される。ミキサーの固有の特性により、ローノイズ源信号は、前記第２のローノイズ信号を、前記第１のローノイズ信号に対して９０°位相シフトさせることにより、ミキサー出力信号中で相殺される。さらに、前記ミキサーは非線形であり、前記ローノイズ信号の周波数に対して単側波帯のみを含み、かつ、２倍の振幅を有する出力信号を作り出している。以下、「測定試験信号」と呼ぶ前記ミキサーの出力信号は、次に、可変ローノイズ整合増幅器に送られる。該可変ローノイズ整合増幅器は、前記測定試験信号を増幅し、かつ、バッファとして作用している。前記整合可変増幅器は、ステッピングスペクトルアナライザによるＩＭ測定を妨害しないよう、極めて小さい雑音又はＩＭプロダクトを付加するように構成されており、また、元のサンプル信号中のあらゆるＩＭプロダクトを測定するステッピングスペクトルアナライザの能力を強化するための前記測定試験信号の増幅を提供するように構成されている。
【００１８】
ローノイズ整合増幅器を通過した測定試験信号は、アナログ測定試験信号をディジタルデータに変換するアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）に送られる。変換されたディジタルデータは、次に、評価のためにプロセッサに伝送される。ステッピングスペクトルアナライザのプロセッサは、ＩＭプロダクト相殺信号を生成する可変電圧制御発振器、可変増幅器及び移相器を制御するプロセッサとは別の、独立したプロセッサであり、あるいは両プロセッサの機能を１つのプロセッサに結合することもできる。ステッピングスペクトルアナライザのプロセッサは、標準フーリエ変換、ウィンドウ化フーリエ変換、高速フーリエ変換、あるいは離散フーリエ変換を使用して、前記測定試験信号の特性を正確に測定し、該測定試験信号が何らかのＩＭプロダクトを含んでいるかどうかを決定している。これらのフーリエ変換は、当分野の技術者に知られており、ここでは詳細な考察は省略する。
【００１９】
ステッピングスペクトルアナライザのプロセッサは、複数の制御線に接続され、可変増幅器、可変ローノイズ源、可変移相器及び可変ローノイズ整合増幅器に接続されている。これらの制御接続により、プロセッサは、増幅器、ローノイズ源、移相器及び整合増幅器のレベルを自動的に設定かつ調整し、その周波数帯域中のＩＭプロダクトを識別するために、必要な全周波数帯域に渡って、様々なオフセット周波数で前記ローノイズ源を「ステップ」させることができる。ステッピングスペクトルアナライザを制御するために、プロセッサは、ＡＤＣによってディジタル化された出力を利用してシステムを較正し、増幅器、ローノイズ源及び移相器が正しいレベルに設定されることを保証している。より詳細には、プロセッサは、ＡＤＣの出力により、前記ローノイズ源が正しい周波数で前記第１及び第２のローノイズ信号を供給しているかどうかを決定することができる。また、プロセッサは、ＡＤＣの出力を評価することにより、前記移相器が、ミキサーによって受信された信号を直角位相に適切に維持していることを確認することもできる。これらのコンポーネントのいずれかが最適に機能していない場合、プロセッサは自動的に必要な調整を施し、搬送波信号中のあらゆるＩＭプロダクトの的確な検出及び測定を保証する。周波数特性がステッピングスペクトルアナライザによって検出され、測定されると、その信号情報は、相殺信号を生成する可変電圧制御発振器、可変増幅器及び可変移相器を制御するプロセッサに送られる。このプロセッサは、（前記信号情報と内部ルックアップテーブルとを比較することにより）搬送波信号が何らかの意図しないＩＭプロダクトを運んでいるかどうかを決定し、前記可変制御発振器、可変増幅器及び可変移相器を制御して、搬送波信号に混合され、意図しないＩＭプロダクトを相殺する相殺信号を生成する。
【００２０】
従って、本発明の目的は、電子回路中のＩＭプロダクトを相殺するための改良された装置及び方法を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は、製造費が安く、信頼性の高い、コンパクトかつ軽量構造のＩＭ相殺回路を提供することである。
【００２２】
本発明のこれら及びその他の更なる利点は、添付の図面を参照して以下の詳細説明を読むことにより、当分野の技術者には理解されるであろう。
【００２３】
（発明の詳細な説明）
本発明は様々な形態の実施の形態に改変され得るが、本発明の現在の好ましい実施の形態は、本開示が本発明の例示として考られるべきであり、示される特定の実施の形態に制限することは意図していないことを理解されることとして、図面に示され、以下に説明される。
【００２４】
図１及び図６を参照すると、本発明のＩＭプロダクト相殺回路１は、ステッピングスペクトルアナライザ９、プロセッサ１１、可変電圧制御発振器１３、可変増幅器１５、及び可変移相器１７を含む。ＩＭプロダクトが相殺されることを意図された搬送波信号４は、入力３によって受信される。続いて、この搬送波信号は、カプラー５によって入力搬送波信号から通常６ｄＢ低い部分に分離され、ステッピングスペクトルアナライザ９に送られる。この信号（以下サンプル信号７と称する）は、ステッピングスペクトルアナライザ９に送られ、入力搬送波信号の信号成分の周波数及び振幅の検出及び測定のためにステッピングスペクトルアナライザ９によって解析される。搬送波信号４を含むこれらの信号成分は、意図された信号成分９１及び何らかの意図されないＩＭプロダクト９３の両方を含む（図６を参照）。ステッピングスペクトルアナライザ９が、一度、対象となる周波数帯にわたってステッピングし、その周波数帯内の搬送波入力信号の異なった信号成分の周波数及び振幅を確認すれば、この情報は、プロセッサ１１に送られる。
【００２５】
プロセッサ１１は、意図された信号が搬送波入力信号内に存在することを予想される周波数及び／又は周波数帯の識別に関した情報を保存する。意図された信号成分に関するこの情報は、振幅、周波数、又は搬送波入力信号４の意図された信号成分が位置すると意図される周波数帯を識別するルックアップテーブルの形で通常保存される。プロセッサ１１は、ルックアップテーブルに保存された情報を備えた搬送波入力信号４内の確認された信号に関して、ステッピングスペクトルアナライザ９によって供給された情報を相互参照することによって、搬送波入力信号４内に何らかの意図されないＩＭプロダクトがあるかどうかを決定することができる。簡単には、プロセッサルックアップテーブルに振幅／周波数によってリストされていない、ステッピングスペクトルアナライザ９によって識別されたいかなる信号成分も、ＩＭプロダクト９３であると決定される。
【００２６】
本発明のＩＭプロダクト相殺回路１は、プロセッサ１１を、可変電圧制御発振器１３、可変増幅器１５、及び可変移相器１７に、それぞれ接続する複数の制御回線１９、２１、及び２３をさらに含む。これらの制御回線１９、２１、及び２３によって、プロセッサ１１は、可変電圧制御発振器１３及び可変増幅器１５に、検出された意図されないＩＭプロダクトに周波数及び振幅が同一な発振信号を作成するよう指示する。この発振信号は、可変移相器１７によって、搬送波入力信号４のＩＭプロダクトの位相に関して１８０度であるよう位相が調整される相殺信号２５として機能する。図７も参照すると、相殺信号２５は、続いて、出力信号２９を作成するために、第２のカプラー２７又は同様物によって本来の搬送波入力信号４と混合される。当業者には理解できるように、出力信号２９は、本来の搬送波入力信号４と同一であり、意図されないＩＭプロダクト９３が相殺信号２５によって相殺されていることを除き、意図された信号成分９１の本来の周波数及び振幅の特性の全てを保持している。
【００２７】
図２を参照すると、好ましい実施の形態において、ＩＭプロダクト相殺回路１は、フィードバック信号３３を作成する第３のカプラー３１を含む付加フィードバック回路を含む。相殺信号２５は搬送波入力信号４と混合されて相殺された後、その結果である出力信号２９は、フィードバック信号３３を作成するように、再び好ましくは出力信号２９から６ｄＢ低い出力信号２９の部分を分離するカプラー３１又は類似物によって分離される。続いて、このフィードバック信号３３は、以前に検出されたＩＭプロダクトが適切に相殺されていることを確認するために、希望の周波数帯にわたって解析されるステッピングスペクトルアナライザ９に戻される。ＩＭプロダクトが適切に相殺されていない場合、プロセッサ１１は、相殺信号２５が、搬送波入力信号４のＩＭプロダクトを適切に相殺するために、適切な周波数、振幅、及び位相シフトを有することを確実にするために、可変電圧制御発振器１３、可変増幅器１５、及び／又は、可変移相器１７を調整できる。
【００２８】
上記したＩＭプロダクト相殺回路１は、１つの意図されないＩＭプロダクトを相殺することのみ可能である。図３を参照すると、好ましい実施の形態において、相殺回路２５は、複数の可変電圧制御発振器１３ａ〜ｃ、可変増幅器１５ａ〜ｃ、及び可変移相器１７ａ〜ｃを含む。可変電圧制御発振器１３ａ〜ｃ、可変増幅器１５ａ〜ｃ、及び可変移相器１７ａ〜ｃのセットの各々は、直列に接続され、プロセッサ１１が、可変増幅器１５ａ〜ｃによって振幅を、且つ可変移相器１７ａ〜ｃによって位相を調整することができる複数の制御可能な発振信号を作成することを可能とするために、制御回線１９ａ〜ｃ、２１ａ〜ｃ、及び２３ａ〜ｃによってプロセッサ１１に接続される。例えば、図３は、３つの相殺信号２５ａ〜ｃを作成できる３組の可変電圧制御発振器１３ａ〜ｃ、可変増幅器１５ａ〜ｃ、及び可変移相器１７ａ〜ｃを示す。ステッピングスペクトルアナライザ９及びプロセッサ１１が、３つのＩＭプロダクトを測定し、確認した場合、可変電圧制御発振器１３ａ〜ｃ及び可変増幅器１５ａ〜ｃは、ステッピングスペクトルアナライザ９及びプロセッサ１１によって確認された３つのＩＭプロダクトと同じ周波数及び振幅を有する３つの相殺信号２５ａ〜ｃを作成するために調整される。続いて、これらの相殺信号２５ａ〜ｃは、移相器１７ａ〜ｃによって別個に位相がシフトされ、これらが相殺することを意図されるＩＭプロダクトに関して、それぞれ１８０度シフトされる。続いて、これらの相殺信号２５ａ〜ｃの各々は、出力信号２９を作成するために、搬送波入力信号４に戻されて混合される。再び、出力信号２９は、３つの検出されたＩＭプロダクトが今や相殺されていることを除き、搬送波入力信号４の信号特性の全てを含む。
【００２９】
本発明のＩＭプロダクト相殺回路１は、増幅器内のＩＭプロダクトの相殺に特に適用可能であると思われる。通常、増幅器は、増幅器によって作成されたＩＭプロダクトを相殺しようとして、ある種のフィードフォワード修正回路（ＦＦＣＣ）を使用する。残念ながら、フィードフォワード修正回路は通常、増幅器自体のＩＭプロダクトを実質的に相殺するが、フィードフォワード修正回路は、移相器、可変増幅器、及び混合器などのフィードフォワード修正回路の付加コンポーネントの結果として、付加的なＩＭプロダクトを導入する。従って、これらのＩＭプロダクトは、増幅器出力信号の部分として出力される。図５を参照すると、本発明のＩＭプロダクト相殺回路１は、一次増幅器７７のＩＭプロダクトを相殺するために採用されるフィードフォワード修正回路６７のＩＭプロダクトを相殺するために使用できる。この目的のために、用語「一次増幅器」は、ＲＦ増幅器、ＩＦ増幅器、電力増幅器などのいかなる増幅器をも含むように、最も広い意味で使用されることを意図されている。フィードフォワード修正回路６７を採用する一次増幅器７７は、通常、付加的な移相器７５及び８３、可変増幅器８１、及び混合器７９及び８５を含む。入力信号６９は、カプラー７１によって分離され、この入力信号６９の第１の部分は、移相器７５によって９０度シフトされ、混合器７９に送られる。入力信号６９の大部分は、一次増幅器７７に送られ、そこで増幅される。何らかのＩＭプロダクトを含む、この増幅された信号の一部は、付加的なカプラー７２によって分離され、同じく、混合器７９に送られる。混合器７９に送られた増幅された信号の一部は、位相シフトされた入力信号７３と、混合器７９内で結合され、第１の混合器出力信号８０となる。信号６９の本来の信号成分は実質的に相殺され、その代わりに、第１の混合器出力信号８０は増幅器７７のＩＭプロダクトのみを含む。一方、増幅器出力信号は、第２の移相器８３によって１８０度位相シフトされ、第２の混合器に送られる。この位相シフトされた増幅器信号は、増幅器によって作成されたＩＭプロダクトのみを含む第１の混合器出力と混合される。この第１の混合器出力は、増幅器出力信号のＩＭプロダクトと実質的に同じ振幅を有するように、増幅器８１によって振幅が調整される。増幅器出力信号が移相器８３によって１８０度位相シフトされるため、一次増幅器のＩＭプロダクトは、出力搬送波信号４において実質的に相殺される。
【００３０】
図１、５、６、及び７を参照すると、フィードフォワード修正回路６７の成分によって作成された付加的なＩＭプロダクトを相殺するため、フィードフォワード修正回路によって出力された搬送波信号４は、カプラー５によって分割され、出力信号７の一部は、ステッピングスペクトルアナライザ９に送られる。ステッピングスペクトルアナライザ９は、搬送波信号４の意図された信号成分９１及び意図されないＩＭプロダクト９３を確認しようとして、希望の周波数帯にわたってステッピングする。上記と同様に、ステッピングスペクトルアナライザ９は、搬送波信号４で確認された、異なった信号の周波数及び振幅に関する情報を、増幅器７７の意図された出力信号の周波数に関する情報を保存する内蔵ルックアップテーブルとともに、この情報を相互参照するプロセッサ１１に送る。従って、この内蔵ルックアップテーブルにリストされていない、ステッピングスペクトルアナライザ９によってカバーされないいかなる信号も、意図されないＩＭプロダクトであると決定される。これらの意図されないＩＭプロダクト９３が確認されると、プロセッサ１１は、相殺信号２５を作成するために、可変電圧制御発振器１３及び可変増幅器１５を制御する。続いて、移相器１７は、相殺信号２５の位相を搬送波信号４のＩＭプロダクトに関して１８０度シフトし、相殺信号２５はその後、出力信号２９を作成するために戻されて搬送波信号４と混合される。相殺信号２５は、位相が１８０度シフトしているがＩＭプロダクト９３と同じ周波数及び振幅を有するため、出力信号２９は、増幅器７７によって作成された信号の意図された信号成分９１の周波数及び振幅特性の全てを含むが、意図されないＩＭプロダクト９３が相殺されている。
【００３１】
図５を参照すると、好ましい実施の形態において、入力信号６９が、増幅器７７又はフィードフォワード修正回路６７によって受信される前に、入力信号６９は、入力信号（図示せず）の部分を隔離するために、カプラー（図示せず）によって分離される。続いて、解析のために、入力信号のこの部分は、入力信号６９の意図された周波数及び振幅の特性に関する情報をプロセッサ１１に供給するためのルックアップテーブル又は類似物に保存するプロセッサ１１に、入力信号６９の周波数及び振幅成分の決定を含めてその結果を送るステッピングスペクトルアナライザ９に送られる。この情報は、増幅器７７又はフィードフォワード修正回路６７によって作成されたＩＭプロダクトのいずれも含まないため、サンプル信号７は、増幅器７７又はフィードフォワード修正回路６７によって作成された、搬送波信号４のＩＭプロダクトを識別するために、ルックアップテーブルに現在保存されている情報と比較されることができる。この情報は、今度は、相殺信号２５を作成するために、可変電圧制御発振器１３、可変増幅器１５、及び可変移相器１７を制御するために使用される。
【００３２】
当業者に理解されるように、ステッピングスペクトルアナライザ９が、搬送波信号の異なった信号成分、特にいかなる意図されないＩＭプロダクトの周波数及び振幅をも決定するために、対象となる周波数帯を、素早くかつ徹底的に解析することが重要である。図４を参照すると、好ましいステッピングスペクトルアナライザ９は、可変ローノイズ源３７、可変移相器４３、及びミキサー４７を含む。可変ローノイズ源３７は、周波数及び振幅が同一の第１及び第２の調整可能な発振信号３９及び４１を生成する。第１のローノイズ信号３９は、混合されたサンプル信号／ローノイズ信号４５を生成するために、カプラー３５によって、サンプル信号７と混合される。一方、第２のローノイズ信号４１は、移相器４３によって、位相が９０度シフトされる。サンプル信号／ローノイズ信号４５及び第２のローノイズ信号４１は、ミキサー出力信号４９を生成するために、ミキサー４７で混合される。ミキサー４９の固有の特性のために、ローノイズ源信号３９及び４１は相殺され、残っている信号成分は、「搬送波からのオフセット」の形になって現われる。基本的に、ミキサー出力信号４９の信号成分は、ベースバンドに直交下方変換されている。例えば、搬送波信号として機能するローノイズ源信号３９及び４１が、５００．０００ＭＨｚで作成された場合、５００．０００ＭＨｚのサンプリング信号７の信号成分は、ミキサー出力信号４９の５０ＫＨｚの信号として現われる。このミキサー出力信号４９は、以下、「測定試験信号」と呼ぶが、測定試験信号４９の振幅を増幅するローノイズ整合増幅器５１に送られ、そのため、信号のいかなるＩＭプロダクトをも、さらに簡単に認識し、測定することができる。さらに、ローノイズ整合増幅器５１は、インピーダンスが、ミキサー４７と、ローノイズマッチング増幅器５１を介して測定試験信号４９が通過した後に測定試験信号４９を受け取るアナログ／ディジタル変換器５３との間に、最適に維持されることを確実にするためのバッファとして機能する。
【００３３】
アナログ／ディジタル変換器５３は、測定試験信号４９を受信し、先入れ先出し法でその試験信号をディジタルフォーマットに変換する。続いて、このディジタル情報は、プロセッサ５５に送られる。ステッピングスペクトルアナライザ９は、プロセッサ５５を、可変ローノイズ源３７、可変移相器５３、及びローノイズマッチング増幅器５１に、それぞれ接続する複数の制御回線５７、５９、及び６１をさらに含む。動作において、プロセッサ５５は、ミキサー４７によって受信される異なった搬送波信号を生成するように、異なったオフセット周波数において、希望の周波数帯にわたって、ローノイズ源３７及び移相器５３を調整する。通常のスペクトル解析システムは、ローノイズ源及び移相器の手動調整を必要とするが、本発明のステッピングスペクトルアナライザ９は、これらの成分の自動制御に対する用意があり、そのため、サンプル信号７の意図された信号成分及び意図されないＩＭプロダクトを、対象となる帯域幅全体にわたって確認し、測定することができる。
【００３４】
再び、図４を参照すると、プロセッサ５５に到達した後、測定試験信号４９は、スペクトルアナライザ６５に送られる。アナログ／ディジタル変換器５３によって変換され、今やディジタルフォーマットになった測定試験信号４９は、いかなる意図された信号成分、及びいかなる意図されないＩＭプロダクトの周波数、及び振幅を含むサンプル信号７の異なった周波数成分を正確に測定する離散フーリエ変換を使用して、スペクトルアナライザ６５によって解析される。続いて、この情報は、プロセッサ５５に、図１を参照すると可変電圧制御発振器１３、可変増幅器１５、及び可変移相器１７を制御するプロセッサ１１に返送される。続いて、プロセッサ１１は、この情報を取り込み、内蔵ルックアップテーブルとの比較によって、周波数成分が、意図された信号成分であるか、意図されないＩＭプロダクトであるかを決定する。ＩＭプロダクトが一度決定されれば、可変電圧制御発振器１３、可変増幅器１５、及び移相器１７は、意図されないＩＭプロダクトが相殺された出力信号２９を作成するために搬送波信号４と混合される相殺信号２５を生成するために、プロセッサ１１によって、制御回線１９、２１、及び２３を介して調整される。当業者に理解されるように、プロセッサ１１及び５５は、別個のプロセッサとしても、統合された単一のプロセッサとしても構成され得る。
【００３５】
本発明は、ＲＦ信号のＩＭプロダクト相殺に関して説明された。本発明がＲＦシステムに特に関連があると考えられるため、この説明が行なわれた。しかし、本発明は、無線周波数スペクトルに限ることを意図せず、光ファイバ及びレーザなどの赤外線、可視光線、紫外線、及びＸ線を含めた無線周波数スペクトルを超えた応用をも含むことを意図している。本発明は、当業者が理解でき、実施できるような言葉で説明され、その好ましい本実施の形態が定義され、特定された。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＩＭプロダクト相殺回路を簡易的に示す図である。
【図２】 帰還回路を備えた本発明係るＩＭプロダクト相殺回路を示す図である。
【図３】 複数のＩＭプロダクト相殺信号を生成するための複数の可変電圧制御発振器、可変増幅器及び可変移相器を備えた、本発明に係るＩＭプロダクト相殺回路を示す図である。
【図４】 本発明に係るＩＭプロダクト相殺回路に利用されるステッピングスペクトルアナライザの好ましい実施の形態を示す図である。
【図５】 従来のフィードフォワード修正回路及び本発明に係るＩＭプロダクト相殺回路を組み込んだ増幅器回路を示す図である。
【図６】 従来のスペクトルアナライザの画面に表示される、意図する信号及び意図しないＩＭプロダクトの両方を搬送する搬送波信号を示すグラフである。
【図７】 従来のスペクトルアナライザの画面に表示される、本発明に係るＩＭプロダクト相殺回路を適用することにより、ＩＭプロダクトが実質的に相殺された図６の搬送波信号を示すグラフである。

Claims (14)

1. 搬送波信号中の１つ以上のＩＭプロダクトを低減するための相互変調（ＩＭ）プロダクト相殺回路であって、
   ＩＭプロダクト相殺信号を生成するための可変発振器と、
   前記搬送波信号中の不要ＩＭプロダクトを相殺するために、前記搬送波信号中のＩＭプロダクトに対して前記ＩＭプロダクト相殺信号を１８０°位相シフトする可変移相器手段と、
   前記可変発振器及び前記可変移相器手段を制御するために前記可変発振器及び前記可変移相器手段に接続され、
   前記搬送波信号中の不要ＩＭプロダクトを実質的に低減するために、前記ＩＭプロダクトと実質的に同じ周波数であり且つ前記ＩＭプロダクトに対して１８０°移相がシフトされた前記ＩＭプロダクト相殺信号が生成されて維持されるように、前記可変発振器に前記ＩＭプロダクトと実質的に同じ周波数の前記ＩＭプロダクト相殺信号を生成させ、前記可変移相器手段に該ＩＭプロダクト相殺信号の位相を１８０°シフトさせるプロセッサと、
   前記ＩＭプロダクトが実質的に低減された出力信号を生成するために、前記搬送波信号を前記ＩＭプロダクト相殺信号と混合させるカプラー手段と、
   を備えていることを特徴とするＩＭプロダクト相殺回路。
2. 前記プロセッサに接続された増幅器をさらに備え、
   前記増幅器が前記ＩＭプロダクト相殺信号の振幅を制御することを特徴とする請求項１に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
3. 前記増幅器は、可変増幅器であることを特徴とする請求項２に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
4. 前記プロセッサは、前記搬送波信号の中の前記ＩＭプロダクトを実質的に相殺するために、前記ＩＭプロダクト相殺信号が、前記ＩＭプロダクトと実質的に同じ振幅を有するように前記可変増幅器を調整することを特徴とする請求項３に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
5. 所望の周波数帯内の特性を検出し、測定するために、前記プロセッサに接続されたスペクトルアナライザをさらに備え、
   前記スペクトルアナライザは、前記搬送波信号のサンプル信号を受信することを特徴とする請求項１に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
6. 前記スペクトルアナライザは、所望の周波数帯内の搬送波信号の特性を検出し、測定するために、その周波数帯を超えて自動的にステッピング可能な請求項５に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
7. 前記プロセッサは、前記搬送波信号の所望の特性に関する情報を提供するルックアップテーブルを備え、
   前記スペクトルアナライザによる解析結果と前記ルックアップテーブルに保存された情報との比較によって、前記プロセッサに不要ＩＭプロダクトの存在を決定することを可能とすることを特徴とする請求項５に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
8. 前記プロセッサは、前記搬送波信号の所望の特性に関する情報を提供するルックアップテーブルを備え、前記スペクトルアナライザによる解析結果と前記ルックアップテーブルに保存された情報との比較によって、前記プロセッサに不要ＩＭプロダクトの存在を決定することを可能とすることを特徴とする請求項６に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
9. 一次増幅器のＩＭプロダクトを相殺するために提供されることを特徴とする請求項７に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
10. 前記ルックアップテーブルに保存される情報は、前記搬送波信号が前記一次増幅器に入力する前に、前記スペクトルアナライザによる前記搬送波信号の解析によって提供されることを特徴とする請求項９に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
11. 前記搬送波信号の信号成分の解析及び測定のためのディジタルフォーマットに搬送波信号の一部を変換するアナログ／ディジタル変換器をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のＩＭプロダクト相殺回路。
12. 複数のＩＭプロダクトを相殺するために、対応する複数のＩＭプロダクト相殺信号を生成する複数組の可変発振器、可変増幅器及び可変移相器手段と、プロセッサと、カプラー手段とを備え、
    前記プロセッサが、複数組の前記可変発振器及び前記可変移相器手段を制御するために、これらの可変発振器及び可変移相器手段に接続され、
    各々の前記組において、
    前記可変発振器がＩＭプロダクト相殺信号を生成し、
    前記可変移相器手段が、前記搬送波信号中の不要ＩＭプロダクトを相殺するために、前記搬送波信号中のＩＭプロダクトに対して前記ＩＭプロダクト相殺信号を１８０°位相シフトし、
    前記搬送波信号中の不要ＩＭプロダクトを実質的に低減するために、前記ＩＭプロダクトと実質的に同じ周波数であり且つ前記ＩＭプロダクトに対して１８０°移相がシフトされた前記ＩＭプロダクト相殺信号が生成されて維持されるように、前記プロセッサによって、前記可変発振器が前記ＩＭプロダクトと実質的に同じ周波数の前記ＩＭプロダクト相殺信号を生成するように制御され、且つ、前記可変移相器手段が該ＩＭプロダクト相殺信号の位相を１０８°シフトするように制御され、
    前記可変増幅器が、前記プロセッサに接続され、前記ＩＭプロダクト相殺信号の振幅を制御し、
    前記カプラー手段が、前記ＩＭプロダクトが実質的に低減された出力信号を生成するために、前記搬送波信号を、複数の前記可変移相器手段から出力される前記ＩＭプロダクト相殺信号と混合させることを特徴とするＩＭプロダクト相殺回路。
13. カプラーで前記搬送波信号をサンプリングし、搬送波信号サンプルを生成するステップ、
    前記搬送波信号サンプルをスペクトルアナライザで解析し、前記搬送波信号が不要ＩＭプロダクトを有しているか否か決定するステップ、
    プロセッサを使用して可変発振器を制御し、前記不要ＩＭプロダクトと実質的に同じ周波数を有するＩＭプロダクト相殺信号を生成するステップ、
    前記可変発振器によって生成された前記ＩＭプロダクト相殺信号を、移相器によって、前記搬送波信号中の前記ＩＭプロダクトに対して１８０°シフトするステップ、及び
    カプラー手段によって、前記搬送波信号を前記ＩＭプロダクト相殺信号と混合し、前記ＩＭプロダクト相殺信号により前記不要ＩＭプロダクトが実質的に相殺された出力信号を生成するステップとを含むことを特徴とする搬送波信号中の不要ＩＭプロダクトを相殺する方法。
14. 前記搬送波信号を前記ＩＭプロダクト相殺信号と混合する前に、前記不要ＩＭプロダクトと実施的に同じ振幅を有するように、増幅器を使用して前記ＩＭプロダクト相殺信号を増幅するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の搬送波信号中の不要ＩＭプロダクトを相殺する方法。

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