JP5000108B2 - ９０度分配器および高周波回路 - Google Patents

Description

本発明は、送信系および受信系で使用される直交復調器、直交変調器、イメージリジェクションミクサなどに用いられる高精度で広帯域な９０度分配器および高周波回路に関する。

従来技術における高周波回路としては、２相入力４相出力のポリフェーズフィルタ（以下、ＰＰＦと称す）を９０度分配器として用い、送信系の直交変調器と組み合わせたものがある。（例えば、非特許文献１参照）。

ＬＯ端子から入力される差動（２相）のＬＯ信号は、２相入力４相出力のＰＰＦで９０度位相差の２つの差動信号（４相信号）に分配され、それぞれ送信ミクサのＬＯ端子に入力される。一方、送信ミクサは、ＩＦ入力信号端子から入力したＩＦ信号と、ＬＯ端子から入力したＬＯ信号とを混合し、高周波帯の信号に周波数変換し、その周波数変換した信号をＲＦ出力端子から出力する。これにより、９０度ごとに分配された４相の出力信号を得ることができる。

また、従来技術における別の高周波回路としては、周波数分周器を９０度分配器として用い、受信系の直交ミクサと組み合わせたものがある（例えば、非特許文献２参照）。

ＬＯ端子から入力される差動（２相）のＬＯ信号は、周波数分周器で９０度位相差の２つの差動信号（４相信号）に分配され、受信ミクサでＲＦ入力端子２２から入力した信号により周波数変換され、ＩＦ出力信号端子から出力される。スタティック形分周器を用いると広帯域な特性が得られる。

２００４年電子情報通信学会ソサイエティ大会講演集Ｃ−２−２８ ２００４年電子情報通信学会マイクロ波研究会講演集ＭＷ２００４−３１

しかしながら、ＬＯ信号の９０度分配器として用いられる２相入力４相出力のＰＰＦは、広帯域にわたり９０度位相差を実現することが難しいという問題がある。２相入力４相出力のＰＰＦの後段に４相入力４相出力のＰＰＦを多段に接続し、多段ＰＰＦとすることで、広帯域化はできるものの、初段に用いる２相入力のＰＰＦの特性が狭帯域のため、広帯域にわたり高精度な９０度位相差を実現することは困難であった。

また、分配器に周波数分周器を用いた場合は、広帯域な特性を実現することはできるが、ジッタの影響、あるいはレイアウトの非対称性から位相差が生じてしまうことがあり、分周器出力の位相精度が悪いという問題がある。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、広帯域かつ高位相精度を要求される９０度分配器および高周波回路を実現することを目的とする。

本発明における９０度分配器は、差動信号である２相の入力信号を２分周し、半分の周波数に変換するとともに、９０度位相差の差動信号である４相信号に分配し、広帯域化を図る２相入力４相出力のスタティック形の周波数分周器と、周波数分周器からの４相出力を入力し、分配・位相誤差を補正することで高位相精度化を図る４相入力４相出力のポリフェーズフィルタとを備えたものである。

また、本発明における高周波回路は、直交復調器、直交変調器、あるいはイメージリジェクションミクサの局発信号の９０度分配器として、本発明における９０度分配器を用いたものである。

本発明によれば、直交復調器、直交変調器、あるいはイメージリジェクションミクサの局発信号を９０度分配する際に、２相入力４相出力の周波数分周器と、４相入力４相出力のＰＰＦとを直列に接続した構成を有する９０度分配器を用いることにより、広帯域かつ高位相精度を要求される９０度分配器および高周波回路を実現することができる。

以下、本発明の９０度分配器および高周波回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。本発明の９０度分配器は、前段に２相入力４相出力の周波数分周器を使用し、後段に４相入力４相出力のＰＰＦを使用し、周波数分周器とＰＰＦとを直列接続した構成とすることを技術的特徴としている。これにより、広帯域化と位相の高精度化の両面の要望に応える９０度分配器を実現できる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における９０度分配器の構成図である。この図１の９０度分配器１０は、４相出力の分周器１１と、４相入力４相出力のＰＰＦ１２とを備えるとともに、ＬＯ入力端子１３、および分周器出力端子１４ａ、１４ｂを備えている。

次に、動作について説明する。分周器１１は、ＬＯ入力端子１３から差動（２相）の入力信号を入力する。分周器１１は、入力したＬＯ信号を２分周し、半分の周波数に変換するとともに、９０度位相差の差動信号（４相信号）に分配する。分周器としてスタティック形の分周器を用いることにより、広帯域な特性が実現できる。

分周器１１の出力である２つの差動信号（４相信号）は、ＰＰＦ１２の４相入力にそれぞれ接続されており、ＰＰＦ１２内では、分周器１１で生じた分配、位相誤差が補正され、分周器出力端子１４ａ、１４ｂに出力される。

４相入力４相出力のＰＰＦ１２を分周器１１の後段に接続することで、分周器１１のみを用いた場合に比べると、９０度分配器１０全体としての分配、位相特性が改善される。また、ＰＰＦ１２のみを用いた場合に比べると、２相の入力信号に対して、周波数特性を制限する２相入力４相出力ＰＰＦの代わりに広帯域な分周器１１を用いることで、広帯域な特性が実現できる。

実施の形態１によれば、前段に分周器を用いることにより広帯域化を実現し、さらに、分周器の４相出力を取り込めるように、４相入力４相出力のＰＰＦを分周器の後段に設け、分配・位相誤差の補正を行うことにより、高位相精度を合わせて実現することが可能となる。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２における９０度分配器の構成図である。図２における９０度分配器１０は、図１における９０度分配器１０と比較すると、バッファ増幅器１５をさらに備えている点が異なる。

次に、動作について説明する。基本的な動作は、図１の９０度分配器１０と同様である。実施の形態１で説明した図１の構成を有する９０度分配器において、ＰＰＦ１２の入力端子間アイソレーションが悪い場合には、分周器１１に帰還がかかり、分周器１１の出力の４相信号のバランスが崩れる、あるいは分周器１１の動作周波数が低下する問題がある。

そこで、図２における９０度分配器１０は、エミッタフォロア回路あるいは差動増幅器などからなる増幅器としてバッファ増幅器１５を、分周器１１とＰＰＦ１２との段間に挿入することで上記問題の解決を図っている。図２において、バッファ増幅器１５は、４相入力４相出力として説明しているが、差動入力（２相入力）差動出力（２相出力）増幅器を２つ、あるいは単相入力単相出力増幅器を４つで構成してもよい。

実施の形態２によれば、分周器とＰＰＦとの段間に増幅器を挿入することにより、ＰＰＦの入力端子間アイソレーションが悪い場合において、分周器に帰還がかかり、分周器の出力の４相信号のバランスが崩れること、および分周器の動作周波数が低下することを防止することができ、広帯域かつ高位相精度の９０度分配器を実現できる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３における９０度分配器を含む高周波回路の構成図である。この図３において、９０度分配器１０の出力側には、受信ミクサ２０、受信ＩＦ信号端子２１ａ、２１ｂ、およびＲＦ入力端子２２が設けられている。

次に、動作について説明する。ＬＯ入力端子１３から入力信号を入力させ、信号を分周器１１で９０度位相差を持った信号に分周させ、分周器出力をＰＰＦ１２に入力することで、分周器１１で生じた誤差をＰＰＦ１２で補正する。受信ＲＦ信号は、ＲＦ入力端子２２から入力され、受信ミクサ２０で低周波帯の信号に直交復調されて、受信ＩＦ信号端子２１ａ、２１ｂから出力される。

実施の形態３によれば、実施の形態１で説明した分配器を直交復調器に適用した高周波回路を実現できる。

なお、図３における９０度分配器１０の代わりに、実施の形態２で説明した図２の９０度分配器１０を用いることも可能である。さらに、図３において、単位ミクサの出力を９０度ハイブリッドで合成して出力を得ることによりイメージリジェクションミクサ（ＩＲＭ）を構成した場合にも、同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４における９０度分配器を含む高周波回路の構成図である。この図４において、９０度分配器１０の出力側には、送信ミクサ３０、送信ＩＦ信号端子３１ａ、３１ｂ、およびＲＦ出力端子３２が設けられている。

次に、動作について説明する。ＬＯ入力端子１３から入力信号を入力させ、信号を分周器１１で９０度位相差を持った信号に分周させ、分周器出力をＰＰＦ１２に入力することで、分周器１１で生じた誤差をＰＰＦ１２で補正する。送信ＩＦ信号は、送信ＩＦ信号端子３１ａ、３１ｂから入力され、送信ミクサ３０で高周波帯に変調され、ＲＦ出力端子３２から出力される。

実施の形態４によれば、実施の形態１で説明した分配器を直交変調器に適用した高周波回路を実現できる。

なお、図４における９０度分配器１０の代わりに、実施の形態２で説明した図２の９０度分配器１０を用いることも可能である。さらに、図４において、単位ミクサの出力を９０度ハイブリッドで合成して出力を得ることによりイメージリジェクションミクサ（ＩＲＭ）を構成した場合にも、同様の効果が得られる。

実施の形態５．
図５は、本発明の実施の形態５における９０度分配器の構成図である。この図５の９０度分配器１０は、図１に示した９０度分配器１０と比較すると、その回路構成および動作については同様であるが、９０度分配器１０で用いられるＰＰＦ１２が多段構成を有している点が異なる。

図５におけるＰＰＦ１２は、３段のＰＰＦ１２（１）〜１２（３）を有している。それぞれのＰＰＦ１２（１）〜１２（３）の中心周波数は、使用帯域内で特に直交精度が必要となる周波数に合わせる。分周器１１の４相出力が広帯域化されており、その広帯域内で位相精度が必要となる周波数に中心周波数を設定することができる。図５の例では、３段のＰＰＦ１２（１）〜１２（３）の中心周波数をすべてｆ_１とした状態を示している。

実施の形態５によれば、広帯域化された４相入力に基づいて、ＰＰＦの中心周波数をその広帯域内から所望の値に設定でき、広帯域の中から位相精度が必要となる周波数を特定して精度向上を図った９０度分配器を実現できる。

実施の形態６．
図６および図７は、本発明の実施の形態６における９０度分配器の構成図を示したものである。この図６および図７の９０度分配器１０は、図５に示した９０度分配器１０と比較すると、その回路構成および動作については同様であるが、多段構成を有するＰＰＦの各段の中心周波数を異なるものとすることで、複数の周波数で高精度な直交精度を実現している点が異なる。

図６は、３段のＰＰＦ１２（１）〜１２（３）の中心周波数をｆ_１〜ｆ_３として異なるように決めた状態を示している。一方、図７は、４段のＰＰＦ１２（１）〜１２（４）の中心周波数をｆ_１およびｆ_２のみに決めた状態を示している。

このように、多段構成のＰＰＦ１２の各段の中心周波数は、使用帯域内で特に直交精度が必要となる周波数に合わせる。分周器１１の４相出力が広帯域化されており、その広帯域内で位相精度が必要となる周波数に中心周波数を設定することができる。

実施の形態６によれば、広帯域化された４相入力に基づいて、ＰＰＦの中心周波数をその広帯域内から所望の値に設定でき、広帯域の中から位相精度が必要となる複数の周波数を特定して精度向上を図った９０度分配器を実現できる。

本発明の実施の形態１における９０度分配器の構成図である。 本発明の実施の形態２における９０度分配器の構成図である。 本発明の実施の形態３における９０度分配器を含む高周波回路の構成図である。 本発明の実施の形態４における９０度分配器を含む高周波回路の構成図である。 本発明の実施の形態５における９０度分配器の構成図である。 本発明の実施の形態６における９０度分配器の構成図である。 本発明の実施の形態６における９０度分配器の構成図である。

符号の説明

１０ ９０度分配器、１１ 分周器、１２ ポリフェーズフィルタ（ＰＰＦ）、１３ ＬＯ入力端子、１４ａ、１４ｂ 分周器出力端子、１５ バッファ増幅器（増幅器）、２０ 受信ミクサ、２１ａ、２１ｂ 受信ＩＦ信号端子、２２ ＲＦ入力端子、３０ 送信ミクサ、３１ａ、３１ｂ 送信ＩＦ信号端子、３２ ＲＦ出力端子。

Claims (7)

1. 差動信号である２相の入力信号を２分周し、半分の周波数に変換するとともに、９０度位相差の差動信号である４相信号に分配し、広帯域化を図る２相入力４相出力のスタティック形の周波数分周器と、
   前記周波数分周器からの４相出力を入力し、分配・位相誤差を補正することで高位相精度化を図る４相入力４相出力のポリフェーズフィルタと
   を備えたことを特徴とする９０度分配器。
2. 請求項１に記載の９０度分配器において、
   前記周波数分周器と前記ポリフェーズフィルタとの段間に増幅器をさらに備えたことを特徴とする９０度分配器。
3. 請求項１または２に記載の９０度分配器において、
   前記ポリフェーズフィルタは、使用帯域内で位相精度が必要となる周波数に中心周波数を設定したことを特徴とする９０度分配器。
4. 請求項１または２に記載の９０度分配器において、
   前記ポリフェーズフィルタは、多段構成を有し、使用帯域内で位相精度が必要となる１以上の周波数に対応して各段の中心周波数を設定したことを特徴とする９０度分配器。
5. 直交復調器の局発信号の９０度分配器として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の９０度分配器を用いたことを特徴とする高周波回路。
6. 直交変調器の局発信号の９０度分配器として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の９０度分配器を用いたことを特徴とする高周波回路。
7. イメージリジェクションミクサの局発信号の９０度分配器として、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の９０度分配器を用いたことを特徴とする高周波回路。

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