JP6731396B2 - 信号変調器 - Google Patents

Description

本開示は、ディジタル変調システムの信号変調器及び、より詳細には、それぞれが１種以上の有意信号に従い出力信号を出力することができる、ディジタル変調システムの信号変調器に関する。

信号変調器は、ディジタル変調システムの重要部分である。信号変調器の主な特徴は、ＲＦ帯域幅、変調帯域幅、局所発振のドライブ電力及び変調精度である。信号変調器の幾つかのタイプには、ギルバートミキサ、ダイオードミキサ、反射型変調器などがある。

ギルバートミキサは、低伝送損失、高調波抑制及び高絶縁という利点を有するが、通常１０−ＧＨｚのみのより低い運用周波数及びＤＣ電力が容易に消費されるという欠点を有する。ダイオードミキサは、局部発振器信号のより高いドライブ電力が必要であるという欠点を有する。反射型変調器は、プロセス変動により引き起こされる位相誤差及び振幅誤差において影響がより少なく、またより広い運用帯域幅及び局部発振器のより低い所要ドライブ電力を有することができる。しかし、反射型変調器には低絶縁という欠点がある。更に、反射型変調器はより多くの受動回路を使用し、またこのように反射型変調器の回路領域が運用周波数によりかなり影響を受ける。

従って、従来の信号変調器の前述の欠点を克服することができる信号変調器を提供することが、不可欠である。

先行技術の前述の欠点を考慮して、広帯域、低挿入損、局部発振の低所要ドライブ電力、低位相不均衡及び低振幅不均衡、優れた変調精度及び小さい所要ダイ領域を特徴とする、信号変調器を提供することが本開示の目的である。

上記及びその他の目的を達成するために、本開示は、結合器、第１ダイオード、第２ダイオード、第１ＤＣ（直流）ブロック単位及び第２ＤＣブロック単位を具備する、反射型変調器を提供する。

結合器は、入力端末、出力端末、第１負荷端末及び第２負荷端末を有し、入力端末は入力信号の受信に使用され、出力端末は出力信号の出力に使用される。入力端末は、入力信号の受信に使用される。出力端末は、出力信号の出力に使用される。第１ＤＣブロック単位は、第１ダイオードと結合器の第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されている。第２ＤＣブロック単位は、第２ダイオードと結合器の第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されている。有意信号は、第１及び第２ダイオードの状態を演算するために、第１及び第２ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

反射型変調器に関しては、有意信号が十分に強い場合に第１及び第２ダイオードが作動し、また有意信号の強さが十分ではない場合に第１及び第２ダイオードの作動が停止する。

反射型変調器に関しては、第１ＤＣブロック単位は第１コンデンサ及び第１抵抗器を含み、第２ＤＣブロック単位は第２コンデンサ及び第２抵抗器を含み、第１コンデンサは第１ダイオードと結合器の第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第１抵抗器は第１コンデンサと第１ダイオードとの間で接続され、第２コンデンサは第２ダイオードと結合器の第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第２抵抗器は第２コンデンサと第２ダイオードに接続されている。

反射型変調器に関しては、ＰＩＮダイオードにより第１及び第２ダイオードが導入されている。

反射型変調器に関しては、入力信号は局部発振器から発生し、また出力信号が無線周波数に使用される。

上記及びその他の目的を達成するために、本開示は、平衡不平衡変成器、第１反射型変調器、第２反射型変調器及び電力コンバイナーを具備する、ＢＰＳＫ変調器を提供する。

平衡不平衡変成器は第１コンダクタ、第２コンダクタ、第３コンダクタ及び第４コンダクタを有する。第１コンダクタ及び第２コンダクタは接続しており、かつ反対方向へ等しい電流を有するように使用される。第３コンダクタの一端は、磁気的に第１コンダクタに結合している。第３コンダクタの別の一端は、接地に接続されている。第４コンダクタの一端は、磁気的に第２コンダクタに結合している。第４コンダクタの別の一端は、接地に接続されている。第１反射型変調器の第１入力端末は、第３コンダクタに接続されている。第２反射型変調器の第２入力端末は、第４コンダクタに接続されている。電力合成器は、第１反射型変調器の第１出力端末及び第２反射型変調器の第２出力端末に接続されている。第１有意信号は、第１反射型変調器へ入力される。第２有意信号は、第２反射型変調器へ入力される。第１有意信号及び第２有意信号は、一対の異なる信号である。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、第１反射型変調器は第１結合器、第１ダイオード、第２ダイオード、第１ＤＣ（直流）ブロック単位及び第２ＤＣブロック単位を具備し、第１結合器は第１入力端末、第１出力端末、第１負荷端末及び第２負荷端末を有し、第１ＤＣブロック単位は第１ダイオードと第１結合器の第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第２ＤＣブロック単位は第２ダイオードと第１結合器の第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第１有意信号は第１及び第２ダイオードの状態を演算するために、第１及び第２ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、第２反射型変調器は第２結合器、第３ダイオード、第４ダイオード、第３ＤＣブロック単位及び第４ＤＣブロック単位を具備し、第２結合器は第２入力端末、第２出力端末、第３負荷端末及び第４負荷端末を有し、第３ＤＣブロック単位は第３ダイオードと第２結合器の第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第４ＤＣブロック単位は第４ダイオードと第２結合器の第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第２有意信号は第３及び第４ダイオードの状態を演算するために、第３及び第４ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、第１有意信号が十分に強い場合に第１及び第２ダイオードが作動し、また第１有意信号の強さが十分ではない場合に第１及び第２ダイオードが作動を停止し、かつ第２有意信号が十分に強い場合に第３及び第４ダイオードが作動し、また第２有意信号の強さが十分ではない場合に第３及び第４ダイオードが作動を停止する。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、第１ＤＣブロック単位は第１コンデンサ及び第１抵抗器を含み、第２ＤＣブロック単位は第２コンデンサ及び第２抵抗器を含み、第１コンデンサは第１ダイオードと第１結合器の第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第１抵抗器は第１コンデンサと第１ダイオードとの間で接続され、第２コンデンサは第２ダイオードと第１結合器の第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第２抵抗器は第２コンデンサと第２ダイオードに接続されている。

反射型変調器に関しては、第３ＤＣブロック単位は第３コンデンサ及び第３抵 抗器を含み、第４ＤＣブロック単位は第４コンデンサ及び第４抵抗器を含み、第３コンデンサは第３ダイオードと第２結合器の第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第３抵抗器は第３コンデンサと第３ダイオードとの間で接続され、第４コンデンサは第４ダイオードと第２結合器の第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第４抵抗器は第４コンデンサと第４ダイオードに接続されている。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、ＰＩＮダイオードにより第１、第２、第３及び第４ダイオードが導入されている。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、局部発振器から入力信号が発生して平衡不平衡変成器へと入力され、また電力合成器から出力信号が発生して無線周波数に使用される。

ＢＰＳＫ変調器に関しては、ＢＰＳＫ変調器はモノリシックマイクロ波集積回路内に一体化されている。

上記及びその他の目的を達成するために、本開示は直交変調器を提供する。直交変調器は、ウィルキンソン・パワーディバイダー（Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ ｐｏｗｅｒ ｄｒｉｖｅｒ）、第１ＢＰＳＫ（バイナリー位相シフト・キーイング（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ））変調器、第２ＢＰＳＫ変調器及びランゲ結合器とを具備する。

ウィルキンソン・パワーディバイダーは電力入力端末、第１電力出力端末及び第２電力出力端末を有する。第１ＢＰＳＫ変調器は、ウィルキンソン・パワーディバイダーの第１電力出力端末に接続されている。第２ＢＰＳＫ変調器は、ウィルキンソン・パワーディバイダーの第２電力出力端末に接続されており、第２ＢＰＳＫ変調器は第２出力信号を発生させる。ランゲ結合器は、第１出力信号及び第２出力信号を受信するための、第１ＢＰＳＫ変調器及び第２ＢＰＳＫ変調器に接続されている。第１有意信号及び第２有意信号は、第１ＢＰＳＫ変調器へ入力される。第３有意信号及び第４有意信号は、第２ＢＰＳＫ変調器へ入力される。
第１ＢＰＳＫ変調器は、第１有意信号、第２有意信号、及びウィルキンソン・パワーディバイダーからの入力に従って、第１出力信号を発生させる。第２ＢＰＳＫ変調器は、第３有意信号、第４有意信号、及びウィルキンソン・パワーディバイダーからの入力に従って、第２出力信号を発生させる。

直交変調器に関しては、第１ＢＰＳＫ変調器は第１平衡不平衡変成器、第１反射型変調器、第２反射型変調器及び第１電力合成器を具備し、第１平衡不平衡変成器は第１コンダクタ、第２コンダクタ、第３コンダクタ及び第４コンダクタを有し、第１コンダクタ及び第２コンダクタは接続されておりかつ反対方向に等しい電流を有するように使用され、第３コンダクタの一端は磁気的に第１コンダクタに結合しており、また第３コンダクタの別端は接地に接続しており、第４コンダクタの一端は磁気的に第２コンダクタに結合しており、また第４コンダクタの別端は接地に接続しており、第１反射型変調器の第１入力端末は第３コンダクタに接続しており、第２反射型変調器の第２入力端末は第４コンダクタに接続しており、第１電力合成器は第１反射型変調器の第１出力端末及び第２反射型変調器の第２出力端末に接続しており、第１有意信号は第１反射型変調器に入力され、第２有意信号は第２反射型変調器に入力され、第１有意信号及び第２有意信号は異なる信号の対である。

直交変調器に関しては、第２ＢＰＳＫ変調器は第２平衡不平衡変成器、第３反射型変調器、第４反射型変調器及び第２電力合成器を具備し、第２平衡不平衡変成器は第５コンダクタ、第６コンダクタ、第７コンダクタ及び第８コンダクタを有し、第５コンダクタ及び第６コンダクタは接続されておりかつ反対方向に等しい電流を有するように使用され、第７コンダクタの一端は第５コンダクタに接続しており、また第７コンダクタの別端は接地に接続しており、第８コンダクタの一端は第６コンダクタに接続しており、また第８コンダクタの別端は接地に接続しており、第３反射型変調器の第３入力端末は第７コンダクタに接続しており、第４反射型変調器の第４入力端末は第８コンダクタに接続しており、第２電力合成器は第３反射型変調器の第３出力端末及び第４反射型変調器の第４出力端末に接続しており、第３有意信号は第３反射型変調器に入力され、第４有意信号は第４反射型変調器に入力され、第３有意信号及び第４有意信号は異なる信号の対である。

直交変調器に関しては、第１反射型変調器は第１結合器、第１ダイオード、第２ダイオード、第１ＤＣ（直流）ブロック単位及び第２ＤＣブロック単位を具備し、第１結合器は第１入力端末、第１出力端末、第１負荷端末及び第２負荷端末を有し、第１ダイオードは第１結合器の第１負荷端末に接続しており、第２ダイオードは第１結合器の第２負荷端末に接続しており、第１ＤＣブロック単位は第１ダイオードと第１結合器の第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第２ＤＣブロック単位は第２ダイオードと第１結合器の第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第１有意信号は第１及び第２ダイオードの状態を演算するために、第１及び第２ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

直交変調器に関しては、第２反射型変調器は第２結合器、第３ダイオード、第４ダイオード、第３ＤＣブロック単位及び第４ＤＣブロック単位を具備し、第２結合器は第２入力端末、第２出力端末、第３負荷端末及び第４負荷端末を有し、第３ダイオードは第２結合器の第３負荷端末に接続しており、第４ダイオードは第２結合器の第４負荷端末に接続しており、第３ＤＣブロック単位は第３ダイオードと第２結合器の第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第４ＤＣブロック単位は第４ダイオードと第２結合器の第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第２有意信号は第３及び第４ダイオードの状態を演算するために、第３及び第４ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

直交変調器に関しては、第３反射型変調器は第３結合器、第５ダイオード、第６ダイオード、第５ＤＣブロック単位及び第６ＤＣブロック単位を具備し、第３結合器は第３入力端末、第３出力端末、第５負荷端末及び第６負荷端末を有し、第５ダイオードは第３結合器の第５負荷端末に接続しており、第６ダイオードは第３結合器の第６負荷端末に接続しており、第５ＤＣブロック単位は第５ダイオードと第３結合器の第５負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第６ＤＣブロック単位は第６ダイオードと第３結合器の第６負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第３有意信号は第５及び第６ダイオードの状態を演算するために、第５及び第６ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

直交変調器に関しては、第４反射型変調器は第４結合器、第７ダイオード、第８ダイオード、第７ＤＣブロック単位及び第８ＤＣブロック単位を具備し、第４結合器は第４入力端末、第４出力端末、第７負荷端末及び第８負荷端末を有し、第７ダイオードは第４結合器の第７負荷端末に接続しており、第８ダイオードは第４結合器の第８負荷端末に接続しており、第７ＤＣブロック単位は第７ダイオードと第４結合器の第７負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第８ＤＣブロック単位は第８ダイオードと第４結合器の第８負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、第４有意信号は第７及び第８ダイオードの状態を演算するために、第７及び第８ＤＣブロック単位の両方へと入力される。

直交変調器に関しては、第１ＤＣブロック単位は第１コンデンサ及び第１抵抗器を含み、第２ＤＣブロック単位は第２コンデンサ及び第２抵抗器を含み、第１コンデンサは第１ダイオードと第１結合器の第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第１抵抗器は第１コンデンサと第１ダイオードとの間で接続され、第２コンデンサは第２ダイオードと第１結合器の第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第２抵抗器は第２コンデンサと第２ダイオードに接続されている。

直交変調器に関しては、第３ＤＣブロック単位は第３コンデンサ及び第３抵抗器を含み、第４ＤＣブロック単位は第４コンデンサ及び第４抵抗器を含み、第３コンデンサは第３ダイオードと第２結合器の第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第３抵抗器は第３コンデンサと第３ダイオードとの間で接続され、第４コンデンサは第４ダイオードと第２結合器の第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第４抵抗器は第４コンデンサと第４ダイオードに接続されている。

直交変調器に関しては、第５ＤＣブロック単位は第５コンデンサ及び第５抵抗器を含み、第６ＤＣブロック単位は第６コンデンサ及び第６抵抗器を含み、第５コンデンサは第５ダイオードと第３結合器の第５負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第５抵抗器は第５コンデンサと第５ダイオードとの間で接続され、第６コンデンサは第６ダイオードと第３結合器の第６負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第６抵抗器は第６コンデンサと第６ダイオードに接続されている。

直交変調器に関しては、第７ＤＣブロック単位は第７コンデンサ及び第７抵抗器を含み、第８ＤＣブロック単位は第８コンデンサ及び第８抵抗器を含み、第７コンデンサは第７ダイオードと第４結合器の第７負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、第７抵抗器は第７コンデンサと第７ダイオードとの間で接続され、第８コンデンサは第８ダイオードと第４結合器の第８負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また第８抵抗器は第８コンデンサと第８ダイオードに接続されている。

直交変調器に関しては、ＰＩＮダイオードにより第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８ダイオードが導入されている。

直交変調器に関しては、ウィルキンソン・パワーディバイダーの電力入力端末へと入力される入力信号は局部発振器から発生し、また出力信号はランゲ結合器から出力されて、無線周波数として使用される。

直交変調器に関しては、直交変調器はモノリシックマイクロ波集積回路内に一体化されている。

結論として、前述の信号変調器は、広帯域、低挿入損、局部発振の低所要ドライブ電力、低位相不均衡及び低振幅不均衡、優れた変調精度及び小さい所要ダイ領域を特徴とする。

本開示の目的、特徴、及び利点を、添付図面と併せてある種の実施形態と共に下に占めす。

伝導及び非伝導の、相当するダイオード回路図を示す。 本開示の実施形態に従った、反射型変調器の回路図である。 本開示の実施形態に従った、反射型変調器の詳細な回路図である。 本開示の実施形態に従った、ＢＰＳＫ変調器の回路図である。 本開示の実施形態に従った、ＢＰＳＫ変調器の回路図である。 本開示の実施形態に従った、直交変調器の回路図である。

図１を参照すると、図１は伝導及び非伝導の、相当するダイオード回路図を示す。ダイオードがダイオードにわたって十分なクロス電圧を有し、ダイオードに伝導して電流を貫流する場合、信号操作を考慮して、ダイオードは小型抵抗器（Ｒｏｎ）であり得る。ダイオードがダイオードにわたって十分なクロス電圧を有さず、ダイオードに伝導して電流を貫流する場合、信号操作を考慮して、ダイオードは小型コンデンサ（Ｃｏｆｆ）であり得る。ダイオードの伝導及び非伝導切換え特性を、反射型変調器にて使用することができる。

図２を参照すると、図２は本開示の実施形態に従った、反射型変調器の回路図である。反射型変調器１００は、結合器１１０、ダイオードＤ１、ダイオードＤ２、ＤＣ（直流）ブロック単位１２０及びＤＣブロック単位１３０を具備する。結合器１１０は、入力端末１１１、出力端末１１２、第１負荷端末１１３及び第２負荷端末１１４を有する。入力端末１１１は、局部発振器から発生する局部発振信号ＬＯを受信するために使用される。出力端末１１２は出力信号ＲＦを出力するために使用され、局部発振信号ＬＯが有意信号ＢＢにより変調される。

第１ＤＣブロック単位１２０は、第１ダイオードＤ１と結合器１１０の第１負荷端末１１３との間でＤＣブロッキングのために接続されている。第２ＤＣブロック単位１３０は、第２ダイオードＤ２と結合器１１０の第２負荷端末１１４との間でＤＣブロッキングのために接続されている。

有意信号ＢＢは、選択的にＤＣブロック単位１２０とＤＣブロック単位１３０の両方へと入力される。有意信号ＢＢがＤＣブロック単位１２０、１３０へと入力されて、かつバイアス経路Ｐ１、Ｐ２を介して流れる場合、即ち、有意信号ＢＢがダイオードＤ１及びＤ２を作動させるのに十分に強い場合に、ダイオードＤ１及びＤ２が作動する。有意信号ＢＢの強さが十分ではない場合に、ダイオードＤ１及びＤ２は作動を停止する。

結合器１１０の反射係数は、ダイオードＤ１及びＤ２の状態に従って変化する。即ち、ダイオードＤ１及びＤ２の伝導状態に対応する、結合器１１０の反射係数は、ダイオードＤ１及びＤ２の非伝導状態に対応するものと同一ではない。出力信号ＲＦの位相もまたダイオードＤ１、Ｄ２の状態により変化し、またこれはダイオードＤ１、Ｄ２の伝導状態に対応する出力信号ＲＦの位相であり、Ｄ２はダイオードＤ１、Ｄ２の非伝導状態に対応するものと同一ではない。

例えば結合器１１０は９０度の結合器であることができ、次にダイオードＤ１、Ｄ２の伝導状態及び非伝導状態に対応する無線信号の位相差は、理想的には１８０度である。例えば、ダイオードＤ１、Ｄ２の作動が停止する場合に、出力信号ＲＦの位相は、理想的にはゼロ度であることができ、またダイオードＤ１、Ｄ２が作動する場合に、出力信号ＲＦの位相は、理想的には１８０度であることができる。

結合器１１０が９０度の結合器であり、かつ無線信号の位相が０度及び１８０度の場合（第１及び第２負荷端末１１３、１１４が同時に開く又は短絡する場合）、挿入損失は最小であり得る。しかし、本開示はこれを制限するものではない。例えば、結合器１１０はＮ−度であることができ、Ｎは９０と等しくない。例えば、無線信号の位相はМ１度及びМ２度であり、М１は０と等しくなく、またМ２は１８０度と等しくない。

より大きい挿入損失及びより小さい出力電力を引き起こし得る、トランジスタによるダイオードＤ１、Ｄ２の置換と比較して、本実施形態はダイオードを使用することにより前述の欠点を克服する。なお、本実施形態では、基板としてヒ化カリウムを使用することができ、その他の種類のダイオードよりも利点を有することができる、ＰＩＮによるダイオードＤ１、Ｄ２を導入している。具体的には、ダイオードと比較すると、トランジスタは作動状態及び作動停止状態の間で、より大きいオフ容量及び伝導インダクタンスなどのより大きい寄生効果を有し、また回路の性能を低下させる。ＰＩＮダイオードの回路短絡及び開回路のインピーダンスは、多くの種類のダイオードの間でも非常に近くてよく、これにより、本実施形態の変調器は、ディジタル変調システム用のその他の種類のダイオード及びトランジスタよりも、良好な直線性及び変調精度を有する。加えて、本実施形態の変調器はまたより低い挿入損失を有し、これは、振幅変調の付随的効果により、本実施形態の変調器における局部発振器の必要なドライブ電力がより少なく、かつ本実施形態における変調器の出力電力がより多いということである。従って、本発明の変調器は追加で電圧及び電流変換を必要とせず、またミリメートル波帯域での適用に関して理想的である。

図３を参照すると、図３は本開示の実施形態に従った、反射型変調器の回路詳細図である。図３では、反射型変調器１００のＤＣブロック単位１２０は、コンデンサＣ１及び抵抗器Ｒ１を含み、また反射型変調器１００のＤＣブロック単位１３０は、コンデンサＣ２及び抵抗器Ｒ２を含む。コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１と結合器１１０の第１負荷端末１１３との間で接続されている。抵抗器Ｒ１は、コンデンサＣ１及びダイオードＤ１に接続されている。コンデンサＣ２は、ダイオードＤ２と結合器１１０の第２負荷端末１１４との間で接続されている。抵抗器Ｒ２は、コンデンサＣ２及びダイオードＤ２に接続されている。

コンデンサＣ１及びＣ２は、結合器１１０などのその他の回路との干渉から、ダイオードＤ１、Ｄ２のＤＣバイアスを防ぐために使用される。コンデンサＣ１及びＣ２は、６８０ｕＦのキャパシタンスを有することができる。抵抗器Ｒ１、Ｒ２は、ＤＣバイアス経路を提供し、ＤＣ経路から出力信号を絶縁するために使用される。抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗はより大く、出力信号の信号絶縁効果はより良好だが、変調器の帯域幅が悪くなる。トレードオフを生じさせるために、抵抗器Ｒ１、Ｒ２の抵抗は５００ｏｈｍであり得る。

本実施形態では、ダイオードＤ１を作動させるための閾値Ｔ１は、Ｖｄ１＋Ｉｄ１＊Ｒ１に等しく、Ｖｄ１はダイオードＤ１のダイオード閾電圧であり、またＩｄ１は抵抗器Ｒ１を介して流れる電流である。ダイオードＤ２を作動させるための閾値Ｔ２は、Ｖｄ２＋Ｉｄ２＊Ｒ２に等しく、Ｖｄ２はダイオードＤ２のダイオード閾電圧であり、またＩｄ２は抵抗器Ｒ２を介して流れる電流である。抵抗器Ｒ１の抵抗が抵抗器Ｒ２の抵抗と等しく、かつダイオードＤ１のダイオード閾電圧がダイオードＤ２のダイオード閾電圧に等しい場合に、閾値Ｔ１は閾値Ｔ２に等しい。従って、有意信号ＢＢが閾値Ｔ１、Ｔ２よりも小さい場合に、ダイオードＤ１、Ｄ２の両方が作動を停止する一方、有意信号ＢＢが閾値Ｔ１、Ｔ２よりも大きい又は等しい場合に、ダイオードＤ１、Ｄ２の両方が作動する。

図４を参照すると、図４は本開示の実施形態に従った、ＢＰＳＫ変調器の回路図である。ＢＰＳＫ変調器２００は、平衡不平衡変成器２１０、２つの同一の反射型変調器１００及び電力合成器２２０を具備する。反射型変調器１００は、それぞれ平衡不平衡変成器に接続されている。電力合成器２２０は、それぞれ反射型変調器１００に接続されている。１つの有意信号ＢＢ＋が、反射型変調器１００の内１つへと入力され、別の有意信号ＢＢ−が反射型変調器１００の内別の１つへと入力される。有意信号ＢＢ＋、ＢＢ−は異なる信号の対であり、即ち、有意信号ＢＢ＋、ＢＢ−がすべて低く、又は高く設定されているとは限らないということである。平衡不平衡変成器２１０は、局部発振器から発生する入力信号を受信するために使用される。電力合成器２２０は、無線周波数に使用される出力信号ＲＦを出力するために使用される。

図５を参照すると、図５は本開示の実施形態に従った、ＢＰＳＫ変調器の回路図である。ＢＰＳＫ変調器２００’の平衡不平衡変成器２１０は、１８０度の平衡不平衡変成器であってよく、また巻線コンダクタ２１１〜２１４を有する。巻線コンダクタ２１１、２１２は接続しており、かつ反対方向へ等しい電流を有するように使用される。巻線コンダクタ２１３の一端は、磁気的に巻線コンダクタ２１１に結合している。巻線コンダクタ２１３の別の一端は、接地に接続されている。巻線コンダクタ２１４の一端は、磁気的に巻線コンダクタ２１２に結合している。巻線コンダクタ２１４の別の一端は、接地に接続されている。

図４及び図５では、反射型変調器１００の１つの入力端末は巻線コンダクタ２１３に接続されており、また反射型変調器１００の別の１つの入力端末は巻線コンダクタ２１４に接続されている。電力合成器２２０は、反射型変調器１００の出力端末に接続されている。

反射型変調器１００は、双方向反射型変調器として使用される。例えば、有意信号ＢＢ＋が高く設定されかつ有意信号ＢＢ−が低く設定されている場合、出力信号ＲＦの位相は理想的には状態（−１）で０度であり、また有意信号ＢＢ＋が低く設定されかつ有意信号ＢＢ−が高く設定されている場合、出力信号ＲＦの位相は理想的には別の状態（−２）で１８０度であり、２つの状態は同一の挿入損失を有する。有意信号ＢＢ＋、ＢＢ−はベースバンド信号であり得る。出力信号は、有意信号ＢＢ＋、ＢＢ−が高電位の半分にて同一のバイアス電圧を有する場合に、最小値でなければならない。この場合、回路は作動を停止する。

図４及び図５の反射型変調器１００は、図２及び図３の反射型変調器１００、１００’と同一であることができる。従って、図４又は図５のＢＰＳＫ変調器は、２つの反射型変調器において２つの結合器、４つのダイオード、４つのＤＣブロック単位及び４つのバイアス経路を有し、４つのＤＣブロック単位のそれぞれは、図２のように構成されるコンデンサ及び抵抗器を有する。しかし、図４及び図５は、便宜上、上記の素子を伴う回路の詳細図を示していない。基板としてヒ化カリウムを使用することができるＰＩＮダイオードにより、４つのダイオードを実装することができる。ＢＰＳＫ変調器２００、２００’を、モノリシックマイクロ波集積回路内に一体化させることができる。

図６を参照すると、図６は本開示の実施形態に従った、直交変調器の回路図である。直交変調器３００は、ウィルキンソン・パワーディバイダー３１０、２つのＢＰＳＫ変調器２００及びランゲ結合器３２０を具備することができる。ＢＰＳＫ変調器２００は、ウィルキンソン・パワーディバイダー３１０の電力出力端末に接続されており、それぞれ、ウィルキンソン・パワーディバイダー３１０から入力信号を受信する。ランゲ結合器３２０は、ＢＰＳＫ変調器２００に接続されており、それぞれ、ＢＰＳＫ変調器２００からの入力信号を受信する。

２つの有意信号Ｑ＋、Ｑ−がＢＰＳＫ変調器の１つへと入力され、また別の２つの有意信号Ｉ＋、Ｉ−がＢＰＳＫ変調器の別の１つへと入力される。ＢＰＳＫ変調器の１つは、有意信号Ｑ＋、Ｑ−に従い出力信号を発生させる。ＢＰＳＫ変調器の別の１つは、有意信号Ｉ＋、Ｉ−に従い別の１つの出力信号を発生させる。有意信号Ｑ＋、Ｑ−は異なる信号の対であり、即ち、有意信号Ｑ＋、Ｑ−がすべて低く、又は高く設定されているとは限らないということである。有意信号Ｉ＋、Ｉ−は別の１つの異なる信号の対であり、即ち、有意信号Ｉ＋、Ｉ−がすべて低く、又は高く設定されているとは限らないということである。

ウィルキンソン・パワーディバイダー３１０は、コプレーナ導波管の伝送回線を介してＢＰＳＫ変調器２００の平衡不平衡変成器へと電力を入力しつつ、変調器の振幅及び位相誤差を減少させるよう設計された、接地型コプレーナ導波管（ＧＣＰＷ）を利用することができる。

ウィルキンソン・パワーディバイダー３１０からの２つの分割された電力信号は、それぞれ（０’，０）（０’，１８０’）（１８０’，０）又は（１８０’，１８０’）の位相の組み合わせにて、ＢＰＳＫ変調器２００を通過することができる。ＢＰＳＫ変調器２００から出力された信号の、４つの位相の組み合わせは、ランゲ結合器３２０へと入力され、またこのように、直交変調器３００が出力信号の４つの異なる位相を形成する。

例えば、Ｉ＋及びＱ＋が高く設定されかつＩ−及びＱ−が低く設定される場合、出力信号の位相は理想的には０度（第１状態（−１））であり、Ｉ−及びＱ＋が高く設定されかつＩ＋及びＱ−が低く設定される場合、出力信号の位相は理想的には２７０度（第２状態（−２））であり、Ｉ＋及びＱ−が高く設定されかつＩ−及びＱ＋が低く設定される場合、出力信号の位相は理想的には９０度（第３状態（−３））であり、またＩ−及びＱ−が高く設定されかつＩ＋及びＱ＋が低く設定される場合、出力信号の位相は理想的には１８０度（第４状態（−４））である。全てのバイアス電圧が高レベルの半分にて同一である場合、出力信号は最小値である。この場合、回路は作動を停止する。

図６のＢＰＳＫ変調器２００は、図４及び図５のＢＰＳＫ変調器２００、２００’と同一であり得る。従って、図６のＢＰＳＫ変調器３００は、２つの反射型変調器２００において４つの結合器、８つのダイオード、８つのＤＣブロック単位及び８つのバイアス経路を有し、８つのＤＣブロック単位のそれぞれは、図２のように構成されるコンデンサ及び抵抗器を有する。しかし、図６は、便宜上、上記の素子を伴う回路の詳細図を示していない。基板としてヒ化カリウムを使用することができるＰＩＮダイオードにより、８つのダイオードを実装することができる。直交変調器３００を、モノリシックマイクロ波集積回路内に一体化させることができる。

高次ディジタル変調システムでは、本開示の直交変調器は、任意の振幅制御及び位相制御を実現することができる。具体的には、本設計方法は２セットの反射型二位相変調器、９０度結合器及び電力合成器を採用することができる。９０度結合器は、主として直交キャリア信号を提供し、また２セットの反射型二位相変調器へ更に入力するための、個々の直交キャリア信号を発生させる。反射型変調器の変調信号は、次に電力合成器により組み合わされる。
２つの位相変調器が０度及び１８０度の位相変調関数のみの場合、直交変調器は０、９０、１８０及び２７０度の位相変調のみを発生させることができる。ｎ−ＱＡМ高次ディジタル変調、２位相反射型変調器などの振幅変調及び位相変調は、直交キャリア信号の直線変調による直線振幅変調能力もまた有していなければならず、任意の振幅変調及び位相変調信号を発生することができる。

結論として、前述の信号変調器は、広帯域、低挿入損、局部発振の低所要ドライブ電力、低位相不均衡及び低振幅不均衡、優れた変調精度及び小さい所要ダイ領域を特徴とする。

本開示は、好ましい実施態様により上記に開示されている。しかし、本開示の好ましい実施態様が示されているのみではあるが、本開示の範囲を制限するものではないことを、当業者は理解するべきである。故に、前述の実施形態になされている相当の変調及び変換が、本開示の範囲に含まれるべきである。従って、本開示のための法的保護は、添付の特許請求の範囲により規定されなければならない。

Claims (4)

1. ＢＰＳＫ（バイナリー位相シフト・キーイング）変調器であって、
   第１コンダクタ、第２コンダクタ、第３コンダクタ及び第４コンダクタを有する平衡不平衡変成器であって、前記第１コンダクタ及び第２コンダクタが接続されて等しい電流を有するように使用され、前記第３コンダクタが磁気的に前記第１コンダクタに結合しかつ前記第３コンダクタの一端が接地に接続し、前記第４コンダクタが磁気的に前記第２コンダクタに結合しかつ前記第４コンダクタの一端が接地に接続する平衡不平衡変成器、
   第１反射型変調器であって、前記第１反射型変調器の第１入力端末が前記第３コンダクタに接続されている第１反射型変調器、
   第２反射型変調器であって、前記第２反射型変調器の第２入力端末が前記第４コンダクタに接続されている第２反射型変調器、及び
   前記第１反射型変調器の第１出力端末及び前記第２反射型変調器の第２出力端末に接続されている、電力合成器、とを具備するＢＰＳＫ（バイナリー位相シフト・キーイング）変調器であって、
   第１有意信号が前記第１反射型変調器へと入力されかつ第２有意信号が前記第２反射型変調器へと入力され、また前記第１有意信号及び前記第２有意信号が異なる信号の対であり、
   前記第１反射型変調器が第１結合器、第１ダイオード、第２ダイオード、第１ＤＣ（直流）ブロック単位及び第２ＤＣブロック単位を具備し、前記第１結合器が前記第１入力端末、前記第１出力端末、第１負荷端末及び第２負荷端末を有し、前記第１ＤＣブロック単位が前記第１ダイオードと前記第１結合器の前記第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第２ＤＣブロック単位が前記第２ダイオードと前記第１結合器の前記第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第１有意信号が前記第１及び第２ダイオードの状態を演算するために、前記第１及び第２ＤＣブロック単位の両方へと入力され、
   前記第２反射型変調器が第２結合器、第３ダイオード、第４ダイオード、第３ＤＣブロック単位及び第４ＤＣブロック単位を具備し、前記第２結合器が前記第２入力端末、前記第２出力端末、第３負荷端末及び第４負荷端末を有し、前記第３ＤＣブロック単位が前記第３ダイオードと前記第２結合器の前記第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第４ＤＣブロック単位が前記第４ダイオードと前記第２結合器の前記第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第２有意信号が前記第３及び第４ダイオードの状態を演算するために、前記第３及び第４ＤＣブロック単位の両方へと入力され、
   前記第１有意信号が十分に強い場合に前記第１及び第２ダイオードが作動し、また前記第１有意信号の強さが十分ではない場合に前記第１及び第２ダイオードの作動が停止し、
   前記第２有意信号が十分に強い場合に前記第３及び第４ダイオードが作動し、また前記第２有意信号の強さが十分ではない場合に前記第３及び第４ダイオードの作動が停止し、
   前記第１、第２、第３及び第４ダイオードが基板としてヒ化カリウムを使用するＰＩＮダイオードにより実装される、ＢＰＳＫ（バイナリー位相シフト・キーイング）変調器。
2. 前記第１ＤＣブロック単位が第１コンデンサ及び第１抵抗器を含み、前記第２ＤＣブロック単位が第２コンデンサ及び第２抵抗器を含み、前記第１コンデンサが前記第１ダイオードと前記第１結合器の前記第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、前記第１抵抗器の一端が前記第１コンデンサと前記第１ダイオードの接続点に接続され、前記第２コンデンサが前記第２ダイオードと前記第１結合器の前記第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また前記第２抵抗器の一端が前記第２コンデンサと前記第２ダイオードの接続点に接続されており、
   前記第３ＤＣブロック単位が第３コンデンサ及び第３抵抗器を含み、前記第４ＤＣブロック単位が第４コンデンサ及び第４抵抗器を含み、前記第３コンデンサが前記第３ダイオードと前記第２結合器の前記第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、前記第３抵抗器の一端が前記第３コンデンサと前記第３ダイオードの接続点に接続され、前記第４コンデンサが前記第４ダイオードと前記第２結合器の前記第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また前記第４抵抗器の一端が前記第４コンデンサと前記第４ダイオードの接続点に接続されている、請求項１に記載のＢＰＳＫ変調器。
3. 直交変調器であって、
   電力入力端末、第１電力出力端末及び第２電力出力端末を有するウィルキンソン・パワーディバイダー、
   前記ウィルキンソン・パワーディバイダーの前記第１電力出力端末に接続されている第１ＢＰＳＫ変調器（バイナリー位相シフト・キーイング）、
   前記ウィルキンソン・パワーディバイダーの前記第２電力出力端末に接続されており、第２出力信号を発生させる、第２ＢＰＳＫ変調器、及び
   第１出力信号及び第２出力信号を受信するために、前記第１ＢＰＳＫ変調器及び前記第２ＢＰＳＫ変調器に接続されている、ランゲ結合器、とを具備する直交変調器であって、
   第１有意信号及び第２有意信号が前記第１ＢＰＳＫ変調器へと入力され、第３有意信号及び第４有意信号が前記第２ＢＰＳＫ変調器へと入力され、前記第１ＢＰＳＫ変調器が前記第１有意信号、前記第２有意信号、及び前記ウィルキンソン・パワーディバイダーからの入力に従い前記第１出力信号を発生させ、また前記第２ＢＰＳＫ変調器が前記第３有意信号、前記第４有意信号、及び前記ウィルキンソン・パワーディバイダーからの入力に従い前記第２出力信号を発生させ、
   前記第１ＢＰＳＫ変調器が第１平衡不平衡変成器、第１反射型変調器、第２反射型変調器及び第１電力合成器を具備し、前記第１平衡不平衡変成器が第１コンダクタ、第２コンダクタ、第３コンダクタ及び第４コンダクタを有し、前記第１コンダクタ及び前記第２コンダクタが接続されておりかつ等しい電流を有するように使用され、前記第３コンダクタが磁気的に前記第１コンダクタに結合しており、また前記第３コンダクタの別端が接地に接続しており、前記第４コンダクタが磁気的に前記第２コンダクタに結合しており、また前記第４コンダクタの別端が接地に接続しており、前記第１反射型変調器の第１入力端末が前記第３コンダクタに接続しており、前記第２反射型変調器の第２入力端末が前記第４コンダクタに接続しており、前記第１電力合成器が前記第１反射型変調器の第１出力端末及び前記第２反射型変調器の第２出力端末に接続しており、前記第１有意信号が前記第１反射型変調器に入力され、前記第２有意信号が前記第２反射型変調器に入力され、前記第１有意信号及び前記第２有意信号が異なる信号の対であり、
   前記第２ＢＰＳＫ変調器が第２平衡不平衡変成器、第３反射型変調器、第４反射型変調器及び第２電力合成器を具備し、前記第２平衡不平衡変成器が第５コンダクタ、第６コンダクタ、第７コンダクタ及び第８コンダクタを有し、前記第５コンダクタ及び前記第６コンダクタが接続されておりかつ等しい電流を有するように使用され、前記第７コンダクタの一端が接地に接続しており、前記第８コンダクタの一端が接地に接続しており、前記第３反射型変調器の第３入力端末が前記第７コンダクタに接続しており、前記第４反射型変調器の第４入力端末が前記第８コンダクタに接続しており、前記第２電力合成器が前記第３反射型変調器の第３出力端末及び前記第４反射型変調器の第４出力端末に接続しており、前記第３有意信号が前記第３反射型変調器に入力され、前記第４有意信号が前記第４反射型変調器に入力され、前記第３有意信号及び前記第４有意信号が異なる信号の対であり、
   前記第１反射型変調器が第１結合器、第１ダイオード、第２ダイオード、第１ＤＣ（直流）ブロック単位及び第２ＤＣブロック単位を具備し、前記第１結合器が前記第１入力端末、前記第１出力端末、第１負荷端末及び第２負荷端末を有し、前記第１ダイオードが前記第１結合器の前記第１負荷端末に接続しており、前記第２ダイオードが前記第１結合器の前記第２負荷端末に接続しており、前記第１ＤＣブロック単位が前記第１ダイオードと前記第１結合器の前記第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第２ＤＣブロック単位が前記第２ダイオードと前記第１結合器の前記第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第１有意信号が前記第１及び第２ダイオードの状態を演算するために、前記第１及び第２ＤＣブロック単位の両方へと入力され、
   前記第２反射型変調器が第２結合器、第３ダイオード、第４ダイオード、第３ＤＣブロック単位及び第４ＤＣブロック単位を具備し、前記第２結合器が前記第２入力端末、前記第２出力端末、第３負荷端末及び第４負荷端末を有し、前記第３ダイオードが前記第２結合器の前記第３負荷端末に接続しており、前記第４ダイオードが前記第２結合器の前記第４負荷端末に接続しており、前記第３ＤＣブロック単位が前記第３ダイオードと前記第２結合器の前記第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第４ＤＣブロック単位が前記第４ダイオードと前記第２結合器の前記第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第２有意信号が前記第３及び第４ダイオードの状態を演算するために、前記第３及び第４ＤＣブロック単位の両方へと入力され、
   前記第３反射型変調器が第３結合器、第５ダイオード、第６ダイオード、第５ＤＣブロック単位及び第６ＤＣブロック単位を具備し、前記第３結合器が前記第３入力端末、前記第３出力端末、第５負荷端末及び第６負荷端末を有し、前記第５ダイオードが前記第３結合器の前記第５負荷端末に接続しており、前記第６ダイオードが前記第３結合器の前記第６負荷端末に接続しており、前記第５ＤＣブロック単位が前記第５ダイオードと前記第３結合器の前記第５負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第６ＤＣブロック単位が前記第６ダイオードと前記第３結合器の前記第６負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第３有意信号が前記第５及び第６ダイオードの状態を演算するために、前記第５及び第６ＤＣブロック単位の両方へと入力され、また、
   前記第４反射型変調器が第４結合器、第７ダイオード、第８ダイオード、第７ＤＣブロック単位及び第８ＤＣブロック単位を具備し、前記第４結合器が前記第４入力端末、前記第４出力端末、第７負荷端末及び第８負荷端末を有し、前記第７ダイオードが前記第４結合器の前記第７負荷端末に接続しており、前記第８ダイオードが前記第４結合器の前記第８負荷端末に接続しており、前記第７ＤＣブロック単位が前記第７ダイオードと前記第４結合器の前記第７負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第８ＤＣブロック単位が前記第８ダイオードと前記第４結合器の前記第８負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続されており、前記第４有意信号が前記第７及び第８ダイオードの状態を演算するために、前記第７及び第８ＤＣブロック単位の両方へと入力され、
   前記第１有意信号が十分に強い場合に前記第１及び第２ダイオードが作動し、また前記第１有意信号の強さが十分ではない場合に前記第１及び第２ダイオードの作動が停止し、
   前記第２有意信号が十分に強い場合に前記第３及び第４ダイオードが作動し、また前記第２有意信号の強さが十分ではない場合に前記第３及び第４ダイオードの作動が停止し、
   前記第３有意信号が十分に強い場合に前記第５及び第６ダイオードが作動し、また前記第３有意信号の強さが十分ではない場合に前記第５及び第６ダイオードの作動が停止し、
   前記第４有意信号が十分に強い場合に前記第７及び第８ダイオードが作動し、また前記第４有意信号の強さが十分ではない場合に前記第７及び第８ダイオードの作動が停止し、
   前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８ダイオードが基板としてヒ化カリウムを使用するＰＩＮダイオードにより実装される、直交変調器。
4. 前記第１ＤＣブロック単位が第１コンデンサ及び第１抵抗器を含み、前記第２ＤＣブロック単位が第２コンデンサ及び第２抵抗器を含み、前記第１コンデンサが前記第１ダイオードと前記第１結合器の前記第１負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、前記第１抵抗器の一端が前記第１コンデンサと前記第１ダイオードの接続点に接続され、前記第２コンデンサが前記第２ダイオードと前記第１結合器の前記第２負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また前記第２抵抗器の一端が前記第２コンデンサと前記第２ダイオードの接続点に接続されており、
   前記第３ＤＣブロック単位が第３コンデンサ及び第３抵抗器を含み、前記第４ＤＣブロック単位が第４コンデンサ及び第４抵抗器を含み、前記第３コンデンサが前記第３ダイオードと前記第２結合器の前記第３負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、前記第３抵抗器の一端が前記第３コンデンサと前記第３ダイオードの接続点に接続され、前記第４コンデンサが前記第４ダイオードと前記第２結合器の前記第４負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また前記第４抵抗器が前記第４コンデンサと前記第４ダイオードの接続点に接続されており、
   前記第５ＤＣブロック単位が第５コンデンサ及び第５抵抗器を含み、前記第６ＤＣブロック単位が第６コンデンサ及び第６抵抗器を含み、前記第５コンデンサが前記第５ダイオードと前記第３結合器の前記第５負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、前記第５抵抗器の一端が前記第５コンデンサと前記第５ダイオードの接続点に接続され、前記第６コンデンサが前記第６ダイオードと前記第３結合器の前記第６負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また前記第６抵抗器の一端が前記第６コンデンサと前記第６ダイオードの接続点に接続されており、
   前記第７ＤＣブロック単位が第７コンデンサ及び第７抵抗器を含み、前記第８ＤＣブロック単位が第８コンデンサ及び第８抵抗器を含み、前記第７コンデンサが前記第７ダイオードと前記第４結合器の前記第７負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、前記第７抵抗器の一端が前記第７コンデンサと前記第７ダイオードの接続点に接続され、前記第８コンデンサが前記第８ダイオードと前記第４結合器の前記第８負荷端末との間でＤＣブロッキングのために接続され、また前記第８抵抗器の一端が前記第８コンデンサと前記第８ダイオードの接続点に接続されている、請求項３に記載の直交変調器。

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