JP7451225B2

JP7451225B2 - Ｎ逓倍器

Info

Publication number: JP7451225B2
Application number: JP2020030707A
Authority: JP
Inventors: 治夫小島
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2024-03-18
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: JP2021136543A

Description

この発明の実施形態は、Ｎ逓倍器に関する。

高周波用の周波数変換器に使用される従来のＮ逓倍器は、ＦＥＴ又はダイオードを使用して基本波をＮ逓倍する逓倍回路と、逓倍回路の出力端に接続され、逓倍回路から出力される高調波のうち、Ｎ逓倍波を通過させ、（Ｎ－１）逓倍波以下、（Ｎ＋１）逓倍波以上を抑圧するバンドパスフィルタとを備える。例えば、２逓倍器では、基本波を２逓倍する逓倍回路の出力端に、２逓倍波を通過させ、基本波と３逓倍波を抑圧するバンドパスフィルタを接続した構成となっている。すなわち、逓倍回路に基本波を入力すると、高調波が生成されるが、この高調波は次数が高くなるに従ってレベルが低下する。そこで、取り出したい次数の高調波だけを抽出するために、２逓倍器の場合、基本波と３逓倍波を抑圧するバンドパスフィルタを逓倍回路の出力端に接続して、２逓倍波だけを取り出す方法をとるが一般的である。

ところで、動作する周波数が固定、または狭帯域の場合は従来の構成で問題はないが、動作周波数を可変した場合は次のような問題が生じる。例えば、基本波の周波数を１０％下げた場合には、２逓倍波、３逓倍波の周波数も１０％下がるが、周波数の偏移量は２逓倍波で２倍、３逓倍波で３倍となる。従って、２逓倍波はバンドパスフィルタの通過帯域内のためレベルは確保できるが、３逓倍波はバンドパスフィルタの通過帯域近傍で十分抑圧できないことになる。なお、３逓倍波を抑圧するために、バンドパスフィルタの通過帯域幅を狭くすると、取り出したい２逓倍波もバンドパスフィルタの通過帯域外となり、抑圧されてしまう。また、バンドパスフィルタの通過帯域幅を狭くしてＲＦスイッチによって複数のバンドパスフィルタを切り換える方式もあるが、切換用ＲＦスイッチ、及び切換用ＲＦスイッチのドライバも必要となり、機器の大型化、高コスト化を招く。

特開昭６３－２０９８５号公報

以上のように、高周波用の周波数変換器に用いられる従来のＮ逓倍器では、逓倍器から出力される高調波のうち、Ｎ逓倍波を通過させ、（Ｎ－１）逓倍波、（Ｎ＋１）逓倍波を抑圧するバンドパスフィルタの通過帯域が固定であるため、動作周波数を可変した場合に（Ｎ＋１）逓倍波の抑圧が不十分となるという問題があった。

本発明に係る実施形態の課題は、基本波の周波数が低下したとしても、バンドパスフィルタの通過帯域幅を保持したまま（Ｎ＋１）逓倍波を十分に抑圧できるＮ逓倍器を提供することにある。

実施形態に係るＮ逓倍器によれば、動作周波数が設定周波数から可変する基本波をＮ（Ｎは２以上の自然数）逓倍する逓倍回路と、前記逓倍回路の出力端に入力端が接続される入力側Ｔ分岐回路と、前記入力側Ｔ分岐回路の第１の出力端に入力端が接続される低域用バンドパスフィルタと、前記入力側Ｔ分岐回路の第２の出力端に入力端が接続される高域用バンドパスフィルタと、前記低域用バンドパスフィルタの出力端に第１の入力端が接続され、前記高域用バンドパスフィルタの出力端に第２の入力端が接続され、前記低域用バンドパスフィルタの出力、前記高域用バンドパスフィルタの出力を合わせて出力する出力側Ｔ分岐回路と、を備える。前記低域用バンドパスフィルタの入力経路には、インピーダンスを調整する第１の線路が配置され、前記低域用バンドパスフィルタの出力経路には、インピーダンスを調整する第２の線路が配置され、前記高域用バンドパスフィルタの入力経路には、インピーダンスを調整する第３の線路が配置され、前記高域用バンドパスフィルタの出力経路には、インピーダンスを調整する第４の線路が配置される。前記低域用バンドパスフィルタは、前記逓倍回路から出力されるＮ逓倍波を通過させ、（Ｎ－１）逓倍波及び（Ｎ＋１）逓倍波を抑圧する低域用の通過帯域を備え、前記低域用の通過帯域の中心周波数が前記基本波の設定周波数より低い特性を有し、前記高域用バンドパスフィルタは、前記逓倍回路から出力されるＮ逓倍波を通過させ、（Ｎ－１）逓倍波及び（Ｎ＋１）逓倍波を抑圧する高域用の通過帯域を備え、前記高域用の通過帯域の中心周波数が前記基本波の設定周波数より高い特性を有する。前記第１の線路と前記第２の線路の線路長は、それぞれ前記高域用バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数で、前記入力側Ｔ分岐回路の第１の出力端側、前記出力側Ｔ分岐回路の第１の入力端側から前記低域用バンドパスフィルタを見たインピーダンスがそれぞれ開放となるように設定され、前記第３の線路と前記第４の線路の線路長は、前記低域用バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数で、前記入力側Ｔ分岐回路の第２の出力端側、前記出力側Ｔ分岐回路の第２の入力端側から前記高域用バンドパスフィルタを見たインピーダンスがそれぞれ開放となるように設定される。

図１は、実施形態に係る２逓倍器の構成を示すブロック図である。図２は、実施形態で適用される２逓倍器の従来構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す２逓倍器において、Ａ点から見たインピーダンス特性を示す特性図である。図４は、図１及び図２に示す２逓倍器の処理動作を比較して示す波形図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る２逓倍器の構成を示すブロック図である。図１において、１はＦＥＴ又はダイオードを使用した、基本波を２逓倍する逓倍回路である。この逓倍回路１の出力端には、入力側Ｔ分岐回路２の入力端が接続される。入力側Ｔ分岐回路２の第１の出力端は、線路４を介して低域用バンドパスフィルタ８の入力端に接続され、同フィルタ８の出力端は線路５を介して出力側Ｔ分岐回路３の第１の入力端に接続される。また、入力側Ｔ分岐回路２の第２の出力端は、線路６を介して高域用バンドパスフィルタ９の入力端に接続され、同フィルタ９の出力端は線路７を介して出力側Ｔ分岐回路３の第２の入力端に接続される。

なお、低域用バンドパスフィルタ８及び高域用バンドパスフィルタ９による合計帯域幅は、図２に示す従来構成による２逓倍器（逓倍回路１の出力端にバンドパスフィルタ１０の入力端を接続した構成）で用いられているバンドパスフィルタ１０の帯域幅と等しくなるように選定される。また、線路４と線路５の線路長は高域用バンドパスフィルタ９の通過帯域の中心周波数で、図１のＡ点、Ｃ点から見たインピーダンスがそれぞれ開放となるように設定される。また、線路６と線路７の線路長は低域用バンドパスフィルタ８の通過帯域の中心周波数で、図１のＢ点、Ｄ点から見たインピーダンスがそれぞれ開放となるように設定される。一例として、図３に、図１のＡ点から見たインピーダンス特性を示す。

すなわち、線路４は、高域用バンドパスフィルタ９の通過帯域の中心周波数で、線路長が図１のＡ点から見たインピーダンスが開放となるように設定される。線路５は、高域用バンドパスフィルタ９の通過帯域の中心周波数で、線路長が図１のＣ点から見たインピーダンスが開放となるように設定される。線路６は、低域用バンドパスフィルタ８の通過帯域の中心周波数で、線路長が図１のＢ点から見たインピーダンスが開放となるように設定される。線路７は、低域用バンドパスフィルタ８の通過帯域の中心周波数で、図１のＤ点から見たインピーダンスを開放となるように設定される。

上記構成による２逓倍器の処理動作を、図２に示す従来構成の場合と比較して説明する。
まず、図２に示す従来構成の２逓倍器において、逓倍回路１に基本波を入力すると、逓倍回路１で生成された高調波は次数が高くなるに従ってレベルが低下する。そこで、取り出したい次数の高調波だけを抽出するために、バンドパスフィルタ１０で２逓倍波を通過させ、基本波と３逓倍波を抑圧する。この場合、バンドパスフィルタ１０は、図４（ａ）の特性Ａのように、基本波の周波数低下を考慮して、十分な通過帯域幅を確保している。

しかしながら、上記従来構成の２逓倍器では、バンドパスフィルタ１０の周波数帯域が固定であるため、図４（ｂ）に示すように、基本波の周波数が１０％低下した場合には、２逓倍波、３逓倍波の周波数も１０％下がり、周波数の偏移量は２逓倍波で２倍、３逓倍波で３倍となる。したがって、２逓倍波はバンドパスフィルタ１０の通過帯域内のためそのレベルを確保できるものの、３逓倍波がバンドパスフィルタ１０の通過帯域近傍で十分抑圧できないことになる。なお、３逓倍波を抑圧するために、バンドパスフィルタ１０の通過帯域幅を狭くすると、取り出したい２逓倍波もバンドパスフィルタ１０の通過帯域外となって、抑圧されてしまう恐れがある。

これに対して、本実施形態に係る２逓倍器では、低域用バンドパスフィルタ８と高域用バンドパスフィルタ９を備え、それぞれ図４（ａ）に示すように、２逓倍波を通過帯域内に含める特性Ｌ，Ｈを有するものとする。この構成によれば、基本波の周波数が１０％下がると、２逓倍波、３逓倍波の周波数も１０％下がるが、周波数の偏移量は図４（ｃ），（ｄ）に示すように２逓倍波で２倍、３逓倍波で３倍となり、２逓倍波は図４（ｃ）に示すように低域用バンドパスフィルタ８の通過帯域内のためレベルは確保でき、３逓倍波は図４（ｄ）に示すように低域用バンドパスフィルタ８と高域用バンドパスフィルタ９とで十分に抑圧できる。これは、本来の通過帯域を２分割することで、各バンドパスフィルタ８，９の通過帯域幅を狭く設定できるため、帯域近傍の帯域外抑圧度を向上できるためである。通常、通過帯域幅と通過帯域近傍の通過帯域外の抑圧度は相関が強く、フィルタの段数が同じ場合は、通過帯域幅が狭い方が通過帯域近傍の通過帯域外の抑圧度を向上させることができる。

以上のように、本実施形態に係る２逓倍器では、基本波の周波数が低下したとしても、バンドパスフィルタの全通過帯域幅を保持したまま３逓倍波を十分に抑圧できる。特に、入出力のＴ分岐回路１，３とインピーダンスの位相補正用線路４，５，６，７を組合せることにより、損失が小さく、ＲＦスイッチの必要無いフィルタを形成して、機器の小型化、低コスト化を実現することができる。

なお、上記実施形態では、２逓倍器に適用した場合を説明したが、Ｎ逓倍器の場合も同様に実施可能である。この場合、バンドパスフィルタを低域用、高域用だけでなく、複数の帯域に分割するようにしてもよい。具体的には、基本波をＮ逓倍する逓倍回路に対して、Ｎ逓倍されたＮ逓倍波を通過させ、他の逓倍波を抑圧する通過帯域をｎ個の周波数帯域に分割してそれぞれの周波数帯域を受け持つｎ個のバンドパスフィルタを容易し、逓倍回路の出力端に入力端が接続され、ｎ個の周波数帯域の系統に分岐してｎ個のバンドパスフィルタに出力する入力側分岐回路と、ｎ個のバンドパスフィルタの出力をｎ個の入力端から入力してそれぞれのバンドパスフィルタの通過逓倍波を出力する出力側分岐回路とを配置し、ｎ個のバンドパスフィルタの入力経路、出力経路に、それぞれインピーダンスを調整する線路群を配置するようにすれば、基本波の周波数が低下したとしても、ＲＦスイッチを用いずに、不要な帯域を抑圧しつつ、目的の逓倍波を取り出すことができる。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…逓倍回路、２…入力側Ｔ分岐回路、３…出力側Ｔ分岐回路、４，５，６，７…線路、８…低域用バンドパスフィルタ、９…高域用バンドパスフィルタ、１０…バンドパスフィルタ。

Claims

動作周波数が設定周波数から可変する基本波をＮ（Ｎは２以上の自然数）逓倍する逓倍回路と、
前記逓倍回路の出力端に入力端が接続される入力側Ｔ分岐回路と、
前記入力側Ｔ分岐回路の第１の出力端に入力端が接続される低域用バンドパスフィルタと、
前記入力側Ｔ分岐回路の第２の出力端に入力端が接続される高域用バンドパスフィルタと、
前記低域用バンドパスフィルタの出力端に第１の入力端が接続され、前記高域用バンドパスフィルタの出力端に第２の入力端が接続され、前記低域用バンドパスフィルタの出力、前記高域用バンドパスフィルタの出力を合わせて出力する出力側Ｔ分岐回路と、
前記低域用バンドパスフィルタの入力経路に配置され、インピーダンスを調整する第１の線路と、
前記低域用バンドパスフィルタの出力経路に配置され、インピーダンスを調整する第２の線路と、
前記高域用バンドパスフィルタの入力経路に配置され、インピーダンスを調整する第３の線路と、
前記高域用バンドパスフィルタの出力経路に配置され、インピーダンスを調整する第４の線路と
を具備し、
前記低域用バンドパスフィルタは、前記逓倍回路から出力されるＮ逓倍波を通過させ、（Ｎ－１）逓倍波及び（Ｎ＋１）逓倍波を抑圧する低域用の通過帯域を備え、前記低域用の通過帯域の中心周波数が前記基本波の設定周波数より低い特性を有し、
前記高域用バンドパスフィルタは、前記逓倍回路から出力されるＮ逓倍波を通過させ、（Ｎ－１）逓倍波及び（Ｎ＋１）逓倍波を抑圧する高域用の通過帯域を備え、前記高域用の通過帯域の中心周波数が前記基本波の設定周波数より高い特性を有し、
前記第１の線路と前記第２の線路の線路長を前記高域用バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数で、前記入力側Ｔ分岐回路の第１の出力端側、前記出力側Ｔ分岐回路の第１の入力端側から前記低域用バンドパスフィルタを見たインピーダンスがそれぞれ開放となるように設定し、
前記第３の線路と前記第４の線路の線路長を前記低域用バンドパスフィルタの通過帯域の中心周波数で、前記入力側Ｔ分岐回路の第２の出力端側、前記出力側Ｔ分岐回路の第２の入力端側から前記高域用バンドパスフィルタを見たインピーダンスがそれぞれ開放となるように設定した
Ｎ逓倍器。