JPH05206876A - 二重周波数変換器 - Google Patents

二重周波数変換器

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JPH05206876A
JPH05206876A JP4014188A JP1418892A JPH05206876A JP H05206876 A JPH05206876 A JP H05206876A JP 4014188 A JP4014188 A JP 4014188A JP 1418892 A JP1418892 A JP 1418892A JP H05206876 A JPH05206876 A JP H05206876A
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Takashi Ohira
孝 大平
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 送受信機の二重周波数変換器に関し、PLL
における電圧制御発振器の非線形性を補正するためのメ
モリや可変利得増幅器などを不要とし、しかも広帯域に
わたって位相雑音特性の優れた二重周波数変換器の実現
を目的とする。 【構成】 ミクサと電圧制御発振器とから成る周波数変
換器を2組備え、入力信号を2度周波数変換して出力す
る二重周波数変換器において、2つのミクサのうち高い
周波数側のミクサは下側波帯変換であり、2つの電圧制
御発振器の差の周波数を得る第3のミクサを備え、この
ミクサの出力を分周した後、基準発振器出力信号と位相
比較し、位相比較結果の交流成分を低い周波数側の電圧
制御発振器の周波数制御端子に帰還し、位相比較結果の
直流成分を高い周波数側の電圧制御発振器の周波数制御
端子に帰還する回路を具備することにより構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】マイクロ波デジタル無線通信方式
などのように、比較的広い同調範囲にわたって低位相雑
音特性が要求される通信回線に使用する送信機や受信機
の局部発振器(以下局発とも言う)の構成法に関する。
【0002】
【従来の技術】以下、従来の局部発振器の構成法につい
て、送信機の場合を例に採って説明する。受信機用局部
発振器の場合は周波数の関係こそ逆になるが動作原理は
送信機の場合と同様である。一般に、送信周波数がマイ
クロ波というような高い周波数の場合、入力信号を一度
に高い周波数へ変換すると、局発漏洩やイメージ信号漏
洩など好ましくないことが発生しやすくなる。
【0003】そこで、解決策として、入力信号を一旦比
較的高い第2中間周波数へ変換した後、所望の送信周波
数へ変換することが一般的である。これを二重周波数変
換(ダブルスーパーヘテロダインまたはダブルコンバー
ジョン)と呼んでいる。
【0004】従来の二重周波数変換器の例を図2に示
す。図2において、21は第1ミクサ、22は第2ミク
サ、24は第1中間周波増幅器、25は第2中間周波増
幅器、26はRF増幅器、27は第1局部発振器、28
は第2局部発振器、29は水晶発振器、30は可変分周
器、31は周波数設定スイッチ、32,33は、位相比
較器(PD)、34は固定分周器、35は可変分周器、
36,37はループフィルタ(LF1,LF2)、38
は可変利得増幅器、39はメモリ(ROM)を表わして
いる。
【0005】多くの場合、一定のIF入力周波数f1
(例えばf1=100MHz )に対して送信出力周波数f
3を可変とすることが要求される。このため、2つの局
発のうちどちらかを周波数可変とするのが一般的であ
る。
【0006】通常、第1局発f12固定で第2局発f2
3を可変とする場合が多い。なぜなら、第2中間周波数
を固定できるからである。IF入力周波数をf1、第2
中間周波数をf2、RF送信周波数をf3、第1局発周
波数をf12、第2局発周波数をf23と書くと、これ
らの関係は、 f2=f12±f1 f3=f23−f2=f23−f12±f1 となる。従って、f23を可変とすることにより送信周
波数f3を可変できる。上式で復号±は第1の周波数変
換の方式が上側波帯変換か下側波帯変換かで±が変わ
る。
【0007】さて、環境温度変動や経年変化などによる
送信周波数のふらつきを防ぐために、実用的な送信機で
は2つの局発27,28はいずれもPLL(位相同期)
方式で周波数の安定化を図ってあるのが一般的である。
周波数の基準となる水晶発振器29の周波数をfoと書
くと、 f12=K×fo f23=N×fo となる。KとNはそれぞれ固定分周器34と可変分周器
35の分周比である。
【0008】以下、具体的に説明するために数値例とし
て、 fo=10MHz,f1=100MHz,f2=1GHz,f3=1
0〜11GHz f12=1.1GHz,f23=11〜12GHz K=110,N=1100〜1200 とする。ここで、〜は可変範囲を表す記号である。
【0009】このように、比較的広い(この場合10
%)周波数範囲をカバーするには、局発の共振器はあま
り高Qなものは使えない。なぜなら、高Q共振器は可変
範囲が狭いからである。例えば、Q=1000程度の誘
電体共振器は可変範囲は数MHzしかない。広帯域送受信
機では、可変範囲を広くするために可変容量素子(バラ
クタ)を共振器に密に結合している。この密結合により
共振器のQファクタが低くなっている。
【0010】これにより発振器の位相雑音が増加する。
この位相雑音増加を抑制するために、ループフィルタの
帯域を広くして下記文献等に示されるPLLによる位相
雑音抑圧効果により低位相雑音特性を得ている。
【0011】〔文献1〕T.Ohira et al:“Dual-chip Ga
As monolithic integration Ku-bandphase-locked-loop
microwave synthesizer,”IEEE Trans.Microwave Theo
ry and Tech.,MTT-38,pp.1204-1209,Sept.1990.
【0012】
【発明が解決しようとする課題】ところで、PLLによ
る位相雑音抑圧を十分に行なうにはPLLのループ利得
を最適に保つ必要がある。ループ利得が低すぎると十分
な抑圧効果が得られない。逆にループ利得が高すぎる
と、キャリア近傍の雑音は抑圧されるが一方でキャリア
からやや離調した雑音が増大したり、ループ自身が発振
してしまうことさえもある。ループ利得が変動する主た
る要因として電圧制御発振器の制御特性の非線形性があ
る。すなわち、制御電圧に対して発振周波数がリニアに
変化しない(図3に例を示す)ことである。
【0013】言い換えると、周波数変調感度(図3の曲
線の傾き)が一定でなく制御電圧によって変化してしま
う。図3の例では、変調感度の最高値は最低値の2〜3
倍である。この原因は、1)バラクタのCV曲線が直線
ではない、2)バラクタの容量値と共振周波数の関係が
直線でない、という2点である。このように、ループ利
得は発振周波数により変化する。
【0014】この問題は広い同調範囲が要求される場合
に特に深刻になる。従来の広帯域送受信機では、これを
防ぐために電圧制御発振器の変調特性をメモリ(一般的
にはROM)に記憶させこれによって可変利得増幅器を
制御するなどしてループ利得を一定に保つような工夫を
施している。このように、従来の周波数変換器では局発
の電圧制御発振器の非線形性を補正するためにROMや
可変利得増幅器などが必要であり、しかも電圧制御発振
器の変調特性を装置組立時にあらかじめ測定しROMに
焼き付ける工程が必要であった。
【0015】本発明は上述のような従来の問題点を解決
するため成されたもので、電圧制御発振器の非線形性を
補正するためのメモリや可変利得増幅器などを不要と
し、しかも広帯域にわたって位相雑音特性の優れた二重
周波数変換器を提供することを目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上述の目
的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成され
る。すなわち、本発明は、ミクサと電圧制御発振器とか
ら成る周波数変換器を2組備え、入力信号を2度周波数
変換して出力する二重周波数変換器において、2つのミ
クサのうち高い周波数側のミクサは下側波帯変換であ
り、2つの電圧制御発振器の差の周波数を得る第3のミ
クサを備え、このミクサの出力を分周した後、基準発振
器出力信号と位相比較し、位相比較結果の交流成分を低
い周波数側の電圧制御発振器の周波数制御端子に帰還
し、位相比較結果の直流成分を高い周波数側の電圧制御
発振器の周波数制御端子に帰還するように構成した二重
周波数変換器である。
【0017】
【作用】本発明は、2つの局発のうち一方(周波数可
変)において発生する位相雑音と等しい位相変動を他方
(周波数固定)の局発で発生させ、お互いに打ち消し合
わせることにより、トータルで低位相雑音特性を達成す
る。以下本発明の作用等に関し、実施例に基づいて詳細
に説明する。
【0018】本発明による二重周波数変換器の一実施例
を図1に示す。図1において、1は第1ミクサ、2は第
2ミクサ、3は第3ミクサ、4は第1中間周波増幅器、
5は第2中間周波増幅器、6はRF増幅器、7は第1局
部発振器、8は第2局部発振器、9は水晶発振器、10
は可変分周器、11は周波数設定スイッチ、12は位相
比較器(PD)、13は低域通過フィルタ(LPF)、
14はループフィルタ(LF)、15は直流阻止用の蓄
電器を表わしている。
【0019】周波数の関係は図2の場合と同じく f2=f12±f1・・・・・・・・・・・・・・(1) f3=f23−f2=f23−f12±f1・・・(2) である。
【0020】上式で復号±は第1の周波数変換の方式が
上側波帯変換か下側波帯変換かで変わるが、どちらの場
合でも本発明は適用できる。ただし、第2の周波数変換
は下側波帯変換に限る。
【0021】2つの局発7,8の差の周波数f23−f
12を得る第3のミクサ3を備え、このミクサの出力を
可変分周器10によって分周し、分周出力信号と水晶発
振器9の出力信号とを位相比較し、位相比較結果の直流
成分を第2の電圧制御発振器(第2局部発振器8)の周
波数制御端子に帰還する。可変分周器10の分周比Nの
値は、 (f23−f12)÷N=fo・・・・・・・・・(3) となるように選ぶ。式(3)を式(2)に代入すると、 f3=N×fo±f1 となり、送信RF周波数f3は安定化される。
【0022】Nの値を変えることにより第2の電圧制御
発振器の周波数f23が変化し、所望の送信RF周波数
f3を得ることができる。例えば、送信RF周波数f3
が図2の場合と同じ値となるためには、N=990〜1
090とすればよい。
【0023】ところで、第2の電圧制御発振器の周波数
制御端子に帰還されているのは位相比較結果の直流成分
のみである。すなわち、このPLLはループ帯域が非常
に低く(例えば数百Hz以下)、したがって発振周波数は
水晶foに同期しているが発振位相は自走発振時のよう
に変動している。
【0024】この位相変動成分をΔφとし、一方の第1
局発の位相変動をΔψと書くこととすると、ΔφとΔψ
は第3のミクサの入力信号の位相変動となるので、第3
のミクサの出力信号の位相変動はΔφ−Δψとなる。こ
れに従って、可変分周器10の出力信号の位相変動は
(Δφ−Δψ)÷Nとなる。
【0025】位相比較器12(PD)はこの変動成分を
検出してこれに比例した電圧を出力する。その出力電圧
pdは Vpd=kpd×(Δφ−Δψ)÷N となる。ここでkpdは位相比較器12の検出感度〔V/
rad〕である。この電圧Vpdで第1の電圧制御発振器
(第1局部発振器7)に負帰還することによりV pdを抑
圧する。
【0026】従って(Δφ−Δψ)が零に近づく。すな
わちΔψはΔφとほぼ等しい位相変動となり、第2の周
波数変換は下側波帯変換であるので打ち消し合って送信
出力には現われない。
【0027】さて、ループフィルタLFの伝達関数をF
(ω)とすると、このPLLのループ利得は下式で示さ
れる。 Kpd×F(ω)÷N
【0028】上式において、KpdとF(ω)は一定であ
るので、この値は送信周波数を変えた(Nを変える)際
に大きく変化しない(上述の数値例の場合10%程
度)。第2局発の周波数を変えた場合に、第2の電圧制
御発振器の制御曲線(図3)がたとえ極端に非線形であ
ってもそれはループ利得に全く関与しない。この点が本
発明のキーポイントである。すなわち、可変範囲内の全
ての送信周波数に於てループ利得がほぼ一定となり、常
にΔψはΔφを等振幅で打ち消すことになる。従来例で
はループ利得が送信周波数の変化に伴って数倍に変動し
たが、本発明によりこれを回避できる。従って、広帯域
にわたって低位相雑音の二重周波数変換器を得ることが
可能となる。
【0029】以上の説明では、送信機の場合を例に採っ
て述べているが、前にも記したように受信機の場合には
信号の入出力の方向が逆になるだけであるから、本発明
を送信機の場合と同様に適用することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば二
重周波数変換器の局発において電圧制御発振器の非線形
性を補正するためのメモリや可変利得増幅器などを不要
とすることができる。さらに、ループ利得の調整が必要
なループフィルタ(LF)が1箇所でよいという特長も
ある。また、同調範囲が広い送受信機においても広帯域
にわたって位相雑音特性をほぼ一定に保つことができる
ので本発明は非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】従来の二重周波数変換器の例を示す図である。
【図3】電圧制御発振器のFV曲線の例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1 第1ミクサ 2 第2ミクサ 3 第3ミクサ 4 第1中間周波増幅器 5 第2中間周波増幅器 6 RF増幅器 7 第1局部発振器 8 第2局部発振器 9 水晶発振器 10 可変分周器 11 周波数設定スイッチ 12 位相比較器 13 低域通過フィルタ 14 ループフィルタ 15 直流阻止用の蓄電器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ミクサと電圧制御発振器とから成る周波数
    変換器を2組備え、 入力信号を2度周波数変換して出力する二重周波数変換
    器において、 2つのミクサのうち高い周波数側のミクサは下側波帯変
    換であり、 2つの電圧制御発振器の差の周波数を得る第3のミクサ
    を備え、 該第3のミクサの出力を分周した後、基準発振器出力信
    号と位相比較し、 位相比較結果の交流成分を低い周波数側の電圧制御発振
    器の周波数制御端子に帰還し、 位相比較結果の直流成分を高い周波数側の電圧制御発振
    器の周波数制御端子に帰還する回路を具備することを特
    徴とする二重周波数変換器。
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