JPH0595228A - 位相雑音低減装置 - Google Patents

位相雑音低減装置

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JPH0595228A
JPH0595228A JP3040166A JP4016691A JPH0595228A JP H0595228 A JPH0595228 A JP H0595228A JP 3040166 A JP3040166 A JP 3040166A JP 4016691 A JP4016691 A JP 4016691A JP H0595228 A JPH0595228 A JP H0595228A
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JP
Japan
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signal
phase
frequency
output
modulation means
Prior art date
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Pending
Application number
JP3040166A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Ueno
洋 上野
Hideji Ito
秀次 伊藤
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SHIGUTETSUKU KK
Original Assignee
SHIGUTETSUKU KK
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Publication date
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 電圧制御発振器をPLL制御して得られたR
F信号が位相変調器5に入力する。位相変調器5の出力
RF信号は、FM検波器36により検波される。このF
M検波器36から出力されるRF信号の周波数の変動成
分が位相変調器5に出力される。位相変調器5は、この
出力に応じて位相変調器5に入力するRF信号の位相を
位相変動を無くする方向に変化させる。 【効果】 本発明によれば、位相雑音を微妙な調整なし
に効果的に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、FM搬送波等に含まれ
る信号源から発生する位相雑音を低減させて信号純度を
改善する位相雑音低減装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車電話の普及等により無線通
信使用者が増加し、それに伴ってチャンネルの狭帯域化
の必要が増してきた。しかしながら、実際の信号源から
出力されるFM搬送波等の信号には位相雑音が含まれて
おり、この位相雑音がチャンネルの狭帯域化を妨げる大
きな要因となっている。
【0003】図3は、信号源から出力されるFM搬送波
のスペクトラムの一例を示したものである。ここでf01
〜f04は各チャンネルの中心周波数である。いま、中心
周波数f03で信号源からFM搬送波が出力されると、そ
のFM搬送波は図3に示したようにオフセット周波数f
OFF の増加に伴ってそのエネルギーが減少する位相雑音
を含んでいる。このような状態で中心周波数f04で通信
を行うとすれば、周波数f04での位相雑音のエネルギー
以上のエネルギーを必要とし、それ以下のエネルギーで
は通信不能となる。
【0004】以上のような理由から、チャンネルの狭帯
域化を促進するためには、位相雑音の低減がぜひとも必
要である。
【0005】このような位相雑音を低減させる方式とし
ては、位相同期ループ(PLL)や周波数同期ループ
(FLL)を用いて電圧制御発振器(VCO)を制御す
る方式が従来から知られている。
【0006】PLLを用いて位相雑音を低減させて信号
純度を改善した場合には、図4に示すようにオフセット
周波数fOFF の低い範囲での位相雑音のエネルギーを一
定レベルに押えることができる。
【0007】また、FLLを用いて信号純度を改善した
場合には、図5に示すようにオフセット周波数fOFF
高い範囲で、−6dB/octで位相雑音のエネルギー
を押えることができる。
【0008】しかしながら、PLL方式でオフセット周
波数fOFF の高域側(約300Hz以上)まで位相雑音
を低減させるためには、分周比を少なくしたり、多重ル
ープにしなければならずその設計が困難になるという問
題がある。さらに多重ループにした場合には、スプリア
スの発生原因ともなり、また回路規模が大きくなるた
め、信頼性や製造費の面で新たな問題が生じる。
【0009】一方、FLL方式では、オフセット周波数
OFF の低減側(約300Hz以下)の位相雑音を低減
させるには、約300Hz以下の周波数変動に起因する
位相の変動を検出しなければならない。そのためには、
例えばFLLに用いられる遅延線を長くするなど、装置
の製造面での問題を克服しなければならない。
【0010】そこで、従来装置ではPLLとFLLを組
み合わせて、オフセット周波数の低減側ではPLLでV
COを制御し、オフセット周波数の高域側ではFLLで
VCOを制御していた。
【0011】図6は、従来の位相雑音低減装置の構成を
示すブロック図である。図6において、61は電圧制御
発振器(VCO)、62はPLL装置、63はFLL装
置、64は加算器、65はフィルタ、70は減衰器、6
6,67は抵抗器、68,69はコンデンサである。以
上のように構成された従来例においては、オフセット周
波数の低減側ではPLL装置62がVCO61を制御
し、高域側ではFLL63がVCO61を制御するよう
にあらかじめ制御系が設計されている。
【0012】このような従来例によれば、図7に示すよ
うにVCO61から出力される位相雑音を含んだ破線で
示す信号を、実線で示す信号に改善することができる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例には以下のような問題点があった。
【0014】それは、PLLとFLLとの制御が切換わ
るクロスオーバー点(オフセット周波数)の最適点は通
常1つであり、その調整が困難なことである。すなわ
ち、図7において最適なクロスオーバー点のオフセット
周波数をf1とすれば、その点がオフセット周波数の低
減側(f2 )に移動しても、高域側(f3 )に移動して
も位相雑音のエネルギーが斜線部分または点を付した部
分のように増加してしまう。そして、このクロスオーバ
ー点はVCO等の周波数特性に依存している。従って、
従来例においては、各装置毎にVCO等の周波数特性を
あらかじめ測定してROM等に記憶させ、そのデータに
基づいてコンピュータが図6に示す減衰器70を制御し
てクロスオーバー点付近でも位相雑音の増加を防いでい
た。
【0015】さらに、上記従来例ではチャンネルの変更
等VCOの出力周波数を変化させる場合において、PL
Lは周波数を変化させるように動作し、FLLは周波数
を一定に保つように動作するために、応答速度が低下し
たり、装置の動作が不安定になったりするという問題点
があった。
【0016】本発明の目的は、PLLとFLLとの相互
の調整を必要とせず、またチャンネルの変更等の周波数
変更時に応答速度が速く安定に動作する位相雑音低減装
置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明は、周波数指示信号に応じた周波数の無線
周波信号を発生する電圧制御発振器の前記周波数指示信
号を位相同期ループによって制御する手段と、当該位相
同期ループによって制御された前記電圧制御発振器の出
力無線周波信号を入力して該無線周波信号の位相を制御
信号に応じて変化させ出力端に供給する位相変調手段
と、該位相変調手段の出力信号を検出し、当該信号をF
M検波して得られる当該信号の周波数の変動成分を前記
位相変調手段に前記制御信号として出力するFM検波手
段とを具え、前記位相変調手段は前記制御信号に応じて
前記周波数の変動成分が無くなる方向に、入力する無線
周波信号の位相を変化させて前記出力端に供給すること
を特徴とする。
【0018】
【作用】以上のように構成された本発明によれば、位相
同期ループによって制御する手段が無線周波信号を出力
する電圧制御発振器を制御して中心周波数付近の位相雑
音のエネルギーを一定レベルに低減させる。
【0019】このようにオフセット周波数の低減側の位
相雑音が低減した信号が位相変調手段に入力する。この
位相変調手段の出力信号はFM検波手段によって検出さ
れてFM検波される。FM検波手段は、FM検波して得
られた位相変調手段の出力信号の周波数の変動成分を位
相変調手段に出力する。位相変調手段はFM検波手段の
出力に応じて、周波数の変動成分が無くなる方向に入力
信号の位相を変化させて出力端に供給する。
【0020】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0021】図1は本発明の一実施例の概略構成を示す
ブロック図である。図1において、1は電圧制御発振器
(VCO)、2はPLL装置、4はPLLの諸特性を最
適にするためのループフィルタ、5は位相変調器、6は
FLL装置、7はFLLの諸特性を最適にするためのル
ープフィルタ、8は信号出力端である。
【0022】以上のように構成された本実施例において
は、VCO1がPLL制御される。そして周波数指示信
号によって規定される中心周波数のオフセット周波数の
低減側の位相雑音のエネルギーが低減した図4の実線で
示したような信号が位相変調器5に供給される。このよ
うな信号のオフセット周波数の高域側の位相雑音のエン
ルギを、FLL装置6,ループフィルタ7および位相変
調器5が後述するように低減させて出力端8に供給す
る。
【0023】このとき、PLLとFLLとの両ループが
独立しているために、従来例のようにクロスオーバー点
が変動してこの付近の位相雑音のエネルギーが増加する
ようなことはない。また、チャンネルの変更等VCOの
出力周波数を変化させる場合、FLLは周波数を元のま
まに留めようとするが、その動作は位相変調器5の変調
範囲に限定されており、最大限その位相量だけしか変動
しないために、応答速度がほとんど低下しない。
【0024】次にFLL6について図2を用いて詳しく
説明する。
【0025】図2において、21は前段の回路と位相変
調器5とのアイソレーションをすると共に位相変調器5
での損失を補うためのRFバッファアンプ、22は充分
な出力レベルの信号を得るためのRFドライバアンプ、
23はローパスフィルタ、24は入力端9から出力端8
までのゲインを「1」にするための減衰器である。25
は、入力するRF信号を2つに分割するパワースプリッ
タ、26は移相器、27は入力したRF信号を遅延させ
るディレーライン、28は入力する2つのRF信号の位
相差を検出する位相検波器である。
【0026】ここで、パワースプリッタ25,移相器2
6,ディレーライン27および位相検波器28は90°
サーボ回路29,抵抗器31およびコンデンサ34と共
にミキサを用いたFM検波器36を構成している。この
位相検波器28は入力する2つのRF信号の位相差が9
0°のとき、その位相差の変動を最もよく検出する構成
となっているので、移相器26は入力するRF信号の位
相を90°ズラせて位相検波器28に出力するようにし
てある。このようにディレーライン27によって得られ
る現在以前のRF信号と現在のRF信号との位相差を時
々刻々検出することで、FM検波器36はFM検波を行
う。また、このFM検波器36は図2に示した構成でな
くてもよく、例えばパルスカウント方式のFM検波器で
あってもよい。
【0027】位相検波器28の出力信号は、ループフィ
ルタ7と抵抗器30およびコンデンサ33によって構成
されるフィルタとを介して位相変調器5に供給されると
ともに、抵抗器31およびコンデンサ34によって構成
されるフィルタを介して90°サーボ回路29に供給さ
れる。すなわち、位相検波器28の2つの入力信号の位
相差に対応する直流成分が90°サーボ回路29に供給
され、2つの入力信号の位相差の変動に対応する交流成
分が位相変調器5に供給される。
【0028】この供給された信号に応じて位相変調器5
は、位相検波器28に入力する2つのRF信号の位相差
の変動を無くする方向に供給されるRF信号の位相を±
90°の範囲で変化させる。
【0029】また、90°サーボ回路29は、供給され
る信号に応じて、位相検波器28に入力する2つのRF
信号の位相差が90°になるように移相器26をサーボ
する。このように、位相検波器28に入力する2つのR
F信号の位相差を90°にするようにすることによっ
て、位相検波器28が入力する2つのRF信号の位相差
の変動を最もよく検出するようにしてある。
【0030】以上のように構成された位相変調器5を用
いるFLLでは、位相雑音のオフセット周波数が高けれ
ば高いほど、FM検波器36の出力信号の変動が大きく
なるために、位相変調器5での位相変化量が多くなる。
【0031】従って、オフセット周波数が高ければ高い
ほど、低エネルギーの位相雑音を低減させることができ
る。また、このような構成のFLLは、位相雑音を低減
させるのみでなくスプリアスを低減させる効果もある。
【0032】さらに、図2に示した装置を単独で用い
て、既存の信号源から出力される信号、例えば信号発生
器の出力端子から出力される信号の純度を改善すること
ができる。このとき、YIG発信器のようにFM変調端
子によって変調できる周波数の上限が制限されているよ
うな装置でも、図2に示した装置は有効である。それ
は、制御信号をYIG発信器のFM変調端子に出力して
YIG発信器を制御する必要がないためである。すなわ
ち、YIG発信器の出力端子にこの装置を接続するだけ
で、YIG発信器の出力信号の純度を、FM変調端子に
よって変調できる範囲に制限されることなく改善するこ
とができる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、PLLとFLLとの相
互の微妙な調整を必要とせずに両者を効果的に動作させ
て位相雑音を低減させることができるとともに、周波数
変更時の応答速度を低下させずに安定的に動作させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の概略構成を示すブロック図
である。
【図2】図1にしたFLL装置の構成を示す回路図であ
る。
【図3】FM搬送波のスペクトラムの一例を示す図であ
る。
【図4】図3に示した信号をPLLによって改善したス
ペクトラムを示す図である。
【図5】図3に示した信号をFLLによって改善したス
ペクトラムを示す図である。
【図6】従来装置の構成を示すブロック図である。
【図7】従来装置の動作説明図である。
【符号の説明】
1 電圧制御発振器 2 PLL装置 4,7 ループフィルタ 5 位相変調器 6 FLL装置 8 出力端 9 入力端 21 RFバッファアンプ 22 RFドライバアンプ 23 ローパスフィルタ 24 減衰器 25 パワースプリッタ 26 移相器 27 ディレーライン 28 位相検波器 29 90°サーボ回路 30,31,32 抵抗器 33,34,35 コンデンサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数指示信号に応じた周波数の無線周
    波信号を発生する電圧制御発振器の前記周波数指示信号
    を位相同期ループによって制御する手段と、 当該位相同期ループによって制御された前記電圧制御発
    振器の出力無線周波信号を入力して該無線周波信号の位
    相を制御信号に応じて変化させ出力端に供給する位相変
    調手段と、 該位相変調手段の出力信号を検出し、当該信号をFM検
    波して得られる当該信号の周波数の変動成分を前記位相
    変調手段に前記制御信号として出力するFM検波手段と
    を具え、 前記位相変調手段は前記制御信号に応じて前記周波数の
    変動成分が無くなる方向に、入力する無線周波信号の位
    相を変化させて前記出力端に供給することを特徴とする
    位相雑音低減装置。
  2. 【請求項2】 入力端に入力する無線周波信号の位相を
    制御信号に応じて変化させ出力端に供給する位相変調手
    段と、 該位相変調手段の出力信号を検出し、当該信号をFM検
    波して得られる当該信号の周波数の変動成分を前記位相
    変調手段に前記制御信号として出力するFM検波手段と
    を具え、 前記位相変調手段は前記制御信号に応じて前記周波数の
    変動成分が無くなる方向に、入力する無線周波信号の位
    相を変化させて前記出力端に供給することを特徴とする
    位相雑音低減装置。
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