JPH11504193A - ミリメータ波無線用の周波数変換回路および周波数変換方法 - Google Patents
ミリメータ波無線用の周波数変換回路および周波数変換方法Info
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- JPH11504193A JPH11504193A JP10512699A JP51269998A JPH11504193A JP H11504193 A JPH11504193 A JP H11504193A JP 10512699 A JP10512699 A JP 10512699A JP 51269998 A JP51269998 A JP 51269998A JP H11504193 A JPH11504193 A JP H11504193A
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Abstract
(57)【要約】
ミリメータ波無線送信機中の周波数上方変換回路は低い周波数のシンセサイザ(38)と低い周波数の信号をミリメータ波無線周波数（ＲＦ）信号に変換するための並列の周波数混合および増倍ネットワークを使用する。ミリメータ波無線受信機中の周波数下方変換回路は低い周波数のシンセサイザ(62)とミリメータ波ＲＦ信号を低い周波数の信号に変換するための並列の周波数混合および増倍ネットワークを使用する。
Description
【発明の詳細な説明】
ミリメータ波無線用の周波数変換回路および周波数変換方法
［発明の背景］
［発明の技術分野］
本発明は、低い周波数のシンセサイザを使用するミリメータ波範囲の低い周波
数の変調信号と無線周波数信号の間の変換に周波数混合および増倍の組合わせを
使用する周波数変換に関する。
［関係する技術の説明］
ミリメータ波無線では低い周波数のベースバンド変調信号を送信のためにミリ
メータ波無線周波数（ＲＦ）信号に変換する必要がある。ベースバンド変調信号
は変調信号を局部発振器からの中間周波数（ＩＦ）波と混合することによって中
間周波数波を変調して変調されたＩＦ信号を生成し、その周波数はベースバンド
周波数と局部発振器の周波数との和である。
無線送信のためにＩＦ信号をミリメータ波ＲＦ信号に変換する２つの主要な方
式が存在する。第１の方式では、図１に示されるように変調されたＩＦ信号の周
波数を直接ミリメータ波周波数に増倍する。低いベースバンド周波数のｆmodの
変調信号2 はミキサ6 において周波数ｆ1のＩＦ波と混合され、ｆmodとｆ1の和
に等しい中間周波数波ｆIFの上方変換された変調された信号8 を生成する。ＩＦ
信号は周波数増倍器10に供給されてＩＦ信号の周波数はＮ倍に増倍され、ミリメ
ータ波周波数ｆRFのＲＦ信号が生じる。この直接周波数増倍方式は周波数変調（
ＦＭ）レーダシステムに対する米国特許第５，４９５，２５５号明細書に記載さ
れている。
ミリメータ波無線に対する図１の直接周波数増倍方式の主要な欠点は、変調さ
れたＩＦ信号の周波数がＮ倍にされたとき周波数増倍器10に非直線性が導入され
、その結果変調信号に比較して歪んだ信号形態を有するＲＦ信号12が生じること
である。直接周波数増倍はＦＭまたは周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）のよう
な振幅に敏感ではない変調の場合には適している。しかしながら直接周波数増倍
は振幅変調（ＡＭ）または高レベル直角位相振幅変調（ＱＡＭ）のような直線性
が要求される変調の場合には不適当である。
別の通常の方式は、図２に示されるように、ミリメータ波シンセサイザを使用
するためにミリメータ波範囲のＲＦ信号を生成するものである。周波数ｆmodの
ベースバンド変調信号14はミキサ18において周波数ｆ1のＩＦ波と混合されて周
波数ｆIFの変調されたＩＦ信号20を生成する。ＩＦ信号20は高周波ミキサ26にお
いてミリメータ波周波数シンセサイザ24により発生されたミリメータ波22と混合
されて周波数ｆRFの変調されたミリメータ波信号28が生成される。この方式は比
較的低いＲＦ周波数のセルラ電話に対する米国特許第５，４２８，６６８号明細
書に記載されている。
図２に示されたミリメータ波周波数シンセサイザ24は直接ミリメータ波周波数
を合成するための複雑なハードウエアが必要であるため非常に高価である。さら
にミリメータ波周波数シンセサイザは同調帯域幅が限定され、それ故広い帯域幅
の無線には適していない。もしも多数のミリメータ波周波数シンセサイザが所望
の同調帯域幅をカバーするために使用されるならば、無線システムはさらに高価
なものとなる。
［発明の概要］
本発明は、低い周波数のシンセサイザ、複数の周波数増倍器、および複数のミ
キサを使用してベースバンド変調信号をミリメータ波無線周波数（ＲＦ）信号に
変換し、およびその反対に変換する周波数変換回路および変換方法を提供するも
のである。
無線送信機においては、変調された信号はまずに低い周波数のシンセサイザの
シンセサイザ周波数と混合されて変調されたシンセサイザ周波数を生成する。シ
ンセサイザ周波数はまた変調されたシンセサイザ周波数信号に並列の通路で縦続
接続の周波数増倍器中で増倍されてシンセサイザ周波数がミリメータ波周波数に
変換される。このミリメータ波周波数はそれから変調されたシンセサイザ周波数
と混合されて送信するための変調されたミリメータ波ＲＦ信号を生成する。
無線受信機は反対の動作を行う。受信されたＲＦ信号は増倍されたシンセサイ
ザ周波数と混合され、それによって低い変調されたシンセサイザ周波数に下方変
換される。この周波数はそれからシンセサイザ周波数と混合されて受信のための
さらに下方変換された周波数を生成する。
この発明は、２つの異なった特徴を有し、それは低コストの商用無線装置に対
して魅力的なものとする。第１に変調された信号はいかなる回路通路においても
増倍されない。したがって、通常ならば周波数増倍装置によって導入される信号
中の非直線性を避けることができる。この周波数変換回路は基本的に信号の直線
性を保存するから、ＦＭ、ＡＭ、ＱＡＭのような各種の変調フォーマットに対し
て使用可能である。
第２の利点は、低い周波数のシンセサイザを使用することができ、したがって
回路のコストを大幅に減少させることができることである。低い周波数のシンセ
サイザの同調帯域幅は縦続接続の周波数増倍器の複合増倍係数によって増倍され
るから、広いＲＦ同調帯域幅が比較的狭いシンセサイザ同調帯域幅によって得ら
れる。それ故、周波数変換回路中の１個のシンセサイザが無線通信の全帯域幅を
カバーすることができ、さらに回路のコストを減少させることができる。
本発明のこれらおよびその他の特徴および効果は、添付図面と共に以下の詳細
な説明を参照することによって当業者には明らかであろう。
［図面の簡単な説明］
図１は、ＲＦ信号を発生するためにＩＦ信号の直接増倍を使用する上述した従
来のミリメータ波無線送信機の概略図である。
図２は、ミリメータ波周波数シンセサイザを使用する上述した従来のミリメー
タ波無線送信機の概略図である。
図３は、低い周波数のシンセサイザを使用し、周波数増倍と混合との組合わせ
を使用している本発明によるミリメータ波無線送信機および受信機の概略図であ
る。
［発明の詳細な説明］
本発明は、ミリメータ波無線送信機および受信機のための周波数変換回路を提
供する。その回路は低い周波数のシンセサイザの使用し、縦続接続された周波数
増倍器およびミキサを組合わせて送信のために変調信号からミリメータ波ＲＦ信
号に変換し、また受信のためにその反対に変換する。
図３は本発明の好ましい実施形態の概略図である。送信機回路と受信機回路は
基本的には対称である。送信機回路と受信機回路が単一の無線装置中に設けられ
る場合には、対応する機能のための同一のミキサおよび増倍器素子が製造を簡単
にするために送信機と受信機の両者に対して使用されることができる。
送信機においては、周波数ｆtのベースバンド変調信号30がミキサ31において
局部発振器34により発生された周波数ｆtの中間周波数（ＩＦ）波32と混合され
て周波数ｆIFのＩＦ信号36を生成し、その周波数ｆIFはｆtとｆ1の和である。ベ
ースバンド変調信号は５０〜５００ＭＨｚの周波数範囲であることが好ましい。
ベースバンド変調信号を中間周波数を使用することなくＲＦ信号に変換すること
も可能であるが、ベースバンド信号が広い帯域幅を有する場合にはベースバンド
変調信号が最初にＩＦ信号に変換されることが好ましく、広い同調範囲を得るこ
とが可能になる。局部発振器周波数ｆ1はベースバンド周波数ｆtより遥かに高い
ことが好ましく、５００ＭＨｚ乃至３ＧＨｚの範囲であることが好ましい。さら
に、ＩＦ周波数が変調信号のベースバンド周波数のほぼ５倍であることがさらに
好ましく、それによってベースバンド変調周波数はＩＦ周波数より遥かに小さく
なり、濾波および同調が容易になる。例えば、ベースバンド変調信号の周波数が
３００ＭＨｚであれば、ＩＦ周波数は１．５ＧＨｚであることが好ましい。送信
機は低い周波数のシンセサイザ38を使用し、それは好ましくは１〜５ＧＨｚの範
囲のシンセサイザ周波数ｆsynを与える。例えば、もしも、所望のミリメータ波
ＲＦ信号が約４０ＧＨｚであり、所望の複合増倍係数が１０であるならば、シン
セサイザ周波数ｆsynは約４ＧＨｚでなければならない。シンセサイザ周波数は
ミキサ42においてＩＦ信号36と混合されてｆIFとｆsynの和である周波数の信号4
4を生成する。他方の通路においてシンセサイザ周波数は縦続接続された×Ｍ周
波数増倍器46および×Ｎ周波数増倍器48においてそれぞれＭ、Ｎを乗算されて増
倍され、Ｍ×Ｎ×ｆsynである増倍された周波数50を生成し、ここでＭとＮは正
の整数である。増倍係数ＭとＮは位相雑音における過剰な劣化を避けるためにそ
れぞれ５を越えない値であることが好ましい。増倍係数ＭとＮはそれぞれ３に等
しいことがさらに好ましく、それによって９×ｆsynの周波数が生成される。増
倍された周波数の信号50はミキサ52においてｆIF＋ｆsyn信号44と混合され、ｆI F
＋（Ｍ×Ｎ＋１）×ｆsynの周波数のミリメータ波ＲＦ信号54を生成する。ＲＦ
信号54は３０〜９０ＧＨｚの周波数範囲を有することが好ましい。もしも、
各周波数増倍器が好ましい３の増倍係数を有している場合にはＩＦ信号はシンセ
サイザ周波数ｆsynの１０倍のＲＦ信号に上方変換される。この増倍係数はハー
ドウエアの複雑性と増倍により生じる位相雑音の劣化の間の良好な妥協を可能に
する。
この回路は幾つかの異なった効果を有する。第１に変調信号ｆtはミキサ31，4
2，52中における混合だけによって周波数が上方変換され、何等回路通路におい
て周波数増倍されない。したがって、変調信号に対して歪みを生じさせる周波数
増倍器に関連する非直線性を避けることができる。この周波数変換回路は信号の
直線性を維持するから、ＦＭ、ＡＭ、ＱＡＭのような各種の変調フォーマットに
対して適している。第２に１〜５ＧＨｚの範囲の周波数ｆsynを有する低い周波
数のシンセサイザ38はミリメータ波の周波数のシンセサイザに比較して遥かに廉
価に使用されることができる。さらに、シンセサイザ38の同調帯域幅は縦続接続
された周波数増倍器46および48の複合増倍係数によって増倍され、ＲＦ信号54に
対して広いＲＦ同調帯域幅を生じる。それ故、無線システムの全同調帯域幅をカ
バーするためにただ１個の廉価な低い周波数のシンセサイザが必要であるに過ぎ
ない。
別の実施形態においては、２個の縦続接続された周波数増倍器46および48の代
りに１個の周波数増倍器が使用される。しかしながら、５より大きい増倍係数で
は位相雑音の劣化が過大となるため、単一の周波数増倍器によって増倍係数は限
定される。それ故、シンセサイザ周波数ｆsynはもっと高くしなければならない
。したがって、回路のコストは増加する。
無線受信機用の周波数変換回路は動作が逆になることを除いて送信機の変換回
路と同じであることが好ましい。ｆIF＋（Ｍ×Ｎ＋１）×ｆsynの周波数の受信
されたＲＦ信号56はミキサ58によって周波数が下方変換され、ミキサ58はシンセ
サイザ62の周波数ｆsynを縦続接続された増倍器64，66で増倍して得られた周波
数波60と入来したＲＦ信号56とを混合する。下方変換された信号68はその後ミキ
サ70においてシンセサイザ周波数ｆsynと混合されて周波数ｆIFのＩＦ信号72に
さらに下方変換される。ＩＦ信号72はその後ミキサ74において局部発振器34から
のＩＦ波32と混合されてベースバンド周波数ｆrを有するベースバンド変調信号
76を生成する。ミリメータ波無線において１個のＩＦ局部発振器34が同じＩＦ周
波数を使用して送信と受信の両方に使用されることができる。さらに、送信機と
受信機の周波数変換回路は対応する機能のために同一のミキサおよび増倍器素子
を使用することができ、したがって製造コストはさらに減少させることができる
。送信機と受信機が互いに離れている場合には、両者に対して別々の局部発振器
が必要となるであろう。
上述の送信周波数変換回路の利点は受信機回路にも適用される。その利点には
低い信号ひずみ、低い雑音劣化、広い同調帯域幅、および廉価な低い周波数のシ
ンセサイザの使用等が含まれる。
この発明のいくつかの例示的な実施形態が図示され、説明されたが、多くの変
形および変更された実施形態が当業者によって行われるであろう。そのような変
形および変更された実施形態は添付された請求の範囲の記載によって定められた
本発明の技術的範囲から逸脱することなく行われることができるものである。
【手続補正書】
【提出日】１９９８年８月４日
【補正内容】
請求の範囲
１．比較的低い周波数の入力信号(36)を比較的高い周波数の出力信号(54)に変換
する周波数上方変換回路において、
前記出力信号(54)の周波数よりも実質的に低い周波数のシンセサイザ信号を発
生する周波数シンセサイザ(38)と、
前記シンセサイザ(38)に接続されてシンセサイザ信号の周波数を増倍係数によ
って乗算して増倍されたシンセサイザ周波数信号(50)を発生する１以上の周波数
増倍装置(46，48)と、
前記シンセサイザ(38)に接続されてシンセサイザ信号と前記入力信号(36)とを
混合して変調されたシンセサイザ信号を生成する第１段のミキサと、
変調されたシンセサイザ信号を前記増倍されたシンセサイザ周波数信号と混合
して無線送信のための前記出力信号(54)を発生させる第２段のミキサとを具備し
ていることを特徴とする周波数上方変換回路。
２．比較的高い周波数の入力信号(56)を比較的低い周波数の出力信号(72)に変換
する周波数下方変換回路において、
前記入力信号(56)の周波数よりも実質的に低い周波数のシンセサイザ信号を発
生する周波数シンセサイザ(62)と、
前記シンセサイザ(62)に接続されてシンセサイザ信号の周波数を増倍係数によ
って乗算して増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)を発生させる１以上の周波
数増倍装置(64，66)と、
増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)と前記入力信号(56)とを混合して変調
されたシンセサイザ信号(68)を発生させるように接続された第１段のミキサ(58)
と、
変調されたシンセサイザ信号(68)を前記シンセサイザ(62)の信号と混合して無
線受信のための前記出力信号(72)を発生させる第２段のミキサ(70)とを具備して
いることを特徴とする周波数下方変換回路。
３．比較的低い周波数の入力信号(36)を比較的高い周波数の出力信号(54)に変換
する方法において、
前記出力信号(54)の周波数よりも実質的に低い周波数のシンセサイザ周波数を
有するシンセサイザ(38)の信号を生成し、
シンセサイザ周波数を乗算して増倍されたシンセサイザ周波数信号(50)を生成
し、
前記シンセサイザ(38)の信号を前記入力信号と混合して変調されたシンセサイ
ザ信号(44)を生成し、
変調されたシンセサイザ信号(44)を前記増倍されたシンセサイザ周波数信号(5
0)と混合して無線送信のための前記出力信号(54)を発生させることを特徴とする
変換方法。
４．比較的高い周波数の入力信号(56)を比較的低い周波数の出力信号(72)に変換
する方法において、
前記入力信号(56)の周波数よりも実質的に低いシンセサイザ周波数を有するシ
ンセサイザ信号(62)を発生し、
シンセサイザ信号の周波数を増倍して増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)
を生成し、
前記増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)を前記入力信号(56)とを混合して
変調されたシンセサイザ信号(68)を生成し、
変調されたシンセサイザ信号(68)を前記シンセサイザ(62)の信号と混合して前
記出力信号(72)を発生させることを特徴とする変換方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ウォルツマン、チェイム
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
90505、トランス、ブラッフ・ストリート
4078
(72)発明者 サントス・ジュニア、レイモンド
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
90808、ロング・ビーチ、ラットガーズ・
アベニュー 3666
(72)発明者 ヘネガン、リチャード・ティー
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
90278、レドンド・ビーチ、グレビリー・
アベニュー 18337
(72)発明者 ブラッケッター、スティーブ
アメリカ合衆国、カリフォルニア州
90505、トランス、コーンブラム・アベニ
ュー 18822
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １．比較的低い周波数の入力信号(36)を比較的高い周波数の出力信号(54)に変換 する周波数上方変換回路において、 前記出力信号(54)の周波数よりも実質的に低い周波数のシンセサイザ信号を発 生する周波数シンセサイザ(38)と、 前記シンセサイザ(38)に接続されてシンセサイザ信号の周波数を増倍係数によ って乗算して増倍されたシンセサイザ周波数信号(50)を発生する１以上の周波数 増倍装置(46，48)と、 前記シンセサイザ(38)に接続されてシンセサイザ信号と前記入力信号(36)とを 混合して変調されたシンセサイザ信号を生成する第１段のミキサと、 変調されたシンセサイザ信号を前記増倍されたシンセサイザ周波数信号と混合 して無線送信のための前記出力信号(54)を発生させる第２段のミキサとを具備し ていることを特徴とする周波数上方変換回路。 ２．さらに、発振器信号(32)を発生する中間周波数（ＩＦ）発振器(34)と、 ベースバンド変調信号(30)を前記発振器信号(32)と混合して前記入力信号(36) を生成するＩＦミキサ(31)とを具備している請求項１記載の回路。 ３．前記周波数増倍装置(46，48)は２個の周波数増倍器(46，48)を具備し、その 一方の周波数増倍器(46)は整数Ｍの増倍係数を有し、他方の周波数増倍器(48)は 整数Ｎの増倍係数を有している請求項１または２記載の回路。 ４．比較的高い周波数の入力信号(56)を比較的低い周波数の出力信号(72)に変換 する周波数下方変換回路において、 前記入力信号(56)の周波数よりも実質的に低い周波数のシンセサイザ信号を発 生する周波数シンセサイザ(62)と、 前記シンセサイザ(62)に接続されてシンセサイザ信号の周波数を増倍係数によ って乗算して増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)を発生させる１以上の周波 数増倍装置(64，66)と、 増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)と前記入力信号(56)とを混合して変調 されたシンセサイザ信号(68)を発生させるように接続された第１段のミキサ(58) と、 変調されたシンセサイザ信号(68)を前記シンセサイザ(62)の信号と混合して無 線受信のための前記出力信号(72)を発生させる第２段のミキサ(70)とを具備して いることを特徴とする周波数下方変換回路。 ５．さらに、発振器信号(32)を発生する中間周波数（ＩＦ）発振器(34)と、 前記出力信号(72)を前記発振器信号(32)と混合してベースバンド変調信号(76) を生成するＩＦミキサとを具備している請求項４記載の回路。 ６．前記周波数増倍装置(64，66)は２個の周波数増倍器(64，66)を具備し、その 一方の周波数増倍器(64)は整数Ｍの増倍係数を有し、他方の周波数増倍器(66)は 整数Ｎの増倍係数を有している請求項４または５記載の回路。 ７．比較的低い周波数の入力信号(36)を比較的高い周波数の出力信号(54)に変換 する方法において、 前記出力信号(54)の周波数よりも実質的に低い周波数のシンセサイザ周波数を 有するシンセサイザ(38)の信号を生成し、 シンセサイザ周波数を乗算して増倍されたシンセサイザ周波数信号(50)を生成 し、 前記シンセサイザ(38)の信号を前記入力信号と混合して変調されたシンセサイ ザ信号(44)を生成し、 変調されたシンセサイザ信号(44)を前記増倍されたシンセサイザ周波数信号(5 0)と混合して無線送信のための前記出力信号(54)を発生させることを特徴とする 変換方法。 ８．前記入力信号(36)はベースバンド変調信号(30)をＩＦ発振器信号(32)と混合 することによって発生される請求項７記載の方法。 ９．比較的高い周波数の入力信号(56)を比較的低い周波数の出力信号(72)に変換 する方法において、 前記入力信号(56)の周波数よりも実質的に低いシンセサイザ周波数を有するシ ンセサイザ信号(62)を発生し、 シンセサイザ信号の周波数を増倍して増倍されたシンセサイザ周波数信号(60) を生成し、 前記増倍されたシンセサイザ周波数信号(60)を前記入力信号(56)とを混合して 変調されたシンセサイザ信号(68)を生成し、 変調されたシンセサイザ信号(68)を前記シンセサイザ(62)の信号と混合して前 記出力信号(72)を発生させることを特徴とする変換方法。 １０．前記出力信号(72)は前記出力信号(72)をＩＦ発振器信号(32)と混合するこ とによってベースバンド変調信号(76)に下方変換される請求項９記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| US707,168 | 1996-09-03 | ||
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