JPH1168485A - 周波数変換装置および通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数変換装置の低歪み、低雑音化を目的と
する。 【解決手段】 ミクサの前部と後部に可変利得増幅器を
設ける構成とし、各可変利得増幅器の利得を同時に可変
するとともに、低温時にミクサの前部に設けた可変利得
増幅器の利得をミクサの後部に設けた可変利得増幅器の
利得よりも小さく設定し、合わせて所望の設定利得を得
るとともに、高温時には２つの可変利得増幅器の設定利
得が同じかまたは、ミクサの前部に設けた可変利得増幅
器の利得の方を大きくすることにより、低温時に３次混
変調ひずみが少なく、かつ高温時に低雑音な周波数変換
装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はマイクロ波帯で使
用する周波数変換装置の利得制御に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は周波数変換装置全体の利得を温度
に対して一定となるようにするために用いられている従
来の構成例である。図において１は入力端子、２は出力
端子、３は局部発信波入力端子、４は低雑音増幅器、５
はミクサ、２４は可変利得増幅器、２５は可変利得増幅
器用制御信号入力端子である。なお、一般にはミクサと
低雑音増幅器や可変利得増幅器の間にはフィルタやアイ
ソレータが挿入されるが、ここでは省略している。

【０００３】次に動作について説明する。図９に示す従
来の周波数変換装置においては、入力端子１より入力し
た信号は低雑音増幅器４で低雑音増幅され、ミクサ５に
て周波数変換されたのち、可変利得増幅器２４および増
幅器８にて増幅され出力端子２より出力される。ここ
で、可変利得増幅器２４が無かった場合、この周波数変
換装置は図１０（ａ）に示すように、温度に対し利得が
変動する特性を有する。そこで、この温度変動を補正す
る目的で、可変利得増幅器２４に設け、図１０（ｂ）に
示すように、図１０（ａ）の温度特性を打ち消すような
特性にて可変利得増幅器２４を制御することにより、図
１０（ｃ）に示すように、使用されるどの温度でも、周
波数変換装置全体の利得を一定とすることができる。ま
た、ここではこの可変利得増幅器は、可変可能な範囲を
広くするため２段構成としてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、ミクサから出
力される不要スプリアスレベルはダイオードミクサに比
べ、ＦＥＴミクサを用いた方が少なくなるが、従来の周
波数変換装置では、ＦＥＴミクサを用いた場合、ダイオ
ードミクサなどに比較し、同じ入力レベルでは３次混変
調ひずみが大きくなるという問題がある。特に、定電流
動作させたＦＥＴミクサは温度を低くしていった場合に
３次混変調ひずみが増加する。そのため、ミクサへの入
力レベルを低くし、ミクサで発生する３次混変調ひずみ
を少なくする必要があるが、ミクサへの入力レベルを低
くするために低雑音増幅器の利得を小さくすると、入力
端子１から周波数変換装置側を見た雑音が、ミクサやミ
クサの後段の雑音まで影響してしまい、低雑音な周波数
変換装置を作るのが困難であった。

【０００５】また、一般にマイクロ波帯で使用されるＧ
ａＡｓ ＦＥＴは温度を低くするにしたがい利得が増加
する特性をもち、そのため、温度を低くしていくとミク
サへの入力レベルが増加し、さらに３次混変調ひずみが
増大するという問題があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、低温時に３次混変調ひずみが少
なく、かつ高温時に低雑音な周波数変換装置を得ること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係わる周波
数変換装置は、ミクサの前部と後部に可変利得増幅器を
設ける構成とし、各可変利得増幅器の利得を可変すると
ともに、低温時にミクサの前部に設けた可変利得増幅器
の利得をミクサの後部に設けた可変利得増幅器の利得よ
りも小さく設定し、合わせて所望の設定利得を得るとと
もに、高温時には２つの可変利得増幅器の設定利得が同
じかまたは、ミクサの前部に設けた可変利得増幅器の利
得の方を大きくする構成とする。

【０００８】第２の発明に係わる周波数変換装置は、第
１の発明の周波数変換装置において、各可変利得増幅器
の利得制御を１つの制御信号にて同時に行う構成とす
る。

【０００９】第３の発明に係わる周波数変換装置は、第
２の発明の周波数変換装置において、各可変利得増幅器
に電圧制御型を用い、１つの制御用電圧を抵抗を用いた
分圧回路で分圧して各可変利得増幅器を同時に制御する
構成とする。

【００１０】第４の発明に係わる周波数変換装置は、第
２の発明の周波数変換装置において、各可変利得増幅器
にディジタル制御型を用い、制御信号の各ビットと各可
変利得増幅器の制御信号入力端子との接続を２つの可変
利得増幅器で１ビット以上ずらすことにより、１つの制
御信号でかつ少ないビットにて２つの可変利得増幅器の
利得を同時にかつ利得変化量を別々に制御する構成とす
る。

【００１１】第５の発明に係わる周波数変換装置は、第
１〜第４の発明の周波数変換装置において、同一制御信
号に対する利得設定可能範囲が広い可変利得増幅器と、
狭い可変利得増幅器をそれぞれに用いた構成とする。

【００１２】第６の発明に係わる周波数変換を必要とす
る通信装置は、第１〜第５の発明の周波数変換装置を用
いる構成とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示す周
波数変換装置の構成であり、図１において、６は第１の
可変利得増幅器、７は第２の可変利得増幅器、９は第１
の利得可変増幅器用制御信号入力端子、１０は第２の利
得可変増幅器用制御信号入力端子である。また、第１の
可変利得増幅器６と第２の可変利得増幅器７は特性がほ
ぼ同じものを用いることとする。

【００１４】なお、図１において、一般にはミクサと低
雑音増幅器や可変利得増幅器の間にはフィルタやアイソ
レータが挿入されるが、ここでは省略している。

【００１５】次に動作を説明する。入力端子１より入力
した信号は低雑音増幅器４で低雑音増幅され、第１の可
変利得増幅器６にて増幅されたのちミクサ５に入力す
る。ミクサ５にて周波数変換されたのち、第２の可変利
得増幅器７および増幅器８にて増幅され、出力端子２よ
り出力される。

【００１６】また、第１の可変利得増幅器６および第２
の可変利得増幅器７は低雑音増幅器４、ミクサ５、増幅
器８の利得の温度変動を吸収するように設けるもので、
使用されるどの温度でも、周波数変換装置全体の利得が
一定になるように可変利得が設定される。

【００１７】図２にそれぞれの可変利得増幅器の温度に
対する設定利得の一例を示す。温度を感知するサーミス
タを用いた制御回路等により、温度が低くなるに従い、
第１の利得可変増幅器６の設定利得を第２の可変利得増
幅器７の設定利得より小さくし、第１の可変利得増幅器
６の利得と第２の可変利得増幅器７の利得を合わせて所
望の設定利得とすることにより、温度が低くなるに従
い、ミクサ５に入力する信号レベルを小さくでき、ミク
サで発生する３次混変調ひずみを少なくすることができ
るとともに、周波数変換装置全体の利得は一定に保つこ
とができる。また、温度により利得を制御するために、
サーミスタ等を使用し、温度に対して利得を設定できる
ような回路を用いるのが一般的である。

【００１８】ここで、一般にＦＥＴを用いた利得可変増
幅器は設定利得を低くすると雑音指数が悪化するが、温
度が低くなるに従い低雑音増幅器４の利得が増加すると
ともに、低雑音増幅器４の雑音指数が良くなる。さら
に、ミクサなどの雑音指数も良くなるため、周波数変換
装置全体の雑音指数はシステムに影響を与えるほど劣化
しない。

【００１９】一方、一般に高い温度になるほど低雑音増
幅器の利得は低下するとともに、ミクサやミクサの後段
に設けた増幅器などの雑音が増加するため、周波数変換
装置全体の雑音指数は増加する。しかし、図１に示すよ
うに低雑音増幅器４とミクサ５の間に利得可変増幅器６
を設け、高い温度になるほど利得を高くすることによ
り、入力端子１から、ミクサ５までの利得を高くするこ
とが出来るため、周波数変換装置全体の雑音指数は改善
される。

【００２０】このように図１のような構成とし、各可変
利得増幅器の利得を同時に可変するとともに、低い温度
になるに従いミクサの前部に設けた可変利得増幅器の利
得をミクサの後部に設けた可変利得増幅器の利得よりも
小さく設定するとともに、高い温度になるに従い２つの
可変利得増幅器の設定利得が同じかまたは、ミクサの前
部にもうけた可変利得増幅器の利得の方を大きくするこ
とにより、低温時に３次混変調ひずみが少なく、かつ高
温時に低雑音な周波数変換装置を実現できる。

【００２１】また、ここでは周波数変換装置全体の利得
がどの温度でも一定になるように可変利得を設定した
が、温度に対しある傾斜をもつような利得に可変利得を
制御しても構わない。

【００２２】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す周波数変換装置の構成であり、１１は制御信
号入力端子、１２は制御信号分配器であり、図５に示し
た従来例および図１に示した実施の形態１と同一ないし
は相当部分には同一符号を付している。

【００２３】信号が入力し、周波数変換され出力される
までは実施の形態１と同様の動作を行う。

【００２４】ここで、制御信号分配器１２に例えば、図
４に示すようにオペアンプａを使用することにより第１
の可変利得増幅器６と第２の可変利得増幅器７の制御信
号を別々の信号に変換、分配する事ができ、制御信号入
力端子１１に入力した可変利得増幅器制御信号は制御信
号分配器１２によりそれぞれの可変利得増幅器用制御信
号に変換され、それぞれの可変利得増幅器を所望の利得
に設定する。

【００２５】このように１つの制御信号で同時に２つの
可変利得増幅器を別々の利得に制御することにより、温
度を感知し制御信号を作り出す複雑な制御用回路が１つ
ですみ小型になるとともに、実施の形態１と同様に２つ
の可変利得増幅器のそれぞれの利得を制御することによ
り、低温時に３次混変調ひずみが少なく、高温時に低雑
音な周波数変換装置を得ることができる。

【００２６】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３を示す周波数変換装置の構成であり、図において１
３は第１の電圧制御型可変利得増幅器、１４は第２の電
圧制御型可変利得増幅器、１５は分圧回路、１６は第１
の抵抗、１７は第２の抵抗であり、図７に示した従来
例、図１および図３に示した実施の形態１と同一ないし
は相当部分には同一符号を付している。

【００２７】信号が入力し、周波数変換され出力される
までは実施の形態１と同様の動作である。

【００２８】制御信号入力端子１１に入力した制御信号
電圧は分圧回路１５内の第１の抵抗１６および第２の抵
抗１７により分圧され、その分圧された電圧により各可
変利得増幅器１３、１４の利得が設定される。

【００２９】ここで、第１の抵抗１６および、第２の抵
抗１７の抵抗値により分圧の比を自由に設定できるとと
もに、可変利得増幅器の設定電圧を自由に設定すること
が出来る。このため、低温時に第１の電圧制御型可変利
得増幅器１３の利得を第２の電圧制御型可変利得増幅器
１４の利得よりも小さく設定することも可能となる。

【００３０】このように１つの制御電圧を抵抗を用いて
分圧し、同時に２つの電圧制御型可変利得増幅器を制御
することにより、複雑な制御回路が１つですみ制御用回
路が小型になるとともに、制御信号分配回路も小型な抵
抗を用いて構成することにより小型になり、かつ、実施
の形態１と同様に２つの可変利得増幅器のそれぞれの利
得を制御することにより、低温時に３次混変調ひずみが
少なく、高温時に低雑音な周波数変換装置を得ることが
できる。

【００３１】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４を示す周波数変換装置の構成であり、図において１
８は第１のディジタル制御型可変利得増幅器、１９は第
２のディジタル制御型可変利得増幅器であり、図７に示
した従来例および図１，図３，図５に示した実施の形態
と同一ないしは相当部分には同一符号を付している。

【００３２】信号が入力し、周波数変換され出力される
までは実施の形態１と同様の動作である。

【００３３】ここで制御信号が３ビットの時を考える
と、制御信号入力端子１１に入力した制御信号は第２の
ディジタル制御型可変利得増幅器１９に、制御信号の下
位ビットは下位ビット入力端子に、中位ビットは中位ビ
ット入力端子に、上位ビットは上位ビット入力端子に入
力する。一方、上記制御信号を並列分配し、第１のディ
ジタル制御型可変利得増幅器１８に、その制御信号の下
位ビットを中位ビット入力端子に、中位ビットを上位ビ
ット入力端子に、上位ビットは使用しないか、下位ビッ
ト入力端子に入力する。

【００３４】このように制御信号を１ビット以上ずらし
て入力することにより、１つの制御信号で第１のディジ
タル制御可変利得増幅器１８の利得の変化の割合を第２
のディジタル制御型可変利得増幅器１９の利得の変化の
割合よりも大きくすることができる、このため低温時に
第１のディジタル制御型可変利得増幅器１８の利得を第
２のディジタル制御型可変利得増幅器１９の利得よりも
小さく設定し、かつ、高温時には２つの可変利得増幅器
の設定利得が同じかまたは、第１のディジタル制御型可
変利得増幅器１８の利得の方を大きく設定することが可
能となり、制御用回路が小型で、かつ、低温時に３次混
変調ひずみが少なく、高温時に低雑音な周波数変換装置
を得ることができる。

【００３５】また、実施の形態４では制御信号が３ビッ
トの時を考えたが、２ビット以上なら何ビットでも良
い。さらに、実施の形態４では制御を１ビットずらす構
成としたが、所望の特性が得るために、何ビットずらし
てもかまわない。

【００３６】実施の形態５．図７（ａ）（ｂ）はこの発
明の実施の形態４を示す周波数変換装置の構成および、
可変利得増幅器の制御信号に対する設定利得の一例であ
る。図９に示した従来例、図１、図３、図５および図６
に示した実施の形態と同一ないしは相当部分には同一符
号を付している。

【００３７】同一制御信号に対し、ミクサ５の前部に設
ける第１の可変利得増幅器６の利得の変化量が、ミクサ
５の後部に設ける第２の可変利得増幅器７の利得の変化
量よりも大きな増幅器を用い、２つの利得可変増幅器を
同一の制御信号にて同時に可変させることにより、低い
温度になるほど第１の可変利得増幅器６の利得を第２の
利得可変増幅器７の利得よりも小さくなるように設定
し、かつ、高い温度になるに従い２つの可変利得増幅器
の設定利得が同じかまたは、第１の可変利得増幅器の利
得の方を大きくすることにより、低温時に３次混変調ひ
ずみが少なく、かつ高温時に低雑音な周波数変換装置を
実現できる。

【００３８】実施の形態６．図８はこの発明の実施の形
態６を示すもので、実施の形態１から実施の形態５まで
に示したいづれかの周波数変換装置を用いた通信用受信
機である。図８は例えば衛星通信システムに用いられる
中継器を例にとったもので、中継器に入力した受信波は
低雑音増幅器２０にて低雑音増幅され、実施の形態１か
ら実施の形態５までいずれかに示した周波数変換装置２
１に入力する。この周波数変換装置２１では低温時に３
次混変調ひずみが少なく、高温時には低雑音にて周波数
変換される。周波数変換装置より出力された受信波は、
前置増幅器２２、電力増幅器２３にて増幅され出力波と
なり中継器より出力される。このように、低温時に３次
混変調ひずみが少なく、かつ高温時に低雑音な周波数変
換装置を用いることにより、雑音が少なく、かつ不要波
の少ない信号を中継器より送り出すことができる。

【００３９】

【発明の効果】第１の発明に係わる周波数変換装置にお
いては、ミクサの前部と後部に可変利得増幅器を設ける
構成とし、各可変利得増幅器の利得を同時に可変すると
ともに、低温時にミクサの前部に設けた可変利得増幅器
の利得をミクサの後部に設けた可変利得増幅器の利得よ
りも小さく設定し、合わせて所望の設定利得を得るとと
もに、高温時には２つの可変利得増幅器の設定利得が同
じかまたは、ミクサの前部に設けた可変利得増幅器の利
得の方を大きくすることにより、低温時に３次混変調ひ
ずみが少なく、かつ高温時に低雑音な周波数変換装置を
得られる効果がある。

【００４０】第２の発明に係わる周波数変換装置におい
ては、第１の発明の周波数変換装置において各可変利得
増幅器の利得制御を１つの制御信号にて同時に行う構成
としたことにより制御用回路が小型で、かつ、低温時に
３次混変調ひずみが少なく、高温時に低雑音な周波数変
換装置を得られる効果がある。

【００４１】第３の発明に係わる周波数変換装置におい
ては、第２の発明の周波数変換装置において、各可変利
得増幅器に電圧制御型を用い、１つの制御信号電圧を抵
抗を用いた分圧回路で分圧して各可変利得増幅器を同時
に制御する構成としたことにより、制御用回路が小型
で、かつ、低温時に３次混変調ひずみが少なく、高温時
に低雑音な周波数変換装置を得られる効果がある。

【００４２】第４の発明に係わる周波数変換装置におい
ては、第２の発明の周波数変換装置において、各可変利
得増幅器にディジタル制御型を用い、制御信号のビット
の接続を１ビット以上ずらすことにより、１つの制御信
号でかつ少ないビットにて２つの可変利得増幅器の利得
を別々に制御する構成とすることにより、制御用回路が
小型で、かつ、低温時に３次混変調ひずみが少なく、高
温時に低雑音な周波数変換装置を得られる効果がある。

【００４３】第５の発明に係わる周波数変換装置におい
ては、第１の発明から第４の発明の周波数変換装置にお
いて、同一制御信号に対する利得設定可能範囲が広い可
変利得増幅器と、狭い可変利得増幅器をそれぞれに用い
たことを構成とすることにより、低温時に３次混変調ひ
ずみが少なく、高温時に低雑音な周波数変換装置を得ら
れる効果がある。

【００４４】第６の発明に係わる通信装置においては、
第１の発明から第５の発明までいずれかに記載の周波数
変換装置を用いることにより、低温時に３次混変調ひず
みが少なく、高温時に低雑音な周波数変換を必要とする
通信用送受信機を得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による周波数変換装
置の構成図である。

【図２】 実施の形態１を説明する可変利得増幅器の設
定利得特性の一例である。

【図３】 この発明の実施の形態２による周波数変換装
置の構成図である。

【図４】 実施の形態２の制御信号分配器の一例であ
る。

【図５】 この発明の実施の形態３による周波数変換装
置の構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態４による周波数変換装
置の構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態５による周波数変換装
置の構成図および、実施の形態５で使用する可変利得増
幅器の設定利得特性の一例である。

【図８】 この発明の実施の形態６による周波数変換装
置を必要とする通信用送受信機の構成図である。

【図９】 従来の構成による周波数変換装置の構成図で
ある。

【図１０】 温度に対する可変利得増幅器の設定利得と
装置全体の利得の関係を示した図である。

【符号の説明】

１ 入力端子、２ 出力端子、３ 局部発信波入力端
子、４ 低雑音増幅器、５ ミクサ、６ 第１の可変利
得増幅器、７ 第２の可変利得増幅器、８ 増幅器、９
第１の可変利得増幅器用制御信号入力端子、１０ 第
２の可変利得増幅器用制御信号入力端子、１１ 制御信
号入力端子、１２ 制御信号分配器、１３第１の電圧制
御型可変利得増幅器、１４ 第２の電圧制御型可変利得
増幅器、１５ 分圧回路、１６ 第１の抵抗、１７ 第
２の抵抗、１８ 第１のディジタル制御型可変利得増幅
器、１９ 第２のディジタル制御型可変利得増幅器、２
０低雑音増幅器、２１ 周波数変換装置、２２ 前置増
幅器、２３ 電力増幅器、２４ 可変利得増幅器、２５
可変利得増幅器用制御信号入力端子。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ミクサの前部に第１の可変利得増幅器、
   上記ミクサの後部に第２の可変利得増幅器を設けた周波
   数変換装置において、上記第１、第２の可変利得増幅器
   の利得を可変し、上記第１、第２の可変利得増幅器の利
   得を合わせて所定の利得となるように低温時には上記第
   １の可変利得増幅器の利得を上記第２の可変利得増幅器
   の利得よりも小さく設定し、高温時には上記第１、第２
   の可変利得増幅器の設定利得が同じかまたは、上記第１
   の可変利得増幅器の利得の方を大きくしたことを特徴と
   する周波数変換装置。
2. 【請求項２】 各可変利得増幅器の利得制御を１つの制
   御信号にて同時に行うことを特徴とする請求項１記載の
   周波数変換装置。
3. 【請求項３】 各可変利得増幅器に電圧制御型を用い、
   １つの制御信号電圧を抵抗を用いた分圧回路で分圧して
   各可変利得増幅器を同時に制御することを特徴とする請
   求項２記載の周波数変換装置。
4. 【請求項４】 各可変利得増幅器にディジタル制御型を
   用い、制御信号の各ビットと各可変利得増幅器の制御信
   号入力端子との接続を２つの可変利得増幅器で１ビット
   以上ずらすことにより、１つの制御信号でかつ少ないビ
   ットにて２つの可変利得増幅器の利得を同時にかつ利得
   変化量を別々に制御することを特徴とする請求項２記載
   の周波数変換装置。
5. 【請求項５】 可変利得増幅器として同一制御信号に対
   する利得設定可能範囲が広い可変利得増幅器と、狭い可
   変利得増幅器をそれぞれに用いたことを特徴とする請求
   項１から請求項４いずれかに記載の周波数変換装置。
6. 【請求項６】 周波数変換装置を具備した通信装置にお
   いて上記周波数変換装置として請求項１〜請求項５のい
   ずれかに記載の周波数変換装置を用いたことを特徴とす
   る通信装置。