JPS61234104A - 相互変調抑圧特性改善回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、意図的に非直線性を利用する周波数変調段と
か周波数変換段、また意図的ではないにしても大きな入
力に対しては非直線性を有さざるを得ない高周波増幅段
等の個々の周波数信号処理回路段にあって、相互変調抑
圧特性を改善する回路に関し、特に、相互変調効果によ
り発生するビート波それ自体を側路させ、除去するか、
または少６なくともそのレベルを低減させることにより
、実効的に相互変調抑圧特性を改善する回路に関する。

（従来の技術〉 無線送受信器などの高周波信号処理回路系において考慮
しなければならない問題の一つに、いわゆる相互変調効
果がある。

これは周知のように、複数の周波数信号によりそれら整
数倍の周波数群の間で原理的には無数のビート波が発生
する現象を言う、但し勿論、次数の低いビート波の方が
相対レベルは大きい。

ところで、こうした相互変調効果によって発生するビー
ト波の中には、その信号処理回路段で取扱うべく予定さ
れている信号の周波数、すなわち所期信号波（乃至希望
信号波）の周波数オーダに比すと、かなりかけ離れた周
波数オーダのものもある。

例えば９００ＫＨｚの所期信号波と９００．１ＭＨｚの
妨害信号波が入力し、それらの間に相互変調が生じた場
合、相対的にはかなり低周波な１００ＫＨｚというビー
ト周波数成分が生ずる。

しかるに、このように相対的にかなり低い周波数オーダ
にあるビート波それ自体は、後続のバンド・パス・フィ
ルタ系等にて簡単に除去できるため、それが単独で問題
になることはない。

問題となるのは、そうした相対的低周波成分が所期信号
波に対して及ぼす混変調や、当該ビート波が更に副次的
に関与する相剰的な相互変調である。

例えば上記のように、９００ＭＨｚ帯に対しては周波数
的に相当に離れている１００ＫＨｚなるビート波ではあ
っても、そのレベルが大きければ、これが当該所期信号
波周波数９００Ｍ）ｌｚに対して混変調を掛けるという
ことは十分にあり得る。

モして一旦、こうした混変調が生じてしまうと、いくら
後段にバンド・パス・フィルタが設けてあっても、当該
混変調を受けた周波数成分は所期周波数信号と区別がつ
かなくなり、これを通過してしまうことがある。

また一方、発生したビート波が他のビート波との間で、
または所期信号波との間で、更に相剰的に相互変調を起
こし、所期信号波の周波数に極めて近い周波数成分を生
じたり、のみならず、それがまた更なる混変調の要因と
なることもあり、その結果は、やはり所期信号波とは区
別できない周波数成分が生じ得る。

こうした極めて複雑なメカニズムが更に後続の周波数変
換段や増幅系にて同様に繰返されていくと、最終的にや
がては検波、増幅されて、雑音波であるにもかかわらず
、所期情報成分と同様に出力されてしまう不要周波数成
分（誤情報）も生ずる。

一般的に言っても、ある周波数信号処理回路段の出力に
見られる不要周波数成分は、実は単純な相互変調効果に
のみよって発生したものばかりではなく、混変調等も含
み、相剰的な要因により発生したものであることがかな
り多い。

してみるに従来においては、上記のようなメカニズムが
あるにした所で、いづれにしても根本的な原因としての
相互変調効果を抑圧できさえずれば確実に雑音波の発生
確率を低減できるという考えから、というよりもむしろ
、上記のような実際の発生メカニズムには余り注目した
例がなく、専ら、第一次的に発生する相互変調自体を低
減させようとする試みばかり、為されていた。

例えば高周波増幅段等の線形回路段では、そのダイナミ
ック・レンジを広げ、直線性を高めることにより、極力
ビート波が発生しないようにして相互変調抑圧対策とし
ていたし、変調回路段や周波数変換段等、逆に非直線性
であることが回路機能上、必要条件とされる非線形回路
段では、それ自体で相互変調を抑えることは原理的に不
可能なため、前段に設けるバンド・パス・フィルタ乃至
結合同調回路の選択度を高めることにより、当該非線形
回路段の入力にできるだけ所期周波数信号以外の妨害周
波数信号が入って来ないようにすることで相互変調の抑
圧を図っていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記従来例におけるように、線形回路段と非線形回路段
とで対策を区別分けし、線形回路段については直線性の
向上を図り、非線形回路段に関してはそれを挟む前後の
フィルタ系乃至結合同調系の共振係数Ｑを高める等して
、それぞれ相互変調の発生確率それ自体を低減しようと
する試みは、確かに一つの有効な手法ではある。

しかし問題となるのは、まず第一に、実際に受信器等を
組み上げる場合、上記直線性の向上や共振係数Ｑの向上
には相応な限界があるということである。良好な直線性
とかＱを有する素子を確保することや、最適な動作点を
相互変調の観点からのみ設定することは、コストや歩留
まり、他の電気的仕様条件等に鑑みると、実際上、かな
りな制約を受けるからである。

また、いくら前後に優秀な周波数選択回路を設けた所で
、例えばそうした回路を介してではなく、周波数変換段
の入力に直接に妨害波が入って来てしまったような場合
には、当該妨害波と所期信号波との間で生ずるビート波
が所期信号波に混変調を掛けたり、更なる相互変調を生
じたりする挙動を防ぐ手立は一切、ない。

この点は、妨害波の相対レベルが大きい場合、線形回路
でも同様となる０例え直線性に十二分な配慮を施したと
はいっても、非直線領域を完全になくすことは不可能だ
からである。

すなわち、従来の相互変調締圧特性改善のための試みは
、いづれも、そもそもビート波を発生させないようにす
ることに主眼を置いており、したがって逆に、発生して
しまったビート波に対しては何の抵抗もできなかった。

本発明はこうした事情に鑑み、従来、余り着目されるこ
とのなかった雑音波の生成メカニズム。

すなわち、相互変調効果に起因してはいるが実際には当
該相互変調により生じたビート波による所期信号波の混
変調や当該ビート波が関与する更なる相剰的相互変調が
雑音波を生じている場合も多いとの知見に基づき、当該
雑音波発生の問題を各回路段で個別的に解決することを
主目的として成されたものである。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、本発明においては、意図的に
、または非意図的にではあるが非線形要素を含む周波数
信号処理回路段に対して直接に、該周波数信号処理回路
段が処理すべき所期信号波と、該所期信号波は異なる周
波数の妨害波との相互変調効果により発生するビート波
の周波数帯域を通過させる側路回路を設けたことを特徴
とする相互変調抑圧特性改善回路： を提供する。

（作　用〉 本発明によれば、ある周波数信号処理回路段において、
それが意図的であるにしろ非意図的であるにしろ、非線
形要素を含むが故に妨害波の入力により相互変調効果を
介してビート波を生成し得る可能性があったとしても、
発生したビート波を側路回路を介して除去するか、少な
くとも側路した分だけはそのレベルを低減し得るため、
結果として当該ビート波が所期信号波に対して混変調を
掛ける確率や、当該ビート波が更に副次的に関与する相
剰的相互変調の発生を抑えることができる。

すなわち本発明は、従来のように、相互変調の発生それ
自体を防ぐのではなく、相互変調によって発生したビー
ト波を除く方向に作用する。

換言すれば、本発明は、相互変調効果に起因してはいる
が、それに基づく混変調や相剰的な相互変調を抑圧する
ことで実効的に相互変調抑圧特性を改善するものと言え
、従来における相互変調防止対策によっても尚、除き得
なかったビート波成分を低減するものである。

したがってまた、従来の相互変調抑圧対策はそれ自体、
本発明と同等競合するものではなく、むしろ効果的に併
用することができる。相互変調抑圧対策を施したにもか
かわらず、発生してしまったビート波を除去するか、少
なくともそのレベルを低減するために本発明を作用させ
得るからである。

ビート波の側路回路は、公知既存の回路技術をして当業
者であれば適当なるものを組むことができる。一般には
インダクタンスとキャパシタとの直列共振回路として構
成することができ、その場合、その同調周波数はまた、
任意設計的に定めることができる。

例えば既述した例におけるように、除去すべきビート波
の周波数帯域が所期信号波の周波数帯域９００ＭＨｚオ
ーダに対して十分に離れている数ＩＱＯＫＨｚオーダで
ある場合には、当該数１００ＫＨｚ帯域を吸収するよう
な中心周波数の共振回路とすれば良い。

但し一般に、本発明のような目的においては、除去すべ
きビート波の周波数を一波、乃至その近傍の複数波に限
定できる場合はともかく、当該共振回路のＱはむしろ小
さい方が良い。広い周波数範囲に亘っての複数のビート
波群を吸収できるからである。

上記のような周波数関係を逆に考えれば、除去乃至レベ
ル低減すべきビート波群の周波数帯域が所期信号波のそ
れに対して相当に離れているということが、対象とする
周波数信号処理回路段に対して直接に上記のような側路
回路を設けても、当該回路段に与えられる所期信号波の
レベル低減は招かないで済む理由となっている。

く実　施　例〉 第１図には本発明の基本的な実施例が示されている。同
図（Ａ）は周波数変換段等の意図的な非線形回路段１ａ
への適用例、同図（Ｂ）は高周波増幅回路段等、原則と
して線形であることが望まれるが非意図的に非線形性を
有さざるを得ない線形回路段１ｂへの適用例を示してい
る。

第１図（＾）に示す非線形回路段が周波数変換段であっ
たとすると、一般にこの回路段１ａの入力端子Ｔ＋には
、前段からの受信周波数信号Ｈと局部発振周波数信号ｆ
２とが与えられる。

各信号の符号がそのまま各信号の周波数を表すものと約
束すると、この周波数変換段１ａの正規の働きとしては
、入力端子Ｔｉに与えられた、共に予定されている所期
信号周波数としての周波数ｆ１とｆ２の差成分（乃至和
成分）を出力端子ＴＯに出力することである。

しかし、この回路段１ａの入力端子Ｔｉに対して直接に
妨害信号ｆｎが入力して来た場合には、第一所期信号（
受信信号）　ｆｌまたは第二所期信号（局部発振信号）
　ｆ２との間で相互変調を起こして複数のビート波ｆｂ
、、、、を発生する。説明の便宜のため。

−次のビート波のみを取り挙げると、当該ビート波ｆｂ
は１次式ｌ）または２）で表される。

Ｆｂ＝ｆｌ±ｆｎ　　　　　　　　　　　　、、、、１
）ｆｂ＝ｆ２±ｆｎ　　　　　　　　　　　　、、、、
２）このビート波は一般に所期信号ｆｌ、ｆ２の周波数
オーダとはかなり離れたものとなる。

しかし、この信号レベルが大きいと、所期信号ｒ１また
はｆ２がそれにより混変調を受けることがある。という
よりも、こうした非線形回路段では。

当然、そうした混変調が起きるものと覚悟せねばならな
い。

更にまた、こうしたビート波ｆｂは、副次的な相互変調
をも起こす可能性があり、そうして発生した副次的なビ
ート波がまた、混変調や相互変調を起こすこともある。

してみるに、本発明によっては、このビート波ｆｂを側
路させる側路回路ｌＯをこの場合、入力端子Ｔｉに対し
て直接に接続する。したがって、相互変調の結果、ビー
ト波ｆｂが発生しても、このビート波ｒｂは非線形回路
段１ａを通過することなく１図示の場合、接地に向けて
側路、分流される。

そのため、当該ビート波ｆｂの実効レベルは少なくとも
低減され、至上、完全に除去されて、所期信号ｆｌ、　
１２が混変調を受ける確率や、副次的、相剰的な相互変
調が発生する確率は十分に低下させられる。

一方で所期信号ｆｌ、ｆ２は側路回路１０の影響を受け
ることなく、所定通り、周波数変換段等の非線形回路段
１ａに入力して行くことができる。

こうしたメカニズムは第１図（Ｂ）に示されている高周
波増幅段等の線形回路１ｂにおいても基本的には同様で
ある。

この種の線形回路１ｂの役割は、入力端子Ｔｉに入力し
てきた所期信号波ｆ１に対してできるだけ歪を与えるこ
となく増幅したり、乃至はインピーダンス変換したりす
ることにあるが、入力信号波レベルがかなり大きくなる
と、どうしても非線形領域に入っての動作となることが
多い。

したがって、妨害信号波ｆｎのレベルが大きければ、先
の１）式に代表されるようなビート波成分子すが生じ、
これが所期信号波ｆ１に対して混変調を掛け、あるいは
また副次的な相互変調を生ずるようにもなる。

そこで本発明の思想を適用して、その入力端子Ｔｉに正
規信号経路と並列に側路回路ｌＯを挿入しておけば１発
生し得るビート波ｆｂを線形回路段１ｂにて不測にも処
理させることがなく、出力端子ＴＯには与えられた周波
数成分の所期信号ｆ１の処理結果をのみ得ることができ
る。

このようにして、本発明により、相互変調効果に基づく
ビート波が災いする混変調や副次的な相互変調を低減し
得た結果は、結局、従来から相互変調抑圧特性として規
定されている特性要素を改善したことと実効的に等価と
なる。

本発明の回路は、例えば既存の無線周波数受信系を例に
採っても、以下に記すように、その各所に採用すること
ができる。

第２図には９００ＭＨｚ帯の既存の無線受信器に通常予
想される概略構成が示されている。簡単に信号の流れを
追うと、アンテナ２０から入力してきた高周波信号は、
中心周波数９００ＭＨｚで例えばバンド幅ＢＷ＝　４Ｍ
Ｈｚ　（すなわち片側に２ＭＨｚづつ）の第一バンド・
パス・フィルタ２１を介した後、高周波増幅段２２にて
高周波増幅され、再び第一バンド・パス・フィルタと同
じ中心周波数９００ＭＨｚ　、バンド幅４ＭＨｚの第二
バンド・パス・フィルタ２３に通され、第一ミクサ（周
波数変換段）２４に入力される。

第一ミクサ２４には、チャネル選択のため、中心周波数
８５０ＭＨｚでチャネル間隔毎にステップ可能な第一局
部発振回路２５からの局部発振信号も与えられており、
その結果、当該第一ミクサ２４の出力には５０ＭＨｚに
ビート・ダウンされた信号が生ずる。

この信号は、例えば中心周波数５０ＭＨｚでバンド幅が
２０ＫＨｚ程度の第三バンド・パス・フィルタ２Ｂを介
した後、第二局部発振回路２Ｂの発振する固定の第二局
部発振周波数との間で第二ミクサ２７により更にビート
・ダウンされ、通常の中間周波数としての４５５ＫＨ２
に変換される。

この信号は中心周波数４５５ＫＨｚ　、バンド幅１５Ｋ
Ｈｚ程度の比較的Ｑの高い第四バンド・パス・フィルタ
２９を介した後、検波段３０に与えられる。

その後は１図示していないが通常の低周波信号処理回路
を介して、例えばオーディオ信号として聴取者に出力さ
れていく。

このような回路系にあっては、例えば高周波増幅段２２
の入力にて何等かの妨害波との間で相互変調が生じ、所
期信号が混変調を受けたり相馬的な相互変調が発生する
と、当該混変調（振幅変調）を受けた周波数信号や相互
変調波は、後続の第二バンド・パス・フィルタ２３をい
とも簡単に通過してしまい、後続の第一ミクサ２４にて
更に相互変調や混変調を生じ、したがってそうして発生
した不要信号波の中には、比較的狭帯域である第三バン
ド・パス・フィルタ２Ｂをも通過してしまうものが出て
くる。

このように最終関門をも通過した混変調波や相互変調波
は、やがて検波、増幅されて、意図しない雑音として再
生されてしまう。

そこで、こうした回路系に対しては、本発明の回路は例
えば二個所に適用することができる。−個所は高周波数
増幅段２２で、これには第１図（Ｂ）に示した回路構造
を適用すれば良く、もう−個所としての第一ミクサ２４
には、第１図（Ａ）に示した構成を適用すれば良い。

本発明による側路回路１０は、具体的には一般に比較的
Ｑの小さいノツチ・フィルタ状に構成でき、インダクタ
ンスＬとキャパシタＣとの直列共振回路として構成する
ことができる。そうした場合の具体例が各適用回路例に
即し、第３図以降に示されている。

第３図（Ａ）は通常のバイポーラ・トランジスタＱ１を
周波数変換のための能動素子として使用した周波数変換
回路段の具体的構成例を示し、また同図（Ｂ）は電界効
果トランジスタＱ２を能動素子として使用した周波数変
換回路段の具体的構成例を示している。

いづれの場合も、仮想線で囲ったキャパシタＣとインダ
クタンスＬとの直列共振回路１０が本発明により付は加
えられた回路部分であって、他の部分は全く公知既存の
回路と同じである。′同様にして、図示していないが公
知既存のデュアル・ゲート型電界効果トランジスタを用
いた周波数変換回路段にあっても、入力端子の個々乃至
一方と接地との間に当該能動素子回路と並列に直列共振
回路を挿入することで本発明の目的を達成することがで
きるし、能動素子を用いない受動型周波数変換回路１例
えば第３図（Ｃ）に示されるように一対のダイオードＤ
Ｉ　、　Ｄ２を用いたダイオード平衡型周波数変換回路
にも本発明は応用することができる。但し、この第３図
（Ｃ）の受動型回路では、入出力結合トランスＴＩ、↑
２の中、出力結合トランスＴ２の一次側センタ・タップ
に対して、正規の信号経路に並列に本発明による直列共
振回路ｌＯが接続されている。

第４図は線形回路への応用を示しており、同図（Ａ）は
電界効果トランジスタＱ３を利用した高周波増幅回路段
の入力側に正規の信号経路と並列に本発明の直列共振回
路１０を挿入した例、同図（Ｂ）はバイポーラ・トラン
ジスタＱ４を使用した高周波増幅段の入力側にて正規の
信号経路に並列に本発明による直列共振回路１０を挿入
した例である。いづれについても先と同様、直列共振回
路ｌＯを除いた回路、すなわちキャパシタＣを外し、イ
ンダクタンスＬを短絡した回路構成は、従来からの各回
路基本構成と全く同様で良い。

また、第３図、第４図の各図示のいづれの場合において
も、用いる直列共振回路１０の具体的な共振周波数や共
振係数Ｑは、除去すべきと考えるビート波成分の周波数
帯域に合せ１周囲の回路定数との兼ね合いで任意設計的
に定めれば良い。

第５図はそうした場合の設計結果例で、第２図に示した
９００ＭＨ２帯の受信器の高周波数増幅段２２や第一ミ
クサ２４用として適当なるように設計したものである。

中心周波数は略（２５０ＫＨｚでかなりブロードな共振
特性を示している。

もちろん、図示実施例の場合は最も簡単な共振回路構成
でビート波側路回路ｌＯを構成しであるが、実際の回路
系では複数段の共振特性を持たせたり、能動回路要素の
帰還係数等との関係で必要な位相補正を施したりするよ
うなことも普通に考えられる。

更に１本発明の動作原理は極めて単純であることから、
図示された周波数変換段や高周波増幅段の他、送信系に
おいての変調段等、その他の回路段においても必要とあ
れば本発明を適用することができ、また同様に有効に作
用することは容易に理解されるはずである。

〈発明の効果） 本発明によれば、相互変調効果によるビート波が発生し
得る回路段において、その回路膜自体として当該ビート
波の影響に強い回路を構成することができ、混変調抑圧
効果や副次的な相互変調の抑圧効果を大きくすることが
できる。

これは換言すれば、実効的乃至等価的に、いわゆる相互
変調抑圧特性として規定される特性要素を改善したこと
になる。

したがって、相互変調それ自体を低減する対策を施した
にもかかわらず、尚発生した相互変調によっても所期信
号波の混変調や副次的、相馬的な相互変調は効率的に防
ぐことができるということから、従来流されていた相互
変調抑圧対策に対して上積み的に本発明の効果を発揮さ
せることもできるし、逆に従来と同程度の相互変調抑圧
特性値で良いのであれば、より直線性の悪い安価な素子
や、前後にＱの小さい安価なバンド・パス・フィルタ等
を使うこともでき、ひいては製品歩留まりの向上等にも
寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の相互変調抑圧特性改善回路の基本的な
実施例の概略構成図、第２図は本発明を適用し得る回路
部分を複数個所に含む周波数信号処理系の一例としての
無線受信器の概略構成図、第３図およびｊ８４図は本発
明の更に具体的な実施例の回路構成図、第５図は本発明
のビート波側路、回路としての直列共振回路の共振特性
の一例の特性図、である。 図中、ｌａは非線形回路段、！ｂは非線形要素を含まざ
るを得ない線形回路段、１０はビート波側路回路、　２
１，２３．２８．２９はバンド・パス・フィルタ、２２
は高周波増幅器、２４は第一ミクサ、２５は第一局部発
振回路、２７は第二ミクサ、２８は第二局部発振回路、
３０は検波段、Ｃはキャパシタ、Ｌはインダクタンス、
ｆｌ　、　ｆ２は処理すべき予定された周波数の所期信
号、　ｆｎは妨害波、ｆｂは所期信号と妨害波との相互
変調によるビート波、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 意図的に、または非意図的にではあるが非線形要素を含
   む周波数信号処理回路段に対して直接に、該周波数信号
   処理回路段が処理すべき所期信号波と、該所期信号波は
   異なる周波数の妨害波との相互変調効果により発生する
   ビート波の周波数帯域を通過させる側路回路を設けたこ
   とを特徴とする相互変調抑圧特性改善回路。