KR20200080277A

KR20200080277A - 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20200080277A
Application number: KR1020207015056A
Authority: KR
Inventors: 켄이치 이토; 마사시 오무로; 유 이시와타
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2020-07-06
Also published as: KR102348617B1; CN111492588A; US20200295792A1; JPWO2019107105A1; JP6737409B2; WO2019107105A1; US11050448B2; CN111492588B

Abstract

수신 장치(1)는, 대역 폭(X)을 가진 고주파 신호(SH)를 수신하는 안테나(2)와, 안테나(2)와 주파수 체배기(4)에 접속된 믹서(5)를 구비하고 있다. 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4) 사이에는, 로컬 신호(SL)와는 상이한 주파수의 노이즈 신호(N)를 제거하는 필터(8)가 마련되어 있다. 필터(8)는, 로컬 신호(SL)의 중심 주파수(FL)와 노이즈 신호(N)의 중심 주파수(Fn)의 주파수 차(ΔF)의 절댓값이 고주파 신호(SH)의 대역 폭(X)보다도 작아지는 관계를 만족시키는 노이즈 신호(N)를 제거한다.

Description

무선 통신 장치

본 발명은, 예를 들어 마이크로파나 밀리미터파 등의 고주파 신호에 이용하는 데 적합한 무선 통신 장치에 관한 것이다.

고주파 신호에 사용하는 무선 통신 장치로서, 안테나, 믹서, 체배기, 로컬 발진기를 구비한 수신 장치가 알려져 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 수신 장치에서는, 로컬 발진기로부터 출력된 로컬 신호를 체배기에 의하여 주파수 체배하여 믹서에 입력함과 함께, 안테나에 의하여 수신한 고주파 신호를 믹서에 입력한다. 이때, 믹서는, 체배기로부터의 신호와 고주파 신호를 혼합하여, 고주파 신호를 다운 컨버트 및 업 컨버트한 신호를 출력한다.

일본 특허 공개 제2014-195168호 공보

그런데, 특허문헌 1에 기재된 수신 장치에서는, 체배기는, 로컬 발진기에 의한 로컬 신호를 주파수 체배하고 있다. 한편, 예를 들어 체배기와 로컬 발진기 사이의 신호 경로로부터 노이즈 신호가 혼입되는 경우가 있다. 이 경우, 노이즈 신호가 혼입된 로컬 신호를 체배기가 주파수 체배하면, 체배기에서 상호 변조가 일어나 고차의 상호 변조 왜곡으로서 불필요한 노이즈 스펙트럼이 생성된다. 이 불필요한 노이즈 스펙트럼을 포함한 신호가 믹서에 입력되어, 안테나에서 수신한 고주파 신호와 신호 합성되면, 본래의 통신 신호 대역과 노이즈 대역이 중첩되는 경우가 있다. 이 합성된 신호가 수신측의 복조 회로에 입력되면, 잘못된 데이터라고 판단되어 데이터 통신을 할 수 없게 된다는 문제가 있다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 주파수 체배기의 상호 변조 왜곡을 억제하여 노이즈의 발생을 방지하는 무선 통신 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 소정의 대역 폭을 가진 고주파 신호를 송신 또는 수신하는 안테나와, 상기 고주파 신호보다도 낮은 중심 주파수의 로컬 신호를 출력하는 로컬 발진기와, 상기 로컬 신호를 주파수 체배하고 상기 로컬 발진기에 전기적으로 접속된 주파수 체배기와, 상기 안테나와 상기 주파수 체배기에 접속된 믹서를 구비한 무선 통신 장치이며, 상기 로컬 발진기와 상기 주파수 체배기 사이에는, 상기 로컬 신호를 통과시키고 상기 로컬 신호와는 상이한 주파수의 노이즈 신호를 제거하는 필터가 마련되고, 상기 필터는, 상기 로컬 신호의 중심 주파수와 상기 노이즈 신호의 중심 주파수의 주파수 차의 절댓값이 상기 고주파 신호의 대역 폭보다도 작아지는 관계를 만족시키는 상기 노이즈 신호를 제거하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 따르면, 로컬 발진기와 주파수 체배기 사이에는, 로컬 신호와는 상이한 주파수의 노이즈 신호를 제거하는 필터가 마련되어 있다. 이 때문에 주파수 체배기는, 노이즈 신호가 제거된 로컬 신호만을 주파수 체배하기 때문에, 주파수 체배기의 상호 변조 왜곡을 억제하여 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.

또한 노이즈 신호가 혼입된 로컬 신호를 주파수 체배기가 주파수 체배하면, 불필요한 노이즈 스펙트럼이 생성된다. 이 경우, 로컬 신호의 중심 주파수와 노이즈 신호의 중심 주파수의 주파수 차의 절댓값이 고주파 신호의 대역 폭보다도 작아질 때는, 주파수 체배기로부터 출력되는 불필요한 노이즈 스펙트럼에 기초하여 믹서로부터의 출력에도 노이즈가 생성됨과 함께, 고주파 신호의 대역과 노이즈 대역이 중첩된다. 이 점은, 수신측의 다운 컨버트를 행하는 믹서에 한하지 않고 송신측의 업 컨버트를 행하는 믹서에서도 마찬가지이다.

이에 대하여, 필터는, 로컬 신호의 중심 주파수와 노이즈 신호의 중심 주파수의 주파수 차의 절댓값이 고주파 신호의 대역 폭보다도 작아지는 관계를 만족시키는 노이즈 신호를 제거한다. 이 때문에 통신 신호 대역과 노이즈 대역의 중복을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 수신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1 중의 필터를 도시하는 회로도이다.
도 3은 도 2 중의 필터의 삽입 손실의 주파수 특성을 나타내는 특성선도이다.
도 4는 비교예에 의한 수신 장치를 도시하는 블록도이다.
도 5는 제1 변형예에 의한 필터를 도시하는 회로도이다.
도 6은 제2 변형예에 의한 필터를 도시하는 회로도이다.
도 7은 제3 변형예에 의한 필터를 도시하는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 송수신 장치를 도시하는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 무선 통신 장치를, 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 무선 통신 장치로서의 수신 장치(1)를 도시하고 있다. 수신 장치(1)는 안테나(2), 로컬 발진기(3), 주파수 체배기(4), 믹서(5), 복조 회로(7), 필터(8) 등을 구비하고 있다.

안테나(2)는, 미리 정해진 대역 폭 X의 고주파 신호 SH를 수신한다. 안테나(2)는 믹서(5)에 접속되어 있다. 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH는, 예를 들어 3㎓로 설정되어 있다. 또한 대역 폭 X는, 예를 들어 300㎒로 설정되어 있다. 안테나(2)는 믹서(5)에 고주파 신호 SH를 입력한다. 또한 안테나(2)는 믹서(5)에 직접적으로 접속되어 있을 필요는 없으며, 예를 들어 저잡음 증폭기, 대역 통과 필터를 통하여 간접적으로 접속되어 있어도 된다.

로컬 발진기(3)는, 고주파 신호 SH보다도 낮은 중심 주파수 FL의 로컬 신호 SL을 출력한다. 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL은, 예를 들어 500㎒로 설정되어 있다. 로컬 발진기(3)는 주파수 체배기(4)에 전기적으로 접속되어 있다.

주파수 체배기(4)는, 로컬 신호 SL을 주파수 체배한 신호 Sm을 출력한다. 구체적으로는 주파수 체배기(4)는, 중심 주파수 FL의 정수 배(예를 들어 2배)의 신호 Sm을 출력한다. 이것에 의하여 신호 Sm의 중심 주파수 Fm은, 예를 들어 1㎓로 된다. 주파수 체배기(4)의 출력측은 믹서(5)에 접속되어 있다. 또한 주파수 체배기(4)는 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL을 2배로 하는 것에 한하지 않으며, 예를 들어 3배로 하는 것이어도 되고 4배 이상으로 하는 것이어도 된다.

믹서(5)는 안테나(2)와 주파수 체배기(4)에 접속되어 있다. 믹서(5)는, 주파수 체배기(4)로부터 출력된 신호 Sm과, 안테나(2)로부터 출력된 고주파 신호 SH를 합성하여, 합성 신호 Sc를 출력한다. 이때, 합성 신호 Sc는, 고주파 신호 SH를 다운 컨버트한 다운 컨버트 신호 Sd와, 고주파 신호 SH를 업 컨버트한 업 컨버트 신호 Su를 포함하고 있다. 다운 컨버트 신호 Sd의 중심 주파수 Fd는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH로부터, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 차를 감산한 값으로 하며, 예를 들어 2㎓로 된다. 한편, 업 컨버트 신호 Su의 중심 주파수 Fu는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH로부터, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 차를 가산한 값으로 하며, 예를 들어 4㎓로 된다.

믹서(5)의 출력측은 대역 통과 필터(6)를 통하여 복조 회로(7)에 접속되어 있다. 대역 통과 필터(6)는, 합성 신호 Sc로부터 불필요한 업 컨버트 신호 Su를 제거하고 다운 컨버트 신호 Sd를 복조 회로(7)에 출력한다. 이 때문에 수신용의 믹서(5)는, 고주파 신호 SH와 로컬 신호 SL을 주파수 체배한 신호 Sm을 합성하여, 고주파 신호 SH를 다운 컨버트한 저주파 신호(다운 컨버트 신호 Sd)를 출력하는 다운 컨버트 믹서로서 기능한다. 복조 회로(7)는, 예를 들어 검파 회로, AD 컨버터 등을 포함하며, 다운 컨버트 신호 Sd를 사용하여 신호를 복조하여 수신용의 베이스 밴드 신호를 생성한다.

필터(8)는 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4) 사이에 마련되어 있다. 필터(8)는, 로컬 신호 SL과는 상이한 주파수의 노이즈 신호 N을 제거한다. 이때, 필터(8)는, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL과 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn의 주파수 차 ΔF(ΔF=Fn-FL)의 절댓값이 고주파 신호 SH의 대역 폭 X보다도 작아지는(X>|ΔF|) 관계를 만족시키는 노이즈 신호 N을 제거한다. 이때, 노이즈 신호 N은, 예를 들어 고주파 신호 SH와는 상이한 주파수대의 무선 통신에 사용되는 다른 고주파 신호 SHn이다. 구체적으로는 노이즈 신호 N은, 예를 들어 LTE(Long Term Evolution)의 로우 밴드인 700㎒대의 신호이다.

도 2에 도시한 바와 같이 필터(8)는, 로컬 신호 SL을 통과시키고 노이즈 신호 N을 제거하는 대역 제거 필터(BSF: Band Stop Filter)에 의하여 구성되어 있다. 필터(8)는, 인덕터 소자 Lp와 커패시터 소자 Cp를 조합하여 구성되어 있다. 구체적으로는 필터(8)의 BSF는, 인덕터 소자 Lp와 커패시터 소자 Cp가 병렬 접속된 병렬 공진 회로(8A)에 의하여 구성되어 있다. 이때, 필터(8)의 병렬 공진 주파수는, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn으로서, 예를 들어 700㎒로 설정되어 있다(도 3 참조).

본 실시 형태에 의한 수신 장치(1)는 상술한 바와 같은 구성을 갖는 것이며, 다음으로 그 작동에 대하여 설명한다.

로컬 발진기(3)는 로컬 신호 SL로서, 500㎒의 단일 주파수(중심 주파수 FL)의 사인파 신호를 생성한다. 로컬 신호 SL은, 주파수 체배기(4)에서 정수 배(예를 들어 2배)의 주파수(중심 주파수 Fm)로 된 신호 Sm으로 변환된다. 이때, 신호 Sm의 중심 주파수 Fm은 1㎓로 된다.

여기서, 믹서(5)에는, 안테나(2)에서 수신한 고주파 신호 SH와, 주파수 변환된 신호 Sm이 입력된다. 믹서(5)는, 이들 고주파 신호 SH와, 로컬 신호 SL을 주파수 체배한 신호 Sm을 합성하여, 합성 신호 Sc를 출력한다. 이때, 합성 신호 Sc에는 다운 컨버트 신호 Sd와 업 컨버트 신호 Su가 포함되어 있다. 다운 컨버트 신호 Sd의 중심 주파수 Fd는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH로부터 신호 Sm의 중심 주파수 Fm을 감산한 값(FH-Fm)이며, 2㎓이다. 한편, 업 컨버트 신호 Su의 중심 주파수 Fu는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH에 신호 Sm의 중심 주파수 Fm을 가산한 값(FH+Fm)이며, 4㎓이다. 또한 다운 컨버트 신호 Sd와 업 컨버트 신호 Su는 모두, 고주파 신호 SH와 동일한 대역 폭 X를 갖는다. 대역 통과 필터(6)는, 합성 신호 Sc의 다운 컨버트 신호 Sd와 업 컨버트 신호 Su로부터, 통신에 필요한 신호인 다운 컨버트 신호 Sd를 선택한다. 대역 통과 필터(6)는 다운 컨버트 신호 Sd를 복조 회로(7)에 출력한다.

그런데, 무선 통신 장치의 근방에는, 안테나(2)에서 사용하는 무선 통신 방식과는 상이한 무선 통신 방식의 안테나(10)가 배치되는 경우가 있다(도 4 참조). 이때, 안테나(10)는 안테나(2)와는 독립적으로 무선 통신을 행하여 전파를 방출한다. 이 때문에, 안테나(2)에 의한 고주파 신호 SH의 수신과, 안테나(10)로부터의 전파(고주파 신호 SHn)의 방출이 동시에 행해지는 경우가 있다. 이 상태는, 예를 들어 스마트폰과 같은 소형의 무선 단말기에서 발생하기 쉽다.

예를 들어 스마트폰의 경우, 무선 LAN(Local Area Network)과 LTE의 2가지 통신 방식을 사용하고 있다. 이 때문에, 상이한 무선 통신 방식의 안테나로서 무선 LAN용과 LTE용의 2개의 안테나를 구비하고 있다. 또한 소형 형상이기 때문에 안테나의 실장 스페이스가 제약되어, 통신 방식이 상이한 2개의 안테나가 근접하여 배치되어 있다. 이것에 더해, 통신 거리를 확보하기 위하여 각 안테나는, 수 ㏈ 내지 30㏈ 정도의 고출력 전파를 방출하고 있다.

이와 같이 스마트폰에서는, 한쪽 무선 통신 방식의 안테나(10)가 다른 쪽 무선 통신 방식의 무선 통신 장치에 근접하여 배치된다. 이것에 더해, 각각의 안테나(2, 10)가 고출력의 전파를 방출한다. 이 때문에, 무선 통신 장치의 고주파 성분에 안테나(10)의 무선 전파가 결합하여, 로컬 신호 SL의 신호선, 즉, 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4) 사이의 신호선에 안테나(10)의 무선 전파가 노이즈 신호 N으로서 침입하는 경우가 있다. 이때, LTE의 로우 밴드의 중심 주파수는 700㎒여서, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL인 500㎒에 가깝다.

즉, 로컬 신호 SL의 신호선에는, 본래의 로컬 신호 SL에 더해, 안테나(10)로부터 방출된 고주파 신호 SHn(700㎒의 신호)이 노이즈 신호 N으로 되어 전도되게 된다. 여기서는, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn이 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL보다도 높은 경우(Fn>FL)에 대하여 설명한다. 이하에 설명하는 과제는, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn이 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL보다도 낮은 경우(Fn<FL)에도 마찬가지로 발생한다.

도 4는, 비교예에 의한 수신 장치(11)로서, 본 발명의 필터(8)를 생략한 구성을 나타내고 있다. 이 비교예의 수신 장치(11)에서는, 본래의 로컬 신호 SL에, 안테나(10)로부터 전반된 노이즈 신호 N이 혼입된 신호 SLn이 주파수 체배기(4)에 입력된다. 여기서, 주파수 체배기(4)가 정상 동작하기 위해서는 단일 주파수의 신호가 입력될 필요가 있다. 그러나 비교예와 같이, 본래의 로컬 신호 SL에 노이즈 신호 N을 포함한 신호 SLn이 주파수 체배기(4)에 입력되면, 단일 주파수가 아니라 2개의 주파수를 가진 신호 SLn이 입력되게 된다.

이때, 주파수 체배기(4)에서는 상호 변조가 일어난다. 이 상호 변조는 비선형성을 나타내기 때문에 고차의 상호 변조 왜곡이 생성된다. 도 4에서는, 고차의 상호 변조 왜곡 중, 2차의 상호 변조 왜곡의 예를 나타내었다. 즉, 주파수 체배기(4)를 통과한 후의 신호 Smn은, 본래의 로컬 신호 SL이 주파수 체배된 신호 Sm과, 상호 변조로 생기는 불필요한 노이즈 스펙트럼(N1 및 N2)을 포함하고 있다.

신호 Smn에 포함되는 노이즈 N1의 주파수는, 신호 Sm의 중심 주파수 Fm으로부터, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차(Fn-FL)를 감산한 값{Fm-(Fn-FL)}으로 되며, 예를 들어 800㎒로 된다. 또한 신호 Smn에 포함되는 노이즈 N2의 주파수는, 신호 Sm의 중심 주파수 Fm으로부터, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차(Fn-FL)를 가산한 값{Fm+(Fn-FL)}으로 되며, 예를 들어 1.2㎓로 된다. 이 불필요한 노이즈 스펙트럼을 포함한 신호 Smn이 믹서(5)에 입력되어, 안테나(2)에서 수신한 고주파 신호 SH와 신호 합성된다.

이때, 믹서(5)를 통과한 후의 합성 신호 Scn에는, 본래의 통신 신호인 다운 컨버트 신호 Sd나 업 컨버트 신호 Su에 더해 노이즈 N3 내지 N6이 발생한다. 노이즈 N3, N4는 다운 컨버트 신호 Sd의 주변 대역에 발생한다. 노이즈 N5, N6은 업 컨버트 신호 Su의 주변 대역에 발생한다.

여기서, 노이즈 N3의 중심 주파수는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH와, 본래의 로컬 신호 SL이 주파수 체배된 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 차(FH-Fm)로부터, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차(Fn-FL)를 감산한 값{(FH-Fm)-(Fn-FL)}으로 되며, 예를 들어 1.8㎓로 된다. 이때, 예를 들어 노이즈 N3은, 고주파 신호 SH와 동일한 대역 폭 X를 갖는다.

노이즈 N4의 중심 주파수는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 차(FH-Fm)에, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차(Fn-FL)를 가산한 값{(FH-Fm)+(Fn-FL)}으로 되며, 예를 들어 2.2㎓로 된다. 이때, 예를 들어 노이즈 N4는, 고주파 신호 SH와 동일한 대역 폭 X를 갖는다.

또한 노이즈 N5의 중심 주파수는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 합(FH+Fm)으로부터, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차(Fn-FL)를 감산한 값{(FH+Fm)-(Fn-FL)}으로 되며, 예를 들어 3.8㎓로 된다. 이때, 예를 들어 노이즈 N5는, 고주파 신호 SH와 동일한 대역 폭 X를 갖는다.

노이즈 N6의 중심 주파수는, 고주파 신호 SH의 중심 주파수 FH와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 합(FH+Fm)에, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차(Fn-FL)를 가산한 값{(FH+Fm)+(Fn-FL)}으로 되며, 예를 들어 4.2㎓로 된다. 이때, 노이즈 N6은, 예를 들어 고주파 신호 SH와 동일한 대역 폭 X를 갖는다.

도 4로부터 밝혀진 바와 같이, 대역 폭 X가, 로컬 신호 SL의 신호선에 침입하는 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 본래의 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 차분보다 클 때, 즉, X>(Fn-FL)인 관계일 때, 본래의 통신 신호의 대역에 노이즈 대역이 중첩된다.

마찬가지로, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn이 본래의 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL보다도 낮을 때(Fn<FL)는, X>(FL-Fn)인 관계일 때, 본래의 통신 신호의 대역에 노이즈 대역이 중첩된다. 즉, 대역 폭 X가, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn과 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL의 주파수 차 ΔF의 절댓값보다도 클 때(X>|Fn-FL|), 본래의 통신 신호의 대역에 노이즈 대역이 중첩된다.

이 관계가 성립될 때는, 본래의 통신 신호의 대역에 노이즈 대역이 중첩된 합성 신호 Smn이, 수신측의 복조 회로(7) 등과 같은 IC(집적 회로)에 전송된다. 이때, 수신측의 IC에서 합성 신호 Smn에 기초하여 데이터가 복조된다. 단, 믹서(5)와 복조 회로(7) 사이에 마련된 대역 통과 필터(6)는 합성 신호 Smn으로부터 업 컨버트 신호 Su 및 노이즈 N5, N6을 제거한다. 이 때문에 수신측의 IC에는, 다운 컨버트 신호 Sd에 더해 노이즈 N3, N4가 입력된다.

이때, 수신측의 IC는, 노이즈 N3, N4에 따라 상이한 데이터 배열이나 데이터 패턴으로서 고주파 신호 SH의 내용을 인식한다. 즉, 수신측의 IC는, 고주파 신호 SH에 기초하는 다운 컨버트 신호 Sd가 입력되었을 때도, 노이즈 N3, N4에 의하여 고주파 신호 SH의 내용을 잘못된 데이터로서 인식한다. 이와 같이 정상적인 통신 신호를 받을 수 없을 때, 수신측의 IC는 송신측에 대하여 데이터의 재송신을 요구한다. 이 재송신이 반복하여 발생함으로써 안테나(2)에서의 통신 속도가 저하되며, 최악의 경우에는 통신 불능에 이른다.

이에 비해, 본 실시 형태에서는, 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4) 사이에, 로컬 신호 SL 이외의 노이즈 신호 N을 제거하는 필터(9)를 마련하였다. 이 때문에, 안테나(10)의 무선 전파(700㎒대의 고주파 신호)가, 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4)를 잇는 신호선에 침입하였다고 하더라도, 필터(9)에 의하여 그 무선 주파수대에서 노이즈 신호 N을 억제할 수 있다. 이 결과, 주파수 체배기(4)에는 노이즈 신호 N이 입력되지 않게 된다. 이와 같이 노이즈 신호 N의 주파수대를 미리 알 수 있는 경우에는, 안테나(10)의 무선 주파수대(예를 들어 700㎒대)에서 노이즈 억제 가능한 대역 제거 필터를 구성하는 것이 바람직하다. 한편, 본래의 로컬 신호 SL은 통신에 필요한 신호이기 때문에, 필터(8)는 로컬 신호 SL에 대한 영향을 없앨 필요가 있다. 따라서 필터(8)는, 본래의 로컬 신호 SL의 주파수대에서는 대역 통과 필터의 기능을 가질 필요가 있다.

도 2에, 본 실시 형태에 의한 필터(8)의 구성을 도시한다. 본 실시 형태에 의한 필터(8)는, 인덕터 소자 Lp와 커패시터 소자 Cp를 병렬 접속한 LC 필터에 의하여 구성되어 있다. 이때, 인덕터 소자 Lp의 인덕턴스는, 예를 들어 6nH라 하고 커패시터 소자 Cp의 커패시턴스는 8pF라 하였다. 또한 이들 구체적인 수치는, 본래의 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL과 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn에 따라 적절히 설정된다. 구체적으로는, 본래의 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL에서는 저손실로 되고 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn에서 고손실로 되도록 인덕터 소자 Lp의 인덕턴스 및 커패시터 소자 Cp의 커패시턴스는 적절히 선택된다. 도 3에, 도 2 중의 필터(8)에 의한 삽입 손실의 주파수 특성을 나타낸다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 의한 필터(8)(LC 필터)의 삽입 손실은, 본래의 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL인 500㎒에서는 0.5㏈이고, 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn인 700㎒에서는 11㏈로 되어 있다.

도 2에 도시한 필터(8)를, 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4)를 잇는 신호선에 삽입하고 통신 시험을 실시하였다. 그 결과, 필터(8)의 삽입 전에는 안테나(2)로의 무선 통신은 불능이었던 데 비해, 본 실시 형태에 의한 필터(8)의 삽입 후에는 통신 가능으로 되었다. 또한 통신 속도도 본래의 데이터 전송 스피드임을 확인하였다.

이리하여 본 실시 형태에서는, 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4) 사이에는, 로컬 신호 SL과는 상이한 주파수의 노이즈 신호 N을 제거하는 필터(8)를 마련하였다. 이 때문에 주파수 체배기(4)는, 노이즈 신호 N이 제거된 로컬 신호 SL을 주파수 체배하기 때문에, 주파수 체배기(4)의 상호 변조 왜곡을 억제하여 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.

또한 노이즈 신호 N이 혼입된 로컬 신호 SL을 주파수 체배기(4)가 주파수 체배하면, 불필요한 노이즈 스펙트럼이 생성된다. 이 경우, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL과 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn의 주파수 차 ΔF(ΔF=Fn-FL)의 절댓값이 고주파 신호 SH의 대역 폭 X보다도 작아지는(X>|ΔF|) 관계를 만족시킬 때는, 주파수 체배기(4)로부터 출력되는 불필요한 노이즈 스펙트럼에 기초하여 믹서(5)로부터의 출력에도 노이즈가 생성됨과 함께, 고주파 신호 SH의 대역과 노이즈 대역이 중첩된다.

이에 비해, 필터(8)는, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL과 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn의 주파수 차 ΔF의 절댓값이 고주파 신호 SH의 대역 폭 X보다도 작아지는 관계를 만족시키는 노이즈 신호 N을 제거한다. 이 때문에, 믹서(5)로부터 출력되는 노이즈를 억제할 수 있어서 통신 신호 대역과 노이즈 대역의 중복을 방지할 수 있다.

또한 주파수 차 ΔF의 절댓값이 고주파 신호 SH의 대역 폭 X보다도 커지는 노이즈 신호에 대해서는, 반드시 제거할 필요는 없다. 이와 같은 노이즈 신호에 기초하여 믹서가 노이즈를 생성하더라도 통신 신호 대역과 노이즈 대역은 중복되지 않아서, 통신 신호(예를 들어 다운 컨버트 신호 Sd)와 노이즈의 주파수 대역이 상호 간에 분리된다. 이 때문에, 믹서(5)가 생성한 노이즈는, 예를 들어 대역 통과 필터 등에 의하여 제거할 수 있다.

또한 노이즈 신호 N의 주파수 대역이 미리 기지이기 때문에 필터(8)를 대역 제거 필터에 의하여 구성할 수 있다. 이 경우, 대역 제거 필터는, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL에서는 저손실로 되고 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn에서 고손실로 되도록 구성된다. 이것에 의하여, 대역 제거 필터를 포함하는 필터(8)는 로컬 신호 SL을 통과시키고 노이즈 신호 N을 제거할 수 있다. 이것에 더해, 필터(8)는, 인덕터 소자 Lp와 커패시터 소자 Cp를 조합하여 구성되어 있기 때문에, 수동 소자를 사용하여 간이하게 필터(8)를 구성할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 필터(8)의 대역 제거 필터는, 인덕터 소자 Lp와 커패시터 소자 Cp의 병렬 공진 회로(8A)를 포함하여 구성되어 있다. 이 때문에, 병렬 공진 회로(8A)의 공진 주파수를 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn에 맞춤으로써, 중심 주파수 Fn의 대역에서 신호의 감쇠를 크게 할 수 있고 다른 대역에서는 신호의 감쇠를 작게 할 수 있다. 이 때문에, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL과 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn이 가까울 때도, 필터(8)는 로컬 신호 SL을 통과시키고 노이즈 신호 N을 제거할 수 있다.

또한 노이즈 신호 N은, 고주파 신호 SH와는 상이한 주파수대의 무선 통신에 사용되는 다른 고주파 신호 SHn이기 때문에, 다른 고주파 신호 SHn이 로컬 신호 SL에 가까운 중심 주파수를 가질 때도, 다른 고주파 신호 SHn에 의한 노이즈를 억제할 수 있다.

또한 상기 제1 실시 형태에서는, 필터(8)는, 1단의 병렬 공진 회로(8A)를 포함하는 대역 제거 필터에 의하여 구성하는 것으로 하였다. 본 발명은 이에 한하지 않으며, 예를 들어 도 5에 도시하는 제1 변형예에 의한 필터(21)와 같이, 2단의 병렬 공진 회로(21A, 21B)를 포함하는 대역 제거 필터에 의하여 구성해도 된다. 이 경우, 2개의 병렬 공진 회로(21A, 21B)의 접속점과 그라운드 사이에는, 인덕터 소자 La와 커패시터 소자 Ca가 직렬 접속된 직렬 회로(21C)가 접속되어 있다. 마찬가지로 필터는, 3단 이상의 병렬 공진 회로를 포함하는 대역 제거 필터에 의하여 구성해도 된다.

또한 도 6에 도시하는 제2 변형예에 의한 필터(22)와 같이, 인덕터 소자 Ls와 커패시터 소자 Cs가 직렬 접속된 직렬 공진 회로(22A)를 포함하는 대역 통과 필터(BPF: Band Pass Filter)에 의하여 구성해도 된다. 이 경우, 직렬 공진 회로(22A)의 공진 주파수가 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL에 맞춰지도록 인덕터 소자 Ls의 인덕턴스 및 커패시터 소자 Cs의 커패시턴스가 각각 설정된다.

또한, 예를 들어 도 7에 나타내는 제3 변형예가 의한 필터(23)와 같이, 2단의 직렬 공진 회로(23A, 23B)를 포함하는 대역 통과 필터에 의하여 구성해도 된다. 이 경우, 2개의 직렬 공진 회로(23A, 23B)의 접속점과 그라운드 사이에는, 인덕터 소자 Lb와 커패시터 소자 Cb가 병렬 접속된 병렬 회로(23C)가 접속되어 있다. 마찬가지로 필터는, 3단 이상의 직렬 공진 회로를 포함하는 대역 통과 필터에 의하여 구성해도 된다.

다음으로, 도 8은 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내고 있다. 제2 실시 형태의 특징은, 무선 통신 장치로서, 고주파 신호의 송신과 수신의 양쪽을 행하는 송수신 장치에 적용한 데 있다. 제2 실시 형태에서는, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성 요소에 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략하는 것으로 한다.

송수신 장치(31)는 제1 실시 형태와 마찬가지로 안테나(2), 로컬 발진기(3), 주파수 체배기(4), 수신용의 믹서(5), 복조 회로(7), 필터(8)를 구비하고 있다. 이것에 더해, 송수신 장치(31)는 변조 회로(32), 송신용의 믹서(33)를 구비하고 있다.

송수신 장치(31)의 수신측 부분은, 제1 실시 형태에 의한 수신 장치(1)와 거의 마찬가지로 구성되어 있다. 이 때문에, 안테나(2)에 의하여 수신한 고주파 신호 SHr은, 수신용의 믹서(5)에 의하여, 로컬 신호 SL을 주파수 체배한 신호 Sm과 합성된다. 이것에 의하여 믹서(5)는, 업 컨버트 신호와 다운 컨버트 신호를 포함하는 합성 신호 Scr을 출력한다. 합성 신호 Scr 중 업 컨버트 신호는 대역 통과 필터(6)에 의하여 제거된다. 이 때문에 복조 회로(7)는, 고주파 신호 SHr을 다운 컨버트한 저주파 신호(다운 컨버트 신호)에 기초하여 신호를 복조한다.

송수신 장치(31)의 송신측 부분은 변조 회로(32), 송신용의 믹서(33) 등으로 구성되어 있다. 변조 회로(32)는, 예를 들어 DA 컨버터 등을 포함하며, 송신용의 데이터에 기초하여 중간 주파 신호 Si(저주파 신호)를 생성한다. 이때, 중간 주파 신호 Si의 중심 주파수는, 예를 들어 2㎓로 설정되어 있다. 중간 주파 신호 Si는, 소정의 대역 폭 X(예를 들어 300㎒)를 갖고 있다.

믹서(33)는 안테나(2)와 주파수 체배기(4)에 접속되어 있다. 이것에 더해, 믹서(33)는 변조 회로(32)에 접속되어 있다. 송신용의 믹서(33)는 수신용의 믹서(5)와 거의 마찬가지로 구성되어 있다. 믹서(33)는, 주파수 체배기(4)로부터 출력된 신호 Sm과, 변조 회로(32)로부터 출력된 중간 주파 신호 Si를 합성하여, 합성 신호 Sct를 출력한다. 이때, 합성 신호 Sct는, 중간 주파 신호 Si를 다운 컨버트한 다운 컨버트 신호와, 중간 주파 신호 Si를 업 컨버트한 업 컨버트 신호를 포함하고 있다. 다운 컨버트 신호의 중심 주파수는, 중간 주파 신호 Si의 중심 주파수로부터, 중간 주파 신호 Si의 중심 주파수와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 차를 감산한 값으로서, 예를 들어 1㎓로 된다. 한편, 업 컨버트 신호의 중심 주파수는, 중간 주파 신호 Si의 중심 주파수로부터, 중간 주파 신호 Si의 중심 주파수와 신호 Sm의 중심 주파수 Fm의 차를 가산한 값으로서, 예를 들어 3㎓로 된다. 다운 컨버트 신호 및 업 컨버트 신호는 모두 대역 폭 X를 갖고 있다.

믹서(33)는 대역 통과 필터(34)를 통하여 안테나(2)에 접속되어 있다. 대역 통과 필터(34)는 합성 신호 Sct로부터 불필요한 다운 컨버트 신호를 제거하고 업 컨버트 신호를 안테나(2)에 출력한다. 이 때문에 송신용의 믹서(33)는, 중간 주파 신호 Si(저주파 신호)와 로컬 신호 SL을 주파수 체배한 신호 Sm을 합성하여, 중간 주파 신호 Si를 업 컨버트한 고주파 신호 SHt를 출력하는 업 컨버트 믹서로서 기능한다. 안테나(2)는 고주파 신호 SHt를 송신한다. 이때, 필터(8)는, 로컬 신호 SL의 중심 주파수 FL과 노이즈 신호 N의 중심 주파수 Fn의 주파수 차 ΔF의 절댓값이 고주파 신호 SHt의 대역 폭 X보다도 작아지는 관계를 만족시키는 노이즈 신호 N을 제거한다.

또한 안테나(2)와 대역 통과 필터(34) 사이에는, 고주파 신호 SHt를 전력 증폭하는 전력 증폭기를 마련해도 된다. 또한 안테나(2)와 믹서(5, 33) 사이에는, 송신용과 수신용으로 신호를 분리시키기 위하여, 예를 들어 안테나 공용기, 서큘레이터 등을 마련해도 된다.

이리하여, 이와 같이 구성된 제2 실시 형태에 있어서도, 전술한 제1 실시 형태와 거의 마찬가지의 작용 효과를 얻을 수 있다. 로컬 발진기(3)와 주파수 체배기(4) 사이에는, 로컬 신호 SL 이외의 노이즈 신호 N을 제거하는 필터(8)를 마련하였다. 이 때문에 주파수 체배기(4)의 상호 변조 왜곡을 억제할 수 있다. 이 결과, 믹서(33)에는 주파수 체배기(4)로부터 노이즈 스펙트럼이 저감된 신호가 입력되기 때문에, 믹서(33)로부터 출력되는 노이즈를 억제할 수 있어서 통신 신호 대역과 노이즈 대역의 중복을 방지할 수 있다.

또한 상기 제1 실시 형태에서는 무선 통신 장치로서 수신 장치(1)를 예시함과 함께, 상기 제2 실시 형태에서는 무선 통신 장치로서 송수신 장치(31)를 예시하였다. 본 발명은 이에 한하지 않으며, 무선 통신 장치는, 송신 기능만을 갖는 송신 장치여도 된다.

상기 각 실시 형태에서는, 밀리미터파에 사용하는 무선 통신 장치를 예로 들어 설명하였지만, 예를 들어 마이크로파와 같은 다른 주파수 대역의 고주파 신호에 사용하는 무선 통신 장치에 적용해도 된다.

또한 상기 각 실시 형태에서 기재한 주파수 등의 구체적인 수치는 일례를 나타낸 것이며, 예시한 값에 한하지 않는다. 이들 수치는, 예를 들어 적용 대상의 사양에 따라 적절히 설정된다.

상기 각 실시 형태는 예시이며, 상이한 실시 형태에서 나타낸 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것은 물론이다.

다음으로, 상기 실시 형태에 포함되는 발명에 대하여 기재한다. 본 발명은, 소정의 대역 폭을 가진 고주파 신호를 송신 또는 수신하는 안테나와, 상기 고주파 신호보다도 낮은 중심 주파수의 로컬 신호를 출력하는 로컬 발진기와, 상기 로컬 신호를 주파수 체배하고 상기 로컬 발진기에 전기적으로 접속된 주파수 체배기와, 상기 안테나와 상기 주파수 체배기에 접속된 믹서를 구비한 무선 통신 장치이며, 상기 로컬 발진기와 상기 주파수 체배기 사이에는, 상기 로컬 신호를 통과시키고 상기 로컬 신호와는 상이한 주파수의 노이즈 신호를 제거하는 필터가 마련되고, 상기 필터는, 상기 로컬 신호의 중심 주파수와 상기 노이즈 신호의 중심 주파수의 주파수 차의 절댓값이 상기 고주파 신호의 대역 폭보다도 작아지는 관계를 만족시키는 상기 노이즈 신호를 제거하는 것을 특징으로 하고 있다. 이것에 의하여, 주파수 체배기의 상호 변조 왜곡을 억제하여 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 필터는, 상기 로컬 신호를 통과시키고 상기 노이즈 신호를 제거하는 대역 통과 필터 또는 대역 제거 필터에 의하여 구성되어 있다. 필터가 대역 통과 필터일 때는, 대역 통과 필터에 의하여 로컬 신호를 통과시키고 로컬 신호와는 상이한 주파수의 노이즈 신호를 제거할 수 있다. 또한 필터가 대역 제거 필터일 때는, 대역 제거 필터에 의하여 로컬 신호를 통과시키고 노이즈 신호를 제거할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 필터는, 인덕터 소자와 커패시터 소자를 조합하여 구성되어 있다. 이 때문에 수동 소자를 사용하여 간이하게 필터를 구성할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 대역 통과 필터는, 인덕터 소자와 커패시터 소자의 직렬 공진 회로를 포함하여 구성되어 있다. 이 때문에, 직렬 공진 회로의 공진 주파수를 로컬 신호의 중심 주파수에 맞춤으로써, 대역 통과 필터는 로컬 신호를 통과시키고 노이즈 신호를 제거할 수 있다. 또한 상기 대역 제거 필터는, 인덕터 소자와 커패시터 소자의 병렬 공진 회로를 포함하여 구성되어 있다. 이 때문에, 병렬 공진 회로의 공진 주파수를 노이즈 신호의 중심 주파수에 맞춤으로써, 대역 제거 필터는 로컬 신호를 통과시키고 노이즈 신호를 제거할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 노이즈 신호는, 상기 고주파 신호와는 상이한 주파수대의 무선 통신에 사용되는 다른 고주파 신호이다. 이 때문에, 다른 고주파 신호가 로컬 신호에 가까운 중심 주파수를 가질 때도, 다른 고주파 신호에 의한 노이즈를 억제할 수 있다.

1: 수신 장치(무선 통신 장치)
2: 안테나
3: 로컬 발진기
4: 주파수 체배기
5, 33: 믹서
8, 21, 22, 23: 필터
8A, 21A, 21B: 병렬 공진 회로
22A, 23A, 23B: 직렬 공진 회로
31: 송수신 장치(무선 통신 장치)

Claims

소정의 대역 폭을 가진 고주파 신호를 송신 또는 수신하는 안테나와,
상기 고주파 신호보다도 낮은 중심 주파수의 로컬 신호를 출력하는 로컬 발진기와,
상기 로컬 신호를 주파수 체배하고 상기 로컬 발진기에 전기적으로 접속된 주파수 체배기와,
상기 안테나와 상기 주파수 체배기에 접속된 믹서를 구비한 무선 통신 장치이며,
상기 로컬 발진기와 상기 주파수 체배기 사이에는, 상기 로컬 신호를 통과시키고 상기 로컬 신호와는 상이한 주파수의 노이즈 신호를 제거하는 필터가 마련되고,
상기 필터는, 상기 로컬 신호의 중심 주파수와 상기 노이즈 신호의 중심 주파수의 주파수 차의 절댓값이 상기 고주파 신호의 대역 폭보다도 작아지는 관계를 만족시키는 상기 노이즈 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제1항에 있어서,
상기 필터는, 상기 로컬 신호를 통과시키고 상기 노이즈 신호를 제거하는 대역 통과 필터 또는 대역 제거 필터에 의하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 필터는, 인덕터 소자와 커패시터 소자를 조합하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제2항에 있어서,
상기 대역 통과 필터는, 인덕터 소자와 커패시터 소자의 직렬 공진 회로를 포함하여 구성되고, 상기 대역 제거 필터는, 인덕터 소자와 커패시터 소자의 병렬 공진 회로를 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노이즈 신호는, 상기 고주파 신호와는 상이한 주파수대의 무선 통신에 사용되는 다른 고주파 신호인 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.