MXPA98003535A - Circuito y metodo de conversion de frecuencia para radio de onda milimetrica - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un circuito de conversión ascendente de frecuencia en un transmisor de radio de onda milimétrica utiliza un sintetizador de frecuencia (38) y una red paralela de multiplicación y mezclado de frecuencia para convertir una señal de baja frecuencia en una señal de radiofrecuencia (RF) de onda milimétrica. Un circuito de conversión descendente de frecuencia en un receptor de radio de onda milimétrica utiliza un sintentizador de baja frecuencia (62) y una red paralela de multiplicación y mezclado de frecuencia para convertir una señal (RF) de onda milimétrica en una señal de baja frecuencia.

Description

CIRCUITO Y MÉTODO DE CONVERSIÓN DE FRECUENCIA PARA RADIO DE ONDA MILIMÉTRICA CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con la conversión de frecuencia que emplea una combinación de mezclado y multiplicación de frecuencia para la conversión entre una señal con modulación de baja frecuencia y una señal de radiofrecuencia (RF) en la gama de onda milimétrica utilizando un sintetizador de baja frecuencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los radios de onda milimétrica requieren la conversión de las señales con modulación en la banda base de menor frecuencia en señales de radiofrecuencia (RF) de onda milimétrica para su transmisión. Una señal con modulación de banda base modula una onda de frecuencia intermedia (IF) mezclando la señal de modulación con la onda de IF de un oscilador local para producir una señal de IF modulada, cuya frecuencia es la suma de la frecuencia de la banda base y la frecuencia del oscilador local. Existen dos esquemas convencionales principales para convertir una señal de IF en una señal de RF de onda milimétrica para la radiotransmisión. El primer esquema incluye la multiplicación directa de la frecuencia de la P1284/98MX señal de IF modulada en una frecuencia de onda milimétrica, según se muestra en la Figura 1. Una señal 2 de modulación a una frecuencia fmod de banda base baja, se mezcla con una onda de IF 4 a una frecuencia fx en un mezclador 6, que produce una señal modulada con conversión ascendente o sobreconvertida 8 a una frecuencia intermedia fIF igual a la suma de fmod y f:. La señal de IF se alimenta entonces a un multiplicador de frecuencia 10 que incrementa la frecuencia de señal de IF multiplicando fIF por N, lo que resulta en una señal de RF 12 a una frecuencia de onda milimétrica fRF. Este esquema de multiplicación directa de frecuencia se describe en la Patente No. 5,495,255 para un sistema de radar de frecuencia modulada (FM). Una importante desventaja del esquema de multiplicación directa de frecuencias de la Figura 1 para un radio de onda milimétrica es que el multiplicador de frecuencia 10 introduce no linealidades cuando la señal de IF modulada es multiplicada por N, resultando en una señal de RF 12 que tiene una forma de señal distorsionada en comparación con la señal de modulación. La multiplicación directa es adecuada para esquemas de modulación que no son sensibles a la amplitud, tales como la FM' o la manipulación por desplazamiento de frecuencia (frequency shift keying o FSK) . Sin embargo, la multiplicación directa no es adecuada para esquemas de modulación que requieren de P1284/98MX linealidad, tales como la modulación en amplitud o amplitud modulada (AM) o la modulación en amplitud con cuadratura (QAM) de alto nivel. Otro esquema convencional para producir una señal de RF en la gama de onda milimétrica es utilizar un sintetizador de onda milimétrica, según se muestra en la Figura 2. Una señal de modulación en banda base 14 a una frecuencia fmod se mezcla con una onda de IF 16 a una frecuencia fx en un mezclador 18 para producir una señal de IF modulada 20 a una frecuencia fIF. La señal de IF 20 se mezcla entonces con una onda milimétrica 22 generada por un sintetizador de frecuencia 24 de onda milimétrica en un mezclador de alta frecuencia 26, que produce una señal 28 de onda milimétrica modulada a una frecuencia fRF. Este esquema se describe en la Patente No. 5,428,668 para aplicaciones de teléfono celular de menor frecuencia RF. El sintetizador de frecuencia 24 de onda milimétrica de la Figura 2 es muy costoso debido a la complejidad del hardware o equipo requerido para sintetizar directamente frecuencias- de onda milimétrica. Además, un sintetizador de frecuencia de onda milimétrica tiene una anchura de banda de sintonización limitada y, por lo tanto, no es adecuado para radios con anchura de banda extendida. Si se utiliza una multiplicidad de sintetizadores de frecuencia de onda milimétrica para cubrir una anchura de P1284/98MX banda de sintonización deseada, el radio seria aún más costoso.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un circuito de conversión de frecuencia y un método para convertir una señal de modulación en banda base en una señal de radiofrecuencia (RF) de onda milimétrica y viceversa, utilizando un sintetizador de baja frecuencia, una pluralidad de multiplicadores de frecuencia y una pluralidad de mezcladores. En el radiotransmisor, se mezcla primero una señal modulada con la frecuencia del sintetizador de un sintetizador de baja frecuencia para producir una frecuencia de sintetizador modulada. La frecuencia del sintetizador también se multiplica en una cascada de multiplicadores de frecuencia en una trayectoria paralela a la señal de frecuencia del sintetizador modulado para convertir la frecuencia del sintetizador en una frecuencia de onda milimétrica. Esta frecuencia de onda milimétrica se mezcla entonces con la frecuencia del sintetizador modulado para producir una señal de RF de onda milimétrica modulada para su transmisión. El radioreceptor realiza la operación inversa. Una señal de RF recibida se mezcla con la frecuencia P1284/98 X multiplicada del sintetizador y de esta manera es convertida en forma descendente o subconvertida en una frecuencia de sintetizador con modulación inferior. Esta frecuencia se mezcla entonces con la frecuencia del sintetizador para producir una frecuencia con conversión descendente o subconvertida adicional para su recepción. Esta invención tiene dos características distintivas que la hacen atractiva para radios comerciales de bajo costo. Primero, la señal modulada no se somete a la multiplicación de frecuencia en ninguna trayectoria del circuito, evitando de esta manera las no linealidades en la señal que de lo contrario serian introducidas por los multiplicadores de frecuencia. Debido a que este circuito de conversión de frecuencia preserva básicamente la linealidad de la señal, puede ser utilizado para una variedad de formatos de modulación tales como pueden ser, el de FM, el de AM y el de QAM. Una segunda ventaja es que puede utilizarse un sintetizador de baja frecuencia, reduciendo en gran medida de este modo el costo del circuito. Debido a que la anchura de banda de sintonización del sintetizador de baja frecuencia es multiplicada por el factor de multiplicación compuesto de los multiplicadores de frecuencia en cascada, puede obtenerse una anchura de banda de sintonización de RF amplia o extendida con una anchura de banda de P128 /98MX sintonización de sintetizador relativamente estrecha. Por lo tanto, un sintetizador en el circuito de conversión de frecuencia puede cubrir toda la anchura de banda del radio, reduciendo adicionalmente el costo del circuito.

Breve Descripción de los Dibujos Estas y otras particularidades y ventajas de la invención serán evidentes para aquellos experimentados en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1, descrita anteriormente, es una diagrama esquemático de un transmisor de radio o radiotransmisor de onda milimétrica convencional que utiliza la multiplicación directa de una señal de IF para generar una señal de RF; la Figura 2, descrita anteriormente, es un diagrama esquemático de un radiotransmisor o transmisor de radio de onda milimétrica convencional que utiliza un sintetizador de frecuencia de onda milimétrica; la Figura 3, es un diagrama esquemático de un transmisor y receptor de radio de onda milimétrica de conformidad con la invención que emplea una combinación de multiplicación y mezclado de frecuencia utilizando un sintetizador de baja frecuencia.

P1284/98MX DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un circuito de conversión de frecuencia para un transmisor y receptor de radio de onda milimétrica. El circuito se relaciona con el uso de un sintetizador de baja frecuencia y una combinación de multiplicadores y mezcladores de frecuencia en cascada para lograr la conversión de una señal de modulación o señal modulada en una señal de RF de onda milimétrica para su transmisión y, lo contrario para su recepción. La Figura 3 es un diagrama esquemático de una modalidad preferida de la invención. Los circuitos transmisores y receptores básicamente son simétricos, si los circuitos transmisores y receptores se implementan en una solo radio, pueden utilizarse componentes de mezclador y multiplicador idénticos para las funciones correspondientes tanto para el transmisor como para el receptor para simplificar la manufactura. En el transmisor, una señal de modulación en banda base 30 a una frecuencia ft se mezcla en un mezclador 31 con una onda de frecuencia intermedia (IF) 32 generada por un oscilador local 34 a una frecuencia f? para producir una señal de IF 36 a una frecuencia fIF, que es la suma de ft y f1. La señal de modulación en banda base preferentemente está en el intervalo o gama de frecuencias de 50-500 MHz. Aunque es posible convertir una señal de P1284/98MX modulación en banda base en una señal de RF sin el uso de la IF, se prefiere que la señal de modulación en banda base sea convertida primero en una señal de IF para permitir un amplio intervalo de sintonización si la señal de banda base tiene una anchura de banda amplia. La frecuencia fx del oscilador local preferentemente es mucho más elevada que la frecuencia ft de la banda base y, preferentemente, se encuentra en el intervalo de los 500 MHz a los 3 GHz. Adicionalmente, se prefiere que la frecuencia IF sea de aproximadamente cinco veces la frecuencia de la banda base de la señal de modulación, de modo que la frecuencia de modulación de la banda base sea mucho menor que la IF para permitir un filtrado y sintonización fáciles. Por ejemplo, si la frecuencia de la señal de modulación en banda base es de 300 MHz, la frecuencia IF preferentemente es de 1.5 GHz. El transmisor emplea un sintetizador de baja frecuencia 38 que proporciona una frecuencia de sintetizador fsyn' preferentemente en el intervalo de 1-5 GHz. Por ejemplo, si una onda milimétrica de RF deseada es de aproximadamente 40 GHz y un factor de multiplicación compuesto deseado es de 10, entonces la frecuencia fsyn del sintetizador debe ser de aproximadamente 4 GHz. La frecuencia del sintetizador se mezcla con la señal de IF 36 en un mezclador 42 para producir una señal 44 a una frecuencia que es la suma de fIF y fsyn. En otra trayectoria, la frecuencia del sintetizador P1284/98MX es multiplicada en un multiplicador de frecuencia 46 de xM y un multiplicador de frecuencia 48 de xN que están en cascada para generar una frecuencia multiplicada 50 que es MxNxfsyn, en donde M y N son enteros positivos. Preferentemente, los factores de multiplicación de M y N son cada uno no mayores de 5 para evitar una degradación excesiva en el ruido de fase. Además, se prefiere que el factor de multiplicación de cada uno de los multiplicadores sea igual a 3, de modo que se genere una frecuencia que sea 9 veces la fsyn. La frecuencia multiplicada 50 se mezcla entonces con la señal fif+fsyn 44 en un mezclador 52 para generar una señal de RF de onda milimétrica 54 a una frecuencia fIF+ (MxN+1) xfsyn. La señal de RF preferentemente tiene una gama de frecuencias de 30-90 GHz. Si cada uno de los multiplicadores de frecuencia tiene un factor de multiplicación preferido de 3, entonces la señal de IF es convertida ascendentemente o sobreconvertida en una señal de RF por 10 veces la frecuencia del sintetizador. Este factor de multiplicación es un buen compromiso entre la complejidad del hardware y la degradación del ruido de fase que resulta de la multiplicación. Existen varias ventajas distintivas de este circuito. Primero, la señal de modulación ft se sobreconvierte solamente en frecuencia mezclándola en los mezcladores 31, 42 y 52 y no se somete a la multiplicación P1284/98MX de frecuencia en ninguna trayectoria del circuito, evitando asi las no linealidades asociadas con los multiplicadores de frecuencia que provocan la distorsión en la señal de la modulación. Debido a que este circuito de conversión de frecuencia preserva la linealidad de la señal, que es adecuada para diversos tipos de modulación tales como las de FM, de FSK, de AM y de QAM. En segundo lugar, puede utilizarse un sintetizador de baja frecuencia 38 con fsvn en el intervalo de 1-5 GHz, que es mucho menos costoso que un sintetizador de frecuencia de onda milimétrica. Además, la anchura de banda de sintonización del sintetizador de frecuencia 38 es multiplicada por el factor de multiplicación compuesto de los multiplicadores de frecuencia en cascada 46 y 48, resultando en una anchura de banda de sintonización de RF amplia para la señal de RF 54. Por lo tanto, solamente se necesita un sintetizador de baja frecuencia de bajo costo para cubrir toda la anchura de banda de sintonización del radio. En otra modalidad, un multiplicador de frecuencia puede ser utilizado en vez de dos multiplicadores en cascada 46 y 48. Sin embargo, el factor de -multiplicación estarla limitado con un solo multiplicador, debido a que la degradación del ruido de fase seria excesiva con un factor de multiplicación que sea mayor de 5. Por lo tanto, la frecuencia fsyn del sintetizador tendría que ser mucho más P1284/98MX elevada, incrementando de este modo el costo del circuito. El circuito de conversión de frecuencia para el receptor de radio o radioreceptor preferentemente es el mismo que el del transmisor, con la excepción de que la operación se invierte. Una señal de RF 56 recibida a una frecuencia fIF+ (MxN+1) fsyn se somete a una conversión descendente o subconversión de frecuencia en un mezclador 58, que mezcla la señal de RF 56 entrante con una onda de frecuencia multiplicada 60 del sintetizador que resulta de una frecuencia fsyn del sintetizador 62 ' s que es multiplicada en una cascada de multiplicadores 64 y 66. La señal subconvertida 68 se mezcla entonces con la frecuencia fsyn del sintetizador en un mezclador 70 para subconvertirse adicionalmente en una señal de IF 72 a la frecuencia fIF. La señal de IF 72 se mezcla entonces con la onda de IF 32 proveniente del oscilador local 34 en un mezclador 74 para producir una señal de modulación en banda base 76 que tiene una frecuencia ft. De banda base en un radio de onda milimétrica, puede utilizarse un oscilador local 34 de IF tanto para la transmisión como para la recepción utilizando la misma frecuencia de IF. Además,"^ los circuitos de conversión de frecuencia del transmisor y del receptor pueden utilizar idénticos componentes de mezclador y multiplicador para funciones correspondientes, reduciendo asi adicionalmente el costo de manufactura. Si el P1284/98MX transmisor y el receptor están alejados entre si, se necesitarla proporcionar osciladores totales separados para ambos . Las ventajas del circuito de conversión de frecuencia del transmisor descrito anteriormente también se aplican al circuito receptor. Las ventajas incluyen una baja distorsión de señal, una baja degradación del ruido de fase, una anchura de banda de sintonización amplia y el uso de un sintetizador de baja frecuencia económico o de bajo costo. En tanto que se han mostrado y descrito varias modalidades ilustrativas de la invención, a los experimentados en la técnica se les ocurrirán numerosas variaciones y modalidades alternas. Se tienen contempladas dichas variaciones y modalidades alternas y pueden efectuarse sin desviarse del espíritu y alcance de la invención según se define en las reivindicaciones anexas.

P1284/98MX

Claims (10)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES : 1. Un circuito de conversión ascendente o sobreconversión de frecuencia para convertir una señal de entrada de frecuencia relativamente baja en una señal de salida de frecuencia relativamente alta, que comprende: un sintetizador de frecuencia que genera una señal de sintetizador a una frecuencia substancialmente menor que la frecuencia de la señal de salida; uno o más multiplicadores de frecuencia conectados para multiplicar la frecuencia de la señal del sintetizador por un factor de multiplicación para generar una señal de frecuencia multiplicada del sintetizador; un mezclador de primera etapa conectado para mezclar la señal de entrada con la señal del sintetizador y generar una señal sintetizada modulada; y un mezclador de segunda etapa conectado para mezclar la señal sintetizada y modulada con la señal de frecuencia multiplicada del sintetizador para generar la señal del salida para la radiotransmisión. 2. El circuito según la reivindicación 1, que comprende, además:
2. P1284/98MX un oscilador de frecuencia intermedia (IF) que genera una señal de oscilador; y un mezclador de - IF conectado para mezclar una señal de modulación en banda base con la señal del oscilador para generar una señal de entrada.
3. 3. Un circuito según una de las reivindicaciones 1-2, en donde los multiplicadores de frecuencia comprenden dos multiplicadores de frecuencia, un multiplicador tiene un factor de multiplicación entero de M y el otro tiene un factor de multiplicación entero de N.
4. 4. Un circuito de conversión descendente o subconversión de frecuencia para convertir una señal de entrada de frecuencia relativamente elevada en una señal de salida de frecuencia relativamente baja, que comprende: un sintetizador de frecuencia que genera una señal de sintetizador a una frecuencia substancialmente menor que la frecuencia de la señal de entrada; uno o más multiplicadores de frecuencia conectados para multiplicar -la frecuencia de la señal del sintetizador por un factor de multiplicación para generar una señal de frecuencia multiplicada del sintetizador; un mezclador de primera etapa conectado para mezclar la señal de entrada con una señal de frecuencia multiplicada del sintetizador para generar una señal sintetizada y modulada; y P1284/98MX un mezclador de segunda etapa conectado para mezclar la señal sintetizada y modulada con la señal del sintetizador para generar la señal de salida para la radiorecepción .
5. 5. El circuito según la reivindicación 4, que comprende, además: un oscilador de frecuencia intermedia (IF) que genera una señal de oscilador; y un mezclador de IF conectado para mezclar la señal de salida con la señal del oscilador para generar una señal de modulación en banda base.
6. 6. Un circuito según una de las reivindicaciones 4-5, en donde los multiplicadores de frecuencia comprenden dos multiplicadores de frecuencia, un multiplicador tiene un factor de multiplicación entero de M y el otro tiene un factor de multiplicación entero de N.
7. 7. Un método para convertir una señal de entrada de frecuencia relativamente baja en una señal de salida de frecuencia relativamente alta, que comprende: generar una señal de sintetizador que tiene una frecuencia de sintetizador substancialmente menor que la frecuencia de la señal de salida; multiplicar la frecuencia del sintetizador para generar una señal de frecuencia multiplicada del sintetizador; mezclar la señal del sintetizador con la señal de P1284/98MX entrada para generar una señal sintetizada y modulada; mezclar la señal sintetizada y modulada con la señal de frecuencia multiplicada del sintetizador para generar la señal de salida para la radiotransmisión.
8. 8. El método según la reivindicación 7, en donde la señal de entrada se genera mezclando una señal de modulación en banda base con una señal del oscilador de IF.
9. 9. Un método para convertir una señal de entrada de frecuencia relativamente alta en una señal de salida de frecuencia relativamente baja, que comprende: generar una señal de sintetizador que tiene una frecuencia de sintetizador substancialmente menor que la frecuencia de la señal de entrada; multiplicar la frecuencia del sintetizador para generar una señal de frecuencia multiplicada del sintetizador; mezclar la señal de frecuencia multiplicada del sintetizador con la señal de entrada para generar una señal sintetizada y modulada; mezclar la señal sintetizada y modulada con la señal del sintetizador para generar la señal de salida.
10. 10. El método según la reivindicación 9, en donde la señal de salida es convertida en forma descendente o subconvertida en una señal de modulación en banda base mezclando la señai de salida con una señal del oscilador de IF.. P1284/98MX