WO2021090466A1 - 位相同期回路及び同相分配回路 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a phase-locked loop and an in-phase distribution circuit.
- phase-locked loop in order to stabilize the phase of the signal output from each cable when branching from one reference signal source and transmitting a signal with a plurality of cables.
- phase-locked loop in each cable, it is possible to stabilize the phase difference between the phase of each signal after the cable is transmitted and the signal branched from one reference signal.
- the phase difference from the signal before the cable is transmitted by using the reciprocating signal reflected at the transmission destination after transmitting the cable is 2n ⁇ (n is a combination of the cable length and the delay amount by feedback control).
- the phase of the signal transmitted through the cable and output is halved by the effect of phase adjustment, so it has a phase difference of n ⁇ with respect to the signal before input to the cable. It will be.
- n is different for each cable, even if a signal having the same phase is input to each cable and the phases of the input side and the output side of the cable are stabilized by the above-mentioned phase-locked loop.
- the phase differs by ⁇ depending on whether n, which is determined by the combination of the cable length and the delay amount due to feedback control, is odd and even, and the phase of the synchronous signal is different at a plurality of transmission destinations.
- the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and when a signal of the same phase is input to a plurality of transmission lines, a phase-locked loop that aligns the phases of the synchronization signals output from the plurality of transmission lines is provided.
- the purpose is to get.
- the phase synchronization circuit of the present disclosure outputs a transmission signal to a transmission line for transmitting a signal, and is based on a control signal corresponding to a phase difference between the transmission signal and a folded signal in which the transmission signal is folded back from the transmission line.
- a phase control unit that controls the phase of a transmission signal output to the transmission line, a signal folding unit that returns a part of the transmission signal output from the phase control unit to the transmission line as the folding signal, and the signal. It is provided with a frequency multiplier that outputs the transmission signal output from the transmission line by multiplying the frequency by an even number without being folded back to the folded portion.
- the multiplier for multiplying the frequency of the signal output from the transmission line by an even number is provided, even when the signal is branched from one reference signal source, the synchronous signal output from the plurality of transmission lines can be obtained.
- the phases are aligned.
- FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the common mode distribution circuit which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a block diagram which shows the structure of the phase-locked loop which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a block diagram of the 90 degree hybrid used for the signal separator which concerns on Embodiment 1.
- FIG. It is a block diagram which shows the structure of the high frequency signal generation circuit which concerns on Embodiment 2.
- FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an in-phase distribution circuit using the phase-locked loops 1a, 1b, and 1c according to the first embodiment.
- the in-phase distribution circuit distributes the reference signal output from the reference signal source 6 to a plurality of reference signals in the reference signal generation circuit 7 which is the transmission source of the reference signal by the in-phase distributor 9, and distributes the distributed signals to a plurality of different cables.
- the synchronization signal generation circuits 8a, 8b, 8c at a plurality of transmission destinations by 3a, 3b, and 3c, the synchronization signals having the same phase are output to the plurality of transmission destinations.
- the in-phase distributor 9 distributes the reference signal output by the reference signal source 6 to a plurality of signals having the same phase, and outputs the reference signal to the signal separators 21a, 1b, and 1c of the phase-locked loops 1a, 1b, and 1c. ..
- a common mode distributor 9 made of a silicon IC (Integrated Circuit) is used.
- the distributed signal is an electromagnetic wave, and can be applied to, for example, a radio wave or a microwave.
- phase-locked loops 1a, 1b, and 1c are provided in each transmission line.
- the reference signal source 6 is a signal source that outputs a reference signal to the common mode distributor 9. For example, a crystal oscillator capable of outputting an accurate frequency is used.
- the reference signal from the reference signal source 6 is input to the in-phase distributor 9, and the in-phase distributor 9 supplies the in-phase reference signals to the phase synchronization circuits 1a, 1b, and 1c.
- Phase-locked loops 1a, 1b, and 1c having the same configuration are provided in each transmission line of the in-phase distribution circuit shown in FIG.
- FIG. 2 is a configuration diagram showing a detailed configuration of the phase-locked loop 1 according to the first embodiment, but the phase-locked loops 1a, 1b, and 1c also have the same configuration.
- the phase synchronization circuit 1 outputs a transmission signal to the cable 3 which is a transmission path for transmitting a signal, and the cable 3 is based on a control signal corresponding to the phase difference between the transmission signal and the folded signal obtained by folding the cable 3.
- the phase control unit 2 that controls the phase of the signal output to the cable 3, the signal wrapping unit 4 that folds a part of the transmission signal output from the phase control unit 2 to the cable 3 as a wrapping signal to the cable 3, and the signal wrapping unit 4. It is configured to have a frequency multiplier 5 that evenly multiplies the frequency of the transmission signal output from the cable 3 without being folded back.
- the phase control unit 2 is composed of a signal separator 21, a phase comparator 22, and a phase controller 23.
- a transmission signal output to a cable 3 which is a transmission path for transmitting a signal and a folded signal obtained by folding back the cable 3 are transmitted signals.
- the phase of the transmission signal output to the cable 3 is controlled based on the control signal corresponding to the phase difference between.
- the signal separator 21 inputs the reference signal output by the reference signal source 6 and distributed by the common mode distributor 9. Then, the signal separator 21 separates the reference signal into two, outputs one of the separated reference signals as a reference signal to the phase comparator 22, and outputs the other separated reference signal as a transmission signal to the phase controller 23. At the same time, the transmitted signal is input from the phase controller 23 and is output to the phase comparator 22 via the signal separator.
- the folded signal means that the other reference signal separated by the signal separator 21 is output to the phase controller 23 as a transmission signal, transmitted from the phase controller 23 to the cable 3, and folded back by the signal folding section 4. It is a signal returned by going back and forth in the cable 3.
- the signal separator 21 has a plurality of terminals for inputting and outputting signals, and can be configured such that signal transmission between the terminals is performed in a predetermined relationship.
- the signal separator 21 can be composed of, for example, a 90-degree hybrid composed of a coupling line or a lumped constant element configured to transmit signals between terminals as described above.
- a 90-degree hybrid is used for the signal separator 21 will be described.
- FIG. 3 is a configuration diagram of a 90-degree hybrid used in the signal separator 21 according to the first embodiment. This 90-degree hybrid includes a first terminal, a second terminal, a third terminal, and a fourth terminal.
- the first terminal and the second terminal can pass through each other, and the phase is changed by 90 degrees when the signal passes. Further, the first terminal and the fourth terminal, and the second terminal and the third terminal can pass through each other, and the phase is changed by 180 degrees when passing through each other.
- the signal separator 21 separates the signal and outputs a transmission signal from the second terminal and a reference signal from the fourth terminal. Further, when the return signal is input to the second terminal of the signal separator 21, the return signal is output from the third terminal.
- the phase comparator 22 determines the phase difference between the phase of the reference signal output by the signal separator 21 and the signal that has passed through the phase controller 23, folded back the cable 3 by the signal folding section 4, and passed through the phase controller 23 again. For comparison, a control signal corresponding to the phase difference is output to the phase controller 23.
- the phase comparator 22 is configured to have a first terminal, a second terminal, and a third terminal.
- a reference signal is input from the fourth terminal of the signal separator 21 to the first terminal of the phase comparator 22, and a loopback signal is input from the third terminal of the signal separator 21 to the second terminal of the phase comparator 22.
- phase difference control signal of the two input signals is output from the third terminal of the phase comparator 22 to the third terminal of the phase controller 23.
- This control signal is a signal that causes the phase controller 23 to perform control for changing the phase of the signal output from the phase controller 23 to the cable 3 in the direction in which the phase difference between the two signals becomes zero.
- the phase comparator 22 may be any as long as it compares the phases of the two input signals and outputs the control signal, and for example, one made of a silicon IC is used.
- the phase controller 23 changes the phase and outputs the signal to the cable 3 according to the control signal output by the phase comparator 22, and the signal folding section 4 to the cable 3
- the phase controller 23 may change the phase of the input signal according to the input control signal and output the signal.
- the phase controller 23 is configured to have a first terminal, a second terminal, and a third terminal. The signal input from the first terminal is output from the second terminal by changing the passing phase according to the control signal input from the third terminal, and the signal input from the second terminal is input from the third terminal. Output from the first terminal according to the control signal.
- an analog phase shifter in which the amount of change in phase continuously changes according to the control voltage output by the phase comparator 22 is used.
- the cable 3 connects the phase control unit 2 and the signal wrapping unit 4 as a signal transmission path, transmits the transmission signal output by the phase control unit 2 to the signal wrapping unit 4, and folds back from the signal wrapping unit 4.
- the signal is transmitted to the phase control unit 2.
- a coaxial cable or a twisted pair cable is used for the cable 3.
- the signal folding unit 4 folds a part of the transmission signal input from the phase control unit 2 to the cable 3.
- a 90-degree hybrid similar to the signal separator 21 is used as the signal folding section 4 will be described.
- the signal folding unit 4 When the transmission signal transmitted from the phase controller 23 through the cable 3 is input to the first terminal, the signal folding unit 4 outputs the transmission signal by changing the phase by 90 degrees to the second terminal. Then, by separating the transmission signal output from the second terminal into two and inputting one to the fourth terminal, the phase of the transmission signal input from the first terminal is changed by 270 degrees and the first It is output as a return signal from the terminal of, and the other separated transmission signal is output to the frequency multiplier 5 as a synchronization signal.
- the third terminal is terminated with a resistor.
- the frequency multiplier 5 doubles the frequency of the transmission signal output from the cable 3 without being folded back to the signal folding unit 4 and outputs it as a synchronization signal.
- the output of the second terminal of the 90-degree hybrid, which is the signal folding section 4 is separated, and the transmission signal that is not input to the fourth terminal is input to the frequency multiplier 5 and the frequency of the transmission signal. Is doubled and the transmission signal is output as a synchronization signal.
- the frequency multiplier 5 may be any as long as it can multiply the input signal by an even number, and for example, one made of a silicon IC is used.
- the reference signal source 6 inputs a reference signal to the common mode distributor 9.
- the in-phase distributor 9 distributes the input reference signal to a plurality of the input reference signals and inputs the in-phase reference signals to the respective phase-locked loops 1a, 1b, and 1c.
- the phase-locked loops 1a, 1b, and 1c output synchronization signals from the respective phase-locked loops 1a, 1b, and 1c when a reference signal is input.
- phase-locked loop 1 The detailed operation of the phase-locked loop 1 is as follows.
- the signal separator 21 When the reference signal is input to the first terminal of the signal separator 21, the signal separator 21 separates the reference signal and outputs it from the second and fourth terminals.
- the signal separator 21 outputs the reference signal from the first terminal to the second terminal, the phase of the reference signal is changed by 90 degrees and output as a transmission signal to the first terminal of the phase controller 23. Further, when the reference signal is output from the first terminal to the fourth terminal, the phase of the reference signal is changed by 180 degrees and output to the first terminal of the phase comparator 22.
- the phase comparator 22 is a loopback signal output from the third terminal of the signal separator 21 and input to the second terminal of the phase comparator 22, and is output from the fourth terminal of the signal separator 21 for phase comparison.
- the phase of the reference signal input to the first terminal of the device 22 is compared.
- the phase comparator 22 outputs a control signal such that the compared phase difference becomes 0 from the third terminal of the phase comparator 22 to the third terminal of the phase controller 23.
- the phase controller 23 changes the phase of the transmission signal input from the first terminal of the phase controller 23 according to the control signal input from the phase comparator 22 and outputs it from the second terminal to the cable 3. Further, when a loopback signal is input from the second terminal of the phase controller 23, the phase is changed according to the control signal input from the phase comparator 22 and the phase is changed from the first terminal to the second terminal of the signal separator 21. Output to. When a folded signal is input from the phase controller 23 to the signal separator 21, the signal separator 21 changes the phase of the folded signal by 180 degrees and outputs it from the third terminal to the phase comparator 22.
- the transmission signal output from the phase controller 23 is transmitted through the cable 3 and input to the first terminal of the signal folding section 4.
- the signal folding unit 4 changes the phase of the input transmission signal by 90 degrees and outputs the signal from the second terminal.
- the transmission signal output from the second terminal is branched into two, one is input to the frequency multiplier 5 and the other is input to the fourth terminal of the signal folding section 4.
- the transmission signal input to the fourth terminal of the signal wrapping unit 4 changes its phase by 180 degrees, is output as a wrapping signal from the first terminal of the signal wrapping unit 4 to the cable 3, and is input to the phase controller 23.
- the transmission signal output from the second terminal of the signal folding section 4 and input to the frequency multiplier 5 is output as a synchronization signal of the phase synchronization circuit 1 with the frequency doubled.
- phase output from the phase-locked loop 1 will be described using a mathematical formula.
- the phase ⁇ 3 of the synchronization signal output from the second terminal of the signal folding section 4 is represented by the mathematical formula (1).
- the initial phase of the reference signal input to the phase synchronization device is ⁇ 0
- the passing phase of the phase controller 23 is ⁇ tune
- the passing phase of the cable 3 is ⁇ cable .
- phase ⁇ 1 of the reference signal output from the fourth terminal of the signal separator 21 is represented by the equation (2).
- phase ⁇ 2 of the transmission signal folded back to the cable 3 by the signal folding section 4 and output from the third terminal of the signal separator 21 is represented by the equation (3).
- the phase ⁇ 3 of the transmission signal output from the signal folding section 4 has a value that does not depend on the ⁇ cable , and therefore depends on the temperature change around the cable 3 and the fluctuation of the vibration with respect to the cable 3. It is possible to stabilize ⁇ 3.
- the equation (4) there is a possibility that there are multiple values of n depending on the combination of the cable 3 length and the delay amount by the feedback control, and it is unknown whether the value of n is an odd number or an even number. is there.
- the phase-locked loop 1 of the present disclosure doubles the frequency of the signal output from the cable 3. Since the transmission signal ⁇ 3 output from the second terminal of the signal folding section 4 is input to the frequency multiplier 5 and the frequency is doubled, the phase ⁇ out output from the phase synchronization circuit 1 is given by the equation (6). ).
- the phase of the transmission signal ⁇ 3 output from the second terminal of the signal folding section 4 is evenly multiplied by the frequency multiplier 5, as shown in the equation (6).
- the phase ⁇ out of the synchronization signal of the phase-locked loop 1 is expressed by a mathematical formula that does not depend on n, that is, the phase does not depend on the combination of the cable 3 length and the delay amount due to feedback control. Therefore, when the in-phase distribution circuit for distributing the reference signal to a plurality of reference signals as shown in FIG. 1 and transmitting the signal with the plurality of cables 3 is configured, the phase-locked loop 1 is used to output from the plurality of transmission lines. It is possible to align the phases of the synchronized signals to be generated.
- the synchronization signal generation circuit 8 by configuring the synchronization signal generation circuit 8 with a plurality of boards, the synchronization signal generation circuit is located at an arbitrary position not restricted by the board size as compared with the case where the synchronization signal generation circuit 8 is composed of a single board. 8 can be placed.
- FIG. 4 is a configuration diagram showing the configuration of the high frequency signal generation circuit according to the second embodiment.
- the second embodiment is different from the first embodiment in that the synchronization signal generation circuit 8 of the first embodiment is provided with a frequency synthesizer 10, and is the same as the first embodiment.
- the synchronization signal generation circuit 8 includes a frequency synthesizer 10 at an output destination where a synchronization signal is output from the frequency multiplier 5.
- the frequency synthesizer 10 generates and outputs a signal having a frequency higher than the reference signal based on the input signal.
- the frequency synthesizer 10 can output a high frequency signal that cannot be output by a reference signal source 6 such as a crystal oscillator. Further, it is possible to output not only a continuous wave (CW: Continuous Wave) having a fixed frequency but also a chirp signal or the like whose frequency changes linearly with time.
- a PLL Phase Locked Loop
- the synchronization signal output from the frequency multiplier 5 is input to the frequency synthesizer 10.
- the frequency synthesizer 10 generates and outputs a signal having a frequency higher than the reference signal based on the synchronization signal.
- the frequency synthesizer 10 outputs a high-frequency continuous wave, it is possible to output a phase-aligned signal from all the synchronization signal generation circuits 8.
- all the synchronization signal generation circuits 8 can output signals having the same phase.
- a high frequency signal output from a single frequency synthesizer 10 is distributed by an in-phase distributor 9 and a plurality of high frequency cables 3 having the same length are used.
- a high-frequency signal generation circuit can be configured without using an expensive high-frequency cable.
- Phase-locked loop 1.
- Phase control unit 21 Signal separator 22.
- Phase comparator 23 Phase controller 3.
- Reference signal source Reference signal generation circuit 8.
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Abstract
1つの基準信号源から分岐して複数のケーブルで信号を伝送する際に各ケーブルから出力される信号の位相を安定させるために位相同期回路を用いることが考えられる。しかし、ケーブルから出力されるそれぞれの信号は、ケーブル長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせで複数の伝送路から出力される同期信号の位相が異なる場合があった。本発明は、位相同期回路に伝送路から出力される信号の周波数を偶数倍する周波数逓倍器を設けたので、1つの基準信号を複数に分配した場合にも、複数の伝送路から出力される同期信号の位相が揃う。
Description
本発明は、位相同期回路及び同相分配回路に関するものである。
伝送路となるケーブルを介して信号を伝送すると、ケーブル周囲の温度変化やケーブルに対する振動によってと出力される信号の位相が変動してしまう問題がある。この時、ケーブルを伝送する前の信号とケーブルを伝送して伝送先で反射してきた信号すなわち反射信号との位相差が一定となるようにフィードバック制御を行うことでケーブルから出力される位相を安定化する位相同期回路がある(特許文献1)。
1つの基準信号源から分岐して複数のケーブルで信号を伝送する際に各ケーブルから出力される信号の位相を安定させるためにこのような位相同期回路を用いることが考えられる。この際、各ケーブルに位相同期回路を設けることにより、ケーブルを伝送した後のそれぞれの信号の位相と1つの基準信号から分岐した信号との位相差を安定化させておくことができる。
上述した位相同期回路では、ケーブルを伝送して伝送先で反射してきた往復信号を用いてケーブルを伝送する前の信号との位相差を2nπ(nはケーブル長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせにより決定される整数)となるように制御すると、ケーブルを伝送して出力される信号の位相は、位相調整の影響が半分となるため、ケーブルに入力前の信号に対してnπの位相差を持つことになる。このとき、それぞれのケーブルごとにnの値が異なるので、それぞれのケーブルに位相をそろえた信号を入力し、上述の位相同期回路でケーブルの入力側と出力側の位相を安定化させたとしてもケーブル長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせで決まるnが奇数の場合と偶数の場合で位相がπ異なってしまい、複数の伝送先で同期信号の位相が異なる。
上述した位相同期回路では、ケーブルを伝送して伝送先で反射してきた往復信号を用いてケーブルを伝送する前の信号との位相差を2nπ(nはケーブル長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせにより決定される整数)となるように制御すると、ケーブルを伝送して出力される信号の位相は、位相調整の影響が半分となるため、ケーブルに入力前の信号に対してnπの位相差を持つことになる。このとき、それぞれのケーブルごとにnの値が異なるので、それぞれのケーブルに位相をそろえた信号を入力し、上述の位相同期回路でケーブルの入力側と出力側の位相を安定化させたとしてもケーブル長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせで決まるnが奇数の場合と偶数の場合で位相がπ異なってしまい、複数の伝送先で同期信号の位相が異なる。
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、複数の伝送路に同相の信号を入力した場合に、複数の伝送路から出力される同期信号の位相を揃える位相同期回路を得ることを目的とする。
本開示の位相同期回路は、信号を伝送する伝送路に送信信号を出力し、前記送信信号と前記送信信号が前記伝送路を折り返した折り返し信号との位相差に対応する制御信号に基づいて前記伝送路に出力する送信信号の位相を制御する位相制御部と、前記位相制御部から伝送路に出力された送信信号の一部を前記折り返し信号として前記伝送路に折り返す信号折り返し部と、前記信号折り返し部に折り返されずに前記伝送路から出力された送信信号の周波数を偶数倍して出力する周波数逓倍器とを備えたものである。
本開示によれば、伝送路から出力される信号の周波数を偶数倍する逓倍器を設けたので、1つの基準信号源から信号を分岐した場合にも複数の伝送路から出力される同期信号の位相が揃う。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1に係る位相同期回路1a、1b、1cを用いた同相分配回路の構成を示す構成図である。同相分配回路は、基準信号の送信源である基準信号発生回路7内において、基準信号源6から出力された基準信号を同相分配器9で複数に分配し、分配された信号を異なる複数のケーブル3a、3b、3cで複数の送信先にある同期信号発生回路8a、8b、8cに送信することで、複数の送信先に位相が揃った同期信号を出力するものである。
図1は、本実施の形態1に係る位相同期回路1a、1b、1cを用いた同相分配回路の構成を示す構成図である。同相分配回路は、基準信号の送信源である基準信号発生回路7内において、基準信号源6から出力された基準信号を同相分配器9で複数に分配し、分配された信号を異なる複数のケーブル3a、3b、3cで複数の送信先にある同期信号発生回路8a、8b、8cに送信することで、複数の送信先に位相が揃った同期信号を出力するものである。
同相分配器9は、基準信号源6が出力した基準信号を位相のそろった複数の信号に分配し、基準信号として位相同期回路1a、1b、1cの信号分離器21a、1b、1cに出力する。例えば、同相分配器9にはシリコンIC(Integrated Circuit)から成るものが用いられる。
ここで、分配される信号とは電磁波であり、例えば電波やマイクロ波に適用することができる。基準信号発生回路7と同期信号発生回路8a、8b、8cが離れてケーブル3a、3b、3cが長い場合、伝送路であるケーブル3a、3b、3c周囲の温度変化やケーブル3a、3b、3cに対する振動によって伝送される信号の位相に変動が生じ、それぞれの伝送先で得られる信号の間の位相がずれてしまう。この位相のずれを修正するために、各伝送路に位相同期回路1a、1b、1cを設けている。
ここで、分配される信号とは電磁波であり、例えば電波やマイクロ波に適用することができる。基準信号発生回路7と同期信号発生回路8a、8b、8cが離れてケーブル3a、3b、3cが長い場合、伝送路であるケーブル3a、3b、3c周囲の温度変化やケーブル3a、3b、3cに対する振動によって伝送される信号の位相に変動が生じ、それぞれの伝送先で得られる信号の間の位相がずれてしまう。この位相のずれを修正するために、各伝送路に位相同期回路1a、1b、1cを設けている。
基準信号源6は、基準信号を同相分配器9に出力する信号源である。例えば、正確な周波数を出力できる水晶発振器などが用いられる。この基準信号源6からの基準信号が同相分配器9に入力され、同相分配器9から各位相同期回路1a、1b、1cに同相の基準信号が供給される。
図1に示した同相分配回路の各伝送路には同じ構成の位相同期回路1a、1b、1cが設けられている。図2は、本実施の形態1に係る位相同期回路1の詳細の構成を示す構成図であるが、位相同期回路1a、1b、1cも同様の構成である。
位相同期回路1は、信号を伝送する伝送路であるケーブル3に送信信号を出力し、送信信号と送信信号がケーブル3を折り返した折り返し信号との位相差に対応する制御信号に基づいてケーブル3に出力する信号の位相を制御する位相制御部2と、位相制御部2からケーブル3に出力された送信信号の一部を折り返し信号としてケーブル3に折り返す信号折り返し部4と、信号折り返し部4に折り返されずにケーブル3から出力された送信信号の周波数を偶数倍する周波数逓倍器5とを有して構成されている。
位相同期回路1は、信号を伝送する伝送路であるケーブル3に送信信号を出力し、送信信号と送信信号がケーブル3を折り返した折り返し信号との位相差に対応する制御信号に基づいてケーブル3に出力する信号の位相を制御する位相制御部2と、位相制御部2からケーブル3に出力された送信信号の一部を折り返し信号としてケーブル3に折り返す信号折り返し部4と、信号折り返し部4に折り返されずにケーブル3から出力された送信信号の周波数を偶数倍する周波数逓倍器5とを有して構成されている。
位相制御部2は、信号分離器21、位相比較器22及び位相制御器23から構成され、信号を伝送する伝送路であるケーブル3に出力する送信信号と送信信号がケーブル3を折り返した折り返し信号との位相差に対応する制御信号に基づいてケーブル3に出力する送信信号の位相を制御する。
信号分離器21は、基準信号源6が出力し同相分配器9で分配された基準信号を入力する。そして、信号分離器21は基準信号を2つに分離し、分離した一方の基準信号を基準信号として位相比較器22に出力し、分離した他方の基準信号を送信信号として位相制御器23に出力するとともに、送信信号がケーブル3を折り返した折り返し信号を位相制御器23から入力して信号分離器を介して位相比較器22に出力する。ここで、折り返し信号とは、信号分離器21で分離した他方の基準信号が送信信号として位相制御器23に出力され、位相制御器23からケーブル3に送信されて信号折り返し部4で折り返され、ケーブル3を往復して戻ってきた信号である。
なお、信号分離器21は、信号を入出力する複数の端子を有し、それぞれの端子間における信号伝達を所定の関係で行うようなもので構成することができる。この信号分離器21は、例えば、上記のような端子間の信号伝達を行うように構成した、結合線路あるいは集中定数素子から成る90度ハイブリッドで構成することができる。以後、信号分離器21に90度ハイブリッドを用いた場合を説明する。図3は、実施の形態1に係る信号分離器21に用いられる90度ハイブリッドの構成図である。この90度ハイブリッドは、第1の端子、第2の端子、第3の端子、第4の端子を備えている。第1の端子と第2の端子は相互に通過可能であり、信号が通過する際に位相を90度変化させる。また、第1の端子と第4の端子、第2の端子と第3の端子が相互に通過可能であり、通過する際に位相を180度変化させる。また、信号分離器21の第1の端子に基準信号が入力されると、信号分離器21は信号を分離して第2の端子から送信信号を、第4の端子から基準信号を出力する。さらに、信号分離器21の第2の端子に折り返し信号が入力されると、第3の端子から折り返し信号を出力する。
位相比較器22は、信号分離器21が出力した基準信号の位相と、位相制御器23を通過して信号折り返し部4によりケーブル3を折り返し再び位相制御器23を通過した信号との位相差を比較し、その位相差に応じた制御信号を位相制御器23に出力する。
本実施の形態では、位相比較器22は、第1の端子、第2の端子、及び、第3の端子を有して構成されている。信号分離器21の第4の端子から位相比較器22の第1の端子へ基準信号、信号分離器21の第3の端子から位相比較器22の第2の端子に折り返し信号が入力される。そして、位相比較器22の第3の端子から、入力された2つの信号の位相差制御信号を位相制御器23の第3の端子に出力する。この制御信号は、位相制御器23からケーブル3に出力する信号の位相を2つの信号の位相差が0となる方向に変化させる制御を位相制御器23に行わせる信号である。このように、位相比較器22は2つの入力信号の位相を比較して制御信号を出力するものであればよく、例えばシリコンICから成るものが用いられる。
本実施の形態では、位相比較器22は、第1の端子、第2の端子、及び、第3の端子を有して構成されている。信号分離器21の第4の端子から位相比較器22の第1の端子へ基準信号、信号分離器21の第3の端子から位相比較器22の第2の端子に折り返し信号が入力される。そして、位相比較器22の第3の端子から、入力された2つの信号の位相差制御信号を位相制御器23の第3の端子に出力する。この制御信号は、位相制御器23からケーブル3に出力する信号の位相を2つの信号の位相差が0となる方向に変化させる制御を位相制御器23に行わせる信号である。このように、位相比較器22は2つの入力信号の位相を比較して制御信号を出力するものであればよく、例えばシリコンICから成るものが用いられる。
位相制御器23は、位相比較器22が出力した制御信号に従って、信号分離器21が出力した送信信号が入力されると位相を変化させてケーブル3に出力するとともに、信号折り返し部4からケーブル3を伝送して折り返し信号が入力されると位相を変化させて信号分離器21に出力する。位相制御器23は、入力される制御信号に従って入力される信号の位相を変化させて出力するものであればよい。
本実施の形態では、位相制御器23は、第1の端子、第2の端子、第3の端子を有して構成されている。第1の端子から入力した信号を第3の端子から入力される制御信号に従って通過位相を変化させて第2の端子から出力するとともに、第2の端子から入力した信号を第3の端子から入力される制御信号に従って第1の端子から出力する。例えば位相比較器22が出力した制御電圧に従って、位相の変化量が連続的に変化するアナログ移相器が用いられる。
本実施の形態では、位相制御器23は、第1の端子、第2の端子、第3の端子を有して構成されている。第1の端子から入力した信号を第3の端子から入力される制御信号に従って通過位相を変化させて第2の端子から出力するとともに、第2の端子から入力した信号を第3の端子から入力される制御信号に従って第1の端子から出力する。例えば位相比較器22が出力した制御電圧に従って、位相の変化量が連続的に変化するアナログ移相器が用いられる。
ケーブル3は、位相制御部2と信号折り返し部4とを信号の伝送路としてつなぎ、位相制御部2が出力した送信信号を信号折り返し部4に伝送するとともに、信号折り返し部4から折り返された折り返し信号を位相制御部2に伝送する。例えば、ケーブル3には同軸ケーブルやツイストペアケーブルが用いられる。
信号折り返し部4は、位相制御部2から入力された送信信号の一部をケーブル3に折り返す。本実施の形態では、この信号折り返し部4として、信号分離器21と同様の90度ハイブリッドを用いた場合について説明する。信号折り返し部4は、位相制御器23からケーブル3を伝送した送信信号が第1の端子に入力されると、第2の端子へ位相を90度変化させて出力する。そして、第2の端子から出力される送信信号を2つに分離して一方を第4の端子へ入力することで、第1の端子から入力された送信信号の位相を270度変化させ第1の端子から折り返し信号として出力し、送信信号を分離したもう一方を同期信号として周波数逓倍器5に出力する。第3の端子は抵抗で終端する。
周波数逓倍器5は、信号折り返し部4に折り返されずにケーブル3から出力された送信信号を、周波数を2倍にして同期信号として出力する。本実施の形態では、信号折り返し部4である90度ハイブリッドの第2の端子の出力を分離して第4の端子へ入力されなかった送信信号が周波数逓倍器5に入力され、送信信号の周波数が2倍となった送信信号が同期信号として出力される。周波数逓倍器5は、入力信号を偶数倍できるものであればよく、例えばシリコンICからなるものが用いられる。
次に、本発明の実施の形態1に係る同相分配回路の動作について説明する。
基準信号源6は、同相分配器9に基準信号を入力する。同相分配器9は、基準信号源6から基準信号が入力されると、入力された基準信号を複数に分配して同相の基準信号をそれぞれの位相同期回路1a、1b、1cに入力する。位相同期回路1a、1b、1cは、基準信号が入力されるとそれぞれの位相同期回路1a、1b、1cから同期信号を出力する。
基準信号源6は、同相分配器9に基準信号を入力する。同相分配器9は、基準信号源6から基準信号が入力されると、入力された基準信号を複数に分配して同相の基準信号をそれぞれの位相同期回路1a、1b、1cに入力する。位相同期回路1a、1b、1cは、基準信号が入力されるとそれぞれの位相同期回路1a、1b、1cから同期信号を出力する。
位相同期回路1の詳細の動作は下記の通りである。
信号分離器21は、信号分離器21の第1の端子に基準信号が入力されると、基準信号を分離して第2及び第4の端子から出力する。信号分離器21は第1の端子から第2の端子へ基準信号を出力する際に基準信号の位相を90度変化させて送信信号として位相制御器23の第1の端子へ出力する。また、第1の端子から第4の端子へ基準信号を出力する際に基準信号の位相を180度変化させて位相比較器22の第1の端子に出力する。
信号分離器21は、信号分離器21の第1の端子に基準信号が入力されると、基準信号を分離して第2及び第4の端子から出力する。信号分離器21は第1の端子から第2の端子へ基準信号を出力する際に基準信号の位相を90度変化させて送信信号として位相制御器23の第1の端子へ出力する。また、第1の端子から第4の端子へ基準信号を出力する際に基準信号の位相を180度変化させて位相比較器22の第1の端子に出力する。
位相比較器22は、信号分離器21の第3の端子から出力され位相比較器22の第2の端子に入力される折り返し信号、及び、信号分離器21の第4の端子から出力され位相比較器22の第1の端子に入力される基準信号の信号の位相を比較する。位相比較器22は、比較した位相差が0となるような制御信号を位相比較器22の第3の端子から位相制御器23の第3の端子に出力する。
位相制御器23は、位相制御器23の第1の端子から入力される送信信号の位相を、位相比較器22から入力される制御信号に従って変化させて第2の端子からケーブル3へ出力する。また、位相制御器23の第2の端子から折り返し信号が入力されると、位相比較器22から入力される制御信号に従って位相を変化させて第1の端子から信号分離器21の第2の端子へ出力する。位相制御器23から信号分離器21に折り返し信号が入力されると、信号分離器21は折り返し信号の位相を180度変化させて第3の端子から位相比較器22へ出力する。
位相制御器23から出力された送信信号はケーブル3を伝送して信号折り返し部4の第1の端子に入力される。信号折り返し部4は、入力された送信信号の位相を90度変化させて第2の端子から出力する。第2の端子から出力された送信信号は2つに分岐され、一方は周波数逓倍器5へ、もう一方は信号折り返し部4の第4の端子に入力される。信号折り返し部4の第4の端子に入力された送信信号は、位相を180度変化させて折り返し信号として信号折り返し部4の第1の端子からケーブル3へ出力され、位相制御器23に入力される。
信号折り返し部4の第2の端子から出力され、周波数逓倍器5に入力された送信信号は、周波数が2倍になって位相同期回路1の同期信号として出力される。
ここで、位相制御器23の動作の詳細について説明する。
以下、数式を用いて位相同期回路1から出力される位相について説明する。
信号折り返し部4の第2の端子から出力される同期信号の位相θ3は、数式(1)で示される。ここで、位相同期装置に入力される基準信号の初期位相をθ0、位相制御器23の通過位相をθtune、ケーブル3の通過位相をθcableとする。
信号折り返し部4の第2の端子から出力される同期信号の位相θ3は、数式(1)で示される。ここで、位相同期装置に入力される基準信号の初期位相をθ0、位相制御器23の通過位相をθtune、ケーブル3の通過位相をθcableとする。
(数1)
θ3=θ0+π+θtune+θcable ・・・(1)
θ3=θ0+π+θtune+θcable ・・・(1)
また、信号分離器21の第4の端子から出力される基準信号の位相θ1は、式(2)で示される。
(数2)
θ1=θ0+π ・・・(2)
θ1=θ0+π ・・・(2)
信号折り返し部4によりケーブル3に折り返され、信号分離器21の第3の端子から出力される送信信号の位相θ2は、式(3)で示される。
(数3)
θ2=θ0+3π+2θtune+2θcable ・・・(3)
θ2=θ0+3π+2θtune+2θcable ・・・(3)
位相比較器22は、信号分離器21の第4の端子から出力された基準信号の位相θ1と第3の端子から出力された送信信号の位相θ2の位相差が0となるように位相制御器23に制御信号を出力するので、この制御でもたらされる定常状態においては、θ2=θ1+2nπということができる。よって、式(2)と式(3)から、以下の式(4)を得る。
(数4)
θtune+θcable=(n-1)π ・・・(4)
θtune+θcable=(n-1)π ・・・(4)
ここで得られた式(4)を式(1)に代入すると、以下の式(5)が得られる。
(数5)
θ3=θ0+nπ
θ3=θ0+nπ
式(5)からわかるように、信号折り返し部4から出力される送信信号の位相θ3は、θcableによらない値となるので、ケーブル3周囲の温度変化やケーブル3に対する振動の変動によらずθ3を安定化させることができる。しかし、式(4)に示されるように、ケーブル3長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせによってnの値は複数の可能性があり、nの値が奇数となるか偶数となるかは不明である。
ここで、基準信号を複数に分配して複数のケーブル3で信号を伝送する場合を考える。式(5)に示されるθ3の値はケーブル3長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせによりnの値が不明であるため、複数の伝送路から出力される信号の位相がπ異なる可能性がある。
そこで、本開示の位相同期回路1は、ケーブル3から出力される信号の周波数を2倍する。信号折り返し部4の第2の端子から出力された送信信号θ3は、周波数逓倍器5に入力され、周波数が2倍となるので、位相同期回路1から出力される位相θoutは式(6)で示される。
(数6)
θout=2θ3=2θ0+2nπ=2θ0
θout=2θ3=2θ0+2nπ=2θ0
このように、本発明の位相同期回路1は、信号折り返し部4の第2の端子から出力された送信信号θ3の位相を周波数逓倍器5で偶数倍するので、式(6)に示すように位相同期回路1の同期信号の位相θoutがnに依存しない数式で表される状態、すなわちケーブル3長やフィードバック制御による遅延量の組み合わせによらない位相になる。従って、図1に示したような基準信号を複数に分配して複数のケーブル3で信号を伝送する同相分配回路を構成した場合に本位相同期回路1を用いることにより、複数の伝送路から出力される同期信号の位相を揃えることができる。
また、図1に示すように、同期信号発生回路8を複数の基板で構成とすることで、1枚の基板で構成する場合と比べて、基板サイズに制約されない任意の位置に同期信号発生回路8を配置することができる。
実施の形態2.
次に、実施の形態2に係る高周波信号発生回路について説明する。図4は、実施の形態2に係る高周波信号発生回路の構成を示す構成図である。実施の形態2では、実施の形態1の同期信号発生回路8がそれぞれ周波数シンセサイザ10を備えた点が実施の形態1と異なり、そのほかは実施の形態1と同様である。
次に、実施の形態2に係る高周波信号発生回路について説明する。図4は、実施の形態2に係る高周波信号発生回路の構成を示す構成図である。実施の形態2では、実施の形態1の同期信号発生回路8がそれぞれ周波数シンセサイザ10を備えた点が実施の形態1と異なり、そのほかは実施の形態1と同様である。
同期信号発生回路8は、周波数逓倍器5から同期信号が出力される出力先に周波数シンセサイザ10を備える。周波数シンセサイザ10は、入力した信号に基づいて基準信号より高い周波数の信号を生成して出力する。周波数シンセサイザ10は、水晶発振器などの基準信号源6では出力できない高い周波数の信号を出力することができる。また、周波数が固定の連続波(CW:Continuous Wave)だけでなく、周波数が時間に対して線形に変化するチャープ信号などを出力することができる。例えば、周波数シンセサイザ10には、PLL(Phase Locked Loop)を用いることができる。
次に、実施の形態2の動作について説明する。
周波数逓倍器5から出力された同期信号が周波数シンセサイザ10に入力される。周波数シンセサイザ10は、同期信号に基づいて基準信号より高い周波数の信号を生成して出力する。
このように構成することで、周波数シンセサイザ10が高周波の連続波を出力する場合、すべての同期信号発生回路8から位相が揃った信号を出力することができる。また、チャープ信号を出力する場合においても同様に、すべての同期信号発生回路8は位相が揃った信号を出力することができる。複数の高周波を発生させる装置として、単一の周波数シンセサイザ10から出力される高周波信号を同相分配器9で分配し、同じ長さの高周波ケーブル3を複数用いることも考えられるが、本実施の形態の方法であれば高価な高周波ケーブルをもちいることなく高周波信号発生回路を構成することができる。
周波数逓倍器5から出力された同期信号が周波数シンセサイザ10に入力される。周波数シンセサイザ10は、同期信号に基づいて基準信号より高い周波数の信号を生成して出力する。
このように構成することで、周波数シンセサイザ10が高周波の連続波を出力する場合、すべての同期信号発生回路8から位相が揃った信号を出力することができる。また、チャープ信号を出力する場合においても同様に、すべての同期信号発生回路8は位相が揃った信号を出力することができる。複数の高周波を発生させる装置として、単一の周波数シンセサイザ10から出力される高周波信号を同相分配器9で分配し、同じ長さの高周波ケーブル3を複数用いることも考えられるが、本実施の形態の方法であれば高価な高周波ケーブルをもちいることなく高周波信号発生回路を構成することができる。
1.位相同期回路
2.位相制御部
21.信号分離器
22.位相比較器
23.位相制御器
3.ケーブル
4.信号折り返し部
5.周波数逓倍器
6.基準信号源
7.基準信号発生回路
8.同期信号発生回路
9.同相分配器
10.周波数シンセサイザ
2.位相制御部
21.信号分離器
22.位相比較器
23.位相制御器
3.ケーブル
4.信号折り返し部
5.周波数逓倍器
6.基準信号源
7.基準信号発生回路
8.同期信号発生回路
9.同相分配器
10.周波数シンセサイザ
Claims (7)
- 信号を伝送する伝送路に送信信号を出力し、前記送信信号と前記送信信号が前記伝送路を折り返した折り返し信号との位相差に対応する制御信号に基づいて前記伝送路に出力する送信信号の位相を制御する位相制御部と、
前記位相制御部から伝送路に出力された送信信号の一部を前記折り返し信号として前記伝送路に折り返す信号折り返し部と、
前記信号折り返し部に折り返されずに前記伝送路から出力された送信信号の周波数を偶数倍して出力する周波数逓倍器と
を備えたことを特徴とする位相同期回路。 - 前記位相制御部は、
前記送信信号を2つに分離して出力する信号分離器と、
前記信号分離器から出力された一方の送信信号が入力されると前記制御信号に基づいて入力された送信信号の位相を制御して前記伝送路に出力するとともに、前記折り返し部に折り返された信号を前記信号分離器に出力する位相制御器と、
前記信号分離器が出力した他方の送信信号と前記位相制御器が信号分離器に出力した折り返し信号との位相差に対応した制御信号を前記位相制御器に出力する位相比較器と
から構成されたことを特徴とする請求項1に記載の位相同期回路。 - 前記信号分離器は、90度ハイブリッドで構成されたことを特徴とする請求項2に記載の位相同期回路。
- 前記信号折り返し部は、90度ハイブリッドで構成されたことを特徴とする請求項1に記載の位相同期回路。
- 基準信号を発生する基準信号源と、
前記基準信号を同相で複数に分配して送信信号として出力する同相分配器と、
前記同相分配器から出力された送信信号がそれぞれ入力される複数の前記位相同期回路と
を備え、
前記複数の位相同期回路は、
伝送する伝送路に出力する送信信号と前記送信信号が前記伝送路を折り返した折り返し信号との位相差に対応する制御信号に基づいて前記伝送路に出力する送信信号の位相を制御する位相制御部と、
前記位相制御部から伝送路に出力された送信信号の一部を前記折り返し信号として前記伝送路に折り返す信号折り返し部と、
前記信号折り返し部に折り返されずに前記伝送路から出力された送信信号の周波数を偶数倍して出力する周波数逓倍器と
を備えたことを特徴とする同相分配回路。 - 前記周波数逓倍器から出力される信号に基づいて基準信号より高い周波数の信号を生成する周波数シンセサイザを備えたことを特徴とする請求項5に記載の同相分配回路。
- 前記同相分配回路の伝送路ごとに前記信号折り返し部及び前記周波数逓倍器が1つの基板に設けられることを特徴とする請求項5または6いずれかに記載の同相分配回路。
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