JP2011250093A

JP2011250093A - 受信機及び送信機

Info

Publication number: JP2011250093A
Application number: JP2010120636A
Authority: JP
Inventors: Eiji Taniguchi; 英司谷口; Mitsuhiro Shimozawa; 充弘下沢; Morishige Hieda; 護重檜枝; Yoshihito Hirano; 嘉仁平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】受信感度の向上や、送受信信号の経路を切り替えるスイッチに対する要求性能を緩和でき、低周波数化により設計を簡易化できる受送信機を得る。
【解決手段】複数の高周波信号を受信する複数のアンテナ１と、複数のアンテナ１により受信した高周波信号を増幅する複数の低雑音増幅器２と、複数の低雑音増幅器２の出力信号を分配する複数の信号分配器３と、複数の信号分配器３の出力信号から不要波を除去する複数の帯域通過フィルタ４と、各々が局部発振器７及びミクサ６から構成され、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する複数のダウンコンバータ５と、複数のダウンコンバータ５に接続され、複数の入力信号を複数の出力信号に切り替えるスイッチマトリクス８と、このスイッチマトリクス８に接続され、不要波を除去する複数の低域通過フィルタ９と、ベースバンド信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄコンバータ１０とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＵＨＦ、マイクロ波、ミリ波などの高周波帯の信号を送受信する受信機及び送信機に関し、特に、マルチビーム対応の衛星通信用中継器を構成する受信機及び送信機に関するものである。

従来の受信機について図７を参照しながら説明する。図７は、従来の受信機の構成を示す図である（例えば、特許文献１参照）。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図７において、従来の受信機は、信号を受信するアンテナ１と、アンテナ１に入力された信号を分配する信号分配器３と、受信した信号の経路を切り替えるスイッチ８Ａと、高周波帯の不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、高周波信号をベースバンド信号に変換し復調する復調器５Ａと、ベースバンド信号を処理するデジタル部１１とが設けられている。

従来の受信機は、図７に示すように、信号切替手段として、高周波帯のスイッチ８Ａを復調器５Ａの前段に設けたものである。

特許第３８２８０５６号公報

上述したような従来の受信機においては、受信信号の経路を切り替えるスイッチ８Ａが、復調器５Ａの前段、すなわち高周波帯に配置されているため、受信機全体として、スイッチ８Ａの損失に起因する信号対雑音比が劣化するという問題点があった。

また、高周波帯であるため、スイッチ８Ａの低損失化や高アイソレーション化が難しいという問題点もあった。

さらに、送信機においても、高周波帯にスイッチを配置した場合に、受信機と同様にスイッチの低損失化や高アイソレーション化が難しいという問題点があった。また、送信機においても受信機と同様の問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、特に複数のアンテナを有し、それぞれのアンテナで複数の周波数帯の信号を送受信するマルチビーム対応の衛星搭載用中継器を構成する送受信機において、受信機の受信感度の向上や、送受信信号の経路を切り替えるスイッチに対する要求性能を緩和することができ、低周波数化により設計を簡易化することができる受信機及び送信機を得ることを目的とする。

本発明に係る受信機は、複数の高周波信号を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナにより受信した高周波信号を増幅する複数の低雑音増幅器と、前記複数の低雑音増幅器の出力信号を分配する複数の信号分配器と、前記複数の信号分配器の出力信号から不要波を除去する複数の帯域通過フィルタと、各々が局部発振器及びミクサから構成され、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する複数のダウンコンバータと、前記複数のダウンコンバータに接続され、複数の入力信号を複数の出力信号に切り替える信号切替手段と、前記信号切替手段に接続され、ベースバンド信号帯域における不要波を除去する複数の低域通過フィルタと、前記複数の低域通過フィルタからのベースバンド信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄコンバータとを備えるものである。

本発明に係る受信機によれば、受信感度の向上や、受信信号の経路を切り替えるスイッチに対する要求性能を緩和することができ、低周波数化により設計を簡易化することができる。

この発明の実施の形態１に係る受信機の構成を示す図である。この発明の実施の形態２に係る受信機の構成を示す図である。この発明の実施の形態３に係る受信機の構成を示す図である。この発明の実施の形態４に係る送信機の構成を示す図である。この発明の実施の形態５に係る送信機の構成を示す図である。この発明の実施の形態６に係る送信機の構成を示す図である。従来の受信機の構成を示す図である。

以下、本発明の受信機及び送信機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る受信機について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る受信機の構成を示す図である。

図１において、この発明の実施の形態１に係る受信機は、アンテナ１と、低雑音増幅器２と、受信信号を分配する信号分配器３と、高周波帯での不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換するダウンコンバータ５と、ダウンコンバータ５を構成するミクサ６と、ダウンコンバータ５を構成する局部発振器７と、入力されたｎ＋ｍ個の信号をｋ個の出力に任意に切り替えるスイッチマトリクス（信号切替手段）８と、ベースバンド帯域での不要波を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９と、アナログベースバンド信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０と、信号処理用のデジタル部１１とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係る受信機の動作について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態１に係る受信機は、複数の周波数帯域の信号を受信するもので、上段の低雑音増幅器２ａでは周波数としてｆ１、ｆ２〜ｆｎからなるｎ個の周波数帯に対応し、下段の低雑音増幅器２ｂでは周波数としてｆ１、ｆ２〜ｆｍからなるｍ個の周波数帯に対応する。

低雑音増幅器２ａ、３ｂで増幅された信号は信号分配器３ａ、３ｂで分配され、それぞれ対応する周波数帯の帯域通過フィルタ４を通って、それぞれｎ系統及びｍ系統あるダウンコンバータ５によりベースバンド信号に変換する。

各ダウンコンバータ５は、それぞれミクサ６と局部発振器７から構成され、ダウンコンバータ５により変換されたベースバンド信号は、（ｎ＋ｍ）：ｋのスイッチマトリクス８により、低域通過フィルタ９及びＡ／Ｄコンバータ１０からなる、ｋ系統のベースバンド回路に出力され、デジタル部１１へ出力される。なお、この受信機では、ｎ＋ｍ個の周波数帯域から同時に最大ｋ個の信号を受信するものである。

この実施の形態１に係る受信機では、ｎ＋ｍ個の周波数帯域から同時に最大ｋ個の信号を選択して受信、復調するためのスイッチマトリクス８を、ダウンコンバータ５の後段に設ける、すなわちベースバンド帯に設けるため、ダウンコンバータ５の前段、すなわち高周波帯に設ける場合に比べて、スイッチマトリクス８における信号の損失低減や各チャネル間のアイソレーション確保が容易である。また、スイッチマトリクス８の損失が低減されることにより、受信機としての信号対雑音比を向上させることができる。さらに、ダウンコンバータ５に利得を持たせた場合には、信号対雑音比をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態１では、アンテナ１が２本に対応したものとなっているが、アンテナ１を３本以上とし、それぞれに低雑音増幅器２、信号分配器３、ダウンコンバータ５を設けた場合にも、同様の効果が得られる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る受信機について図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る受信機の構成を示す図である。

図２において、この発明の実施の形態２に係る受信機は、アンテナ１と、低雑音増幅器２と、受信信号を分配する信号分配器３と、高周波帯での不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、高周波信号をベースバンド信号へ変換するミクサ６と、入力されたｎ＋ｍ個の信号をｋ個の出力に任意に切り替えるスイッチマトリクス（信号切替手段）８と、ベースバンド帯域での不要波を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９と、アナログベースバンド信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０と、信号処理用のデジタル部１１と、局部発振波用分配器１２と、複数の周波数帯に対応するｋ系統の共通局部発振器１３とが設けられている。

なお、ミクサ６、局部発振波用分配器１２、及び共通局部発振器１３から、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換するダウンコンバータが構成される。

つぎに、この実施の形態２に係る受信機の動作について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態２に係る受信機の基本的な動作は、上記の実施の形態１に係る受信機と同一であるが、上記の実施の形態１では、ダウンコンバータ５の全てが局部発振器７を備えていたのに対し、この実施の形態２では、ｋ系統の共通局部発振器１３を備えることが特徴である。

共通局部発振器１３は、ミクサ６ａ_１〜６ｂ_ｍの中で同一の周波数帯に対応するミクサに対して局部発振波用分配器１２を介して局部発振波を供給するものである。

この実施の形態２に係る受信機は、上記の実施の形態１に係る受信機と同様の効果が得られるとともに、局部発振器を共通化することで、受信機の小形、低コスト化を図ることができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る受信機について図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る受信機の構成を示す図である。

図３において、この発明の実施の形態３に係る受信機は、アンテナ１と、低雑音増幅器２と、受信信号を分配する信号分配器３と、高周波帯での不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、高周波信号をベースバンド信号へ変換するミクサ６と、入力されたｎ＋ｍ個の信号をｋ個の出力に任意に切り替えるスイッチマトリクス（信号切替手段）８と、ベースバンド帯域での不要波を除去し、通過帯域を可変可能な可変帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１４と、アナログベースバンド信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０と、信号処理用のデジタル部１１と、局部発振波用分配器１２と、１：ｋの分配比を有する周波数シンセサイザ用分配器１５と、出力周波数を可変可能な周波数シンセサイザ１６とが設けられている。

なお、ミクサ６、局部発振波用分配器１２、周波数シンセサイザ用分配器１５、及び周波数シンセサイザ１６から、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換するダウンコンバータが構成される。

つぎに、この実施の形態３に係る受信機の動作について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態３に係る受信機の基本的な動作は、上記の実施の形態１及び２に係る受信機と同一であるが、この実施の形態３では、周波数シンセサイザ１６から出力される局部発振波を周波数シンセサイザ用分配器１５によりｋ系統に分配した後に、局部発振波用分配器１２によりさらに分配して、ミクサ６ａ_１〜６ｂ_ｍを駆動する局部発振源として用い、ベースバンド帯域での不要波除去に可変帯域通過フィルタ１４を用いていることが特徴である。

この実施の形態３に係る受信機では、ミクサ６ａ_１〜６ｂ_ｎを駆動する局部発振源として、１つの周波数シンセサイザ１６を用いているため、ミクサ６においては受信高周波信号の周波数と局部発振波の周波数が混合されたＩＦ信号が出力され、これらのＩＦ信号の周波数は受信高周波信号の周波数に対して異なるために、それぞれのＩＦ周波数に対応するよう可変帯域通過フィルタ１４の帯域を可変するものである。

この実施の形態３に係る受信機は、上記の実施の形態１、２に係る受信機と同様の効果が得られるともに、ミクサ６を駆動する局部発振器を一つの周波数シンセサイザ１６で実現するため、上記の実施の形態１、２に係る受信機に比べて、さらに小形、低コスト化を図ることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る送信機について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態４に係る送信機の構成を示す図である。

図４において、この発明の実施の形態４に係る送信機は、アンテナ１と、高出力増幅器１７と、送信信号を合成する信号合成器２０と、高周波帯での不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、入力されたベースバンド信号を高周波信号に変換するアップコンバータ１８と、アップコンバータ１８を構成するミクサ６と、アップコンバータ１８を構成する局部発振器７と、入力されたｋ個の信号をｍ＋ｎ個の出力に任意に切り替えるスイッチマトリクス（信号切替手段）８と、ベースバンド帯域での不要波を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９と、デジタル信号をアナログベースバンド信号に変換するＤ／Ａコンバータ１９と、信号処理用のデジタル部１１とが設けられている。

つぎに、この実施の形態４に係る送信機の動作について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態４に係る送信機は、複数の周波数帯の信号を送信するもので、上段の高出力増幅器１７ａでは周波数としてｆ１、ｆ２〜ｆｎからなるｎ個の周波数帯に対応し、下段の高出力増幅器１７ｂでは周波数としてｆ１、ｆ２〜ｆｍからなるｍ個の周波数帯に対応する。

デジタル部１１で生成される最大ｋ系統のベースバンド信号は、Ｄ／Ａコンバータ１９でアナログベースバンド信号に変換され、低域通過フィルタ９で不要波を除去した後、（ｎ＋ｍ）：ｋのスイッチマトリクス８により、それぞれの信号での所望送信周波数に対応するアップコンバータ１８に出力される。

このアップコンバータ１８では、ミクサ６に入力されるアナログベースバンド信号と、局部発振器７から入力される局部発振波を混合することで、高周波信号へ変換し、高周波帯での帯域通過フィルタ４で不要波を除去した後、信号合成器２０で複数の高周波信号を合成し、高出力増幅器１７で所望の電力に増幅してアンテナ１より送出するものである。

この実施の形態４に係る送信機では、最大ｋ個の信号を送信するためのスイッチマトリクス８を、アップコンバータ１８の前段に設ける、すなわちベースバンド帯に設けるため、アップコンバータ１８の後段、すなわち高周波帯に設ける場合に比べて、スイッチマトリクス８における信号の損失低減や各チャネル間のアイソレーション確保が容易である。

なお、本実施の形態４では、アンテナ１が２本に対応したものとなっているが、アンテナ１を３本以上とし、それぞれに高出力増幅器１７、信号合成器２０、アップコンバータ１８を設けた場合にも、同様の効果が得られる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る送信機について図５を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態５に係る送信機の構成を示す図である。

図５において、この発明の実施の形態５に係る送信機は、アンテナ１と、高出力増幅器１７と、送信信号を合成する信号合成器２０と、高周波帯での不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、ミクサ６と、入力されたｋ個の信号をｍ＋ｎ個の出力に任意に切り替えるスイッチマトリクス（信号切替手段）８と、ベースバンド帯域での不要波を除去する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９と、デジタル信号をアナログベースバンド信号に変換するＤ／Ａコンバータ１９と、信号処理用のデジタル部１１と、局部発振波用分配器１２と、複数の周波数帯に対応するｋ系統の共通局部発振器１３とが設けられている。

なお、ミクサ６、局部発振波用分配器１２、及び共通局部発振器１３から、入力されたベースバンド信号を高周波信号に変換するアップコンバータが構成される。

つぎに、この実施の形態５に係る送信機の動作について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態５に係る送信機の基本的な動作は、上記の実施の形態４に係る送信機と同一であるが、上記の実施の形態４では、アップコンバータ１８の全てが局部発振器７を備えていたのに対し、この実施の形態５では、ｋ系統の共通局部発振器１３を備えることが特徴である。

この実施の形態５に係る送信機は、上記の実施の形態４に係る受信機と同様の効果が得られるともに、局部発振器を共通化することで、送信機の小形、低コスト化を図ることができる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係る送信機について図６を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態６に係る送信機の構成を示す図である。

図６において、この発明の実施の形態６に係る送信機は、アンテナ１と、高出力増幅器１７と、送信信号を合成する信号合成器２０と、高周波帯での不要波を除去する帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）４と、ミクサ６と、入力されたｋ個の信号をｍ＋ｎ個の出力に任意に切り替えるスイッチマトリクス（信号切替手段）８と、ベースバンド帯域での不要波を除去し、通過帯域を可変可能な可変帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１４と、デジタル信号をアナログベースバンド信号に変換するＤ／Ａコンバータ１９と、信号処理用のデジタル部１１と、局部発振波用分配器１２と、１：ｋの分配比を有する周波数シンセサイザ用分配器１５と、出力周波数を可変可能な周波数シンセサイザ１６とが設けられている。

なお、ミクサ６、局部発振波用分配器１２、周波数シンセサイザ用分配器１５、及び周波数シンセサイザ１６から、入力されたベースバンド信号を高周波信号に変換するアップコンバータが構成される。

つぎに、この実施の形態６に係る送信機の動作について図面を参照しながら説明する。

この実施の形態６に係る送信機の基本的な動作は、上記の実施の形態４及び５に係る送信機と同一であるが、この実施の形態６では、周波数シンセサイザ１６から出力される局部発振波を周波数シンセサイザ用分配器１５によりｋ系統に分配した後に、局部発振波用分配器１２によりさらに分配して、ミクサ６ａ_１〜６ｂ_ｍを駆動する局部発振源として用い、ベースバンド帯域での不要波除去に可変帯域通過フィルタ１４を用いていることが特徴である。

この実施の形態６に係る送信機では、ミクサ６ａ_１〜６ｂ_ｍを駆動する局部発振源として、１つの周波数シンセサイザ１６を用いているため、ミクサ６においては受信高周波信号の周波数と局部発振波の周波数が混合されたＩＦ信号が出力され、これらのＩＦ信号の周波数は受信高周波信号の周波数に対して異なるために、それぞれのＩＦ周波数に対応するよう可変帯域通過フィルタ１４の帯域を可変するものである。

この実施の形態６に係る送信機は、上記の実施の形態４及び５に係る受信機と同様の効果が得られるともに、ミクサ６を駆動する局部発振器を一つの周波数シンセサイザ１６で実現するため、上記の実施の形態４及び５に係る送信機に比べて、さらに小形、低コスト化を図ることができる。

１アンテナ、２低雑音増幅器、３信号分配器、４帯域通過フィルタ、５ダウンコンバータ、６ミクサ、７局部発振器、８スイッチマトリクス、９低域通過フィルタ、１０Ａ／Ｄコンバータ、１１デジタル部、１２局部発振波用分配器、１３共通局部発振器、１４可変帯域通過フィルタ、１５周波数シンセサイザ用分配器、１６周波数シンセサイザ、１７高出力増幅器、１８アップコンバータ、１９Ｄ／Ａコンバータ、２０信号合成器。

Claims

複数の高周波信号を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナにより受信した高周波信号を増幅する複数の低雑音増幅器と、
前記複数の低雑音増幅器の出力信号を分配する複数の信号分配器と、
前記複数の信号分配器の出力信号から不要波を除去する複数の帯域通過フィルタと、
各々が局部発振器及びミクサから構成され、受信した高周波信号をベースバンド信号に変換する複数のダウンコンバータと、
前記複数のダウンコンバータに接続され、複数の入力信号を複数の出力信号に切り替える信号切替手段と、
前記信号切替手段に接続され、ベースバンド信号帯域における不要波を除去する複数の低域通過フィルタと、
前記複数の低域通過フィルタからのベースバンド信号をデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄコンバータと
を備えたことを特徴とする受信機。
ダウンコンバータを構成する局部発振器を、受信する周波数帯域毎に共通化し、複数の局部発振波用分配器により複数のミクサに局部発振波を供給する
ことを特徴とする請求項１記載の受信機。
ダウンコンバータを構成する全ての局部発振器を共通化し、複数の局部発振波用分配器により複数のミクサに局部発振波を供給するとともに、前記ベースバンド信号帯域の低域通過フィルタを可変帯域通過フィルタにそれぞれ置き換える
ことを特徴とする請求項１記載の受信機。
デジタル信号をアナログのベースバンド信号に変換する複数のＤ／Ａコンバータと、
ベースバンド信号帯域における不要波を除去する複数の低域通過フィルタと、
前記複数の低域通過フィルタに接続され、複数の入力信号を複数の出力信号に切り替える信号切替手段と、
前記信号切替手段に接続され、各々が局部発振器及びミクサから構成され、入力したベースバンド信号を高周波信号に変換する複数のアップコンバータと、
高周波信号帯域における不要波を除去する複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号を合成する複数の信号合成器と、
前記複数の信号合成器からの高周波信号を増幅する複数の高出力増幅器と、
複数の高出力増幅器からの複数の高周波信号を送信する複数のアンテナと、
を備えたことを特徴とする送信機。
アップコンバータを構成する局部発振器を、送信する周波数帯域毎に共通化し、複数の局部発振波用分配器により複数のミクサに局部発振波を供給する
ことを特徴とする請求項４記載の送信機。
アップコンバータを構成する全ての局部発振器を共通化し、複数の局部発振波用分配器により複数のミクサに局部発振波を供給するとともに、前記ベースバンド信号帯域の低域通過フィルタを可変帯域通過フィルタにそれぞれ置き換える
ことを特徴とする請求項４記載の送信機。