JP4223347B2 - 周波数変換器並びに受信機及び送信機 - Google Patents

Description

この発明は、無線送受信機に用いられる周波数変換器、及びその周波数変換器を用いた無線送受信機に関する。

例えば特許公報（特開2000-31854）に記載された従来の周波数変換器及びこれを用いた受信システムでは、図１０に示すように周波数変換器の局部発振信号として、発振器から出力された信号を分周器により周波数を分周して用いるものである。

図１０において、２５はアンテナ、２６は低雑音増幅器、２７はバンドパスフィルタ、２８は高周波信号を中間周波数へ変換する第１の周波数変換器、２９ａ，２９ｂは中間周波数信号をベースバンド周波数へ変換する第２の周波数変換器、３０ａ、３０ｂはローパスフィルタ、３１ａ、３１ｂはベースバンド増幅器、３２は復号器、３３は局部発振器、３４は分周器、３５は90度分配器、３６は出力端子である。

以下動作について示す。アンテナ２５で受信した受信信号は、低雑音増幅器２６で増幅された後、バンドパスフィルタ２７にて不要な周波数をフィルタリングし、第１の周波数変換器２８に入力される。第１の周波数変換器２８では、局部発振器３３より出力される局部発振信号と混合し、中間周波数（IF）信号として、第２の周波数変換器２９ａ及び２９ｂに出力する。一方、局部発振器３３より出力された局部発振(LO)信号は分周器３４により分周され、９０度分配器３５により、０度及び９０度の２つの直交信号に分配され、第２の周波数変換器２９ａ及び２９ｂに入力される。第２の周波数変換器２９ａ及び２９ｂにおいては、このLO信号がIF信号と混合されベースバンド信号に変換される。変換されたベースバンド信号はローパスフィルタ３０ａ、３０ｂ及びベースバンド増幅器３１、３１ｂを介して、復号器３２に入力される。

なお、前記従来の技術は90度分配器３５が分周器３４の後段に設けられている例について説明したが、他の従来技術として高周波信号を中間周波数に変換する第１の周波数変換器２８の後段に設けられているものもある。

特開２０００−３１８５４号公報

上記のような従来の周波数変換器及び受信システムでは、局部発振器の周波数が高い場合には、周波数変換器に局部発振信号を入力する前に、分周器による分周を必要とするために、回路数が多くなるとともに消費電流が大きいという問題点がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、分周器を周波数変換器の一部として用いることにより、高周波送受信機における回路数を減らすことにより小形で消費電流の少ない周波数変換器を実現することを目的とする。

この発明に係る周波数変換器は、電源端子に出力負荷を介して接続され、局部発振器からの発振信号を２分周する２分周器と、
この２分周器とグランドとの間に、高周波信号を入力し前記２分周器に出力する高周波信号入力部とを備え、
前記高周波信号入力部は、位相が１８０度異なる高周波信号をそれぞれトランジスタを介してグランドに接地された各入力端子で入力して、前記２分周器に出力し、
前記２分周器は、位相が１８０度異なる局部発振信号を入力し、前記高周波信号入力部から入力した位相が１８０度異なる高周波信号の周波数成分と、前記１／２周波数と混合し、出力信号の位相差が、基準位相とする第１の出力信号、この第１の出力信号に対し９０度位相の異なる第２の出力信号、１８０度位相の異なる第３の出力信号及び２７０度位相の異なる第４の信号の４信号を出力し、
前記出力負荷はそれぞれの出力信号に応じて設置され、
前記２分周器の混合信号を出力する出力端子が２分周器と各出力負荷の接続点に備えられたものである。

この発明に係る周波数変換器は、分周回路が局部発振信号の分周と、分周された信号と高周波信号との混合信号を出力する構成にされたため、回路数が低減可能であり、小形化・低消費電力化に有効である。
また、この発明の周波数変換器を用いて高周波送受信機を構成すれば、高周波送受信機を構成する回路数が低減可能であり、小形化・低消費電力化に有効である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である周波数変換器を示すものである。図１において、１は電源端子、２は高周波(RF)信号入力端子、３は局部発振(LO)信号入力端子、４は高周波(RF)信号入力回路、５はｎ分周回路、６は出力負荷、７は出力信号端子である。

以下、動作及び効果について説明する。本実施の形態１における周波数変換器は、高周波（RF）信号入力端子２を介して高周波（RF）信号入力回路４に入力された周波数f₁を有する高周波（RF）信号と、局部発振(LO)信号入力端子３を介してｎ分周回路５に入力された周波数f₂を有する局部発振(LO)信号とをｎ分周回路５で混合し、周波数f₁±（f₂／ｎ）の信号が出力信号端子７より取り出されるものである。

また、本実施の形態１における周波数変換器では、直流電圧が電源端子１より出力負荷６を介して、高周波信号入力回路４及びｎ分周回路５にそれぞれ供給される。従来の周波数変換器では、周波数混合に用いる局部発振器あるいはPLLの周波数が所望のLO信号周波数よりも高い場合には、周波数変換器の前段にて分周回路を配置し、所望周波数になるように分周した後、LO信号として周波数変換器のLO信号入力部に入力されていた。本実施の形態１における周波数変換器では、分周回路を周波数変換器の一部として用いるため、高周波送受信機を構成する回路数が低減可能であり、小形化・低消費電力化に有効である。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２である周波数変換器を示すものである。構成及び動作は、基本的に実施の形態１と同様であるが、RF信号入力回路４は位相の１８０度異なる差動高周波(RF)信号が高周波(RF)信号入力端子２ａ、２ｂより入力され、ｎ分周回路５も同様に位相の１８０度異なる差動LO信号が局部発振(LO)信号入力端子３ａ、３ｂより入力される。また、ｎ分周回路５は局部発振(LO)信号入力端子３ａ、３ｂより入力された位相の１８０度異なるそれぞれの差動LO信号の１／２の周波数で、位相がそれぞれ０、９０、１８０、２７０度に分周された信号を生成すると共に、RF信号入力回路４から入力された位相の１８０度異なる差動高周波(RF)信号を混合し、４つの異なる位相（０度、９０度、１８０度、２７０度）の信号が出力端子７ａ〜７ｄより出力される。
出力負荷６は出力端子７ａ〜７ｄに対応して６ａ〜６ｄの４個が設けられる。

このような構成にすることにより、従来において周波数変換器のLO信号入力部あるいはRF信号入力部に必要とされる９０度分配器３５が不要となり、さらに従来は第２の周波数変換器２９ａ、２９ｂ及び分周器３４が必要とされていたが、ｎ分周回路５のひとつで良いため、さらなる回路数の低減による、小形化・低消費電力化が可能である。

実施例１．
図３は、実施の形態２における高周波(RF)信号入力回路４の実施例１を示すものである。図３においては、高周波(RF)信号入力回路４を１対の高周波(RF)信号入力用トランジスタ１２ａ、１２ｂにて構成したものである。なお、電源端子１、高周波信号入力端子２ａ、２ｂ、局部発振(LO)信号入力端子３ａ、３ｂ、ｎ分周回路５、出力負荷６ａ〜６ｄ、出力信号端子７ａ〜７ｄは、図２に示すものと同様である。

これにより、トランジスタに適当なベースバイアスを印加することにより実施の形態２における周波数変換器は利得を有することができる。

実施例２．
また図４に示すように高周波(RF)信号入力用トランジスタ１２ａ、１２ｂのエミッタに定電流源１３ａ、１３ｂを接続することにより周波数変換器を構成する素子のバラツキに対し特性変動を抑圧することができる。なおここでは高周波(RF)入力用トランジスタ１２ａ、１２ｂとしてバイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタ(FET)を用いても同様の効果が得られる。

実施例３．
また図５に示すように、高周波(RF)信号入力用トランジスタ１２ａ、１２ｂに代えて、高周波(RF)信号入力用抵抗１４ａ、１４ｂを用いることによりトランジスタを用いる場合に比べて良好な飽和・ひずみ特性を得ることができる。

実施例４．
さらに図６に示すように、高周波(RF)信号入力用トランジスタ１２ａ、１２ｂに代えて、高周波(RF)信号入力用インダクタ１５ａ、１５ｂを用いることにより実施例３と同様にトランジスタを用いる場合に比べて良好な飽和・ひずみ特性を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３における周波数変換器を示すものである。図７において、２ａ、２ｂは高周波(RF)信号入力端子、３ａ、３ｂは局部発振(LO)信号入力端子、７ａ〜７ｂは出力信号端子、１２ａ、１２ｂは高周波(RF)信号入力回路４を構成する高周波(RF)信号入力用トランジスタ、１６ａ、１６ｂはｎ分周回路５としての２分周回路を構成するDフリップフロップ回路である。

本実施の形態３における周波数変換器は、実施の形態２の実施例１におけるｎ分周回路５をDフリップフロップ回路２個から成る２分周回路としたものである。高周波(RF)信号入力端子２ａ、２ｂを介して高周波(RF)信号入力用トランジスタ12ａ、１２ｂに入力された周波数f₁を有する１８０度位相の異なる差動RF信号と、局部発振(LO)信号入力端子３ａ、３ｂを介して２分周回路５に入力された周波数f₂を有する１８０度位相の異なる差動LO信号とを混合し、４つの異なる位相（０度、９０度、１８０度、２７０度）を有する周波数f₁±（f₂／２）の信号が出力信号端子７ａ〜７ｄより取り出されるものである。

なお、本実施の形態３では、Dフリップフロップ回路１６ａ、１６ｂを用いているが、分周機能を有する他の回路構成を用いても、この実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４における周波数変換器を示したもので、実施の形態３の周波数変換器における２分周回路５を構成するDフリップフロップ回路１６ａ、１６ｂの具体的回路例を示したものである。図８において、２ａ、２ｂは高周波(RF)信号入力端子、３ａ、３ｂは局部発振(LO)信号入力端子、７ａ〜７ｄは出力信号端子、１２ａ、１２ｂは高周波(RF)信号入力回路４を構成する高周波(RF)信号入力用トランジスタ、１６ａ、１６ｂはバイポーラトランジスタにて構成したDフリップフロップ回路、５は前記Dフリップフリップ回路１６ａ、１６ｂの２つから成るｎ分周回路としての２分周回路、１は電圧源である。

なお、Dフリップフロップ回路１６ａはスイッチングトランジスタ２０ａ〜２０ｆ及び負荷抵抗２１ａ、２１ｂから構成され、Dフリップフロップ回路１６ｂはスイッチングトランジスタ２２ａ〜２２ｆ及び負荷抵抗２３ａ、２３ｂから構成される。
また、負荷抵抗２１ａ、２１ｂ及び２３ａ、２３ｂは図２に示す出力負荷６６ａ〜６ｄの機能を備えるものである。

以下動作について述べる。一般的なDフリップフロップ回路を用いた２分周回路は、図８におけるＤフリップフロップ回路１６ａ、１６ｂ及び電圧源１から成り、スイッチングトランジスタ２０ａ及び２０ｂの共通エミッタ及び、スイッチングトランジスタ２２ａ及び２２ｂの共通エミッタはそれぞれ定電流源に接続されている。Dフリップフロップ回路のクロック端子（ここではLO端子として示している端子）から入力した信号は、それぞれ２つの異なる位相（０、１８０度）を有し、その信号周期が入力信号の半分、すなわち１／２の周波数として負荷抵抗２１ａ、２１ｂ及び２３ａ、２３ｂより出力される。

この実施の形態４では、前記Dフリップフロップ回路１６ａの前記スイッチングトランジスタ２０ａ及び２０ｂの共通エミッタにＲＦ入力用トランジスタ１２ａのコレクタ端子を接続し、前記Dフリップフロップ回路１６ｂの前記スイッチングトランジスタ２２ａ及び２２ｂの共通エミッタにＲＦ入力用トランジスタ１２ｂのコレクタ端子を接続する。
また、前記スイッチングトランジスタ２０ａ及び２２ａのベース端子より入力端子３ｂからのLO信号を入力し、前記スイッチングトランジスタ２０ｂ及び２２ｂのベース端子より入力端子３ａから入力端子３ｂのLO信号とは１８０度位相の異なるLO信号を入力する。

この様な構成にすることにより、LO入力信号端子３ａ、３ｂより入力されるLO信号の１／２の周波数で、位相がそれぞれ０、９０、１８０、２７０度に分周されたDフリップフロップ回路にて生成される信号と、前記RF信号入力用トランジスタのコレクタ端子に流れるRF信号とが混合され、負荷抵抗２１ａ、２１ｂ及び２３ａ、２３ｂより混合信号が出力信号端子７ａ〜７ｄに出力されるものである。

なお、本実施の形態４では、スイッチ用トランジスタ及びRF信号入力用トランジスタとして、バイポーラトランジスタを用いているが、電界効果トランジスタを用いることも可能である。また、RF信号入力用トランジスタは実施の形態２の実施例３や実施例４に示したように、抵抗あるいはインダクタとしてもよい。

また、前記実施の形態１〜４は何れも高周波受信機に用いられる周波数変換器の例について述べたが、高周波信号入力回路４を中間周波数あるいはベースバンド周波数入力回路とし、高周波(RF)信号入力端子２に中間周波数あるいはベースバンド周波数を入力することにより、送信機用の周波数変換器として使用できることは論を俟たない。

実施の形態５．
図９は、この発明の実施の形態５である受信機を示すものである。図９において、２５はアンテナ、２６は低雑音増幅器、２７はバンドパスフィルタ、３０はローパスフィルタ、３１はベースバンド増幅器、３２は復号器、３３は局部発振器、３４は周波数変換器、３６は出力端子である。
なお、周波数変換器３４には前記実施の形態１〜４の何れかが用いられる。

以下動作について示す。アンテナ２５で受信した受信(RF)信号は、低雑音増幅器２６で増幅された後、バンドパスフィルタ２７にて不要な周波数をフィルタリングし、周波数変換器３４に入力される。一方、局部発振器３３より出力された局部発振(LO)信号は周波数変換器３４に入力され、周波数変換器３４により、０度及び９０度の２つの直交信号に分配され、このLO信号が受信(RF)信号と混合されベースバンド信号に変換される。変換されたベースバンド信号はローパスフィルタ３０ａ、３０ｂ及びベースバンド増幅器３１ａ、３１ｂを介して、復号器３２に入力され、復号器３２で復調されて出力端子３６から出力される。
に出力する。

なお、前記実施の形態５は受信機について説明したが、この受信機は信号の流れを逆にすれば、送信機として使用可能である。

この発明に係る周波数変換器は、分周回路が局部発振信号の分周と、分周された信号と高周波信号との混合信号を出力する構成のため、回路数が低減され小形化・低消費電力化が図れ、移動通信システムの送受信機に適用すれば送受信機の小形化・低消費電力化に有効である。

この発明の周波数変換器の実施の形態１を示す構成図である。 この発明の周波数変換器の実施の形態２を示す構成図である。 実施の形態２におけるRF信号入力回路４の実施例１を示す構成図である。 実施の形態２におけるRF信号入力回路４の実施例２を示す構成図である。 実施の形態２におけるRF信号入力回路４の実施例３を示す構成図である。 実施の形態２におけるRF信号入力回路４の実施例４を示す構成図である。 この発明の実施の形態３における周波数変換器を示す回路図である。 この発明の実施の形態４における周波数変換器を示す回路図である。 この発明の実施の形態５における受信機のブロック図である。 従来の周波数変換器を用いた受信機のブロック図である。

符号の説明

１ 電源端子、２、２ａ、２ｂ 高周波(RF)信号入力端子、３、３ａ、３ｂ 局部発振(LO)信号入力端子、４ 高周波(RF)信号入力回路、５ ｎ分周回路、６、６ａ〜６ｄ 出力負荷、７、７ａ〜７ｄ 出力信号端子、８ａ、８ｂ 周波数変換器、９、３３ 局部発振器、１０ ０度分配器、１１ ９０度分配器、１２ａ、１２ｂ RF信号入力用トランジスタ、１６ａ、１６ｂ Dフリップフロップ回路、２０ａ〜２０ｆ、２２ａ〜２２ｆ スイッチングトランジスタ、２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂ 負荷抵抗、２５ アンテナ、２６ 低雑音増幅器、２７ バンドパスフィルタ、２８ 第１の周波数変換器、２９ 第２の周波数変換器、３０ ローパスフィルタ、３１ ベースバンド増幅器、３２ 復号器。

Claims (7)

1. 電源端子に出力負荷を介して接続され、局部発振器からの発振信号を２分周する２分周器と、
   この２分周器とグランドとの間に、高周波信号を入力し前記２分周器に出力する高周波信号入力部とを備え、
   前記高周波信号入力部は、位相が１８０度異なる高周波信号をそれぞれトランジスタを介してグランドに接地された別個の入力端子で入力して、それぞれ前記２分周器に出力し、
   前記２分周器は、位相が１８０度異なる局部発振信号を入力し、前記高周波信号入力部から入力した位相が１８０度異なる高周波信号の周波数成分と、前記１／２周波数と混合し、出力信号の位相差が、基準位相とする第１の出力信号、この第１の出力信号に対し９０度位相の異なる第２の出力信号、１８０度位相の異なる第３の出力信号及び２７０度位相の異なる第４の信号の４信号を出力し、
   前記出力負荷はそれぞれの出力信号に応じて設置され、
   前記２分周器の混合信号を出力する出力端子が２分周器と各出力負荷の接続点に備えられたことを特徴とする周波数変換器。
2. 電源端子に出力負荷を介して接続され、局部発振器からの発振信号を２分周する２分周器と、
   この２分周器とグランドとの間に、高周波信号を入力し前記２分周器に出力する高周波信号入力部とを備え、
   前記高周波信号入力部は、位相が１８０度異なる高周波信号をそれぞれ抵抗を介してグランドに接地された別個の入力端子で入力して、それぞれ前記２分周器に出力し、
   前記２分周器は、位相が１８０度異なる局部発振信号を入力し、前記高周波信号入力部から入力した位相が１８０度異なる高周波信号の周波数成分と、前記１／２周波数と混合し、出力信号の位相差が、基準位相とする第１の出力信号、この第１の出力信号に対し９０度位相の異なる第２の出力信号、１８０度位相の異なる第３の出力信号及び２７０度位相の異なる第４の信号の４信号を出力し、
   前記出力負荷はそれぞれの出力信号に応じて設置され、
   前記２分周器の混合信号を出力する出力端子が２分周器と各出力負荷の接続点に備えられたことを特徴とする周波数変換器。
3. 電源端子に出力負荷を介して接続され、局部発振器からの発振信号を２分周する２分周器と、
   この２分周器とグランドとの間に、高周波信号を入力し前記２分周器に出力する高周波信号入力部とを備え、
   前記高周波信号入力部は、位相が１８０度異なる高周波信号をそれぞれインダクタを介してグランドに接地された別個の入力端子で入力して、それぞれ前記２分周器に出力し、
   前記２分周器は、位相が１８０度異なる局部発振信号を入力し、前記高周波信号入力部から入力した位相が１８０度異なる高周波信号の周波数成分と、前記１／２周波数と混合し、出力信号の位相差が、基準位相とする第１の出力信号、この第１の出力信号に対し９０度位相の異なる第２の出力信号、１８０度位相の異なる第３の出力信号及び２７０度位相の異なる第４の信号の４信号を出力し、
   前記出力負荷はそれぞれの出力信号に応じて設置され、
   前記２分周器の混合信号を出力する出力端子が２分周器と各出力負荷の接続点に備えられたことを特徴とする周波数変換器。
4. 前記２分周器に、フリップフロップ回路を用いることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の周波数変換器。
5. 受信信号を周波数変換器でベースバンド信号に変換し、復号器で復調する受信機において、前記周波数変換器は請求項１乃至４の何れか１項に記載の周波数変換器が用いられることを特徴とする受信機。
6. 前記高周波信号入力部を中間周波数あるいはベースバンド周波数入力部とし、送信機用周波数変換器とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の周波数変換器。
7. ベースバンド信号を変調器で変調し、周波数変換器で高周波信号に変換してアンテナで送信する送信機において、前記周波数変換器は請求項６に記載の周波数変換器が用いられることを特徴とする送信機。

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