JP2006135937A - 双方向周波数変換器およびこれを用いた無線機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】RF端子13とIF端子9とLO端子6に接続されたバイポーラトランジスタ1のベースが電源スイッチ11を介して電源16と接続している。電源スイッチ11をオンにして、バイポーラトランジスタ1にRF信号とLO信号を入力すると、両者の混合信号がIF信号として出力する。電源スイッチ11をオフにすると、バイポーラトランジスタ1は、ベース端子4とエミッタ端子2間およびベース端子4とコレクタ端子3間を接続する2個のダイオードとして動作し、IF信号とLO信号を入力すると、ダイオードでミキシングされてRF信号が出力する。これにより、一方向の周波数変換はプラスの変換利得を有し、それぞれの端子で周波数変換の方向ごとに入力または出力する。
【選択図】図1
Description
が導通しバイアスが供給された場合には、ベース端子に接続した第1の信号端子から入力した第1周波数の入力信号と、エミッタ端子に接続した第3の信号端子から入力した局部発振信号とが混合した第2周波数の出力信号が、コレクタ端子に接続した第2の信号端子から出力され、第1のスイッチが切断している場合には、第2の信号端子から入力した第2周波数の入力信号と、第3の信号端子から入力した局部発振信号とが混合した第1周波数の出力信号が、第1の信号端子から出力されるものである。
成としたものである。
ンピーダンスであって、さらに、新たな第1の信号端子に入出力される信号の電力を分配する電力分配器と、電力分配器で分配された信号に応じた制御信号を出力する制御部とを備え、制御信号により可変エミッタインピーダンスと可変負荷インピーダンスのインピーダンス値を変えて出力信号の位相を制御するものである。
図1(a)、(b)は、本発明の実施の形態1における双方向周波数変換器100の回路図である。図1(a)は、双方向周波数変換器100の順方向変換時の回路図であり、図1(b)は、双方向周波数変換器100の逆方向変換時の回路図である。
はキャパシタ5を介してエミッタ端子2に入力され、増幅されたLO信号としてコレクタ端子3に流れるコレクタ電流となる。このとき、バイポーラトランジスタ1の非線形性によりコレクタ端子3には、増幅されたRF信号と増幅されたLO信号が混合された信号が出力される。すなわち、バイポーラトランジスタ1は、RF信号(2.45GHz)とLO信号(1.88GHz)から、570MHzの信号と4.33GHzの信号からなる混合信号を出力するが、双方向周波数変換器は、IF端子9に低周波側の混合信号を通過させるフィルタ(図示を省略)を付加することにより、570MHzのIF信号を選択する。なお、上記の例では、RF信号が本発明に係る第1周波数の入力信号に相当し、IF信号が第2周波数の出力信号に相当する。
れぞれ整合回路を付加してもよい。そのときは、順方向変換時にあわせた整合回路でも、逆方向変換時にあわせた整合回路でもかまわない。また、整合回路を順方向変換時、逆変換方向時のそれぞれの状態に合わせて可変または切り換えてもよい。
図2(a)、(b)は、本発明の実施の形態2における双方向周波数変換器200の回路図である。図2(a)は、双方向周波数変換器200の順方向変換時の回路図であり、図2(b)は、双方向周波数変換器200の逆方向変換時の回路図である。以下に実施の形態1と異なる点のみ説明する。
のスイッチに相当し、電源スイッチ24は第2のスイッチに相当する。
図16(a)、(b)は、本発明の実施の形態3における双方向周波数変換器250の回路図である。図16(a)は、双方向周波数変換器250の順方向変換時の回路図であり、図16(b)は、双方向周波数変換器250の逆方向変換時の等価回路図である。以下に実施の形態1と異なる点のみ説明する。
る第1の可変電圧源に相当し、可変電圧供給源41が第2の可変電圧源に相当する。
本実施の形態では、実施の形態2で説明した双方向周波数変換器に、変換利得および出
力した信号の位相を調整する機能を付加した双方向周波数変換器について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態2と異なる点のみ記載する。
本実施の形態では、実施の形態2で説明した双方向周波数変換器に、順方向変換時に変換利得を調整し、逆方向変換時に出力した信号の位相を調整する機能を付加した双方向周波数変換器について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態2と異なる点のみ記載する。
換に出力するRF信号の位相を制御することができる。すなわち、可変コレクタ側抵抗19の値を小さくすると逆方向変換に出力するRF信号の位相が進む。また、可変コレクタ側抵抗19の値を大きくすると逆方向変換に出力するRF信号の位相が遅れる。
本実施の形態では、シングルバランス双方向周波数変換器について説明する。
本実施の形態では、実施の形態6で説明したシングルバランス双方向周波数変換器に、変換利得の調整機能、および逆方向変換時に出力した位相の調整機能を付加したシングルバランス双方向周波数変換器について説明する。なお、以下の説明は実施の形態6と異なる点のみ記載する。
るIF端子9a、9bに接続されるとともに可変コレクタ側抵抗19を介して電源スイッチ24にも接続している。ベース端子4は、キャパシタ12を介して電力分配器20に接続されるとともにベースバイアス抵抗14、ベースバイアス抵抗15と接続される。ベースバイアス抵抗14は電源スイッチ23に接続し、ベースバイアス抵抗15は接地し、ベース端子4にベースバイアスが与えられる。
本実施の形態では、ダブルバランス双方向周波数変換器について説明する。
い。そのときは、順方向変換時にあわせた整合回路でも、逆方向変換時にあわせた整合回路でもかまわない。また、整合回路を順方向変換時、逆変換方向時のそれぞれの状態に合わせて可変または切り換えてもよい。
本実施の形態では、実施の形態8で説明したダブルバランス双方向周波数変換器に、逆方向変換時に出力した位相を調整する機能を付加したダブルバランス双方向周波数変換ついて説明する。なお、以下の説明は実施の形態8と異なる点のみ記載する。
力され、LO端子6bには、LO信号と180度位相差を持ったLOB信号が入力される。
本実施の形態では、実施の形態1から9で説明した双方向周波数変換器を用いた無線機について説明する。
本実施の形態は、実施の形態10の無線機を構成する双方向増幅器を、2つの増幅器と一つの3端子スイッチとで構成した例を示している。
通状態にし、アンテナ30で受信した受信RF信号を増幅器35で増幅する。そして、双方向周波数変換器440に出力する。双方向周波数変換器440では、LO信号発振器32から出力されるLO信号と受信RF信号を混合し、受信IF信号をIF端子33に出力する。また、本実施の形態の無線機は、送信時に、スイッチ34がアンテナ30と増幅器36とを導通状態にする。そして、増幅器36は双方向周波数変換器440から出力されたRF信号を増幅し、アンテナ30に出力して空中へ放射する。
本実施の形態は、実施の形態11の無線機のRF信号をさらに増幅して出力する構成を示している。
2 エミッタ端子
3 コレクタ端子
4 ベース端子
5,8,12 キャパシタ
6,6a,6b LO端子
7 エミッタ側抵抗
9,9a,9b,33 IF端子
10 コレクタ側抵抗
11 電源スイッチ
13,13a,13b RF端子
14,15 ベースバイアス抵抗
16,17 電圧供給源
18 可変エミッタ側抵抗
19 可変コレクタ側抵抗
20 電力分配器
21,22 制御部
30,701 アンテナ
31 双方向増幅器
32 LO信号発振器
34 3端子スイッチ
35,36 増幅器
37 2端子スイッチ
38 パワーアンプ
40,41 可変電圧供給源
100,200,250,300,301,401,402,403,404,411,412,413,414,440 双方向周波数変換器
400,410 シングルバランス双方向周波数変換器
420,430 ダブルバランス双方向周波数変換器
500,510,520 無線機
601,603,605,801,802,805,808,809 端子
602,604 トランス
606 ダイオードブリッジ
700 通信装置
702,704,707 スイッチ
703 受信信号増幅器
705,804 周波数変換器
706 増幅器
708 LO信号発振器
709 受信信号出力端子
710 送信信号入力端子
711 送信信号増幅器
803 加算器
806,807 バッファアンプ
Claims (20)
- バイポーラトランジスタと、
前記バイポーラトランジスタのコレクタ端子に接続する負荷インピーダンスと、
前記バイポーラトランジスタのベース端子にバイアスを供給するバイアス部と、
前記バイアス部への電源の供給を入り切りする第1のスイッチと、
前記バイポーラトランジスタのエミッタ端子に接続するエミッタインピーダンスと
を具備し、
前記第1のスイッチが導通しバイアスが供給された場合には、前記ベース端子に接続した第1の信号端子から入力した第1周波数の入力信号と、前記エミッタ端子に接続した第3の信号端子から入力した局部発振信号とが混合した第2周波数の出力信号が、前記コレクタ端子に接続した第2の信号端子から出力され、
前記第1のスイッチが切断している場合には、前記第2の信号端子から入力した第2周波数の入力信号と、前記第3の信号端子から入力した局部発振信号とが混合した第1周波数の出力信号が、前記第1の信号端子から出力される双方向周波数変換器。 - 前記負荷インピーダンスへの電源の供給を入り切りする第2のスイッチをさらに有し、
前記第2のスイッチは前記第1のスイッチと同期して入り切りされる請求項1に記載の双方向周波数変換器。 - 前記第1周波数が無線周波数である場合は、前記第2周波数が中間周波数であり、
前記第1周波数が中間周波数である場合は、前記第2周波数が無線周波数であることを特徴とする請求項1または2に記載の双方向周波数変換器。 - 請求項3に記載の双方向周波数変換器を一対具備し、
前記一対の双方向周波数変換器の第1の信号端子同士を接続して新たな第1の信号端子とし、前記一対の双方向周波数変換器の第3の信号端子に差動の局部発振信号を入力することによりシングルバランス構成としたことを特徴とする双方向周波数変換器。 - 請求項3に記載の双方向周波数変換器を4つ具備し、
前記4つの双方向周波数変換器の中の第1の双方向周波数変換器と第2の双方向周波数変換器の第1の信号端子同士を接続し、第3の双方向周波数変換器と第4の双方向周波数変換器の第1の信号端子同士を接続して一対の新たな第1の信号端子対を構成し、
前記第1の双方向周波数変換器と前記第4の双方向周波数変換器の第2の信号端子同士を接続し、前記第2の双方向周波数変換器と前記第3の双方向周波数変換器の第2の信号端子同士を接続して一対の新たな第2の信号端子対を構成し、
前記第1の双方向周波数変換器と前記第3の双方向周波数変換器の第3の信号端子同士を接続し、前記第2の双方向周波数変換器と前記第4の双方向周波数変換器の第3の信号端子同士を接続して一対の新たな第3の信号端子対を構成し、
前記第3の信号端子対に差動の局部発振信号を入力することによりダブルバランス構成としたことを特徴とする双方向周波数変換器。 - バイポーラトランジスタと、
前記バイポーラトランジスタのコレクタ端子と接続する負荷インピーダンスと、
前記負荷インピーダンスを介して前記バイポーラトランジスタのコレクタ端子へ電源を供給する第1の可変電圧源と、
前記バイポーラトランジスタのベース端子と接続してバイアスを供給するバイアス部と、前記バイアス部へ電源を供給する第2の可変電圧源と、
前記バイポーラトランジスタのエミッタ端子に接続されたエミッタインピーダンスと
を具備し、
前記エミッタ端子に接続された第3の信号端子に局部発振信号が入力され、前記第1の可変電圧源が第1の電圧を前記コレクタ端子に供給し前記第2の可変電圧源が第2の電圧を前記ベース端子に供給した場合には、前記ベース端子に接続した第1の信号端子から入力した第1周波数の入力信号と前記局部発振信号と混合して得た第2周波数の出力信号を、前記コレクタ端子に接続した第2の信号端子より出力し、
前記第3の信号端子に局部発振信号が入力され、前記第1の可変電圧源が第3の電圧を前記コレクタ端子に供給し前記第2の可変電圧源が第4の電圧を前記ベース端子に供給した場合には、前記第2の信号端子から入力した第2周波数の入力信号と前記局部発振信号と混合して得た第1周波数の出力信号を前記第1の信号端子より出力することを特徴とする双方向周波数変換器。 - 前記第3の電圧と前記第4の電圧は、前記バイポーラトランジスタがターンオンしない電圧であることを特徴とする請求項6に記載の双方向周波数変換器。
- 前記第1周波数が無線周波数である場合は、前記第2周波数が中間周波数であり、
前記第1周波数が中間周波数である場合は、前記第2周波数が無線周波数であることを特徴とする請求項7に記載の双方向周波数変換器。 - 請求項8に記載の双方向周波数変換器を一対具備し、
前記一対の双方向周波数変換器の前記第1の可変電圧源同士を共用し新たな第1の可変電圧源とし、前記第2の可変電圧源同士を共用し新たな第2の可変電圧源とし、前記一対の双方向周波数変換器の第1の信号端子を接続して新たな第1の信号端子とし、前記一対の双方向周波数変換器の第3の信号端子に差動の局部発信信号を入力することによりシングルバランス構成としたことを特徴とする双方向周波数変換器。 - 請求項8に記載の双方向周波数変換器を4つ具備し、
前記4つの双方向周波数変換器はそれぞれの前記第1の可変電圧源を共用し新たな第1の可変電圧源とし、それぞれ前記第2の可変電圧源同士を共用し新たな第2の可変電圧源とし、前記4つの双方向周波数変換器の第1の双方向周波数変換器と第2の双方向周波数変換器の第1の信号端子同士を接続し、第3の双方向周波数変換器と第4の双方向周波数変換器の第1の信号端子同士を接続して一対の新たな第1の信号端子対を構成し、前記第1の双方向周波数変換器と前記第4の双方向周波数変換器の第2の信号端子同士を接続し、前記第2の双方向周波数変換器と前記第3の双方向周波数変換器の第2の信号端子同士を接続して一対の新たな第2の信号端子対を構成し、前記第1の双方向周波数変換器と前記第3の双方向周波数変換器の第3の信号端子同士を接続し、前記第2の双方向周波数変換器と前記第4の双方向周波数変換器の第3の信号端子同士を接続して一対の新たな第3の信号端子対を構成し、前記第3の信号端子対に差動の局部発振信号を入力とすることによりダブルバランス構成としたことを特徴とする双方向周波数変換器。 - 前記負荷インピーダンスが負荷抵抗または負荷インダクタであることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の双方向周波数変換器。
- 前記負荷インピーダンスが可変負荷インピーダンスであって、
前記可変負荷インピーダンスのインピーダンス値を変更することにより前記第1の信号端子から得られる出力信号の位相を制御し、前記第2の信号端子から得られる出力信号の利得を制御することを特徴とする請求項1から請求項11のいずれかに記載の双方向周波数変換器。 - 前記エミッタインピーダンスがエミッタ抵抗またはエミッタインダクタであることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の双方向周波数変換器。
- 前記エミッタインピーダンスが可変エミッタインピーダンスであって、
前記可変エミッタインピーダンスのインピーダンス値を変更することにより、前記第1の信号端子から得られる出力信号の位相を制御し、前記第2の信号端子から得られる出力信号の利得を制御することを特徴とする請求項1から請求項13のいずれかに記載の双方向周波数変換器。 - 前記一対の双方向周波数変換器のエミッタインピーダンスが可変エミッタインピーダンスであり、負荷インピーダンスが可変負荷インピーダンスであって、
さらに、前記新たな第1の信号端子に入出力される信号の電力を分配する電力分配器と、前記電力分配器で分配された信号に応じた制御信号を出力する制御部と
を備え、
前記制御信号により前記可変エミッタインピーダンスと可変負荷インピーダンスのインピーダンス値を変えて出力信号の位相を制御することを特徴とする請求項4または請求項9に記載の双方向周波数変換器。 - 前記4つの双方向周波数変換器のエミッタインピーダンスが可変エミッタインピーダンスであり、負荷インピーダンスが可変負荷インピーダンスであって、
さらに、前記新たな第1の信号端子に入出力される信号の電力を分配する電力分配器と、前記電力分配器で分配された信号に応じた制御信号を出力する制御部と
を備え、
前記制御信号により前記可変エミッタインピーダンスと可変負荷インピーダンスのインピーダンス値を変えて出力信号の位相を制御することを特徴とする請求項5または請求項10に記載の双方向周波数変換器。 - 前記バイポーラトランジスタの代わりにFETを用い、前記ベース端子を前記FETのゲート端子とし、前記エミッタ端子を前記FETのソース端子とし、前記コレクタ端子を前記FETのドレイン端子としたことを特徴とする請求項1から請求項16のいずれかに記載の双方向周波数変換器。
- アンテナと、
前記アンテナに接続された双方向増幅器と、
前記双方向増幅器を介して前記アンテナに接続された請求項1から請求項17のいずれかに記載の双方向周波数変換器と、
前記双方向周波数変換器に局部発振信号を入力するように接続された局部発振器と
を備えた無線機。 - 前記双方向増幅器は、3端子スイッチと、
前記3端子スイッチの一方の接続端子に入力端が接続された第1の増幅器と、
前記3端子スイッチの他方の接続端子に出力端が接続された第2の増幅器と、
から構成され、
前記3端子スイッチの共通端子に前記アンテナが接続し、前記第1の増幅器の出力端と前記第2の増幅器の入力端とが前記周波数変換器に接続することを特徴とする請求項18に記載の無線機。 - 前記アンテナと前記双方向増幅器との間にさらに、パワーアンプと2端子スイッチとをさらに有し、
前記パワーアンプの出力端と前記2端子スイッチの一方の端子が前記アンテナに接続され、
前記パワーアンプの入力端と前記2端子スイッチの他方の端子とが前記双方向増幅器に接
続することを特徴とする請求項18に記載の無線機。
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