JP2019220793A

JP2019220793A - Frequency converter

Info

Publication number: JP2019220793A
Application number: JP2018115460A
Authority: JP
Inventors: 善郎青木; Yoshiro Aoki
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Infrastructure Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-06-18
Publication date: 2019-12-26

Abstract

To secure an operation degree-of-freedom without using a narrow band image suppression filter for each mixer performing a multiple frequency conversion.SOLUTION: A frequency converter comprises: a local oscillator that generates a local signal of a reference frequency; a first synthesizer that generates the local signal of a first frequency from the local signal of the reference frequency; a second synthesizer that generates the local signal of a second frequency from the local signal of the reference frequency; a mixer that generates the local signal of a third frequency by adding and mixing the local signal of the first frequency and the local signal of the second frequency; first conversion means of mixing the local signal of the third frequency with a frequency converted signal and extracting a difference component by performing an upper local operation; and conversion means of subtracting and mixing the output of the first conversion means with the local signal of the first frequency or the local signal of the second frequency, and extracting the difference component by performing a lower local operation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本実施形態は、広帯域受信機または広帯域送信機の信号処理装置に用いられる周波数変換器に関する。 This embodiment relates to a frequency converter used in a signal processing device of a wideband receiver or a wideband transmitter.

通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を受信する受信機にあっては、任意の周波数を取り出す際に、複数のミキサによって多段周波数変換を行う周波数変換器に用いられる。この周波数変換器では、それぞれのミキサで受信広帯域ＲＦ（高周波）信号とＬＯ（局発周波数）信号を混合することで、ＩＦ（中間周波数）信号を生成する。ただし、本来得たい周波数、例えば「ＲＦ＋ＬＯ」の変換と同時に不必要なイメージ周波数「ＲＦ−ＬＯ」が同じＩＦ帯に変換されてしまう。このため、個々のミキサの前段に、狭帯域イメージ抑圧フィルタとして機能するＢＰＦ（Band Pass Filter）を置いて、本来得たい周波数だけを通過させ、不必要なイメージ周波数を抑圧するようにしている。しかしながら、この手法では、受信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い受信機となってしまう。 Usually, in a receiver for receiving a broadband high-frequency (RF) signal, it is used for a frequency converter that performs multi-stage frequency conversion by a plurality of mixers when extracting an arbitrary frequency. In this frequency converter, IF (intermediate frequency) signals are generated by mixing received broadband RF (high frequency) signals and LO (local oscillation frequency) signals in respective mixers. However, an unnecessary image frequency "RF-LO" is converted into the same IF band simultaneously with the conversion of the originally desired frequency, for example, "RF + LO". For this reason, a BPF (Band Pass Filter) functioning as a narrow-band image suppression filter is placed in front of each mixer, so that only the originally desired frequency is passed and unnecessary image frequencies are suppressed. However, in this method, it is necessary to change the BPF every time the reception frequency is changed, which results in a receiver having very many operational restrictions.

特開２００９−１９４６１１号公報JP 2009-194611 A

以上述べたように、従来の広帯域信号処理装置に用いられる周波数変換器では、被変換周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、動作自由度が制限され、運用上、非常に大きな制約を与えてしまう課題があった。
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、多段周波数変換を行うミキサそれぞれに狭帯域イメージ抑圧フィルタを用いる必要をなくし、動作自由度を確保することのできる周波数変換器を提供することを目的とする。 As described above, in the frequency converter used in the conventional wideband signal processing device, it is necessary to replace the BPF every time the frequency to be converted is changed, which limits the degree of freedom of operation and imposes a very large restriction on operation. There was a problem to give.
The present embodiment has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a frequency converter that eliminates the need to use a narrow-band image suppression filter for each of the mixers that perform multi-stage frequency conversion, and that can ensure the degree of freedom of operation. And

上記の課題を解決するために、本実施形態は、基準周波数のローカル信号を発生する局部発振器と、前記基準周波数のローカル信号から第１の周波数のローカル信号を生成する第１のシンセサイザと、前記基準周波数のローカル信号から第２の周波数のローカル信号を生成する第２のシンセサイザと、前記第１の周波数のローカル信号及び前記第２の周波数のローカル信号とを加算混合して第３の周波数のローカル信号を生成するミキサと、被周波数変換信号と前記第３の周波数のローカル信号とを混合し、上側ローカル動作させて差成分を抽出する第１の変換手段と、前記第１の変換手段の出力と前記第１の周波数のローカル信号または前記第２の周波数のローカル信号とを減算混合し、下側ローカル動作させて差成分を抽出する第２の変換手段とを具備する。 In order to solve the above problem, the present embodiment includes a local oscillator that generates a local signal of a reference frequency, a first synthesizer that generates a local signal of a first frequency from the local signal of the reference frequency, A second synthesizer that generates a local signal of a second frequency from a local signal of a reference frequency, and a local signal of the first frequency and a local signal of the second frequency are added and mixed to generate a local signal of a third frequency. A mixer for generating a local signal, first conversion means for mixing the frequency-converted signal and the local signal of the third frequency, and performing a local operation on the upper side to extract a difference component; A second transformer that subtracts and mixes the output and the local signal of the first frequency or the local signal of the second frequency and operates the lower local to extract a difference component. And means.

第１の実施形態に係る周波数変換器の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the frequency converter according to the first embodiment. 図１に示す周波数変換器の周波数分布を示す図。The figure which shows the frequency distribution of the frequency converter shown in FIG. 第２の実施形態に係る周波数変換器の構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a frequency converter according to a second embodiment. 図３に示す周波数変換器の周波数分布を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a frequency distribution of the frequency converter shown in FIG. 3. 第１、第２の実施形態が適用される周波数変換器の構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a frequency converter to which the first and second embodiments are applied. 図５に示す周波数変換器において、処理内容を説明するための周波数分布図。FIG. 6 is a frequency distribution diagram for explaining processing contents in the frequency converter shown in FIG. 5. 図５に示す周波数変換器に用いられるＰＬＬ回路の構成を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a PLL circuit used in the frequency converter shown in FIG.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、図５乃至図７を参照して実施形態が適用される周波数変換器の構成を簡単に説明する。
図５は、0.5-3.0GHz帯の広帯域受信機に用いられる一般的な周波数変換器の具体的な構成を示している。この周波数変換器は、局部発振器１１で生成される基準周波数10MHzのローカル信号（ＬＯ）を発振出力する局部発振器１１を備える。この局部発振器１１から出力されるローカル信号は、ワイドバンドシンセサイザ１２、固定出力シンセサイザ１３に入力し、それぞれ第１周波数F_LO1=5.0-7.5GHzの可変ローカル信号、第２周波数F_L02=4.0GHzの固定ローカル信号に変換する。このとき、不要なイメージ周波数が発生するので、それぞれの出力をＢＰＦ１４，１５に通して目的の周波数成分を抽出し、イメージ周波数成分を抑圧する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
First, the configuration of the frequency converter to which the embodiment is applied will be briefly described with reference to FIGS.
FIG. 5 shows a specific configuration of a general frequency converter used in a 0.5-3.0 GHz band broadband receiver. This frequency converter includes a local oscillator 11 that oscillates and outputs a local signal (LO) having a reference frequency of 10 MHz generated by the local oscillator 11. The local signal output from the local oscillator 11 is input to a wideband synthesizer 12 and a fixed output synthesizer 13, where the local signal is a variable local signal having a first frequency F _LO1 = 5.0-7.5 GHz and a variable local signal having a second frequency F _L02 = 4.0 GHz. Convert to fixed local signal. At this time, since unnecessary image frequencies are generated, respective outputs are passed through the BPFs 14 and 15 to extract desired frequency components and suppress image frequency components.

一方、周波数変換器は、アンテナ（図示せず）で捕捉された0.5-3GHz帯の受信信号RFinを低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）１６で増幅し、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）１７で不要な高調波成分を除去する。続いて、第１ミキサ１８でＢＰＦ１４からの可変ローカル信号と混合してF_LO1-F_RFin=4.5GHzにアップコンバートし、このときに発生するイメージ周波数をＢＰＦ１９で抑圧する。次に、ＢＰＦ１４の出力を第２ミキサ１ＡでＢＰＦ１５からの固定ローカル信号と混合して(F_L01-F_L02)-F_RFinにダウンコンバートし、このときに発生するイメージ周波数をＢＰＦ１Ｂで抑圧して、目的の0.5GHzの周波数信号を取得する。 On the other hand, the frequency converter amplifies a received signal RFin of the 0.5-3 GHz band captured by an antenna (not shown) by a low noise amplifier (LNA) 16 and a low pass filter (LPF). At 17, unnecessary harmonic components are removed. Subsequently, the first mixer 18 mixes with the variable local signal from the BPF 14 to up-convert it to F _LO1 -F _RFin = 4.5 GHz, and suppresses the image frequency generated at this time by the BPF 19. Next, the output of the BPF 14 is mixed with the fixed local signal from the BPF 15 by the second mixer 1A, down-converted to (F _L01 -F _L02 ) -F _RFin , and the image frequency generated at this time is suppressed by the BPF 1B. Obtain the desired 0.5 GHz frequency signal.

上記構成による通常の周波数変換器では、狭帯域イメージ抑圧フィルタが無く（ＬＰＦのみでイメージを抑圧していることから、動作自由度を確保しているが、高性能（低位相雑音＆高周波数精度）なシンセサイザが２回路必要となる。また、ＬＯ１の周波数は受信周波数の約２倍となるため比較的高く、高性能（低位相雑音＆高周波数精度）を実現し難い。 In the ordinary frequency converter having the above configuration, there is no narrow-band image suppression filter (the image freedom is suppressed only by the LPF, so that the freedom of operation is secured, but the high performance (low phase noise & high frequency accuracy) ), Two circuits are required, and the frequency of LO1 is about twice as high as the receiving frequency, so that it is difficult to realize high performance (low phase noise and high frequency accuracy).

上記構成の周波数変換器における周波数分布は、図６に示すように、ＲＦ受信信号0.5-3.0GHz、ＩＦ信号4.5GHz、可変ＬＯ信号5.1-7.5GHz、固定ＬＯ信号4.5GHz、ＩＦイメージ信号9.5-12.0GHzとなる。
通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を受信する際には、図５で示した周波数変換器によって多段周波数変換を行う必要がある。この周波数変換器の特徴は、広帯域（この例では0.5-3.0GHz）な任意の周波数を取り出すことにある。この場合、受信する周波数帯のイメージ抑圧ＢＰＦは使用を避けたい要求がある。 As shown in FIG. 6, the frequency distribution of the frequency converter having the above configuration is as follows: RF reception signal 0.5-3.0 GHz, IF signal 4.5 GHz, variable LO signal 5.1-7.5 GHz, fixed LO signal 4.5 GHz, IF image signal 9.5- 12.0GHz.
Normally, when receiving a broadband radio frequency (RF) signal, it is necessary to perform multi-stage frequency conversion by the frequency converter shown in FIG. The feature of this frequency converter is to extract an arbitrary frequency in a wide band (0.5 to 3.0 GHz in this example). In this case, there is a demand to avoid using the image suppression BPF of the frequency band to be received.

ミキサにおける周波数変換式は、受信高周波ＲＦ信号±局発周波数＝中間周波数信号である。ここで、本来得たい周波数、例えば「受信高周波ＲＦ信号＋局発周波数」に対して不必要なイメージ周波数「受信高周波ＲＦ信号−局発周波数」が同時に同じ中間周波数信号に変換されてしまう。 The frequency conversion formula in the mixer is: received high-frequency RF signal ± local frequency = intermediate frequency signal. Here, an unnecessary image frequency for the originally desired frequency, for example, “the received high-frequency RF signal + the local oscillation frequency” is simultaneously converted into the same intermediate frequency signal.

不必要なイメージ周波数を受信しないようにするために、本来得たい周波数だけを通過させるＢＰＦをミキサの前段に置く。しかしながら、受信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い受信機となってしまう。
また、上記周波数変換器を用いた受信機構成では、イメージ周波数を非常に高域に移す事ができ、かつ広範囲な任意の周波数に同調して連続的に受信することができる。しかしながら、複数のシンセサイザとミキサが必要であり、特に可変シンセサイザ（LO1）には受信周波数の２倍以上となるような高い周波数が必要とされ、高性能（低位相雑音及び高周波数確度）も必要とされるため、実現が難しい。 In order to prevent unnecessary image frequencies from being received, a BPF that passes only the frequency originally desired is placed before the mixer. However, it is necessary to replace the BPF every time the reception frequency is changed, which results in a receiver having very many operational restrictions.
Further, in the receiver configuration using the above-mentioned frequency converter, the image frequency can be shifted to a very high frequency range, and can be continuously received in synchronization with a wide range of arbitrary frequencies. However, multiple synthesizers and mixers are required, especially the variable synthesizer (LO1) requires a high frequency that is more than twice the reception frequency and high performance (low phase noise and high frequency accuracy) It is difficult to realize.

上記シンセサイザ１２は、図７に示すように、内部帰還信号と基準周波数10GHzのローカル信号を入力して両者の位相差を検出する位相検出器（ＰＦＤ：Phase Frequency Detector）２１、位相検出器２１の位相差出力を平滑して電圧信号に変換するＬＰＦ（Low Pass Filter）２２、入力電圧に応じて発振周波数を制御するＶＣＯ（Voltage Control Oscillator）２３、ＶＣＯ出力を１／Ｎの周波数に分周する１／Ｎ分周器（1/N Frequency Divider）２４を備え、ＶＣＯ２３から基準周波数のＮ倍の周波数のローカル信号を出力する。 As shown in FIG. 7, the synthesizer 12 receives an internal feedback signal and a local signal having a reference frequency of 10 GHz and detects a phase difference between the two, and a phase detector (PFD) 21 and a phase detector 21 are provided. LPF (Low Pass Filter) 22 that smoothes the phase difference output and converts it to a voltage signal, VCO (Voltage Control Oscillator) 23 that controls the oscillation frequency according to the input voltage, and divides the VCO output into 1 / N frequency A 1 / N frequency divider (1 / N Frequency Divider) 24 is provided, and the VCO 23 outputs a local signal having a frequency N times the reference frequency.

すなわち、上記構成によるシンセサイザ１２は、基準周波数信号（10MHz）を入力して必要なローカル信号の周波数を分周した信号と比較して位相差が無くなるようＶＣＯを制御している。ここで、シンセサイザ１２から出力されるローカル信号は、基準周波数比の二乗に比例して悪化する。例えば、10MHzから5GHzを得ようとすると(5G／10M)²＝250000倍（54dB）も位相雑音が増加（悪化）する。ここで逓倍器で周波数を上げて行く場合においても、同様に位相雑音は増加（悪化）する。このように基準周波数比の高いシンセサイザを低位相雑音で実現して高性能化することは困難である。なお、高性能化の為に多重ループＰＬＬ技術などが存在するが、この場合も複雑かつ高価になることは必然である。 That is, the synthesizer 12 configured as described above controls the VCO so that the phase difference is eliminated as compared with a signal obtained by inputting the reference frequency signal (10 MHz) and dividing the required frequency of the local signal. Here, the local signal output from the synthesizer 12 deteriorates in proportion to the square of the reference frequency ratio. For example, when trying to obtain 5 GHz from 10 MHz, the phase noise increases (deteriorates) by (5G / 10M) ² = 250,000 times (54 dB). Here, even when the frequency is increased by the multiplier, the phase noise similarly increases (deteriorates). It is difficult to realize such a synthesizer having a high reference frequency ratio with low phase noise to achieve high performance. It should be noted that a multi-loop PLL technology or the like exists for high performance, but in this case also, it is inevitably complicated and expensive.

（第１の実施形態）
図１は図５に示した周波数変換器に第１の実施形態を適用した場合の構成を示すブロック図、図２は図１に示す周波数変換器の周波数分布を示す図である。なお、図１において、図５と同一部分には同一符号を付して示す。
図１に示す周波数変換器は、0.5-3.0GHz帯の広帯域受信機に用いられる。この周波数変換器は、基準周波数10MHzのローカル信号（ＬＯ）を発振出力する局部発振器１１を備える。この局部発振器１１から出力される基準周波数のローカル信号は、ワイドバンドシンセサイザ１Ｃ、固定出力シンセサイザ１３に供給される。各シンセサイザ１Ｃ、１３は、それぞれ供給された基準周波数のローカル信号から、第１周波数F_LO1=1.0-3.5GHzの可変ローカル信号、第２周波数F_L02=4.0GHzの固定ローカル信号に変換する。ここで、上記可変ローカル信号FLO1、固定ローカル信号F_LO2はミキサ１Ｄに供給される。このミキサ１Ｄは、供給される可変ローカル信号F_LO1、固定ローカル信号F_LO2を混合して5.0-7.5GHzを生成する。このとき、ミキサ１Ｄ、固定出力シンセサイザ１３の出力をそれぞれＢＰＦ１Ｅ，１５に通して目的の周波数成分を抽出し、イメージ周波数成分を抑圧する。 (1st Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration when the first embodiment is applied to the frequency converter shown in FIG. 5, and FIG. 2 is a diagram showing a frequency distribution of the frequency converter shown in FIG. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
The frequency converter shown in FIG. 1 is used for a 0.5-3.0 GHz band broadband receiver. This frequency converter includes a local oscillator 11 that oscillates and outputs a local signal (LO) having a reference frequency of 10 MHz. The local signal of the reference frequency output from the local oscillator 11 is supplied to the wideband synthesizer 1C and the fixed output synthesizer 13. Each of the synthesizers 1C and 13 converts the supplied local signal of the reference frequency into a variable local signal of the first frequency F _LO1 = 1.0-3.5 GHz and a fixed local signal of the second frequency F _L02 = 4.0 GHz. Here, the variable local signal FLO1, fixed local signal F _LO2 is supplied to the mixer 1D. The mixer 1D _{mixes the} supplied variable local signal F _LO1 and fixed local signal F _LO2 to generate 5.0-7.5 GHz. At this time, the output of the mixer 1D and the output of the fixed output synthesizer 13 are passed through the BPFs 1E and 15, respectively, to extract the target frequency components and suppress the image frequency components.

一方、周波数変換器は、アンテナ（図示せず）で捕捉された0.5-3GHz帯の受信信号RFinをＬＮＡ（Low Noise Amplifier）１６で増幅し、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１７で不要な高調波成分を除去する。続いて、第１ミキサ１８でＢＰＦ１Ｅからの可変ローカル信号と混合して(F_LO1+F_L02)-F_RFin=4.5GHzにアップコンバートする。このとき発生するイメージ周波数をＢＰＦ１９で抑圧する。次に、ＢＰＦ１９の出力を第２ミキサ１ＡでＢＰＦ１５からの固定ローカル信号と混合して、[(F_L01+F_L02)-F_RFin]-F_LO2=F_LO1-F_RFinにダウンコンバートする。このとき発生するイメージ周波数をＢＰＦ１Ｂで抑圧して、目的の0.5GHzの周波数信号を取得する。 On the other hand, the frequency converter amplifies a received signal RFin of the 0.5-3 GHz band captured by an antenna (not shown) by an LNA (Low Noise Amplifier) 16 and an unnecessary harmonic component by an LPF (Low Pass Filter) 17. Is removed. Subsequently, the first mixer 18 mixes with the variable local signal from the _{BPF 1E} and up-converts it to (F _LO1 + F _L02 ) −F _RFin = _{4.5 GHz} . The image frequency generated at this time is suppressed by the BPF 19. Next, the output of the BPF 19 is mixed with the fixed local signal from the BPF 15 by the second mixer 1A, and down-converted to [(F _L01 + F _L02 ) -F _RFin ] -F _LO2 = F _LO1 -F _RFin . The image frequency generated at this time is suppressed by the BPF 1B, and a target 0.5 GHz frequency signal is obtained.

上記構成の周波数変換器における周波数分布は、図２に示すように、ＲＦ受信信号0.5-3.0GHz、ＩＦ信号4.5GHz、可変ＬＯ信号5.0-7.5GHz、固定ＬＯ信号4.5GHz、ＩＦイメージ信号9.5-12.0GHzとなる。
上記構成による周波数変換器は、狭帯域イメージ抑圧フィルタ無し（ＬＰＦでもよい）でイメージを抑圧することができ、動作自由度を確保することができる。すなわち、初段のローカル信号はLO1とLO2の周波数信号をミキサ１Ｄで加算して生成する（5.0-7.5GHz）。２段目の周波数変換において、初段は上側ローカルを動作させて差成分を抽出し、次段は下側ローカルを動作させて差分成分を抽出させる。これにより、次の周波数変換式
[(F_L01+F_L02)-F_RFin]-F_LO2=F_LO1-F_RFin
の通り、固定ローカル信号LO2の存在が消える。結果として、固定ローカル信号LO2の周波数偏差及び位相雑音は、相殺され軽減するまたはほぼ無くすことができる。また、可変ローカル信号LO1の周波数は比較的低いため、高性能化（低位相雑音及び高周波数精度）を実現し易い。 As shown in FIG. 2, the frequency distribution in the frequency converter having the above configuration is as follows: RF reception signal 0.5-3.0 GHz, IF signal 4.5 GHz, variable LO signal 5.0-7.5 GHz, fixed LO signal 4.5 GHz, IF image signal 9.5- 12.0GHz.
The frequency converter having the above configuration can suppress an image without a narrow-band image suppression filter (LPF may be used), and can secure a degree of freedom of operation. That is, the first-stage local signal is generated by adding the LO1 and LO2 frequency signals by the mixer 1D (5.0-7.5 GHz). In the frequency conversion of the second stage, the first stage operates the upper local to extract the difference component, and the second stage operates the lower local to extract the difference component. This gives the following frequency conversion equation
[(F _L01 + F _L02 ) -F _RFin ] -F _LO2 = F _LO1 -F _RFin
As shown, the presence of the fixed local signal LO2 disappears. As a result, the frequency deviation and phase noise of the fixed local signal LO2 can be canceled out, reduced or almost eliminated. Further, since the frequency of the variable local signal LO1 is relatively low, it is easy to achieve high performance (low phase noise and high frequency accuracy).

前述のように、通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を受信する受信機では、図１で示した多段周波数変換を行う必要がある。この受信機の特徴は、広帯域（この例では0.5-3.0GHz）から任意の周波数を取り出すことにあり、受信する周波数帯のイメージ抑圧にＢＰＦを用いないことが要望される。 As described above, a receiver that receives a wideband radio frequency (RF) signal usually needs to perform the multi-stage frequency conversion shown in FIG. The feature of this receiver is to extract an arbitrary frequency from a wide band (0.5 to 3.0 GHz in this example), and it is desired not to use a BPF for image suppression of a received frequency band.

ここで、ミキサにおける周波数変換式は、受信高周波ＲＦ信号±局発周波数＝中間周波数信号であるが、本来得たい周波数が、例えば「受信高周波ＲＦ信号＋局発周波数」であるとき、不必要なイメージ周波数「受信高周波ＲＦ信号−局発周波数」が同時に同じ中間周波数信号に変換されてしまう。 Here, the frequency conversion formula in the mixer is: received high-frequency RF signal ± local frequency = intermediate frequency signal. However, when the originally desired frequency is, for example, “received high-frequency RF signal + local frequency”, it is unnecessary. The image frequency “received high-frequency RF signal−local oscillation frequency” is simultaneously converted into the same intermediate frequency signal.

不必要なイメージ周波数を受信しないようにするために、本来得たい周波数だけを通過させるＢＰＦをミキサの前段に置く。しかし、受信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い受信機となってしまう。
そこで、上記周波数変換器では、イメージ周波数を非常に高域に移し、かつ広範囲な任意の周波数に同調して連続的に受信することができるようにした。この構成では、固定ローカル信号（LO2）の存在（影響）を無くすことが可能であり、通常構成で問題となる高い周波数のローカル信号を生成する必要がなく、可変ローカル信号（LO1）で生成する周波数は受信周波数とほぼ同等で済ませることができる。 In order to prevent unnecessary image frequencies from being received, a BPF that passes only the frequency originally desired is placed before the mixer. However, it is necessary to replace the BPF every time the reception frequency is changed, which results in a receiver with very many operational restrictions.
Therefore, in the above-mentioned frequency converter, the image frequency is shifted to a very high frequency range, and it is possible to continuously tune to an arbitrary frequency in a wide range and receive the image frequency continuously. In this configuration, it is possible to eliminate the presence (effect) of the fixed local signal (LO2), and it is not necessary to generate a high-frequency local signal, which is a problem in a normal configuration, but to generate a variable local signal (LO1). The frequency can be almost equal to the reception frequency.

（第２の実施形態）
図３は図１に示した受信機対応の周波数変換器を、第２の実施形態として送信機対応の周波数変換器として適用した場合の構成を示すブロック図、図４は図３に示す周波数変換器の周波数分布を示す図である。なお、図３において、図１と同一部分には同一符号を付して示す。 (Second embodiment)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration in which the frequency converter corresponding to the receiver shown in FIG. 1 is applied as a frequency converter corresponding to a transmitter as a second embodiment, and FIG. 4 is a frequency converter shown in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a frequency distribution of the container. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

図３に示す周波数変換器は、0.5-3.0GHz帯の広帯域送信機に用いられる。この周波数変換器は、図１と同様に、基準周波数10MHzのローカル信号（ＬＯ）を発振出力する局部発振器１１を備え、基準周波数のローカル信号を、ワイドバンドシンセサイザ１Ｃ、固定出力シンセサイザ１３に供給してそれぞれ第１周波数F_LO1=1.0-3.5GHzの可変ローカル信号、第２周波数F_L02=4.0GHzの固定ローカル信号に変換し、両ローカル信号F_LO1，F_LO2をミキサ１Ｄで混合して5.0-7.5GHzを生成し、ミキサ１Ｄ、固定出力シンセサイザ１３の出力をそれぞれＢＰＦ１Ｅ，１５に通して目的の周波数成分を抽出し、イメージ周波数成分を抑圧する。 The frequency converter shown in FIG. 3 is used for a 0.5-3.0 GHz band broadband transmitter. This frequency converter includes a local oscillator 11 that oscillates and outputs a local signal (LO) having a reference frequency of 10 MHz, as in FIG. 1, and supplies the local signal having the reference frequency to the wideband synthesizer 1C and the fixed output synthesizer 13. To a fixed local signal of the first frequency F _LO1 = 1.0-3.5 GHz and a fixed local signal of the second frequency F _L02 = 4.0 GHz, respectively, and mix both local signals F _LO1 and F _LO2 in the mixer 1D to obtain a 5.0-MHz fixed local signal. The frequency of 7.5 GHz is generated, and the output of the mixer 1D and the output of the fixed output synthesizer 13 are passed through the BPFs 1E and 15, respectively, to extract the target frequency components and suppress the image frequency components.

一方、周波数変換器は、ＩＦ帯0.5GHzの送信信号F_IFinをＢＰＦ１Ｆで不要な周波数成分を除去した後、ミキサ１Ｇに供給する。ミキサ１ＧはＩＦ帯送信信号F_IFinにＢＰＦ１５から供給される固定ローカル信号F_LO2と混合（F_LO2+F_IFin）して4.5GHzに変換する。この混合信号は、ＢＰＦ１Ｈにより不要波成分が除去されてミキサ１Ｉに供給される。このミキサ１Ｉは、ＢＰＦ１Ｅから供給される可変ローカル信号（F_LO1+F_LO2）とＢＰＦ１Ｈから供給される送信信号（F_LO2+F_IFin）とを混合して(F_LO1+F_L02)-(F_L02+F_IFin)=(F_LO1+F_IFin）のＲＦ帯にアップコンバートする。その後、ＲＦ帯に周波数変換された送信信号は、ＬＰＦ１Ｊで不要な高調波成分が除去され、ＨＰＡ（High Power Amplifier）１Ｋで電力増幅されてアンテナ（図示せず）に供給される。 On the other hand, the frequency converter _supplies the transmission signal F _IFin of the IF band 0.5 _GHz to the mixer 1G after removing unnecessary frequency components with the BPF 1F. The mixer 1G mixes (F _LO2 + F _IFin ) the IF band transmission signal F _IFin with the fixed local signal F _LO2 supplied from the _{BPF 15} and converts the mixed signal to _{4.5 GHz} . This mixed signal is supplied to the mixer 1I after unnecessary wave components are removed by the BPF 1H. The mixer 1I mixes a variable local signal (F _LO1 + F _LO2 ) supplied from the BPF 1E with a transmission signal (F _LO2 + F _IFin ) supplied from the _{BPF 1H,} and (F _LO1 + F _L02 ) − (F _L02 + F _IFin) = up-converted to the RF band of (F _LO1 + F _IFin). After that, the transmission signal that has been frequency-converted into the RF band is subjected to LPF 1J to remove unnecessary harmonic components, amplified by an HPA (High Power Amplifier) 1K, and supplied to an antenna (not shown).

上記構成の周波数変換器における周波数分布は、図４に示すように、ＲＦ送信信号0.5-3.0GHz、ＩＦ信号4.5GHz、可変ＬＯ信号5.0-7.5GHz、固定ＬＯ信号4.5GHz、ＩＦイメージ信号9.5-12.0GHzとなる。
すなわち、上記構成による周波数変換器では、第１の実施形態と同様に、狭帯域イメージ抑圧フィルタを用いずにＬＰＦ機能のみでイメージを抑圧可能とすることで、動作自由度を確保することに特徴がある。 As shown in FIG. 4, the frequency distribution in the frequency converter having the above configuration is as follows: RF transmission signal 0.5-3.0 GHz, IF signal 4.5 GHz, variable LO signal 5.0-7.5 GHz, fixed LO signal 4.5 GHz, IF image signal 9.5- 12.0GHz.
That is, in the frequency converter having the above configuration, as in the first embodiment, it is possible to suppress the image only by the LPF function without using the narrow-band image suppression filter, thereby securing a degree of freedom of operation. There is.

具体的には、後段の可変ローカル信号はF_LO1とF_LO2の周波数信号を加算して生成する（5.0-7.5GHz）。また、２段の周波数変換において、初段は上側ローカル動作で和成分をＢＰＦ１Ｈで取り出し、後段は下側ローカル動作でＬＰＦ１Ｊで差成分のみを抽出する。これにより、周波数変換式
(F_LO1+F_L02)-(F_L02+F_IFin)=(F_LO1+F_IFin）
の通り、固定ローカル信号FLO2の存在が消える。結果として、固定ローカル信号FLO2の周波数偏差及び位相雑音は相殺され、軽減されるまたは無くなるようになる。このときのイメージ周波数は、
(F_LO1+F_LO2)+(F_LO2+F_IFin)=(F_LO1+2F_LO2+F_IFin)=9.5-12GHz
8+1+0.5=9.5, 8+3.5+0.5=12
また、可変ローカル信号F_LO1の周波数は比較的低く、高性能化（低位相雑音＆高周波数精度）を実現し易い。 Specifically, subsequent variable local signal is generated by adding the frequency signals of the F _LO1 and F _LO2 (5.0-7.5GHz). In the two-stage frequency conversion, the first stage extracts the sum component by the BPF1H by the upper local operation, and the latter stage extracts only the difference component by the LPF1J by the lower local operation. With this, the frequency conversion formula
(F _LO1 + F _L02 )-(F _L02 + F _IFin ) = (F _LO1 + F _IFin )
As shown, the presence of the fixed local signal FLO2 disappears. As a result, the frequency deviation and phase noise of the fixed local signal FLO2 are canceled out, reduced or eliminated. The image frequency at this time is
(F _LO1 + F _LO2 ) + (F _LO2 + F _IFin ) = (F _LO1 + 2F _LO2 + F _IFin ) = 9.5-12GHz
8 + 1 + 0.5 = 9.5, 8 + 3.5 + 0.5 = 12
Further, the frequency of the variable local signal _FLO1 is relatively low, and it is easy to achieve high performance (low phase noise and high frequency accuracy).

上記の処理動作における周波数分布は図４に示すようになる。通常、広帯域高周波（ＲＦ）信号を送信する送信機では、図３で示した多段周波数変換を行う必要がある。この送信機の特徴は、広帯域（この例では0.5-3.0GHz）から任意の周波数を選択的に生成することにあり、送信する周波数帯のイメージ抑圧にＢＰＦを用いないことが要望される。 FIG. 4 shows the frequency distribution in the above processing operation. In general, a transmitter for transmitting a broadband radio frequency (RF) signal needs to perform the multi-stage frequency conversion shown in FIG. The feature of this transmitter is to selectively generate an arbitrary frequency from a wide band (0.5 to 3.0 GHz in this example), and it is desired not to use a BPF for image suppression of a frequency band to be transmitted.

ここで、ミキサにおける周波数変換式は、中間周波数信号±局発周波数＝送信高周波ＲＦ信号であるが、本来得たい周波数が、例えば「中間周波数信号＋局発周波数」であるとき、不必要なイメージ周波数「中間周波数信号−局発周波数」が同時に同じ送信周波数帯に変換されてしまう。 Here, the frequency conversion formula in the mixer is: intermediate frequency signal ± local frequency = transmitted high frequency RF signal. However, when the originally desired frequency is, for example, “intermediate frequency signal + local frequency”, an unnecessary image is generated. The frequency “intermediate frequency signal−local oscillation frequency” is simultaneously converted into the same transmission frequency band.

不必要なイメージ周波数を送信しないようにするために、本来得たい周波数だけを通過させるＢＰＦをミキサの後段に置く。しかし、送信周波数を変更する度にＢＰＦを入れ替える必要があり、非常に運用的な制約の多い送信機となってしまう。
そこで、上記周波数変換器では、イメージ周波数を非常に高域に移し、かつ広範囲な任意の周波数に同調して連続的に送信することができるようにした。この構成では、固定ローカル信号（LO2）の存在（影響）を無くすことが可能であり、通常構成で問題となる高い周波数のローカル信号を生成する必要がなく、可変ローカル信号（LO1）で生成する周波数は送信周波数とほぼ同等で済ませることができる。 In order to prevent unnecessary image frequencies from being transmitted, a BPF that passes only the originally desired frequency is placed after the mixer. However, it is necessary to replace the BPF every time the transmission frequency is changed, which results in a transmitter that has many operational restrictions.
Therefore, in the above-mentioned frequency converter, the image frequency is shifted to a very high frequency range, and it is possible to tune to an arbitrary frequency in a wide range and transmit the image continuously. In this configuration, it is possible to eliminate the presence (effect) of the fixed local signal (LO2), and it is not necessary to generate a high-frequency local signal, which is a problem in a normal configuration, but to generate a variable local signal (LO1). The frequency can be almost equal to the transmission frequency.

その他、本実施形態は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 In addition, this embodiment is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements in an implementation stage without departing from the spirit of the invention. Various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Further, constituent elements of different embodiments may be appropriately combined.

１１…局部発振器、１２…ワイドバンドシンセサイザ、１３…固定出力シンセサイザ、１４，１５…ＢＰＦ、１６…ＬＮＡ、１７…ＬＰＦ、１８…第１ミキサ、１９…ＢＰＦ、１Ａ…第２ミキサ、１Ｂ…ＢＰＦ、１Ｃ…ワイドバンドシンセサイザ、１Ｄ…ミキサ、１Ｅ…ＢＰＦ、１Ｆ…ＢＰＦ、１Ｇ…ミキサ、１Ｈ…ＢＰＦ、１Ｉ…ミキサ、１Ｊ…ＬＰＦ、１Ｋ…ＨＰＡ、２１…ＰＦＤ（位相検出器）、２２…ＬＰＦ、２３…ＶＣＯ、２４…１／Ｎ分周器。 11 local oscillator, 12 wideband synthesizer, 13 fixed output synthesizer, 14, 15 BPF, 16 LNA, 17 LPF, 18 first mixer, 19 BPF, 1A second mixer, 1B BPF 1C: Wide band synthesizer, 1D: Mixer, 1E: BPF, 1G: Mixer, 1H: BPF, 1I: Mixer, 1J: LPF, 1K: HPA, 21: PFD (phase detector), 22: LPF, 23 ... VCO, 24 ... 1 / N frequency divider.

Claims

基準周波数のローカル信号を発生する局部発振器と、
前記基準周波数のローカル信号から第１の周波数のローカル信号を生成する第１のシンセサイザと、
前記基準周波数のローカル信号から第２の周波数のローカル信号を生成する第２のシンセサイザと、
前記第１の周波数のローカル信号及び前記第２の周波数のローカル信号とを加算混合して第３の周波数のローカル信号を生成するミキサと、
被周波数変換信号と前記第３の周波数のローカル信号とを混合し、上側ローカル動作させて差成分を抽出する第１の変換手段と、
前記第１の変換手段の出力と前記第１の周波数のローカル信号または前記第２の周波数のローカル信号とを減算混合し、下側ローカル動作させて差成分を抽出する第２の変換手段と
を具備する周波数変換器。 A local oscillator for generating a local signal at a reference frequency;
A first synthesizer for generating a first frequency local signal from the reference frequency local signal;
A second synthesizer for generating a second frequency local signal from the reference frequency local signal;
A mixer for adding and mixing the local signal of the first frequency and the local signal of the second frequency to generate a local signal of a third frequency;
First conversion means for mixing the frequency-converted signal and the local signal of the third frequency and operating the upper side locally to extract a difference component;
A second conversion unit that subtracts and mixes the output of the first conversion unit and the local signal of the first frequency or the local signal of the second frequency and performs a lower local operation to extract a difference component; Frequency converter to be provided.

前記被周波数変換信号が広帯域信号であるとき、前記第１のシンセサイザまたは前記第２のシンセサイザは、ローカル信号の周波数を可変制御する請求項１記載の周波数変換器。 2. The frequency converter according to claim 1, wherein when the frequency-converted signal is a wideband signal, the first synthesizer or the second synthesizer variably controls the frequency of a local signal.