JP4127689B2

JP4127689B2 - 無線通信装置

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Publication number: JP4127689B2
Application number: JP2004275967A
Authority: JP
Inventors: 章二大高; 弘吉田; 亜秀青木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2004-09-22
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2024-09-22
Also published as: JP2006094044A

Description

本発明は、複数の送受信ユニットを有する無線通信装置に関する。

一般に、無線通信装置は送信ユニット及び受信ユニットが共に一系統である。一方、最近では伝送速度を上げたり、指向性を持たせたりするために、あるいは複数の通信方式に対応するために、特許文献１等に記載されているように複数の受信ユニットあるいは複数の送信ユニットを備えた無線通信装置の研究開発が進められている。受信ユニットの各々は、例えば低雑音増幅器、ダウンコンバータ、可変利得増幅器、直交復調器、ローパスフィルタ及びＡ／Ｄ変換器を有する。送信ユニットの各々は、例えばＡ／Ｄ変換器、ローパスフィルタ、直交変調器、可変利得増幅器、アップコンバータ及び電力増幅器を有する。
特開平１１−１０３３２５号公報

複数の受信ユニットあるいは複数の送信ユニット（以下、受信ユニット及び送信ユニットを総称して送受信ユニットという）を備えた無線通信装置の実装に際しては、個々の送受信ユニットが集積化されたＩＣを必要数だけ基板上に実装するのが一般的であるが、コストが高くなるとともに実装面積が大きくなるという問題点がある。

複数の送受信ユニットを一つの集積回路（ＩＣ）に集積化すれば、このような問題点は解消されるが、ＩＣの電源回路である電源線やグランド線へのローカル信号成分（ローカル信号の基本波成分及び高調波成分）の漏洩、すなわちローカルリークが大きくなり、送受信ユニットの歪特性が劣化する。例えば、一つの送受信ユニットでのローカルリーク量を１とすると、Ｎ個の送受信ユニットを一つのＩＣに集積した場合のローカルリーク量はＮとなる。

ローカルリークは、電源線やグランド線の寄生インダクタ、ローカル信号を増幅するローカルバッファに含まれるトランジスタの製造ばらつき及び寄生キャパシタ等が原因で誘起される。すなわち、ローカルバッファによってローカル信号を増幅する際に、寄生インダクタにより電源線とグランド線にローカル信号の基本波成分の電流変化が生じ、基本波成分がリークとして誘起される。また、ローカルバッファである増幅器の非線形成分によりローカル信号の高調波成分の電流変化が生じ、高調波成分がリークとして誘起される。

本発明は、複数の送受信ユニットを有する無線通信装置において、電源線とグランド線へのローカルリークを低減することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の第１の観点に係る無線通信装置は、電源線とグランド線へ漏洩するローカル信号成分がそれぞれ相殺されるように設定された固定の位相差を有する複数の個別ローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記個別ローカル信号の各々と複数の入力信号の各々との乗算を行う複数の乗算器とを具備する。

第２の観点によると、電源線とグランド線へ漏洩するローカル信号成分がそれぞれ相殺されるように設定された固定の位相差を有する複数の個別ローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記個別ローカル信号の各々と受信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の受信ユニットとを具備する無線通信装置を提供する。

第３の観点によると、電源線とグランド線へ漏洩するローカル信号成分がそれぞれ相殺されるように設定された固定の位相差を有する複数の個別ローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記個別ローカル信号の各々と送信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の送信ユニットとを具備する無線通信装置を提供する。

本発明の第４の観点によると、複数の個別ローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記個別ローカル信号の各々と受信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の受信ユニットと、前記受信ユニットに個別に電源を供給する電源線とグランド線とを具備する無線通信装置を提供する。

本発明の第５の観点によれば、複数の個別ローカル信号を発生するローカル信号発生器と、前記個別ローカル信号の各々と送信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の送信ユニットと、前記送信ユニットに個別に電源を供給する電源線とグランド線とを具備する無線通信装置を提供する。

本発明によると、複数の送受信ユニットを一つのＩＣに集積化する場合でも、電源線とグランド線へのローカルリークを低減できる。これにより集積化が容易に可能となり、製造価格が低減するとともに、実装コストも低減する。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すローカル信号供給回路において、ローカル信号源１１は発振器によって実現され、基準ローカル信号を発生する。基準ローカル信号は位相シフタ（固定移相器）１２に入力され、複数の位相シフト量による位相シフトを受けることにより、固定の位相差Δθを有する複数（Ｎ）個の個別ローカル信号ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^Nが生成される。個別ローカル信号ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^Nは、それぞれ第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ及び第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎにより増幅された後、Ｎ個の乗算器（ミキサ）１５−１〜１５−Ｎのローカル（ＬＯ）信号端子に供給される。

乗算器１５−１〜１５−ＮはＮ個の受信ユニットまたは送信ユニットの要素であり、ＬＯ信号端子のほか高周波（ＲＦ）信号端子及び中間周波数（ＩＦ）信号端子を有する。Ｎ個の受信ユニットまたはＮ個の送信ユニットは、一つのＩＣに集積化されている。

乗算器１５−１〜１５−Ｎが受信ユニットの要素としての周波数変換器である場合、例えばＲＦ信号端子に周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^NのＲＦ信号が入力される。乗算器１５−１〜１５−Ｎにおいては、周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^NのＲＦ信号と周波数ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^Nの個別ローカル信号が乗算されることによりダウンコンバートが行われ、周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号が生成される。

乗算器１５−１〜１５−Ｎが送信ユニットの要素としての周波数変換器である場合、例えばＩＦ信号端子に周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号が入力される。乗算器１５−１〜１５−Ｎにおいては、周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号と周波数ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^Nの個別ローカル信号が乗算されることによってアップコンバートが行われ、周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^NのＲＦ信号が生成される。

このように乗算器１５−１〜１５−Ｎは、受信ユニットの要素としては例えばダウンコンバータとして機能し、送信ユニットの要素としては例えばアップコンバータとして機能する。後述するように、乗算器１５−１〜１５−Ｎを直交復調器や直交変調器の要素として用いることも可能である。

受信ユニットまたは送信ユニットに電源を供給する直流電源１６からの出力は、ＩＣ上に設けられている電源供給パッド１７を介して受信ユニットまたは送信ユニットに供給される。ここでは、第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ、第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎ及び乗算器１５−１〜１５−Ｎへの電源供給経路のみ示している。電源供給経路内にある記号Ｌで示されるインダクタンスは、電源線やグランド線の寄生インダクタンスである。但し、図１ではグランド線の寄生インダクタについては省略している。

第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎはローカル信号源１１及び位相シフタ１２の近傍に配置され、第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎは各系統の乗算器１５−１〜１５−Ｎの近傍に配置される。第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎと第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎの間隔は、一般に１ｍｍ以上ある。第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ及び第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎは、単相増幅器または差動増幅器が用いられる。

ここで、第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ及び第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎが単相増幅器の場合、位相シフタ１２は位相差Δθが３６０°／Ｎの個別ローカル信号、すなわち各々が３６０°×（ｉ−１）／Ｎ（ｉ＝１，…，Ｎ）の位相を持つ個別ローカル信号を生成する。第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ及び第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎが差動増幅器の場合は、位相シフタ１２は位相差Δθが１８０°／Ｎの個別ローカル信号、すなわち各々が１８０°×（ｉ−１）／Ｎ（ｉ＝１，…，Ｎ）の位相を持つ個別ローカル信号を生成する。

位相シフタ１２は、幾つかの移相器要素を組み合わせることで実現される。図２、図３及び図４には、位相シフタ１２に用いる移相器要素の例を示す。入力信号Ｖ_IN、出力信号をＶ_OUTとし、抵抗の値をＲ、キャパシタの値をＣ、Ｒ＝１／（ω_LOＣ）としたとき、図２の回路は−４５°移相器、図３の回路は４５°移相器、そして図４の回路は０°移相器（単なる分配器と同じ）として働く。これら種々の移相器要素を適宜組合わせることによって、４５°の倍数の位相差Δθを持つ移相シフタを実現できる。

ここで、ローカルバッファに単相増幅器を用いる場合は、Ｎ＝２，４，８で適用でき、差動増幅器を用いる場合はＮ＝２，４で適用可能である。また、図２、図３の移相器要素を構成する抵抗またはキャパシタの値を変えることにより任意の位相差を設定できるので、Ｎ＝３などの位相差も実現できる。ただし、この場合は素子精度が４５°移相器に比べ劣化するが、本実施形態における位相シフタ１２への応用においては特に問題はない。

図５には、位相シフタ１２を用いずにローカル信号源から共通の第１ローカルバッファBUFRFC及び個別の第２ローカルバッファBUFRFC¹¹〜BUFRFC^N1を介して乗算器に共通のローカル信号ｆ_LORFを供給する様子を示す。図６には、ローカル信号源から共通の第１ローカルバッファBUFRFCと個別の第２ローカルバッファBUFRFC¹¹〜BUFRFC^N1及び９０°移相器（π／２）を介して乗算器に共通のローカル信号ｆ_LORFを供給する様子を示す。これは後述するように、Ｌｏ信号が直交変復調器に入力される場合の構成を模擬したものである。図５、６に示すように、位相シフタ１２がない場合、電源線やグランド線にｆ_LORF、2ｆ_LORFが大きく漏洩する。これは、特にローカルバッファが単相の場合に顕著であるが、差動の場合も同様である。以下これについて説明する。

ローカルバッファに単相増幅器(Single-end amplifier)を用いる場合、電源線やグランド線に誘起されるローカル信号成分は、基本波成分及び高調波成分共に非常に大きい。これは単相増幅器が増幅した信号を電流に変え、その電流が電源線やグランド線の寄生素子に流れるためである。これに対して、図７に示すようにローカルバッファに差動対トランジスタＱ１，Ｑ２と負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２及び電流源トランジスタＱ３による差動増幅器を用いると、電源線やグランド線に誘起されるローカル信号の基本波成分や高調波成分は低減される。差動増幅器は常に一定電流が流れており、信号が入力された状態でも電源線やグランド線には一定電流が流れるので、電源線やグランド線に寄生インダクタがあっても電圧が誘起されないためである。

しかしながら、差動増幅器の動作、製造ばらつきによる電圧オフセット（Ｖ_ofs）及び電流源トランジスタＱ３のコレクタに寄生するキャパシタＣ１の影響により、ローカル信号の基本波成分（ｆ_LO成分）及び高調波成分（図７では２倍調波２ｆ_LOの成分）が電源線に流れる。差動対トランジスタＱ１，Ｑ２の共通エミッタ端子の電位は、Ｑ１，Ｑ２のベース端子の電位のうち高い方の電位に追従するので、共通エミッタ端子にはベース端子に入力された信号の２ｆ_LO成分が発生し、これが電源線に伝達される。

次に、図８を用いてローカルリークについて説明する。図８では、トランジスタの製造ばらつきにより生じる差動対トランジスタＱ１，Ｑ２の間の電圧オフセット（Ｖ_ofs）を考慮している。この場合、トランジスタＱ１，Ｑ２の共通エミッタ端子には、オフセットにより２ｆ_LO成分のみならずｆ_LO成分が発生する。これはオフセットにより差動回路の対称性が崩れるためである。

このように電源線やグランド線に寄生するインダクタ、トランジスタの製造ばらつき、及びトランジスタの寄生キャパシタにより、少なくとも電源線へのローカルリークが発生する。複数の送受信ユニットを一つのＩＣに集積化すると、電源線やグランド線へのローカルリークが大きくなり、送受信ユニットの歪特性が劣化する。

本発明の一実施形態によると、ローカル信号源１１が発生する基準ローカル信号から位相シフタ１２により固定の位相差Δθを有する個別ローカル信号ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^Nを生成し、これらを第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ及び第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎを介して乗算器１５−１〜１５−ＮのＬＯ信号端子に供給することによって、このような問題点が解消される。以下、この理由について説明する。

図９には、ローカルバッファに単相増幅器を用いた場合のｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分の位相関係を示す。なお、位相の基準は番号１の位相としている。乗算器の数（個別ローカル信号の数）ＮがＮ＝２の場合、２個の個別ローカル信号のｆ_LO成分は互い逆相であるため、電源線やグランド線に漏洩する成分は打ち消し合って大幅に小さくなる。一方、２個の個別ローカル信号の２ｆ_LO成分は同相になり、打ち消されることはないので、位相シフタ１２がない場合と同じになる。Ｎ＝３及びＮ＝４の場合は、３個及び４個の個別ローカル信号のｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分は共に打ち消し合う関係にあるので、電源線やグランド線に漏洩する成分はいずれも大幅に減少する。

このようにローカルバッファに単相増幅器を用いた場合は、Ｎ個の個別ローカル信号の位相差Δθを３６０°／Ｎ、言い替えれば各々の個別ローカル信号の位相を３６０°×（ｉ−１）／Ｎ（ｉ＝１，…，Ｎ）と設定することにより、電源線やグランド線へのローカルリーク、すなわちローカル周波数成分及びその高調波成分の漏洩を効果的に減少することができる。

図１０には、ローカルバッファに差動増幅器を用いた場合のｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分の位相関係について示す。差動増幅器の場合、ペアとなる信号（差動信号対）は互いに逆相になっているので、差動信号の２つの信号を区別するために＋，−を用いている。すなわち、１＋，１−はｉ＝１の差動信号対、２＋，２−はｉ＝２の差動信号対、３＋，３−はｉ＝３の差動信号対、４＋，４−はｉ＝４の差動信号対によるローカル漏洩を表す。但し、ｉ＝１，…，Ｎである。

ローカルバッファが単相増幅器の場合、個別ローカル信号の位相差を３６０°／Ｎとしたのに対して、ローカルバッファが差動増幅器の場合は、個別ローカル信号の位相差を１８０°／Ｎ、すなわち各々の個別ローカル信号の位相を１８０°×（ｉ−１）／Ｎ（ｉ＝１，…，Ｎ）とすればよい。位相の基準は、番号１＋の位相としている。図１０から分かるように、Ｎ＝２，Ｎ＝３及びＮ＝４のいずれの場合においても、電源線やグランド線に漏洩するｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分は共に打ち消し合う関係にあるので、いずれも大幅に減少する。すなわち、ローカルバッファが差動増幅器においても、そのばらつきによるローカル漏洩を考慮すると位相シフタ１２を具備することにより、ローカル漏洩は減少する。

次に、ローカルバッファが差動増幅器であって、位相シフタ１２を用いた場合（図１）と用いない場合（図５）について電源線やグランド線に漏洩するｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分のローカルリーク量を比較する。図１１は、Ｎ＝２の場合のローカルリーク量の比較を示す。比較の仮定として、図８で説明したように差動回路の対称性のずれによりトランジスタＱ１，Ｑ２の共通エミッタ端子に発生するｆ_LO成分が電源線やグランド線に漏洩するとし、そのリーク量は２つの個別ローカル信号で同一とした。

位相シフタ１２がない場合、Ｎ＝２の例ではｆ_LO成分は差動信号１＋，１−対と差動信号対２＋，２−に含まれるので、リーク量は一つの差動信号対により生じるリーク量の２倍となる。すなわち、例えば差動信号対１＋，１−によって生じるリーク量をΔ１とすると、ｆ_LO成分のリーク量は２×Δ１となる。２ｆ_LO成分については、１＋，１−，２＋，２−の各々によりそれぞれ生じるリークが同相で加算される。これらのリーク量を全て同じと仮定し、例えば１＋によるリーク量をＬ（１＋）と置くと、２ｆ_LO成分のリーク量は４×Ｌ（１＋）となる。

一方、位相シフタ１２がある場合、Δθ＝１８０°／Ｎより差動信号対１＋，１−と差動信号対２＋，２−は互いに９０°の位相差を持つので、例えば一つの差動信号対１＋，１−によって生じるリーク量をΔ１とすると、ｆ_LO成分のリーク量は９０°の位相差を有する二つのΔ１の合成となるから、２^1/2×Δ１となる。２ｆ_LO成分については、差動信号対１＋，１−の２ｆ_LO成分と差動信号対２＋，２−の２ｆ_LO成分は互いに逆相になって打ち消し合うので、リーク量は位相シフタ１２がない場合の４×Ｌ（１＋）に比べ大幅に減少する。

以上はＮ＝２かつローカルバッファが差動増幅器の場合であるが、位相シフタ１２を用いることにより、Ｎ＝３以上の場合及びローカルバッファに単相増幅器を用いた場合にも同様の原理でローカルリークを減少することができる。

また、以上の説明では電源線やグランド線へのｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分のローカルリークをできるだけ小さくするために、個別ローカル信号の位相差Δθを３６０°／Ｎとするか（ローカルバッファが単相増幅器の場合）、あるいは１８０°／Ｎとする（ローカルバッファが差動増幅器の場合）としたが、必ずしもこのように位相差Δθを厳密に設定する必要はない。

すなわち、個別ローカル信号の位相を異ならせるだけで、同一位相の場合に比べ電源線やグランド線へ漏洩するｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分は小さくなることは明らかである。何故ならば、個別ローカル信号のｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分の位相が同一のとき、最もローカルリークが大きくなるためである。従って、個別ローカル信号に任意の位相差を与えるだけでも、ｆ_LO成分及び２ｆ_LO成分のローカルリークを低減することができる。

次に、上述したローカル信号供給回路を実際に無線通信装置の受信システムや送信システムに適用する場合の具体例について説明する。
図１２には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の受信システムの具体例を示す。複数（Ｎ）の受信ユニットＲＸ¹〜ＲＸ^Nは単一のＩＣに実装されている。一方、受信ユニットＲＸ¹〜ＲＸ^Nの外にＲＦ用ローカル信号源１１Ａ、ＩＦ用ローカル信号源１１Ｂ、ＲＦ用位相シフタ１２Ａ、ＩＦ用位相シフタ１２Ｂ、ＲＦ用第１ローカルバッファ１３Ａ及びＩＦ用第１ローカルバッファ１３Ｂが設けられている。

ＲＦ用ローカル信号源１１Ａから出力される周波数ｆ_LORFのＲＦ用基準ローカル信号は、ＲＦ用位相シフタ１２Ａによって位相差Δθ_RFのＮ個のＲＦ用個別ローカル信号とされた後、ＲＦ用第１ローカルバッファ１３Ａを介して受信ユニットＲＸ¹〜ＲＸ^Nに分配される。

同様に、ＩＦ用ローカル信号源１１Ｂから出力される周波数ｆ_LOIFのＩＦ用基準ローカル信号は、ＩＦ用位相シフタ１２Ｂ位相差Δθ_IFのＮ個のＩＦ用個別ローカル信号とされた後、ＩＦ用第１ローカルバッファ１３Ｂを介して受信ユニットＲＸ¹〜ＲＸ^Nに分配される。

アンテナ２１−１〜２１−Ｎからは周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^Nの受信ＲＦ信号が出力され、受信ユニットＲＸ¹〜ＲＸ^Nに入力される。図１２では一つの受信ユニットＲＸ¹のみ詳細に示しているが、他の受信ユニットも同様である。

受信ユニットＲＸ¹において、入力される受信ＲＦ信号は低雑音増幅器（ＬＮＡ）により増幅された後、乗算器よりなるアップコンバータ１５Ａに入力される。ダウンコンバータ１５Ａは、ＲＦ用ローカル信号源１１ＡからＲＦ用位相シフタ１２Ａ及びＲＦ用ローカルバッファ１３Ａを介して受信ユニットに分配されるＲＦ用個別ローカル信号が受信ユニットの内部のＲＦ用第２ローカルバッファ１４Ａを介して入力されることによって、入力される受信ＲＦ信号をダウンコンバートして周波数ｆ_IF ¹のＩＦ信号に変換する。

ダウンコンバータ１５Ａから出力されるＩＦ信号は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）により不要成分が除去され、さらに可変利得増幅器（ＶＧＡ）により増幅された後、直交復調器１８を構成する二つの乗算器１５Ｂ及び１５Ｃに入力される。ＩＦ用ローカル信号源１１ＢからＩＦ用位相シフタ１２Ｂ及びＩＦ用ローカルバッファ１３Ｂを介して受信ユニットに分配されるＩＦ用個別ローカル信号は、受信ユニットの内部のＩＦ用第２ローカルバッファ１４Ｂを介して取り込まれ、９０°移相器（π／２）を介して互いに直交する二つのローカル信号が乗算器１５Ｂ及び１５Ｃに入力される。

直交復調器１８により復調された信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）により不要成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換されることによりディジタルの直交ベースバンド信号Ｉ_CH ¹及びＱ_CH ¹とされ、さらに図示しないベースバンド処理部に入力されることにより、送信データが再生される。他の受信ユニット１２−２，…１２−Ｎにおいても同様の処理が行われ、ディジタルの直交ベースバンド信号が生成される。

ここで、ＲＦ用個別ローカル信号の位相差Δθ_RF及びＩＦ用個別ローカル信号の位相差Δθ_IFは前述と同様、ローカルバッファ１３Ａ，１３Ｂ及び１４Ａ，１４Ｂが単相増幅器の場合は３６０°／Ｎに設定され、ローカルバッファ１３Ａ，１３Ｂ及び１４Ａ，１４Ｂが差動増幅器の場合は１８０°／Ｎに設定される。これによって、ローカル信号成分（基本波成分及び高調波成分）の電源線やグランド線への漏洩を抑えることができる。

図１３には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の受信システムの他の具体例を示す。この例では、ＩＦ部にアダプティブアレイ技術を用いている。ＩＦ部は周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号を乗算器１５Ｂにより周波数ｆ_IF2 ¹〜ｆ_IF2 ^Nの第２ＩＦ信号にダウンコンバートした後、ｆ_IF2 ¹〜ｆ_IF2 ^Nの第２ＩＦ信号を加算して単一の第２ＩＦ信号ｆ_IF2として取り出すことにより、受信に指向性を持たせることができる。

このようなアダプティブアレイ技術では、ＩＦ部に供給するような比較的周波数の低いローカル信号の位相を制御することにより指向性を調整する。そこで、図１３の具体例ではＩＦ用ローカル信号源１１Ｂから出力されるＩＦ用基準ローカル信号を位相シフトしてＩＦ用個別ローカル信号を生成する位相シフタ１２Ｂに、移相量が可変の可変位相シフタを用いている。従って、ＩＦ用個別ローカル信号の位相差も可変となる。位相シフタ１２Ｂから出力されるＩＦ用個別ローカル信号は、ローカルバッファ１３Ｂ及び１４Ｂを介してダウンコンバータ１５Ｄに供給される。

一方、ＲＦ用個別ローカル信号は位相シフタ１２Ａに移相量が固定の位相シフタを用いることにより、図１２の具体例と同様に位相差Δθ_RFをローカルバッファ１３Ａ及び１４Ａが単相増幅器の場合は３６０°／Ｎに設定し、ローカルバッファ１３Ａ及び１４Ａが差動増幅器の場合は１８０°／Ｎに設定する。ローカル信号成分の電源線やグランド線への漏洩は周波数が高いほど大きくなるので、このようにＲＦ用ローカル信号についてのみ固定の位相差Δθ_RFを持たせることにより、漏洩を小さくすることができ、集積化に有利となる。

図１４には、本発明の一実施形態に係る無線通信装置の送信システムの具体例を示す。複数（Ｎ）の送信ユニットＴＸ¹〜ＴＸ^Nは単一のＩＣに実装されている。一方、送信ユニットＴＸ¹〜ＴＸ^Nの外にＲＦ用ローカル信号源１１Ａ、ＩＦ用ローカル信号源１１Ｂ、ＲＦ用位相シフタ１２Ａ、ＩＦ用位相シフタ１２Ｂ、ＲＦ用第１ローカルバッファ１３Ａ及びＩＦ用第１ローカルバッファ１３Ｂが設けられている。

ＲＦ用ローカル信号源１１Ａから出力される周波数ｆ_LORFのＲＦ用基準ローカル信号は、ＲＦ用位相シフタ１２Ａによって位相差Δθ_RFのＮ個のＲＦ用個別ローカル信号とされた後、ＲＦ用第１ローカルバッファ１３Ａを介して送信ユニットＴＸ¹〜ＴＸ^Nに分配される。

同様に、ＩＦ用ローカル信号源１１Ｂから出力される周波数ｆ_LOIFのＩＦ用基準ローカル信号は、ＩＦ用位相シフタ１２Ｂによって位相差Δθ_IFのＮ個のＩＦ用個別ローカル信号とされた後、ＩＦ用第１ローカルバッファ１３Ｂを介して送信ユニットＴＸ¹〜ＲＴＸ^Nに分配される。

送信ユニットＴＸ¹〜ＲＴＸ^Nには、送信データから図示しないベースバンド処理部により生成されるディジタルの直交ベースバンド信号Ｉ_CH ⁱ及びＱ_CH ⁱ（ｉ＝１，…，Ｎ）が入力される。図１４では送信ユニットＴＸ¹のみ詳細に示しているが、他の送信ユニットも同様である。

送信ユニットＴＸ１において、入力される直交ベースバンド信号Ｉ_CH ¹及びＱ_CH ¹はＤ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換された後、不要成分を除去するためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）を介して、直交変調器１９を構成する二つの乗算器１５Ｅ及び１５Ｆにそれぞれ入力される。ＩＦ用ローカル信号源１１ＢからＩＦ用位相シフタ１２Ｂ及びＩＦ用ローカルバッファ１３Ｂを介して送信ユニットに分配されるＩＦ用個別ローカル信号は、受信ユニットの内部のＩＦ用第２ローカルバッファ１４Ｂを介して取り込まれ、９０°移相器（π／２）を介して互いに直交する二つのローカル信号が乗算器１５Ｅ及び１５Ｆに入力される。

直交変調器１９からは乗算器１５Ｅ及び１５Ｆの出力を合成したＩＦ信号が出力され、可変利得増幅器（ＶＧＡ）及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を介して乗算器よりなるアップコンバータ１５Ｃに入力される。アップコンバータ１５Ｃは、ＲＦ用ローカル信号源１１ＡからＲＦ用位相シフタ１２Ａ及びＲＦ用ローカルバッファ１３Ａを介して送信ユニットに分配されるＲＦ用個別ローカル信号が送信ユニットの内部のＲＦ用第２ローカルバッファ１４Ａを介して入力されることによって、入力されるＩＦ信号をアップコンバートして周波数ｆ_IF ¹のＲＦ信号に変換する。ＲＦ信号は電力増幅器（ＰＡ）により増幅された後アンテナ２２−１に供給され、送信が行われる。他の送信ユニットＴＸ２，…，ＴＸＮにおいても同様の処理が行われ、アンテナ２２−２，…，２２−Ｎによって送信が行われる。

次に、図１５を用いて本発明のさらに別の実施形態を説明する。
図１５において、ローカル信号源１１から出力されるローカル信号はＮ分岐され、第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ及び第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎにより増幅された後、Ｎ個の乗算器１５−１〜１５−Ｎのローカル（ＬＯ）信号端子にそれぞれ供給される。

乗算器１５−１〜１５−Ｎは、Ｎ個の受信ユニットまたは送信ユニットの要素であり、ＬＯ信号端子のほか高周波（ＲＦ）信号端子及び中間周波（ＩＦ）信号端子を有する。Ｎ個の受信ユニットまたはＮ個の送信ユニットは、一つのＩＣに集積化されている。

乗算器１５−１〜１５−Ｎが受信ユニットの要素としての周波数変換器である場合、例えばＲＦ信号端子に周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^NのＲＦ信号が入力される。乗算器１５−１〜１５−Ｎにおいては、周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^NのＲＦ信号と周波数ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^NのＬＯ信号が乗算されることによりダウンコンバートが行われ、周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号が生成される。

乗算器１５−１〜１５−Ｎが送信ユニットの要素としての周波数変換器である場合、例えばＩＦ信号端子に周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号が入力される。乗算器１５−１〜１５−Ｎにおいては、周波数ｆ_IF ¹〜ｆ_IF ^NのＩＦ信号と周波数ｆ_LO ¹〜ｆ_LO ^NのＬＯ信号が乗算されることによってアップコンバートが行われ、周波数ｆ_RF ¹〜ｆ_RF ^NのＲＦ信号が生成される。

すなわち、乗算器１５−１〜１５−Ｎは受信ユニットの要素としては例えばダウンコンバータとして機能し、送信ユニットの要素としては例えばアップコンバータとして機能する。なお、前述したように乗算器１５−１〜１５−Ｎを直交復調器や直交変調器の要素として用いることも可能である。

図１５の例では、Ｎ個の受信ユニットまたはＮ個の送信ユニットに対して、電源回路が独立に設けられている。すなわち、直流電源１６−１〜１６−Ｎからの出力は、ＩＣ上に設けられている電源供給パッド１７−１〜１７−Ｎをそれぞれ介してＮ個の受信ユニットまたはＮ個の送信ユニットにそれぞれ供給される。ここでは、第１ローカルバッファ１３−１〜１３−Ｎ、第２ローカルバッファ１４−１〜１４−Ｎ及び乗算器１５−１〜１５−Ｎへの電源供給経路のみ示している。電源供給経路内にある記号Ｌで示されるインダクタンスは、電源線やグランド線の寄生インダクタンスである。但し、図１５ではグランド線の寄生インダクタについては省略している。

このように本実施形態では、複数の送信ユニット毎または複数の受信ユニット毎に個別に電源回路（電源線及びグランド線）を設け、ＩＣ内では電源の共有がないようにする。従って、各々の送信ユニットまたは受信ユニットにおけるローカル信号成分の漏洩は、他の送信ユニットまたは受信ユニットに影響を与えることがなく、各送信ユニット間または各受信ユニット間でのローカル信号の干渉を低減することができる。

なお、本発明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。さらに、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。

本発明の一実施形態に係る無線通信装置におけるローカル信号供給回路を示す図図１中の位相シフタに用いる−４５°移相器の等価回路図図１中の位相シフタに用いる４５°移相器の等価回路図図１中の位相シフタに用いる０°移相器（分圧器）の等価回路図位相シフタがない場合のＲＦ用ローカル信号の電源線及びグランド線へのｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の漏洩について説明する図位相シフタがない場合のＩＦ用ローカル信号の電源線及びグランド線へのｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の漏洩について説明する図ローカルバッファに差動増幅器を用いた場合の電源線及びグランド線へのｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の漏洩について説明する図ローカルバッファに差動増幅器を用いた場合の電源線及びグランド線へのｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の漏洩について説明する図ローカルバッファに単相増幅器を用いた場合のｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の位相を表す図ローカルバッファに差動増幅器を用いた場合のｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の位相を表す図ローカルバッファが差動増幅器のとき位相シフタを用いる場合と用いない場合の電源線及びグランド線へのｆ_LO成分と２ｆ_LO成分の漏洩について説明する図本発明の一実施形態に係る無線通信装置の受信システムの一例を示すブロック図本発明の一実施形態に係る無線通信装置の受信システムの他の一例を示すブロック図本発明の一実施形態に係る無線通信装置の送信システムの一例を示すブロック図本発明の別の実施形態に係る無線通信装置の回路図

符号の説明

１１，１１Ａ，１１Ｂ…ローカル信号源；
１２，１２Ａ，１２Ｂ…位相シフタ；
１３−１〜１３−Ｎ，１３Ａ，１３Ｂ…第１ローカルバッファ；
１４−１〜１４−Ｎ，１４Ａ，１４Ｂ…第２ローカルバッファ；
１５−１〜１５−Ｎ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ…乗算器；
１６，１６−１〜１６−Ｎ…直流電源；
１７，１７−１〜１７−Ｎ…電源供給パッド；
１８…直交復調器；
１９…直交変調器；
２１−１〜２１−Ｎ…受信アンテナ；
２２−１〜２２−Ｎ…受信アンテナ。

Claims

基準ローカル信号を発生するローカル信号源と、
前記基準ローカル信号を位相シフトして３６０°／Ｎの位相差を有する複数（Ｎ）の個別ローカル信号を生成する位相シフタと、
前記個別ローカル信号をそれぞれ増幅する複数の単相増幅器と、
前記複数の単相増幅器により増幅された個別ローカル信号の各々と受信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の受信ユニットとを具備する無線通信装置。
基準ローカル信号を発生するローカル信号源と、
前記基準ローカル信号を位相シフトして１８０°／Ｎの位相差を有する複数（Ｎ）の個別ローカル信号を生成する位相シフタと、
前記個別ローカル信号をそれぞれ増幅する複数の差動増幅器と、
前記複数の差動増幅器により増幅された個別ローカル信号の各々と受信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の受信ユニットとを具備する無線通信装置。
前記入力信号は受信ＲＦ信号であり、前記乗算器は中間周波信号を生成する請求項１または２のいずれか１項記載の無線通信装置。
前記入力信号は中間周波信号であり、前記乗算器は該中間周波信号に対して直交復調を施す第１及び第２の乗算器を含む請求項１または２のいずれか１項記載の無線通信装置。
基準ローカル信号を発生するローカル信号源と、
前記基準ローカル信号を位相シフトして３６０°／Ｎの位相差を有する複数（Ｎ）の個別ローカル信号を生成する位相シフタと、
前記個別ローカル信号をそれぞれ増幅する複数の単相増幅器と、
前記複数の単相増幅器により増幅された個別ローカル信号の各々と送信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の送信ユニットとを具備する無線通信装置。
基準ローカル信号を発生するローカル信号源と、
前記基準ローカル信号を位相シフトして１８０°／Ｎの位相差を有する複数（Ｎ）の個別ローカル信号を生成する位相シフタと、
前記個別ローカル信号をそれぞれ増幅する複数の差動増幅器と、
前記複数の差動増幅器により増幅された個別ローカル信号の各々と送信に関わる複数の入力信号の各々との乗算を行う少なくとも一つの乗算器をそれぞれ含む、一つの集積回路に集積化された複数の送信ユニットとを具備する無線通信装置。
前記入力信号は中間周波信号であり、前記乗算器は送信ＲＦ信号を生成する請求項５または６のいずれか１項記載の無線通信装置。
前記入力信号は互いに直交する二つのデータ信号であり、前記乗算器は該データ信号に対して直交変調を施す第１及び第２の乗算器を含む請求項５または６のいずれか１項記載の無線通信装置。
前記複数の受信ユニットに個別に電源を供給する電源線とグランド線とをさらに具備する請求項１または２のいずれか１項記載の無線通信装置。
前記複数の送信ユニットに個別に電源を供給する電源線とグランド線とをさらに具備する請求項５または６のいずれか１項記載の無線通信装置。