JP4421350B2 - ハーモニックミキサ及びこれを備えた無線装置 - Google Patents

Description

本発明はハーモニックミキサ及びこれを備えた無線装置に関し、特に３０ＧＨｚ以上の高周波数帯に好適な送信技術に関する。

近年、３０ＧＨｚ以上の準ミリ波周波数帯やミリ波周波数帯を用いる通信技術の研究が活発化している。このような高周波数帯では、安定した局部発振周波数を生成するのが難しい。送信側及び受信側にそれぞれ安定した局部発振器を設けない限り、高品質な通信を実現することは困難である。

特許文献１には、局部発振周波数を持つ無変調キャリアを無線変調信号とともに送信する技術が開示されている。受信側では、受信した無変調キャリアを局部発振周波数として用い、無線変調信号を復調する。受信側に高精度な局部発振器を設ける必要がないので、受信装置の構成を簡単化することができる。また、無変調キャリアと無線変調キャリアが同じ環境要因（例えば温度変動など）の影響を受けている場合には、受信した無変調キャリアを用いて復調することで、その環境要因による影響（例えば、温度変動による揺らぎ）を相殺することができ、良好な通信品質を提供することができる。
特開２００１−５３６４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、空中線出力される無変調キャリアと同一の発振周波数を発生する局部発振器を用いているため、安定した無線変調キャリアを生成することができないという問題点を有する。３０ＧＨｚ以上の発振周波数を安定して発振することができる能力を持つ局部発振器は、現在の技術では解決しなければならない課題が多い。特に、最近注目されている６０ＧＨｚ帯のミリ波無線通信を実現するために必要な６０ＧＨｚの局部発振器を製作することは、極めて高度な技術を要し、しかも大変高価である。

従って、本発明は、安定した局部発振周波数を生成することが困難な３０ＧＨｚ以上の高周波数帯を用いた無線通信を安価かつ簡単な構成で実現することができるハーモニックミキサ及びこれを備えた無線装置を提供することを目的とする。

本発明は、請求項１に記載のように、一端及び他端に互いに逆の極性どうしが接続されたアンチパラレル・ダイオードの一端に局部発振信号を与え、他端に情報信号を与えるとともに前記局部発振信号の第２高調波成分を出力させるための直流バイアスを与え、前記他端から前記第２高調波成分および前記局部発振信号の第２高調波成分で前記情報信号をアップコンバートした信号を含む出力信号を取り出し、前記アップコンバート信号の少なくとも一方の側波帯の中心周波数に相当する波長の１／４の長さのショートスタブを前記一端に接続し、前記局部発振信号の波長の１／４の長さのオープンスタブを前記他端に接続し、前記出力信号中の前記第２高調波成分と前記アップコンバート信号とは同じ電力であるハーモニックミキサである。アンチパラレル・ダイオードの機能により、局部発振信号の高調波で情報信号をアップコンバートした信号が得られるとともに、直流バイアスにより、局部発振信号の高調波を出力することができる。この高調波を無変調キャリアとして、アップコンバートされた信号とともに送信することにより、高周波数帯を用いた無線通信を安価かつ簡単な構成で実現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載のハーモニックミキサにおいて、前記他端に接続されるローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタを介して前記情報信号を前記アンチパラレル・ダイオードに印加することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載のハーモニックミキサにおいて、前記他端に接続されたキャパシタを有し、該キャパシタを通して前記出力信号を取り出すことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項記載のハーモニックミキサにおいて、前記一端に接続されたキャパシタを有し、該キャパシタを通して前記局部発振信号を前記アンチパラレル・ダイオードに印加することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記局部発振信号を出力する局部発振器と、前記直流バイアスを受け取る端子と、請求項１から４のいずれかに記載のハーモニックミキサとを備えたことを特徴とする無線装置である。

安定した局部発振周波数を生成することが困難な３０ＧＨｚ以上の高周波数帯を用いた無線通信を安価かつ簡単な構成で実現することができるハーモニックミキサ及びこれを備えた無線装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るハーモニックミキサ２０の構成を示すブロック図である。ハーモニックミキサは、例えば送信側の無線装置に設けられる。ハーモニックミキサ２０は、アンチパラレル・ダイオード（ＡＰＤＰ）２０２を有する。ＡＰＤＰ２０２は２つのダイオードＤ１とＤ２を逆方向に並列に接続した構成を有する。ＡＰＤＰ２０２は、図２に示すような電流・電圧特性を持つ。この電流・電圧特性の非線形な部分を利用することで、その一端に与えられた入力信号の高調波を発生する。入力信号として、後述する局部発振器が発生する局部発振信号が、外部接続端子２１６及びキャパシタＣ５を介してＡＰＤＰ２０２の一端に与えられる。以下、局部発振信号の周波数をｆ_LOで表す。他端には、情報信号が与えられる。情報信号の周波数をｆ_IFで表す。ＡＰＤＰ２０２は、局部発振信号の周波数成分ｆ_LOのｎ倍波（ｎは２以上の自然数）の高調波を発生し、この高調波成分と情報信号とを混合する。この出力は、ＡＰＤＰ２０２の他端からキャパシタＣ４を介して外部接続端子２１２に与えられる。従って、外部接続端子２１２には、周波数ｎ・ｆ_LO±ｆ_IFの信号出力が得られる。例えば、局部発振信号の周波数ｆ_LOを３０ＧＨｚとし、情報信号の周波数ｆ_IFを５ＧＨｚとし、ｎ＝２の場合に着目すれば、外部接続端子２１２には５５ＧＨｚと６５ＧＨｚのアップコンバートされた信号（無線変調波）が得られる。

ここで、以下に説明する直流バイアスがない状態では、上記動作において２倍の高調波成分はＡＰＤＰ２０２内でキャンセルされてしまい、出力端子として機能する外部接続端子２１２には現れない。これに対し、本実施例では、ＡＰＤＰ２０２の他端に、端子２１４を介して直流電圧源１０が接続されている。直流電圧源１０はバイアス電源として機能し、直流電圧をＡＰＤＰ２０２の他端に印加する。これにより、ＡＰＤＰ２０２がバイアスされ、ＡＰＤＰ２０２の動作特性がオフセットされる。この結果、局部発振周波数の２倍の高調波成分２ｆ_LOがＡＰＤＰ２０２でキャンセルされずに出力される。別の観点から説明すると、この出力は、周波数ゼロの無変調信号（つまり、直流電圧）が局部発振信号ｆ_LOに混合された結果である。ｆ_LO＝３０ＧＨｚの例では、６０ＧＨｚの信号がキャパシタＣ４を介して外部接続端子２１２に出力される。

以上のとおり、ハーモニックミキサ２０は、図３（ａ）に示すように、周波数ｎ・ｆ_LO±ｆ_IFの信号（上記の例では５５ＧＨｚと６５ＧＨｚ）と、ｎ・ｆ_LOの信号（上記の例では６０ＧＨｚ）とを生成することができる。周波数ｎ・ｆ_LO±ｆ_IFの信号を無線変調信号として送信し、周波数ｎ・ｆ_LOの信号を空中線送信用局部発振信号として送信する。受信側では、受信した局部発振信号を用いて無線変調信号を復調することができる。無線変調信号と空中線送信用局部発振信号とはＡＰＤＰ２０２で発生するため同じ揺らぎ成分を含んでいるので、復調によりこれらの揺らぎ成分を相殺することができる。また、ｎ・ｆ_LOの空中線送信用局部発振信号を生成するのにｆ_LOの発振周波数を持つ局部発振器を用いればよいので、簡単な構成で安定した３０ＧＨｚ以上の無線通信を実現することができる。なお、空中線送信用局部発振信号と無線変調信号とは同じ電力を持つことが好ましい。電力が異なると、相殺後に揺らぎ成分が残る可能性がある。直流バイアスの電圧値を調整することで空中線送信用局部発振信号の電力を容易に調整することができる。

なお、図１に示すキャパシタＣ３とＣ４は、直流電圧源１０を設けたことに起因して用いられているもので、直流電圧を遮断する役目を持つ。

次に、実施例２として、上記ハーモニックミキサ２０を備えた無線装置を説明する。

図４は、本発明の実施例２に係る無線装置１００の構成を示すブロック図である。この無線装置１００は、直流電圧源１０、ハーモニックミキサ２０、局部発振器２２、電力増幅器２６及び外部接続端子２９を有する。局部発振器２２は、周波数ｆ_LOの局部発振信号を生成する。前述したハーモニックミキサ２０の出力信号は電力増幅器２６で増幅され、外部接続端子２９に接続されたアンテナ４０を介して送信される。図５に示すように、電力増幅器２６の前段にバンドパスフィルタ２８を設けることで、不要な信号成分を取り除くことができる。例えば、バンドパスフィルタ２８を用いて、２・ｆ_LO±ｆ_IFの無線変調信号、及び２・ｆ_LOの空中線送信用局部発振信号以外の不要波を取り除くことや、一方の無線変調信号を取り除くことができる。

図５は、ハーモニックミキサ２０の具体的な構成例を示す回路図である。図示する回路は図を分かりやすくするために、理想線路を用いて回路部品間を接続した様子を示す。ＡＰＤＰ２０２の一端には、外部接続端子２１６及びキャパシタＣ５を介して局部発振器２２の出力信号が与えられる。ＡＰＤＰ２０２の他端には、外部接続端子２１０、デカップリング・キャパシタＣ３及びローパスフィルタ２０８を介して、情報信号ＩＦが与えられる。ローパスフィルタ２０８は、２つのキャパシタＣ１、Ｃ２とインダクタＬ１とを有する。また、外部接続端子２１４、インダクタＬ２、及びローパスフィルタ２０８を介して、直流バイアスがＡＰＤＰ２０２の他端に与えられている。インダクタＬ２は高周波成分が直流電圧源１０に印加されるのを防止する。

オープンスタブ２０４及びショートスタブ２０６は、信号損失を抑制して効率を高めるために設けられている。オープンスタブ２０４は、ＡＰＤＰ２０２の出力側に接続されており、局部発振器２２の局部発振周波数ｆ_LOに相当する波長の１／４の長さを持つ。従って、局部発振周波数ｆ_LO（上記例では、３０ＧＨｚ）の信号に対して、オープンスタブ２０４の開放端はグランドとして機能する。これにより、ＡＰＤＰ２０２の両端間に３０ＧＨｚの信号が効率よく印加される。６０ＧＨｚの信号に対してオープンスタブ２０４は見えない。ショートスタブ２０６はＡＰＤＰ２０２の入力側に接続されており、無線変調信号２ｆ_LO±ｆ_IF（上記の例では、５５ＧＨｚと６５ＧＨｚ）のいずれかの周波数に相当する波長の１／４の長さを持つ。例えば、ショートスタブ２０６が６５ＧＨｚの無線変調信号の波長の１／４の長さを持つ場合、ＡＰＤＰ２０２の入力側端とグランドとの間に６５ＧＨｚの無線変調信号が効率よく印加されるので、６５ＧＨｚの無線変調信号をＡＰＤＰ２０２側に折り返すことができる。勿論、ショートスタブ２０６は５５ＧＨｚの無線変調信号の波長の１／４ｎ長さを持つ構成であってもよい。無線変調信号は、両側波を送信することもできるし、片方のみを送信することもできる。片方のみを送信する場合には、ショートスタブ２０６は１つでよい。両方送信する場合には、図７に示すように、更にショートスタブ２０８を設け、５５ＭＨｚと６５ＭＨｚの両無線変調信号に対応することが好ましい。

以上説明したように、無線装置１００は３０ＧＨｚ以上の高周波数帯を用いた無線通信を安価かつ簡単な構成で実現することができる。

以上、本発明の２つの実施例及びその変形例を説明した。本発明はこれらに限定されるものではなく、他の実施例や変形例を含むものである。

本発明の実施例１に係るハーモニックミキサの構成を示す回路図である。 図１に示すアンチパラレル・ダイオードの電圧・電流特性を示すグラフである。 図１に示すハーモニックミキサの出力信号の周波数スペクトラムを示す図である。 本発明の実施例２に係る無線装置を示すブロック図である。 図４に示す無線装置の変形例を示すブロック図である。 図４に示すハーモニックミキサの構成例を示す回路図である。 図６に示すハーモニックミキサの変形例を示す回路図である。

符号の説明

１０ 直流電圧源
２０ ハーモニックミキサ ２２ 局部発振器
２４ 増幅器 ２６ 電力増幅器
２８ バンドパスフィルタ １００ 無線装置
２０２ アンチパラレル・ダイオード（ＡＰＤＰ）
２０４ オープンスタブ
２０６、２０８ ショートスタブ

Claims (5)

1. 一端及び他端に互いに逆の極性どうしが接続されたアンチパラレル・ダイオードの一端に局部発振信号を与え、他端に情報信号を与えるとともに前記局部発振信号の第２高調波成分を出力させるための直流バイアスを与え、前記他端から前記第２高調波成分および前記局部発振信号の第２高調波成分で前記情報信号をアップコンバートした信号を含む出力信号を取り出し、前記アップコンバート信号の少なくとも一方の側波帯の中心周波数に相当する波長の１／４の長さのショートスタブを前記一端に接続し、前記局部発振信号の波長の１／４の長さのオープンスタブを前記他端に接続し、前記出力信号中の前記第２高調波成分と前記アップコンバート信号とは同じ電力であることを特徴とするハーモニックミキサ。
2. 前記他端に接続されるローパスフィルタを有し、該ローパスフィルタを介して前記情報信号を前記アンチパラレル・ダイオードに印加することを特徴とする請求項１記載のハーモニックミキサ。
3. 前記他端に接続されたキャパシタを有し、該キャパシタを通して前記出力信号を取り出すことを特徴とする請求項１または２記載のハーモニックミキサ。
4. 前記一端に接続されたキャパシタを有し、該キャパシタを通して前記局部発振信号を前記アンチパラレル・ダイオードに印加することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のハーモニックミキサ。
5. 前記局部発振信号を出力する局部発振器と、前記直流バイアスを受け取る端子と、請求項１から４のいずれかに記載のハーモニックミキサとを備えたことを特徴とする無線装置。

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