JP4800026B2 - 複素係数トランスバーサルフィルタおよび周波数変換器 - Google Patents
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Description
ヘテロダイン方式はイメージ信号妨害を避けるために,IF周波数を高くすることで周波数変換前のRFで目的信号とイメージ周波数信号の差を大きくし,RFフィルタでイメージ周波数信号を抑圧している。送受信が同時に動作するフルデュープレックス型の無線機においては送信周波数信号や送信と受信のローカル信号を共通化した時の送信信号のイメージを抑圧するためと,RFフィルタでは抑圧しきれないような強力なシステム帯域外からの妨害を避けるためにIF周波数は無線通信方式毎に異なる。このため,マルチモード無線機においてはモード毎にチャンネル帯域幅が異なることと合わせて,モード毎にIF周波数が異なるIFフィルタを用意する必要が生じ,回路規模が非常に大きくなるという問題があった。
零IF方式はIFフィルタがIC化できることから,小型化に適した方式である。しかし,DCに変換するので,周波数変換後のDCオフセットの抑圧,IM2もDC付近に発生するのでミキサにも非常に高いリニアリティが必要とされ,EVMの劣化など幾つかの問題がある。EVMの劣化は,ミキサとローカル信号の実部と虚部の信号とその処理が完全に直交しない処理の不完全性によって生じる。この対策のために,ローカル信号の出力I/出力Q間(以下,単にIQ間ともいう。)の振幅誤差と位相誤差の低減,ミキサを構成するトランジスタ間の誤差の低減などの回路技術による改善技術のほか,複素ベースバンド信号をデジタル化した後にデジタル信号処理によりIQ間の誤差を補償する数多くの技術が開発されている。
低IF方式は周波数変換処理にイメージリジェクションミキサを用いることで,目的信号周波数に対してローカル信号周波数の反対側にある目的外周波数の信号を抑圧し,RFフィルタとIFフィルタの周波数特性に依存することなくイメージ周波数信号を抑圧する。その抑圧比はイメージ抑圧比で表され,RFフィルタの特性に依存しないことから,急峻な特性のIFフィルタが不要でIF周波数を低くできる特徴がある。IF周波数の2倍の周波数が目的周波数信号とイメージ周波数信号の周波数間隔になることから,IF周波数がチャンネル間隔に等しいとき,目的チャンネルと目的チャンネルのイメージ周波数は,目的チャンネルの次隣接チャンネルとなる。
図1は,本実施形態にかかる全複素周波数変換器100の概略構成を示す説明図である。
全複素周波数変換器100は,図1に示したように,アンテナ111と,LNA112と,複素係数トランスバーサルフィルタ120と,全複素フィルタ130と,LPF141,145と,AGC142,145と,ADC143,146とから構成されている。なお,図1は本実施形態に必要な構成部分のみを示したものであり,その他の構成要素については図示および説明を省略する。
Converter)143を介して,複素ベースバンド信号の実数軸成分として出力端Iから出力される。同様に,LPF144は複素信号の高周波成分の除去を行う。そして,高周波成分が除去された複素信号は,AGC145およびADC146を介して,複素ベースバンド信号の虚数軸成分として出力端Qへ出力される。
まず,複素係数トランスバーサルフィルタの原理について説明する。インパルス電気信号が印加された場合に弾性表面波として出力されるSAW信号のインパルス応答は,各電極指での重み関数(交差幅)Wi,各電極指からの距離xi,弾性表面波の位相速度vによって算出され,インパルス応答の周波数伝達関数H(ω)は,下記数式によって示される。下記数式は,重み関数Wiの線形結合であり,トランスバーサルフィルタの基本原理と同じものになる。
図3は,本実施形態にかかる複素係数トランスバーサルフィルタ120のイメージ抑圧特性(負の周波数領域の減衰特性)を示す。ここで,USBは正の周波数領域での特性で,LSBは負の周波数領域での特性を示し,周波数の絶対値を取って同時に示してある。図3より明らかなように,負の周波数領域における抑圧比(イメージ抑圧比)は設計上40dB以上の良好な特性が得られた。本実施形態の構造を用いることで,直達波が抑圧され,所望の特性を得ることができる。
複素係数トランスバーサルフィルタの入出力間の電気容量は,トランスデューサ間の容量の他に引き回しによる配線パターン間やワイヤーパッド間によるもので構成されている。上記背景技術の構造(図6)では,入力側がシングル(Single)駆動で出力側がシングル(Single)駆動させたときのものである。かかる構造では,入力−Iチャンネル出力間容量C1による直達波D1および入力−Qチャンネル出力間容量C2による直達波D2がそれぞれ同相として出力される。それによって,直達波などの寄生成分を無視した複素係数トランスバーサルフィルタの特性がIチャンネルとQチャンネルで位相差が90度となるように設計されていても,同相に加わる直達波成分により位相差が90度からずれてしまい,所望の性能が得られない。
本発明の第2の実施形態について説明する。
上記第1の実施形態では,出力側トランスデューサ123を2分割し,2つのトランデューサ123a,123bを直列接続させた構成(出力側トランスデューサ124も同様)について説明した。本実施形態では,上記第1の実施形態の変形例として,出力側トランスデューサを2分割しない構成について説明する。
以上のように,本実施形態によれば,第1の実施形態と同様に,直達波が抑圧され,所望の特性を得ることができる。すなわち,本実施形態の複素係数トランスバーサルフィルタ220は,図4に示したように,入力側は並列接続され,出力側は直列接続されている。駆動方式は,入力がシングル(Single)で出力がバランス(Balance)である。かかる構成によれば,シングル/バランス(Single/Balance)駆動させたとき,バランス(Balance)駆動側の端子に伝播する直達波を互いにキャンセルさせることができるため,低IF方式の周波数変換器におけるイメージ抑圧比,また,零IF方式の周波数変換器におけるEVM(Error Vector Magnitude)特性の良好な複素係数フィルタおよびこれを用いた周波数変換器が実現できる。このように,本実施形態によれば,第1の実施形態と同様に,直達波が抑圧され,所望の特性を得ることができる(図5)。
120 複素係数トランスバーサルフィルタ
121 圧電基板
122 入力側トランデューサ(Iチャンネル)
122a,122b トランデューサ
123 入力トランデューサ(Qチャンネル)
123a,123b トランデューサ
124 出力側トランデューサ(Iチャンネル)
124a,124b トランデューサ
125 出力側トランデューサ(Qチャンネル)
125a,125b トランデューサ
126a,126b,126c,126d 弾性表面波
130 全複素ミキサ
Claims (4)
- RF信号を周波数変換する周波数変換器であって,
入力されるRF信号に対し偶関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の実数部を生成する第1の弾性表面波フィルタと,入力されるRF信号に対し奇関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の虚数部を生成する第2の弾性表面波フィルタとからなる複素係数トランスバーサルフィルタと;
所定の周波数を有するローカル信号を出力する局部発振器と;
前記複素係数トランスバーサルフィルタと前記局部発振器とに接続され,
前記局部発振器から出力される実数軸ローカル信号を前第1の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の実数部に乗算し、前記局部発振器から出力される虚数軸ローカル信号を前第2の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の虚数部に乗算し、両乗算の結果を加算して第1の出力信号を生成し、
前記局部発振器から出力される実数軸ローカル信号を前第2の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の虚数部に乗算し、前記局部発振器から出力される虚数軸ローカル信号を前第1の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の実数部に乗算し、両乗算の結果を加算して第2の出力信号を生成することにより、周波数変換する複素ミキサと;
を備え,
前記第1,第2の弾性表面波フィルタは,それぞれ,
入力側に,同一構造の2つのトランデューサを信号伝達方向に対して線対称に並べて配置し,出力側に,同一構造の2つのトランデューサを信号伝達方向と垂直方向に並べて配置し,
前記入力側の駆動方式はシングルであり,前記出力側の駆動方式はバランスであることを特徴とする,周波数変換器。 - RF信号を周波数変換する周波数変換器であって,
入力されるRF信号に対し偶関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の実数部を生成する第1の弾性表面波フィルタと,入力されるRF信号に対し奇関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の虚数部を生成する第2の弾性表面波フィルタとからなる複素係数トランスバーサルフィルタと;
所定の周波数を有するローカル信号を出力する局部発振器と;
前記複素係数トランスバーサルフィルタと前記局部発振器とに接続され,
前記局部発振器から出力される実数軸ローカル信号を前第1の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の実数部に乗算し、前記局部発振器から出力される虚数軸ローカル信号を前第2の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の虚数部に乗算し、両乗算の結果を加算して第1の出力信号を生成し、
前記局部発振器から出力される実数軸ローカル信号を前第2の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の虚数部に乗算し、前記局部発振器から出力される虚数軸ローカル信号を前第1の弾性表面波フィルタにより生成された複素RF信号の実数部に乗算し、両乗算の結果を加算して第2の出力信号を生成することにより、周波数変換する複素ミキサと;
を備え,
前記第1,第2の弾性表面波フィルタは,それぞれ,
入力側に,同一構造の2つのトランデューサを信号伝達方向に対して線対称に並べて配置し,出力側に,1つのトランデューサを配置し,
前記入力側の駆動方式はシングルであり,前記出力側の駆動方式はバランスであることを特徴とする,周波数変換器。 - 入力されるRF信号に対し偶関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の実数部を生成する第1の弾性表面波フィルタと,
入力されるRF信号に対し奇関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の虚数部を生成する第2の弾性表面波フィルタと,
からなり,
前記第1,第2の弾性表面波フィルタは,それぞれ,
入力側に,同一構造の2つのトランデューサを信号伝達方向に対して線対称に並べて配置し,出力側に,同一構造の2つのトランデューサを信号伝達方向と垂直方向に並べて配置し,
前記入力側の駆動方式はシングルであり,前記出力側の駆動方式はバランスであることを特徴とする,複素係数トランスバーサルフィルタ。 - 入力されるRF信号に対し偶関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の実数部を生成する第1の弾性表面波フィルタと,
入力されるRF信号に対し奇関数に基づいて生成されるインパルス応答によりたたみ込み積分を行い複素RF信号の虚数部を生成する第2の弾性表面波フィルタと,
からなり,
前記第1,第2の弾性表面波フィルタは,それぞれ,
入力側に,同一構造の2つのトランデューサを信号伝達方向に対して線対称に並べて配置し,出力側に,1つのトランデューサを配置し,
前記入力側の駆動方式はシングルであり,前記出力側の駆動方式はバランスであることを特徴とする,複素係数トランスバーサルフィルタ。
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