JP6737632B2 - 周波数変換装置および周波数変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号の周波数変換に関するものであり、特に、出力信号への不要波の影響を抑制する技術に関するものである。

通信装置等の小型化や高性能化が進み、受信信号を中間周波数信号に変換する周波数変換装置についても小型化等が要求されるようになっている。また、周波数変換装置から出力される中間周波数信号には、信号に含まれる不要な周波数成分や歪みが少ないことが要求される。周波数変換装置では、高周波の受信信号と、局部発振信号をミキサー回路で混合して中間周波数の信号が生成される。その際に、中間周波数信号には、受信信号のイメージ周波数やミキサー回路の相互変調歪みによって生じるスプリアス成分等の不要な周波数成分の漏れ込みが生じる。特に、広帯域の高周波信号が入力される周波数変換装置では、それらの不要波の影響が顕著になるため、不要な周波数成分の漏れ込みの低減が重要になる。そのため、周波数変換装置が備えられている装置の用途や要求特性に応じて、周波数の帯域を制限し不要な周波数成分を除去する必要があり、関連する技術の開発が行われている。そのような、高周波の受信信号から中間周波数信号を生成する際に、出力信号への不要波の影響を抑制する技術としては、例えば、特許文献１のような技術が開示されている。

特許文献１は、高調波の影響を抑制する機能を有する高周波信号の受信装置に関するものである。特許文献１の受信装置は、入力される高周波信号を分配器において複数の経路に分岐する。特許文献１の受信装置では、基本周波数の整数倍ごとに経路が備えられている。基本周波数の整数倍ごとに備えられている各経路では、局部発振信号との混合による中間周波数信号の生成およびフィルタ処理が行われる。特許文献１の受信装置では、基本周波数の信号に割り当てられた経路の信号を、他の経路の信号と比較して、高調波の周波数成分が含まれているかを検出している。特許文献１では、信号に含まれる周波数成分を特定することで、受信信号に含まれる干渉信号の影響を抑制することができるとしている。

特開２０１５−２４８９号公報

しかしながら、特許文献１の技術は次のような点で十分ではない。特許文献１の受信装置は、整数倍の高調波ごとに備えられている回路によって高調波を検出する際の基準となる信号を生成している。よって、整数倍の高調波を検出するための基準となる信号を生成するための回路が複数、必要となる。その結果、特許文献１の受信装置は、不要波への対策を行う際に装置の複雑化や大型化が生じ得る。そのため、特許文献１の技術は、高周波の受信信号を基に、中間周波数信号の生成を行う際に、装置の複雑化や大型化を抑制しつつ、出力信号への不要波の漏れ込みを低減する技術としては十分ではない。

本発明は、上記の課題を解決するため、装置の大型化や複雑化を抑制しつつ、出力信号への不要波の漏れ込みを低減することができる周波数変換装置を得ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、本発明の周波数変換装置は、分配手段と、信号生成手段と、フィルタ生成手段と、畳み込み演算手段を備えている。分配手段は、入力された信号を第１の入力信号と、第２の入力信号とに分配する。信号生成手段は、第１の入力信号と、第１の局部発振信号とを混合した信号を第１の中間信号として生成する手段と、第１の中間信号と、第２の局部発振信号とを混合した信号を第２の中間信号として出力する手段とを有する。フィルタ生成手段は、第２の入力信号と、第１の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第３の局部発振信号とを混合した信号を第３の中間信号として生成する手段を有する。また、フィルタ生成手段は、第３の中間信号と、第２の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第４の局部発振信号とを混合した信号を第４の中間信号として出力する手段をさらに有する。畳み込み演算手段は、第２の中間信号と、第４の中間信号との畳み込み演算を行い、演算結果を基にした信号を中間周波数信号として出力する。

本発明の周波数変換方法は、入力された信号を第１の入力信号と、第２の入力信号とに分配する。本発明の周波数変換方法は、第１の入力信号と、第１の局部発振信号とを混合した信号を第１の中間信号として生成し、第１の中間信号と、第２の局部発振信号とを混合した信号を第２の中間信号として出力する。本発明の周波数変換方法は、第２の入力信号と、第１の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第３の局部発振信号とを混合した信号を第３の中間信号として生成する。本発明の周波数変換方法は、第３の中間信号と、第２の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第４の局部発振信号とを混合した信号を第４の中間信号として出力する。本発明の周波数変換方法は、第２の中間信号と、第４の中間信号との畳み込み演算を行い、演算結果を基にした信号を中間周波数信号として出力する。

本発明によると、装置の大型化や複雑化を抑制しつつ、出力信号への不要波の漏れ込みを低減することができる。

本発明の第１の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態の構成の概要を示す図である。 本発明の第２の実施形態において信号に含まれる各周波数成分を模式的に示した図である。 本発明の第２の実施形態において信号に含まれる各周波数成分を模式的に示した図である。 本発明と対比した構成の周波数変換装置の例を示した図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の周波数変換装置の構成の概要を示したものである。本実施形態の周波数変換装置は、分配手段１と、信号生成手段２と、フィルタ生成手段３と、畳み込み演算手段４を備えている。分配手段１は、入力された信号を第１の入力信号と、第２の入力信号とに分配する。信号生成手段２は、第１の入力信号と、第１の局部発振信号とを混合した信号を第１の中間信号として生成する手段と、第１の中間信号と、第２の局部発振信号とを混合した信号を第２の中間信号として出力する手段とを有する。フィルタ生成手段３は、第２の入力信号と、第１の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第３の局部発振信号とを混合した信号を第３の中間信号として生成する手段を有する。また、フィルタ生成手段３は、第３の中間信号と、第２の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第４の局部発振信号とを混合した信号を第４の中間信号として出力する手段をさらに有する。畳み込み演算手段４は、第２の中間信号と、第４の中間信号との畳み込み演算を行い、演算結果を基にした信号を中間周波数信号として出力する。

本実施形態の周波数変換装置では、信号生成手段２と、フィルタ生成手段３においてそれぞれ入力された信号と局部発振信号を２段階で混合している。また、フィルタ生成手段３において混合する局部発振信号は、信号生成手段２において混合させる局部発振信号と所定の周波数異なっている。本実施形態の周波数変換装置では、フィルタ生成手段３において生成された第４の中間信号をマッチドフィルタとして用いて、信号生成手段２で生成された第２の中間信号の畳み込み演算を行っている。このように、入力された信号を基に生成した信号をフィルタとして用いて畳み込み演算を行うことで、不要波の後段の装置への出力を抑制することができる。また、本実施形態の周波数変換装置では、２つの経路に分離するのみで、不要波の低減を行うことができるので装置の複雑化や大型化は生じない。その結果、本実施形態の周波数変換装置は、装置の大型化や複雑化を抑制しつつ、出力信号への不要波の漏れ込みを低減することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図を参照して詳細に説明する。図２は、本実施形態の周波数変換装置の構成の概要を示したものである。本実施形態の周波数変換装置は、分配部１０と、中間信号生成部２０と、フィルタ信号生成部３０と、畳み込み処理部４０を備えている。

本実施形態の周波数変換装置は、受信装置等に備えられ、広帯域のマイクロ波等の受信信号ＲＦを周波数変換して中間周波数信号ＩＦとして出力する装置である。本実施形態の周波数変換装置は、同調周波数を受信した場合に、フィルタ信号生成部３０において受信信号を基にマッチドフィルタを生成し、中間信号生成部２０が生成する信号と畳み込み演算を行うことで、不要波を低減することを特徴とする。

分配部１０は、入力される高周波信号を２つの経路に分配して出力する機能を有する。本実施形態において高周波信号とは、無線通信等で利用される１０ｋＨｚ以上の周波数の信号のことをいう。分配部１０は、入力された信号を２つの経路、すなわち、中間信号生成部２０に入力される信号と、フィルタ信号生成部３０に入力される信号とにそれぞれ等しく分配して出力する。２つの経路に出力される高周波信号は、入力された信号に含まれる全ての周波数成分をそれぞれ含む。また、２つの経路に出力される高周波信号のパワーは、互いに等しい。また、本実施形態の分配部１０は、第１の実施形態の分配手段１に相当する。

中間信号生成部２０は、入力された高周波信号を中間周波数信号にダウンコンバートする機能を有する。中間信号生成部２０は、第１の局部発振器２１と、第１の混合器２２と、第１のフィルタ２３と、第２の局部発振器２４と、第２の混合器２５を備えている。

第１の局部発振器２１は、周波数ｆｌの局部発振信号ＬＯ１を生成して、第１の混合器２２に出力する。周波数ｆｌは、入力される高周波信号および周波数変換装置から出力される中間周波数信号の周波数の設定値等に基づいて設定される。すなわち、周波数ｆｌの値は、入力される信号の周波数ｆｒ、第２の局部発振器２４が出力する局部発振信号ＬＯ２の周波数ｆｓおよび中間周波数信号を使用する装置の仕様に基づいて設定される。また、本実施形態の周波数変換装置では、周波数ｆｌは、周波数ｆｒよりも高い周波数として設定されている。周波数ｆｌは、周波数ｆｒよりも低い周波数として設定されていてもよい。また、本実施形態の第１の局部発振器２１は、局部発振信号ＬＯ１として出力するクロックの周波数が可変である。第１の局部発振器２１には、例えば、電圧制御型の水晶発振器を用いることができる。

第１の混合器２２は、受信信号と、局部発振信号ＬＯ１を混合して出力するミキサー回路として構成されている。第１の混合器２２は、周波数ｆｒの受信信号と、第１の局部発振器２１から入力される周波数ｆｌの局部発振信号ＬＯ１を混合し、周波数ｆｌ±ｆｒの信号を、第１のフィルタ２３に出力する。周波数ｆｌが周波数ｆｒよりも小さいときは、ｆｌ−ｆｒの絶対値に相当する周波数成分を含む信号が出力される。

第１のフィルタ２３は、所定の周波数成分を通過させるローパスフィルタとして構成されている。第１のフィルタ２３は、入力された信号のうち、周波数ｆｌ＋ｆｒを含む高周波成分を遮断し、周波数ｆｌ−ｆｒを含む帯域の信号を通過させるように設計されている。第１のフィルタ２３を通過した周波数ｆｌ−ｆｒの信号は、第２の混合器２５に入力される。

第２の局部発振器２４は、周波数ｆｓの局部発振信号ＬＯ２を生成し、第２の混合器２５に出力する。第２の局部発振器２４には、例えば、水晶発振器を用いることができる。

第２の混合器２５は、第１のフィルタ２３から入力される信号と、第２の局部発振器２４から入力される局部発振信号ＬＯ２を混合して出力するミキサー回路として構成されている。第２の混合器２５は、第１のフィルタ２３から入力される周波数ｆｌ−ｆｒの信号と、第２の局部発振器２４から入力される周波数ｆｓの局部発振信号ＬＯ２を混合し、周波数ｆｌ−ｆｒ±ｆｓの信号を生成する。第２の混合器２５は、生成した周波数ｆｌ−ｆｒ±ｆｓの信号を畳み込み処理部４０の畳み込み演算部４１に出力する。また、本実施形態の中間信号生成部２０の各機能は、第１の実施形態の信号生成手段２に相当する。

フィルタ信号生成部３０は、マッチドフィルタとして用いる信号を生成する機能を有する。フィルタ信号生成部３０は、第３の局部発振器３１と、第３の混合器３２と、第２のフィルタ３３と、第４の局部発振器３４と、第４の混合器３５を備えている。

第３の局部発振器３１は、周波数ｆｌ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ３を生成して、第３の混合器３２に出力する。周波数ｄｆの値は、あらかじめ設定されている。周波数ｄｆの値は、周波数ｆｌ−ｆｒの値よりも小さく設定されている。本実施形態の第３の局部発振器３１は、第１の局部発振器２１と同様に出力するクロックの周波数が可変である。第３の局部発振器３１には、例えば、電圧制御型の水晶発振器を用いることができる。

第３の混合器３２は、受信信号と、局部発振信号ＬＯ３を混合して出力するミキサー回路として構成されている。第３の混合器３２は、周波数ｆｒの受信信号と、第３の局部発振器３１から入力される周波数ｆｌ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ３を混合し、周波数ｆｌ＋ｄｆ±ｆｒの信号を、第２のフィルタ３３に出力する。

第２のフィルタ３３は、所定の周波数成分を通過させるローパスフィルタとして構成されている。第２のフィルタ３３は、入力された信号のうち、周波数ｆｌ＋ｄｆ＋ｆｒを含む高周波成分を遮断し、周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒを含む帯域の信号を通過させるように設計されている。第１のフィルタ２３を通過した周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの信号は、第２の混合器２５に入力される。第２のフィルタ３３を通過した周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの信号は、第４の混合器３５に入力される。

第４の局部発振器３４は、周波数ｆｓ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ４を生成し、第４の混合器３５に出力する。第４の局部発振器３４には、例えば、水晶発振器を用いることができる。

第４の混合器３５は、第２のフィルタ３３から入力される周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの信号と、第４の局部発振器３４から入力される周波数ｆｓ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ４を混合する。第４の混合器３５は、混合によって生成される周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒ±（ｆｓ＋ｄｆ）の信号、すなわち、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの信号を、畳み込み処理部４０の畳み込み演算部４１に出力する。また、本実施形態のフィルタ信号生成部３０の各機能は、第１の実施形態のフィルタ生成手段３に相当する。

畳み込み処理部４０は、畳み込み演算部４１と、第３のフィルタ４２を備えている。畳み込み演算部４１は、入力された信号を基に畳み込み演算を行う機能を有する。本実施形態において畳み込み演算とは、第４の混合器３５から入力される信号をフィルタとみなし、第２の混合器２５から入力される信号との畳み込み積分を行うことをいう。

畳み込み演算部４１は、第２の混合器２５から入力される周波数ｆｌ−ｆｒ±ｆｓの周波数成分を含む信号と、第４の混合器３５から入力される周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分を含む信号との畳み込み演算を行う。畳み込み演算部４１は、畳み込み演算によって周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓの周波数成分が強調された信号を第３のフィルタ４２に出力する。畳み込み演算によって周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分は、入力時よりも小さな信号として出力される。また、本実施形態の畳み込み演算部１１は、第１の実施形態の畳み込み演算手段４に相当する。

第３のフィルタ４２は、畳み込み演算部４１から入力される信号のうち高周波成分を遮断するローパスフィルタとして形成されている。第３のフィルタ４２は、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆを含む高周波帯域の信号を遮断し、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓを含む帯域の信号を出力する。

本実施形態の周波数変換装置の動作について説明する。始めに、本実施形態の周波数変換装置に入力される受信信号に含まれる基本周波数の信号が、中間周波数に変換されて出力される際の動作について説明する。

周波数変換装置が備えられている装置が受信した周波数ｆｒの基本周波数の信号は、分配部１０に入力される。分配部１０は、入力された受信信号を、２つの経路に分配し、中間信号生成部２０の第１の混合器２２と、フィルタ信号生成部３０の第３の混合器３２にそれぞれ送る。

中間信号生成部２０の第１の混合器２２に入力された信号は、第１の局部発振器２１から入力される周波数ｆｌの局部発振信号ＬＯ１と混合され、周波数ｆｌ±ｆｒの信号として出力される。第１の混合器２２から出力された信号は、第１のフィルタ２３に入力される。第１のフィルタ２３に入力された信号は高周波成分が除去され、周波数ｆｌ−ｆｒの信号として出力される。

第１のフィルタ２３から出力された信号は、第２の混合器２５に送られる。第２の混合器２５に送られた信号は、第２の局部発振器２４から入力される周波数ｆｓの局部発振信号ＬＯ２と混合され、周波数ｆｌ−ｆｒ±ｆｓの信号として出力される。第２の混合器２５から出力された信号は、畳み込み処理部４０の畳み込み演算部４１に送られる。

また、フィルタ信号生成部３０の第３の混合器３２に入力された信号は、第３の局部発振器３１から入力される周波数ｆｌ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ３と混合され周波数ｆｌ＋ｄｆ±ｆｒの信号として出力される。第３の混合器３２から出力された信号は、第２のフィルタ３３に入力される。第２のフィルタ３３に入力された信号は、高周波成分が除去され、周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの信号として出力される。

第２のフィルタ３３から出力された信号は、第４の混合器３５に送られる。第４の混合器３５に送られた信号は、第４の局部発振器３４から入力される周波数ｆｓ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ４と混合され、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの信号として出力される。第４の混合器３５から出力された信号は、畳み込み処理部４０の畳み込み演算部４１に送られる。

２つの経路から畳み込み演算部４１に入力された信号は、畳み込み演算部４１において畳み込み演算が行われる。畳み込み演算が行われると、２つの信号に共通している周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓの成分が強調されて出力される。畳み込み演算部４１から出力された信号は、第３のフィルタ４２に送られる。第３のフィルタ４２に送られた信号は、高周波成分が除去されて周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓの中間周波数信号として出力される。

図３は、本実施形態の周波数変換装置の各位置において、信号に含まれる周波数成分を模式的に示した図である。図３の最も左側の上段の図は、中間信号生成部２０の第１の混合器２２に入力される信号の周波数成分を示している。図３の最も左側の上段の図では、第１の混合器２２に、周波数ｆｒの受信信号ＲＦと、周波数ｆｌの局部発振信号ＬＯ１が入力されている。また、図３の最も左側の下段の図は、フィルタ信号生成部３０の第３の混合器３２に入力される信号の周波数成分を示している。図３の最も左側の下段の図では、第３の混合器３２に、周波数ｆｒの受信信号ＲＦと、周波数ｆｌ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ３が入力されている。

図３の左から２番目の上段の図は、第１の混合器２２から出力される信号、すなわち、第１のフィルタ２３に入力される信号に含まれる周波数成分を示している。図３の左から２番目の上段の図は、第１の混合器２２に入力される信号の周波数の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ＋ｆｒと、周波数ｆｌ−ｆｒの周波数成分が信号に含まれていることを示している。周波数ｆｌ＋ｆｒと、周波数ｆｌ−ｆｒの周波数成分のうち、周波数ｆｌ＋ｆｒの周波数成分は、第１のフィルタ２３で除去される。

図３の左から２番目の下段の図は、第３の混合器３２から出力される信号、すなわち、第２のフィルタ３３に入力される信号に含まれる周波数成分を示している。図３の左から２番目の下段の図は、第３の混合器３２に入力される信号の周波数の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ＋ｄｆ＋ｆｒと、周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの周波数成分が信号に含まれていることを示している。周波数ｆｌ＋ｄｆ＋ｆｒと、周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの周波数成分のうち、周波数ｆｌ＋ｄｆ＋ｆｒの周波数成分は、第２のフィルタ３３で除去される。

図３の左から３番目の上段の図は、第２の混合器２５から出力される信号の周波数成分、すなわち、畳み込み処理部４０に中間信号生成部２０から入力される信号の周波数成分を示している。第２の混合器２５には、周波数ｆｌ−ｆｒの信号と、周波数ｆｓの局部発振信号ＬＯ２が入力される。そのため、図３の左から３番目の上段の図では、第２の混合器２５に入力された信号の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓの周波数成分が第２の混合器２５から出力される信号に含まれていることを示している。

図３の左から３番目の下段の図は、第４の混合器３５から出力される信号の周波数成分、すなわち、畳み込み処理部４０にフィルタ信号生成部３０から入力される信号の周波数成分を示している。第４の混合器３５には、周波数ｆｌ＋ｄｆ−ｆｒの信号と、周波数ｆｓ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ４が入力される。そのため、図３の左から３番目の下段の図では、第４の混合器３５に入力された信号の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分が第２の混合器２５から出力されることを示している。

また、図３の最も右側の図は、畳み込み演算部４１から第３のフィルタ４２に入力される信号に含まれる各周波数成分を示している。畳み込み演算部４１から第３のフィルタ４２に入力される信号では、中間信号生成部２０およびフィルタ信号生成部３０の出力信号に共通して含まれる周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓが畳み込み演算によって強調されている。また、中間信号生成部２０およびフィルタ信号生成部３０のいずれかの出力信号にのみ含まれる、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分は、畳み込み演算処理によって入力時よりも値が小さくなっている。また、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分は、第３のフィルタ４２によって除去される。そのため、第３のフィルタ４２からは、受信信号ＲＦに含まれる基本周波数に由来する周波数成分うち、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓの周波数成分の信号のみが出力される。

次に不要波の信号が、周波数変換装置に入力された場合の動作について説明する。以下では、周波数ｆｒの受信信号ＲＦにイメージ周波数２×ｆｌ−ｆｒが含まれている場合を例に説明する。イメージ周波数２×ｆｌ−ｆｒの信号は、基本周波数の信号とともに分配部１０で分配され、中間信号生成部２０の第１の混合器２２およびフィルタ信号生成部３０の第３の混合器３２にそれぞれ送られる。

中間信号生成部２０の第１の混合器２２に入力されたイメージ周波数の信号は、第１の局部発振器２１から入力される周波数ｆｌの局部発振信号ＬＯ１と混合され周波数ｆｌ−ｆｒと、周波数３×ｆｌ−ｆｒの信号として出力される。第１の混合器２２から出力された信号は、第１のフィルタ２３に入力される。第１のフィルタ２３に入力された信号は高周波成分が除去され、周波数ｆｌ−ｆｒの信号として出力される。

第１のフィルタ２３から出力された信号は、第２の混合器２５に送られる。第２の混合器２５に送られた信号は、第２の局部発振器２４から入力される周波数ｆｓの局部発振信号ＬＯ２と混合され、周波数ｆｌ−ｆｒ±ｆｓの信号として出力される。第２の混合器２５から出力された信号は、畳み込み処理部４０の畳み込み演算部４１に送られる。

また、フィルタ信号生成部３０の第３の混合器３２に入力された信号は、第３の局部発振器３１から入力される周波数ｆｌ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ３と混合され、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｄｆと、周波数３×ｆｌ−ｆｒ＋ｄｆの信号として出力される。第３の混合器３２から出力された信号は、第２のフィルタ３３に入力される。第２のフィルタ３３に入力された信号は高周波成分が除去され、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｄｆの信号として出力される。

第２のフィルタ３３から出力された信号は、第４の混合器３５に送られる。第４の混合器３５に送られた信号は、第４の局部発振器３４から入力される周波数ｆｓ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ４と混合され、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓ−２×ｄｆの信号として出力される。第４の混合器３５から出力された信号は、畳み込み処理部４０の畳み込み演算部４１に送られる。

中間信号生成部２０およびフィルタ信号生成部３０から畳み込み演算部４１にそれぞれ入力された信号は、畳み込み演算部４１において畳み込み演算が行われる。畳み込み演算が行われると、２つの信号に共通している周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓの成分が強調されて出力される。また、畳み込み演算部４１において畳み込み演算が行われた際に、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分は、入力時よりも小さな信号として出力される。

畳み込み演算部４１から出力された信号は、第３のフィルタ４２に送られる。第３のフィルタ４２に送られた信号は、高周波成分が除去されるため、畳み込み演算によって強調された周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓの成分が除去される。よって、不要波に基づいた周波数成分のうち畳み込み演算で強調された成分は後段に出力されずに、畳み込み演算で入力時よりも値が小さくなった信号のみが出力される。そのため、周波数変換装置から出力される中間周波数信号では、イメージ周波数等の不要波の影響が抑制されている。上記の説明では、受信信号ＲＦのイメージ周波数についてのみ説明したが、本実施形態の周波数変換装置を用いることで高調波やスプリアス成分についても同様に除去することができる。

図４は、本実施形態の周波数変換装置の各位置において、信号に含まれる周波数成分のうち、受信信号のイメージ周波数に由来する周波数成分を模式的に示した図である。図４の最も左側の上段の図は、中間信号生成部２０の第１の混合器２２に入力される信号の周波数成分を示している。図４の最も左側の上段の図では、第１の混合器２２に、周波数ｆｒの受信信号ＲＦと、周波数ｆｌの局部発振信号ＬＯ１および周波数２×ｆｌ−ｆｒの受信信号ＲＦのイメージ周波数信号ＲＦｉが入力されている。また、図４の最も左側の下段の図は、フィルタ信号生成部３０の第３の混合器３２に入力される信号の周波数成分を示している。図４の最も左側の下段の図では、第３の混合器３２に、周波数ｆｒの受信信号ＲＦと、周波数ｆｌ＋ｄｆの局部発振信号ＬＯ３および周波数２×ｆｌ−ｆｒのイメージ周波数信号ＲＦｉが入力されている。

図４の左から２番目の上段の図は、第１の混合器２２から第１のフィルタ２３に入力される信号に含まれる周波数成分のうち、イメージ周波数信号ＲＦｉに由来する周波数成分を示している。図４の左から２番目の上段の図は、第１の混合器２２に入力される信号の周波数の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ−ｆｒと、周波数３×ｆｌ−ｆｒの周波数成分が信号に含まれていることを示している。周波数ｆｌ−ｆｒと、周波数３×ｆｌ−ｆｒの周波数成分のうち、周波数３×ｆｌ−ｆｒの周波数成分は、第１のフィルタ２３で除去される。

図４の左から２番目の下段の図は、第３の混合器３２から第２のフィルタ３３に入力される信号に含まれる周波数成分のうち、イメージ周波数信号ＲＦｉに由来する周波数成分を示している。図４の左から２番目の下段の図は、第３の混合器３２に入力された信号の周波数の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ−ｆｒ−ｄｆと、周波数３×ｆｌ−ｆｒ＋ｄｆの周波数成分が信号に含まれていることを示している。周波数ｆｌ−ｆｒ−ｄｆと、周波数３×ｆｌ−ｆｒ＋ｄｆの周波数成分のうち、周波数３×ｆｌ−ｆｒ＋ｄｆの周波数成分は、第２のフィルタ３３で除去される。

図４の左から３番目の上段の図は、第２の混合器２５から出力される信号の周波数成分、すなわち、畳み込み処理部４０に中間信号生成部２０から入力される信号の周波数成分を示している。第２の混合器２５には、周波数ｆｌ−ｆｒと、周波数ｆｓの信号が入力される。そのため、図４の左から３番目の上段の図では、第２の混合器２５に入力された信号の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓと、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓの周波数成分が第２の混合器２５から出力される信号に含まれていることを示している。

図４の左から３番目の下段の図は、第４の混合器３５から出力される信号の周波数成分、すなわち、畳み込み処理部４０にフィルタ信号生成部３０から入力される信号の周波数成分を示している。第４の混合器３５には、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｄｆと、周波数ｆｓ＋ｄｆの信号が入力される。そのため、図４の左から３番目の下段の図では、第４の混合器３５に入力された信号の和と差にそれぞれ相当する周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓ＋２×ｄｆと、周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓの周波数成分が第２の混合器２５から出力されることを示している。

また、図４の最も右側の図は、畳み込み演算部４１から第３のフィルタ４２に入力される信号に含まれる各周波数成分を示している。畳み込み演算部４１から第３のフィルタ４２に入力される信号では、中間信号生成部２０およびフィルタ信号生成部３０の出力信号に共通して含まれる周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓが畳み込み演算によって強調されている。また、中間信号生成部２０およびフィルタ信号生成部３０のいずれかの出力信号にのみ含まれる、周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分は、畳み込み演算処理によって値が小さくなっている。また、畳み込み演算によって強調された周波数ｆｌ−ｆｒ＋ｆｓの周波数成分は、第３のフィルタ４２によって除去される。そのため、第３のフィルタ４２からは、イメージ周波数信号ＲＦｉに含まれる基本周波数に由来する周波数成分うち、畳み込み演算によって値が小さくなった周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓおよび周波数ｆｌ−ｆｒ−ｆｓ＋２×ｄｆの周波数成分の信号のみが出力される。そのため、本実施形態の周波数変換装置では、イメージ周波数信号に由来する周波数成分の後段への出力を抑制することができる。

図５は、本実施形態と対比した構成の周波数変換装置の例を示したものである。図５の周波数変換装置は、スイッチ素子ＳＷと、バンドパスフィルタＢＰＦと、混合器および局部発振器等を多段で備えている。図５の周波数変換装置では、スイッチ素子ＳＷによって経路を分け、バンドパスフィルタＢＰＦによって、不要成分の除去を行っている。よって、スイッチ素子ＳＷ等を多段階で用いる必要があるため、装置の構成の複雑化や大型化が生じ得る。一方で、本実施形態の周波数変換装置では、入力される信号を基に生成したマッチドフィルタを用いて畳み込み演算を行うことで、経路を２つに分けるのみで不要波の周波数成分の影響を抑制することができる。そのため、本実施形態の周波数変換装置では、装置の複雑化や大型化を抑制することができる。

本実施形態の周波数変換装置では、中間信号生成部２０と、フィルタ信号生成部３０においてそれぞれ入力された高周波信号と局部発振信号を２段階で混合している。また、フィルタ信号生成部３０において混合する局部発振信号は、中間信号生成部２０において混合させる局部発振信号と所定の周波数異なっている。本実施形態の周波数変換装置では、フィルタ信号生成部３０において生成され信号をマッチドフィルタとして用いて、中間信号生成部２０で生成された信号の畳み込み演算を行っている。このように、本実施形態の周波数変換装置では、入力された高周波信号を基に生成した信号をフィルタとして用いて畳み込み演算を行うことで、必要な周波数成分のみを強調した中間周波数信号を得ることができる。そのため、本実施形態の周波数変換装置では、中間周波数信号を出力する際に、不要波の後段の装置への出力を抑制することができる。

本実施形態の周波数変換装置では、入力された高周波信号を基に生成した信号をフィルタとして用いて畳み込み演算を行うことで、周波数帯域に依存せずに不要波の除去を行うことができる。また、本実施形態の周波数変換装置では、２つの経路に分離するのみで、不要波の低減を行うことができるので装置の複雑化や大型化は生じない。その結果、本実施形態の周波数変換装置は、装置の大型化や複雑化を抑制しつつ、出力信号への不要波の漏れ込みを低減することができる。

第２の実施形態の周波数変換装置は、第１の混合器２２と第２の混合器２５の間、および、第３の混合器３２と、第４の混合器３５の間にローパスフィルタをそれぞれ備えている。そのような構成に代えて、各混合器の間にローパスフィルタを備えない構成としてもよい。そのような構成とすることで、装置構成をより簡略化することができる。また、第２の混合器２５および第４の混合器３５の後段にローパスフィルタを備える構成としてもよい。

第１および第２の実施形態の周波数変換装置は、入力される高周波信号を基に生成したマッチドフィルタを基に、不要波を除去した中間周波数信号の出力を行っている。そのため、各実施形態の周波数変換装置は、受信装置等に内蔵されている周波数変換装置や、他の装置と独立して備ええられている周波数変換装置として用いることができる。各実施形態の周波数変換装置は、パルス変調信号、連続波信号、位相変調信号、周波数変調信号、スペクトラム拡散信号およびその他の通信や電子装置で用いられる信号の周波数変換に用いることができる。また、各実施形態の周波数変換装置は、そのような各信号の周波数変換において、あらゆる周波数や周波数帯域において不要波を除去することができる。

１ 分配手段
２ 信号生成手段
３ フィルタ生成手段
４ 畳み込み演算手段
１０ 分配部
２０ 中間信号生成部
２１ 第１の局部発振器
２２ 第１の混合器
２３ 第１のフィルタ
２４ 第２の局部発振器
２５ 第２の混合器
３０ フィルタ信号生成部
３１ 第３の局部発振器
３２ 第３の混合器
３３ 第２のフィルタ
３４ 第４の局部発振器
３５ 第４の混合器
４０ 畳み込み処理部
４１ 畳み込み演算部
４２ 第３のフィルタ

Claims (10)

1. 入力された信号を第１の入力信号と、第２の入力信号とに分配する分配手段と、
   前記第１の入力信号と、第１の局部発振信号とを混合した信号を第１の中間信号として生成する手段と、前記第１の中間信号と、第２の局部発振信号とを混合した信号を第２の中間信号として出力する手段とを有する信号生成手段と、
   前記第２の入力信号と、前記第１の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第３の局部発振信号とを混合した信号を第３の中間信号として生成する手段と、前記第３の中間信号と、前記第２の局部発振信号とは前記所定の周波数の差がある第４の局部発振信号とを混合した信号を第４の中間信号として出力する手段とを有するフィルタ生成手段と、
   前記第２の中間信号と、前記第４の中間信号との畳み込み演算を行い、演算結果を基にした信号を中間周波数信号として出力する畳み込み演算手段と、
   を備えることを特徴とする周波数変換装置。
2. 前記第１の中間信号と、前記第２の局部発振信号とを混合する前に、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号の基本周波数である第１の基本周波数と、前記第１の局部発振信号の周波数との差の絶対値に相当する周波数帯を通過させ、前記第１の基本周波数と、前記第１の局部発振信号の周波数との和に相当する周波数帯を遮断するフィルタ処理を行う第１のフィルタ手段と、
   前記第３の中間信号と、前記第４の局部発振信号とを混合する前に、前記第１の基本周波数と、前記第３の局部発振信号の周波数との差の絶対値に相当する周波数帯を通過させ、前記第１の基本周波数と、前記第３の局部発振信号の周波数との和に相当する周波数帯を遮断するフィルタ処理を行う第２のフィルタ手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の周波数変換装置。
3. 前記所定の周波数は、前記第１の基本周波数と、前記第１の局部発振信号の周波数との差よりも小さい値として設定されていることを特徴とする請求項２に記載の周波数変換装置。
4. 前記中間周波数信号に、前記中間周波数信号の基本周波数である第２の基本周波数の周波数帯を通過させ、前記第２の基本周波数よりも高い周波数帯を遮断するフィルタ処理を行って出力する第３のフィルタ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の周波数変換装置。
5. 前記中間周波数信号の周波数が所定の設定値となるように、前記第１の局部発振信号の周波数および前記第２の局部発振信号の周波数が設定されていることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の周波数変換装置。
6. 入力された信号を第１の入力信号と、第２の入力信号とに分配し、
   前記第１の入力信号と、第１の局部発振信号とを混合した信号を第１の中間信号として生成し、前記第１の中間信号と、第２の局部発振信号とを混合した信号を第２の中間信号として出力し、
   前記第２の入力信号と、前記第１の局部発振信号とは所定の周波数の差がある第３の局部発振信号とを混合した信号を第３の中間信号として生成し、前記第３の中間信号と、前記第２の局部発振信号とは前記所定の周波数の差がある第４の局部発振信号とを混合した信号を第４の中間信号として出力し、
   前記第２の中間信号と、前記第４の中間信号との畳み込み演算を行い、演算結果を基にした信号を中間周波数信号として出力することを特徴とする周波数変換方法。
7. 前記第１の中間信号と、前記第２の局部発振信号とを混合する前に、前記第１の入力信号および前記第２の入力信号の基本周波数である第１の基本周波数と、前記第１の局部発振信号の周波数との差の絶対値に相当する周波数帯を通過させ、前記第１の基本周波数と、前記第１の局部発振信号の周波数との和に相当する周波数帯を遮断するフィルタ処理を行い、
   前記第３の中間信号と、前記第４の局部発振信号とを混合する前に、前記第１の基本周波数と、前記第３の局部発振信号の周波数との差の絶対値に相当する周波数帯を通過させ、前記第１の基本周波数と、前記第３の局部発振信号の周波数との和に相当する周波数帯を遮断するフィルタ処理を行うことを特徴とする請求項６に記載の周波数変換方法。
8. 前記所定の周波数は、前記第１の基本周波数と、前記第１の局部発振信号の周波数との差よりも小さい値として設定されていることを特徴とする請求項７に記載の周波数変換方法。
9. 前記中間周波数信号に、前記中間周波数信号の基本周波数である第２の基本周波数の周波数帯を通過させ、前記第２の基本周波数よりも高い周波数帯を遮断するフィルタ処理を行って出力する第３のフィルタ手段をさらに備えることを特徴とする請求項６から８いずれかに記載の周波数変換方法。
10. 前記中間周波数信号の周波数が所定の設定値となるように、前記第１の局部発振信号の周波数および前記第２の局部発振信号の周波数が設定されていることを特徴とする請求項６から９いずれかに記載の周波数変換方法。

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