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特開2020-129779送信機

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-129779(P2020-129779A)

(43)【公開日】2020年8月27日

(54)【発明の名称】送信機

(51)【国際特許分類】

H04B 1/04 20060101AFI20200731BHJP

H03D 7/00 20060101ALI20200731BHJP

H03D 7/12 20060101ALI20200731BHJP

H03D 7/14 20060101ALI20200731BHJP

【ＦＩ】

H04B1/04 F

H03D7/00 E

H03D7/12 C

H03D7/14 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-22518(P2019-22518)

(22)【出願日】2019年2月12日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、総務省、「テラヘルツ波デバイス基盤技術の研究開発−３００ＧＨｚ帯シリコン半導体ＣＭＯＳトランシーバ技術−」委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504136568

【氏名又は名称】国立大学法人広島大学

(74)【代理人】

【識別番号】100163186

【弁理士】

【氏名又は名称】松永裕吉

(72)【発明者】

【氏名】董鋭冰

(72)【発明者】

【氏名】李尚曄

(72)【発明者】

【氏名】藤島実

【テーマコード（参考）】

5K060

【Ｆターム（参考）】

5K060CC04

5K060EE05

5K060HH02

5K060HH14

5K060KK03

5K060KK06

5K060LL15

(57)【要約】

【課題】送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる送信機を提供する。
【解決手段】送信機（１０）は、ベースバンド信号（ＢＢ）と搬送信号（ＬＯ）とが入力され、ベースバンド信号と搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号（ＩＦ）に搬送信号を重ね合わせた信号を出力する変調部（１１）と、変調部の後段に接続され、変調部の出力信号を逓倍する周波数混合部（１３）とを備え、変調部が、印加されるバイアス電圧（ＶＢ）により、中間周波数信号に重ね合わせる搬送信号の振幅電圧が調整可能に構成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベースバンド信号と搬送信号とが入力され、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号に前記搬送信号を重ね合わせた信号を出力する変調部と、
前記変調部の後段に接続され、前記変調部の出力信号を逓倍する周波数混合部とを備え、
前記変調部が、印加されるバイアス電圧により、前記中間周波数信号に重ね合わせる前記搬送信号の振幅電圧が調整可能に構成されている
ことを特徴とする送信機。

【請求項2】

前記周波数混合部が、前記変調部の出力信号の周波数を２倍する２乗回路を有しており、
前記バイアス電圧が、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定されている、請求項１に記載の送信機。

【請求項3】

前記周波数混合部が、前記変調部の出力信号の周波数を３倍する３乗回路を有しており、
前記バイアス電圧が、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧の√２倍になるような値に設定されている、請求項１に記載の送信機。

【請求項4】

前記変調部が、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して前記中間周波数信号を生成する変調器と、入力された前記搬送信号を前記バイアス電圧に応じた振幅電圧にして出力する振幅調整器と、前記変調器の出力信号と前記振幅調整器の出力信号とを加算する加算器とを有する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の送信機。

【請求項5】

前記変調部がギルバートセルで構成されており、
前記ギルバートセルの差動入力対の一方にシングルエンド信号としての前記ベースバンド信号が接続され、他方に前記バイアス電圧が接続されている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の送信機。

【請求項6】

前記ベースバンド信号が直交位相振幅変調された信号である、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の送信機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送信機に関し、特に、ベースバンド信号を搬送波に乗せて送信する送信機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ベースバンド信号と搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号を周波数逓倍器で周波数を逓倍して高周波の送信信号を生成する送信機が開発されている。このような送信機では、周波数逓倍器で中間周波数信号が逓倍されるとベースバンド信号の振幅が累乗されて元のベースバンド信号の振幅の線型性が崩れてしまうという問題がある。そこで、中間周波数信号に搬送信号を重ね合わせた信号を逓倍することでベースバンド信号を線型性よく高周波の送信信号にアップコンバートする送信機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−１３０８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

送信機において、ベースバンド信号を線型性よく高周波の送信信号にアップコンバートすること以外に、送信信号に含まれるさまざまな信号成分のうち中間周波数信号の基本波成分の強度を上げるかということも重要な課題の一つである。

【0005】

そこで、本発明は、送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる送信機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一局面に従った送信機は、ベースバンド信号と搬送信号とが入力され、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して得られた中間周波数信号に前記搬送信号を重ね合わせた信号を出力する変調部と、前記変調部の後段に接続され、前記変調部の出力信号を逓倍する周波数混合部とを備え、前記変調部が、印加されるバイアス電圧により、前記中間周波数信号に重ね合わせる前記搬送信号の振幅電圧が調整可能に構成されているものである。

【0007】

前記周波数混合部は、前記変調部の出力信号の周波数を２倍する２乗回路を有していてもよく、前記バイアス電圧は、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定されていることが好ましい。

【0008】

あるいは、前記周波数混合部は、前記変調部の出力信号の周波数を３倍する３乗回路を有していてもよく、前記バイアス電圧は、前記中間周波数信号に重ね合わされる前記搬送信号の振幅電圧が前記中間周波数信号の振幅電圧の√２倍になるような値に設定されていることが好ましい。

【0009】

例えば、前記変調部が、前記ベースバンド信号と前記搬送信号とを混合して前記中間周波数信号を生成する変調器と、入力された前記搬送信号を前記バイアス電圧に応じた振幅電圧にして出力する振幅調整器と、前記変調器の出力信号と前記振幅調整器の出力信号とを加算する加算器とを有するものである。

【0010】

例えば、前記変調部がギルバートセルで構成されており、前記ギルバートセルの差動入力対の一方にシングルエンド信号としての前記ベースバンド信号が接続され、他方に前記バイアス電圧が接続されている。

【0011】

前記ベースバンド信号が直交位相振幅変調された信号であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

中間周波数信号に重ね合わされる搬送信号の振幅電圧に応じて周波数混合部による逓倍後の送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度が変化する。本発明によると、変調部に印加するバイアス電圧により中間周波数信号に重ね合わせる搬送信号の振幅電圧を調整できるため、バイアス電圧を最適値にして送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る送信機のブロック図

【図2】一例に係る変調部のブロック図

【図3】第１の具体例に係る送信機のブロック図

【図4】第１の具体例に係る送信機における変調部の回路図

【図5A】バイアス電圧ＶＢを０Ｖに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフ

【図5B】バイアス電圧ＶＢを０.９Ｖに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフ

【図6】ＬＯ信号強度とＲＦ信号強度との関係を表すグラフ

【図7】第２の具体例に係る送信機のブロック図

【図8】第２の具体例に係る送信機における変調部の回路図

【図9】図４に示したギルバートセルの変形例

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

【0015】

なお、発明者は、当業者が本発明を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

【0016】

≪実施形態≫
図１は、本発明の一実施形態に係る送信機のブロック図である。本実施形態に係る送信機１０は、変調部１１と、増幅部１２と、周波数混合部１３とを備えている。送信機１０は、図略のベースバンドユニットから出力されたベースバンド信号（以下、ＢＢ信号という）を高周波（例えば、３００ＧＨｚ帯）の無線周波数信号（以下、ＲＦ信号という）にアップコンバートして送信する。

【0017】

変調部１１には、図略のベースバンドユニットから出力されたＢＢ信号と、図略の局部発振器から出力された搬送信号（以下、ＬＯ信号という）とが入力される。変調部１１は、ＢＢ信号とＬＯ信号とを混合して得られた中間周波数信号（以下、ＩＦ信号という）にＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する。すなわち、一般的な変調部はＬＯ信号を用いてＢＢ信号をアップコンバートしてＩＦ信号を出力するのに対し、変調部１１は、ＩＦ信号だけでなく、ＬＯ信号を漏洩させて出力する。

【0018】

さらに変調部１１にはバイアス電圧ＶＢが印加されている。変調部１１においてＩＦ信号にＬＯ信号をどの程度の振幅電圧にして重ね合わせるかは、変調部１１に印加するバイアス電圧ＶＢにより調整できるようになっている。

【0019】

図２は、一例に係る変調部１１のブロック図である。変調部１１は、変調器１１１と、振幅調整器１１２と、加算器１１３とを備えている。変調器１１１は、ＢＢ信号にＬＯ信号を乗算してＩＦ信号を生成する。振幅調整器１１２は、入力されたＬＯ信号をバイアス電圧ＶＢに応じた振幅電圧にして出力する。加算器１１３は、変調器１１１の出力信号と振幅調整器１１２の出力信号とを加算する。これにより、変調部１１から、ＩＦ信号にＬＯ信号を重ね合わせた信号が出力される。便宜上、この信号を“αＬＯ＋ＩＦ”と表す。αはＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号の振幅電圧が調整可能であることを表している。

【0020】

図１へ戻り、増幅部１２は、変調部１１から出力される信号を増幅する。なお、増幅部１２は、ＩＦ信号およびＬＯ信号の帯域において十分なゲインを有するものとする。

【0021】

周波数混合部１３は、増幅部１２から出力される信号をアップコンバートしてＲＦ信号を生成する。具体的には、周波数混合部１３は、一般的な周波数逓倍器と同様にＣＭＯＳ素子を用いて構成することができ、また、周波数逓倍特性を有する他の能動素子や受動素子で構成することもできる。ただし、一般的な周波数逓倍器とは異なり、周波数混合部１３は、ＩＦ信号とＬＯ信号とが重ね合わされた信号（αＬＯ＋ＩＦ）を逓倍する。後述するように周波数混合部１３として２乗回路や３乗回路が使用可能である。

【0022】

次に、本実施形態に係る送信機１０のより具体的な構成例について説明する。

【0023】

≪第１の具体例≫
図３は、第１の具体例に係る送信機のブロック図である。第１の具体例に係る送信機１０Ａは、図１に示した送信機１０における変調部１１をＳＤＢＭ（Semi Double Balanced Mixer）１１Ａで具体化し、さらに周波数混合部１３を２乗回路１３Ａで具体化したものである。なお、ＳＤＢＭとはギルバートセルを用いて構成される一般的なＤＢＭ（Double Balanced Mixer）を一部変形した回路であり、ＳＤＢＭという呼び名は発明者による造語である。

【0024】

図４は、第１の具体例に係る送信機１０Ａにおける変調部（ＳＤＢＭ１１Ａ）の回路図である。同図に示すように、ＳＤＢＭ１１Ａはギルバートセルで構成することができる。

【0025】

一般にギルバートセルは、２つの差動スイッチングトランジスタペアを交差接続した回路（以下、交差接続回路という）と、差動増幅回路とが縦積み、すなわち直列に接続されて構成される。ギルバートセルでＢＢ信号とＬＯ信号を混合する場合、交差接続回路にＬＯ信号を差動入力し、差動増幅回路にＢＢ信号を差動入力するのが一般的である。これに対して、ＳＤＢＭ１１Ａでは、ギルバートセルにおける差動増幅回路にＢＢ信号を差動入力せずに、差動入力対の一方にシングルエンド信号としてのＢＢ信号を接続し、他方にバイアス電圧ＶＢを接続している。すなわち、ＳＤＢＭ１１Ａでは、敢えてＢＢ信号をアンバランスに入力している。

【0026】

一般にギルバートセルにおいて、ＬＯ信号が高周波になると交差接続回路を構成するトランジスタのゲート−ドレイン間の寄生容量を通じて出力側へＬＯ信号の漏れ（図中の破線矢印）が大きくなるが、差動増幅回路の入力バランスが取れていればＬＯ信号の漏れとＬＯ信号の反転信号の漏れとが打ち消しあってＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号はキャンセルされる。ところが、ＳＤＢＭ１１Ａでは差動増幅回路の差動入力がアンバランスであるため、ＬＯ信号の漏れとＬＯ信号の反転信号の漏れとの打ち消しが不十分となりＩＦ信号にＬＯ信号が重ね合わされる。すなわち、ＳＤＢＭ１１Ａから、ＩＦ信号にＬＯ信号を重ね合わせた差動信号（αＬＯ＋ＩＦ）が出力される。さらに、係数α、すなわち、ＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号の振幅電圧はバイアス電圧ＶＢにより調整することができる。

【0027】

次にＳＤＢＭ１１Ａのシミュレーション結果を示す。ＬＯ信号を１３６ＧＨｚに設定し、ＢＢ信号を１−２１ＧＨｚの範囲で変化させてシミュレーションを行った。図５Ａは、バイアス電圧ＶＢを０Ｖに設定したときの変調部（ＳＤＢＭ１１Ａ）出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。図５Ｂは、バイアス電圧ＶＢを０.９Ｖに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。横軸はＢＢ信号の周波数を表し、縦軸は各種信号の強度を表す。グラフには変調部出力に含まれるＩＦ信号、ＬＯ信号、およびイメージ信号のそれぞれの上側波帯（１３６−１８６ＧＨｚ）および下側波帯（１１６−１３６ＧＨｚ）の強度をプロットしている。

【0028】

例えば、ＢＢ信号が１０ＧＨｚのところを見ると、バイアス電圧ＶＢが０Ｖのとき、変調器出力に含まれるＬＯ信号の強度はおよそ−７ｄＢｍである（図５Ａを参照）。一方、バイアス電圧ＶＢが０.９Ｖのとき、変調器出力に含まれるＬＯ信号の強度はおよそ−１.５ｄＢｍである（図５Ｂを参照）。この結果から、ＳＤＢＭ１１Ａでは、バイアス電圧ＶＢにより、ＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号の振幅電圧を調整できることがわかる。

【0029】

図４へ戻り、ＳＤＢＭ１１Ａから出力された差動信号（αＬＯ＋ＩＦ）は増幅部１２により増幅されて２乗回路１３Ａに入力される。２乗回路１３Ａは、差動信号（αＬＯ＋ＩＦ）の周波数を２倍にしてＲＦ信号を出力する。なお、２乗回路１３Ａは、ペアトランジスタで構成されたアクティブダブラ（周波数ダブラともいう）などの既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。

【0030】

２乗回路１３Ａは実質的に次の（１）式で表される演算を実行する。

【0031】

（αＬＯ＋βＩＦ）^２＝α^２ＬＯ^２＋２αβ・ＬＯ・ＩＦ＋β^２ＩＦ^２ …（１）
ただし、（１）式中、ＬＯはＬＯ信号、ＩＦはＩＦ信号を表す。また、α、βはそれぞれＬＯ信号およびＩＦ信号の振幅電圧を表す。

【0032】

このように、２乗回路１３ＡにおいてＩＦ信号とＬＯ信号とが重ね合わされた信号を２乗することで、（１）式の右辺第２項で表されるＩＦ信号の１次高調波成分（基本波成分ともいう）および右辺第３項で表されるＩＦ信号の２次高調波成分が生成される。このうち、ＩＦ信号の基本波成分が送信機１０ＡからＲＦ信号として出力すべき信号である。したがって、２乗回路１３Ａの後段に所望の帯域の信号を通過させる図略のバンドパスフィルタを設けてＩＦ信号の基本波成分を通過させるようにすればよい。

【0033】

（１）式の右辺各項の係数は各成分の振幅電圧を表す。すなわち、ＩＦ信号の基本波成分（ＲＦ信号）の振幅電圧は２αβ、ＩＦ信号の２次高調波成分の振幅電圧はβ^２でそれぞれ表される。ここで、ＲＦ信号の振幅電圧、すなわち、（１）式の右辺第２項の係数（２αβ）が最大になる条件について考える。ＬＯ信号とＩＦ信号のトータルの信号強度が一定、すなわち、α^２＋β^２＝１という条件で右辺第２項の係数（２αβ）が最大になるのはα＝βのときである。すなわち、ＬＯ信号の振幅電圧をＩＦ信号の振幅電圧と等しくしたときにＲＦ信号の振幅電圧を最大化することができ、結果としてＲＦ信号の強度が最大となる。

【0034】

図６は、ＬＯ信号強度とＲＦ信号強度との関係を表すグラフである。ここではＩＦ信号の周波数を１３６ＧＨｚ、強度を−１０ｄＢｍにしている。同グラフからわかるように、ＬＯ信号の振幅電圧とＩＦ信号の振幅電圧とが同じ、すなわち、ＬＯ信号の強度がＩＦ信号の強度と同じ−１０ｄＢｍのとき、ＲＦ信号の強度は最大となる。

【0035】

上記知見から、送信機１０Ａから出力されるＲＦ信号の強度を最大にするには、ＳＤＢＭ１１Ａにおいて、バイアス電圧ＶＢを、ＬＯ信号の振幅電圧がＩＦ信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定すればよいと言える。

【0036】

≪第２の具体例≫
図７は、第２の具体例に係る送信機のブロック図である。第２の具体例に係る送信機１０Ｂは、直交位相振幅変調されたＢＢ信号を変調できるようにしたものである。詳細には、送信機１０Ｂは、図１に示した送信機１０における変調部１１をＳＤＢＱＭ（Semi Double Balanced Quadrature Mixer）１１Ｂで具体化し、さらに周波数混合部１３を２乗回路１３Ａで具体化したものである。なお、ＳＤＢＱＭとは２つギルバートセルを用いて構成される一般的なＤＢＱＭ（Double Balanced Quadrature Mixer）を一部変形した回路であり、ＳＤＢＱＭという呼び名は発明者による造語である。

【0037】

図８は、第２の具体例に係る送信機１０Ｂにおける変調部（ＳＤＢＱＭ１１Ｂ）の回路図である。同図に示すように、ＳＤＢＱＭ１１Ｂは２つギルバートセルで構成することができる。第１のギルバートセル（同図の左側に配置されたギルバートセル）はＢＢ信号およびＬＯ信号の同相位相成分であるＢＢ_Ｉ信号およびＬＯ_Ｉ信号の混合を行う。第２のギルバートセル（同図の右側に配置されたギルバートセル）はＢＢ信号およびＬＯ信号の直交位相成分であるＢＢ_Ｑ信号およびＬＯ_Ｑ信号の混合を行う。

【0038】

いずれのギルバートセルにおいても、ＳＤＢＭ１１Ａの例と同様に、差動増幅回路にはＢＢ_Ｉ信号およびＢＢ_Ｑ信号を差動入力せずに、差動入力対の一方にシングルエンド信号としてのＢＢ_Ｉ信号およびＢＢ_Ｑ信号を接続し、他方にバイアス電圧ＶＢを接続している。すなわち、ＳＤＢＱＭ１１Ｂでは、敢えてＢＢ_Ｉ信号およびＢＢ_Ｑ信号をアンバランスに入力している。

【0039】

これにより、ＬＯ_Ｉ信号の漏れとＬＯ_Ｉ信号の反転信号の漏れとの打ち消し、およびＬＯ_Ｑ信号の漏れとＬＯ_Ｑ信号の反転信号の漏れとの打ち消しがいずれも不十分となりＩＦ信号にＬＯ信号が重ね合わされる。すなわち、ＳＤＢＱＭ１１Ｂから、ＩＦ信号にＬＯ信号を重ね合わせた差動信号（αＬＯ＋ＩＦ）が出力される。さらに、係数α、すなわち、ＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号の振幅電圧はバイアス電圧ＶＢにより調整することができる。

【0040】

送信機１０Ｂでも送信機１０Ａと同様に、バイアス電圧ＶＢは、ＬＯ信号の振幅電圧がＩＦ信号の振幅電圧と等しくなるような値に設定すればよい。これにより、送信機１０Ａから出力されるＲＦ信号の強度を最大にすることができる。

【0041】

≪効果≫
上述したように、ＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号の振幅電圧に応じて周波数混合部１３による逓倍後のＲＦ信号に含まれるＩＦ信号の基本波成分の強度が変化する。本実施形態に係る送信機１０では、変調部１１に印加するバイアス電圧ＶＢによりＩＦ信号に重ね合わせるＬＯ信号の振幅電圧を調整できるため、バイアス電圧ＶＢを最適値にしてＲＦ信号に含まれるＩＦ信号の基本波成分の強度を最大にすることができる。

【0042】

≪変形例≫
図４に示したギルバートセルではＢＢ信号およびバイアス電圧ＶＢは差動増幅回路におけるトランジスタのゲートに接続されているが、ＢＢ信号およびバイアス電圧ＶＢを交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続してもよい。図９は、図４に示したギルバートセルの変形例を示す。図９に示したギルバートセルではＢＢ信号およびバイアス電圧ＶＢが交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続されている。なお、図８に示したギルバートセルについても図９と同様の考えに基づいて変形可能である。

【0043】

変調部１１の一例として図４、図８および図９に示したギルバートセルはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）で構成されているが、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタなどの別のタイプのトランジスタでギルバートセル、すなわち変調部１１を構成してもよい。

【0044】

周波数混合部１３に３乗回路を用いてもよい。なお、３乗回路は周波数トリプラといったような既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。

【0045】

３乗回路としての周波数混合部１３は実質的に次の（２）式で表される演算を実行する。

【0046】

（αＬＯ＋βＩＦ）^３＝α^３ＬＯ^３＋３α^２β・ＬＯ^２・ＩＦ
＋３αβ^２・ＬＯ・ＩＦ^２＋β^３ＩＦ^３ …（２）
ただし、（２）式中、ＬＯはＬＯ信号、ＩＦはＩＦ信号を表す。また、α、βはそれぞれＬＯ信号およびＩＦ信号の振幅電圧を表す。

【0047】

このように、３乗回路においてＩＦ信号とＬＯ信号とが重ね合わされた信号を３乗することで、（２）式の右辺第２項で表されるＩＦ信号の１次高調波成分（基本波成分ともいう）、右辺第３項で表されるＩＦ信号の２次高調波成分、および右辺第４項で表されるＩＦ信号の３次高調波成分が生成される。このうち、ＩＦ信号の基本波成分が送信機１０からＲＦ信号として出力すべき信号である。したがって、３乗回路としての周波数混合部１３の後段に所望の帯域の信号を通過させる図略のバンドパスフィルタを設けてＩＦ信号の基本波成分を通過させるようにすればよい。

【0048】

（２）式の右辺各項の係数は各成分の振幅電圧を表す。すなわち、ＩＦ信号の基本波成分（ＲＦ信号）の振幅電圧は３α^２β、ＩＦ信号の２次高調波成分の振幅電圧は３αβ^２、ＩＦ信号の3次高調波成分の振幅電圧はβ^３でそれぞれ表される。ここで、ＲＦ信号の振幅電圧、すなわち、（２）式の右辺第２項の係数（３α^２β）が最大になる条件について考える。ＬＯ信号とＩＦ信号のトータルの信号強度が一定、すなわち、α^２＋β^２＝１という条件で右辺第２項の係数（３α^２β）が最大になるのはα＝√２βのときである。すなわち、ＬＯ信号の振幅電圧をＩＦ信号の振幅電圧の√２倍にしたときにＲＦ信号の振幅電圧が最大化することができ、結果としてＲＦ信号の強度が最大となる。

【0049】

上記知見から、周波数混合部１３として３乗回路を用いる場合、送信機１０から出力されるＲＦ信号の強度を最大にするには、変調部１１において、バイアス電圧ＶＢを、ＬＯ信号の振幅電圧がＩＦ信号の振幅電圧の√２倍になるような値に設定すればよいと言える。

【0050】

以上のように、本発明における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。

【0051】

したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0052】

また、上述の実施の形態は、本発明における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

【符号の説明】

【0053】

１０、１０Ａ、１０Ｂ…送信機、１１…変調部、１１Ａ…ＳＤＢＭ（変調部の具体例）、１１Ｂ…ＳＤＢＱＭ（変調部の具体例）、１３…周波数混合部、１３Ａ…２乗回路（周波数混合部の具体例）、１１１…変調器、１１２…振幅調整器、１１３…加算器、ＢＢ…ベースバンド信号、ＬＯ…搬送信号、ＩＦ…中間周波数信号、ＶＢ…バイアス電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【手続補正書】

【提出日】2019年3月12日

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、送信機に関し、特に、ベースバンド信号を搬送波に乗せて送信する送信機に関する。

【背景技術】

【0002】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７−１３０８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

【0005】

そこで、本発明は、送信信号に含まれる中間周波数信号の基本波成分の強度を最大にすることができる送信機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

【0007】

【0008】

【0009】

【0010】

【0011】

前記ベースバンド信号が直交位相振幅変調された信号であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る送信機のブロック図

【図2】一例に係る変調部のブロック図

【図3】第１の具体例に係る送信機のブロック図

【図4】第１の具体例に係る送信機における変調部の回路図

【図5】第２の具体例に係る送信機のブロック図

【図6】第２の具体例に係る送信機における変調部の回路図

【図7A】バイアス電圧ＶＢを０Ｖに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフ

【図7B】バイアス電圧ＶＢを０.９Ｖに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフ

【図8】ＬＯ信号強度とＲＦ信号強度との関係を表すグラフ

【図9】図４に示したギルバートセルの変形例

【発明を実施するための形態】

【0014】

【0015】

【0016】

【0017】

【0018】

【0019】

【0020】

【0021】

【0022】

次に、本実施形態に係る送信機１０のより具体的な構成例について説明する。

【0023】

【0024】

【0025】

【0026】

【0027】

ＳＤＢＭ１１Ａから出力された差動信号（αＬＯ＋ＩＦ）は増幅部１２により増幅されて２乗回路１３Ａに入力される。２乗回路１３Ａは、差動信号（αＬＯ＋ＩＦ）の周波数を２倍にしてＲＦ信号を出力する。なお、２乗回路１３Ａは、ペアトランジスタで構成されたアクティブダブラ（周波数ダブラともいう）などの既知の回路であるため、回路構成の詳細な説明については省略する。

【0028】

２乗回路１３Ａは実質的に次の（１）式で表される演算を実行する。

【0029】

【0030】

【0031】

【0032】

【0033】

≪第２の具体例≫
図５は、第２の具体例に係る送信機のブロック図である。第２の具体例に係る送信機１０Ｂは、直交位相振幅変調されたＢＢ信号を変調できるようにしたものである。詳細には、送信機１０Ｂは、図１に示した送信機１０における変調部１１をＳＤＢＱＭ（Semi Double Balanced Quadrature Mixer）１１Ｂで具体化し、さらに周波数混合部１３を２乗回路１３Ａで具体化したものである。なお、ＳＤＢＱＭとは２つギルバートセルを用いて構成される一般的なＤＢＱＭ（Double Balanced Quadrature Mixer）を一部変形した回路であり、ＳＤＢＱＭという呼び名は発明者による造語である。

【0034】

図６は、第２の具体例に係る送信機１０Ｂにおける変調部（ＳＤＢＱＭ１１Ｂ）の回路図である。同図に示すように、ＳＤＢＱＭ１１Ｂは２つギルバートセルで構成することができる。第１のギルバートセル（同図の左側に配置されたギルバートセル）はＢＢ信号およびＬＯ信号の同相位相成分であるＢＢ_Ｉ信号およびＬＯ_Ｉ信号の混合を行う。第２のギルバートセル（同図の右側に配置されたギルバートセル）はＢＢ信号およびＬＯ信号の直交位相成分であるＢＢ_Ｑ信号およびＬＯ_Ｑ信号の混合を行う。

【0035】

【0036】

【0037】

【0038】

次にＳＤＢＱＭ１１Ｂのシミュレーション結果を示す。ＬＯ信号を１３６ＧＨｚに設定し、ＢＢ信号を１−２１ＧＨｚの範囲で変化させてシミュレーションを行った。図７Ａは、バイアス電圧ＶＢを０Ｖに設定したときの変調部（ＳＤＢＱＭ１１Ｂ）出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。図７Ｂは、バイアス電圧ＶＢを０.９Ｖに設定したときの変調部出力に含まれる各種信号強度を表すグラフである。横軸はＢＢ信号の周波数を表し、縦軸は各種信号の強度を表す。グラフには変調部出力に含まれるＩＦ信号、ＬＯ信号、およびイメージ信号のそれぞれの上側波帯（１３６−１８６ＧＨｚ）および下側波帯（１１６−１３６ＧＨｚ）の強度をプロットしている。

【0039】

例えば、ＢＢ信号が１０ＧＨｚのところを見ると、バイアス電圧ＶＢが０Ｖのとき、変調器出力に含まれるＬＯ信号の強度はおよそ−７ｄＢｍである（図７Ａを参照）。一方、バイアス電圧ＶＢが０.９Ｖのとき、変調器出力に含まれるＬＯ信号の強度はおよそ−１.５ｄＢｍである（図７Ｂを参照）。この結果から、ＳＤＢＱＭ１１Ｂでは、バイアス電圧ＶＢにより、ＩＦ信号に重ね合わされるＬＯ信号の振幅電圧を調整できることがわかる。

【0040】

図８は、ＬＯ信号強度とＲＦ信号強度との関係を表すグラフである。ここではＩＦ信号の周波数を１３６ＧＨｚ、強度を−１０ｄＢｍにしている。同グラフからわかるように、ＬＯ信号の振幅電圧とＩＦ信号の振幅電圧とが同じ、すなわち、ＬＯ信号の強度がＩＦ信号の強度と同じ−１０ｄＢｍのとき、ＲＦ信号の強度は最大となる。

【0041】

【0042】

≪変形例≫
図４に示したギルバートセルではＢＢ信号およびバイアス電圧ＶＢは差動増幅回路におけるトランジスタのゲートに接続されているが、ＢＢ信号およびバイアス電圧ＶＢを交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続してもよい。図９は、図４に示したギルバートセルの変形例を示す。図９に示したギルバートセルではＢＢ信号およびバイアス電圧ＶＢが交差接続回路のペアトランジスタの共通ソースに直接接続されている。なお、図６に示したギルバートセルについても図９と同様の考えに基づいて変形可能である。

【0043】

変調部１１の一例として図４、図６および図９に示したギルバートセルはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）で構成されているが、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタなどの別のタイプのトランジスタでギルバートセル、すなわち変調部１１を構成してもよい。

【0044】

【0045】

３乗回路としての周波数混合部１３は実質的に次の（２）式で表される演算を実行する。

【0046】