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特開2022-54589双方向無線通信トランシーバのキャリブレーション装置およびキャリブレーション方法
(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】P2022054589
(43)【公開日】2022-04-07
(54)【発明の名称】双方向無線通信トランシーバのキャリブレーション装置およびキャリブレーション方法
(51)【国際特許分類】
H04B 17/19 20150101AFI20220331BHJP
H04B 17/29 20150101ALI20220331BHJP
H03D 7/14 20060101ALI20220331BHJP
H03D 7/12 20060101ALI20220331BHJP
【ＦＩ】
H04B17/19
H04B17/29 400
H03D7/14 C
H03D7/12 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020161718
(22)【出願日】2020-09-28
【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）令和元年度、総務省、電波資源拡大のための研究開発「集積電子デバイスによる大容量映像の非圧縮低電力無線伝送技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７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
(71)【出願人】
【識別番号】301022471
【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構
(71)【出願人】
【識別番号】000125370
【氏名又は名称】学校法人東京理科大学
(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】李 尚曄
(72)【発明者】
【氏名】吉田 毅
(72)【発明者】
【氏名】原 紳介
(72)【発明者】
【氏名】高野 恭弥
(57)【要約】
【課題】双方向無線通信トランシーバにおける電力結合器に接続された周波数逓倍ミキサ対の出力バランスを取る。
【解決手段】双方向無線通信トランシーバ１０のキャリブレーション装置２０は、トランシーバ１０における電力結合器１５を構成する環状伝送線路１５１上の第１のＲＦ信号の接続点および第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する信号強度検出部２１と、ベースバンド信号を無信号にしてトランシーバ１０を送信動作させた状態でトランシーバ１０の各回路要素の制御値を変化させ、上記信号強度が最大となるときの制御値を特定してトランシーバ１０のメモリ１７に記録するプロセッサ２４とを備えている。
【選択図】図１
【解決手段】双方向無線通信トランシーバ１０のキャリブレーション装置２０は、トランシーバ１０における電力結合器１５を構成する環状伝送線路１５１上の第１のＲＦ信号の接続点および第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する信号強度検出部２１と、ベースバンド信号を無信号にしてトランシーバ１０を送信動作させた状態でトランシーバ１０の各回路要素の制御値を変化させ、上記信号強度が最大となるときの制御値を特定してトランシーバ１０のメモリ１７に記録するプロセッサ２４とを備えている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平衡ＲＦ信号を送受信する双方向無線通信トランシーバのキャリブレーション装置であって、
前記双方向無線通信トランシーバは、
ＬＯ信号を生成するＬＯ回路と、
ベースバンド信号および前記ＬＯ信号が入力され、前記ベースバンド信号の正相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号、および前記ベースバンド信号の逆相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する第１のミキサと、
前記第１のミキサの二つの出力信号を増幅するアンプと、
前記アンプの二つの出力信号を周波数逓倍して得られた第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を出力する第２のミキサと、
環状伝送線路を有し、前記環状伝送線路上に前記第１のＲＦ信号および前記第２のＲＦ信号がλ／２（ただし、λはＲＦ信号波長である。）の間隔で接続され、前記環状伝送線路上で前記第１のＲＦ信号の接続点からの距離と前記第２のＲＦ信号の接続点からの距離との差がλ／２である点に平衡アンテナが接続される電力結合器と、
前記ＬＯ回路、前記第１のミキサ、前記アンプ、および前記第２のミキサの少なくとも一つの回路要素に対する制御値を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された制御値に従って前記回路要素の動作を制御するコントローラとを備えたものであり、
前記キャリブレーション装置は、
前記環状伝送線路上の前記第１のＲＦ信号の接続点および前記第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する第１の信号強度検出部と、
前記ベースバンド信号を無信号にして前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させ、前記信号強度が最大となるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録するプロセッサとを備えた
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
前記双方向無線通信トランシーバは、
ＬＯ信号を生成するＬＯ回路と、
ベースバンド信号および前記ＬＯ信号が入力され、前記ベースバンド信号の正相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号、および前記ベースバンド信号の逆相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する第１のミキサと、
前記第１のミキサの二つの出力信号を増幅するアンプと、
前記アンプの二つの出力信号を周波数逓倍して得られた第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を出力する第２のミキサと、
環状伝送線路を有し、前記環状伝送線路上に前記第１のＲＦ信号および前記第２のＲＦ信号がλ／２（ただし、λはＲＦ信号波長である。）の間隔で接続され、前記環状伝送線路上で前記第１のＲＦ信号の接続点からの距離と前記第２のＲＦ信号の接続点からの距離との差がλ／２である点に平衡アンテナが接続される電力結合器と、
前記ＬＯ回路、前記第１のミキサ、前記アンプ、および前記第２のミキサの少なくとも一つの回路要素に対する制御値を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された制御値に従って前記回路要素の動作を制御するコントローラとを備えたものであり、
前記キャリブレーション装置は、
前記環状伝送線路上の前記第１のＲＦ信号の接続点および前記第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する第１の信号強度検出部と、
前記ベースバンド信号を無信号にして前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させ、前記信号強度が最大となるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録するプロセッサとを備えた
ことを特徴とするキャリブレーション装置。
【請求項2】
前記第２のミキサが、前記第１のＲＦ信号をダウンコンバートして得られた第１のダウンコンバート信号および前記第２のＲＦ信号をダウンコンバートして得られた第２のダウンコンバート信号を出力するものであり、
前記キャリブレーション装置は、
前記第１のダウンコンバート信号の信号強度を検出する第２の信号強度検出部と、
前記第２のダウンコンバート信号の信号強度を検出する第３の信号強度検出部と、
前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差を検出する位相差検出部とを備え、
前記プロセッサが、前記第１のミキサに前記ベースバンド信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号を入力して前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の信号強度が互いに等しくなり、かつ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差がゼロになるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録する、請求項２に記載のキャリブレーション装置。
前記キャリブレーション装置は、
前記第１のダウンコンバート信号の信号強度を検出する第２の信号強度検出部と、
前記第２のダウンコンバート信号の信号強度を検出する第３の信号強度検出部と、
前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差を検出する位相差検出部とを備え、
前記プロセッサが、前記第１のミキサに前記ベースバンド信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号を入力して前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の信号強度が互いに等しくなり、かつ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差がゼロになるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録する、請求項２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項3】
前記ベースバンド信号がＩ信号およびＱ信号からなる直交信号であり、
前記第１のミキサがＩＱミキサであり、
前記プロセッサが、前記第１のミキサに前記テスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力した状態で前記制御値を一通り変化させた後、前記Ｉ信号および前記Ｑ信号を入れ替えて前記第１のミキサに入力した状態で前記制御値を変化させる、請求項２に記載のキャリブレーション装置。
前記第１のミキサがＩＱミキサであり、
前記プロセッサが、前記第１のミキサに前記テスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力した状態で前記制御値を一通り変化させた後、前記Ｉ信号および前記Ｑ信号を入れ替えて前記第１のミキサに入力した状態で前記制御値を変化させる、請求項２に記載のキャリブレーション装置。
【請求項4】
前記制御値がバイアス電圧、前記ベースバンド信号の位相、および前記ＬＯ信号の位相の少なくとも一つを含む、請求項１ないし３のいずれかに記載のキャリブレーション装置。
【請求項5】
平衡ＲＦ信号を送受信する双方向無線通信トランシーバのキャリブレーション方法であって、
前記双方向無線通信トランシーバは、
ＬＯ信号を生成するＬＯ回路と、
ベースバンド信号および前記ＬＯ信号が入力され、前記ベースバンド信号の正相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号、および前記ベースバンド信号の逆相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する第１のミキサと、
前記第１のミキサの二つの出力信号を増幅するアンプと、
前記アンプの二つの出力信号を周波数逓倍して得られた第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を出力する第２のミキサと、
環状伝送線路を有し、前記環状伝送線路上に前記第１のＲＦ信号および前記第２のＲＦ信号がλ／２（ただし、λはＲＦ信号波長である。）の間隔で接続され、前記環状伝送線路上で前記第１のＲＦ信号の接続点からの距離と前記第２のＲＦ信号の接続点からの距離との差がλ／２である点に平衡アンテナが接続される電力結合器と、
前記ＬＯ回路、前記第１のミキサ、前記アンプ、および前記第２のミキサの少なくとも一つの回路要素に対する制御値を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された制御値に従って前記回路要素の動作を制御するコントローラとを備えたものであり、
前記バランスキャリブレーション方法は、
前記ベースバンド信号を無信号にして前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させたときの、前記環状伝送線路上の前記第１のＲＦ信号の接続点および前記第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する第１のステップと、
前記信号強度が最大となるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録する第２のステップとを備えた
ことを特徴とするキャリブレーション方法。
前記双方向無線通信トランシーバは、
ＬＯ信号を生成するＬＯ回路と、
ベースバンド信号および前記ＬＯ信号が入力され、前記ベースバンド信号の正相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号、および前記ベースバンド信号の逆相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する第１のミキサと、
前記第１のミキサの二つの出力信号を増幅するアンプと、
前記アンプの二つの出力信号を周波数逓倍して得られた第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を出力する第２のミキサと、
環状伝送線路を有し、前記環状伝送線路上に前記第１のＲＦ信号および前記第２のＲＦ信号がλ／２（ただし、λはＲＦ信号波長である。）の間隔で接続され、前記環状伝送線路上で前記第１のＲＦ信号の接続点からの距離と前記第２のＲＦ信号の接続点からの距離との差がλ／２である点に平衡アンテナが接続される電力結合器と、
前記ＬＯ回路、前記第１のミキサ、前記アンプ、および前記第２のミキサの少なくとも一つの回路要素に対する制御値を記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された制御値に従って前記回路要素の動作を制御するコントローラとを備えたものであり、
前記バランスキャリブレーション方法は、
前記ベースバンド信号を無信号にして前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させたときの、前記環状伝送線路上の前記第１のＲＦ信号の接続点および前記第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する第１のステップと、
前記信号強度が最大となるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録する第２のステップとを備えた
ことを特徴とするキャリブレーション方法。
【請求項6】
前記第２のミキサが、前記第１のＲＦ信号をダウンコンバートして得られた第１のダウンコンバート信号および前記第２のＲＦ信号をダウンコンバートして得られた第２のダウンコンバート信号を出力するものであり、
前記キャリブレーション方法は、
前記第１のミキサに前記ベースバンド信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号を入力して前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させたときの、前記第１のダウンコンバート信号の信号強度、前記第２のダウンコンバート信号の信号強度、および前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差を検出する第３のステップと、
前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の信号強度が互いに等しくなり、かつ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差がゼロになるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録する第４のステップとを備えた、請求項５に記載のキャリブレーション方法。
前記キャリブレーション方法は、
前記第１のミキサに前記ベースバンド信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号を入力して前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させたときの、前記第１のダウンコンバート信号の信号強度、前記第２のダウンコンバート信号の信号強度、および前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差を検出する第３のステップと、
前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の信号強度が互いに等しくなり、かつ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差がゼロになるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録する第４のステップとを備えた、請求項５に記載のキャリブレーション方法。
【請求項7】
前記ベースバンド信号がＩ信号およびＱ信号からなる直交信号であり、
前記第１のミキサがＩＱミキサであり、
前記第３のステップにおいて、前記第１のミキサに前記テスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力した状態で前記制御値を一通り変化させた後、前記Ｉ信号および前記Ｑ信号を入れ替えて前記第１のミキサに入力した状態で前記制御値を変化させる、請求項６に記載のキャリブレーション方法。
前記第１のミキサがＩＱミキサであり、
前記第３のステップにおいて、前記第１のミキサに前記テスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力した状態で前記制御値を一通り変化させた後、前記Ｉ信号および前記Ｑ信号を入れ替えて前記第１のミキサに入力した状態で前記制御値を変化させる、請求項６に記載のキャリブレーション方法。
【請求項8】
前記制御値がバイアス電圧、前記ベースバンド信号の位相、および前記ＬＯ信号の位相の少なくとも一つを含む、請求項５ないし７のいずれかに記載のキャリブレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、平衡ＲＦ信号を送受信する双方向無線通信トランシーバにおけるインバランスキャリブレーション技術、特に、３００ＧＨｚ帯送受信を行う双方向無線通信トランシーバに好適なキャリブレーション技術に関する。
【背景技術】
【0002】
テラヘルツ帯、特に３００ＧＨｚ帯は数十ＧＨｚ以上の広い周波数帯域が利用できることから、より大容量のデータの高速伝送ができる次世帯通信の一つとの候補として注目されている。ところが、ＣＭＯＳプロセスでの最大周波数は高々２００ＧＨｚ台前半であることから、３００ＧＨｚ帯のトランシーバをＣＭＯＳプロセスで実現するのは困難である。そこで、ＣＭＯＳトランシーバでは、送信機（以下、ＴＸという。）は、ダブラやトリプラなどの周波数逓倍ミキサを最終段に配置し、ベースバンド信号をＬＯ（Local Oscillation）信号でアップコンバートして得られたＩＦ（Intermediate Frequency）信号を最終段のミキサで周波数逓倍してＲＦ（Radio Frequency）信号にして出力するといったミキサラスト構成にされ、受信機（以下、ＲＸという。）は、初段に配置したダウンコンバージョンミキサを配置し、受信したＲＦ信号をＬＯ信号でダウンコンバートして得られたＩＦ信号を低雑音アンプで増幅するといったミキサファースト構成にされる。
【0003】
これまでＴＸおよびＲＸはそれぞれ大きな回路面積を占有するため別々のチップに実装されていたが、本発明者は、ＴＸとＲＸでＬＯ回路を時分割共有してトランシーバ全体の回路面積および消費電力を削減することでＴＸとＲＸを単一チップに実装可能にした双方向無線通信トランシーバを開発している（例えば、下記特許文献１および非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開２０２０／１１０８１４
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】S. Lee et al., “An 80-Gb/s 300-GHz-Band Single-Chip CMOS Transceiver,” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL.54, NO. 12, DECEMBER 2019
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記双方向無線通信トランシーバでは、ＴＸの最終段の周波数逓倍ミキサ対において、ＩＦ信号にＬＯ信号が重ね合わされた信号を周波数逓倍した（ＬＯ＋ＩＦ）２信号と、ＩＦ信号の逆相信号にＬＯ信号が重ね合わされた信号を周波数逓倍した（ＬＯ－ＩＦ）２信号とが生成され、これら信号は電力結合器に入力されて差動成分ＬＯ・ＩＦがＴＸの送信ＲＦ信号として、同相成分ＬＯ２がＲＸのダウンコンバージョンミキサに入力されるＬＯ信号としてそれぞれ取り出される。このようなタイプのトランシーバでは周波数逓倍ミキサ対の出力バランスがずれていると電力結合器から十分なパワーの差動成分ＬＯ・ＩＦを取り出すことができないため、周波数逓倍ミキサ対の出力バランスを取る必要がある。
【0007】
上記問題に鑑み、本発明は、双方向無線通信トランシーバにおける電力結合器に接続された周波数逓倍ミキサ対の出力バランスを取るためのキャリブレーション装置およびキャリブレーション方法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】
【0008】
本発明の一局面に従ったキャリブレーション装置が対象とする双方向無線通信トランシーバは、ＬＯ信号を生成するＬＯ回路と、ベースバンド信号および前記ＬＯ信号が入力され、前記ベースバンド信号の正相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号、および前記ベースバンド信号の逆相信号と前記ＬＯ信号とを混合して得られた信号に前記ＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する第１のミキサと、前記第１のミキサの二つの出力信号を増幅するアンプと、前記アンプの二つの出力信号を周波数逓倍して得られた第１のＲＦ信号および第２のＲＦ信号を出力する第２のミキサと、環状伝送線路を有し、前記環状伝送線路上に前記第１のＲＦ信号および前記第２のＲＦ信号がλ／２（ただし、λはＲＦ信号波長である。）の間隔で接続され、前記環状伝送線路上で前記第１のＲＦ信号の接続点からの距離と前記第２のＲＦ信号の接続点からの距離との差がλ／２である点に平衡アンテナが接続される電力結合器と、前記ＬＯ回路、前記第１のミキサ、前記アンプ、および前記第２のミキサの少なくとも一つの回路要素に対する制御値を記憶するメモリと、前記メモリに記憶された制御値に従って前記回路要素の動作を制御するコントローラとを備えたものであり、本発明の一局面に従ったキャリブレーション装置は、前記環状伝送線路上の前記第１のＲＦ信号の接続点および前記第２の信号の接続点から等距離の点における信号強度を検出する第１の信号強度検出部と、前記ベースバンド信号を無信号にして前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させ、前記信号強度が最大となるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録するプロセッサとを備えたものである。
【0009】
前記第２のミキサが、前記第１のＲＦ信号をダウンコンバートして得られた第１のダウンコンバート信号および前記第２のＲＦ信号をダウンコンバートして得られた第２のダウンコンバート信号を出力するものであってもよく、前記キャリブレーション装置は、前記第１のダウンコンバート信号の信号強度を検出する第２の信号強度検出部と、前記第２のダウンコンバート信号の信号強度を検出する第３の信号強度検出部と、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差を検出する位相差検出部とを備えていてもよく、前記プロセッサが、前記第１のミキサに前記ベースバンド信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号を入力して前記双方向無線通信トランシーバを送信動作させた状態で前記制御値を変化させ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の信号強度が互いに等しくなり、かつ、前記第１のダウンコンバート信号および前記第２のダウンコンバート信号の位相差がゼロになるときの前記制御値を特定して前記メモリに記録するものであってもよい。
【発明の効果】
【0010】
本発明によると、双方向無線通信トランシーバにおける電力結合器に接続された周波数逓倍ミキサ対の出力バランスを取るようなキャリブレーションを行なってトランシーバの出力パワーを最大化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態に係るキャリブレーション装置および一例に係るキャリブレーション対象の双方向無線通信トランシーバの構成図
【図2】一例に係るＲＦミキサの要部回路図
【図3】ＴＸモードでの双方向無線通信トランシーバの回路状態の一例を示す図
【図4】ＲＸモードでの双方向無線通信トランシーバの回路状態の一例を示す図
【図5】ＲＦミキサ対のダウンコンバート信号強度および位相差に基づくキャリブレーション中の双方向無線通信トランシーバの回路状態の一例を示す図
【図6】ＲＦミキサ対のダウンコンバート信号強度および位相差に基づくキャリブレーション中の双方向無線通信トランシーバの回路状態の別例を示す図
【図7】電力結合器のΣポート信号強度に基づくキャリブレーション中の双方向無線通信トランシーバの回路状態の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。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。また、図面に描かれた各部材の寸法、細部の詳細形状などは実際のものとは異なることがある。
【0013】
≪キャリブレーション装置の構成例≫
本発明の一実施形態に係るキャリブレーション装置は、双方向無線通信トランシーバ（以下、単に「トランシーバ」と称する。）の送信ＲＦ信号のパワーを最大化するような制御値を特定するものである。キャリブレーション対象となるトランシーバは周波数逓倍ミキサ対が接続された電力結合器から差動成分のＲＦ信号を取り出して送信するタイプのトランシーバである。
本発明の一実施形態に係るキャリブレーション装置は、双方向無線通信トランシーバ（以下、単に「トランシーバ」と称する。）の送信ＲＦ信号のパワーを最大化するような制御値を特定するものである。キャリブレーション対象となるトランシーバは周波数逓倍ミキサ対が接続された電力結合器から差動成分のＲＦ信号を取り出して送信するタイプのトランシーバである。
【0014】
図１は本発明の一実施形態に係るキャリブレーション装置および一例に係る双方向無線通信トランシーバ（以下、単に「トランシーバ」と称することがある。）１０の構成図である。先にトランシーバの構成例を説明し、その後、キャリブレーション装置の構成例を説明する。
【0015】
トランシーバ１０は、ＣＭＯＳプロセスによりシリコン基板上に実装されるオンチップトランシーバであり、概して、ＬＯ回路１１、ＩＦミキサ１２、ドライブアンプ１３、ＲＦミキサ１４、電力結合器１５、低雑音アンプ１６、メモリ１７、およびコントローラ１８を備え、送受信で共用されるアンテナ１００が接続される。トランシーバ１０は時間分割してＴＸまたはＲＸとして動作するようになっており、一例として、ＴＸとして動作するＴＸモードではベースバンド信号（以下、ＢＢ信号と称する。）をアップコンバートしてアンテナ１００からＲＦ信号を送信し、ＲＸとして動作するＲＸモードではアンテナ１００が受信したＲＦ信号をダウンコンバートしてＩＦ信号を生成する。一例として、ＢＢ信号の周波数は５ＧＨｚ以下、送受信されるＲＦ信号の周波数は３００ＧＨｚ帯、受信したＲＦ信号をダウンコンバートして得られるＩＦ信号の周波数は１８ＧＨｚ帯以下である。
【0016】
ＬＯ回路１１はＬＯ信号を生成する回路要素である。一例として、ＬＯ回路１１は、後述のＩＦミキサ１２ｐで使用されるＬＯ信号を生成するＬＯ回路１１ｐと、ＩＦミキサ１２ｎで使用されるＬＯ信号を生成するＬＯ回路１１ｎとからなる。ＬＯ回路１１ｐおよび１１ｎはいずれも、バラン１１１、プリアンプ１１２、トリプラ１１３、ドライブアンプ１１４、および二つの直交ハイブリッド回路（ブランチラインカプラ）１１５を備えている。バラン１１１は図略の発振器から入力される不平衡のＬＯ原信号（便宜的にこの信号をＬＯＩＮと参照する。）平衡信号に変換する。一例として、ＬＯＩＮの周波数は、ＴＸモードでは４５ＧＨｚに、ＲＸモードでは４２ＧＨｚに切り替えられる。プリアンプ１１２はバラン１１１から出力される平衡信号を増幅する。トリプラ１１３はプリアンプ１１２の出力信号の周波数を３逓倍してＴＸモードでは１３５ＧＨｚ、ＲＸモードでは１２６ＧＨｚのＬＯ信号を出力する。ドライブアンプ１１４はトリプラ１１３の出力信号を増幅する。二つの直交ハイブリッド回路１１５の一方にはトリプラ１１３の出力信号の正相信号が接続され、他方にはトリプラ１１３の出力信号の逆相信号が接続される。直交ハイブリッド回路１１５から０度、９０度、１８０度、２７０度の各位相のＬＯ信号が出力される。
【0017】
ＩＦミキサ１２は、ＢＢ信号およびＬＯ信号が入力され、これら信号を混合して得られたＩＦ信号にＬＯ信号を重ね合わせた信号を出力する回路要素である。一例として、ＩＦミキサ１２は、ＢＢ信号の正相信号（便宜的にこの信号をＢＢＴＸと参照する。）が入力されるＩＦミキサ１２ｐと、ＢＢ信号の逆相信号（便宜的にこの信号をバーＢＢＴＸと参照する。）が入力されるＩＦミキサ１２ｎとからなる。より詳細には、ＢＢ信号はＩ信号およびＱ信号からなる直交信号であり、ＩＦミキサ１２ｐにはＢＢＴＸＩおよびＢＢＴＸＱが入力され、ＩＦミキサ１２ｎにはバーＢＢＴＸＩおよびバーＢＢＴＸＱが入力される。ＩＦミキサ１２ｐは、ＢＢＴＸＩおよびＢＢＴＸＱとＬＯ回路１１ｐから与えられる４相のＬＯ信号とを混合して得られた信号にＬＯ信号を重ね合わせた信号（便宜的にこの信号をＬＯ＋ＩＦと参照する。）を出力する。ＩＦミキサ１２ｎは、バーＢＢＴＸＩおよびバーＢＢＴＸＱとＬＯ回路１１ｎから与えられる直交４相のＬＯ信号とを混合して得られた信号にＬＯ信号を重ね合わせた信号（便宜的にこの信号をＬＯ－ＩＦと参照する。）を出力する。ＬＯ＋ＩＦおよびＬＯ－ＩＦはいずれも平衡信号であり、ＬＯ＋ＩＦにおけるＩＦ成分とＬＯ－ＩＦにおけるＩＦ成分とは互いに逆相関係にある。なお、上記のような動作をするＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎとして、例えば、本発明者による特願２０１９－２２５１８明細書に記載のＳＤＢＱＭ（Semi Double Balanced Quadrature Mixer）を利用することができる。
【0018】
ドライブアンプ１３は、ＩＦミキサ１２の出力信号を増幅する回路要素である。一例として、ドライブアンプ１３は、ＩＦミキサ１２ｐに接続されたドライブアンプ１３ｐと、ＩＦミキサ１２ｎに接続されたドライブアンプ１３ｎとからなる。ドライブアンプ１３ｐおよび１３ｎはいずれも、前段回路１３１および二つの後段回路１３２を備えている。前段回路１３１がＩＦミキサ１２の出力信号を増幅してその増幅信号が二つの後段回路１３２に入力され、二つの後段回路１３２において前段回路１３１の出力信号が増幅される。このようにドライブアンプ１３の出力は二重化されている。
【0019】
ＲＦミキサ１４は、ＴＸモードではドライブアンプ１３の出力信号を周波数逓倍して得られたＲＦ信号を出力し、ＲＸモードではドライブアンプ１３によって増幅されたＬＯ信号を周波数逓倍して得られたＬＯ逓倍信号とアンテナ１００が受信したＲＦ信号とを混合してダウンコンバートして得られたＩＦ信号を出力する回路要素である。一例として、ＲＦミキサ１４は、ドライブアンプ１３ｐに接続されたＲＦミキサ１４ｐと、ドライブアンプ１３ｎに接続されたＲＦミキサ１４ｎとからなる。ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎはいずれも二重化されており、ドライブアンプ１３ｐおよび１３ｎから二重化された出力信号を受け、二重化されたＲＦ信号を出力する。
【0020】
図２は一例に係るＲＦミキサ１４の要部回路図である。ＲＦミキサ１４は、ドレインどうしが接続された二つのｎＭＯＳＦＥＴ（以下、トランジスタと称する。）１４１、ＲＦ信号を通過させるＲＦバンドパスフィルタ（以下、ＲＦＢＰＦと称する。）１４２、ＩＦ信号を通過させる二つのＩＦバンドパスフィルタ（以下、ＩＦＢＰＦと称する。）１４３、および二つのＲＦ共振器１４４を備えている。二つのトランジスタ１４１のゲートは電圧ＶＢでバイアスされ、ドライブアンプ１３から出力される平衡信号がキャパシタ１４５を介して入力される。キャパシタ１４５においてドライブアンプ１３の信号入力側の一端は所定の電圧でバイアスされており、トランジスタ１４１のゲートに入力される信号の振幅中心がプラス側にシフトされる。ＲＦＢＰＦ１４２の一端は二つのトランジスタ１４１の共通ドレインに接続され、他端にＲＦ信号が入出力される。より詳細には、ＲＦＢＰＦ１４２はインダクタやキャパシタなどの受動素子で構成される。ＩＦＢＰＦ１４３の一端はトランジスタ１４１のソースに接続され、他端からＩＦ信号が出力される。より詳細には、ＩＰＢＰＦ１４３はインダクタやキャパシタなどの受動素子で構成される。ＲＦ共振器１４４は、一端が接地された抵抗素子（ショートスタブ）およびキャパシタが並列接続されてなるＬＣ回路であり、ＲＦ信号に共振するように特性調整されている。このようにＲＦ共振器１４４がトランジスタ１４１のソースに接続されていることで、ソースから漏れ出るＲＦ信号に対してソースが接地されているように働き、ＲＦ信号がＩＦ信号の出力側に回り込まないようにしている。このように構成されたＲＦミキサ１４は、ＴＸモードではドライブアンプ１３の出力信号の周波数を２逓倍したＲＦ信号を出力する最終段のスクエアミキサとして動作し、ＲＸモードではアンテナ１００が受信したＲＦ信号をダウンコンバートしてＩＦ信号を出力する初段のダウンコンバージョンミキサとして動作する。
【0021】
図１へ戻り、電力結合器１５は、全周長が７λ／２（ただし、λはＲＦ信号波長である。）の環状伝送線路１５１で構成される回路要素であり、ラットレース回路とも呼ばれる。環状伝送線路１５１の半周上の２点にＲＦミキサ１４ｐから出力されるＲＦ信号（便宜的にこの信号を（ＬＯ＋ＩＦ）２と参照する。）がλ間隔で接続され、残りの半周上の２点にＲＦミキサ１４ｎから出力されるＲＦ信号（便宜的にこの信号を（ＬＯ－ＩＦ）２と参照する。）がλ間隔で接続される。環状伝送線路１５１上で（ＬＯ＋ＩＦ）２の接続点からの距離と（ＬＯ－ＩＦ）２の接続点から距離との差がλ／２である点にアンテナ１００が接続され、隣接し合う（ＬＯ＋ＩＦ）２の接続点および（ＬＯ－ＩＦ）２の接続点の間隔はλ／２である。より詳細には、アンテナ１００は平衡アンテナであり、環状伝送線路１５１上で（ＬＯ＋ＩＦ）２の接続点からλ／４、かつ、（ＬＯ－ＩＦ）２の接続点から３λ／４の位置と、（ＬＯ－ＩＦ）２の接続点からλ／４、かつ、（ＬＯ＋ＩＦ）２の接続点から３λ／４の位置の２点（以下、これら点をΔポートと称する。）にアンテナ１００が接続される。このように電力結合器１５を構成する環状伝送線路１５１に同相のＲＦ信号をλ間隔で接続することで、これらＲＦ信号を電力結合した大きなパワーのＲＦ信号をアンテナ１００から放射することができ、また、ＲＦ信号に含まれる基本周波数の半分の不要な周波数成分、すなわち、ＲＦミキサ１４ｐから出力されるＲＦ信号に含まれるＬＯ＋ＩＦ成分、およびＲＦミキサ１４ｎから出力されるＲＦ信号に含まれるＬＯ－ＩＦ成分をキャンセルすることができる。
【0022】
低雑音アンプ（以下、ＬＮＡを称する。）１６は、ＲＸモードでＲＦミキサ１４から出力されるＩＦ信号を増幅する回路要素である。一例として、ＬＮＡ１６は、ＲＦミキサ１４ｐから出力されるＩＦ信号の正相信号（便宜的にこの信号をＩＦＲＸと参照する。）を増幅するＬＮＡ１６ｐと、ＲＦミキサ１４ｎから出力されるＩＦ信号の逆相信号（便宜的にこの信号をバーＩＦＲＸと参照する。）を増幅するＬＮＡ１６ｎとからなる。ＬＮＡ１６はＲＦ信号の送信および受信の切り替えに連動して動作のオン／オフが切り替えられるようになっており、ＲＸモードで動作し、ＴＸモードで動作を停止する。
【0023】
ＬＯ回路１１、ＩＦミキサ１２、ドライブアンプ１３、およびＲＦミキサ１４の各回路要素は動作状態が調整可能に構成されている。例えば、ＬＯ回路１１ｐおよび１０ｎは、入力されるＬＯＩＮの位相を微調整可能になっている。ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎは、入力されるＢＢ信号の位相およびＩ信号およびＱ信号の位相差を微調整可能になっている。さらに、上記各回路要素のバイアス電圧が調整可能になっている。これら各回路要素に対する制御値は例えばルックアップテーブルの形で不揮発性のメモリ１７に記憶されている。コントローラ１８はメモリ１７から各回路要素の制御値を読み出して各回路要素の動作を制御する。コントローラ１８は例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）で構成される。
【0024】
キャリブレーション装置２０は、概して、信号強度検出部（以下、ＤＴと称する）２１、２２ｐおよび２２ｎ、位相差検出部（以下、ＰＤと称する。）２３、およびプロセッサ２４を備えている。キャリブレーション装置２０は、トランシーバ１０と同じチップに実装してもよいし、トランシーバ１０と切り離して構成されキャリブレーション時にトランシーバ１０に接続するものであってもよい。
【0025】
ＤＴ２１は、トランシーバ１０の電力結合器１５の環状伝送線路１５１においてＲＦミキサ１４ｐから出力されるＲＦ信号の接続点およびＲＦミキサ１４ｎから出力されるＲＦ信号の接続点から等距離の点（以下、Σポートと称する。）における信号強度を検出する回路要素である。ΣポートではＲＦミキサ１４ｐから出力されるＲＦ信号およびＲＦミキサ１４ｎから出力されるＲＦ信号の同相成分が足され合う。すなわち、ＤＴ２１はＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＲＦ信号を足し合わせた信号の強度を検出する。ＤＴ２２ｐおよび２２ｎは、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎにおいてＲＦ信号をダウンコンバートして得られたダウンコンバート信号（便宜的にこれら信号をＢＢｐ、ＢＢｎと参照する。）の信号強度を検出する回路要素である。
【0026】
ＰＤ２３は、ＢＢｐおよびＢＢｎの位相差を検出する回路要素である。より詳細には、ＰＤ２３は、図略の分周回路、位相比較器、およびＴＤＣ（Time to Digital Converter）を備えており、分周回路でＢＢｐおよびＢＢｎを分周し、位相比較器でこれら分周信号の位相差を比較し、ＴＤＣで位相差を数値変換して最終的にＢＢｐおよびＢＢｎの位相差を数値化して出力する。
【0027】
プロセッサ２４は、トランシーバ１０のメモリ１７にアクセスしてルックアップテーブルを書き換えることができる。具体的に、トランシーバ１０は、ＤＴ２１、２２ｐおよび２２ｎ、およびＰＤ２３の出力信号に基づいてトランシーバ１０の各回路要素の最適な制御値を決定し、トランシーバ１０のメモリ１７に制御値を書き込む。プロセッサ２４は例えばＦＰＧＡで構成される。
【0028】
≪双方向無線通信トランシーバの動作例≫
次に、トランシーバ１０のＴＸモードおよびＲＸモードの一例を説明する。図３はＴＸモードでのトランシーバ１０の回路状態の一例を示す図である。ＴＸモードでは、ＬＯ回路１１に４５ＧＨｚのＬＯＩＮが入力され、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにＢＢ信号の正相信号および逆相信号がそれぞれ入力され、ＬＮＡ１６は動作を停止する。ＩＦミキサ１２ｐから１３５ＧＨｚ帯のＬＯ＋ＩＦが出力され、ＲＦミキサ１４ｐにおいて２逓倍されて二重化された２７０ＧＨｚ帯の（ＬＯ＋ＩＦ）２が出力され、ＩＦミキサ１２ｎから１３５ＧＨｚ帯のＬＯ－ＩＦが出力され、ＲＦミキサ１４ｎにおいて２逓倍されて二重化された２７０ＧＨｚ帯の（ＬＯ－ＩＦ）２が出力され、電力結合器１５においてこれらＲＦ信号が電力結合される。電力結合器１５のΔポートにおいて、ＲＦミキサ１４ｐから出力されるＲＦ信号およびＲＦミキサ１４ｎから出力されるＲＦ信号の同相成分は打ち消しあってキャンセルされ、逆相成分が足され合って残る。すなわち、電力結合器１５のΔポートにおいて、（ＬＯ＋ＩＦ）２および（ＬＯ－ＩＦ）２に含まれる同相成分ＬＯ２およびＩＦ２はキャンセルされ、逆相成分ＬＯ・ＩＦは足され合って残り、アンテナ１００から２７０ＧＨｚ帯のＬＯ・ＩＦが放射される。
次に、トランシーバ１０のＴＸモードおよびＲＸモードの一例を説明する。図３はＴＸモードでのトランシーバ１０の回路状態の一例を示す図である。ＴＸモードでは、ＬＯ回路１１に４５ＧＨｚのＬＯＩＮが入力され、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにＢＢ信号の正相信号および逆相信号がそれぞれ入力され、ＬＮＡ１６は動作を停止する。ＩＦミキサ１２ｐから１３５ＧＨｚ帯のＬＯ＋ＩＦが出力され、ＲＦミキサ１４ｐにおいて２逓倍されて二重化された２７０ＧＨｚ帯の（ＬＯ＋ＩＦ）２が出力され、ＩＦミキサ１２ｎから１３５ＧＨｚ帯のＬＯ－ＩＦが出力され、ＲＦミキサ１４ｎにおいて２逓倍されて二重化された２７０ＧＨｚ帯の（ＬＯ－ＩＦ）２が出力され、電力結合器１５においてこれらＲＦ信号が電力結合される。電力結合器１５のΔポートにおいて、ＲＦミキサ１４ｐから出力されるＲＦ信号およびＲＦミキサ１４ｎから出力されるＲＦ信号の同相成分は打ち消しあってキャンセルされ、逆相成分が足され合って残る。すなわち、電力結合器１５のΔポートにおいて、（ＬＯ＋ＩＦ）２および（ＬＯ－ＩＦ）２に含まれる同相成分ＬＯ２およびＩＦ２はキャンセルされ、逆相成分ＬＯ・ＩＦは足され合って残り、アンテナ１００から２７０ＧＨｚ帯のＬＯ・ＩＦが放射される。
【0029】
図４はＲＸモードでのトランシーバ１０の回路状態の一例を示す図である。ＲＸモードでは、ＬＯ回路１１に４２ＧＨｚのＬＯＩＮが入力され、ＢＢ信号が無信号（ＧＮＤ）にされ、ＬＮＡ１６が動作する。ＢＢ信号が無信号であることから、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎから１２６ＧＨｚのＬＯ信号が出力され、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎにおいて２逓倍されて二重化された２５２ＧＨｚのＬＯ逓倍信号（便宜的にこの信号をＬＯ２と参照する。）が出力される。ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＬＯ２は同相であるため電力結合器１５のΔポートにおいてキャンセルされ、アンテナ１００からＬＯ２は放射されない。逆に、アンテナ１００が受信し、電力結合器１５に入力された２７０ＧＨｚ帯のＲＦ信号がＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎに分配される。より詳細には、電力結合器１５からＲＦミキサ１４ｐにＲＦ信号の正相信号が入力され、ＲＦミキサ１４ｎにＲＦ信号の逆相信号が入力される。ＲＦミキサ１４ｐは、ＬＯ２とアンテナ１００が受信した２７０ＧＨｚ帯のＲＦ信号の正相信号とを混合してダウンコンバートして得られたＩＦＲＸを出力する。ＲＦミキサ４ｎは、ＬＯ２とアンテナ１００が受信した２７０ＧＨｚ帯のＲＦ信号の逆相信号とを混合してダウンコンバートして得られたバーＩＦＲＸを出力する。ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されたＩＦＲＸおよびバーＩＦＲＸはＬＮＡ１６で増幅される。
【0030】
≪キャリブレーション装置の動作例≫
次に、キャリブレーション装置２０の動作例を説明する。図５はＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎのダウンコンバート信号強度および位相差に基づくキャリブレーション中のトランシーバ１０の回路状態の一例を示す図である。図５においてキャリブレーション装置２０のアクティブな回路要素および信号線は太線で描画している。プロセッサ２４はＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにＢＢ信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力してトランシーバ１０をＴＸモードで動作させる。一例としてテスト信号は５ＧＨｚ正弦波である。ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎに同相のテスト信号を入力することでＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力される同相のＲＦ信号は電力結合器１５のΔポートにおいてキャンセルされる。したがって、トランシーバ１０をＴＸモードが動作していてもキャリブレーション中はアンテナ１００からＲＦ信号が放射されることはない。一方、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎにおいてＲＦ信号がダウンコンバートされて５ＧＨｚの同相のＢＢｐおよびＢＢｎが出力される。ＤＴ２２ｐおよび２２ｎはＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＢＢｐおよびＢＢｎの信号強度を検出し、ＰＤ２３はＢＢｐおよびＢＢｎの位相差を検出する。プロセッサ２４は、ＤＴ２２ｐおよび２２ｎおよびＰＤ２３の出力を観測しながら、トランシーバ１０の各回路要素の制御値、例えば、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにそれぞれ入力されるＬＯＩＮの位相、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにそれぞれ入力されるＢＢ信号（キャリブレーション中はテスト信号）のＩＱ位相差などを変化させる。ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスがずれているとＢＢｐおよびＢＢｎの信号強度は一致せず、また、ＢＢｐおよびＢＢｎの位相差はゼロならない。プロセッサ２４は、ＢＢｐおよびＢＢｎの信号強度が互いに等しくなり、かつ、それらの位相差がゼロになるとき、すなわち、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスが取れたときの制御値を特定してトランシーバ１０のメモリ１７に記録する。
次に、キャリブレーション装置２０の動作例を説明する。図５はＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎのダウンコンバート信号強度および位相差に基づくキャリブレーション中のトランシーバ１０の回路状態の一例を示す図である。図５においてキャリブレーション装置２０のアクティブな回路要素および信号線は太線で描画している。プロセッサ２４はＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにＢＢ信号の正相信号および逆相信号に代えて同相のテスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力してトランシーバ１０をＴＸモードで動作させる。一例としてテスト信号は５ＧＨｚ正弦波である。ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎに同相のテスト信号を入力することでＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力される同相のＲＦ信号は電力結合器１５のΔポートにおいてキャンセルされる。したがって、トランシーバ１０をＴＸモードが動作していてもキャリブレーション中はアンテナ１００からＲＦ信号が放射されることはない。一方、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎにおいてＲＦ信号がダウンコンバートされて５ＧＨｚの同相のＢＢｐおよびＢＢｎが出力される。ＤＴ２２ｐおよび２２ｎはＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＢＢｐおよびＢＢｎの信号強度を検出し、ＰＤ２３はＢＢｐおよびＢＢｎの位相差を検出する。プロセッサ２４は、ＤＴ２２ｐおよび２２ｎおよびＰＤ２３の出力を観測しながら、トランシーバ１０の各回路要素の制御値、例えば、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにそれぞれ入力されるＬＯＩＮの位相、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにそれぞれ入力されるＢＢ信号（キャリブレーション中はテスト信号）のＩＱ位相差などを変化させる。ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスがずれているとＢＢｐおよびＢＢｎの信号強度は一致せず、また、ＢＢｐおよびＢＢｎの位相差はゼロならない。プロセッサ２４は、ＢＢｐおよびＢＢｎの信号強度が互いに等しくなり、かつ、それらの位相差がゼロになるとき、すなわち、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスが取れたときの制御値を特定してトランシーバ１０のメモリ１７に記録する。
【0031】
図６はＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎのダウンコンバート信号強度および位相差に基づくキャリブレーション中のトランシーバ１０の回路状態の別例を示す図である。図６においてキャリブレーション装置２０のアクティブな回路要素および信号線は太線で描画している。プロセッサ２４は、上述したようにＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎにテスト信号のＩ信号およびＱ信号を入力した状態でトランシーバ１０の各回路要素の制御値を一通り変化させた後、テスト信号のＩ信号およびＱ信号を入れ替えて再び上述のキャリブレーションを行う。このようにテスト信号のＩ信号とＱ信号を入れ替えることで所望信号波をＵＳＢからＬＳＢへ移動させてキャリブレーションを行うことができ、幅広い帯域でＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスを取るようなキャリブレーションを行うことができる。
【0032】
図７は電力結合器１５のΣポート信号強度に基づくキャリブレーション中のトランシーバ１０の回路状態の一例を示す図である。図７においてキャリブレーション装置２０のアクティブな回路要素および信号線は太線で描画している。プロセッサ２４はＢＢ信号を無信号（ＧＮＤ）にしてトランシーバ１０をＴＸモードで動作させる。ＢＢ信号を無信号にすることでＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＬＯ逓倍信号（同相のＬＯ２）は電力結合器１５のΔポートにおいてキャンセルされる。したがって、トランシーバ１０をＴＸモードが動作していてもキャリブレーション中はアンテナ１００からＲＦ信号が放射されることはない。一方、環状伝送線路１５１のΣポートにおいてＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力される同相のＬＯ２が足され合ったＲＦ信号（便宜的にこの信号をＲＦΣと参照する。）が観測される。ＤＴ２１はΣポートにおける２７０ＧＨｚのＲＦΣの信号強度を検出する。プロセッサ２４は、ＤＴ２１の出力を観測しながら、トランシーバ１０の各回路要素の制御値、例えば、バイアス電圧などを変化させる。トランシーバ１０の各回路要素の制御値を変化させることでＲＦΣの信号強度も変化するが、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスが取れているときにＲＦΣの信号強度が最大化すると考えられる。プロセッサ２４は、ＲＦΣの信号強度が最大となるとき、すなわち、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスが取れたときの制御値を特定してトランシーバ１０のメモリ１７に記録する。
【0033】
≪効果≫
本実施形態に係るキャリブレーション装置２０はトランシーバ１０における電力結合器１５に接続されたＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスを取るようなキャリブレーションを行うことができる。そして、キャリブレーション装置２０によりキャリブレーションされたトランシーバ１０において出力パワーを最大化することができる。
本実施形態に係るキャリブレーション装置２０はトランシーバ１０における電力結合器１５に接続されたＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎの出力バランスを取るようなキャリブレーションを行うことができる。そして、キャリブレーション装置２０によりキャリブレーションされたトランシーバ１０において出力パワーを最大化することができる。
【0034】
≪変形例≫
キャリブレーション装置２０のキャリブレーション対象となるトランシーバ１０は上記構成に限られず下記のように変形してもよい。例えば、ＢＢ信号は直交信号でなくてもよく、ＩＦミキサ１２もＩＱミキサで構成しなくてもよい。すなわち、ＩＦミキサ１２ｐにＢＢＴＸが入力され、ＩＦミキサ１２ｎにバーＢＢＴＸが入力されるようにしてもよい。その場合、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎとして、例えば、本発明者による特願２０１９－２２５１８明細書に記載のＳＤＢＭ（Semi Double Balanced Mixer）を利用することができる。また、図６に示したキャリブレーション手順は不要である。
キャリブレーション装置２０のキャリブレーション対象となるトランシーバ１０は上記構成に限られず下記のように変形してもよい。例えば、ＢＢ信号は直交信号でなくてもよく、ＩＦミキサ１２もＩＱミキサで構成しなくてもよい。すなわち、ＩＦミキサ１２ｐにＢＢＴＸが入力され、ＩＦミキサ１２ｎにバーＢＢＴＸが入力されるようにしてもよい。その場合、ＩＦミキサ１２ｐおよび１２ｎとして、例えば、本発明者による特願２０１９－２２５１８明細書に記載のＳＤＢＭ（Semi Double Balanced Mixer）を利用することができる。また、図６に示したキャリブレーション手順は不要である。
【0035】
ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＲＦ信号は二重化されていなくてもよい。すなわち、環状伝送線路１５１の全周長を３λ／２にして、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＲＦ信号を互いにλ／２の間隔を空けて環状伝送線路１５１に接続してもよい。逆に、ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＲＦ信号を三重化以上にしてもよい。ＲＦミキサ１４ｐおよび１４ｎから出力されるＲＦ信号をｎ重化（ただし、ｎは２以上の整数である。）する場合、環状伝送線路１５１の全周長を（４ｎ－１）／２にして、環状伝送線路１５１の半周上のｎ点にλ間隔でミキサ１４ｐから出力されるｎ重化されたＲＦ信号を接続し、環状伝送線路１５１の残りの半周上のｎ点にλ間隔でＲＦミキサ１４ｎから出力されるｎ重化されたＲＦ信号を接続し、隣接し合うＲＦミキサ１４ｐのＲＦ信号の接続点およびＲＦミキサ１４ｎのＲＦ信号の接続点の間隔をλ／２空けるようにすればよい。
【0036】
ＲＦミキサ１４は入力されたＩＦ信号の周波数を２逓倍するダブラに限られず、３逓倍するトリプラで構成してもよい。
【0037】
また、キャリブレーション装置２０は、トランシーバ１０およびその変形例に限られず、ＴＸの最終段の周波数逓倍ミキサ対が電力結合器に接続されたタイプのトランシーバ、例えば、上記特許文献１に開示されたトランシーバにも広く適用可能である。周波数逓倍ミキサ対からダウンコンバートした信号が出力される構成になっていなければ図５および図６に示したキャリブレーション手順は不要であり、図７に示したキャリブレーション手順を実行すればよい。
【0038】
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。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。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】
【0039】
１０ 双方向無線通信トランシーバ
１１ ＬＯ回路
１２ ＩＦミキサ（第１のミキサ）
１３ ドライブアンプ
１４ ＲＦミキサ（第２のミキサ）
１５ 電力結合器
１５１ 環状伝送線路
１７ メモリ
１８ コントローラ
１００ アンテナ
２０ キャリブレーション装置
２１ 信号強度検出部(第１の信号強度検出部)
２２ｐ 信号強度検出部(第２の信号強度検出部)
２２ｎ 信号強度検出部(第３の信号強度検出部)
２３ 位相差検出部
２４ プロセッサ
１１ ＬＯ回路
１２ ＩＦミキサ（第１のミキサ）
１３ ドライブアンプ
１４ ＲＦミキサ（第２のミキサ）
１５ 電力結合器
１５１ 環状伝送線路
１７ メモリ
１８ コントローラ
１００ アンテナ
２０ キャリブレーション装置
２１ 信号強度検出部(第１の信号強度検出部)
２２ｐ 信号強度検出部(第２の信号強度検出部)
２２ｎ 信号強度検出部(第３の信号強度検出部)
２３ 位相差検出部
２４ プロセッサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】