2023-113213 周波数変調装置および周波数変調方法

(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】P2023113213

(43)【公開日】2023-08-16

(54)【発明の名称】周波数変調装置および周波数変調方法

(51)【国際特許分類】

   H03C 3/00 20060101AFI20230808BHJP

【ＦＩ】

H03C3/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022015400

(22)【出願日】2022-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】504371734

【氏名又は名称】株式会社ファイ・マイクロテック

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】濱口 浩規

(72)【発明者】

【氏名】結城 直彦

(57)【要約】

【課題】周波数変調装置内部で発生する雑音や電圧制御発振器の非線形性による復調信号に含まれる雑音を低減し、復調時の不要な高調波信号の増加を抑圧できる周波数変調装置及び周波数変調方式を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る周波数変調装置は、周波数変調信号（５１）を復調してパルス密度変調信号（５２）を出力するパルスカウント検波器（１１１）と、パルス密度変調信号（５２）を周波数変調信号（５８）に再度変換する１ビットカウンタ（３０３）と、をさらに備え、フィードバック回路（１１５）は、パルス密度変調信号（５２）を復調信号（５３）とすることを特徴とする。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気信号の周波数により信号振幅の増減率が変化する第１フィルタと、
前記第１フィルタが出力する信号の電圧を制御電圧とし、周波数変調信号を出力する電圧制御発振器と、
外部からの入力信号から前記周波数変調信号を復調した復調信号を減じて前記電気信号とするフィードバック回路と、
を備える周波数変調装置。

【請求項2】

前記フィードバック回路は、前記電圧制御発振器が出力した前記周波数変調信号が入力され、前記周波数変調信号を復調して前記復調信号とする復調器を有することを特徴とする請求項１に記載の周波数変調装置。

【請求項3】

前記周波数変調信号を復調してパルス密度変調信号を出力するパルスカウント検波器と、
前記パルス密度変調信号を前記周波数変調信号に再度変換する１ビットカウンタと、
をさらに備え、
前記フィードバック回路は、前記パルス密度変調信号を前記復調信号とすることを特徴とする請求項１に記載の周波数変調装置。

【請求項4】

前記フィードバック回路は、前記パルス密度変調信号に含まれる、前記入力信号の周波数帯域以外の周波数帯域を減衰する第２フィルタを有することを特徴とする請求項３に記載の周波数変調装置。

【請求項5】

制御電圧に基づき電圧制御発振器で周波数変調信号を生成すること、
外部からの入力信号から前記周波数変調信号を復調した復調信号を減ずるようにフィードバックすること、
前記入力信号から前記復調信号を減じた電気信号を、周波数により信号振幅の増減率が変化する第１フィルタを通過させること、及び
前記第１フィルタが出力する信号の電圧を前記制御電圧とすること
を行う周波数変調方法。

【請求項6】

前記フィードバックするときに、前記周波数変調信号を復調して前記復調信号とすることを特徴とする請求項５に記載の周波数変調方法。

【請求項7】

パルスカウント検波器で、前記周波数変調信号を復調してパルス密度変調信号とすること、
１ビットカウンタで、前記パルス密度変調信号を前記周波数変調信号に再度変換すること、及び
前記パルス密度変調信号を前記復調信号とすること
を特徴とする請求項５に記載の周波数変調方法。

【請求項8】

前記フィードバックするときに、第２フィルタで、前記パルス密度変調信号に含まれる、前記入力信号の周波数帯域以外の周波数帯域を減衰することを特徴とする請求項７に記載の周波数変調方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、高精度な周波数変調装置および周波数変調方法に関する。

【背景技術】

【0002】

周波数変調（ＦＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）は、送信する情報信号である変調信号を搬送波の周波数を変化させることで伝送する方式であり、ＦＭラジオ放送や、アマチュア無線、ワイヤレス・マイクロフォン、消防無線、タクシー無線などの用途で使われている。

【0003】

周波数変調は、変調信号は搬送波の周波数の変化に変換され伝送されることから搬送波の振幅には情報がなく振幅が一定であっても情報を伝送することができることから、伝送路等で振幅方向の雑音が付加されても、受信機のリミッタ回路（振幅制限器）で除去することで，振幅方向の雑音による信号対ノイズ比（ＳＮＲ）の劣化を防止することができる。

【0004】

さらに、変調に利用する周波数の変化（周波数偏移）を大きく設定すれば、ダイナミックレンジや占有帯域幅が広がり、ＳＮＲを高くすることができる利点を有している。

【0005】

周波数変調器および復調器の回路構成を図１にしめす。周波数変調器（１００）は、変調信号源（１０）からの電気信号を入力信号（５０）として、電圧制御発振器（１０１）で変調信号を周波数変調信号５１に変調し、伝送線路４０で伝送する。復調器（１１０）は、パルスカウント検波器（１１１）で周波数変調信号（５１）をパルス密度変調信号（５２）とし、ローパスフィルタ（１１２）を通過させる。ローパスフィルタ（１１２）の出力信号（５３）が元の変調信号源（１０）の信号となる。なお、以下の説明では電圧制御発振器を“ＶＣＯ”と記載することがある（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）。ＶＣＯを用いた周波数変調の動作および復調の原理は、例えば、非特許文献１で開示される。

【0006】

電圧制御発振器（１０１）は、周波数が入力電圧（以後、制御電圧）に比例する周波数信号を出力する電子発振器回路であり、その周波数が制御電圧によって決定される。変調信号を制御電圧として電圧制御発振器に入力し、その出力信号の周波数を変調信号により変化させることにより周波数変調が実現できる。電圧制御発振器の制御電圧（Ｖ_ｃ）と出力信号の周波数（ｆ_ｖｃｏ）は以下の式（１）で表される。

【数1】

ここで、Ｋ_ｖはＶＣＯゲインであり、制御電圧Ｖ_ｃの変化に対する出力周波数ｆ_ｖｃｏの変化の割合をＨｚ／Ｖ（または角速度を用いて（ｒａｄ／ｓｅｃ）／Ｖ）で表した係数である。また、ｆ_０はオフセット周波数であり、Ｖ_ｃ＝０のときの出力周波数ｆ_ｖｃｏの値である。

【0007】

一方，周波数変調信号の復調は、パルスカウント検波により実現できる（例えば、特許文献１を参照。）。図２及び図３を用いてパルスカウント検波器を用いたパルスカウント方式ＦＭ復調器による周波数変調信号の復調動作原理を説明する。

【0008】

入力端子（２３）に入力された周波数変調信号はリミッタ回路（２０１）にて振幅が一定のパルス信号に変換される。当該パルス信号は２分岐され、一方のパルス信号が時間τだけ遅延させる遅延回路（２０２）に入力される。分岐したもう一方のパルス信号は、遅延回路の出力信号である遅延した周波数変調信号（５４）とともに排他論理和（２０３）に入力される。排他論理和（２０３）は、パルス信号（５１）の変化点を起点としパルス幅がτの遅延検波パルス信号を出力端子（３３）に出力する。この遅延検波パルス信号は、入力である周波数変調信号の周波数が高い程、出力時間間隔が狭くなり、逆に入力である周波数変調信号の周波数が低い程、出力時間間隔が広くなるパルス密度変調信号（５２）である。

【0009】

この、遅延検波パルス信号即ちパルス密度変調信号（５２）がローパスフィルタ（１１２）を通過することにより、元の変調信号（５０）を得る。

【0010】

［補足説明１］
パルスカウント方式ＦＭ復調器の動作を説明する（例えば、特許文献１及び非特許文献１を参照。）。
変調信号をｍ（ｔ）、搬送波信号をｘ_ｃ（ｔ）＝Ａｃｏｓ（２πｆ_ｃｔ）とすると、周波数変調信号Ｓ（ｔ）は式（２）で表される。

【数2】

即ち、周波数変調信号Ｓ（ｔ）は、搬送波信号ｘ_ｃ（ｔ）の位相を変調信号ｍ（ｔ）の時間積分に比例定数をＫ_ｆとして比例した量で変化させた位相変調信号と解することができる。

【0011】

周波数変調信号Ｓ（ｔ）から元の変調信号であるｍ（ｔ）を取り出す復調は、変調信号Ｓ（ｔ）の任意の時刻における周波数を求めることであり、周波数変調信号Ｓ（ｔ）の時間当たりの位相変化量（単位はｒａｄ／ｓｅｃとなる角速度即ち周波数に相当）を検出すことで実現でき、この動作はＳ（ｔ）の位相を時間微分することに相当する。

【0012】

パルスカウント検波器により生成されるパルス密度変調信号は、周波数変調信号Ｓ（ｔ）の位相がπ［ｒａｄ］変化した時刻を起点として一定時間幅のパルス信号が出力される。従って、パルス密度変調信号におけるパルス信号のパルス発生の時間間隔は周波数変調信号Ｓ（ｔ）の位相の角速度すなわち周波数の逆数に比例した量となることから、パルス出現間隔時間に反比例する電圧もしくは電流信号に変換することで復調動作が実現でき、遅延検波信号に対してローパスフィルタを介することによりこの動作を実現できる。

【0013】

周波数変調は変調信号ｍ（ｔ）の時間積分を搬送波信号ｘ_ｃ（ｔ）の位相に変換し、復調はｘ_ｃ（ｔ）の位相を時間微分する動作であることから、時間積分した変調信号ｍ（ｔ）は時間微分により元の信号に復調されるが、周波数変調信号Ｓ（ｔ）の位相に影響を及ぼす伝送時における雑音は時間微分のみ施されることになる。

【0014】

時間微分の周波数特性は、周波数が低い程振幅が減衰し、周波数が高くなるに従い振幅が大きくなる２０ｄＢ／ｄｅｃの傾きをもつハイパスフィルタとなることから、復調後の雑音の周波数スペクトルは低周波程小さく周波数が高くなるにつれて大きくなる．これは三角雑音として知られており、低周波領域では雑音が小さくなることから、ローパスフィルタにて低周波側の周波数帯域を取り出すことにより高いＳＮＲを実現できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0015】

【特許文献1】特開２００６－３２４７３４

【非特許文献】

【0016】

【非特許文献1】東邦大学メディアネットセン／バーチャルラボラトリ／情報通信理論－情報と通信のハイパーテキスト／周波数変調、ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍｎｃ．ｔｏｈｏ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｖ－ｌａｂ／ｙｏｂｏｌｏｇｙ／ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ／ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＿ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．ｈｔｍ（２０２１年１２月２８日検索）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

周波数変調は振幅変調や位相変調等の他の変調方式に比べて雑音に対する耐性が強く高精度に信号を伝送できる変調方式ではあるが、周波数変調装置で加わる位相に影響を及ぼす雑音は、時間微分の効果による三角雑音特性を示すが全体としての雑音量が増加しＳＮＲが劣化する。

【0018】

特に，電圧制御発振器により周波数変調をおこなう場合には電圧制御発振器の位相雑音およびＶＣＯゲイン（Ｋ_ｖ）の非線形性が復調時の復調信号精度の劣化を引き起こす。電圧制御発振器で発生する位相雑音（θ（ｔ））を含む周波数変調信号は式（２）に位相雑音（θ（ｔ））を加えた式（３）で表される。

【数3】

【0019】

復調動作である位相の時間微分を施すことにより、θ（ｔ）は時間微分が施され ｄθ（ｔ）／ｄｔの雑音成分となる。よって、この雑音の周波数特性は時間微分の効果による三角雑音特性を示すことが分かる。つまり、電圧制御発振器の制御電圧と発振周波数の非線形性即ちＶＣＯゲイン（Ｋ_ｖ）が制御電圧（Ｖ_ｃ）により変化する場合、復調後信号の波形が歪み、不要な高調波信号が発生してしまうという課題があった。

【0020】

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、周波数変調装置内部で発生する雑音や電圧制御発振器の非線形性による復調信号に含まれる雑音を低減し、復調時の不要な高調波信号の増加を抑圧できる周波数変調装置及び周波数変調方式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】

【0021】

上記目的を達成するために、本発明に係る周波数変調装置は、ＶＣＯの出力を入力側にフィードバックすること、及びＶＣＯの前に入力信号の周波数により信号振幅の増減率が変化する第１フィルタを配置することとした。

【0022】

具体的には、本発明に係る周波数変調装置は、
電気信号の周波数により信号振幅の増減率が変化する第１フィルタと、
前記第１フィルタが出力する信号の電圧を制御電圧とし、周波数変調信号を出力する電圧制御発振器と、
外部からの入力信号から前記周波数変調信号を復調した復調信号を減じて前記電気信号とするフィードバック回路と、
を備える。

【0023】

また、本発明に係る周波数変調方法は、
制御電圧に基づき電圧制御発振器で周波数変調信号を生成すること、
外部からの入力信号から前記周波数変調信号を復調した復調信号を減ずるようにフィードバックすること、
前記入力信号から前記復調信号を減じた電気信号を、周波数により信号振幅の増減率が変化する第１フィルタを通過させること、及び
前記第１フィルタが出力する信号の電圧を前記制御電圧とすること
を行う。

【0024】

図４は、本発明に係る周波数変調装置及びその方法の原理を説明する図である。図４において、Ｘは入力信号（５５）であり、Ｙは出力信号（５６）である。ＸからＹを減じた信号を第１フィルタ（３０２）に入力する。第１フィルタ（３０２）は入力信号の周波数により信号振幅の増減率が変化するフィルタである。第１フィルタ（３０２）の伝達関数をＨ（ｆ）とする。ｆは信号の周波数である。第１フィルタ（３０２）の出力に雑音Ｑ（５７）を加算してＹとなる。Ｙは２分岐され、一方がフィードバック点（３００）でＸからＹを減じるためのフィードバック信号となり、ループを形成する。

【0025】

図４でのＸとＹの関係は式（４）で示される。

【数4】

【0026】

式（４）においてＸの信号周波数帯域をω_ｘとし、Ｈ（ｆ）がω_ｘで１より十分に大きい場合、式（４）のＸ、Ｑそれぞれの項の係数が、

【数5】

【数6】

となることから式（４）はＹ＝Ｘとなり、第１フィルタ（３０２）においてＸは透過し、雑音Ｑだけが減衰することとなる。

【0027】

図４において、加合せ点（３０１）がＶＣＯであると考えれば、雑音Ｑを低減することができ、ＶＣＯゲイン（Ｋｖ）が非線形であっても復調時の復調信号に含まれる雑音や不要な高調波信号の増加を抑圧できる。従って、本発明は、周波数変調装置内部で発生する雑音や電圧制御発振器の非線形性による復調信号に含まれる雑音を低減し、復調時の不要な高調波信号の増加を抑圧できる周波数変調装置及び周波数変調方式を提供することができる。

【0028】

本発明に係る周波数変調装置の前記フィードバック回路は、前記電圧制御発振器が出力した前記周波数変調信号が入力され、前記周波数変調信号を復調して前記復調信号とする復調器を有することを特徴とする。入力側へフィードバックする信号は周波数変調信号を復調した信号である。この周波数変調信号を復調する復調器で発生する雑音が実用に影響がない程度に小さい場合には、当該復調器をフィードバック回路に配置し、ＶＣＯの出力を周波数変調装置の出力（周波数変調信号）とすることができる。

【0029】

本発明に係る周波数変調装置は、
前記周波数変調信号を復調してパルス密度変調信号を出力するパルスカウント検波器と、
前記パルス密度変調信号を前記周波数変調信号に再度変換する１ビットカウンタと、
をさらに備え、
前記フィードバック回路は、前記パルス密度変調信号を前記復調信号とすることを特徴とする。

【0030】

周波数変調信号を復調する復調器をパルスカウント検波器とし、その出力をフィードバックさせることで、パルスカウント検波器で発生する雑音に対しても第１フィルタによる雑音抑圧効果が得られる。

【0031】

本発明に係る周波数変調装置の前記フィードバック回路は、前記パルス密度変調信号に含まれる、前記入力信号の周波数帯域以外の周波数帯域を減衰する第２フィルタを有することを特徴とする。第１フィルタの所要周波数帯域での増幅率を大きくすることができ、雑音低減効果が大きくなる。

【0032】

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0033】

本発明は、周波数変調装置内部で発生する雑音や電圧制御発振器の非線形性による復調信号に含まれる雑音を低減し、復調時の不要な高調波信号の増加を抑圧できる周波数変調装置及び周波数変調方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】周波数変調器および復調器の回路構成を説明する図である。

【図2】パルスカウント検波器の回路構成を説明する図である。

【図3】パルスカウント方式ＦＭ復調器による周波数変調信号の復調動作原理を説明する図である。

【図4】本発明に係る周波数変調装置及びその方法の原理を説明する図である。

【図5】本発明に係る周波数変調装置の回路構成を説明する図である。

【図6】本発明に係る周波数変調装置の第１フィルタの実施例を説明する図である。

【図7】本発明に係る周波数変調装置の回路構成を説明する図である。

【図8】本発明に係る周波数変調装置及びその方法の原理を説明する図である。

【図9】本発明に係る周波数変調装置の回路構成を説明する図である。

【図10】本発明に係る周波数変調装置の回路構成を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0036】

（実施形態１）
図５は、本実施形態の周波数変調装置（５０１）の回路構成を説明する図である。周波数変調装置（５０１）は、
電気信号（５０）の周波数により信号振幅の増減率が変化する第１フィルタ（３０２）と、
第１フィルタ（３０２）が出力する信号（６４）の電圧を制御電圧とし、周波数変調信号（５１）を出力する電圧制御発振器（１０１）と、
外部からの入力信号（５５）から周波数変調信号（５１）を復調したローカルＦＭ復調信号（６１）を減じて電気信号（５０）とするフィードバック回路（１１５）と、
を備える。

【0037】

周波数変調装置（５０１）は、
周波数変調信号（５１）を復調してパルス密度変調信号（５２）を出力するパルスカウント検波器（１１１）と、
パルス密度変調信号（５２）を周波数変調信号（５８）に再度変換する１ビットカウンタ（３０３）と、
をさらに備え、
フィードバック回路（１１５）は、パルス密度変調信号（５２）をローカルＦＭ復調信号（６１）とすることを特徴とする。
なお、図５において、Ｘは入力信号（５５）、Ｙはパルス密度変調信号（５２）、Ｚは周波数変調装置（５０１）から出力される周波数変調信号（５８）である。

【0038】

例えば、第１フィルタ（３０２）を図６のような積分器で構成することができる。積分器は直流で無限大のゲインをもち、周波数が高くなるにつれて減衰する周波数特性を有する。このため、積分器で構成された第１フィルタ（３０２）は、低周波の雑音ほど減衰し、高周波の信号に対してゲインを増大するハイパスフィルタの特性をしめす。また、第１フィルタ（３０２）をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）および増幅器で構成することもできる。この場合、第１フィルタ（３０２）はＢＰＦの通過帯域で雑音を減衰し、他の周波数帯の信号に対してゲインを増大するバンドストップフィルタの特性をしめす。

【0039】

［補足説明２］
図６の積分器の回路について説明を補足する。図６の積分器は演算増幅器（ＯＰ－ＡＭＰ）を用いて構成した回路である。下式のとおり、出力電圧信号（Ｖ_ＯＵＴ）は、入力電圧信号（Ｖ_ＩＮ）を積分した値に係数（－１／ＣＲ）を乗じた値となる。Ｃは容量、Ｒは抵抗値である。

【数A1】

Ｖ_＋は積分のゼロ基準である。図６ではＶ_＋はＧＮＤなのでＧＮＤより高い電圧Ｖ_－はプラス、低い電圧Ｖ_－はマイナスとして積分される。このゼロ基準Ｖ_＋をＶｒｅｆ（任意の電圧値）とすることで、Ｖｒｅｆより高い電圧Ｖ_－をプラス、低い電圧Ｖ_－をマイナスとして扱うことができる。

【0040】

周波数変調装置（５０１）は、図４の雑音Ｑの発生源を周波数変調器であるＶＯＣ（１０１）および復調器であるパルスカウント検波器（１１１）としている。周波数変調装置（５０１）は、入力信号（５５）を変調信号（５１）及びパルス密度変調信号（５２）として透過し、ＶＯＣ（１０１）およびパルスカウント検波器（１１１）で発生する雑音を第１フィルタ（３０２）の周波数特性に従い、Ｈ（ｆ）＞＞１である信号通過帯域で抑圧することができる。

【0041】

周波数変調装置（５０１）は、復調器であるパルスカウント検波器（１１１）をＶＣＯ（１０１）の直後に配置する構成である。本構成とすることで次のような有利な効果がある。
（効果１） ＶＣＯ（１０１）の非線形性に起因する高調波雑音を含む周波数変調信号をパルスカウント検波器（１１１）で復調する時に発生する雑音に対しても第１フィルタ（３０２）による雑音抑圧効果が得られる。
（効果２） パルスカウント検波器（１１１）の出力であるパルス密度変調信号（５２）は、１ビットカウンタ（３０３）で容易に周波数変調信号（５８）に再変換できる。つまり、他の方式の復調器より構成が簡易とすることができる。

【0042】

（実施形態２）
図７は、本実施形態の周波数変調装置（５０２）を説明する図である。周波数変調装置（５０２）は、図５の周波数変調装置（５０１）に対し、フィードバック回路（１１５）に、パルス密度変調信号（５２）に含まれる、入力信号（５５）の周波数帯域以外の周波数帯域を減衰する第２フィルタ（３０４）を有することを特徴とする。第２フィルタ（３０４）の伝達関数をＧ（ｆ）とする。ｆは信号の周波数である。
なお、図７において、Ｘは入力信号（５５）、Ｙはパルス密度変調信号（５２）、Ｚは周波数変調装置（５０２）から出力される周波数変調信号（５８）である。

【0043】

周波数変調装置（５０１）の場合、帰還させたパルス密度変調信号（５２）をフィードバック点（３００）で入力信号（５５）から直接減算すると減算後の電気信号（５０）の振幅が大きくなり、１＜＜Ｈ（ｆ）の第１フィルタ（３０２）の出力ダイナミックレンジを大きくする必要がある。出力ダイナミックレンジが大きい第１フィルタ（３０２）を電子回路で実現することは好ましくなく、その結果、第１フィルタ（３０２）の増幅率を制限せざるを得なくなる。

【0044】

そこで、図７で示すように、フィードバック信号となるパルス密度変調信号（５２）を、フィードバック回路（１１５）に配置した第２フィルタ（３０４）で不要な周波数帯域を減衰させる。この信号をローカルＦＭ復調信号（６１）として入力信号（５５）から減じることで、パルス密度変調信号（５２）の不要な帯域の信号を除去することができ、帰還するローカルＦＭ復調信号（６１）は入力信号（５５）と極めて同形の信号となる。ローカルＦＭ復調信号（６１）と入力信号（５５）との差分の振幅が小さくなることから、第１フィルタ（３０２）の所要周波数帯域での増幅率を大きくすることが可能となる。

【0045】

図８は、周波数変調装置（５０２）の入力Ｘと出力Ｙとの関係を説明する図である。入力Ｘと出力Ｙとは式（７）で示される関係となる。

【数7】

【0046】

第２フィルタ（３０４）は、入力信号Ｘの信号帯域、即ちＨ（ｆ）＞＞１となる周波数帯域で第２フィルタ（３０４）の増幅率が１倍（Ｇ（ｆ）＝１）であり、その他の不要な周波数帯域（Ｈ（ｆ）が小さくなる周波数帯域）の信号を減衰させる特性を有するフィルタである。第２フィルタ（３０４）をこのような特性とすることで、入力信号Ｘの信号帯域かつ雑音を抑圧したい周波数帯域において、第２フィルタ（３０４）を配置したことの影響を無視することができる。

【0047】

（実施形態３）
図９は、本実施形態の周波数変調装置（５０３）を説明する図である。周波数変調装置（５０３）は、図５の周波数変調装置（５０１）に対し、フィードバック回路（１１５）に、電圧制御発振器（１０１）が出力した周波数変調信号（５１）が入力され、周波数変調信号（５１）を復調してローカルＦＭ復調信号（６１）とする復調器（１１７）を有することを特徴とする。
なお、図９において、Ｘは入力信号（５５）、Ｙは周波数変調信号（５１）、Ｚは周波数変調装置（５０１）から出力される周波数変調信号（５８）である。

【0048】

図５の周波数変調装置（５０１）において、パルスカウント検波器（１１１）で発生する雑音が実用に影響がない程度に小さい場合には、これをフィードバック回路（１１５）側に配置することもできる。復調器（１１７）は、パルスカウント方式に限定されず、他の復調方式でもよい。

【0049】

周波数変調装置（５０３）は、図５の周波数変調装置（５０１）が備える１ビットカウンタ（３０３）が不要であり、ＶＣＯ（１０１）の出力（５１）をそのまま周波数変調信号（５８）とすることができる。

【0050】

（実施形態４）
本実施形態では、図７で説明した周波数変調装置（５０２）を構成する具体的な回路を説明する。
図１０は、本実施形態の周波数変調装置（５０４）の回路構成を説明する図である。周波数変調装置（５０４）では、フィードバック点（３００）をアナログ減算器（４０１）で実現する。周波数変調装置（５０４）では、第１フィルタ（３０２）を増幅器（４０３）と積分回路（４０２）で実現する。また、周波数変調装置（５０４）では、第２フィルタ（３０４）をローパスフィルタ（１１２）、増幅器（４０４）及び直流オフセット調整回路（４０５）で実現する。本構成は、低周波領域における雑音を抑圧する効果が得られる構成である。

【0051】

アナログ減算回路（４０１）により入力信号（５５）からローカルＦＭ復調信号（６１）が減算される。アナログ減算回路（４０１）が出力する電気信号（５０）は、利得調整用である増幅器（４０３）にて振幅増幅され、積分回路（４０２）に入力される。

【0052】

積分回路（４０２）は、理想的には直流で無限大の利得を有するが積分器を構成する演算増幅器の利得が有限であるため直流での利得がこれにより制限される。積分器を直列に多段接続することにより利得並びに雑音の減衰特性を急峻にすることができる。ただし、積分器では位相が９０度回転するため２段以上の積分器を接続しフィードバックループを構成すると発振する。このため、積分回路（４０２）ではこの発振を防止する対策が必要となる。

【0053】

アナログ減算回路（４０１）の出力信号（５０）は極めて小さい振幅の信号となるため、増幅回路（４０３）を用いて変調信号の積分回路（４０２）における通過帯域での利得を大きくする。

【0054】

積分回路（４０２）の出力信号（６４）は、ＶＣＯ（１０１）の制御信号となり周波数変調信号（５１）を得る。周波数変調信号（５１）はパルスカウント検波器（１１１）へ入力されパルス密度変調信号（５２）となる。パルス密度変調信号（５２）を２分岐し、一方は１ビットカウンタ回路（３０３）により周波数変調信号（５８）となり、出力される。

【0055】

２分岐したパルス密度変調信号（５２）のもう一方は、ローパスフィルタ（１１２）を通過させる。ローパスフィルタ（１１２）は、周波数変調信号（５１）の信号帯域（ＤＣ～ω_ｓ）で利得が１倍（０ｄＢ）でありω_ｓ以上の帯域で減衰する特性を持つ。パルス密度変調信号（５２）は、ローパスフィルタ（１１２）を通過させることにより不要な周波数帯域での雑音成分を減衰させた復調信号（５３）となる。

【0056】

この復調信号（５３）は、パルス密度変調信号（５２）の信号レベル（パルス信号のハイ／ローの電圧値）によりローパスフィルタ（１１２）を通過した後の信号の直流オフセット値およびＦ／Ｖゲイン（周波数を増減させたときの出力信号の増減の割合）が定まる。このため、復調信号（５３）は入力信号（５５）と特性が一致しない場合がある。

【0057】

アナログ減算回路（４０１）にフィードバックされる信号が入力信号（５５）と特性が同じとなるように、増幅回路（４０４）および直流オフセット調整回路（４０５）をローパルフィルタ（１１２）の後段に配置する。具体的には、増幅回路（４０４）でフィードバック回路（１１５）の利得を１倍（０ｄＢ）とし、直流オフセット調整回路（４０５）で直流オフセット値を合わせる。

【0058】

ローパスフィルタ（１１２）通過後の信号を利得調整、直流オフセット調整を施した信号はローカルＦＭ復調信号（６１）となり、アナログ減算回路（４０１）にフィードバック信号として入力され入力信号（５５）から減算される。

【0059】

周波数変調装置（５０４）は、第１フィルタ（３０２）に積分回路（４０２）を用いた例であり、前述したとおり変調信号の所要帯域に応じて積分器をバンドパスフィルタ等に変えて構成することができる。第１フィルタ（３０２）にバンドパスフィルタを適用する場合には、低域側での雑音を減衰させるために、第２フィルタ（３０４）も変更すべきであり、変調信号の通過帯域で１倍となり不要帯域で信号が減衰するフィルタに変更することが必要である。

【0060】

（発明の効果）
以上の説明から明らかなように、本発明により周波数変調装置内部で発生する位相雑音や電圧制御発振器の非線形性等により生じる復調時の復調信号に含まれる雑音や不要な高調波信号の増加を抑圧し、高精度な周波数変調装置を実現することができる。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明は、低雑音な周波数変調を可能とし、高精度な周波数変調信号を必要とする産業で利用される。

【符号の説明】

【0062】

１０：変調信号源
２１：周波数変調器入力端子
２２：ＦＭ復調器入力端子
２３：パルス検出器入力端子
３１：周波数変調器出力端子
３２：ＦＭ復調器出力端子
３３：パルス検出器出力端子
４０：伝送線路
５０：電気信号
５１：周波数変調信号
５２：パルス密度変調信号
５３：復調信号
５４：遅延した周波数変調信号
５５：入力信号
５６：出力信号
５７：雑音信号
５８：パルス密度変調信号を１ビットカウンタにより周波数変調信号に変換した信号
５９：積分器出力信号
６０：増幅回路出力信号
６１：ローカルＦＭ復調信号
６３：増幅回路出力信号
６４：積分回路の出力信号
１００：周波数変調器
１０１：電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１１０：パルスカウント方式ＦＭ復調器
１１１：パルスカウント検波器
１１２：ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１１５：フィードバック回路
１１７：復調器
２０１：リミッタ回路
２０２：遅延回路
２０３：排他的論理和（ＸＯＲ）
３００：フィードバック点
３０１：加合せ点
３０２：第１フィルタ
３０３：１ビットカウンタ
３０４：第２フィルタ
４０１：アナログ減算回路
４０２：積分回路
４０３：増幅回路
４０４：増幅回路
４０５：直流オフセット調整回路
５０１～５０４：周波数変調装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】