JPH0795695B2 - 送信機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、送信機に係わり、特に送信機に用いる周波
数混合手段に関するものである。

［従来の技術］ 第８図に例えば1988年７月発行のNEC技報 第41巻、第
６号の23ページに記載されたような従来のマイクロ波帯
における高周波送信機の構成図である。ここでは、通常
VHF〜UHF帯の中間周波信号（周波数f_if）を入力し、マ
イクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号（周波数
f_rf）を出力する高周波送信機を例にとり説明を行う。
図において、（１）は端子、（２）は端子（１）から入
力された中間周波信号（周波数f_if）を増幅する中間周
波増幅器、（３）は出力周波数がf_loの局部発振器、
（４）は中心周波数がf_rfの帯域通過フィルタ、（５）
は高周波信号（周波数f_rf）を増幅する高周波増幅器、
（６）は端子、（７）はアンテナ、（８）は中間周波信
号（周波数f_if）と局部発振器（３）の出力信号（周波
数f_lo）とを周波数混合するミクサである。

次に動作を説明する。

中間周波信号（周波数f_if）を端子（１）に加えると、
この信号は中間周波増幅器（２）で増幅されたのち、ミ
クサ（８）に加わる。このミクサ（８）では、中間周波
信号（周波数f_if）と局部発振器（３）の出力信号（以
下、局発信号と略す。周波数f_lo）とが周波数混合され
る。この周波数混合により、次式で与えられる周波数の
高周波信号（周波数f_rf）と影像信号（周波数f_im）と
が、ミクサ（８）で発生する。

f_rf＝f_lo＋f_if （１） f_im＝f_lo−f_if （２） さらに、ミクサ（８）からは，これらの信号に加え、局
発信号の漏洩波（周波数f_lo）が出力される。このよう
にミクサ（８）から出力される信号の、概略の電力を第
９図に図示する。このミクサ（８）の出力信号の中から
所望の高周波信号のみ取り出すために、帯域通過フィル
タ（４）を設けている。この帯域通過フィルタ（４）の
特性としては、第10図に示すように隣接する周波数f_lo
を減衰させるように設計される。そして、帯域通過フィ
ルタ（４）から出力される周波数f_rfの信号を、高周波
増幅器（５）で増幅し、端子（６）に出力する。以上の
ように高周波送信機は、中間周波信号（周波数f_if）を
高周波信号（周波数f_rf）に周波数変換し増幅する機能
をもち、その出力信号をアンテナ（７）に供給してい
る。

以上のような従来の構成で、高周波信号周波数f_rfが準
ミリ波帯以上の高周波送信機を実現する場合、上記
（１）式においてf_if＜＜f_rfとなるから局発周波数f_lo
と高周波信号周波数f_rfとが近接するため、帯域通過フ
ィルタ（４）により急峻な減衰特性が要求される。その
ため、帯域通過フィルタ（４）をＱが低いマイクロ波集
積回路で構成することが困難になり、よりＱが高い導波
管、あるいは誘電体共振器を利用した帯域通過フィルタ
（４）が必要になる。第11図は誘電体共振器を利用した
帯域通過フィルタ（４）を用いた場合の高周波送信機の
一構成例を示す構成図である。図において、（９）は誘
電体共振器、（10）は誘電体共振器（９）をマウントす
る誘電体基板、（11）は誘電体共振器（９）の共振周波
数を設定する可動短絡板である。このように、高周波送
信機を高周波化する場合、通常、帯域通過フィルタ
（４）を立体回路で構成することが必要になる。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のように、従来の構成の高周波送信機を高周波化す
る場合、ミクサ（８）からの局発信号の漏洩波を抑える
ために、Ｑの高い立体回路の帯域通過フィルタ（４）が
必要になる。そのため、高周波送信機が大形になるとい
う問題点があった。また、上記のような立体回路の帯域
通過フィルタ（４）を用いると、半導体基板上にモノリ
シック集積化することが困難となり、あるいは、急峻な
減衰特性を得るために立体回路の調整が必要になり、量
産化に不適であるという問題点もあった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、小形で、モノリシック集積化しやすい、所定
周波数の信号を選択する濾波手段に必要な減衰特性が大
幅に緩和される構成の送信機を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の送信機は、局部発振波を発生する局部発振器
と、入力された中間周波信号と上記局部発振波とを周波
数混合して送信信号を発生させる周波数混合手段と、上
記周波数混合手段の出力から上記送信信号のみを取り出
すろ波手段と、上記ろ波手段の出力を受けて高周波増幅
を行う高周波増幅手段と、上記高周波増幅手段の出力を
受けて上記送信信号を放射する送信アンテナとを備えた
送信機において、 上記局部発振波の周波数をf_lo、上記中間周波信号の周
波数をf_if、上記送信信号の周波数をf_rfとしたとき、こ
れら周波数をf_if＜f_lo＜f_rfなる関係を満足させるよう
に設定し、 上記周波数混合手段を、ｍ＝２、３、・・・としたと
き、上記局部発振波の周波数f_loのｍ倍の周波数mf_loと
上記中間周波信号の周波数f_ifとの差及び和の周波数|mf
_lo±f_if|の２つの信号を出力する高調波ミクサにより構
成し、 上記ろ波手段を、上記周波数混合手段が出力する２つの
信号のうちのいずれか一方を周波数f_rfの送信信号と
し、他方を周波数f_imの影像信号としたとき、周波数f_rf
と周波数f_imの間で減衰特性がなだらかに変化するよう
に構成するとともに、 上記局部発振波に含まれる高調波を阻止して上記周波数
混合手段に供給する第１の帯域阻止ろ波手段と、 上記中間周波信号に含まれる高調波を阻止して上記周波
数混合手段に供給する第２の帯域阻止ろ波手段とを備え
たものである。

［作用］ この発明において、上記周波数混合手段が、ｍ＝２、
３、・・・としたとき、上記局部発振波の周波数f_loの
ｍ倍の周波数mf_loと上記中間周波信号の周波数f_ifとの
差及び和の周波数|mf_lo±f_if|の２つの信号を出力し、 周波数f_rfと周波数f_imの間でなだらかに変化する減衰特
性を有する上記ろ波手段が影像信号を抑圧し、 第１の帯域阻止ろ波手段が上記局部発振波に含まれる高
調波を阻止して上記周波数混合手段に供給し、 第２の帯域阻止ろ波手段が上記中間周波信号に含まれる
高調波を阻止して上記周波数混合手段に供給する。

［実施例］ 第１図はこの発明の送信機の一実施例を説明するための
構成説明図であり、第２図はその一構成例の構成図であ
る。これらの図において、（１）〜（７）は第８図と第
11図に示したものと同様のものであり、（12）は周波数
混合手段を構成するこの発明に係わるミクサであって、
ここでは上述の整数m,nが|m±n|が奇数となる条件を満
たす値とされた偶高調波ミクサである。なお、偶高調波
ミクサ（12）は、逆極性のダイオードを並列接続して構
成されるアンチパラレルダイオードペア、あるいは、ダ
イオードリング等により構成したものが用いられる。

次に動作を説明する。

ここでは、通常VHF〜UHF帯の中間周波信号（周波数
f_if）を入力し、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周
波信号（周波数f_rf）を出力する従来例と同様の高周波
送信機を例にとり説明を行う。

この発明による送信機では、周波数混合に偶高調波ミク
サ（12）を用いている。この偶高調波ミクサ（12）は、
1975年８月発行のIEEE TRANSACTION ON MICROWAVE
THEORY AND TECHNIQUES,VOL.MTT−23,NO.8の667ペー
ジから673ページに述べられているように、局発信号f₁
と入力信号f₂の２波を入力すると、次式で与えられる周
波数f₃を出力するミクサである。

f₃＝|mf₁±nf₂| （３） |m±n|＝2k＋１ （４） ただし、（３）式、（４）式でm,n,kは整数である。

通常、高周波信号（周波数f_rf）としては、 ｎ＝１ （５） の条件で、ミクサを利用するのでｍは偶数となり、
（３）式は次式に変形できる。

f₃＝|2if₁±f₂| （６） ただし、（６）式でｉは整数である。

この偶高調波ミクサ（12）を用いると、（６）式から明
らかなように、第８図の従来例に示した通常のミクサ
（８）の2i分の１の局発周波数で高周波送信機を動作さ
せることができる。以下の説明では、最も低次の動作、
すなわちｉ＝１の場合を例にとり説明を実施する。

この偶高調波ミクサ（12）に局発信号f₁として周波数f
_lo′の局発信号（周波数f_lo′＝f_lo/2）と入力信号f₂と
して中間周波信号（周波数f_if）とを入力すると、周波
数混合により、次式で与えられる周波数の高周波信号、
影像信号（周波数f_im）とを発生する。

f_rf＝2f_lo′＋f_if （７） f_im＝2f_lo′−f_if （８） さらに偶高調波ミクサ（12）からは，これらの信号に加
え、局発信号の漏洩波f_lo′が出力される。これらの信
号の周波数関係と電力とを第３図に示す。第３図は実験
結果の一例を示したものであり、図に示すように、周波
数f_lo（2f_lo′）の信号は通常のミクサ（８）と比較し
て50dB以上低減される。なお、周波数f_lo（2f_lo′）の
信号出力電力は、偶高調波ミクサ（12）の構成に用い
た、逆極性のダイオードを並列接続して構成されるアン
チパラレルダイオードペアのペアのダイオードの特性ば
らつきによるものであり、原理的には上記の（2f_lo′＋
f_if）および （2f_lo′−f_if）に隣接する周波数f_lo （2f_lo′）の信号成分はまったく出力されないものであ
る。

上記のことからこの発明による高周波送信機では、帯域
通過フィルタ（４）に要求される減衰特性が、第４図に
示すように大幅に緩和される。従って、帯域通過フィル
タ（４）を、第２図に示したように両端開放形1/2波長
共振器を並列結合させたものなどの、Ｑは低いが小型な
マイクロ波集積回路で構成することができる。なお、帯
域通過フィルタ（４）を1/4波長共振器を用いたインタ
ディジタル形で構成しても良い。

以上のように、この発明による送信機では、周波数混合
手段に整数m,nを|m±n|が奇数となる条件を満たす値に
設定した、いわゆる偶高調波ミクサを用いることによ
り、帯域通過フィルタ（４）に要求される減衰特性を大
幅に緩和できる効果があり、導波管や誘電体共振器のよ
うに立体回路の帯域通過フィルタ（４）を必要としない
ため、小型で、モノリシック集積化しやすい構成の送信
機が得られる。

以下では、この発明による送信機を実用する場合の課題
とそれを解決した実施例について説明する。

先に、上記実施例では偶高調波ミクサ（12）を用いるこ
とにより、ミクサ内部での周波数2f_lo′の発生が抑えら
れることを示した。しかしながら、通常では用いられて
いる局部発振器（３）の出力信号に周波数f_lo′の高調
波成分、特に2f_lo′成分が含まれている。そのため、こ
の局部発振器（３）の出力信号の2f_lo′成分が偶高調波
ミクサ（12）の高周波信号端子側に漏洩し、上記実施例
での効果を低減させる。そのため、第５図に示すよう
に、局部発振器（３）と偶高調波ミクサ（12）との間に
中心周波数が2f_lo′の帯域阻止フィルタであるフィルタ
（13）を設ける必要がある。このフィルタ（13）では2f
_lo′成分を減衰させればよく、遮断周波数が2f_lo′とf
_lo′との中間にある低域通過フィルタ、あるいは、中心
周波数がf_lo′の帯域通過フィルタなどでも良い。な
お、このフィルタ（13）には、急峻な帯域特性が要求さ
れないので、小型なマイクロ波集積回路で構成すること
ができる。

次に、上記実施例では偶高調波ミクサ（12）を用いるこ
とにより、高周波送信機内部での周波数2f_lo′の発生が
抑えられることを示した。しかしながら、通常では用い
られている中間周波増幅器（２）の出力信号に周波数f
_ifの高調波成分、特に2f_if成分が含まれている。この周
波数2f_ifの信号が偶高調波ミクサ（12）に入力すると、
（７）式、（８）式から中間周波信号f_ifの場合と同様
に次式で示される信号f_rf′およびf_im′が偶高調波ミク
サ（12）の高周波信号端子側に出力される。

f_rf′＝2f_lo′＋2f_if （９） f_im′＝2f_lo′−2f_if （10） これらの信号の周波数関係と電力とを第６図に示す。図
に示すように、中間周波増幅器（２）の出力信号に周波
数2f_ifの信号成分が含まれていると、高調波信号f_rfに
隣接する周波数f_rf′成分が出力され、上記実施例での
効果を低減させる。そのため、第７図に示すように、中
間周波増幅器（２）と偶高調波ミクサ（12）との間に中
心周波集が2f_ifの帯域阻止フィルタであるフィルタ（1
4）に設ける必要がある。このフィルタ（14）では2f_if
成分を減衰させればよく、遮断周波数が2f_ifとf_ifとの
中間にある低域通過フィルタ、あるいは、中心周波数が
f_ifの帯域通過フィルタなどでも良い。なお、このフィ
ルタ（14）には、急峻な帯域特性が要求されないので、
小型のマイクロ波集積回路で構成することができる。

以上のこの発明の送信機の実施例においては、前述の整
数m,nを|m＋n|が奇数となる条件を満たす値とした、い
わゆる偶高調波ミクサを用いた場合についてこの発明の
技術的思想の説明を行ったが、この発明の送信機におい
ては、前述の整数m,nを|m＋n|が偶数となる条件を満た
す値とした、いわゆる奇高調波ミクサを用いた場合につ
いても上記同様に技術的思想を適用でき、偶高調波ミク
サを用いた場合と同様の効果が得られることは言うまで
もない。なお、現状では奇高調波ミクサの構成を偶高調
波ミクサ同様の非線形素子単独で行うことは困難である
と考えられ、奇高調波ミクサに要求される可変コンダク
タンス特性を実現するには、非線形素子と回路との組合
せによる構成を用いる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明による送信機では、周波数混合手
段を、ｍ＝２、３、・・・としたとき、局部発振波の周
波数f_loのｍ倍の周波数mf_loと中間周波信号と周波数f_if
との差及び和の周波数|mf_lo±f_if|の２つの信号を出力
する高調波ミクサにより構成し、上記ろ波手段を、上記
周波数混合手段が出力する２つの信号のうちのいずれか
一方を周波数f_rfの送信信号とし、他方を周波数f_imの影
像信号としたとき、周波数f_rfと周波数f_imの間で減衰特
性がなだらかに変化するように構成するとともに、上記
局部発振波に含まれる高調波を阻止して上記周波数混合
手段に供給する第１の帯域阻止ろ波手段と、上記中間周
波信号に含まれる高調波を阻止して上記周波数混合手段
に供給する第２の帯域阻止ろ波手段とを備えたので、送
信信号周波数の近傍に不要な局部発振波のスペクトルが
存在せず、かつ、局部発振波及び中間周波信号の高調波
も存在せず、したがって、信号波を取り出すろ波手段に
要求される特性が緩和される。このことにより、上記ろ
波手段が小さくなり送信機の小型化が可能になるととも
に、さらに、モノリシック構成をとることが可能となっ
て量産化に適するという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の送信機の一実施例を説明するための
構成説明図、第２図はこの発明の送信機の一実施例の構
成図、第３図は信号の周波数関係と電力とを示す図、第
４図は帯域通過フィルタに要求される減衰特性を示す
図、第５図はこの発明の送信機の他の実施例を説明する
ための構成説明図、第６図は信号の周波数関係と電力と
を示す図、第７図はこの発明の送信機のまた他の実施例
を説明するための構成説明図、第８図は従来の高周波送
信機の構成図、第９図は信号の周波数関係と電力とを示
す図、第10図は帯域通過フィルタに要求される減衰特性
を示す図、第11図は誘電体共振器を用いた従来の高周波
送信機の構成図である。 図において、（１）は端子、（２）は中間周波増幅器、
（３）は局部発振器、（４）は帯域通過フィルタ、
（５）は高周波増幅器、（６）は端子、（７）はアンテ
ナ、（８）はミクサ、（９）は誘電体共振器、（10）は
誘電体基板、（11）は可動短絡板、（12）はミクサ、
（13）（14）はフィルタである。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 飯田 明夫 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三菱 電機株式会社電子システム研究所内 (72)発明者 浦崎 修治 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三菱 電機株式会社電子システム研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−81008（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】局部発振波を発生する局部発振器と、入力
   された中間周波信号と上記局部発振波とを周波数混合し
   て送信信号を発生させる周波数混合手段と、上記周波数
   混合手段の出力から上記送信信号のみを取り出すろ波手
   段と、上記ろ波手段の出力を受けて高周波増幅を行う高
   周波増幅手段と、上記高周波増幅手段の出力を受けて上
   記送信信号を放射する送信アンテナとを備えた送信機に
   おいて、 上記局部発振波の周波数をf_lo、上記中間周波数信号の
   周波数をf_if、上記送信信号の周波数をf_rfとしたとき、
   これら周波数をf_if＜f_lo＜f_rfなる関係を満足させるよ
   うに設定し、 上記周波数混合手段を、ｍ＝２、３、・・・としたと
   き、上記局部発振波の周波数f_loのｍ倍の周波数mf_loと
   上記中間周波信号の周波数f_ifとの差及び和の周波数|mf
   _lo±f_if|の２つの信号を出力する高調波ミクサにより構
   成し、 上記ろ波手段を、上記周波数混合手段が出力する２つの
   信号のうちのいずれか一方を周波数f_rfの送信信号と
   し、他方を周波数f_imの影像信号としたとき、周波数f_rf
   と周波数f_imの間で減衰特性がなだらかに変化するよう
   に構成するとともに、 上記局部発振波に含まれる高調波を阻止して上記周波数
   混合手段に供給する第１の帯域阻止ろ波手段と、 上記中間周波信号に含まれる高調波を阻止して上記周波
   数混合手段に供給する第２の帯域阻止ろ波手段とを備え
   たことを特徴とする送信機。