JPH10145103A - ４相位相変換器およびこれを用いた直交変調器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低価格で、高調波による歪みがなく、電力を
消費しない４相位相変換器を提供する。 【解決手段】 ４相位相変換器１を構成する１８０度移
相器３を３つのマイクロストリップ線路を結合させた１
８０度バランで形成し、また１８０度移相器３の２つの
出力に接続した９０度移相器４および５を２つのマイク
ロストリップ線路を結合させた９０度カプラで形成し、
これらの１８０度移相器３と９０度移相器４および５を
高誘電率の誘電体基板上に形成する。 【効果】 能動素子を使用してＩＣの中に形成する場合
に比べて、消費電力が小さくなり、能動素子の非線形特
性による高調波の問題もなくなり、また大幅にコストを
小さくすることができる。また、１つの誘電体基板上に
形成することにより、個々の移相器の接続配線による位
相のずれやばらつきが少なく、安定した特性を得ること
ができる。さらに、高誘電率の誘電体基板上に形成する
ことにより小形化を図ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は４相位相変換器およ
びこれを用いた直交変調器、特にＱＰＳＫ変調に用いら
れる４相位相変換器およびこれを用いた直交変調器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図８に、１つのＩＣとして構成された、
ＱＰＳＫ変調に用いられる直交変調器の例を示す。図８
において、直交変調器１００は、ローカル信号入力端子
１０１、フリップフロップ回路による９０度移相器１０
２、差動増幅回路による１８０度移相器１０３および１
０４、Ｉ信号入力端子１０５、Ｑ信号入力端子１０６、
ダブル・バランス型のミキサ回路１０７および１０８、
引算器１０９、変調信号出力端子１１０で構成される。

【０００３】直交変調器１００において、ローカル信号
入力端子１０１は９０度移相器１０２に接続され、その
２つの出力は、それぞれ１８０度移相器１０３および１
０４に接続される。そして、２つの１８０度移相器１０
３および１０４のそれぞれ２つの出力は、それぞれミキ
サ回路１０７および１０８に入力される。一方Ｉ信号入
力端子１０５およびＱ信号入力端子１０６も、それぞれ
ミキサ回路１０７および１０８に接続される。ミキサ回
路１０７および１０８のそれぞれ２つの出力は、各々１
つずつを接続して２つにまとめて、引算器１０９を介し
て変調信号出力端子１１０に接続される。

【０００４】このうち、９０度移相器１０２と１８０度
移相器１０３および１０４は、まとまった状態で４相位
相変換器として機能する。また、直交変調器１００は全
体としてＩＣ１１２として構成されている。

【０００５】このように構成された直交変調器１００に
おいて、ローカル信号入力端子１０１から入力されたロ
ーカル信号は、９０度移相器１０２で互いに位相が９０
度ずれた２つのローカル信号に分けられ、さらにそれぞ
れ１８０度移相器１０３および１０４で、それぞれさら
に互いに位相が１８０度ずれた信号に分けられる。この
結果、それぞれ互いに９０度位相がずれた４つのローカ
ル信号が生成される。４つのローカル信号は、互いに位
相が１８０度ずれた２つの信号をまとめた２つの組に分
けられ、それぞれミキサ回路１０７および１０８に入力
される。ミキサ回路１０７および１０８では、Ｉ信号入
力端子１０５およびＱ信号入力端子１０６から入力され
たデータで各ローカル信号に変調がかけられ、引算器１
０９を経由して変調信号出力端子１１０に出力される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の直交変調器で
は、４相位相変換器として機能する部分に、ＩＣに内蔵
するためにフリップフロップ回路による９０度移相器１
０２と差動増幅回路による１８０度移相器１０３および
１０４を使用している。この場合は、いずれも能動素子
を利用しているため電力を必要とし、また能動素子の持
つ非線形特性により出力される信号に高調波が発生し、
直交変調器１００の出力に歪みが生じる原因になってい
た。

【０００７】また、フリップフロップ回路による９０度
移相器や差動増幅回路による１８０度移相器をＩＣに内
蔵する場合、ＩＣチップ内にインダクタやキャパシタを
内蔵する必要があり、これはＩＣのチップ面積を大幅に
増大させるため、ＩＣのコストが高くなるという問題も
ある。

【０００８】さらに、９０度移相器として、受動素子で
あるコンデンサと抵抗を用いたＣＲ移相器を採用する方
法もあり、この場合は電力は必要としないが、位相の精
度が悪いという問題がある。

【０００９】本発明は上記の問題点を解決するためのも
ので、低損失で歪みの少ない４相位相変換器およびこれ
を用いた直交変調器を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の４相位相変換器は、２本以上の１／４波長
マイクロストリップ線路を結合させて構成した、１つの
入力と１つ以上の出力を有する移相器を、誘電体基板の
上面に、１つもしくは２つ以上一体に形成したことを特
徴とする。

【００１１】また、本発明の４相位相変換器は、３本の
１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて、１つ
の入力と２つの出力を有する１８０度バランとして構成
した１８０度移相器と、２本の１／４波長マイクロスト
リップ線路を結合させて、１つの入力と２つの出力を有
する９０度カプラとして構成した９０度移相器からな
り、前記１８０度移相器の２つの出力に、２つの前記９
０度移相器をそれぞれ接続したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の４相位相変換器は、２本の
１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて、１つ
の入力と２つの出力を有する９０度カプラとして構成し
た９０度移相器と、３本の１／４波長マイクロストリッ
プ線路を結合させて、１つの入力と２つの出力を有する
１８０度バランとして構成した１８０度移相器からな
り、前記９０度移相器の２つの出力に、２つの前記１８
０度移相器をそれぞれ接続したことを特徴とする。

【００１３】また、本発明の直交変調器は、上記の４相
位相変換器と、少なくとも２つのミキサ回路を含むＩＣ
より構成されることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の４相位相変換器
の一実施例を示す。図１において、４相位相変換器１は
入力端子２と、入力端子２に接続された１８０度移相器
３、１８０度移相器３の２つの出力にそれぞれ接続され
た９０度移相器４および５、そして９０度移相器４およ
び５のそれぞれ２つの出力に接続された出力端子６、
７、８および９で構成される。

【００１５】図２に、図１に示した４相位相変換器の各
構成部分の詳細を示す。図２で、図１の実施例と同一の
部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。

【００１６】図２において、１８０度移相器３は、３本
の１／４波長マイクロストリップ線路３ａ、３ｂ、３ｃ
を互いに結合させて、１つの入力と２つの出力を有する
１８０度バランとして構成されている。１８０度バラン
の構成は従来から知られており、詳細な説明は省略する
が、これによってマイクロストリップ線路３ａの一端か
ら入力した１つの信号を、位相が１８０度異なる２つの
信号に変換して、マイクロストリップ線路３ａおよび３
ｃの他端から出力することができる。

【００１７】また、９０度移相器４および５は、２本の
１／４波長マイクロストリップ線路４ａと４ｂ、および
５ａと５ｂを結合させて、それぞれ１つの入力と２つの
出力を有する９０度カプラとして構成されている。９０
度カプラの構成も従来から知られており、詳細な説明は
省略するが、これによってマイクロストリップ線路４ａ
および５ａの一端から入力された１つの信号を、それぞ
れ互いに位相が９０度異なる２つの信号に変換して、マ
イクロストリップ線路４ａの他端とマイクロストリップ
線路４ｂの一端、およびマイクロストリップ線路５ａの
他端とマイクロストリップ線路５ｂの一端から出力する
ことができる。なお、４ｃおよび５ｃは終端用の抵抗で
ある。

【００１８】そして、１つの１８０度移相器３と２つの
９０度移相器４および５を、マイクロストリップ線路３
ａの他端とマイクロストリップ線路４ａの一端、および
マイクロストリップ線路３ｃの他端とマイクロストリッ
プ線路５ａの一端をそれぞれ接続して、１つの誘電体基
板上に一体に形成している。

【００１９】図３に、図１および図２に示した４相位相
変換器１を高誘電率の誘電体基板上に形成した実施例を
示す。ここで、図１および図２と同一の部分には同じ記
号を付す。図３において、１８０度移相器３と９０度移
相器４および５を構成するマイクロストリップ線路は、
面積を小さくするためにミアンダ状およびスパイラル状
に形成されている。なお、入力端子２と出力端子６、
７、８および９の他の回路との接続はワイヤーボンディ
ングで行う。このようにして、１つの誘電体基板上に１
８０度移相器３と９０度移相器４および５が一体に形成
されて、４相位相変換器１を構成している。

【００２０】図１に戻り、このように構成された４相位
相変換器１において、入力端子２から入力された信号
は、１８０度移相器３で互いに位相が１８０度ずれた２
つの信号に分けられ、さらにその２つの信号は、それぞ
れ９０度移相器４および５で互いに位相が９０度ずれた
２つの信号に分けられ、結果的に互いに位相が９０度ず
れた４つの信号に分けられる。

【００２１】以上のように、電極パターンと抵抗という
受動素子のみを使って４相位相変換器を形成することに
より、フリップフロップ回路や差動増幅器のように能動
素子を使用する場合に比べて、消費電力が小さくなり、
能動素子の非線形特性による高調波の発生の問題もなく
なる。また、４相位相変換器を誘電体基板上に形成する
ことによって、ＩＣ上に形成する場合に比較して大幅に
コストを小さくすることができる。また、１つの誘電体
基板上に形成することにより、個々の移相器の接続配線
による位相のずれやばらつきが少なく、安定した特性を
得ることができる。さらに、高誘電率の誘電体基板上に
形成することにより小形化を図ることもできる。なお本
願発明者が作成した図３に示す実施例においては、比誘
電率が１１０の高誘電率の誘電体基板を使用することに
よって、４相位相変換器のサイズは約２ｍｍ角となり、
大幅な小形化が実現できた。

【００２２】図４に、本発明の４相位相変換器の別の実
施例を示す。図４において、４相位相変換器２１は入力
端子２２と、入力端子２２に接続された９０度移相器２
３、９０度移相器２３の２つの出力にそれぞれ接続され
た１８０度移相器２４および２５、そして１８０度移相
器２４および２５のそれぞれ２つの出力に接続された出
力端子２６、２７、２８および２９で構成される。

【００２３】図５に、図４に示した４相位相変換器の各
構成部分の詳細を示す。図５で、図４の実施例と同一の
部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。

【００２４】図５において、９０度移相器２３は、２本
の１／４波長マイクロストリップ線路２３ａ、２３ｂを
互いに結合させて、１つの入力と２つの出力を有する９
０度カプラとして構成されている。９０度カプラの構成
は従来から知られており、詳細な説明は省略するが、こ
れによってマイクロストリップ線路２３ａの一端から入
力した１つの信号を、位相が９０度異なる２つの信号に
変換して、マイクロストリップ線路２３ａの他端および
マイクロストリップ線路２３ｂの一端から出力すること
ができる。なお、２３ｃは終端用の抵抗である。

【００２５】また、１８０度移相器２４および２５は、
３本の１／４波長マイクロストリップ線路２４ａと２４
ｂと２４ｃ、および２５ａと２５ｂと２５ｃを結合させ
て、それぞれ１つの入力と２つの出力を有する１８０度
カプラとして構成されている。１８０度カプラの構成も
従来から知られており、詳細な説明は省略するが、これ
によってマイクロストリップ線路２４ａおよび２５ａの
一端から入力された１つの信号を、それぞれ互いに位相
が１８０度異なる２つの信号に変換して、マイクロスト
リップ線路２４ａ、２４ｃおよび２５ａ、２５ｃの他端
から出力することができる。

【００２６】そして、１つの９０度移相器２３と２つの
１８０度移相器２４および２５を、マイクロストリップ
線路２３ａの他端とマイクロストリップ線路２４ａの一
端、およびマイクロストリップ線路２３ｂの一端とマイ
クロストリップ線路２５ａの一端をそれぞれ接続して、
１つの誘電体基板（図示せず）上に一体に形成してい
る。

【００２７】図４に戻り、このように構成された４相位
相変換器２１において、入力端子２２から入力された信
号は、９０度移相器２３で互いに位相が９０度ずれた２
つの信号に分けられ、さらにその２つの信号は、それぞ
れ１８０度移相器２４および２５で互いに位相が１８０
度ずれた２つの信号に分けられ、結果的に互いに位相が
９０度ずれた４つの信号に分けられる。

【００２８】図４に示した実施例において、図１に示し
た実施例との違いは、４相位相変換器の内部の移相器の
構成のみで、４相位相変換器としての動作、および効果
は図１に示した実施例と同じであり、その説明は省略す
る。

【００２９】なお、上記の図１および図４に示した実施
例においては、１つの１８０度移相器と２つの９０度移
相器、または１つの９０度移相器と２つの１８０度移相
器の組み合わせで４相位相変換器を構成したが、１／４
波長マイクロストリップ線路を２つ以上組み合わせて構
成した移相器を１つあるいは２つ以上組み合わせて構成
するものであれば、図１および図４の実施例に示したも
のに限るものではない。

【００３０】図６に、本発明の直交変調器の一実施例を
示す。図６において、直交変調器４０はローカル信号入
力端子４１と、ローカル信号入力端子４１に接続された
４相位相変換器１、４相位相変換器１に接続された変調
用ＩＣ４８、変調用ＩＣ４８の出力に接続された出力端
子４７で構成される。ここで、４相位相変換器１は、図
１に示したものと同一のものであり、説明は省略する。
また、変調用ＩＣ４８は、４相位相変換器１の４つの出
力に接続される２つのダブル・バランス型のミキサ回路
４４および４５、ミキサ回路４４に接続されるＩ信号入
力端子４２、ミキサ回路４５に接続されるＱ信号入力端
子４３、ミキサ回路４４および４５に接続される引き算
器４６で構成される。

【００３１】このように構成された直交変調器４０にお
いて、ローカル信号入力端子４１から入力されたローカ
ル信号は、４相位相変換器１で、互いに位相が９０度ず
れた４つのローカル信号に変換して出力され、そのうち
互いに位相が１８０度ずれた２つの信号の組に分かれ
て、ミキサ回路４４および４５に入力される。ミキサ回
路４４および４５では、Ｉ信号入力端子４２およびＱ信
号入力端子４３から入力されたＩ信号およびＱ信号で各
ローカル信号に変調がかけられ、変調信号は引算器４６
を経由して変調信号出力端子４７に出力される。

【００３２】以上のように、４相位相変換器の部分を高
誘電率の誘電体基板上に形成し、２つのミキサ回路４４
および４５を含む変調用ＩＣ４８と組み合わせて直交変
調器４０を構成することにより、直交変調器の全てをＩ
Ｃで構成する場合に比べて、ＩＣの中で４相位相変換器
が占めていた面積を削減でき、ＩＣのコストを低くでき
る。また、４相位相変換器を受動素子で作ることによっ
て消費電力が小さくなる分だけ直交変調器の低電力化が
実現でき、さらに、４相位相変換器に使われる能動素子
の非線形特性によってローカル信号に付加される高調波
による変調信号の歪みの問題もなくなる。

【００３３】図７に、本発明の直交変調器の別の実施例
を示す。図７において、図６の実施例と同一の部分につ
いては同じ記号を付し、説明を省略する。図７におい
て、直交変調器５０はローカル信号入力端子４１と、ロ
ーカル信号入力端子４１に接続された４相位相変換器２
１、４相位相変換器２１に接続された変調用ＩＣ４８、
変調用ＩＣ４８の出力に接続された出力端子４７で構成
される。ここで、４相位相変換器２１は、図４に示した
ものと同一のものであり、その説明は省略する。

【００３４】図７に示した実施例において、図６に示し
た実施例との違いは４相位相変換器の内部構成の違いの
みで、その直交変調器としての動作、および効果は、図
６に示した実施例と全く同じであり、その説明は省略す
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明の４相位相変換器によれば、２本
以上の１／４波長マイクロストリップ線路を結合させて
構成した移相器を、１つあるいは２つ以上、たとえば１
８０度移相器を１つと９０度移相器を２つ、あるいは９
０度移相器を１つと１８０度移相器を２つを組み合わせ
て、誘電体基板上に一体に形成して構成することによ
り、能動素子を使用する場合に比べて、消費電力が小さ
くなり、能動素子の非線形特性による高調波の問題もな
くなる。また、ＩＣ上に形成する場合に比較して大幅に
コストを低くすることができる。また、１つの誘電体基
板上に形成することにより、個々の移相器の接続配線に
よる位相のずれやばらつきが少なく、安定したものにな
る。さらに、高誘電率の誘電体基板上に形成することに
より小形化を図ることもできる。

【００３６】また、本発明の直交変調器によれば、上記
のように４相位相変換器を形成し、これを少なくとも２
つのミキサ回路を含むＩＣと組み合わせて構成すること
により、ＩＣの中で４相位相変換器が占めていた面積を
削減でき、ＩＣのコストを低くできる。また、消費電力
が小さくなる分だけ直交変調器の低電力化が実現でき、
さらに、４相位相変換器に使われる能動素子の非線形特
性によるローカル信号の高調波が原因となる変調信号の
歪みの問題もなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の４相位相変換器の一実施例の構成を示
す図である。

【図２】図１の４相位相変換器の構成の詳細を示す図で
ある。

【図３】図１の４相位相変換器の実施パターンを示す図
である。

【図４】本発明に４相位相変換器の別の実施例の構成を
示す図である。

【図５】図４の４相位相変換器の構成の詳細を示す図で
ある。

【図６】本発明の直交変調器の一実施例の構成を示す図
である。

【図７】本発明の直交変調器の別の実施例の構成を示す
図である。

【図８】従来の４相位相変換器、およびこれを含む直交
変調器の構成の例を示す図である。

【符号の説明】

１…４相位相変換器 ２…入力端子 ３…１８０度移相器 ４、５…９０度移相器 ６、７、８、９…出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本以上の１／４波長マイクロストリッ
   プ線路を結合させて構成した、１つの入力と１つ以上の
   出力を有する移相器を、 誘電体基板の上面に、１つもしくは２つ以上一体に形成
   したことを特徴とする４相位相変換器。
2. 【請求項２】 ３本の１／４波長マイクロストリップ線
   路を結合させて、１つの入力と２つの出力を有する１８
   ０度バランとして構成した１８０度移相器と、 ２本の１／４波長マイクロストリップ線路を結合させ
   て、１つの入力と２つの出力を有する９０度カプラとし
   て構成した９０度移相器からなり、 前記１８０度移相器の２つの出力に、２つの前記９０度
   移相器をそれぞれ接続したことを特徴とする、請求項１
   に記載の４相位相変換器。
3. 【請求項３】 ２本の１／４波長マイクロストリップ線
   路を結合させて、１つの入力と２つの出力を有する９０
   度カプラとして構成した９０度移相器と、 ３本の１／４波長マイクロストリップ線路を結合させ
   て、１つの入力と２つの出力を有する１８０度バランと
   して構成した１８０度移相器からなり、 前記９０度移相器の２つの出力に、２つの前記１８０度
   移相器をそれぞれ接続したことを特徴とする、請求項１
   に記載の４相位相変換器。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の４
   相位相変換器と、 少なくとも２つのミキサ回路を含むＩＣより構成される
   ことを特徴とする直交変調器。