周波数シンセサイザシステム及び周波数信号の出力方法
【課題】設定された周波数に応じて、適切なバンドパスフィルタを選択することが可能な周波数シンセサイザシステム及び周波数信号の出力方法を提供する。
【解決手段】ミキサ５３は、第１、第２のシンセサイザ１、２から各々出力された第１、第２の周波数信号を混合して、予め設定された周波数の周波数信号を含む混合信号を出力し、周波数選択部４１は所定の式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する。フィルタ選択部４２は周波数選択部４１にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベルが予め設定したレベル以下まで低減されるように、複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択する。
【解決手段】ミキサ５３は、第１、第２のシンセサイザ１、２から各々出力された第１、第２の周波数信号を混合して、予め設定された周波数の周波数信号を含む混合信号を出力し、周波数選択部４１は所定の式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する。フィルタ選択部４２は周波数選択部４１にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベルが予め設定したレベル以下まで低減されるように、複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類の周波数信号を混合して設定周波数の周波数信号を出力する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの高周波信号を利用して無線通信を行う高周波無線装置においては、図１２にブロック図を示すように受信信号を各種のバンドパスフィルタＢＰＦ１１〜１５で処理して不要波を取り除きつつ、ミキサ（混合器）ＭＸ１１〜１２にて周波数変換を行い、増幅器ＡＭＰ１１〜１３にて増幅した周波数信号を復調器にて復調する処理が行われる。また、送信信号においても同様に変調器にて変調された周波数信号がバンドパスフィルタＢＰＦ２１〜２５で濾波され、ミキサＭＸ２１〜２２にて周波数変換されると共に、増幅器ＡＭＰ２１〜２２で増幅され高周波信号として送信される。
【０００３】
各ミキサＭＸ１１〜１２、２１〜２２においては、これら受信信号や送信信号と、他の周波数信号とをヘテロダインの原理を利用して混合することにより、受信信号を復調器にて処理可能な周波数に変換し、また送信信号を高周波信号として送信している。送信信号や受信信号と混合される周波数信号は、例えばＶＣＯ（voltage controlled oscillator）を備えたＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を含む周波数シンセサイザなどから出力される。図１２に示した高周波無線装置の例においては、周波数シンセサイザＦＲＸ２〜３、ＦＴＸ２〜３が各ミキサＭＸ１１〜１２、２１〜２２に入力される周波数信号を生成している。
【０００４】
これらの周波数シンセサイザＦＲＸ２〜３、ＦＴＸ２〜３のうち、例えば受信信号の入力端に近いミキサＭＸ１１や、送信信号の出力端に近いミキサＭＸ２２にて受信信号、送信信号と混合される周波数信号は、受信端における受信信号や送信端における送信信号の周波数に近い、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの高周波となる場合がある。このように高周波の周波数信号を出力する周波数シンセサイザＦＲＸ２、ＦＴＸ３においては、例えば２つの周波数シンセサイザから出力された周波数Ｆ１、Ｆ２の周波数信号をミキサにて混合し、周波数Ｆ１＋Ｆ２の周波数信号を取り出して、受信信号や送信信号との混合に利用することが多い。
【０００５】
このように、２つの周波数シンセサイザから出力された周波数信号を混合して希望の周波数を持つ信号を得る周波数シンセサイザシステムにおいては、ミキサから出力される信号中に、目的のＦ１＋Ｆ２の周波数を持つ周波数信号に加えて不要信号、即ちスプリアス成分が含まれている。このため例えば当該ミキサから出力された周波数信号は、バンドパスフィルタにて不要なスプリアスが除去され、増幅器にて増幅されてから受信系統側の復調器に入力され、送信系統側は送信信号として出力される。
【０００６】
そしてこのとき用いられるバンドパスフィルタは挿入損失が小さく、増幅器のゲインが小さくて済むようにすることが周波数シンセサイザを全体で見たときの電力効率がよくなる。後述するようにバンドパスフィルタは、通過帯域幅が狭いものほど挿入損失が大きくなる一方、通過帯域幅が広いと挿入損失が小さくなる傾向がある。そこで２つの周波数シンセサイザを利用する周波数シンセサイザシステムは、例えば設定周波数Ｆ１＋Ｆ２の近傍に信号レベルの大きなスプリアスが発生しない周波数Ｆ１、Ｆ２の組み合わせを設計段階で探索し、各周波数シンセサイザの発振周波数を固定することにより、挿入損失の小さなバンドパスフィルタを採用して周波数シンセサイザの効率を高めている。
【０００７】
しかしながら設計段階における各周波数シンセサイザの周波数Ｆ１、Ｆ２の選択は、設計者の経験に基づいて試行錯誤的に選択される場合が多く、時間的な労力が大きかった。また、無線通信に利用される高周波信号の広帯域化などに伴い、周波数変換に利用されるローカル信号の周波数を必要に応じて変更することが可能な周波数シンセサイザシステムが必要にもなってきている。このとき２つの周波数信号の混合により発生するスプリアスは、混合前の各信号の周波数Ｆ１、Ｆ２によりそのスプリアス周波数やスプリアスレベルが変化するため、設計時の状態から周波数を変更すると、十分にスプリアスを除去できなかったり、仮にスプリアスを除去できたとしても予め備わっているバンドパスフィルタでは必要以上に挿入損失が大きくなったりしてしまう場合がある。
【０００８】
ここで引用文献１には、変調器などから出力された送信信号を、２つの周波数シンセサイザを用いて所定の周波数にまで周波数変換する際に、これら２つの周波数シンセサイザから出力される周波数信号中に含まれるスプリアスが最も小さくなる周波数の組み合わせを選択する手法が記載されている。しかしながら、引用文献１に記載の技術は、例えばＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）などの出力中に予め含まれるスプリアスが送信信号へ与える影響を低減するために、このスプリアスが少ない周波数の組み合わせを探索するものである。このため、２つの周波数シンセサイザから出力された周波数信号をミキサで混合してから出力する周波数シンセサイザにおいて、ミキサで発生するスプリアスを除去するのに適したバンドパスフィルタを選択する手法についてはなんら記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２５３３５６号公報：請求項１、段落００２９〜段落００３２、図２、図３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、設定された周波数に応じて、適切なバンドパスフィルタを選択することが可能な周波シンセサイザシステム及び周波数信号の出力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る周波数シンセサイザシステムは、周波数設定部により設定した周波数の周波数信号を出力する周波数シンセサイザシステムにおいて、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザと、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定した周波数の周波数信号を含む混合信号を出力するミキサと、
このミキサから出力された混合信号に含まれるスプリアス成分を低減するために設けられた互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタと、
前記ミキサから出力される混合信号に前記設定した周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択して前記第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザの設定とする周波数選択部と、
この周波数選択部にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、前記複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択するフィルタ選択部と、を備えたことを特徴とする。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【００１２】
前記周波数シンセサイザシステムは、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記周波数選択部は、前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせの複数の候補から、前記設定周波数の周波数信号に隣接するスプリアス成分の信号レベルが最も小さくなる周波数の組み合わせを選択すること。
（ｂ）前記複数のバンドパスフィルタは、通過帯域幅が狭くなるに連れて、スプリアスレベルが小さくなること。またこのとき、前記フィルタ選択部は、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタから順に前記混合信号を処理したときにスプリアス成分の信号レベルが予め設定したレベル以下まで低減できるか否かを判断して当該混合信号を処理するバンドパスフィルタの選択を行うこと。
（ｃ）前記ミキサとバンドパスフィルタとの間には、ミキサから出力された混合信号を２つの系統に分配する分配器と、この分配器にて分配された一方側の系統の混合信号のうち、スプリアス成分の位相を１８０度反転させて得た反転信号を出力する位相反転部と、この位相反転部から出力された反転信号と、前記分配器にて分配された他方側の系統の混合信号とを合成し、混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベルを低減する合成器と、を備えたこと。
【００１３】
次いで、他の発明に係る周波数信号の出力方法は、設定された周波数の周波数信号を出力する周波数信号の出力方法において、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する工程と、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定された周波数の周波数信号を含む混合信号を出力する工程と、
前記混合信号に前記設定された周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する工程と、
この工程にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択する工程と、を含むことを特徴とする。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、２つの周波数シンセサイザから出力された第１、第２の周波数信号をミキサにて混合して、設定された周波数の周波数信号を出力するにあたり、予め設定した周波数範囲内に、所定の式で表されるスプリアス成分が存在しないこととなる第１、第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する。この結果、前記周波数範囲内にスプリアス成分が存在する場合と比較して、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタを選択することが可能となり、バンドパスフィルタによる処理に起因する挿入損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムの構成例を示すブロック図である。
【図２】前記周波数シンセサイザシステムに設けられている切り替えフィルタ部の構成例を示すブロック図である。
【図３】前記切り替えフィルタ部に設けられているバンドパスフィルタの通過特性を模式的に示した特性図である。
【図４】前記周波数シンセサイザシステム内に設けられている２つの周波数シンセサイザの周波数を設定する動作の流れを示すフロー図である。
【図５】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の周波数の例を示す第１の説明図である。
【図６】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の周波数の例を示す第２の説明図である。
【図７】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の周波数の例を示す第３の説明図である。
【図８】前記周波数シンセサイザシステムに設けられているミキサにて発生するスプリアス成分のＳ／Ｎ比を示す説明図である。
【図９】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の信号レベルの分布を示す説明図である。
【図１０】他の実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムの構成例を示すブロック図である。
【図１１】前記切り替えフィルタ部の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムを備えた高周波無線装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
初めに、図１のブロック図を参照しながら本実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムの構成について説明する。本例の周波数シンセサイザシステムは、例えば数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの範囲の例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲において、設定された周波数（設定周波数）の周波数信号を出力する機能を備えており、例えば０．１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲の低周波数領域において第１の周波数信号を出力する低周波シンセサイザ１と、例えば４ＧＨｚ〜９ＧＨｚの範囲の高周波領域において第２の周波数信号を出力する高周波シンセサイザ２と、これら低周波シンセサイザ１から出力された第１の周波数信号と、高周波シンセサイザ２から出力された第２の周波数信号とを混合して、予め設定された周波数の周波数信号及びそのスプリアス成分を含む信号（以下、混合信号という）を出力するミキサ５３と、この混合信号中のスプリアス成分を低減するための複数のＢＰＦ６１１〜６１４が設けられた切り替えフィルタ部６と、を備えている。
【００１７】
低周波シンセサイザ１は、制御電圧の大きさに応じた周波数信号を出力する電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator；以下、ＶＣＯという）１１と、このＶＣＯ１１から出力された周波数信号を、基準発振器３から出力された基準信号と比較して両信号の位相差を取り出す位相比較器１２と、この位相比較器１２にて取り出された位相差を積分し、この積分値に応じた電圧をＶＣＯ１１に出力するループフィルタ１３とを備えた公知のＰＬＬ回路として構成されている。
【００１８】
ＶＣＯ１１からは、予め選択された周波数（Ｆ１）を持つ第１の周波数信号が出力される。図１中、１６は基準発振器３からの基準信号をアナログ信号に変換すると共に、設定された分周数に応じて当該基準信号を出力するＤ／Ａコンバータである。低周波シンセサイザ１は、既述の０．１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲の第１の周波数信号を例えば０．０１ＧＨｚ単位で変更することができるようになっており、本実施の形態の第１の周波数シンセサイザに相当する。
【００１９】
また高周波シンセサイザ２についても、ＶＣＯ２１と位相比較器２３とループフィルタ２４とを備えた公知のＰＬＬ回路として構成されている。但し、ＶＣＯ２１の出力を１／Ｍに分周してから位相比較器２３に入力する分周器２２を備えている点が既述の低周波シンセサイザ１とは異なる。分周器２２は、予め設定された範囲で分周数Ｍを任意の整数に変更することが可能となっており、この分周数の変更により、位相比較する周波数を増減できる。
【００２０】
低周波シンセサイザ１の場合と同様にＶＣＯ２１からは予め選択された周波数（Ｆ２）を持つ第２の周波数信号が出力される。また基準発振器３と位相比較器２３との間には、基準発振器３の信号に基づくアナログ信号を出力する不図示のＤ／Ａコンバータが設けられており、基準信号はアナログ信号に変換されてから位相比較器２３に入力される。高周波シンセサイザ２は、既述の４ＧＨｚ〜９ＧＨｚの範囲の周波数信号を例えば０．０１ＧＨｚ単位で変更することができるようになっており、本実施の形態の第２の周波数シンセサイザに相当する。ここで各シンセサイザ１、２のＶＣＯ１１、２１の出口側には、ＶＣＯ１１、２１から出力された周波数信号を予め設定された逓倍数分だけ逓倍する逓倍回路を設けてもよい。また、例えば０．１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの低周波領域の周波数信号を設定周波数とする場合は、高周波シンセサイザ２を停止して、低周波シンセサイザ１のみを作動させてもよい。
【００２１】
ミキサ５３は、低周波シンセサイザ１から出力された第１の周波数信号（周波数Ｆ１）と、高周波シンセサイザ２から出力された第２の周波数信号（周波数Ｆ２）と、をヘテロダインの原理により混合し、周波数Ｆ１＋Ｆ２の周波数信号を出力する機能を備えている。ここで図１に示した５１、５２は、低周波シンセサイザ１及び高周波シンセサイザ２から第１、第２の周波数信号と共に出力されるスプリアス成分を除去するバンドパスフィルタ（Band Pass Filter；以下、ＢＰＦという）、５５はＢＰＦ５２にてスプリアス成分が除去された後の第２の周波数信号を増幅するための増幅器、５４はこの増幅器５５にて発生した高調波スプリアス成分を除去するためのローパスフィルタ（Low Pass Filter；以下ＬＰＦという）である。
【００２２】
第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合するミキサ５３では、スプリアスの原理に基づいてこれらの信号を混合することに伴って、Ｆ１、Ｆ２の値に応じて、下記（１）式で表されるスプリアス成分が発生する。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜ …（１）
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但しｍ、ｎは、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【００２３】
ここで（１）式を見て分かるとおり、ミキサ５３にて発生するスプリアス成分の周波数は、第１、第２の周波数信号の各周波数（Ｆ１、Ｆ２）の値によって変化する。このため、例えば既述のように、数ＧＨｚの範囲にわたってＦ１及びＦ２の値が広範囲に変化する２つの周波数シンセサイザ１、２を利用して設定周波数の周波数信号を得る周波数シンセサイザシステムにおいては、スプリアス成分の周波数も広範囲に変化する可能性がある。
【００２４】
そこで本実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムには、例えば設定周波数に応じて通過帯域の異なる複数のＢＰＦを備えた切り替えフィルタ部６が設けられている。そしてこれら複数のＢＰＦから適切なＢＰＦを選択して、ミキサ５３から出力された混合信号に含まれるスプリアス成分を除去することにより、設定周波数Ｆ１＋Ｆ２に調整された、純度の高い周波数信号を出力することができるようになっている。
【００２５】
図２に構成例を示すように切り替えフィルタ部６は、例えば通過帯域が異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４と、これらＢＰＦ６１１〜６１４の前後に設けられた切り替えスイッチ６２１、６２２と、を備えている。切り替えスイッチ６２１、６２２は、ミキサ５３から出力された混合信号を選択されたＢＰＦ６１１〜６１４に入力し、また選択されたＢＰＦ６１１〜６１４にて処理された混合信号を、設定周波数の周波数信号として取り出す役割を果たす。これら通過帯域の異なるＢＰＦ６１１〜６１４は、例えば当該周波数シンセサイザシステムから出力可能な設定周波数の範囲をカバーするように設けられている。
【００２６】
ここで本実施の形態の切り替えフィルタ部６は、既述のように通過帯域の異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４が設けられると共に、共通の通過帯域を有し、通過帯域幅が異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４を備えている。例えば図３には、中心周波数が共通し、通過帯域幅が異なる３種類のＢＰＦ６１１〜６１３の周波数特性を模式的に示している。
【００２７】
例えば図３（ａ）に示す第１のＢＰＦ６１１は、周波数信号の減衰量が−２０ｄＢとなる周波数帯域（減衰帯域）が、中心周波数±５００ＭＨｚよりも外側の帯域に存在し、他の２つのＢＰＦ６１２、６１３と比較して通過帯域幅も広い。また、図３（ｂ）に示す第２のＢＰＦ６１２では、減衰帯域は中心周波数±３００ＭＨｚよりも外側の帯域に位置しており、中程度の通過帯域幅を有している。そして図３（ｃ）に示す第３のＢＰＦ６１３の減衰帯域は、中心周波数±１００ＭＨｚより外側の帯域にあり、他の２つのＢＰＦ６１１、６１２と比較して通過帯域幅が最も狭い。
【００２８】
一般的に、このように通過帯域幅の異なるＢＰＦ６１１〜６１３の挿入損失を比較すると、通過帯域幅が広いものほど挿入損失が小さく、通過帯域幅が狭くなるに連れて挿入損失が大きくなっていく。図３（ａ）〜図３（ｃ）に記載のＢＰＦ６１１〜６１３も、第１のＢＰＦ６１１（挿入損失−１．０ｄＢ）→第２のＢＰＦ６１２（挿入損失−２．０ｄＢ）→第３のＢＰＦ６１３（挿入損失−３．０ｄＢ）と、通過帯域幅が狭くなるに連れて挿入損失が大きくなっている。
【００２９】
一方で（１）式を用いて説明したように、ミキサ５３から出力される混合信号中に含まれているスプリアス成分の周波数は、第１、第２の周波数信号の周波数（Ｆ１、Ｆ２）によって大きく変化する。従って、スプリアス成分は、これらＦ１、Ｆ２の周波数の選択によって、設定周波数の近傍位置に発生する場合もあれば、設定周波数から遠い位置に発生する場合もある。
【００３０】
このとき例えばＢＰＦ６１１〜６１３で既述の混合信号を処理すると、混合信号に含まれるスプリアス成分のスプリアスレベルは、通過帯域幅が大きいものほど大きくなる一方で、通過帯域幅が狭くなるに連れてスプリアスレベルを小さくすることができる。そこで例えば第３のＢＰＦ６１３相当の最も通過帯域幅の狭いＢＰＦを設定周波数の可変範囲をカバーするように複数個設け、一律に通過帯域幅の狭いＢＰＦを用いてミキサ５３から出力される混合信号を処理するようにすれば、どの位置にスプリアス成分が発生したとしてもスプリアス成分を予め設定したレベル以下まで低減できる可能性は高い。しかしながら既述のように通過帯域幅の狭いＢＰＦは挿入損失が大きく、設定周波数の周波数信号の減衰量も大きいため、濾波後の周波数信号を所定の信号レベルまで増幅する際の増幅量が増大し、増幅処理の際に再び高調波スプリアスが発生してしまうおそれもある。
【００３１】
したがって、設定周波数の近傍にスプリアス成分が存在しない場合には、スプリアス成分を設定レベル以下まで低減でき、且つ、できるだけ通過帯域幅の広いＢＰＦを選択して、挿入損失を抑えることが好ましい。そこで本実施の形態に係る切り替えフィルタ部６には、図２に示すように周波数帯域の位置、及び通過帯域幅が異なるＮ個のＢＰＦ６１１〜６１４が設けられている。本例に係る切り替えフィルタ部６は、例えば図３（ａ）〜図３（ｃ）に例示した通過帯域幅が広、中、狭の３種類のＢＰＦ６１１〜６１３の各々について、設定周波数の可変範囲をカバーするように通過帯域の異なるＢＰＦを備えている。
【００３２】
さらに本実施の形態の周波数シンセサイザシステムは、図１に示すように例えばＣＰＵとメモリとを備えたコンピュータなどからなる制御部４を備えている。制御部４は、低周波シンセサイザ１のＤ／Ａコンバータ１６への周波数データの設定や、位相比較器１２の比較周波数の設定を行うことにより、低周波シンセサイザ１から出力される第１の周波数信号の周波数をＦ１に設定し、また高周波シンセサイザ２の分周器２２の分周数Ｍを設定することにより第２の周波数信号の周波数をＦ２に設定する機能を備えている。また制御部４には、外部から設定周波数（Ｆ１＋Ｆ２）の入力を受け付けるインターフェース部４３が接続されており、前記Ｆ１、Ｆ２はこの設定周波数に基づいて選択される。この観点においてインターフェース部４３は本実施の形態の周波数設定部に相当している。
【００３３】
さらに前記制御部４は、ミキサ５３から出力される混合信号中に含まれるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる周波数Ｆ１とＦ２との組み合わせを選択する周波数選択部４１としての機能と、この周波数選択部４１にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベル（スプリアスレベル）を予め設定したレベル以下まで低減するために、切り替えフィルタ部６にて濾波処理を実行するＢＰＦ６１１〜６１４を選択するフィルタ選択部４２としての機能と、を備えている。以下、図４に示すフロー図及び図５〜図９を参照しながら周波数選択部４１やフィルタ選択部４２の作用について説明する。
【００３４】
例えば本周波数シンセサイザシステムの製造、出荷時における設定周波数の調整や、既に設定されている設定周波数を変更する場合などに際し（図４のスタート）、まずインターフェース部４３から設定周波数の入力を受け付ける（ステップＳ１）。次いで例えば設定周波数±２％の周波数範囲内に、前記（１）式で表されるスプリアス成分が存在しないＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択するといった、Ｆ１、Ｆ２の選択条件を受け付ける（ステップＳ２）。本例では例えば設定周波数を６．７３ＧＨｚ（６７３０ＭＨｚ、以下、Ｆ１、Ｆ２はＭＨｚ単位で表す）とし、この±２％の範囲、即ち６７３０±１３４．６ＭＨｚの範囲内に前記スプリアス成分が存在しない組み合わせを選択する場合を例にとって説明する。
【００３５】
以上の条件が選択されたら、例えば予め設定されたデフォルトのＦ１、Ｆ２の組み合わせ（例えばＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚ）を起点にして、Ｆ１＋Ｆ２＝６７３０ＭＨｚを維持しつつ例えば６０ＭＨｚ刻みでＦ１、Ｆ２の値を変化させ、例えばｍ＋ｎ≦１５の範囲で（１）式に基づいてスプリアス成分の発生する周波数の位置を計算し、制御部４のメモリ内に記憶する（ステップＳ３）。
【００３６】
図５（ａ）は、Ｆ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚの場合において、ｍ＝１〜１０、ｎ＝１〜５まで変化させたときの｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜で表される設定周波数及びスプリアス成分の周波数を示している。また図５（ｂ）は、このときの｜ｍＦ１−ｎＦ２｜で表されるスプリアス成分の周波数を示している。図５（ａ）、図５（ｂ）において、設定周波数は二重枠線で囲んだカラム内に示し、設定周波数±２％以内の周波数領域に存在するスプリアス成分は黒塗りのカラム内に示す。また、設定周波数±２％の外側であり、且つ設定周波数±５％以内の周波数領域に存在するスプリアス成分を薄いグレーで塗りつぶしたカラム内に示し、設定周波数±５％の外側であり、且つ設定周波数±１０％以内の周波数領域に存在するスプリアス成分を濃いグレーで塗りつぶしたカラム内に示す。
【００３７】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示した例では、設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分は存在しない。また、Ｆ１＝１６０ＭＨｚと小さく、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚと設定周波数に比較的近いことから、設定周波数±２％の外側、且つ、設定周波数±１０％以内の周波数領域では、Ｆ２自身及び｜ｍＦ１±Ｆ２｜のスプリアス成分が支配的となっていることが分かる。
【００３８】
一方、図６（ａ）、図６（ｂ）は、Ｆ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの場合のスプリアス成分の周波数を、図５と同様の手法により示したものである。この例においても設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分は存在しないが、設定周波数±２％の外側、且つ、設定周波数±１０％以内の周波数領域では、ｎやｍの値が高次の位置にスプリアス成分が発生していることが分かる。
【００３９】
次いで図７（ａ）、図７（ｂ）はＦ１＝２２００ＭＨｚ、Ｆ２＝４５３０ＭＨｚの場合のスプリアス成分の周波数を、図５と同様の手法により示したものであり、本例では設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分が発生することが分かる。
このように、例えばＦ１＝１６０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚの範囲で６０ＭＨｚ毎に変化させると、例えば図４に示したステップＳ３においては３４パターンのＦ１、Ｆ２の組み合わせについてスプリアス成分の位置が計算されることになる。但し、以下の説明においては簡単のため図５〜図７に示した３種類のＦ１、Ｆ２の組み合わせから第１、第２の周波数信号の周波数を決定する場合について説明する。
【００４０】
ステップＳ３においてＦ１、Ｆ２の組み合わせごとにスプリアス成分の位置を計算したら、これらの組み合わせの中からＦ１、Ｆ２の選択条件（本例では設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分が存在しないこと）を満たすＦ１、Ｆ２の組み合わせが存在するか否かを判断する（ステップＳ４）。選択条件を満たすＦ１、Ｆ２が存在しない場合には（ステップＳ４；ＮＯ）、例えばインターフェース部４３にエラー表示等を出力し、設定周波数の±５％以内の周波数領域にスプリアス成分が発生しないＦ１、Ｆ２の組を選択するように選択条件を緩和するなど、選択条件の変更を受け付けて（ステップＳ５）、再度当該条件を満たすＦ１、Ｆ２が存在するか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００４１】
一方、現在検討している図５〜図７に例示したＦ１、Ｆ２の組み合わせにおいては、図７の場合を除いて、図５に示したＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚの場合と、図６に示したＦ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの場合とにおいて、設定周波数±２％の周波数領域にスプリアス成分が存在しないという選択条件を満たしている（ステップＳ４；ＹＥＳ）。
【００４２】
そこでこの選択条件を満たすＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択候補とし、これらの選択候補について、先のステップＳ３で記憶しておいたスプリアス成分の周波数の分布と、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、予め制御部４内のメモリ等に記憶しておいたミキサ５３のスプリアス特性と、を用い各選択候補におけるスプリアス成分の信号レベルの分布を計算する（ステップＳ６）。ここで図８（ａ）、図８（ｂ）に例示したスプリアス特性は、設定周波数の周波数信号を０とした場合のＳＮ比をデシベル単位で示したものである。
【００４３】
図９（ａ）は、図５に示したＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚの場合におけるスプリアス成分の信号レベル分布を示しており、図９（ｂ）は図６に示したＦ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの場合におけるスプリアス成分の信号レベル分布を示している。また参考のため、図９（ｃ）にはステップＳ６で選択されなかった、図７に示したＦ１＝２２００ＭＨｚ、Ｆ２＝４５３０ＭＨｚの場合のスプリアス成分の信号レベル分布を示してある。
【００４４】
こうしてスプリアス成分の信号レベルの分布が計算されたら、設定周波数に最も近いスプリアス成分の信号レベルが最小となる選択候補を選ぶ（ステップＳ７）。図９（ａ）、図９（ｂ）から、Ｆ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの選択候補の方が、設定周波数近傍のスプリアス成分の信号レベルが小さいことが分かる。
【００４５】
そこでこのＦ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの選択候補を選択する一方（ステップＳ７）、通過帯域中に設定周波数を含み、通過帯域幅が最大のＢＰＦ（例えば第１のＢＰＦ６１１）を選択する（ステップＳ８）。そして図９（ａ）の計算結果に基づき、ステップＳ７にて選択された選択候補Ｆ１、Ｆ２をミキサ５３にて混合して得られる混合信号に対し、ステップＳ８にて選択されたＢＰＦを用いて処理を行った場合のスプリアス成分の信号レベルを計算する（ステップＳ９）。
【００４６】
この結果、混合信号をＢＰＦで濾波した後の全スプリアス成分の信号レベルが予め設定した目標値以下（例えば−２０ｄＢ以下）とならない場合には（ステップＳ１０；ＮＯ）、通過帯域中に設定周波数を含み、通過帯域幅がひと回り狭いＢＰＦの選択を試みる（ステップＳ１１）。切り替えフィルタ部６にこの条件を満たすＢＰＦ（例えば第２のＢＰＦ６１２）が存在する場合には（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、当該ＢＰＦを用いて再度選択候補Ｆ１、Ｆ２の混合信号を処理した時のスプリアス成分の信号レベルを計算し（ステップＳ９）、当該信号レベルが目標値以下となるか否かを再度判断する（ステップＳ１０）。
【００４７】
一方、ステップＳ１１にて選択が試みられた条件を満たすＢＰＦが切り替えフィルタ部６内に存在しない場合には、現在、スプリアス成分の信号レベルを計算しているＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択候補から削除し（ステップＳ１３）、残る選択候補の中から設定周波数に最も近いスプリアス成分の信号レベルが最小となる選択候補を選ぶ（ステップＳ７）。本例の場合には、図９（ａ）に示したＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚが次の選択候補として選択されることになる。そして、新たに選択されたＦ１、Ｆ２の選択候補に対して、ステップＳ８〜Ｓ１３の動作が再度実行される。
【００４８】
以上に説明した動作の結果、選択候補Ｆ１、Ｆ２をミキサ５３で処理して得られた混合信号に対し、当該混合信号をＢＰＦで濾波した後の全スプリアス成分の信号レベルが目標値以下となったら（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、第１、第２の周波数信号の周波数が各々Ｆ１、Ｆ２となるように低周波シンセサイザ１及び高周波シンセサイザ２の設定を行い（ステップＳ１４）、周波数の設定動作を終える（エンド）。
【００４９】
本実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムによれば以下の効果がある。２つの周波数シンセサイザ１、２から出力された第１、第２の周波数信号をミキサ５３にて混合して、設定周波数の周波数信号を出力するにあたり、予め設定した周波数範囲内（例えば設定周波数±２％の周波数範囲内）に、前述の（１）式で表されるスプリアス成分が存在しないこととなる第１、第２の周波数信号の周波数Ｆ１、Ｆ２の組み合わせが選択される。この結果、当該周波数範囲内にスプリアス成分が存在する場合と比較して、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタを選択することが可能となり、バンドパスフィルタによる処理に起因する挿入損失の低減を図ることができる。
【００５０】
ここで周波数シンセサイザシステムは、図１０に示すように、各周波数Ｆ１、Ｆ２が可変に構成された低周波シンセサイザ１及び高周波シンセサイザ２の出口に設けられＢＰＦ５１、５２についても、複数のＢＰＦ５１、５２の中から適切なＢＰＦ５１、５２を選択する切り替えフィルタ部５６、５７を設ける構成としてもよい。この場合には、異なる通過帯域を持つＢＰＦ５１、５２の中から、選択されたＦ１、Ｆ２に応じた通過帯域を持つＢＰＦ５１、５２が選択される。
【００５１】
また例えば図１１に示すように、ミキサ５３の出口に設けられた切り替えフィルタ部６において、各ＢＰＦ６１１〜６１４の入口に、ミキサ５３にて発生したスプリアス成分の信号レベルを予め低減する機構を設けてもよい。図１１に示した例では、当該機構は、ミキサ５３から出力された混合信号を２つの系統に分配する分配器６３と、この分配器から出力された一方側の混合信号中に含まれる周波数成分の位相を反転する位相反転器６４と、この位相反転器６４から出力された信号から設定周波数の周波数信号を除去するＢＥＦ（Band Elimination Filter）６５と、このＢＥＦ６５の出力と分配器６３の他方側の出力とを合成する合成器６６とを備えている。これにより、分配器６３の他方側の出力のスプリアス成分と、分配器６３の一方側の出力のスプリアス成分の位相を１８０°反転して得られた信号とが合成され、混合信号中のスプリアス成分の信号レベルが相殺されたうえで各ＢＰＦ６１１〜６１４に入力される。この結果、上述のスプリアスの低減機構を設けない場合と比較して、通過帯域幅の広いＢＰＦ６１１〜６１４を採用することが可能となり、ＢＰＦ６１１〜６１４を設けることによる挿入損失を低減できる。
【００５２】
また、図５〜図７に示したスプリアス成分の周波数や図９に示したスプリアス成分の信号レベルは、Ｆ１、Ｆ２の選択の際に計算を実行する場合に限定されない。例えばＦ１、Ｆ２の変化幅が大きく、Ｆ１、Ｆ２の組み合わせの数が少ない場合などにおいては、制御部４内のメモリに図９に示したスプリアス成分の位置とその信号レベルを記憶しておいてもよい。
【００５３】
また、Ｆ１、Ｆ２の選択候補の中から、当該Ｆ１、Ｆ２の組み合わせ、及びこの組み合わせにおいてミキサ５３から出力される混合信号を処理するＢＰＦ６１１〜６１４を選択する手法は、図４のステップＳ６〜ステップＳ１３を用いて説明した手法に限定されるものではない。例えば選択条件を満たすＦ１、Ｆ２の選択候補の全てについて網羅的にスプリアス成分の信号レベルを計算し、これらの計算結果の全てについいて、通過帯域幅の異なるＢＰＦ６１１〜６１４を用いて混合信号の濾波を行った場合のスプリアス成分の信号レベルを計算してもよい。この場合は、例えば、スプリアス成分の信号レベルが目標値以下となったＦ１、Ｆ２のすべての組み合わせ及びその混合信号を処理可能なＢＰＦ６１１〜６１４の中から、例えば挿入損失が最も小さなＢＰＦ６１１〜６１４とこのＢＰＦ６１１〜６１４で処理可能なＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択する手法などが考えられる。
【００５４】
また第１の周波数シンセサイザや第２の周波数シンセサイザは、図１に示した低周波シンセサイザ１や高周波シンセサイザ２のようにＰＬＬ回路を用いて構成する場合に限定されない。例えば不図示の波形テーブルに正弦波の振幅データを位相データに対応付けて記憶しておき、基準発振器３からのクロック信号の入力タイミング毎に予め設定された位相幅データを累積加算して得た位相データに基づいて振幅データを読み出し、ディジタル周波数信号を出力するＤＤＳなどを採用してもよいことは勿論である。
【００５５】
さらにまた、周波数シンセサイザシステム内に通過帯域幅が異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４を備えることは必須の要件ではない。例えば通過帯域幅の異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４の選択候補の通過特性を制御部４のメモリ内に記憶しておき、図４に例示したフロー図で選択されたＢＰＦ６１１〜６１４を周波数シンセサイザシステムに組み込む場合も本実施の形態の周波数信号の出力方法に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 低周波シンセサイザ
１１ ＶＣＯ
１２ 位相比較器
１３ ループフィルタ
２ 高周波シンセサイザ
２１ ＶＣＯ
２２ 分周器
２３ 位相比較器
２４ ループフィルタ
３ 基準発振器
４ 制御部
４１ 周波数選択部
４２ フィルタ選択部
４３ インターフェース部
６ 切り替えフィルタ部
６１１〜６１４
第１〜第ＮのＢＰＦ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類の周波数信号を混合して設定周波数の周波数信号を出力する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの高周波信号を利用して無線通信を行う高周波無線装置においては、図１２にブロック図を示すように受信信号を各種のバンドパスフィルタＢＰＦ１１〜１５で処理して不要波を取り除きつつ、ミキサ（混合器）ＭＸ１１〜１２にて周波数変換を行い、増幅器ＡＭＰ１１〜１３にて増幅した周波数信号を復調器にて復調する処理が行われる。また、送信信号においても同様に変調器にて変調された周波数信号がバンドパスフィルタＢＰＦ２１〜２５で濾波され、ミキサＭＸ２１〜２２にて周波数変換されると共に、増幅器ＡＭＰ２１〜２２で増幅され高周波信号として送信される。
【０００３】
各ミキサＭＸ１１〜１２、２１〜２２においては、これら受信信号や送信信号と、他の周波数信号とをヘテロダインの原理を利用して混合することにより、受信信号を復調器にて処理可能な周波数に変換し、また送信信号を高周波信号として送信している。送信信号や受信信号と混合される周波数信号は、例えばＶＣＯ（voltage controlled oscillator）を備えたＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を含む周波数シンセサイザなどから出力される。図１２に示した高周波無線装置の例においては、周波数シンセサイザＦＲＸ２〜３、ＦＴＸ２〜３が各ミキサＭＸ１１〜１２、２１〜２２に入力される周波数信号を生成している。
【０００４】
これらの周波数シンセサイザＦＲＸ２〜３、ＦＴＸ２〜３のうち、例えば受信信号の入力端に近いミキサＭＸ１１や、送信信号の出力端に近いミキサＭＸ２２にて受信信号、送信信号と混合される周波数信号は、受信端における受信信号や送信端における送信信号の周波数に近い、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの高周波となる場合がある。このように高周波の周波数信号を出力する周波数シンセサイザＦＲＸ２、ＦＴＸ３においては、例えば２つの周波数シンセサイザから出力された周波数Ｆ１、Ｆ２の周波数信号をミキサにて混合し、周波数Ｆ１＋Ｆ２の周波数信号を取り出して、受信信号や送信信号との混合に利用することが多い。
【０００５】
このように、２つの周波数シンセサイザから出力された周波数信号を混合して希望の周波数を持つ信号を得る周波数シンセサイザシステムにおいては、ミキサから出力される信号中に、目的のＦ１＋Ｆ２の周波数を持つ周波数信号に加えて不要信号、即ちスプリアス成分が含まれている。このため例えば当該ミキサから出力された周波数信号は、バンドパスフィルタにて不要なスプリアスが除去され、増幅器にて増幅されてから受信系統側の復調器に入力され、送信系統側は送信信号として出力される。
【０００６】
そしてこのとき用いられるバンドパスフィルタは挿入損失が小さく、増幅器のゲインが小さくて済むようにすることが周波数シンセサイザを全体で見たときの電力効率がよくなる。後述するようにバンドパスフィルタは、通過帯域幅が狭いものほど挿入損失が大きくなる一方、通過帯域幅が広いと挿入損失が小さくなる傾向がある。そこで２つの周波数シンセサイザを利用する周波数シンセサイザシステムは、例えば設定周波数Ｆ１＋Ｆ２の近傍に信号レベルの大きなスプリアスが発生しない周波数Ｆ１、Ｆ２の組み合わせを設計段階で探索し、各周波数シンセサイザの発振周波数を固定することにより、挿入損失の小さなバンドパスフィルタを採用して周波数シンセサイザの効率を高めている。
【０００７】
しかしながら設計段階における各周波数シンセサイザの周波数Ｆ１、Ｆ２の選択は、設計者の経験に基づいて試行錯誤的に選択される場合が多く、時間的な労力が大きかった。また、無線通信に利用される高周波信号の広帯域化などに伴い、周波数変換に利用されるローカル信号の周波数を必要に応じて変更することが可能な周波数シンセサイザシステムが必要にもなってきている。このとき２つの周波数信号の混合により発生するスプリアスは、混合前の各信号の周波数Ｆ１、Ｆ２によりそのスプリアス周波数やスプリアスレベルが変化するため、設計時の状態から周波数を変更すると、十分にスプリアスを除去できなかったり、仮にスプリアスを除去できたとしても予め備わっているバンドパスフィルタでは必要以上に挿入損失が大きくなったりしてしまう場合がある。
【０００８】
ここで引用文献１には、変調器などから出力された送信信号を、２つの周波数シンセサイザを用いて所定の周波数にまで周波数変換する際に、これら２つの周波数シンセサイザから出力される周波数信号中に含まれるスプリアスが最も小さくなる周波数の組み合わせを選択する手法が記載されている。しかしながら、引用文献１に記載の技術は、例えばＤＤＳ（Direct Digital Synthesizer）などの出力中に予め含まれるスプリアスが送信信号へ与える影響を低減するために、このスプリアスが少ない周波数の組み合わせを探索するものである。このため、２つの周波数シンセサイザから出力された周波数信号をミキサで混合してから出力する周波数シンセサイザにおいて、ミキサで発生するスプリアスを除去するのに適したバンドパスフィルタを選択する手法についてはなんら記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２５３３５６号公報：請求項１、段落００２９〜段落００３２、図２、図３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、設定された周波数に応じて、適切なバンドパスフィルタを選択することが可能な周波シンセサイザシステム及び周波数信号の出力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る周波数シンセサイザシステムは、周波数設定部により設定した周波数の周波数信号を出力する周波数シンセサイザシステムにおいて、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザと、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定した周波数の周波数信号を含む混合信号を出力するミキサと、
このミキサから出力された混合信号に含まれるスプリアス成分を低減するために設けられた互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタと、
前記ミキサから出力される混合信号に前記設定した周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択して前記第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザの設定とする周波数選択部と、
この周波数選択部にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、前記複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択するフィルタ選択部と、を備えたことを特徴とする。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【００１２】
前記周波数シンセサイザシステムは、以下の特徴を備えていてもよい。
（ａ）前記周波数選択部は、前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせの複数の候補から、前記設定周波数の周波数信号に隣接するスプリアス成分の信号レベルが最も小さくなる周波数の組み合わせを選択すること。
（ｂ）前記複数のバンドパスフィルタは、通過帯域幅が狭くなるに連れて、スプリアスレベルが小さくなること。またこのとき、前記フィルタ選択部は、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタから順に前記混合信号を処理したときにスプリアス成分の信号レベルが予め設定したレベル以下まで低減できるか否かを判断して当該混合信号を処理するバンドパスフィルタの選択を行うこと。
（ｃ）前記ミキサとバンドパスフィルタとの間には、ミキサから出力された混合信号を２つの系統に分配する分配器と、この分配器にて分配された一方側の系統の混合信号のうち、スプリアス成分の位相を１８０度反転させて得た反転信号を出力する位相反転部と、この位相反転部から出力された反転信号と、前記分配器にて分配された他方側の系統の混合信号とを合成し、混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベルを低減する合成器と、を備えたこと。
【００１３】
次いで、他の発明に係る周波数信号の出力方法は、設定された周波数の周波数信号を出力する周波数信号の出力方法において、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する工程と、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定された周波数の周波数信号を含む混合信号を出力する工程と、
前記混合信号に前記設定された周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する工程と、
この工程にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択する工程と、を含むことを特徴とする。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、２つの周波数シンセサイザから出力された第１、第２の周波数信号をミキサにて混合して、設定された周波数の周波数信号を出力するにあたり、予め設定した周波数範囲内に、所定の式で表されるスプリアス成分が存在しないこととなる第１、第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する。この結果、前記周波数範囲内にスプリアス成分が存在する場合と比較して、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタを選択することが可能となり、バンドパスフィルタによる処理に起因する挿入損失の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムの構成例を示すブロック図である。
【図２】前記周波数シンセサイザシステムに設けられている切り替えフィルタ部の構成例を示すブロック図である。
【図３】前記切り替えフィルタ部に設けられているバンドパスフィルタの通過特性を模式的に示した特性図である。
【図４】前記周波数シンセサイザシステム内に設けられている２つの周波数シンセサイザの周波数を設定する動作の流れを示すフロー図である。
【図５】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の周波数の例を示す第１の説明図である。
【図６】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の周波数の例を示す第２の説明図である。
【図７】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の周波数の例を示す第３の説明図である。
【図８】前記周波数シンセサイザシステムに設けられているミキサにて発生するスプリアス成分のＳ／Ｎ比を示す説明図である。
【図９】前記２つの周波数シンセサイザの周波数を変更したときに発生するスプリアス成分の信号レベルの分布を示す説明図である。
【図１０】他の実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムの構成例を示すブロック図である。
【図１１】前記切り替えフィルタ部の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムを備えた高周波無線装置の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
初めに、図１のブロック図を参照しながら本実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムの構成について説明する。本例の周波数シンセサイザシステムは、例えば数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの範囲の例えば１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの範囲において、設定された周波数（設定周波数）の周波数信号を出力する機能を備えており、例えば０．１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲の低周波数領域において第１の周波数信号を出力する低周波シンセサイザ１と、例えば４ＧＨｚ〜９ＧＨｚの範囲の高周波領域において第２の周波数信号を出力する高周波シンセサイザ２と、これら低周波シンセサイザ１から出力された第１の周波数信号と、高周波シンセサイザ２から出力された第２の周波数信号とを混合して、予め設定された周波数の周波数信号及びそのスプリアス成分を含む信号（以下、混合信号という）を出力するミキサ５３と、この混合信号中のスプリアス成分を低減するための複数のＢＰＦ６１１〜６１４が設けられた切り替えフィルタ部６と、を備えている。
【００１７】
低周波シンセサイザ１は、制御電圧の大きさに応じた周波数信号を出力する電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator；以下、ＶＣＯという）１１と、このＶＣＯ１１から出力された周波数信号を、基準発振器３から出力された基準信号と比較して両信号の位相差を取り出す位相比較器１２と、この位相比較器１２にて取り出された位相差を積分し、この積分値に応じた電圧をＶＣＯ１１に出力するループフィルタ１３とを備えた公知のＰＬＬ回路として構成されている。
【００１８】
ＶＣＯ１１からは、予め選択された周波数（Ｆ１）を持つ第１の周波数信号が出力される。図１中、１６は基準発振器３からの基準信号をアナログ信号に変換すると共に、設定された分周数に応じて当該基準信号を出力するＤ／Ａコンバータである。低周波シンセサイザ１は、既述の０．１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲の第１の周波数信号を例えば０．０１ＧＨｚ単位で変更することができるようになっており、本実施の形態の第１の周波数シンセサイザに相当する。
【００１９】
また高周波シンセサイザ２についても、ＶＣＯ２１と位相比較器２３とループフィルタ２４とを備えた公知のＰＬＬ回路として構成されている。但し、ＶＣＯ２１の出力を１／Ｍに分周してから位相比較器２３に入力する分周器２２を備えている点が既述の低周波シンセサイザ１とは異なる。分周器２２は、予め設定された範囲で分周数Ｍを任意の整数に変更することが可能となっており、この分周数の変更により、位相比較する周波数を増減できる。
【００２０】
低周波シンセサイザ１の場合と同様にＶＣＯ２１からは予め選択された周波数（Ｆ２）を持つ第２の周波数信号が出力される。また基準発振器３と位相比較器２３との間には、基準発振器３の信号に基づくアナログ信号を出力する不図示のＤ／Ａコンバータが設けられており、基準信号はアナログ信号に変換されてから位相比較器２３に入力される。高周波シンセサイザ２は、既述の４ＧＨｚ〜９ＧＨｚの範囲の周波数信号を例えば０．０１ＧＨｚ単位で変更することができるようになっており、本実施の形態の第２の周波数シンセサイザに相当する。ここで各シンセサイザ１、２のＶＣＯ１１、２１の出口側には、ＶＣＯ１１、２１から出力された周波数信号を予め設定された逓倍数分だけ逓倍する逓倍回路を設けてもよい。また、例えば０．１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの低周波領域の周波数信号を設定周波数とする場合は、高周波シンセサイザ２を停止して、低周波シンセサイザ１のみを作動させてもよい。
【００２１】
ミキサ５３は、低周波シンセサイザ１から出力された第１の周波数信号（周波数Ｆ１）と、高周波シンセサイザ２から出力された第２の周波数信号（周波数Ｆ２）と、をヘテロダインの原理により混合し、周波数Ｆ１＋Ｆ２の周波数信号を出力する機能を備えている。ここで図１に示した５１、５２は、低周波シンセサイザ１及び高周波シンセサイザ２から第１、第２の周波数信号と共に出力されるスプリアス成分を除去するバンドパスフィルタ（Band Pass Filter；以下、ＢＰＦという）、５５はＢＰＦ５２にてスプリアス成分が除去された後の第２の周波数信号を増幅するための増幅器、５４はこの増幅器５５にて発生した高調波スプリアス成分を除去するためのローパスフィルタ（Low Pass Filter；以下ＬＰＦという）である。
【００２２】
第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合するミキサ５３では、スプリアスの原理に基づいてこれらの信号を混合することに伴って、Ｆ１、Ｆ２の値に応じて、下記（１）式で表されるスプリアス成分が発生する。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜ …（１）
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但しｍ、ｎは、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【００２３】
ここで（１）式を見て分かるとおり、ミキサ５３にて発生するスプリアス成分の周波数は、第１、第２の周波数信号の各周波数（Ｆ１、Ｆ２）の値によって変化する。このため、例えば既述のように、数ＧＨｚの範囲にわたってＦ１及びＦ２の値が広範囲に変化する２つの周波数シンセサイザ１、２を利用して設定周波数の周波数信号を得る周波数シンセサイザシステムにおいては、スプリアス成分の周波数も広範囲に変化する可能性がある。
【００２４】
そこで本実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムには、例えば設定周波数に応じて通過帯域の異なる複数のＢＰＦを備えた切り替えフィルタ部６が設けられている。そしてこれら複数のＢＰＦから適切なＢＰＦを選択して、ミキサ５３から出力された混合信号に含まれるスプリアス成分を除去することにより、設定周波数Ｆ１＋Ｆ２に調整された、純度の高い周波数信号を出力することができるようになっている。
【００２５】
図２に構成例を示すように切り替えフィルタ部６は、例えば通過帯域が異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４と、これらＢＰＦ６１１〜６１４の前後に設けられた切り替えスイッチ６２１、６２２と、を備えている。切り替えスイッチ６２１、６２２は、ミキサ５３から出力された混合信号を選択されたＢＰＦ６１１〜６１４に入力し、また選択されたＢＰＦ６１１〜６１４にて処理された混合信号を、設定周波数の周波数信号として取り出す役割を果たす。これら通過帯域の異なるＢＰＦ６１１〜６１４は、例えば当該周波数シンセサイザシステムから出力可能な設定周波数の範囲をカバーするように設けられている。
【００２６】
ここで本実施の形態の切り替えフィルタ部６は、既述のように通過帯域の異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４が設けられると共に、共通の通過帯域を有し、通過帯域幅が異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４を備えている。例えば図３には、中心周波数が共通し、通過帯域幅が異なる３種類のＢＰＦ６１１〜６１３の周波数特性を模式的に示している。
【００２７】
例えば図３（ａ）に示す第１のＢＰＦ６１１は、周波数信号の減衰量が−２０ｄＢとなる周波数帯域（減衰帯域）が、中心周波数±５００ＭＨｚよりも外側の帯域に存在し、他の２つのＢＰＦ６１２、６１３と比較して通過帯域幅も広い。また、図３（ｂ）に示す第２のＢＰＦ６１２では、減衰帯域は中心周波数±３００ＭＨｚよりも外側の帯域に位置しており、中程度の通過帯域幅を有している。そして図３（ｃ）に示す第３のＢＰＦ６１３の減衰帯域は、中心周波数±１００ＭＨｚより外側の帯域にあり、他の２つのＢＰＦ６１１、６１２と比較して通過帯域幅が最も狭い。
【００２８】
一般的に、このように通過帯域幅の異なるＢＰＦ６１１〜６１３の挿入損失を比較すると、通過帯域幅が広いものほど挿入損失が小さく、通過帯域幅が狭くなるに連れて挿入損失が大きくなっていく。図３（ａ）〜図３（ｃ）に記載のＢＰＦ６１１〜６１３も、第１のＢＰＦ６１１（挿入損失−１．０ｄＢ）→第２のＢＰＦ６１２（挿入損失−２．０ｄＢ）→第３のＢＰＦ６１３（挿入損失−３．０ｄＢ）と、通過帯域幅が狭くなるに連れて挿入損失が大きくなっている。
【００２９】
一方で（１）式を用いて説明したように、ミキサ５３から出力される混合信号中に含まれているスプリアス成分の周波数は、第１、第２の周波数信号の周波数（Ｆ１、Ｆ２）によって大きく変化する。従って、スプリアス成分は、これらＦ１、Ｆ２の周波数の選択によって、設定周波数の近傍位置に発生する場合もあれば、設定周波数から遠い位置に発生する場合もある。
【００３０】
このとき例えばＢＰＦ６１１〜６１３で既述の混合信号を処理すると、混合信号に含まれるスプリアス成分のスプリアスレベルは、通過帯域幅が大きいものほど大きくなる一方で、通過帯域幅が狭くなるに連れてスプリアスレベルを小さくすることができる。そこで例えば第３のＢＰＦ６１３相当の最も通過帯域幅の狭いＢＰＦを設定周波数の可変範囲をカバーするように複数個設け、一律に通過帯域幅の狭いＢＰＦを用いてミキサ５３から出力される混合信号を処理するようにすれば、どの位置にスプリアス成分が発生したとしてもスプリアス成分を予め設定したレベル以下まで低減できる可能性は高い。しかしながら既述のように通過帯域幅の狭いＢＰＦは挿入損失が大きく、設定周波数の周波数信号の減衰量も大きいため、濾波後の周波数信号を所定の信号レベルまで増幅する際の増幅量が増大し、増幅処理の際に再び高調波スプリアスが発生してしまうおそれもある。
【００３１】
したがって、設定周波数の近傍にスプリアス成分が存在しない場合には、スプリアス成分を設定レベル以下まで低減でき、且つ、できるだけ通過帯域幅の広いＢＰＦを選択して、挿入損失を抑えることが好ましい。そこで本実施の形態に係る切り替えフィルタ部６には、図２に示すように周波数帯域の位置、及び通過帯域幅が異なるＮ個のＢＰＦ６１１〜６１４が設けられている。本例に係る切り替えフィルタ部６は、例えば図３（ａ）〜図３（ｃ）に例示した通過帯域幅が広、中、狭の３種類のＢＰＦ６１１〜６１３の各々について、設定周波数の可変範囲をカバーするように通過帯域の異なるＢＰＦを備えている。
【００３２】
さらに本実施の形態の周波数シンセサイザシステムは、図１に示すように例えばＣＰＵとメモリとを備えたコンピュータなどからなる制御部４を備えている。制御部４は、低周波シンセサイザ１のＤ／Ａコンバータ１６への周波数データの設定や、位相比較器１２の比較周波数の設定を行うことにより、低周波シンセサイザ１から出力される第１の周波数信号の周波数をＦ１に設定し、また高周波シンセサイザ２の分周器２２の分周数Ｍを設定することにより第２の周波数信号の周波数をＦ２に設定する機能を備えている。また制御部４には、外部から設定周波数（Ｆ１＋Ｆ２）の入力を受け付けるインターフェース部４３が接続されており、前記Ｆ１、Ｆ２はこの設定周波数に基づいて選択される。この観点においてインターフェース部４３は本実施の形態の周波数設定部に相当している。
【００３３】
さらに前記制御部４は、ミキサ５３から出力される混合信号中に含まれるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる周波数Ｆ１とＦ２との組み合わせを選択する周波数選択部４１としての機能と、この周波数選択部４１にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベル（スプリアスレベル）を予め設定したレベル以下まで低減するために、切り替えフィルタ部６にて濾波処理を実行するＢＰＦ６１１〜６１４を選択するフィルタ選択部４２としての機能と、を備えている。以下、図４に示すフロー図及び図５〜図９を参照しながら周波数選択部４１やフィルタ選択部４２の作用について説明する。
【００３４】
例えば本周波数シンセサイザシステムの製造、出荷時における設定周波数の調整や、既に設定されている設定周波数を変更する場合などに際し（図４のスタート）、まずインターフェース部４３から設定周波数の入力を受け付ける（ステップＳ１）。次いで例えば設定周波数±２％の周波数範囲内に、前記（１）式で表されるスプリアス成分が存在しないＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択するといった、Ｆ１、Ｆ２の選択条件を受け付ける（ステップＳ２）。本例では例えば設定周波数を６．７３ＧＨｚ（６７３０ＭＨｚ、以下、Ｆ１、Ｆ２はＭＨｚ単位で表す）とし、この±２％の範囲、即ち６７３０±１３４．６ＭＨｚの範囲内に前記スプリアス成分が存在しない組み合わせを選択する場合を例にとって説明する。
【００３５】
以上の条件が選択されたら、例えば予め設定されたデフォルトのＦ１、Ｆ２の組み合わせ（例えばＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚ）を起点にして、Ｆ１＋Ｆ２＝６７３０ＭＨｚを維持しつつ例えば６０ＭＨｚ刻みでＦ１、Ｆ２の値を変化させ、例えばｍ＋ｎ≦１５の範囲で（１）式に基づいてスプリアス成分の発生する周波数の位置を計算し、制御部４のメモリ内に記憶する（ステップＳ３）。
【００３６】
図５（ａ）は、Ｆ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚの場合において、ｍ＝１〜１０、ｎ＝１〜５まで変化させたときの｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜で表される設定周波数及びスプリアス成分の周波数を示している。また図５（ｂ）は、このときの｜ｍＦ１−ｎＦ２｜で表されるスプリアス成分の周波数を示している。図５（ａ）、図５（ｂ）において、設定周波数は二重枠線で囲んだカラム内に示し、設定周波数±２％以内の周波数領域に存在するスプリアス成分は黒塗りのカラム内に示す。また、設定周波数±２％の外側であり、且つ設定周波数±５％以内の周波数領域に存在するスプリアス成分を薄いグレーで塗りつぶしたカラム内に示し、設定周波数±５％の外側であり、且つ設定周波数±１０％以内の周波数領域に存在するスプリアス成分を濃いグレーで塗りつぶしたカラム内に示す。
【００３７】
図５（ａ）、図５（ｂ）に示した例では、設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分は存在しない。また、Ｆ１＝１６０ＭＨｚと小さく、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚと設定周波数に比較的近いことから、設定周波数±２％の外側、且つ、設定周波数±１０％以内の周波数領域では、Ｆ２自身及び｜ｍＦ１±Ｆ２｜のスプリアス成分が支配的となっていることが分かる。
【００３８】
一方、図６（ａ）、図６（ｂ）は、Ｆ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの場合のスプリアス成分の周波数を、図５と同様の手法により示したものである。この例においても設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分は存在しないが、設定周波数±２％の外側、且つ、設定周波数±１０％以内の周波数領域では、ｎやｍの値が高次の位置にスプリアス成分が発生していることが分かる。
【００３９】
次いで図７（ａ）、図７（ｂ）はＦ１＝２２００ＭＨｚ、Ｆ２＝４５３０ＭＨｚの場合のスプリアス成分の周波数を、図５と同様の手法により示したものであり、本例では設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分が発生することが分かる。
このように、例えばＦ１＝１６０ＭＨｚ〜２２００ＭＨｚの範囲で６０ＭＨｚ毎に変化させると、例えば図４に示したステップＳ３においては３４パターンのＦ１、Ｆ２の組み合わせについてスプリアス成分の位置が計算されることになる。但し、以下の説明においては簡単のため図５〜図７に示した３種類のＦ１、Ｆ２の組み合わせから第１、第２の周波数信号の周波数を決定する場合について説明する。
【００４０】
ステップＳ３においてＦ１、Ｆ２の組み合わせごとにスプリアス成分の位置を計算したら、これらの組み合わせの中からＦ１、Ｆ２の選択条件（本例では設定周波数±２％以内の周波数領域にスプリアス成分が存在しないこと）を満たすＦ１、Ｆ２の組み合わせが存在するか否かを判断する（ステップＳ４）。選択条件を満たすＦ１、Ｆ２が存在しない場合には（ステップＳ４；ＮＯ）、例えばインターフェース部４３にエラー表示等を出力し、設定周波数の±５％以内の周波数領域にスプリアス成分が発生しないＦ１、Ｆ２の組を選択するように選択条件を緩和するなど、選択条件の変更を受け付けて（ステップＳ５）、再度当該条件を満たすＦ１、Ｆ２が存在するか否かを判断する（ステップＳ４）。
【００４１】
一方、現在検討している図５〜図７に例示したＦ１、Ｆ２の組み合わせにおいては、図７の場合を除いて、図５に示したＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚの場合と、図６に示したＦ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの場合とにおいて、設定周波数±２％の周波数領域にスプリアス成分が存在しないという選択条件を満たしている（ステップＳ４；ＹＥＳ）。
【００４２】
そこでこの選択条件を満たすＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択候補とし、これらの選択候補について、先のステップＳ３で記憶しておいたスプリアス成分の周波数の分布と、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、予め制御部４内のメモリ等に記憶しておいたミキサ５３のスプリアス特性と、を用い各選択候補におけるスプリアス成分の信号レベルの分布を計算する（ステップＳ６）。ここで図８（ａ）、図８（ｂ）に例示したスプリアス特性は、設定周波数の周波数信号を０とした場合のＳＮ比をデシベル単位で示したものである。
【００４３】
図９（ａ）は、図５に示したＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚの場合におけるスプリアス成分の信号レベル分布を示しており、図９（ｂ）は図６に示したＦ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの場合におけるスプリアス成分の信号レベル分布を示している。また参考のため、図９（ｃ）にはステップＳ６で選択されなかった、図７に示したＦ１＝２２００ＭＨｚ、Ｆ２＝４５３０ＭＨｚの場合のスプリアス成分の信号レベル分布を示してある。
【００４４】
こうしてスプリアス成分の信号レベルの分布が計算されたら、設定周波数に最も近いスプリアス成分の信号レベルが最小となる選択候補を選ぶ（ステップＳ７）。図９（ａ）、図９（ｂ）から、Ｆ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの選択候補の方が、設定周波数近傍のスプリアス成分の信号レベルが小さいことが分かる。
【００４５】
そこでこのＦ１＝１３００ＭＨｚ、Ｆ２＝５４３０ＭＨｚの選択候補を選択する一方（ステップＳ７）、通過帯域中に設定周波数を含み、通過帯域幅が最大のＢＰＦ（例えば第１のＢＰＦ６１１）を選択する（ステップＳ８）。そして図９（ａ）の計算結果に基づき、ステップＳ７にて選択された選択候補Ｆ１、Ｆ２をミキサ５３にて混合して得られる混合信号に対し、ステップＳ８にて選択されたＢＰＦを用いて処理を行った場合のスプリアス成分の信号レベルを計算する（ステップＳ９）。
【００４６】
この結果、混合信号をＢＰＦで濾波した後の全スプリアス成分の信号レベルが予め設定した目標値以下（例えば−２０ｄＢ以下）とならない場合には（ステップＳ１０；ＮＯ）、通過帯域中に設定周波数を含み、通過帯域幅がひと回り狭いＢＰＦの選択を試みる（ステップＳ１１）。切り替えフィルタ部６にこの条件を満たすＢＰＦ（例えば第２のＢＰＦ６１２）が存在する場合には（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、当該ＢＰＦを用いて再度選択候補Ｆ１、Ｆ２の混合信号を処理した時のスプリアス成分の信号レベルを計算し（ステップＳ９）、当該信号レベルが目標値以下となるか否かを再度判断する（ステップＳ１０）。
【００４７】
一方、ステップＳ１１にて選択が試みられた条件を満たすＢＰＦが切り替えフィルタ部６内に存在しない場合には、現在、スプリアス成分の信号レベルを計算しているＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択候補から削除し（ステップＳ１３）、残る選択候補の中から設定周波数に最も近いスプリアス成分の信号レベルが最小となる選択候補を選ぶ（ステップＳ７）。本例の場合には、図９（ａ）に示したＦ１＝１６０ＭＨｚ、Ｆ２＝６５７０ＭＨｚが次の選択候補として選択されることになる。そして、新たに選択されたＦ１、Ｆ２の選択候補に対して、ステップＳ８〜Ｓ１３の動作が再度実行される。
【００４８】
以上に説明した動作の結果、選択候補Ｆ１、Ｆ２をミキサ５３で処理して得られた混合信号に対し、当該混合信号をＢＰＦで濾波した後の全スプリアス成分の信号レベルが目標値以下となったら（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、第１、第２の周波数信号の周波数が各々Ｆ１、Ｆ２となるように低周波シンセサイザ１及び高周波シンセサイザ２の設定を行い（ステップＳ１４）、周波数の設定動作を終える（エンド）。
【００４９】
本実施の形態に係る周波数シンセサイザシステムによれば以下の効果がある。２つの周波数シンセサイザ１、２から出力された第１、第２の周波数信号をミキサ５３にて混合して、設定周波数の周波数信号を出力するにあたり、予め設定した周波数範囲内（例えば設定周波数±２％の周波数範囲内）に、前述の（１）式で表されるスプリアス成分が存在しないこととなる第１、第２の周波数信号の周波数Ｆ１、Ｆ２の組み合わせが選択される。この結果、当該周波数範囲内にスプリアス成分が存在する場合と比較して、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタを選択することが可能となり、バンドパスフィルタによる処理に起因する挿入損失の低減を図ることができる。
【００５０】
ここで周波数シンセサイザシステムは、図１０に示すように、各周波数Ｆ１、Ｆ２が可変に構成された低周波シンセサイザ１及び高周波シンセサイザ２の出口に設けられＢＰＦ５１、５２についても、複数のＢＰＦ５１、５２の中から適切なＢＰＦ５１、５２を選択する切り替えフィルタ部５６、５７を設ける構成としてもよい。この場合には、異なる通過帯域を持つＢＰＦ５１、５２の中から、選択されたＦ１、Ｆ２に応じた通過帯域を持つＢＰＦ５１、５２が選択される。
【００５１】
また例えば図１１に示すように、ミキサ５３の出口に設けられた切り替えフィルタ部６において、各ＢＰＦ６１１〜６１４の入口に、ミキサ５３にて発生したスプリアス成分の信号レベルを予め低減する機構を設けてもよい。図１１に示した例では、当該機構は、ミキサ５３から出力された混合信号を２つの系統に分配する分配器６３と、この分配器から出力された一方側の混合信号中に含まれる周波数成分の位相を反転する位相反転器６４と、この位相反転器６４から出力された信号から設定周波数の周波数信号を除去するＢＥＦ（Band Elimination Filter）６５と、このＢＥＦ６５の出力と分配器６３の他方側の出力とを合成する合成器６６とを備えている。これにより、分配器６３の他方側の出力のスプリアス成分と、分配器６３の一方側の出力のスプリアス成分の位相を１８０°反転して得られた信号とが合成され、混合信号中のスプリアス成分の信号レベルが相殺されたうえで各ＢＰＦ６１１〜６１４に入力される。この結果、上述のスプリアスの低減機構を設けない場合と比較して、通過帯域幅の広いＢＰＦ６１１〜６１４を採用することが可能となり、ＢＰＦ６１１〜６１４を設けることによる挿入損失を低減できる。
【００５２】
また、図５〜図７に示したスプリアス成分の周波数や図９に示したスプリアス成分の信号レベルは、Ｆ１、Ｆ２の選択の際に計算を実行する場合に限定されない。例えばＦ１、Ｆ２の変化幅が大きく、Ｆ１、Ｆ２の組み合わせの数が少ない場合などにおいては、制御部４内のメモリに図９に示したスプリアス成分の位置とその信号レベルを記憶しておいてもよい。
【００５３】
また、Ｆ１、Ｆ２の選択候補の中から、当該Ｆ１、Ｆ２の組み合わせ、及びこの組み合わせにおいてミキサ５３から出力される混合信号を処理するＢＰＦ６１１〜６１４を選択する手法は、図４のステップＳ６〜ステップＳ１３を用いて説明した手法に限定されるものではない。例えば選択条件を満たすＦ１、Ｆ２の選択候補の全てについて網羅的にスプリアス成分の信号レベルを計算し、これらの計算結果の全てについいて、通過帯域幅の異なるＢＰＦ６１１〜６１４を用いて混合信号の濾波を行った場合のスプリアス成分の信号レベルを計算してもよい。この場合は、例えば、スプリアス成分の信号レベルが目標値以下となったＦ１、Ｆ２のすべての組み合わせ及びその混合信号を処理可能なＢＰＦ６１１〜６１４の中から、例えば挿入損失が最も小さなＢＰＦ６１１〜６１４とこのＢＰＦ６１１〜６１４で処理可能なＦ１、Ｆ２の組み合わせを選択する手法などが考えられる。
【００５４】
また第１の周波数シンセサイザや第２の周波数シンセサイザは、図１に示した低周波シンセサイザ１や高周波シンセサイザ２のようにＰＬＬ回路を用いて構成する場合に限定されない。例えば不図示の波形テーブルに正弦波の振幅データを位相データに対応付けて記憶しておき、基準発振器３からのクロック信号の入力タイミング毎に予め設定された位相幅データを累積加算して得た位相データに基づいて振幅データを読み出し、ディジタル周波数信号を出力するＤＤＳなどを採用してもよいことは勿論である。
【００５５】
さらにまた、周波数シンセサイザシステム内に通過帯域幅が異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４を備えることは必須の要件ではない。例えば通過帯域幅の異なる複数のＢＰＦ６１１〜６１４の選択候補の通過特性を制御部４のメモリ内に記憶しておき、図４に例示したフロー図で選択されたＢＰＦ６１１〜６１４を周波数シンセサイザシステムに組み込む場合も本実施の形態の周波数信号の出力方法に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 低周波シンセサイザ
１１ ＶＣＯ
１２ 位相比較器
１３ ループフィルタ
２ 高周波シンセサイザ
２１ ＶＣＯ
２２ 分周器
２３ 位相比較器
２４ ループフィルタ
３ 基準発振器
４ 制御部
４１ 周波数選択部
４２ フィルタ選択部
４３ インターフェース部
６ 切り替えフィルタ部
６１１〜６１４
第１〜第ＮのＢＰＦ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数設定部により設定した周波数の周波数信号を出力する周波数シンセサイザシステムにおいて、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザと、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定した周波数の周波数信号を含む混合信号を出力するミキサと、
このミキサから出力された混合信号に含まれるスプリアス成分を低減するために設けられた互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタと、
前記ミキサから出力される混合信号に前記設定した周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択して前記第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザの設定とする周波数選択部と、
この周波数選択部にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、前記複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択するフィルタ選択部と、を備えたことを特徴とする周波数シンセサイザシステム。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【請求項２】
前記周波数選択部は、前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせの複数の候補から、前記設定周波数の周波数信号に隣接するスプリアス成分の信号レベルが最も小さくなる周波数の組み合わせを選択することを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項３】
前記複数のバンドパスフィルタは、通過帯域幅が狭くなるに連れて、スプリアスレベルが小さくなることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項４】
前記フィルタ選択部は、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタから順に前記混合信号を処理したときにスプリアス成分の信号レベルが予め設定したレベル以下まで低減できるか否かを判断して当該混合信号を処理するバンドパスフィルタの選択を行うことを特徴とする請求項３に記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項５】
前記ミキサとバンドパスフィルタとの間には、ミキサから出力された混合信号を２つの系統に分配する分配器と、この分配器にて分配された一方側の系統の混合信号のうち、スプリアス成分の位相を１８０度反転させて得た反転信号を出力する位相反転部と、この位相反転部から出力された反転信号と、前記分配器にて分配された他方側の系統の混合信号とを合成し、混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベルを低減する合成器と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項６】
設定された周波数の周波数信号を出力する周波数信号の出力方法において、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する工程と、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定された周波数の周波数信号を含む混合信号を出力する工程と、
前記混合信号に前記設定された周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する工程と、
この工程にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択する工程と、を含むことを特徴とする周波数信号の出力方法。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【請求項１】
周波数設定部により設定した周波数の周波数信号を出力する周波数シンセサイザシステムにおいて、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザと、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定した周波数の周波数信号を含む混合信号を出力するミキサと、
このミキサから出力された混合信号に含まれるスプリアス成分を低減するために設けられた互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタと、
前記ミキサから出力される混合信号に前記設定した周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択して前記第１の周波数シンセサイザ及び第２の周波数シンセサイザの設定とする周波数選択部と、
この周波数選択部にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、前記複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択するフィルタ選択部と、を備えたことを特徴とする周波数シンセサイザシステム。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【請求項２】
前記周波数選択部は、前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせの複数の候補から、前記設定周波数の周波数信号に隣接するスプリアス成分の信号レベルが最も小さくなる周波数の組み合わせを選択することを特徴とする請求項１に記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項３】
前記複数のバンドパスフィルタは、通過帯域幅が狭くなるに連れて、スプリアスレベルが小さくなることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項４】
前記フィルタ選択部は、通過帯域幅の広いバンドパスフィルタから順に前記混合信号を処理したときにスプリアス成分の信号レベルが予め設定したレベル以下まで低減できるか否かを判断して当該混合信号を処理するバンドパスフィルタの選択を行うことを特徴とする請求項３に記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項５】
前記ミキサとバンドパスフィルタとの間には、ミキサから出力された混合信号を２つの系統に分配する分配器と、この分配器にて分配された一方側の系統の混合信号のうち、スプリアス成分の位相を１８０度反転させて得た反転信号を出力する位相反転部と、この位相反転部から出力された反転信号と、前記分配器にて分配された他方側の系統の混合信号とを合成し、混合信号に含まれるスプリアス成分の信号レベルを低減する合成器と、を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の周波数シンセサイザシステム。
【請求項６】
設定された周波数の周波数信号を出力する周波数信号の出力方法において、
第１の周波数信号及び第２の周波数信号を夫々出力する工程と、
前記第１の周波数信号と第２の周波数信号とを混合して前記設定された周波数の周波数信号を含む混合信号を出力する工程と、
前記混合信号に前記設定された周波数の周波数信号が含まれるように前記第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数を変化させて、当該混合信号に含まれる下記式で表されるスプリアス成分が予め設定した周波数範囲内に存在しないこととなる第１の周波数信号及び第２の周波数信号の周波数の組み合わせを選択する工程と、
この工程にて選択された周波数の組み合わせから得られる混合信号に含まれる前記スプリアス成分の信号レベルを予め設定したレベル以下まで低減するために、互いに通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタから当該混合信号を処理するバンドパスフィルタを選択する工程と、を含むことを特徴とする周波数信号の出力方法。
ＦＳ＝｜ｍＦ１±ｎＦ２｜
但し、ＦＳ；スプリアス成分の周波数、Ｆ１；第１の周波数信号の周波数、Ｆ２；第２の周波数信号の周波数、ｍ、ｎ；０または自然数（但し、少なくとも一方が１以上であり、｜ｍＦ１＋ｎＦ２｜の場合はｍ＝ｎ＝１を含まない）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−２１１４１７（Ｐ２０１１−２１１４１７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５９７４（Ｐ２０１０−７５９７４）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００２３２４８３）日本電波工業株式会社 (1,148)
【Ｆターム（参考）】
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