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技術 高精度振幅位相変調器、高精度振幅位相検出器、高精度振幅位相検出方法

出願人 国立研究開発法人理化学研究所
発明者 大島隆
出願日 2007年7月23日 (13年4ヶ月経過) 出願番号 2007-191105
公開日 2009年2月5日 (11年9ヶ月経過) 公開番号 2009-027623
状態 未査定
技術分野 交流方式デジタル伝送
主要キーワード 振幅増幅器 振幅増幅率 I信号 Q信号 振幅減衰 実証実験 IQ変調器 設定精度
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図面 (15)

課題

ビット数が比較的少ないDA変換器を用いて基準信号振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器を提供する。

解決手段

本発明の高精度振幅位相変調器は、基準信号を分配して第1基準信号と第2基準信号を出力する第1分配器と、第1デジタル信号DA変換して第1アナログ信号を出力する第1DA変換器と、第1アナログ信号に基づいて第1基準信号の振幅位相変調を行って第1変調信号を出力する第1振幅位相変調器と、第2デジタル信号をDA変換して第2アナログ信号を出力する第2DA変換器と、第2アナログ信号に基づいて第2基準信号の振幅位相変調を行って第2変調信号を出力する第2振幅位相変調器と、第1変調信号と第2変調信号を合成して変調信号を出力する第1合成器と、第2変調信号の振幅を第1変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える。

概要

背景

図12を用いて基準信号振幅位相変調を行う従来の方法の一例について説明する。
図12に示すように、従来の方法では、DA変換器51と振幅位相変調器53を用いて基準信号の振幅位相変調が行われる。具体的には、位相振幅の情報を含むデジタル信号がDA変換器51でアナログ信号に変換され、このアナログ信号に基づいて基準信号の振幅と位相の変調が振幅位相変調器53によって行われて変調信号が出力される。これによって基準信号の振幅位相変調が行われる。振幅位相変調器53は、例えば、IQ変調器直交変調器ともいう。例えば、特許文献1を参照)であり、この場合、アナログ信号は、I(同相、in-phase)信号とQ(直交位相,quadrature)信号とで構成され、変調信号の振幅と位相は、図13に示すようなIQ平面においてI信号ベクトルQ信号のベクトルを合成した合成ベクトルの長さAと角度θによって決定される。

変調信号の振幅と位相の設定精度は、振幅位相変調器53に入力されるアナログ信号(例:I信号とQ信号)の設定精度で決定され、アナログ信号の設定精度は、DA変換器51のビット数によって制限される。例えば、12ビットのDA変換器51を用いた場合、アナログ信号の設定精度は、最大で212=4096段階になる。

次に、図14を用いて検出信号振幅位相検出を行う従来の方法の一例について説明する。
図14に示すように、従来の方法では、振幅位相検出器55とAD変換器57を用いて検出信号の振幅位相検出が行われる。具体的には、検出信号と基準信号が振幅位相検出器55に入力されると、振幅と位相の情報を含むアナログ信号が振幅位相検出器55から出力され、このアナログ信号がAD変換器57でデジタル信号に変換されることによって検出信号の振幅と位相が検出される。振幅位相検出器55は、例えば、IQ検出器直交復調器ともいう。例えば、特許文献2を参照)であり、この場合、アナログ信号は、I(同相、in-phase)信号とQ(直交位相,quadrature)信号とで構成され、検出信号の振幅と位相は、図13に示すようなIQ平面においてI信号のベクトルとQ信号のベクトルを合成した合成ベクトルの長さAと角度θに対応する。

このような構成では、検出信号の振幅と位相の検出精度は、AD変換器57のビット数によって制限される。例えば、12ビットのAD変換器57を用いた場合、検出信号の振幅と位相の検出精度は、最大で212=4096段階になる。
特開2005−333540号公報
特開2003−163710号公報

概要

ビット数が比較的少ないDA変換器を用いて基準信号の振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器を提供する。本発明の高精度振幅位相変調器は、基準信号を分配して第1基準信号と第2基準信号を出力する第1分配器と、第1デジタル信号をDA変換して第1アナログ信号を出力する第1DA変換器と、第1アナログ信号に基づいて第1基準信号の振幅位相変調を行って第1変調信号を出力する第1振幅位相変調器と、第2デジタル信号をDA変換して第2アナログ信号を出力する第2DA変換器と、第2アナログ信号に基づいて第2基準信号の振幅位相変調を行って第2変調信号を出力する第2振幅位相変調器と、第1変調信号と第2変調信号を合成して変調信号を出力する第1合成器と、第2変調信号の振幅を第1変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える。

目的

振幅と位相の設定精度や検出精度を向上させるには、よりビット数の多いDA変換器やAD変換器を用いればよい。しかし、ビット数の多いDA変換器やAD変換器は、入手が困難な場合があり、少ないビット数のDA変換器やAD変換器を用いて振幅と位相を高精度に設定及び検出することが望まれている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

基準信号と第1デジタル信号と第2デジタル信号の入力を受け付け、前記基準信号の振幅位相変調した変調信号を出力する高精度振幅位相変調器であって、前記基準信号を分配して第1基準信号と第2基準信号を出力する第1分配器と、第1デジタル信号をDA変換して第1アナログ信号を出力する第1DA変換器と、第1アナログ信号に基づいて第1基準信号の振幅位相変調を行って第1変調信号を出力する第1振幅位相変調器と、第2デジタル信号をDA変換して第2アナログ信号を出力する第2DA変換器と、第2アナログ信号に基づいて第2基準信号の振幅位相変調を行って第2変調信号を出力する第2振幅位相変調器と、第1変調信号と第2変調信号を合成して変調信号を出力する第1合成器と、第2変調信号の振幅を第1変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える高精度振幅位相変調器。

請求項2

第1振幅位相変調器と第2振幅位相変調器は、それぞれ、IQ変調器からなる請求項1に記載の高精度振幅位相変調器。

請求項3

前記振幅変調器は、第2振幅位相変調器と第1合成器との間に配置された振幅減衰器からなる請求項1又は2に記載の高精度振幅位相変調器。

請求項4

基準信号と第3デジタル信号と検出信号の入力を受け付け、前記検出信号の振幅と位相の情報を含む第4デジタル信号を出力する高精度振幅位相検出器であって、前記基準信号を分配して第3基準信号と第4基準信号を出力する第2分配器と、第3デジタル信号をDA変換して第3アナログ信号を出力する第3DA変換器と、第3アナログ信号に基づいて第3基準信号の振幅位相変調を行って第3変調信号を出力する第3振幅位相変調器と、前記検出信号と第3変調信号を合成して合成信号を出力する第2合成器と、第4基準信号と前記合成信号の振幅及び位相のずれを検出して前記合成信号の振幅及び位相の情報を含む第4アナログ信号を出力する振幅位相検出器と、第4アナログ信号をAD変換して第4デジタル信号を出力するAD変換器と、第2合成器と前記振幅位相検出器の間に配置された増幅率可変振幅増幅器とを備える高精度振幅位相検出器。

請求項5

第3振幅位相変調器は、IQ変調器からなり、前記振幅位相検出器は、IQ検出器からなる請求項4に記載の高精度振幅位相検出器。

請求項6

請求項4又は5に記載の高精度振幅位相検出器を用いた検出信号の高精度振幅位相検出方法であって、第3変調信号の振幅を0にし且つ前記振幅増幅器の増幅率を1倍にした状態で前記基準信号と前記検出信号を入力して第4基準信号と前記検出信号の位相と振幅のずれを検出して前記検出信号の位相と振幅の情報を含む第4デジタル信号を前記AD変換器から出力させ、次に、第4デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号に基づいて生成された第3変調信号と前記検出信号の合成信号の振幅を1倍より大きい増幅率で増幅させて得られた増幅合成信号と第4基準信号の振幅と位相のずれを検出して前記増幅合成信号の振幅と位相の情報を含む第4デジタル信号を前記AD変換器から出力させる工程を備える検出信号の高精度振幅位相検出方法。

技術分野

0001

本発明は、基準信号振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器と、検出信号振幅位相検出を高精度に行う高精度振幅位相検出器と高精度振幅位相検出方法に関する。

背景技術

0002

図12を用いて基準信号の振幅位相変調を行う従来の方法の一例について説明する。
図12に示すように、従来の方法では、DA変換器51と振幅位相変調器53を用いて基準信号の振幅位相変調が行われる。具体的には、位相振幅の情報を含むデジタル信号がDA変換器51でアナログ信号に変換され、このアナログ信号に基づいて基準信号の振幅と位相の変調が振幅位相変調器53によって行われて変調信号が出力される。これによって基準信号の振幅位相変調が行われる。振幅位相変調器53は、例えば、IQ変調器直交変調器ともいう。例えば、特許文献1を参照)であり、この場合、アナログ信号は、I(同相、in-phase)信号とQ(直交位相,quadrature)信号とで構成され、変調信号の振幅と位相は、図13に示すようなIQ平面においてI信号ベクトルQ信号のベクトルを合成した合成ベクトルの長さAと角度θによって決定される。

0003

変調信号の振幅と位相の設定精度は、振幅位相変調器53に入力されるアナログ信号(例:I信号とQ信号)の設定精度で決定され、アナログ信号の設定精度は、DA変換器51のビット数によって制限される。例えば、12ビットのDA変換器51を用いた場合、アナログ信号の設定精度は、最大で212=4096段階になる。

0004

次に、図14を用いて検出信号の振幅位相検出を行う従来の方法の一例について説明する。
図14に示すように、従来の方法では、振幅位相検出器55とAD変換器57を用いて検出信号の振幅位相検出が行われる。具体的には、検出信号と基準信号が振幅位相検出器55に入力されると、振幅と位相の情報を含むアナログ信号が振幅位相検出器55から出力され、このアナログ信号がAD変換器57でデジタル信号に変換されることによって検出信号の振幅と位相が検出される。振幅位相検出器55は、例えば、IQ検出器直交復調器ともいう。例えば、特許文献2を参照)であり、この場合、アナログ信号は、I(同相、in-phase)信号とQ(直交位相,quadrature)信号とで構成され、検出信号の振幅と位相は、図13に示すようなIQ平面においてI信号のベクトルとQ信号のベクトルを合成した合成ベクトルの長さAと角度θに対応する。

0005

このような構成では、検出信号の振幅と位相の検出精度は、AD変換器57のビット数によって制限される。例えば、12ビットのAD変換器57を用いた場合、検出信号の振幅と位相の検出精度は、最大で212=4096段階になる。
特開2005−333540号公報
特開2003−163710号公報

発明が解決しようとする課題

0006

振幅と位相の設定精度や検出精度を向上させるには、よりビット数の多いDA変換器やAD変換器を用いればよい。しかし、ビット数の多いDA変換器やAD変換器は、入手が困難な場合があり、少ないビット数のDA変換器やAD変換器を用いて振幅と位相を高精度に設定及び検出することが望まれている。

0007

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ビット数が比較的少ないDA変換器を用いて基準信号の振幅位相変調を高精度に行う高精度振幅位相変調器と、ビット数が比較的少ないDA変換器とAD変換器を用いて検出信号の振幅位相検出を高精度に行う高精度振幅位相検出器と高精度振幅位相検出方法を提供するものである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

0008

本発明の高精度振幅位相変調器は、基準信号と第1デジタル信号と第2デジタル信号の入力を受け付け、前記基準信号の振幅と位相を変調した変調信号を出力する高精度振幅位相変調器であって、前記基準信号を分配して第1基準信号と第2基準信号を出力する第1分配器と、第1デジタル信号をDA変換して第1アナログ信号を出力する第1DA変換器と、第1アナログ信号に基づいて第1基準信号の振幅位相変調を行って第1変調信号を出力する第1振幅位相変調器と、第2デジタル信号をDA変換して第2アナログ信号を出力する第2DA変換器と、第2アナログ信号に基づいて第2基準信号の振幅位相変調を行って第2変調信号を出力する第2振幅位相変調器と、第1変調信号と第2変調信号を合成して変調信号を出力する第1合成器と、第2変調信号の振幅を第1変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器とを備える。

0009

本発明の高精度振幅位相変調器では、基準信号の第1変調信号と、これよりも振幅が小さい第2変調信号とを生成し、これらを合成することによって変調信号を生成している。第1変調信号を生成する際の振幅位相変調によって振幅と位相の粗い設定を行い、第2変調信号を生成する際の振幅位相変調によって細かい設定を行うことによって基準信号の振幅位相変調を高精度に行うことができる。

0010

また、本発明の高精度振幅位相検出器は、基準信号と第3デジタル信号と検出信号の入力を受け付け、前記検出信号の振幅と位相の情報を含む第4デジタル信号を出力する高精度振幅位相検出器であって、前記基準信号を分配して第3基準信号と第4基準信号を出力する第2分配器と、第3デジタル信号をDA変換して第3アナログ信号を出力する第3DA変換器と、第3アナログ信号に基づいて第3基準信号の振幅位相変調を行って第3変調信号を出力する第3振幅位相変調器と、前記検出信号と第3変調信号を合成して合成信号を出力する第2合成器と、第4基準信号と前記合成信号の振幅及び位相のずれを検出して前記合成信号の振幅と位相の情報を含む第4アナログ信号を出力する振幅位相検出器と、第4アナログ信号をAD変換して第4デジタル信号を出力するAD変換器と、第2合成器と前記振幅位相検出器の間に配置された増幅率可変振幅増幅器とを備える。

0011

本発明の高精度振幅位相検出器では、まず、第3振幅位相変調器からの第3変調信号の振幅を0にし且つ振幅増幅器の増幅率を1倍にした状態で振幅位相検出器により検出信号の振幅と位相を検出することによって検出信号の振幅と位相の情報を有する第4アナログ信号が得られ、これをAD変換器でAD変換して第4デジタル信号が得られる。
次に、第4デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号を第3DA変換器に入力すると、第3変調信号の波形は、検出信号と振幅がほぼ同じで位相が反転した波形になる。次に、検出信号と第3変調信号を第2合成器で合成すると、検出信号と第3変調信号との差異を示す振幅の小さな合成信号が出力される。この小さな合成信号は、AD変換器のビット数が十分に多くないために生じたものである。

0012

次に、上記の合成信号の振幅を振幅増幅器で増幅して得られた増幅合成信号の振幅と位相を振幅位相検出器で検出することによって増幅合成信号の振幅と位相の情報を有する第4アナログ信号が得られ、これをAD変換器でAD変換して第4デジタル信号が得られる。このようにして得られた第4デジタル信号には、AD変換器のビット数不足のために最初の第4デジタル信号に含まれなかった振幅と位相の情報が含まれている。従って、本発明によれば、検出信号の振幅位相検出を高精度に行うことができる。

0013

また、本発明は、上記に記載の高精度振幅位相検出器を用いた検出信号の高精度振幅位相検出方法であって、第3変調信号の振幅を0にし且つ前記振幅増幅器の増幅率を1倍にした状態で前記基準信号と前記検出信号を入力して第4基準信号と前記検出信号の位相と振幅のずれを検出して前記検出信号の位相と振幅の情報を含む第4デジタル信号を前記AD変換器から出力させ、次に、第4デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号に基づいて生成された第3変調信号と前記検出信号の合成信号の振幅を1倍より大きい増幅率で増幅させて得られた増幅合成信号と第4基準信号の振幅と位相のずれを検出して前記増幅合成信号の振幅と位相の情報を含む第4デジタル信号を前記AD変換器から出力させる工程を備える検出信号の高精度振幅位相検出方法も提供する。

0014

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。
第1振幅位相変調器と第2振幅位相変調器は、それぞれ、IQ変調器からなってもよい。
前記振幅変調器は、第2振幅位相変調器と第1合成器との間に配置された振幅減衰器からなってもよい。
第3振幅位相変調器は、IQ変調器からなり、前記振幅位相検出器は、IQ検出器からなってもよい。
ここで示した種々の実施形態は、互いに組み合わせることができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下,本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は,例示であって,本発明の範囲は,図面や以下の記述中で示すものに限定されない。

0016

1.高精度振幅位相変調器
1−1.高精度振幅位相変調器の構成及び動作
図1を用いて本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器の構成及び動作について説明する。図1は、本実施形態の高精度振幅位相変調器の構成図である。

0017

図1に示すように、本実施形態の高精度振幅位相変調器1は、基準信号と第1デジタル信号と第2デジタル信号の入力を受け付け、前記基準信号の振幅と位相を変調した変調信号を出力する高精度振幅位相変調器1であって、前記基準信号を分配して第1基準信号と第2基準信号を出力する第1分配器3と、第1デジタル信号をDA変換して第1アナログ信号を出力する第1DA変換器5と、第1アナログ信号に基づいて第1基準信号の振幅位相変調を行って第1変調信号を出力する第1振幅位相変調器7と、第2デジタル信号をDA変換して第2アナログ信号を出力する第2DA変換器9と、第2アナログ信号に基づいて第2基準信号の振幅位相変調を行って第2変調信号を出力する第2振幅位相変調器11と、第1変調信号と第2変調信号を合成して変調信号を出力する第1合成器13と、第2変調信号の振幅を第1変調信号の振幅よりも相対的に小さくする振幅変調器(具体的には第2振幅位相変調器11と第1合成器13との間に配置された振幅減衰器15)を備える。

0018

以下、高精度振幅位相変調器1の動作について説明する。

0019

第1分配器3に入力された基準信号(例えば、5.7GHzの正弦波)は、第1基準信号と第2基準信号に分配される。第1分配器3としては、例えば、ウィルキンソンカップラを用いることができる。

0020

第1基準信号は、第1振幅位相変調器7に入力され、第1アナログ信号に基づいて振幅位相変調されて第1変調信号となる。第1振幅位相変調器7は、第1基準信号の振幅と位相を変調させることができるものであればその構成は特に限定されない。第1アナログ信号は、第1基準信号の変調に用いる振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、第1振幅位相変調器7は、IQ変調器であり、この場合、第1アナログ信号は、I信号とQ信号とで構成される。別の例では、第1振幅位相変調器7は、振幅変調器と位相シフターで構成され、この場合、第1アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。第1アナログ信号は、第1デジタル信号が第1DA変換器5でDA変換されて生成される。第1DA変換器5は、一例では、238Mサンプル/sで動作する12ビットのDA変換器である。

0021

第2基準信号は、第2振幅位相変調器11に入力され、第2アナログ信号に基づいて振幅位相変調されて第2変調信号となる。第2振幅位相変調器11は、第2基準信号の振幅と位相を変調させることができるものであればその構成は特に限定されない。第2アナログ信号は、第2基準信号の変調に用いる振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、第2振幅位相変調器11は、IQ変調器であり、この場合、第2アナログ信号は、I信号とQ信号とで構成される。別の例では、第2振幅位相変調器11は、振幅変調器と位相シフターで構成され、この場合、第2アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。第2アナログ信号は、第2デジタル信号が第2DA変換器9でDA変換されて生成される。第2DA変換器9は、一例では、238Mサンプル/sで動作する12ビットのDA変換器である。

0022

第1振幅位相変調器7と第2振幅位相変調器11の仕様は、同じであることが好ましいが互いに異なっていてもよい。第1DA変換器5と第2DA変換器9の仕様は、同じであることが好ましいが互いに異なっていてもよい。

0023

第2変調信号は、振幅減衰器15に入力され、振幅が減衰される。振幅減衰器15は、一例では、32dBのアッテネータである。振幅減衰器15は、第1分配器3と第2振幅位相変調器11の間に配置してもよい。この場合、第2基準信号の振幅が減衰した後に、第2基準信号の振幅位相変調が行われる。但し、後者の場合、信号のS/Nが悪化するので振幅減衰器15は、第2振幅位相変調器11と第1合成器13との間に配置することが好ましい。また、振幅減衰器15の代わりに、第1基準信号又は第1変調信号の振幅を増幅させる振幅増幅器を設けてもよい。この場合、第1合成器13の下流に振幅減衰器を設けてもよい。何れも場合でも、第2変調信号の振幅が第1変調信号の振幅よりも相対的に小さくなり、高精度な振幅位相変調が可能になる。

0024

第1変調信号と第2変調信号は、第1合成器13に入力されて合成され、変調信号が出力される。第1合成器13としては、例えば、ウィルキンソンカップラを用いることができる。

0025

1−2.基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である原理について
図2(a)〜(d)を用いて基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である原理について説明する。図2(a)〜(d)は、基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である原理を説明するためのIQ平面図である。以下、第1振幅位相変調器7と第2振幅位相変調器11がIQ変調器であり、第1アナログ信号と第2アナログ信号がそれぞれI信号とQ信号を含む場合を例にとって説明を進める。

0026

図2(a)は、第1アナログ信号中のI信号とQ信号のベクトルと、第1変調信号のベクトルV1を示す。図2(b)は、第2アナログ信号中のI信号とQ信号のベクトルと、第2変調信号のベクトルV2を示す。図2(c)は、振幅減衰後の第2変調信号のベクトルV3を示す。図2(d)は、第1変調信号と振幅減衰後の第2変調信号が合成されて得られる変調信号のベクトルV4を示す。

0027

図2(d)に示すように、変調信号のベクトルV4は、第1変調信号のベクトルV1と振幅減衰後の第2変調信号のベクトルV3とを合成することによって決定される。従って、第1変調信号のベクトルV1によって振幅と位相の粗い設定を行い、第2変調信号のベクトルV3によって振幅と位相の細かい設定を行うことによって基準信号の振幅位相変調を高精度に行うことができる。

0028

基準信号の高精度な振幅位相変調が可能である点について、図3を用いてさらに具体的に説明する。図3では、簡単のため、I信号とQ信号の大きさをそれぞれ6段階に設定でき、第2変調信号が1/5に減衰された場合を仮定している。このような状況において、図3の□の位置に対応する振幅と位相の設定を行いたいとする。図3を見ると、第1変調信号のベクトルV1のみでは、I信号とQ信号の大きさをどのように変化させても図3の□の位置に対応する振幅と位相の設定が不可能であることが分かる。しかし、振幅減衰後の第2変調信号のベクトルV3と合成することによって図3の□の位置に対応する振幅と位相の設定を容易に行うことができることが分かる。

0029

1−3.高精度振幅位相変調の実証実験
次に、基準信号の振幅位相変調が高精度に行われることを実証する実験を行った。この実験は、図4に示すように、高精度振幅位相変調器1から第1DA変換器5と第1振幅位相変調器7を省いた構成のものにネットワークアナライザ17を接続して行った。ネットワークアナライザ17のポート1から基準信号(238MHzの連続高周波)を出力させ、第1分配器3に入力させた。第1分配器3からの第1基準信号に対しては何も行わず、そのままのものを第1変調信号とみなした。第1分配器3からの第2基準信号は、IQ変調器からなる第2振幅位相変調器11で変調して第2変調信号にした。第2振幅位相変調器11では、位相のみを変化させ、振幅は変化させなかった。振幅減衰器15には、30dBのアッテネータを用いた。第1変調信号と振幅減衰後の第2変調信号を第1合成器13で合成して変調信号とし、この変調信号をネットワークアナライザ17のポート2に入力した。第1分配器3と第1合成器13には、ウィルキンソンカップラを用いた。

0030

ネットワークアナライザ17において、ポート1から出力された基準信号とポート2に入力された変調信号の間の振幅と位相の差を測定した。その結果を図5及び図6に示す。
図5は、第1変調信号と第2変調信号の位相差を−4〜4度にした場合の結果を示す。図5によると、位相差を−4〜4度の範囲で変化させた場合、振幅がほとんど変化せず、位相のみが0.0375度/度という非常に小さなステップで変化したことが分かる。

0031

図6は、第1変調信号と第2変調信号の位相差を86〜94度にした場合の結果を示す。図6によると、位相差を86〜94度の範囲で変化させた場合、位相がほとんど変化せず、振幅のみ0.005dB/度という非常に小さなステップで変化したことが分かる。

0032

第1変調信号と第2変調信号の位相差は、1度よりも小さな値に設定することが可能であり、上記結果よりもさらに高精度に振幅及び位相の設定を行うことも可能であると考えられる。

0033

2.高精度振幅位相検出器
2−1.高精度振幅位相検出器の構成及び基本動作
図7を用いて本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器の構成及び基本動作について説明する。図7は、本実施形態の高精度振幅位相検出器の構成図である。

0034

本実施形態の高精度振幅位相検出器18は、基準信号と第3デジタル信号と検出信号の入力を受け付け、前記検出信号の振幅と位相の情報を含む第4デジタル信号を出力する高精度振幅位相検出器18であって、前記基準信号を分配して第3基準信号と第4基準信号を出力する第2分配器19と、第3デジタル信号をDA変換して第3アナログ信号を出力する第3DA変換器21と、第3アナログ信号に基づいて第3基準信号の振幅位相変調を行って第3変調信号を出力する第3振幅位相変調器23と、前記検出信号と第3変調信号を合成して合成信号を出力する第2合成器25と、第4基準信号と前記合成信号の振幅及び位相のずれを検出して前記合成信号の振幅及び位相の情報を含む第4アナログ信号を出力する振幅位相検出器27と、第4アナログ信号をAD変換して第4デジタル信号を出力するAD変換器29と、第2合成器25と振幅位相検出器27の間に配置された増幅率が可変の振幅増幅器31とを備える。

0035

以下、高精度振幅位相検出器18の動作について説明する。
第2分配器19に入力された基準信号(例えば、5.7GHzの正弦波)は、第3基準信号と第4基準信号に分配される。第2分配器19としては、例えば、ウィルキンソンカップラを用いることができる。

0036

第3基準信号は、第3振幅位相変調器23に入力され、第3アナログ信号に基づいて振幅位相変調されて第3変調信号となる。第3振幅位相変調器23は、第3基準信号の振幅と位相を変調させることができるものであればその構成は特に限定されない。第3アナログ信号は、第3基準信号の変調に用いる振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、第3振幅位相変調器23は、IQ変調器であり、この場合、第3アナログ信号は、I信号とQ信号とで構成される。別の例では、第3振幅位相変調器23は、振幅変調器と位相シフターで構成され、この場合、第3アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。第3アナログ信号は、第3デジタル信号が第3DA変換器21でDA変換されて生成される。第3DA変換器21は、一例では、238Mサンプル/sで動作する12ビットのDA変換器である。

0037

検出対象である検出信号は、第3変調信号と共に第2合成器25に入力され、第2合成器25で合成されて合成信号が出力される。

0038

この合成信号は、振幅増幅器31に入力される。振幅増幅器31は、前記合成信号をそのまま出力するか、1より大きい増幅率で増幅させて出力する。振幅増幅器31の増幅率は、例えば、外部からの信号によって制御することができる。
次に、合成信号は、振幅位相検出器27に入力され、合成信号と第4基準信号との振幅と位相の差異が検出され、合成信号の振幅と位相の情報を含む第4アナログ信号が出力される。振幅位相検出器27は、第4基準信号の振幅と位相を検出できるものであればその構成は特に限定されない。第4アナログ信号は、合成信号の振幅と位相の情報を含むものであればよい。一例では、振幅位相検出器27は、IQ検出器であり、この場合、第4アナログ信号は、I信号とQ信号とで構成される。別の例では、振幅位相検出器27は、振幅検出器位相検出器で構成され、この場合、第4アナログ信号は、振幅の情報を含む振幅信号と位相の情報を含む位相信号とで構成される。

0039

第4アナログ信号は、AD変換器29に入力され、AD変換器29でAD変換されて第4デジタル信号が出力される。AD変換器29は、一例では、238Mサンプル/sで動作する12ビットのAD変換器である。

0040

2−2.高精度振幅位相検出を行う方法について
次に、高精度振幅位相検出を行う方法について説明する。

0041

まず、第3変調信号の振幅を0にし、かつ振幅増幅器31の振幅増幅率を1倍にする(つまり、振幅を変化させない。)。この場合、検出信号がそのまま振幅増幅器31から出力されて振幅位相検出器27に入力され、振幅位相検出器27において検出信号と第4基準信号との振幅及び位相のずれが検出され、検出信号の振幅と位相の情報を含む第4アナログ信号が出力され、第4アナログ信号がAD変換器29で第4デジタル信号に変換される。

0042

次に、第4デジタル信号の位相を反転させたデジタル信号を第3DA変換器21に入力する。この入力によって、第3変調信号の波形は、検出信号と振幅がほぼ同じで位相が反転した波形になる。ここで、図8(a),(b)に検出信号のベクトルW1と第3変調信号のベクトルW2を示す。ベクトルW2は、ベクトルW1と長さと角度がほぼ同じで矢印の向きが反対になっていることが分かる。

0043

次に、検出信号と第3変調信号を第2合成器25で合成すると、検出信号と第3変調信号との差異を示す振幅の小さな合成信号が出力される。この合成信号のベクトルW3を図8(c)に示す。この合成信号は、AD変換器29のビット数が十分に多くないために生じるものである。

0044

次に、上記の合成信号の振幅を振幅増幅器31で1倍より大きい増幅率で増幅して増幅合成信号とする。増幅合成信号のベクトルW4を図8(d)に示す。ここでの増幅率は、1倍より大きければよく、例えば、2〜1000倍であり、具体的には,例えば、2,5,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,150,200,500,1000倍である。この増幅率は、ここで例示した数値の何れか2つの間の範囲内であってもよい。この増幅率は、図1の振幅減衰器15の減衰率と同じにしてもよい。

0045

次に、増幅合成信号の振幅と位相を振幅位相検出器27で検出することによって増幅合成信号の振幅と位相の情報を有する第4アナログ信号が得られ、これをAD変換器29でAD変換して第4デジタル信号が得られる。このようにして得られた第4デジタル信号には、AD変換器29のビット数不足のために最初の第4デジタル信号に含まれなかった振幅と位相の情報が含まれており、AD変換器29のビット数の限界を超えた高精度な振幅位相検出が行えていることが分かる。

0046

ここで、高精度振幅位相検出を行う方法について、図9(a),(b)を用いてさらに具体的に説明する。図9(a),(b)では、簡単のため、AD変換器29からI信号とQ信号がそれぞれ6段階の大きさで出力される場合を仮定している。

0047

このような状況において、図9(a)の□の位置に対応する振幅と位相を有する検出信号の振幅と位相の検出を行いたいとする。AD変換器29は、I信号とQ信号を6段階の大きさでしか出力できないので、出力されるI信号とQ信号の大きさは、例えば、図9(a)に示すように3と2になる。この場合、検出信号がベクトルX1に対応する振幅と位相を有していると検出されたことになり、検出信号の真のベクトルW1とベクトルX1とは、差異ベクトルX2の分だけ差異がある。この差異ベクトルX2に相当する振幅と位相を検出すれば、検出信号の振幅と位相を高精度に検出したことになる。

0048

ベクトルX1の位相を反転させると、第3変調信号のベクトルW2が得られ、検出信号のベクトルW1と第3変調信号のベクトルW2を合成することによって合成信号のベクトルW3が得られる。合成信号のベクトルW3は、差異ベクトルX2に一致するので、合成信号のベクトルW3に相当する振幅と位相を検出すれば、検出信号の振幅と位相を高精度に検出したことになる。

0049

合成信号のベクトルW3は、振幅が非常に小さいので、このままでは、AD変換器29からのI信号とQ信号が何れも0になり、その振幅と位相の検出ができない。そこで、合成信号の振幅を5倍に増幅させることによって、合成信号のベクトルW3の長さを5倍にする。合成信号を増幅させて得られる増幅合成信号のベクトルW4を図9(b)に示す。ベクトルW4の振幅と位相を振幅位相検出器27で検出すると、AD変換器29からのI信号とQ信号の大きさは、例えば、図9(b)に示すように1と3になり、ベクトルW4に相当する振幅と位相が検出できたことが分かる。
上より、本実施形態の高精度振幅位相検出器を用いればAD変換器29のビット数の限界を超えた高精度な振幅位相検出が行えることが分かる。

0050

2−3.高精度振幅位相検出の実証実験
次に、検出信号の振幅位相検出が高精度に行われることを実証する実験を行った。この実験は、図10に示す構成で行った。図10の構成では、ネットワークアナライザ17のポート1から出力させた基準信号(238MHzの連続高周波)を分配器33に入力し、第3基準信号と検出信号を分配器33から出力させた。第3基準信号は、第3振幅位相変調器23で位相を170度、180度又は190度変化させて第3変調信号とした。第2合成器25で第3変調信号と検出信号を合成し、得られた合成信号をネットワークアナライザ17のポート2に入力した。分配器33と第2合成器25には、ウィルキンソンカップラを用いた。

0051

ネットワークアナライザ17において、ポート1から出力された基準信号とポート2に入力された合成信号の間の振幅と位相の差を測定した。その結果を図11に示す。

0052

図11によると、第3基準信号の位相を10度変化させると、位相が約50度変化し、振幅が約6dB変化したことが分かる。この結果は、第3基準信号と検出信号の間の小さな小さな位相のズレが合成信号では強調されることを示している。また、この結果は、合成信号の振幅を増幅して合成信号の振幅と位相を検出することによって検出信号の振幅位相検出を高精度に行うことができることを示している。

図面の簡単な説明

0053

本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器の構成図である。
(a)〜(d)は、本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器によって基準信号の高精度振幅位相変調を行う方法を説明するためのIQ平面図である。
本発明の一実施形態の高精度振幅位相変調器によって基準信号の高精度振幅位相変調を行う方法をさらに具体的に説明するためのIQ平面図である。
本発明の高精度振幅位相変調器によって基準信号の高精度振幅位相変調が行えることを実証する実験で用いた構成を示す。
図4の構成を用いた実証実験の結果を示すグラフである。
図4の構成を用いた実証実験の結果を示すグラフである。
本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器の構成図である。
(a)〜(d)は、本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器によって検出信号の高精度振幅位相検出を行う方法を説明するためのIQ平面図である。
本発明の一実施形態の高精度振幅位相検出器によって検出信号の高精度振幅位相検出を行う方法をさらに具体的に説明するためのIQ平面図である。
本発明の高精度振幅位相検出器によって検出信号の高精度振幅位相検出が行えることを実証する実験で用いた構成を示す。
図10の構成を用いた実証実験の結果を示すグラフである。
基準信号の振幅位相変調を行う従来の方法の一例を説明するための構成図である。
基準信号の振幅位相変調を行う従来の方法の一例を説明するためのIQ平面図である。
検出信号の振幅位相検出を行う従来の方法の一例を説明するための構成図である。

符号の説明

0054

1:高精度振幅位相変調器3:第1分配器5:第1DA変換器7:第1振幅位相変調器9:第2DA変換器 11:第2振幅位相変調器 13:第1合成器15:振幅減衰器 17:ネットワークアナライザ18:高精度振幅位相検出器19:第2分配器 21:第3DA変換器 23:第3振幅位相変調器 25:第2合成器 27:振幅位相検出器29:AD変換器31:振幅増幅器33:分配器 51:DA変換器 53:振幅位相変調器 55:振幅位相検出器 57:AD変換器
V1:第1変調信号のベクトルV2:第2変調信号のベクトル V3:振幅減衰後の第2変調信号のベクトル V4:変調信号のベクトル W1:検出信号のベクトル W2:第3変調信号のベクトル W3:合成信号のベクトル W4:増幅合成信号のベクトル

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