JP2000004109A - バラン及びミクサ - Google Patents

バラン及びミクサ

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JP2000004109A JP16754198A JP16754198A JP2000004109A JP 2000004109 A JP2000004109 A JP 2000004109A JP 16754198 A JP16754198 A JP 16754198A JP 16754198 A JP16754198 A JP 16754198A JP 2000004109 A JP2000004109 A JP 2000004109A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位ミクサ26に入力されるRF信号の位相
が本来のRF信号Bの位相からθだけずれてしまうた
め、単位ミクサ25から出力されるIF信号Aと単位ミ
クサ26から出力されるIF信号Bの位相差が完全な逆
相でなくなる状態が発生する。その結果、バラン22の
分配精度が高くても、IF用逆相合成器27から出力さ
れるIF信号の振幅が低下し、変換損失が増加してしま
う課題があった。 【解決手段】 抵抗43と抵抗45の間に1/2波長の
電気長を有する伝送線路47を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、位相が逆相関係
にある2個のRF信号を出力するバランと、RF信号の
周波数を変換してIF信号を出力するミクサに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図19は例えば1996年にArtec
k House社から発行された「Microwave
Mixers」の第258頁〜第260頁に示された
従来のバランを示す構成図であり、図において、1は高
周波信号(以下、RF信号とする)を入力するバランの
入力端子、2は動作帯域の中心周波数を基準にして1/
4波長の電気長を有する結合線路、3は結合線路2の入
力端子、4は結合線路2の結合端子、5は結合線路2の
出力端子、6は結合線路2のアイソレーション端子、7
は動作帯域の中心周波数を基準にして1/4波長の電気
長を有する結合線路、8は結合線路7の入力端子、9は
結合線路7の結合端子、10は結合線路7の出力端子、
11は結合線路7のアイソレーション端子、12,13
は位相が逆相関係にあるRF信号A,Bをそれぞれ出力
する出力端子である。
【0003】図22は従来のバランを用いた平衡型のミ
クサを示す構成図であり、図において、21はRF信号
を入力する入力端子、22は図19に示すバランであ
り、バラン22は等振幅かつ逆位相のRF信号A,Bを
出力端子12,13から出力する。23は局部発振波
(以下、LO波)を入力する入力端子、24は入力端子
23からLO波を入力すると、等振幅かつ同位相のLO
波A,Bを単位ミクサ25,26に出力するLO用同相
分配器、25はバラン22の出力端子12から出力され
たRF信号AにLO波Aを混合して、中間周波数信号
(以下、IF信号)Aを出力する単位ミクサ、26はバ
ラン22の出力端子13から出力されたRF信号BにL
O波Bを混合して、IF信号Bを出力する単位ミクサ、
27は単位ミクサ25から出力されたIF信号Aと単位
ミクサ26から出力されたIF信号Bを合成してIF信
号を出力するIF用逆相合成器、28は出力端子であ
る。
【0004】次に動作について説明する。まず、バラン
22は、RF信号を入力するとRF信号の位相を調整
し、振幅が同一であって、位相が互いに逆相関係にある
RF信号A,Bを出力するものであるが、偶モードイン
ピーダンスが350Ω、奇モードインピーダンスが3
5.3Ωの結合線路2,7を用いてバラン22を構成
し、その結合線路2,7の中心周波数を10GHzとす
る場合、バラン22の通過特性及びアイソレーション特
性は図20及び図21に示す通りとなる。なお、バラン
22の挿入損失は、4GHz〜16GHzの帯域では
3.3dBであり、出力端子12,13間のアイソレー
ション量は、同帯域では4dBである。
【0005】図22の平衡型ミクサは、上記のような特
性を有するバラン22を用いて構成しているが、平衡型
ミクサの動作を具体的に説明すると、まず、バラン22
は、入力端子1からRF信号を入力すると、そのRF信
号の位相を調整し、振幅が同一であって、位相が互いに
逆相関係にあるRF信号AとRF信号Bをそれぞれ出力
端子12,13から出力する。一方、LO用同相分配器
24は、入力端子23からLO波を入力すると、等振幅
かつ同位相のLO波A,Bをそれぞれ単位ミクサ25,
26に出力する。
【0006】このようにして、バラン22からRF信号
A,Bが出力され、LO用同相分配器24からLO波
A,Bが出力されると、単位ミクサ25は、バラン22
の出力端子12から出力されたRF信号AにLO波Aを
混合して、中間周波数信号であるIF信号Aを出力す
る。また、単位ミクサ26は、バラン22の出力端子1
3から出力されたRF信号BにLO波Bを混合して、I
F信号Bを出力する。
【0007】そして、IF用逆相合成器27は、単位ミ
クサ25,26がIF信号A,Bを出力すると、IF信
号AとIF信号Bを合成して、IF信号を出力する。な
お、単位ミクサ25から出力されるIF信号Aと、単位
ミクサ26から出力されるIF信号Bの位相差が180
度であれば、IF用逆相合成器27から出力されるIF
信号の振幅は、IF信号A,Bの振幅の2倍になる。言
うまでもないが、IF信号AとIF信号Bの位相差は、
RF信号A,BとLO波A,Bの位相に依存しているの
で、変換損の劣化を抑制するためには、バラン22の高
い分配精度が要求される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のミクサは以上の
ように構成されているので、分配精度が高いバラン22
を用いれば、変換損の劣化を抑制することができるが、
例えば、4GHz〜16GHzの帯域のIF信号を獲得
する場合、バラン22の出力端子12,13間のアイソ
レーション量が4dBと低いため、図23に示すよう
に、一方の単位ミクサ25のRF端子で反射したRF信
号がバラン22を介して他方の単位ミクサ26に入力
し、本来のRF信号Bと干渉することになる。このた
め、図24に示すように、本来のRF信号Bと干渉波が
ベクトル的に合成されて、単位ミクサ26に入力される
RF信号の位相が本来のRF信号Bの位相からθだけず
れてしまうため、単位ミクサ25から出力されるIF信
号Aと単位ミクサ26から出力されるIF信号Bの位相
差が完全な逆相でなくなる状態が発生する。従って、バ
ラン22の分配精度が高くても、IF用逆相合成器27
から出力されるIF信号の振幅が低下し、変換損失が増
加してしまうなどの課題があった。
【0009】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、出力端子間のアイソレーション特
性が良好なバランを得ることを目的とする。また、この
発明は、変換損の低いミクサを得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係るバラン
は、第1の抵抗と第2の抵抗の間に2分の1波長の電気
長を有する伝送線路を接続し、これを第1、第2の出力
端子間に接続したものである。
【0011】この発明に係るバランは、4分の1波長の
電気長を有する第1の伝送線路の一端を第1の出力手段
に接続するとともに、4分の1波長の電気長を有する第
2の伝送線路の一端を第2の出力手段に接続し、他端が
接地された抵抗の一端を第1及び第2の伝送線路の他端
に接続するようにしたものである。
【0012】この発明に係るバランは、4分の1波長の
電気長を有する第1の伝送線路と4分の1波長の電気長
を有する第2の伝送線路の間にキャパシタを接続し、こ
れを第1、第2の出力端子間に接続したものである。
【0013】この発明に係るバランは、8分の1波長の
電気長を有する第1の伝送線路と8分の1波長の電気長
を有する第2の伝送線路の間に4分の1波長の電気長を
有する結合線路を接続し、これを第1、第2の出力端子
間に接続したものである。
【0014】この発明に係るバランは、第1の抵抗と第
2の抵抗の間に2分の1波長の電気長を有する結合線路
を接続し、これを第1、第2の出力端子間に接続したも
のである。
【0015】この発明に係るバランは、中央部の特性イ
ンピーダンスが両端部の特性インピーダンスより低い伝
送線路を用い、これを第1、第2の出力端子間に接続し
たものである。
【0016】この発明に係るバランは、2分のn波長
(nは整数)の電気長を有する伝送線路を用いて第1及
び第2の出力手段を構成するようにしたものである。
【0017】この発明に係るバランは、4分の1波長の
電気長を有する複数の結合線路を用いて生成手段を構成
するようにしたものである。
【0018】この発明に係るミクサは、請求項1から請
求項8に記載のバランを用いてミクサを構成するように
したものである。
【0019】この発明に係るミクサは、第1のゲート端
子とドレイン端子間の相互コンダクタンスを導出し、第
2のゲート端子に印加するバイアス電圧を相互コンダク
タンスの変化領域の平均値に設定するようにしたもので
ある。
【0020】この発明に係るミクサは、第1及び第2の
ゲート端子の前段に整合回路を設けるとともに、ドレイ
ン端子の後段に整合回路を設けるようにしたものであ
る。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1によるバ
ランを示す構成図であり、図において、31はRF信号
を入力するバランの入力端子、32はRF信号を入力す
るとRF信号の位相を調整し、振幅が同一であって、位
相が互いに逆相関係にあるRF信号A,Bを出力するマ
ーチャントバラン(生成手段)、33はマーチャントバ
ラン32の入力端子、34,35はRF信号A,Bの周
波数を基準にして1/4波長の電気長を有する結合線
路、36はRF信号Aを出力するマーチャントバラン3
2の出力端子、37はRF信号Bを出力するマーチャン
トバラン32の出力端子である。
【0022】また、38は一端がマーチャントバラン3
2の出力端子36に接続され、RF信号Aを外部出力す
る出力信号線(第1の出力手段)、39は出力信号線3
8の他端が接続された出力端子、40は一端がマーチャ
ントバラン32の出力端子37に接続され、RF信号B
を外部出力する出力信号線(第2の出力手段)、41は
出力信号線40の他端が接続された出力端子、43は一
端が出力信号線38に接続された抵抗(第1の抵抗)、
44は出力信号線38と抵抗43の接続点、45は一端
が出力信号線40に接続され、抵抗43と同一の抵抗値
を有する抵抗(第2の抵抗)、46は出力信号線40と
抵抗45の接続点、47はRF信号A,Bの周波数を基
準にして1/2波長の電気長を有する伝送線路である。
【0023】次に動作について説明する。まず、マーチ
ャントバラン32は、RF信号を入力するとRF信号の
位相を調整し、振幅が同一であって、位相が互いに逆相
関係にあるRF信号A,Bを出力するものであるが、R
F信号A,Bの波形及び伝送線路47の中点での波形は
図2に示す通りとなる。
【0024】即ち、マーチャントバラン32の出力端子
36,37から逆相関係にある等振幅のRF信号A,B
が出力された場合、接続点44,46におけるRF信号
A,Bの波形は図2(a),図2(c)に示すようにな
る。従って、RF信号AとRF信号Bがそれぞれ伝送線
路47を伝搬すると、伝送線路47の中点では、図2
(b)に示すように、電位がゼロになり、短絡状態とな
る。
【0025】このため、伝送線路47の中点より1/4
波長離れた接続点44と、伝送線路47の中点より1/
4波長離れた接続点46間のインピーダンスは無限大に
なり、図1のマーチャントバラン32は図3の等価回路
で表すことができる。従って、逆相関係にあるRF信号
AとRF信号Bは、抵抗43,45及び伝送線路47の
影響を受けることなく、出力端子39,41から出力さ
れることになる。
【0026】一方、マーチャントバランの製造上の誤差
等により、マーチャントバランの出力信号に非逆相成分
が含まれていた場合、反射波等が伝送線路47を伝搬す
ると、伝送線路47の中点よりずれた点で電位がゼロに
なり、短絡状態となる。この場合の等価回路は図4のよ
うに表され、長さが互いに異なる伝送線路47a,47
bの一端を接地した形となる。従って、抵抗43,45
から伝送線路47a,47bを見たときのインピーダン
スが無限大にならず、反射波等は抵抗43,45で終端
されるので、出力端子39,41から出力されることが
ない。
【0027】これにより、逆相関係にあるRF信号Aと
RF信号Bのみが出力端子39,41から出力されるこ
とになるので、出力端子39,41間の位相精度を高め
ることができる。当然のことながら、同相成分も抵抗4
3,45で終端されるため、アイソレーション特性を高
めることができる。
【0028】以上で明らかなように、この実施の形態1
によれば、抵抗43と抵抗45の間に1/2波長の電気
長を有する伝送線路47を接続するように構成したの
で、逆相関係にあるRF信号AとRF信号Bのみを出力
端子39,41から出力することができるようになり、
その結果、出力端子39,41間のアイソレーション特
性が良好なバランを得ることができる効果を奏する。
【0029】実施の形態2.図5はこの発明の実施の形
態2によるバランを示す構成図であり、図において、図
1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省
略する。48は一端が出力信号線38に接続され、RF
信号A,Bの周波数を基準にして1/4波長の電気長を
有する伝送線路(第1の伝送線路)、49は一端が出力
信号線40に接続され、RF信号A,Bの周波数を基準
にして1/4波長の電気長を有する伝送線路(第2の伝
送線路)、50は伝送線路48と伝送線路49の接続
点、51は一端が接続点50に接続され、他端が接地さ
れた抵抗である。
【0030】次に動作について説明する。上記実施の形
態1では、マーチャントバラン32の出力端子36,3
7から逆相関係にある等振幅のRF信号A,Bが伝送線
路47を伝搬すると、伝送線路47の中点の電位がゼロ
になるものについて示したが、図5の場合には、RF信
号A,Bが伝送線路48,49を伝搬すると、伝送線路
48と伝送線路49の接続点50の電位がゼロになり、
短絡状態となる。
【0031】このため、接続点44から伝送線路48を
見たときのインピーダンスが無限大になり、また、接続
点46から伝送線路49を見たときのインピーダンスが
無限大になる。従って、逆相関係にあるRF信号AとR
F信号Bは、伝送線路48,49及び抵抗51の影響を
受けることなく、出力端子39,41から出力されるこ
とになる。
【0032】一方、逆相関係のない反射波等は、伝送線
路48,49に伝搬されても、接続点50の電位がゼロ
にならず、接続点50は短絡状態になることはない。こ
のため、接続点44から伝送線路48を見たときのイン
ピーダンスが無限大にならず、また、接続点46から伝
送線路49を見たときのインピーダンスが無限大になら
ない。従って、反射波等は、伝送線路48,49に伝搬
されて、抵抗51に終端され、出力端子39,41から
出力されることがない。
【0033】以上で明らかなように、この実施の形態2
によれば、1/4分波長の電気長を有する伝送線路48
の一端を出力信号線38に接続するとともに、1/4波
長の電気長を有する伝送線路49の一端を出力信号線4
0に接続し、他端が接地された抵抗51の一端を接続点
50に接続するように構成したので、逆相関係にあるR
F信号AとRF信号Bのみを出力端子39,41から出
力することができるようになり、その結果、出力端子3
9,41間のアイソレーション特性が良好なバランを得
ることができる効果を奏する。また、上記実施の形態1
よりも抵抗の数を1個減らすことができるので、バラン
の小形化と低コスト化を図ることができる効果も奏す
る。
【0034】実施の形態3.図6はこの発明の実施の形
態3によるバランを示す構成図であり、図において、図
1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省
略する。52は結合線路34の結合端子を高周波的に接
地する先端開放スタブ、53は結合線路35のアイソレ
ーション端子を高周波的に接地する先端開放スタブ、5
4は伝送線路48と伝送線路49の間に接続され、直流
信号の通過を阻止するキャパシタである。
【0035】次に動作について説明する。上記実施の形
態1では、マーチャントバラン32の出力端子36,3
7が伝送線路47を介して直流的に接続されているの
で、例えば、図22に示すように、マーチャントバラン
32の出力端子36,37に単位ミクサ25,26が接
続される場合(ただし、図22の例では、出力端子の符
号は12,13)、単位ミクサ25,26のバイアス電
圧を独立して制御することができない。
【0036】このため、単位ミクサ25,26は、共通
のバイアス電圧により制御されるので、単位ミクサ25
と単位ミクサ26の特性が完全に一致しない場合には、
異なる変換利得となる。そこで、単位ミクサ25,26
のバイアス電圧を独立して制御することができるように
するためには、図7に示すように、単位ミクサ25,2
6の前段に、直流信号の通過を阻止するキャパシタC
1,C2を2個挿入する必要がある。
【0037】しかし、これでは2個のキャパシタを挿入
する必要があるので、この実施の形態3では、1個のキ
ャパシタを挿入するだけで、単位ミクサ25,26のバ
イアス電圧を独立して制御することができるようにする
ため、伝送線路48と伝送線路49の間にキャパシタ5
4を挿入し、単位ミクサ25,26の前段に挿入するキ
ャパシタC1,C2を不要にしている(図8を参照)。
【0038】実施の形態4.図9はこの発明の実施の形
態4によるバランを示す構成図であり、図において、図
1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省
略する。55は一端が抵抗43の他端に接続され、RF
信号A,Bの周波数を基準にして1/8波長の電気長を
有する伝送線路(第1の伝送線路)、56は一端が抵抗
45の他端に接続され、RF信号A,Bの周波数を基準
にして1/8波長の電気長を有する伝送線路(第2の伝
送線路)、57は伝送線路55と伝送線路56の間に接
続され、RF信号A,Bの周波数を基準にして1/4波
長の電気長を有する結合線路である。
【0039】次に動作について説明する。上記実施の形
態3では、伝送線路48と伝送線路49の間にキャパシ
タ54を接続するものについて示したが、図9に示すよ
うに、キャパシタ54の代わりに、結合線路57が直流
信号の通過を阻止するようにしてもよい。これにより、
単位ミクサ25,26のバイアス電圧を独立して制御す
ることができるとともに、キャパシタ54の接続が不要
になる効果を奏する。
【0040】実施の形態5.図10はこの発明の実施の
形態5によるバランを示す構成図であり、図において、
図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を
省略する。58は抵抗43と抵抗45の間に接続され、
RF信号A,Bの周波数を基準にして1/2波長の電気
長を有する結合線路である。
【0041】次に動作について説明する。上記実施の形
態4では、伝送線路48と伝送線路49の間に1/4波
長の電気長を有する結合線路57を接続するものについ
て示したが、図10に示すように、伝送線路48,49
及び結合線路57の代わりに、1/2波長の電気長を有
する結合線路58を接続するようにしてもよい。これに
より、単位ミクサ25,26のバイアス電圧を独立して
制御することができるとともに、キャパシタ54の接続
が不要になる効果を奏する。
【0042】実施の形態6.図11はこの発明の実施の
形態6によるバランを示す構成図であり、図において、
図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を
省略する。59はRF信号A,Bの周波数を基準にして
1/2波長の電気長を有する伝送線路であり、伝送線路
59は中央部59aの特性インピーダンスが両端部59
bの特性インピーダンスより低い伝送線路である。
【0043】次に動作について説明する。この実施の形
態6は、伝送線路47の代わりに、中央部59aの特性
インピーダンスが両端部59bの特性インピーダンスよ
り低い伝送線路59を用いている点で上記実施の形態1
と異なるが、中央部59aの広い伝送線路59を用いる
場合、伝送線路59を最短距離で伝搬する経路Aと、伝
送線路59の縁に沿って伝搬する経路Bとの経路差が大
きくなるため、伝送線路59を1/2波長とみなす周波
数の範囲が増大する。これにより、上記実施の形態1の
場合より、広帯域にわたり高い分配精度とアイソレーシ
ョン特性を実現することができる。
【0044】実施の形態7.図12はこの発明の実施の
形態7によるバランを示す構成図であり、図において、
図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を
省略する。60,61はRF信号A,Bの周波数を基準
にして2分のn波長(nは整数)の電気長を有する伝送
線路である。
【0045】次に動作について説明する。上記実施の形
態1から実施の形態6では、出力信号線38,40に
は、n/2波長の電気長を有する伝送線路60,61は
付加されていないが、図12に示すように、n/2波長
の電気長を有する伝送線路60,61を出力信号線3
8,40に付加する場合、図13の実験結果からも明ら
かなように、上記実施の形態1から実施の形態6の場合
より、広帯域にわたりアイソレーション特性が向上す
る。
【0046】実施の形態8.図14はこの発明の実施の
形態8による平衡型のミクサを示す構成図であり、図に
おいて、図1と同一符号は同一または相当部分を示すの
で説明を省略する。71は図1のバラン、72はLO波
を入力する入力端子、73は入力端子72からLO波を
入力すると、等振幅かつ同位相のLO波A,Bを単位ミ
クサ74,75に出力するLO用同相分配器(分配手
段)、74はバラン71の出力端子39から出力された
RF信号AにLO波Aを混合して、IF信号Aを出力す
る単位ミクサ(第1の混合手段)、75はバラン71の
出力端子41から出力されたRF信号BにLO波Bを混
合して、IF信号Bを出力する単位ミクサ(第2の混合
手段)、76は単位ミクサ74から出力されたIF信号
Aと単位ミクサ75から出力されたIF信号Bを合成し
てIF信号を出力するIF用逆相合成器(合成手段)、
77は出力端子である。
【0047】次に動作について説明する。まず、バラン
71は、RF信号を入力するとRF信号の位相を調整
し、振幅が同一であって、位相が互いに逆相関係にある
RF信号A,Bのみを出力し、逆相でない信号は出力し
ない。一方、LO用同相分配器73は、入力端子72か
らLO波を入力すると、等振幅かつ同位相のLO波A,
Bをそれぞれ単位ミクサ74,75に出力する。
【0048】このようにして、バラン71からRF信号
A,Bが出力され、LO用同相分配器73からLO波
A,Bが出力されると、単位ミクサ74は、バラン71
の出力端子39から出力されたRF信号AにLO波Aを
混合して、IF信号Aを出力する。また、単位ミクサ7
5は、バラン71の出力端子41から出力されたRF信
号BにLO波Bを混合して、IF信号Bを出力する。
【0049】そして、IF用逆相合成器76は、単位ミ
クサ74,75から出力される、IF信号AとIF信号
Bを合成して、IF信号を出力する。なお、単位ミクサ
74,75に入力するRF信号A,Bは互いに完全逆相
なので、出力されるIF信号A,Bの位相差も180度
となる。従って、IF用逆相合成器76から出力される
IF信号の振幅は、IF信号A,Bの振幅の2倍にな
る。
【0050】以上で明らかなように、この実施の形態8
によれば、図1のバラン71を用いてミクサを構成する
ようにしたので、バラン71の出力端子39,41から
逆相関係にあるRF信号A,Bのみが出力されるように
なり、その結果、変換損を小さくすることができる効果
を奏する。
【0051】実施の形態9.上記実施の形態8では、上
記実施の形態1の図1で示されたバランを用いてミクサ
を構成するものについて示したが、上記実施の形態2か
ら実施の形態7で示されたバランを用いてミクサを構成
するようにしてもよく、上記実施の形態8と同様の効果
を奏することができる。
【0052】実施の形態10.図15はこの発明の実施
の形態10によるミクサを示す構成図であり、図におい
て、図14と同一符号は同一または相当部分を示すので
説明を省略する。81,82,83は整合回路、84は
RF信号をゲート端子G1(第1のゲート端子)から入
力し、LO波をゲート端子G2(第2のゲート端子)か
ら入力すると、ドレイン端子DからIF信号を出力する
デュアルゲートFET(FET)、85はゲート端子G
1にバイアス電圧Vg1を印加するバイアス電源(第1の
バイアス電源)、86はゲート端子G2にバイアス電圧
g2を印加するバイアス電源(第2のバイアス電源)、
87はドレイン端子Dにバイアス電圧Vd を印加するバ
イアス電源(第3のバイアス電源)である。
【0053】次に動作について説明する。まず、整合回
路81から出力されたRF信号は、バイアス電源85に
よりバイアス電圧Vg1が印加され、整合回路81から出
力されたLO波は、バイアス電源86によりバイアス電
圧Vg2が印加されるが、デュアルゲートFET84は、
バイアス電圧Vg1が印加されたRF信号をゲート端子G
1から入力し、バイアス電圧Vg2が印加されたLO波を
ゲート端子G2から入力すると、RF信号とLO波の混
合波として、ドレイン端子DからIF信号を出力する。
【0054】ここで、IF信号の周波数fIFは、下記の
ように表されるが、例えば、m=1,n=1のIF信号
を取得する場合、IF信号以外のスプリアス波は、一般
的には、ミクサの後段にフィルタを設けて除去する必要
がある。これに対し、所望のIF信号及びスプリアス波
のレベルは、デュアルゲートFET84のバイアス条件
に依存するので、低スプリアスな特性を得るためにはバ
イアス条件を適宜調整しながらスプリアスレベルを測定
する必要がある。 fIF=|m・fRF±n・fLO| ただし、fRF :RF信号の周波数 fLO :LO波の周波数 m,n:任意の整数
【0055】デュアルゲートFET84のドレイン端子
Dから出力されるIF信号は、ゲート端子G2をLO波
で励振したときのゲート端子G1とドレイン端子D間の
相互コンダクタンスgm と、RF信号の積で表すことが
できる。なお、相互コンダクタンスgm は、予め設定さ
れたゲート端子G1のバイアス電圧Vg1とゲート端子G
2のバイアス電圧Vg2に対して与えられる下記のgmdc
にLO波を重畳したものに相当する。 gmdc =( Id / Vg1)|Vg2=CONST. ただし、Id :ドレイン電流
【0056】また、上記gmdc と相互コンダクタンスg
m の関係は、図16に示す通りとなり、gmdc は次式で
与えられる。 ・Vg2<VC の場合 gmdc =0 ・VC <Vg2<Va の場合 gmdc =α・Vg2+β ・Vg2>Va の場合 gmdc =gmmax
【0057】ここで、ゲート端子G2に印加するバイア
ス電圧Vg2をV1 に設定する場合、LO波で励振された
相互コンダクタンスgm は、図16の(a)に示すよう
に、一部クリップされた波形となって高調波成分を有す
ることになる。従って、ミクサの出力端子77からは、
その高調波成分に応じて多数の混合波が出力されること
になる。一方、ゲート端子G2に印加するバイアス電圧
g2をVa とVC の平均値付近V2 に設定する場合、相
互コンダクタンスgm は、図16の(b)に示すよう
に、正弦波となるため高調波成分を持たず、相互コンダ
クタンスgm とRF信号の積も高調波成分を含むことが
ない。従って、ミクサの出力端子77から不要波が出力
されず、ミクサの後段にフィルタを設ける必要がない。
【0058】このように直流特性からgmdc を求めるこ
とにより、ゲート端子G2に印加するバイアス電圧Vg2
の設定値を、gmdc が直線的に比例して変化する領域の
中央付近の値に設定すれば、容易に低スプリアスなミク
サを得ることができる。また、予め設定されたバイアス
電圧Vg1を変えることで、図16中のgmdc の傾きや、
バイアス電圧Vg2に比例して変化する領域を変えること
ができる。従って、相互コンダクタンスgm が大きくな
るようなバイアス電圧Vg1を選択することにより、変換
利得の向上を図ることができる効果も奏する。
【0059】実施の形態11.上記実施の形態10で
は、デュアルゲートFET84のゲート端子G1にRF
信号を入力し、デュアルゲートFET84のゲート端子
G2にLO波を入力するものについて示したが、図17
に示すように、デュアルゲートFET84のゲート端子
G2にRF信号を入力し、デュアルゲートFET84の
ゲート端子G1にLO波を入力するようにしてもよい。
この場合には、図18に示すような直流特性から、バイ
アス電圧Vg1に対するゲート端子G2とドレイン端子D
間の相互コンダクタンスgm を求めればよい。
【0060】実施の形態12.上記実施の形態1から実
施の形態7では、例えば、1/2波長の電気長を有する
伝送線路や結合線路を用いてバランを構成するものにつ
いて示したが、完全な1/2波長等である必要はなく、
電気長が概ね1/2波長等であれば、同様の効果を奏す
ることができる。
【0061】実施の形態13.上記実施の形態8から実
施の形態11では、変換損の小さなミクサについて示し
たが、これらのミクサを用いて通信装置を構成するよう
にしてもよい。これにより、通信装置の高利得化を図る
ことができる効果を奏する。
【0062】実施の形態14.上記実施の形態8から実
施の形態11では、変換損の小さいミクサについて示し
たが、これらのミクサを用いてレーダ装置を構成するよ
うにしてもよい。これにより、レーダ装置の高利得化を
図ることができる効果を奏する。また、高利得化すると
測距性能の向上を図ることもできる。
【0063】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、第1
の抵抗と第2の抵抗の間に2分の1波長の電気長を有す
る伝送線路を接続し、これを第1、第2の出力端子間に
接続するように構成したので、逆相関係にある高周波信
号のみを出力することができるようになり、その結果、
出力端子間のアイソレーション特性が良好なバランを得
ることができる効果がある。
【0064】この発明によれば、4分の1波長の電気長
を有する第1の伝送線路の一端を第1の出力手段に接続
するとともに、4分の1波長の電気長を有する第2の伝
送線路の一端を第2の出力手段に接続し、他端が接地さ
れた抵抗の一端を第1及び第2の伝送線路の他端に接続
するように構成したので、逆相関係にある高周波信号の
みを出力することができるようになり、その結果、出力
端子間のアイソレーション特性が良好なバランを得るこ
とができる効果がある。また、1個の抵抗を用いるだけ
で、アイソレーション特性を高めることができるので、
バランの小型化と低コスト化を図ることができる効果も
ある。
【0065】この発明によれば、4分の1波長の電気長
を有する第1の伝送線路と4分の1波長の電気長を有す
る第2の伝送線路の間にキャパシタを接続し、これを第
1、第2の出力端子間に接続するように構成したので、
1個のキャパシタを用いるだけで、単位ミクサのバイア
ス電圧を独立して制御することができる効果がある。
【0066】この発明によれば、8分の1波長の電気長
を有する第1の伝送線路と8分の1波長の電気長を有す
る第2の伝送線路の間に4分の1波長の電気長を有する
結合線路を接続し、これを第1、第2の出力端子間に接
続するように構成したので、キャパシタを接続すること
なく、単位ミクサのバイアス電圧を独立して制御するこ
とができる効果がある。
【0067】この発明によれば、第1の抵抗と第2の抵
抗の間に2分の1波長の電気長を有する結合線路を接続
し、これを第1、第2の出力端子間に接続するように構
成したので、キャパシタを接続することなく、単位ミク
サのバイアス電圧を独立して制御することができる効果
がある。
【0068】この発明によれば、中央部の特性インピー
ダンスが両端部の特性インピーダンスより低い伝送線路
を用い、これを第1、第2の出力端子間に接続するよう
に構成したので、広帯域にわたり高い分配精度とアイソ
レーション特性を実現することができる効果がある。
【0069】この発明によれば、2分のn波長(nは整
数)の電気長を有する伝送線路を用いて第1及び第2の
出力手段を構成するようにしたので、広帯域にわたりア
イソレーション特性が向上する効果がある。
【0070】この発明によれば、4分の1波長の電気長
を有する複数の結合線路を用いて生成手段を構成するよ
うにしたので、バランの分配精度を高めることができる
効果がある。
【0071】この発明によれば、請求項1から請求項8
に記載のバランを用いてミクサを構成するようにしたの
で、バランの出力端子から逆相関係にある高周波信号の
みが出力されるようになり、その結果、変換損の劣化を
抑制する効果がある。
【0072】この発明によれば、第1のゲート端子とド
レイン端子間の相互コンダクタンスと第2ゲート端子に
印加するバイアス電圧との関係を導出し、第2のゲート
端子に印加するバイアス電圧を相互コンダクタンスの変
化領域の平均値に設定するように構成したので、ミクサ
の後段にフィルタを設けることなく、不要波が抑制され
たミクサを得ることができる効果がある。
【0073】この発明によれば、第1及び第2のゲート
端子の前段に整合回路を設けるとともに、ドレイン端子
の後段に整合回路を設けるように構成したので、ミクサ
の内部インピーダンスが外部インピーダンスと異なる場
合でも、不要波が抑制されたミクサを得ることができる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1によるバランを示す
構成図である。
【図2】 RF信号の波形を示す波形図である。
【図3】 逆相信号が出力された場合の等価回路を示す
構成図である。
【図4】 逆相関係にない信号が出力された場合の等価
回路を示す構成図である。
【図5】 この発明の実施の形態2によるバランを示す
構成図である。
【図6】 この発明の実施の形態3によるバランを示す
構成図である。
【図7】 単位ミクサのバイアス電圧を独立して制御す
る場合のミクサを示す構成図である。
【図8】 この発明の実施の形態3によるバランを用い
た場合のミクサを示す構成図である。
【図9】 この発明の実施の形態4によるバランを示す
構成図である。
【図10】 この発明の実施の形態5によるバランを示
す構成図である。
【図11】 この発明の実施の形態6によるバランを示
す構成図である。
【図12】 この発明の実施の形態7によるバランを示
す構成図である。
【図13】 アイソレーション特性を説明する特性図で
ある。
【図14】 この発明の実施の形態8による平衡型のミ
クサを示す構成図である。
【図15】 この発明の実施の形態10によるミクサを
示す構成図である。
【図16】 gmdc と相互コンダクタンスgm の関係を
示す説明図である。
【図17】 この発明の実施の形態11によるミクサを
示す構成図である。
【図18】 ゲート端子G2とドレイン端子D間の相互
コンダクタンスgmを説明する説明図である。
【図19】 従来のバランを示す構成図である。
【図20】 通過特性等を説明する特性図である。
【図21】 アイソレーション特性等を説明する特性図
である。
【図22】 従来のバランを用いた平衡型のミクサを示
す構成図である。
【図23】 RF信号の反射等を説明する説明図であ
る。
【図24】 RF信号と干渉波のベクトル合成を説明す
るベクトル図である。
【符号の説明】
32 マーチャントバラン(生成手段)、38 出力信
号線(第1の出力手段)、40 出力信号線(第2の出
力手段)、43 抵抗(第1の抵抗)、45抵抗(第2
の抵抗)、47,59,60,61 伝送線路、48,
55 伝送線路(第1の伝送線路)、49,56 伝送
線路(第2の伝送線路)、51 抵抗、54 キャパシ
タ、57,58 結合線路、59a 中央部、59b
両端部、71 バラン、73 LO用同相分配器(分配
手段)、74 単位ミクサ(第1の混合手段)、75
単位ミクサ(第2の混合手段)、76 IF用逆相合成
器(合成手段)、81〜83 整合回路、84 デュア
ルゲートFET(FET)、85 バイアス電源(第1
のバイアス電源)、86 バイアス電源(第2のバイア
ス電源)、87 バイアス電源(第3のバイアス電
源)、D ドレイン端子、G1 ゲート端子(第1のゲ
ート端子)、G2 ゲート端子(第2のゲート端子)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下沢 充弘 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 礒田 陽次 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 位相が逆相関係にある複数の高周波信号
    を生成する生成手段と、上記生成手段により生成された
    一方の高周波信号を出力する第1の出力手段と、上記生
    成手段により生成された他方の高周波信号を出力する第
    2の出力手段と、一端が上記第1の出力手段に接続され
    た第1の抵抗と、一端が上記第2の出力手段に接続され
    た第2の抵抗と、上記第1の抵抗と上記第2の抵抗の間
    に接続され、その高周波信号の周波数を基準にして2分
    の1波長の電気長を有する伝送線路とを備えたバラン。
  2. 【請求項2】 位相が逆相関係にある複数の高周波信号
    を生成する生成手段と、上記生成手段により生成された
    一方の高周波信号を出力する第1の出力手段と、上記生
    成手段により生成された他方の高周波信号を出力する第
    2の出力手段と、一端が上記第1の出力手段に接続さ
    れ、その高周波信号の周波数を基準にして4分の1波長
    の電気長を有する第1の伝送線路と、一端が上記第2の
    出力手段に接続され、その高周波信号の周波数を基準に
    して4分の1波長の電気長を有する第2の伝送線路と、
    一端が上記第1及び第2の伝送線路の他端に接続され、
    他端が接地された抵抗とを備えたバラン。
  3. 【請求項3】 位相が逆相関係にある複数の高周波信号
    を生成する生成手段と、上記生成手段により生成された
    一方の高周波信号を出力する第1の出力手段と、上記生
    成手段により生成された他方の高周波信号を出力する第
    2の出力手段と、一端が上記第1の出力手段に接続され
    た第1の抵抗と、一端が上記第2の出力手段に接続され
    た第2の抵抗と、一端が上記第1の抵抗の他端に接続さ
    れ、その高周波信号の周波数を基準にして4分の1波長
    の電気長を有する第1の伝送線路と、一端が上記第2の
    抵抗の他端に接続され、その高周波信号の周波数を基準
    にして4分の1波長の電気長を有する第2の伝送線路
    と、上記第1の伝送線路と上記第2の伝送線路の間に接
    続されたキャパシタとを備えたバラン。
  4. 【請求項4】 位相が逆相関係にある複数の高周波信号
    を生成する生成手段と、上記生成手段により生成された
    一方の高周波信号を出力する第1の出力手段と、上記生
    成手段により生成された他方の高周波信号を出力する第
    2の出力手段と、一端が上記第1の出力手段に接続され
    た第1の抵抗と、一端が上記第2の出力手段に接続され
    た第2の抵抗と、一端が上記第1の抵抗の他端に接続さ
    れ、その高周波信号の周波数を基準にして8分の1波長
    の電気長を有する第1の伝送線路と、一端が上記第2の
    抵抗の他端に接続され、その高周波信号の周波数を基準
    にして8分の1波長の電気長を有する第2の伝送線路
    と、上記第1の伝送線路と上記第2の伝送線路の間に接
    続され、その高周波信号の周波数を基準にして4分の1
    波長の電気長を有する結合線路とを備えたバラン。
  5. 【請求項5】 位相が逆相関係にある複数の高周波信号
    を生成する生成手段と、上記生成手段により生成された
    一方の高周波信号を出力する第1の出力手段と、上記生
    成手段により生成された他方の高周波信号を出力する第
    2の出力手段と、一端が上記第1の出力手段に接続され
    た第1の抵抗と、一端が上記第2の出力手段に接続され
    た第2の抵抗と、上記第1の抵抗と上記第2の抵抗の間
    に接続され、その高周波信号の周波数を基準にして2分
    の1波長の電気長を有する結合線路とを備えたバラン。
  6. 【請求項6】 中央部の特性インピーダンスが両端部の
    特性インピーダンスより低い伝送線路を用いることを特
    徴とする請求項1記載のバラン。
  7. 【請求項7】 生成手段により生成された高周波信号の
    周波数を基準にして2分のn波長(nは整数)の電気長
    を有する伝送線路を用いて第1及び第2の出力手段を構
    成することを特徴とする請求項1から請求項6のうちの
    いずれか1項記載のバラン。
  8. 【請求項8】 高周波信号の周波数を基準にして4分の
    1波長の電気長を有する複数の結合線路を用いて生成手
    段を構成することを特徴とする請求項1から請求項7の
    うちのいずれか1項記載のバラン。
  9. 【請求項9】 請求項1から請求項8に記載のバラン
    と、局部発振波を同相分配する分配手段と、上記バラン
    の第1の出力手段から出力された高周波信号に上記分配
    手段により分配された局部発振波を混合して中間周波数
    信号を生成する第1の混合手段と、上記バランの第2の
    出力手段から出力された高周波信号に上記分配手段によ
    り分配された局部発振波を混合して中間周波数信号を生
    成する第2の混合手段と、上記第1の混合手段により生
    成された中間周波数信号と上記第2の混合手段により生
    成された中間周波数信号とを合成する合成手段とを備え
    たミクサ。
  10. 【請求項10】 高周波信号を第1のゲート端子から入
    力し、局部発振波を第2のゲート端子から入力すると、
    ドレイン端子から中間周波数信号を出力するFETと、
    上記第1のゲート端子にバイアス電圧を印加する第1の
    バイアス電源と、上記第2のゲート端子にバイアス電圧
    を印加する第2のバイアス電源と、上記ドレイン端子に
    バイアス電圧を印加する第3のバイアス電源とを備えた
    ミクサにおいて、上記第1のゲート端子と上記ドレイン
    端子間の相互コンダクタンスと、上記第2のゲート端子
    に印加するバイアス電圧との関係を導出し、上記第2の
    ゲート端子に印加するバイアス電圧を上記相互コンダク
    タンスの変化領域の平均値に設定することを特徴とする
    ミクサ。
  11. 【請求項11】 第1及び第2のゲート端子の前段に整
    合回路を設けるとともに、ドレイン端子の後段に整合回
    路を設けることを特徴とする請求項10記載のミクサ。
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