JP2001196862A - シングルバランスミキサ - Google Patents

シングルバランスミキサ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ＲＦ信号の周波数帯域とＩＦ信号
の周波数とが充分離れていないような場合でも、ＲＦ信
号とＩＦ信号とを充分分離して変換効率のよい広帯域の
シングルバランスミキサを提供する。 【解決手段】 ＲＦ信号とローカル信号Ｌｏとを混合し
てＩＦ信号に変換するシングルバランスミキサにおい
て、ＲＦ信号とＩＦ信号との分離をＩＦ周波数のλ／４
マイクロストリップ線路を具備しておこなっている解決
手段。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波、ミリ
波帯の計測器等で用いられる広帯域のシングルバランス
ミキサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＲＦ（高周波）信号とローカル信号とを
混合して、和又は差の周波数のＩＦ信号（中間周波信
号）に周波数変換するのにミキサが用いられる。例え
ば、マイクロ波帯やミリ波帯のミキサは、ダイオード素
子またはトランジスタ素子の非線形特性を利用してい
る。
【０００３】最初に、トランジスタ素子のＦＥＴをミキ
サとした従来の広帯域のシングルバランスミキサの構成
と動作について説明する。ここに示すシングルバランス
ミキサは、本願と同一の考案者により平成１１年９月２
２日に出願（実願平１１−７２５２）された考案のシン
グルバランスミキサと同一である。
【０００４】図５に示すように、従来の広帯域のシング
ルバランスミキサは、１８０°ハイブリッドカプラ２
と、終端抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４と、λ
／４マイクロストリップ結合線路１２、１３と、ＩＦフ
ィルタ８、９と、１８０°ハイブリッドカプラ１０とに
より構成している。
【０００５】次に、図５に示すシングルバランスミキサ
について、信号を主体として動作の説明をする。ローカ
ル信号Ｌｏは、他端を抵抗Ｒ１で終端された１８０°ハ
イブリッドカプラ２の１端に入力されて、等振幅で互い
に逆相（０°、１８０°）の２つのローカル信号に分配
して出力される。
【０００６】等振幅で互いに逆相（０°、１８０°）の
２つのローカル信号は、トランジスタ素子のＦＥＴ３、
ＦＥＴ４のゲートＧを、それぞれ励振すなわちＯＮ／Ｏ
ＦＦする。
【０００７】ＲＦ信号は、等振幅で同相の２つのＲＦ信
号にＴ分岐され、分岐された一方のＲＦ信号はλ／４マ
イクロストリップ結合線路１２を介してＦＥＴ３のドレ
インＤに入力され、分岐された他方のＲＦ信号は、λ／
４マイクロストリップ結合線路１３を介してＦＥＴ４の
ドレインＤに入力される。
【０００８】そして、等振幅で互いに逆相のローカル信
号（０°、１８０°）と、等振幅で同相のＲＦ信号と
は、ミキサのＦＥＴ３とＦＥＴ４とでそれぞれ混合さ
れ、等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０°）
として周波数変換されてＦＥＴ３とＦＥＴ４の各ドレイ
ンＤ側に出力される。
【０００９】ＦＥＴ３とＦＥＴ４の各ドレインＤに出力
された等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０
°）は、それぞれＩＦフィルタ８、９により所望のＩＦ
周波数にフィルタリングされる。
【００１０】そして、ＩＦフィルタ８、９によりフィル
タリングされた２つの信号は、他端を抵抗Ｒ１で終端さ
れた１８０°ハイブリッドカプラ１０で同相合成されて
１つのＩＦ信号として出力される。
【００１１】次に、従来の広帯域のシングルバランスミ
キサにおいて、ＲＦ信号とＩＦ信号とを分離しているλ
／４マイクロストリップ結合線路１２、１３に関して説
明する。ＦＥＴ３とＦＥＴ４との各ドレイン側には、周
波数変換されたＩＦ信号と、λ／４マイクロストリップ
結合線路１２、１３により結合されたＲＦ信号とがそれ
ぞれ存在する。
【００１２】従って、λ／４マイクロストリップ結合線
路１２、１３は、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレインＤに
変換されたＩＦ信号がＲＦ信号の入力側に洩れないよう
にするために、ＲＦ周波数に対しては低インピーダンス
となり、また、ＩＦ周波数に対しては高インピーダンス
となる特性としている。
【００１３】次に、λ／４マイクロストリップ結合線路
１２、１３を基板上に形成した要部平面図について説明
する。図６に示すように、λ／４マイクロストリップ結
合線路１２、１３は、ＲＦ信号の周波数のλ／４の長さ
で幅ＷのパターンをギャップＧとして、基板上に形成し
た結合ストリップラインである。
【００１４】ここで、パターンの長さλ／４は、例え
ば、ＲＦ信号の周波数帯域の中心周波数の波長をλとし
て概略値として求め、実際のＲＦ信号の周波数帯域に合
わせて所望の特性が得られるように適宜調整している。
パターンのギャップＧは、ギャップを大きくして結合度
を小さくすれば、ＩＦ信号とＲＦ信号との分離がよくな
るが、インサーションロスが増加して通過特性が劣化す
るので設計仕様に合わせて最適化している。パターンの
幅Ｗは、幅を大きくするとインサーションロスは少なく
なるが、帯域幅が広がりすぎＩＦ信号の分離が悪くなる
ので設計仕様に合わせて最適化している。
【００１５】次に、従来の広帯域のシングルバランスミ
キサにおいて、ＩＦ信号とＲＦ信号とを分離する具体的
特性例について説明する。図７に示すように、λ／４マ
イクロストリップ結合線路の減衰量の周波数特性は、Ｒ
Ｆ周波数帯域５０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚにおいて減衰量１
ｄＢとしたとき、ＩＦ周波数３０ＧＨｚにおいて、以前
からあるコンデンサ結合による特性に比較して、減衰量
が７ｄＢから１５ｄＢとなり８ｄＢ分離特性が向上して
いる。
【００１６】しかし、従来のλ／４マイクロストリップ
結合線路による広帯域のシングルバランスミキサより
も、ＩＦ信号のＲＦ信号側への漏れによるロスをさらに
少なくし、ミキサとしての変換効率のさらに高い要求の
用途には十分対応できない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記説明したように、
従来の広帯域のシングルバランスミキサにおいて、λ／
４マイクロストリップ結合線路の方式よりも、ＲＦ信号
とＩＦ信号とを十分分離し、ミキサの変換効率のさらに
高い用途に使用する要求にたいして十分な特性が得られ
ないという問題があった。そこで、本発明は、ＲＦ信号
の周波数帯域とＩＦ信号の周波数とが充分離れていない
ような場合でも、ＲＦ信号とＩＦ信号とを十分分離して
さらに変換効率のよい広帯域のシングルバランスミキサ
を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】即ち、上記目的を達成す
るためになされた本発明の第１は、ＲＦ信号とローカル
信号とを混合してＩＦ信号に変換するシングルバランス
ミキサにおいて、ＲＦ信号とＩＦ信号との分離をＩＦ周
波数のλ／４マイクロストリップ線路を具備しておこな
っていることを特徴としたシングルバランスミキサを要
旨としている。
【００１９】また、上記目的を達成するためになされた
本発明の第２は、ＲＦ信号とローカル信号とを混合して
ＩＦ信号に変換するシングルバランスミキサにおいて、
ローカル信号を互いに逆相となる２つの信号に分配する
第１のハイブリッドカプラと、ＲＦ信号をＴ分岐した２
つの同相信号を、それぞれ直流遮断してＩＦ信号と分離
出力するＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路
と、該ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路から
出力した同相のＲＦ信号と、前記第１のハイブリッドカ
プラにより分配した逆相のローカル信号とを、それぞれ
混合して互いに逆相の２つのＩＦ信号に変換するトラン
ジスタ素子と、該トランジスタ素子で変換した互いに逆
相のＩＦ信号を、それぞれフィルタリングして出力する
ＩＦフィルタと、該ＩＦフィルタの出力した互いに逆相
のＩＦ信号を同相合成して、１つのＩＦ信号として出力
する第２のハイブリッドカプラと、を具備したことを特
徴としたシングルバランスミキサを要旨としている。
【００２０】そしてまた、上記目的を達成するためにな
された本発明の第３は、ＩＦ周波数のλ／４マイクロス
トリップ結合線路から出力した同相のＲＦ信号と、ハイ
ブリッドカプラにより分配した互いに逆相のローカル信
号とを混合してそれぞれ互いに逆相のＩＦ信号に変換す
るミキサは、ダイオード素子である本発明第２記載のシ
ングルバランスミキサを要旨としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】（実施例１）最初に、トランジス
タ素子のＦＥＴをミキサとした広帯域のシングルバラン
スミキサの実施例１の構成と動作について説明する。
【００２２】図１に示すように、実施例１の広帯域のシ
ングルバランスミキサは、１８０°ハイブリッドカプラ
２と、終端抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４と、
ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５
と、ＩＦフィルタ８、９と、１８０°ハイブリッドカプ
ラ１０とにより構成している。
【００２３】つまり、図１に示す実施例１の広帯域のシ
ングルバランスミキサの構成は、従来の図５に示す広帯
域のシングルバランスミキサにおけるＲＦ周波数のλ／
４マイクロストリップ結合線路１２、１３を、ＩＦ周波
数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５に置き換
えた以外は同じ構成となっている。従って、従来と同じ
構成部分の動作については、従来技術において説明した
ので省略する。
【００２４】次に、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリ
ップ線路１４、１５を基板上に形成した要部平面図につ
いて説明する。図２に示すように、ＩＦ周波数のλ／４
マイクロストリップ線路１４、１５のパターンの長さ
は、ＩＦ信号の周波数の波長λの１／４の電気長とし
て、ＲＦ信号のパターンに接続される。
【００２５】そして、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートＧ
は、Ｌｏ信号のパターンに接続され、ソースＳは、ＧＮ
Ｄへ接地されるスルーホール１６、１７、１８、１９の
各パッドに接続され、ドレインＤは、ＩＦ周波数のλ／
４マイクロストリップ線路１４、１５のパターンに接続
されている。また、等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０
°、１８０°）は、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレインＤ
側の近傍からパターン接続して取り出している。
【００２６】図２において、トランジスタ素子のＦＥＴ
３、ＦＥＴ４は、各電極とパターンとの接続を金ワイヤ
でボンディングするチップ素子としたが、フリップチッ
プやＭＭＩＣとして構成しても同様に実施できる。
【００２７】次に、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリ
ップ線路１４、１５の動作について説明する。ＩＦ周波
数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５によりＲ
Ｆ信号がＴ分岐されて、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレイ
ンＤに等振幅の同相信号がそれぞれ与えられる。ＦＥＴ
３、ＦＥＴ４のそれぞれのドレインＤはＩＦ周波数のλ
／４の電気長を経てＲＦ入力端で接続し、かつ２つのド
レインに発生する等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０
°、１８０°）はＲＦ入力端で合成され０レベルとな
り、等価的に接地されたことになるため、ショートスタ
ブを設けたことと同様の効果となり、ＦＥＴ３、ＦＥＴ
４のドレインＤからＲＦ入力側を見たＩＦ周波数におけ
るインピーダンスは無限大となる。従って、ＦＥＴ３、
ＦＥＴ４の各ドレインＤ側のＩＦ信号は、ＲＦ信号側に
もれて出力されにくくなりＩＦ信号のパターンへほとん
ど出力される。
【００２８】次に、本実施例の広帯域のシングルバラン
スミキサにおいて、ＩＦ信号とＲＦ信号とを分離する具
体的特性例について、従来例と比較して説明する。図３
に示すように、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ
線路による減衰量の周波数特性は、ＲＦ信号の帯域５０
ＧＨｚ〜８０ＧＨｚにおいて、減衰量１ｄＢ以下で、Ｉ
Ｆ周波数３０ＧＨｚにおいて減衰量３０ｄＢの特性が得
られた。
【００２９】従って、ＩＦ周波数のλ／４マイクロスト
リップ線路１４、１５による特性は、従来のλ／４マイ
クロストリップ結合線路１２、１３による特性よりも、
ＩＦ周波数３０ＧＨｚにおいて減衰量が１５ｄＢから３
０ｄＢとなり分離特性が１５ｄＢも大幅に向上した。ま
た、ＩＦ信号のＲＦ信号側への漏れによるロスが僅少と
なるので、ミキサとしての変換効率も大幅に向上する。
【００３０】ところで、１つの信号から等振幅で互いに
逆相の信号（０°、１８０°）の２つの信号に分配する
構成要素として１８０°ハイブリッドカプラとして説明
したが、バラン等を使用しても同様に実現できる。ま
た、トランジスタ素子としては、ＦＥＴ以外のＢＪＴや
ＨＢＴを使用しても同様に実現できる。
【００３１】（実施例２）次に、ダイオード素子をミキ
サとした広帯域のシングルバランスミキサの実施例２の
構成と動作について説明する。図４に示す実施例２のシ
ングルバランスミキサは、１８０°ハイブリッドカプラ
２、１０と、終端抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ダイオードＤ１、
Ｄ２と、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１
４、１５と、ＩＦフィルタ８、９とにより構成してい
る。
【００３２】本実施例２は、実施例１のＦＥＴ３、ＦＥ
Ｔ４をダイオードＤ１、Ｄ２に置き換えた以外は同じ構
成である。つまり、実施例１と同様に、ダイオードＤ
１、Ｄ２のアノードはＩＦ周波数のλ／４の電気長を経
てＲＦ入力端で接続し、かつ２つのダイオードＤ１、Ｄ
２のアノード側に発生する等振幅で互いに逆相のＩＦ信
号（０°、１８０°）はＲＦ入力端で合成され０レベル
となり、等価的に接地されたことになるため、ショート
スタブを設けたことと同様の効果となり、ダイオードＤ
１、Ｄ２のアノードからＲＦ入力側を見たＩＦ周波数に
おけるインピーダンスは無限大となる。従って、ダイオ
ードＤ１、Ｄ２により混合出力されたＩＦ信号は、ＲＦ
信号側に出力されにくくなり、ＩＦ信号のパターンへほ
とんど出力される。なお、本実施例２のその他の動作
は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
【発明の効果】上記説明したように、本発明の広帯域の
シングルバランスミキサは、ＲＦ信号とＩＦ信号との分
離をＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路を用い
る結合手段とすることによって、ＲＦ信号の周波数帯域
とＩＦ信号の周波数とが充分離れていなくても充分に信
号分離でき、ＩＦ信号のＲＦ信号側への漏れが非常に少
なくなり、ミキサとしての変換効率が高くなる効果があ
る。また、本発明の広帯域のシングルバランスミキサ
は、挿入損失も少なく実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のブロック図である。
【図２】ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路の
平面図例である。
【図３】ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路の
特性図である。
【図４】本発明の実施例２のブロック図である。
【図５】従来のシングルバランスミキサの回路図であ
る。
【図６】ＲＦ周波数帯域のλ／４マイクロストリップ結
合線路の平面図である。
【図７】従来のシングルバランスミキサの特性図であ
る。
【符号の説明】
２ １８０°ハイブリッドカプラ ８、９ ＩＦフィルタ １０ １８０°ハイブリッドカプラ １２、１３ λ／４マイクロストリップ結合線路 １４、１５ ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線
路 １６、１７、１８、１９ スルーホール

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＲＦ信号とローカル信号とを混合してＩ
    Ｆ信号に変換するシングルバランスミキサにおいて、 ＲＦ信号とＩＦ信号との分離をＩＦ周波数のλ／４マイ
    クロストリップ線路を具備しておこなっていることを特
    徴としたシングルバランスミキサ。
  2. 【請求項２】 ＲＦ信号とローカル信号とを混合してＩ
    Ｆ信号に変換するシングルバランスミキサにおいて、 ローカル信号を互いに逆相となる２つの信号に分配する
    第１のハイブリッドカプラと、 ＲＦ信号をＴ分岐した２つの同相信号から、ＩＦ信号を
    それぞれ分離出力するＩＦ周波数のλ／４マイクロスト
    リップ線路と、 該ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路から出力
    した同相のＲＦ信号と、前記第１のハイブリッドカプラ
    により分配した逆相のローカル信号とを、それぞれ混合
    して互いに逆相の２つのＩＦ信号に変換するトランジス
    タ素子と、 該トランジスタ素子で変換した互いに逆相のＩＦ信号
    を、それぞれフィルタリングして出力するＩＦフィルタ
    と、 該ＩＦフィルタの出力した互いに逆相のＩＦ信号を同相
    合成して、１つのＩＦ信号として出力する第２のハイブ
    リッドカプラと、 を具備したことを特徴としたシングルバランスミキサ。
  3. 【請求項３】 ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ
    結合線路から出力した同相のＲＦ信号と、ハイブリッド
    カプラにより分配した互いに逆相のローカル信号とを混
    合してそれぞれ互いに逆相のＩＦ信号に変換するミキサ
    は、ダイオード素子である請求項２記載のシングルバラ
    ンスミキサ。
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