JP2010148006A - Mixer - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、入力周波数の2倍波を相殺して混合波を出力することのできるミクサに関するものである。 The present invention relates to a mixer that can cancel a second harmonic of an input frequency and output a mixed wave.
従来のミクサとして、無線周波数の信号が供給されるRFポートと、局部発振出力が供給されるLOポートと、入力された無線周波数の信号と局部発振出力との合成信号を出力するハイブリッド回路と、ハイブリッド回路からの出力信号を受けて周波数変換を行うダイオードと、ハイブリッド回路とダイオードとの間のインピーダンス整合をとるRF整合回路と、ダイオードの出力端から出力される無線周波数帯域の信号をグランドにショートするためのキャパシタと、キャパシタとIFポートとの間のインピーダンス整合をとるIF整合回路とで構成されるミクサがある。
その動作を以下に示す。RFポートに周波数f1の信号が、LOポートに周波数f2(<f1)の信号がハイブリッド回路に入力されると、ハイブリッド回路はf1およびf2をそれぞれ90°の位相差を与えて出力する。すなわちハイブリッド回路の一方の出力端子からは、位相θ1のf1と位相(θ2-90°)のf2が出力され、他方の出力端子からは位相(θ1-90°)のf1と位相θ2のf2が出力される。ハイブリッド回路から出力された信号は、一端をキャパシタによってショートされたダイオードの非線形性により周波数変換され、IFポートに出力される。IFポートに出力される信号が十分に低周波数の場合、IFポートに出力される信号にとって、キャパシタのインピーダンスはオープンであるため、影響はない。このとき出力される信号は、位相(θ1+θ2-90°)の周波数(f1+f2)、位相(θ1-θ2+90°)の周波数(f1-f2)、位相(θ1+θ2+90°)の周波数(f1+f2)、位相(θ1-θ2+90°)の周波数(f1-f2)の合成信号である。周波数(f1+f2)は逆相の信号が合成されるため、結局は出力されず、周波数(f1-f2)が主に出力される。
一方、LOポートに周波数f2の信号が、IFポートに周波数f3(<<f2)の信号が入力されると、上記と同様の動作で、RFポートに周波数(f2+f3)および(f2-f3)の信号が主に出力される(例えば、特許文献1参照)。
As a conventional mixer, an RF port to which a radio frequency signal is supplied, an LO port to which a local oscillation output is supplied, a hybrid circuit that outputs a combined signal of the input radio frequency signal and the local oscillation output, A diode that performs frequency conversion by receiving an output signal from the hybrid circuit, an RF matching circuit that performs impedance matching between the hybrid circuit and the diode, and a radio frequency band signal output from the output terminal of the diode are shorted to the ground There is a mixer that includes a capacitor for performing impedance matching and an IF matching circuit that performs impedance matching between the capacitor and the IF port.
The operation is shown below. When a signal with frequency f 1 is input to the RF port and a signal with frequency f 2 (<f 1 ) is input to the hybrid circuit, the hybrid circuit gives f 1 and f 2 a phase difference of 90 ° respectively. Output. That is, from one of the output terminals of the hybrid circuit, f 2 is the output of the phase theta 1 of f 1 and
On the other hand, when a signal of frequency f 2 is input to the LO port and a signal of frequency f 3 (<< f 2 ) is input to the IF port, the frequency (f 2 + f 3 ) is applied to the RF port in the same operation as above. and signal (f 2 -f 3) is outputted mainly (e.g., see Patent Document 1).
従来のミクサにおいては、2つの入力端子から同等または同一の周波数を入力すると、ダイオードの一端をショートにするキャパシタのため動作できないか、もしくは十分に低い周波数が得られるかであった。 In the conventional mixer, if the same or the same frequency is input from two input terminals, it cannot operate because of a capacitor that short-circuits one end of the diode, or a sufficiently low frequency can be obtained.
本発明は、90°ハイブリッド回路の第1の入力端子と第2の入力端子からそれぞれ入力し、90°ハイブリッド回路の0°および90°出力端子から出力される波をそれぞれミキシングして合成することで、2つの入力周波数を同一とすることができ、かつ、入力周波数の2倍波を相殺して混合波を出力することのできるミクサを提供することを目的とする。 The present invention inputs from the first input terminal and the second input terminal of the 90 ° hybrid circuit, and mixes and synthesizes the waves output from the 0 ° and 90 ° output terminals of the 90 ° hybrid circuit, respectively. An object of the present invention is to provide a mixer that can make two input frequencies the same and can output a mixed wave by canceling a double wave of the input frequency.
この発明に係わるミクサは、90度ハイブリッド回路の2つの入力端子のそれぞれから入力される信号を周波数混合して出力端子から出力するミクサであって、前記90度ハイブリッド回路の第1の出力端子と第2の出力端子にそれぞれ同じ極性の向きに接続され、前記90度ハイブリッド回路の第1の出力端子と第2の出力端子からの出力がそれぞれ入力される第1の非線形素子を有する第1の単位ミクサと第2の非線形素子を有する第2の単位ミクサと、前記第1の単位ミクサの出力と前記第2の単位ミクサの出力とを合成して前記出力端子へ出力する接続手段と、を備えたものである。 The mixer according to the present invention is a mixer that frequency-mixes a signal input from each of two input terminals of a 90-degree hybrid circuit and outputs the signal from an output terminal, and the first output terminal of the 90-degree hybrid circuit and A first non-linear element connected to each of the second output terminals in the same polarity direction and to which the outputs from the first output terminal and the second output terminal of the 90-degree hybrid circuit are respectively input; A second unit mixer having a unit mixer and a second non-linear element; and connection means for combining the output of the first unit mixer and the output of the second unit mixer and outputting the resultant to the output terminal. It is provided.
この発明は、90度ハイブリッド回路の第1の出力端子と第2の出力端子にそれぞれ同じ極性の向きに接続され、前記90度ハイブリッド回路の第1の出力端子と第2の出力端子からの出力がそれぞれ入力される第1の非線形素子を有する第1の単位ミクサと第2の非線形素子を有する第2の単位ミクサを備え、90度ハイブリッド回路の2つの入力端子のそれぞれから入力される信号を周波数混合して出力端子から出力するので、2つの入力周波数を同一とすることができ、かつ、入力周波数の2倍波を相殺して混合波を出力することのできるミクサを得られる効果がある。 The present invention is connected to the first output terminal and the second output terminal of the 90-degree hybrid circuit in the same polarity direction, and outputs from the first output terminal and the second output terminal of the 90-degree hybrid circuit. Are input to each of the two input terminals of the 90-degree hybrid circuit, the first unit mixer having the first nonlinear element and the second unit mixer having the second nonlinear element. Since the frequency is mixed and output from the output terminal, the two input frequencies can be made the same, and there is an effect of obtaining a mixer that can output the mixed wave by canceling the second harmonic of the input frequency. .
実施の形態1.
図1〜図5は、この発明の実施の形態1に係わるミクサの構成説明図である。図において、11は90°ハイブリッド回路、21、22は単位ミクサ(第1の単位ミクサ、第2の単位ミクサ)、31は接続手段、141、142は単位ミクサ21、22を構成する非線形素子(第1の非線形素子、第2の非線形素子)、41、42は単位ミクサ21、22の非線形素子を構成するダイオード、61、62はトランジスタ、71、72は低域通過フィルタ、81、82は高域通過フィルタ、91、92、93、94は整合回路、101、102は伝送線路である。なお、ここで単位ミクサ21と単位ミクサ22は同じ極性の向きに設けている。
1 to 5 are configuration explanatory views of a mixer according to
次に動作について説明する。
90°ハイブリッド回路11の2つの入力端子の一方に周波数f1の波が、他方の端子に周波数f2の波が入力されると、90°ハイブリッド回路11はf1およびf2をそれぞれ90°の位相差を与えて第1の出力端子と第2の出力端子から出力する。すなわち90°ハイブリッド回路11の一方の出力端子からは、位相θ1のf1と位相(θ2-90°)のf2が出力され、他方の出力端子からは位相(θ1-90°)のf1と位相θ2のf2が出力される。90°ハイブリッド回路11から出力された波は、単位ミクサ21、21を構成するダイオード41、42により周波数変換され、出力される。このとき主に単位ミクサ21、22の出力端子から出力される波は、一方の出力端子においては、位相(θ1+θ2-90°)の周波数(f1+f2)、位相(θ1-θ2+90°)の周波数(f1-f2)、位相2θ1の周波数2f1、位相(2θ2-180°)の周波数2f2、他方の出力端子においては、位相(θ1+θ2-90°)の周波数(f1+f2)、位相(θ1-θ2-90°)の周波数(f1-f2) 、位相(2θ1-180°)の周波数2f1、位相2θ2の周波数2f2である。これらの波が接続手段31の第1の入力端子と第2の入力端子から入力されて接続手段31において合成され、周波数(f1+f2)は同相合成、周波数(f1-f2)、2f1、2f2は逆相合成され、主に(f1+f2)がミクサの出力端子から出力される。
Next, the operation will be described.
When a wave of frequency f 1 is input to one of the two input terminals of the 90 °
以上のことから、実施の形態1のミクサでは、f1とf2は同一でも良く、かつ入力周波数の2倍波を相殺して混合波を出力することができることが分かる。 From the above, it can be seen that in the mixer of the first embodiment, f 1 and f 2 may be the same, and a mixed wave can be output by canceling the second harmonic of the input frequency.
ここで、実施の形態1のミクサを形成する単位ミクサ21、22としては、非線形素子としてダイオードやトランジスタなどを用いて形成でき、図1に例示するようにダイオードを同じ極性の向きに並列接続して構成しても良く、または、図2に例示するようにダイオードを同じ極性の向きに直列接続して構成しても良い。また、図3に例示するように90度ハイブリッド回路の第1の出力端子と第2の出力端子にベース端子を接続して同じ向きにしたエミッタ接地のトランジスタを直列接続して構成しても良い。
Here, the
また、実施の形態1のミクサでは、図4に例示するように、周波数に対応したフィルタまたは整合回路を非線形素子141、142の入出力端に適宜備えても良いことは明らかである。
In the mixer of the first embodiment, it is obvious that a filter or a matching circuit corresponding to the frequency may be appropriately provided at the input / output ends of the
なお、図1〜図4に例示したミクサの接続手段31としては、図5に例示するように、単位ミクサ21、22の出力端子からミクサの出力端子となる接続手段31の出力端子までの電気長が等しい伝送線路101、102で構成することができ、伝送線路の中点となる伝送線路101と伝送線路102の接続部を接続手段31の出力端子とすることで構成できる。以上のように構成することにより、伝送線路101、102の長さに寄らず、周波数(f1+f2)は同相合成、周波数(f1-f2)、2f1、2f2は逆相合成され、主に(f1+f2)が出力されることは明らかである。
The mixer connecting means 31 illustrated in FIGS. 1 to 4 includes, as illustrated in FIG. 5, electricity from the output terminals of the
実施の形態2.
この発明の実施の形態2では単位ミクサ21と単位ミクサ22の出力を合成する接続手段31において、2つの入力端子間のアイソレーションを高めて入力周波数の2倍波と混合波の電力比を大きくしたミクサについて説明する。
図6〜図8は、この発明の実施の形態2に係わるミクサの構成説明図である。ここでは、実施の形態1で例示した図5のミクサの接続手段31に発明を適用した場合の構成を例示して説明する。図において、111、112はアイソレータ、121は合成回路、131、132は抵抗である。なお、図5と同一または相当するものには同一符号を付し説明を省略する。
In the second embodiment of the present invention, in the connection means 31 for synthesizing the outputs of the
6 to 8 are explanatory diagrams of the structure of the mixer according to the second embodiment of the present invention. Here, the configuration when the invention is applied to the connection means 31 of the mixer of FIG. 5 illustrated in the first embodiment will be described as an example. In the figure, 111 and 112 are isolators, 121 is a synthesis circuit, and 131 and 132 are resistors. 5 that are the same as or equivalent to those in FIG.
次に図6に示すように接続手段31をアイソレータ111、112を用いて構成したミクサの動作について説明する。
90°ハイブリッド回路11の2つの入力端子の一方に周波数f1の波が、他方の端子に周波数f2の波が入力されると、90°ハイブリッド回路11はf1およびf2をそれぞれ90°の位相差を与えて第1の出力端子と第2の出力端子から出力する。すなわち90°ハイブリッド回路11の一方の出力端子からは、位相θ1のf1と位相(θ2-90°)のf2が出力され、他方の出力端子からは位相(θ1-90°)のf1と位相θ2のf2が出力される。90°ハイブリッド回路11から出力された波は、単位ミクサ21、21を構成する非線形素子141、142により周波数変換され、出力される。このとき主に単位ミクサ21、22の出力端子から出力される波は、一方の出力端子においては、位相(θ1+θ2-90°)の周波数(f1+f2)、位相(θ1-θ2+90°)の周波数(f1-f2)、位相2θ1の周波数2f1、位相(2θ2-180°)の周波数2f2、他方の出力端子においては、位相(θ1+θ2-90°)の周波数(f1+f2)、位相(θ1-θ2-90°)の周波数(f1-f2) 、位相(2θ1-180°)の周波数2f1、位相2θ2の周波数2f2である。これらの波が接続手段31の第1の入力端子と第2の入力端子から入力されて接続手段31において合成され、周波数(f1+f2)は同相合成、周波数(f1-f2)、2f1、2f2は逆相合成され、主に(f1+f2)がミクサの出力端子から出力される。
このとき、f1とf2は同一でも良く、かつ入力周波数の2倍波を相殺して混合波を出力することができることが分かる。
Next, the operation of a mixer in which the
When a wave of frequency f 1 is input to one of the two input terminals of the 90 °
At this time, it can be seen that f 1 and f 2 may be the same, and a mixed wave can be output by canceling a double wave of the input frequency.
しかしながら、接続手段31の2つの入力端子間のアイソレーションが低いと、一方の入力端子から入力された波は、他方の入力端子へ伝搬され、入力端子につながる単位ミクサで再度周波数変換される。例えば、上記の第1の単位ミクサ21で生成された位相2θ1の周波数2f1は接続手段31を通過し、第2の単位ミクサ22によって位相(θ1-90°)の周波数f1とミキシングされ、位相(3θ1-90°)の周波数3f1となる。その変換された周波数が再度接続手段31を通過し、第1の単位ミクサ21によって位相θ1の周波数f1とミキシングされると位相(2θ1-90°)の周波数f1が生成される。一方、第2の単位ミクサ22で生成された位相(2θ1-180°)の周波数2f1は同様に接続手段31を通過して、第1の単位ミクサ21によって位相(3θ1-180°)の周波数3f1が、その後、第2の単位ミクサ22によって位相(2θ1-90°)の周波数2f1が生成される。このとき、2f1は同相合成となる。
However, if the isolation between the two input terminals of the connection means 31 is low, the wave input from one input terminal is propagated to the other input terminal and frequency-converted again by the unit mixer connected to the input terminal. For example, the frequency 2f 1 of the phase 2θ 1 generated by the
以上のことから、図6に例示のミクサによれば、接続手段31をアイソレータ111、112を用いて構成することで2つの入力端子間のアイソレーションが確保されているため、入力周波数の2倍波と混合波の電力比を大きくできる。 From the above, according to the mixer illustrated in FIG. 6, the connection means 31 is configured by using the isolators 111 and 112, so that the isolation between the two input terminals is ensured. The power ratio of waves and mixed waves can be increased.
また、図7は、接続手段31を合成回路121を用いて構成した場合のミクサを例示する構成説明図である。ここで、合成回路121は2つの入力端子間のアイソレーションが大きいので、上記図6に例示のミクサの場合と同様に動作し、同様の効果が得られる。
FIG. 7 is a configuration explanatory diagram illustrating a mixer when the
さらに、図8は、接続手段31を抵抗131、132を用いて構成した場合のミクサを例示する構成説明図である。ここで、接続手段31において周波数(f1-f2)、2f1、2f2は逆相合成されるため仮想ショートが形成され、電流が大きく流れる箇所であることから抵抗131、132の影響を受けて減衰するため、接続手段31の2つの入力端子間のアイソレーションを大きくしたことと等価となる。このとき、所望の周波数(f1+f2)は同相合成のため電流は低く、抵抗131、132の影響は受けにくい。したがって、上記図6に例示のミクサの場合と同様の効果が得られる。
Further, FIG. 8 is a configuration explanatory diagram illustrating a mixer when the connecting
以上の説明では図5の接続手段31に適用した構成説明図を示したが、これに限らず、図1〜図4などの接続手段31に適用しても良く、これらの場合にも同様の効果を奏する。 In the above description, an explanatory diagram of the configuration applied to the connection means 31 of FIG. 5 is shown. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to the connection means 31 of FIGS. There is an effect.
11 90°ハイブリッド回路、21、22 単位ミクサ(第1の単位ミクサ、第2の単位ミクサ)、31 接続手段、41、42 ダイオード、141、142 非線形素子(第1の非線形素子、第2の非線形素子)、61、62 トランジスタ、71、72 低域通過フィルタ、81、82 高域通過フィルタ、91、92、93、94 整合回路、101、102 伝送線路、111、112 アイソレータ、121 合成回路、131、132 抵抗。 11 90 ° hybrid circuit, 21, 22 unit mixer (first unit mixer, second unit mixer), 31 connecting means, 41, 42 diode, 141, 142 nonlinear element (first nonlinear element, second nonlinear mixer) Element), 61, 62 transistor, 71, 72 low pass filter, 81, 82 high pass filter, 91, 92, 93, 94 matching circuit, 101, 102 transmission line, 111, 112 isolator, 121 synthesis circuit, 131 132 resistance.
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