JP2016178414A - 高周波ミクサ - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＭ波及びＬＯリークを抑圧できる高周波ミクサを提供すること。【解決手段】本発明の高周波ミクサは、入力されたＩＦ波を第１の差動ＩＦ波と第２の差動ＩＦ波とに分配する第１の９０°分配器と、入力されたＬＯ波を第１の差動ＬＯ波と第２の差動ＬＯ波とに分配する４５°分配器と、第１の差動ＩＦ波と第２の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第１の偶高調波ミクサと、第２の差動ＩＦ波と第１の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第２の偶高調波ミクサと、第１の偶高調波ミクサにより混合された差動信号を同相にして合成する第１の１８０°合成器と、第２の偶高調波ミクサにより混合された差動信号を同相にして合成する第２の１８０°合成器と、第１の１８０°合成器が出力した信号と第２の１８０°合成器が出力した信号とを同相合成する同相合成器とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロ波帯またはミリ波帯の送受信装置に適用される高周波ミクサに関する。

高周波ミクサは、受信機の受信感度を決定する重要なコンポーネントであり、受信感度を高くするために、雑音に起因するイメージ波の抑圧が求められる。以下、イメージ波をＩＭ波ともいう。
ＩＭ波の抑圧が可能な従来の高周波ミクサとして、ギルバートセルミクサを用いた特許文献１のイメージリジェクションミクサ（ＩＲＭ：Ｉｍａｇｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｉｘｅｒ）がある。本ＩＲＭは、入力された位相差を有する局部発振器（ＬＯ）周波数を分配する分配手段と、分配されたそれぞれの前記ＬＯ周波数と位相差を有するそれぞれの高周波（ＲＦ）信号とをミクシングして、それぞれ中間周波数（ＩＦ）を出力する第１及び第２のミクシング手段と、それぞれ出力された前記ＩＦを相対的に９０度の移相差を有するように移相する移相手段と、移相された前記ＩＦを加算する加算手段とを備えたイメージリジェクションミクサである。

次に、特許文献１のＩＲＭの動作について説明する。本ＩＲＭは受信ミクサとして動作する。
差動ＲＦ信号である差動ＲＦ波、及び雑音に起因するＩＭ波は、それぞれのギルバートセルミクサに入力され、本ＩＲＭに入力された差動ＬＯ波は、基準となる位相を有する差動ＬＯ波とそれより９０°進んだ位相を有する差動ＬＯ波とに分配され、それぞれギルバートセルミクサに入力される。それぞれのギルバートセルミクサでは差動ＲＦ波と、ＩＭ波と、差動ＬＯ波とが混合され、ＲＦ−ＬＯ、ＬＯ−ＩＭが出力される。ここで、ＲＦ−ＬＯは、ＲＦ波とＬＯ波との差分の周波数を意味し、ＬＯ−ＩＭは、ＬＯ波とＩＭ波との差分の周波数を意味する。

ここで、通常のミクサではＬＯ−ＩＦ端子間のアイソレーションは実際には無限大ではないため、ＬＯ波がＩＦ端子から漏れ出すことが生じる。このようなＬＯ波の出力端子への漏洩をＬＯリークという。以下、かっこ内の数字は、信号の位相を表す。ギルバートセルミクサでは、差動ＬＯ波を構成する一方の信号（０°）をトランジスタのベース端子に入力するとともに、他方の信号（１８０°）を別のトランジスタのベース端子に入力し、２つのトランジスタのコレクタ端子同士を接続しているので、コレクタ端子において、ＬＯ波は相殺され、ＬＯリークは出力されない。

特許文献１のＩＲＭにおいて、各ギルバートセルミクサから出力される信号の位相関係を、以下に示す。
ＲＦ−ＬＯ ＬＯ−ＩＭ
ギルバートセルミクサ１： ０° ０°
ギルバートセルミクサ２： −９０° ９０°
ギルバートセルミクサ１から出力された信号は、α°移相されて、ギルバートセルミクサ２から出力された信号は、α°＋９０°移相されて、それぞれの信号が合成されるので、高周波ミクサとして所望のＩＦ（＝ＲＦ−ＬＯ）が得られる。このときの合成前の位相関係は次のようになる。
ＲＦ−ＬＯ ＬＯ−ＩＭ
ギルバートセルミクサ１： α° α°
ギルバートセルミクサ２： α° α°＋１８０°
したがって、合成により、ＬＯ−ＩＭは相殺されて、ＲＦ−ＬＯが出力される。

特開２００１−２８４９６８号公報

従来の高周波ミクサにおいては、２つのギルバートセルに入力する差動ＬＯ波の位相関係を用いてＩＭ波を相殺し、ギルバートセルミクサにおける差動ＬＯ波の逆相関係を用いてＬＯリークの抑圧が可能であった。しかしながら、無線装置の低コスト化、周波数安定度の改善、受信感度の改善などのためには、差動ＬＯ波の低周波化が求められる。差動ＬＯ波を低周波化させるために、ギルバートセルミクサに替えて、差動ＬＯ波の２倍高調波を用いて混合を行う偶高調波ミクサを用いることが考えられる。その場合、ギルバートセルミクサに比べて差動ＬＯ波の周波数を１／２にすることができる。しかし、差動ＬＯ波の２倍高調波は、逆相ではなく、同相関係となるため、偶高調波ミクサを用いた場合、ＬＯリークを抑圧できない課題があった。

本発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、偶高調波ミクサを用いても、ＩＭ波及びＬＯリークを抑圧できる高周波ミクサを提供することを目的とする。

本発明の高周波ミクサは、入力されたＩＦ波を、第１の差動ＩＦ波と、第１の差動ＩＦ波に対して９０°の位相差をもつ第２の差動ＩＦ波とに分配する第１の９０°分配器と、入力されたＬＯ波を、第１の差動ＬＯ波と、第１の差動ＬＯ波に対して４５°の位相差をもつ第２の差動ＬＯ波とに分配する４５°分配器と、第１の差動ＩＦ波と第２の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第１の偶高調波ミクサと、第２の差動ＩＦ波と第１の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第２の偶高調波ミクサと、第１の偶高調波ミクサにより混合された差動信号を同相にして合成する第１の１８０°合成器と、第２の偶高調波ミクサにより混合された差動信号を同相にして合成する第２の１８０°合成器と、第１の１８０°合成器が出力した信号と第２の１８０°合成器が出力した信号とを同相合成する同相合成器とを備える。

本発明の高周波ミクサによれば、所望の出力波２ＬＯ＋ＩＦを出力しつつ、不要なイメージ波２ＬＯ−ＩＦとＬＯリーク２ＬＯとを相殺できる効果を奏する。

実施の形態１に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。 偶高調波ミクサの一構成例を示す図である。 実施の形態１に係る高周波ミクサの他の構成例を示す図である。 実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。 １つのＬＯ帯同相分配器及び２つのＬＯ帯９０°分配器を用いた場合の実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。 ＩＦ波及びＬＯ波が単相入力の場合の実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。 ＩＦ波及びＬＯ波が単相入力の場合の実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。

実施の形態１
図１は、実施の形態１に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。
本高周波ミクサは、偶高調波ミクサ１（第１の偶高調波ミクサの一例）、偶高調波ミクサ２（第２の偶高調波ミクサの一例）と、ＩＦ帯９０°分配器３（第１の９０°分配器の一例）と、ＬＯ帯４５°分配器４（４５°分配器の一例）と、ＲＦ帯１８０°合成器５（第１の１８０°合成器の一例）、６（第２の１８０°合成器の一例）と、ＲＦ帯同相合成器７（同相合成器の一例）とを備える。

偶高調波ミクサ１は、１つの差動ＩＦ入力端子と、２つの差動ＬＯ入力端子と、１つのＲＦ出力端子とを備え、ＬＯ波の２倍高調波とＩＦ波との混合波を出力する偶高調波ミクサ（ＨＭＩＸ：Ｈａｒｍｏｎｉｃ ＭＩＸｅｒ）である。

図２は、偶高調波ミクサ１の構成例を示す図である。
図２（ａ）は、入力される２つの差動ＬＯ波の位相差が１８０°である場合の偶高調波ミクサ１の構成例を示す図である。
偶高調波ミクサ１は、単位ミクサ１１と、単位ミクサ１２と、電流源２０１とを備える。

単位ミクサ１１は、インダクタ１１１と、トランジスタ１１２（第１のトランジスタの一例）、トランジスタ１１４（第２のトランジスタの一例）、トランジスタ１１６（第３のトランジスタの一例）を備える。単位ミクサ１２は、インダクタ１２１と、トランジスタ１２２（第４のトランジスタの一例）、トランジスタ１２４（第５のトランジスタの一例）、トランジスタ１２６（第６のトランジスタの一例）を備える。単位ミクサ１１と単位ミクサ１２とは同一の構成であり、インダクタ１１１とインダクタ１２１、トランジスタ１１２とトランジスタ１２２、接続点１１３と接続点１２３、トランジスタ１１４とトランジスタ１２４、接続点１１５と接続点１２５、トランジスタ１１６とトランジスタ１２６は、それぞれ対応している。

トランジスタ１１２とトランジスタ１１４とは、コレクタ端子（第２の端子の一例）同士が接続され、接続点１１３を形成し、エミッタ端子（第３の端子の一例）同士が接続され、接続点１１５を形成している。また、トランジスタ１１２とトランジスタ１１４のベース端子（第一の端子の一例）は、ＬＯ波の入力端子であり、互いに逆相の信号が入力される。図２（ａ）において、ＬＯ波の入力端子ＬＯ１とＬＯ２とに逆相の信号が入力される。

同様に、トランジスタ１２２とトランジスタ１２４とは、コレクタ端子同士が接続され、接続点１２３を形成し、エミッタ端子同士が接続され、接続点１２５を形成している。また、トランジスタ１２２及びトランジスタ１２４のベース端子は、ＬＯ波の入力端子であり、互いに逆相の信号が入力される。図２（ａ）において、ＬＯ波の入力端子ＬＯ３とＬＯ４とに逆相の信号が入力される。

接続点１１５にトランジスタ１１６のコレクタ端子が接続され、トランジスタ１１６のエミッタ端子には、トランジスタ１１２、１１４、１１６に一定電流を流す電流源２０１が接続される。トランジスタ１１６のベース端子は、ＩＦ波の入力端子であり、図２（ａ）において、ＩＦ１である。

同様に、接続点１２５にトランジスタ１２６のコレクタ端子が接続され、トランジスタ１２６のエミッタ端子には、トランジスタ１２２、１２４、１２６に一定電流を流す電流源２０１が接続される。トランジスタ１２６のベース端子は、ＩＦ波の入力端子であり、図２（ａ）において、ＩＦ２である。トランジスタ１１６のベース端子とトランジスタ１２６のベース端子とには互いに逆相のＩＦ波が入力される。逆相のＩＦ波が入力されるので、トランジスタ１１６とトランジスタ１２６とは、逆相動作し、両者のエミッタ端子同士が接続される点において仮想短絡が形成される。これにより、トランジスタ１１６及びトランジスタ１２６のエミッタ端子は、高周波に対して接地されることになる。

接続点１１３にインダクタ１１１の一端とＲＦ波の出力端子４０１とが接続される。接続点１２３にインダクタ１２１の一端とＲＦ波の出力端子４０２とが接続される。インダクタ１１１の他端とインダクタ１２１の他端とは接続され、その接続点に電源が接続されている。電源は、トランジスタ１１２のコレクタ端子、トランジスタ１１４のコレクタ端子、トランジスタ１２２のコレクタ端子及びトランジスタ１２４のコレクタ端子に直流電圧を供給する。本偶高調波ミクサ１の構成では、出力端子４０１と、出力端子４０２とから出力されるＲＦ波は逆相関係になるので、インダクタ１１１とインダクタ１２１との接続点において、仮想短絡が形成される。これにより、本偶高調波ミクサ１は、電源インピーダンスに影響されずに動作する。なお、ここでは、トランジスタとしてバイポーラトランジスタを用いる場合を説明したが、電界効果トランジスや他のトランジスタを用いても良い。電界効果トランジスタを用いる場合、バイポーラトランジスタの制御端子であるベース端子が電界効果トランジスタの制御端子であるゲート端子に、コレクタ端子がドレイン端子に、エミッタ端子がソース端子に対応する。

図２（ｂ）は、偶高調波ミクサの他の構成例を示す図である。
図２（ａ）に対して、インダクタ１１１とインダクタ１２１との接続点に一端が接地されたキャパシタ３０１（第１のキャパシタの一例）が装荷され、トランジスタ１１６とトランジスタ１２６との接続点に一端が接地されたキャパシタ３０２（第２のキャパシタの一例）が装荷されている点が異なる。

図２（ｂ）の偶高調波ミクサ１は、単位ミクサ１１と単位ミクサ１２との電源側の接続点にキャパシタ３０１が接続され、単位ミクサ１１と単位ミクサ１２との電流源２０１側の接続点にキャパシタ３０２が接続され、高周波を短絡している。このため、図２（ｂ）において、ＩＦ１に入力されるＩＦ波とＩＦ２に入力されるＩＦ波との位相差が１８０°からずれていても、キャパシタ３０１とキャパシタ３０２とにより高周波が短絡されるため、偶高調波ミクサ１は、電源による負荷変動の影響を受けずに動作し、出力端子４０１及び４０２から出力されるＲＦ波の損失を抑圧できる。これは、単位ミクサ１１と単位ミクサ１２との接続点に短絡点が形成されることにより、高周波電流が、電源側に流れないからである。さらに、図２（ｂ）の偶高調波ミクサ１は、キャパシタ３０１とキャパシタ３０２により、短絡点を形成しているので、出力端子４０１と出力端子４０２とから、逆相関係にない信号を出力できる。

図１における各構成要素の説明に戻る。
偶高調波ミクサ２は、偶高調波ミクサ１と同様の構成である。偶高調波ミクサ２の単位ミクサ２１が、偶高調波ミクサ１の単位ミクサ１１に対応し、偶高調波ミクサ２の単位ミクサ２２が、偶高調波ミクサ１の単位ミクサ１２に対応する。偶高調波ミクサ２には、偶高調波ミクサ１に入力される差動ＬＯ波に対して位相差をもつ差動ＬＯ波が入力され、偶高調波ミクサ１に入力される差動ＩＦ波に対して位相差をもつ差動ＩＦ波が入力される。なお、差動ＬＯ波とは、互いに逆相関係にある２つのＬＯ波から構成される差動のＬＯ信号である。差動ＩＦ波とは、互いに逆相関係にある２つのＩＦ波から構成される差動のＩＦ信号である。

ＩＦ帯９０°分配器３は、入力された差動ＩＦ波を、９０°の位相差を有する２つの信号に分けて、偶高調波ミクサ１のＩＦ端子と偶高調波ミクサ２のＩＦ端子とに分配する９０°分配器である。図１中、９０°分配器３において、破線で示した０°及び９０°は、信号に与える相対的な移相量を示している。

ＬＯ帯４５°分配器４は、入力された差動ＬＯ波を、４５°の位相差を有する２つの信号に分けて、偶高調波ミクサ１のＬＯ端子と偶高調波ミクサ２のＬＯ端子とに分配する４５°分配器である。ＬＯ帯４５°分配器４として、例えば、ウィルキンソン同相分配器の出力に電気長が４５°異なる伝送線路を備えた受動回路または、８相リングＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）などが用いられる。

ＲＦ帯１８０°合成器５は、高調波ミクサ１から出力される差動信号を同相にして合成する１８０°合成器である。つまり、ＲＦ帯１８０°合成器５は、入力される信号の一方を、他方の信号に対して相対的に１８０°移相して、一方の信号と他方の信号とを合成する。したがって、ＲＦ帯１８０°合成器に逆相信号が入力された場合、同相で合成されるが、同相信号が入力された場合、相殺される。ＲＦ帯１８０°合成器５として、平衡-不平衡変換器、例えば、バランが用いられる。

ＲＦ帯１８０°合成器６は、高調波ミクサ２から出力される差動信号を同相にして合成する１８０°合成器である。

ＲＦ帯同相合成器７は、ＲＦ帯１８０°合成器５が出力する信号とＲＦ帯１８０°合成器６が出力する信号とを同相合成する合成器である。つまり、ＲＦ帯同相合成器７は、入力される信号を相対的に移相せずに合成する。したがって、ＲＦ帯同相合成器７に同相信号が入力された場合、合成されるが、逆相信号が入力された場合、相殺される。

次に、実施の形態１に係る高周波ミクサ１の動作について説明する。
ＩＦ帯９０°分配器などにおいて、入力信号と出力信号との位相は、実際には変化する。例えば、入力信号の位相が０°で入力されても、出力信号の位相が０°とは限らない。しかし、位相関係の説明を簡単にするために、各ノードにおける位相の基準は０°とし、位相差の関係を保持して説明する。

図１に示すように、ＩＦ帯９０°分配器３に、位相０°の信号と位相１８０°の信号とからなる差動ＩＦ波が入力される。ＩＦ帯９０°分配器３は、入力された差動ＩＦ波を、基準となる差動ＩＦ波（０°）と９０°位相が進んだ差動ＩＦ波（９０°）とに分配して、出力する。基準となる差動ＩＦ波は偶高調波ミクサ１に入力され、その差動ＩＦ波を構成する一方の信号が単位ミクサ１１の単相ＩＦ入力端子に入力され、他方の信号が単位ミクサ１２の単相ＩＦ入力端子に入力される。また、９０°位相が進んだ差動ＩＦ波は偶高調波ミクサ２に入力され、その差動ＩＦ波を構成する一方の信号が単位ミクサ２１の単相ＩＦ入力端子に入力され、他方の信号が単位ミクサ２２の単相ＩＦ入力端子に入力される。

ＬＯ帯４５°分配器４には差動ＬＯ波が入力される。ＬＯ帯４５°分配器４は、入力された差動ＬＯ波を、基準となる差動ＬＯ波と４５°位相が進んだ差動ＬＯ波とに分配し、出力する。基準となる差動ＬＯ波は、同相で分配されて偶高調波ミクサ２の単位ミクサ２１、２２にそれぞれ入力される。４５°位相が進んだ差動ＬＯ波は、同相で分配されて偶高調波ミクサ１の単位ミクサ１１、１２にそれぞれ入力される。

単位ミクサ１１、１２、２１、２２に入力されるＬＯ及びＩＦ波の位相関係をまとめると次のようになる。
ＩＦ ＬＯ
単位ミクサ１１： ０° ４５°、２２５°
単位ミクサ１２： １８０° ４５°、２２５°
単位ミクサ２１： ９０° ０°、１８０°
単位ミクサ２２： −９０° ０°、１８０°

入力されたＩＦ波とＬＯ波とは各単位ミクサ１１、１２、２１、２２において混合される。ここで示すミクサは偶高調波ミクサであるため、ＬＯ波の２倍高調波とＩＦ波との混合波が、ＲＦ波として出力される。したがって、主にＬＯ波の２倍高調波の周波数からＩＦ波の周波数だけ離れた周波数(２ＬＯ＋ＩＦ、２ＬＯ−ＩＦ)が、偶高調波ミクサ１、２のＲＦ端子から出力される。２ＬＯ＋ＩＦが偶高調波ミクサ１の出力信号として必要な所望の出力波であり。２ＬＯ−ＩＦが、不要なイメージ波である。また、単位ミクサ１１、１２、２１、２２のＬＯ−ＲＦ端子間のアイソレーションは実際には無限大ではないため、ＬＯリークとしてＬＯ波の２倍高調波（２ＬＯ）が、単位ミクサ１１、１２、２１、２２のＲＦ端子から漏洩する。ＬＯ波の基本波も漏洩するがＲＦ波から離れた周波数であり、フィルタなどで遮断できるため、２ＬＯの漏洩の方が問題となる。２ＬＯは、不要な漏洩波である。

これらの周波数における位相関係は、入力されるＩＦ波の位相関係とＬＯ波の位相関係とから、次のようになる。
２ＬＯ＋ＩＦ ２ＬＯ−ＩＦ ２ＬＯ
単位ミクサ１１： ９０° ９０° ９０°
単位ミクサ１２： −９０° −９０° ９０°
単位ミクサ２１： ９０° −９０° ０°
単位ミクサ２２： −９０° ９０° ０°
単位ミクサ１１の出力信号と単位ミクサ１２の出力信号との位相関係において、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦは逆相関係にあるのに対し、２ＬＯは同相関係にある。同様に、単位ミクサ２１の出力信号と単位ミクサ２２の出力信号との位相関係において、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦは逆相関係にあるのに対し、２ＬＯは同相関係にある。

したがって、単位ミクサ１１の出力信号と単位ミクサ１２の出力信号とは、ＲＦ帯１８０°合成器５に入力されると、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦに関しては同相合成される。これに対して、２ＬＯに関しては、同相でＲＦ帯１８０°合成器５に入力されるため相殺されて、出力されなくなる。

これは、単位ミクサ２１及び単位ミクサ２２でも同様であり、単位ミクサ２１の出力信号と単位ミクサ２２の出力信号とはＲＦ帯１８０°合成器６に入力されると、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ-ＩＦに関しては同相合成される。２ＬＯに関しては、相殺されて、出力されなくなる。したがって、ＲＦ帯１８０°合成器５、６の出力信号の位相関係は、次のようになる。なお、―は出力がないことを意味する。
２ＬＯ＋ＩＦ ２ＬＯ−ＩＦ ２ＬＯ
１８０°合成器５： ９０° ９０° ―
１８０°合成器６： ９０° −９０° ―

よって、ＲＦ帯１８０°合成器５、６からの出力信号はＲＦ帯同相合成器７において、２ＬＯ＋ＩＦは同相合成され出力される。一方、イメージ波２ＬＯ−ＩＦは逆相合成となるので、相殺されて、出力されなくなる。

以上のように、実施の形態１によれば、所望の出力波２ＬＯ＋ＩＦを出力しつつ、不要なイメージ波２ＬＯ-ＩＦとＬＯリーク２ＬＯとを相殺できる効果を奏する。

なお、ここでは、ＬＯ帯４５°分配器４により、入力された差動ＬＯ波を、４５°の位相差をつけた２つの差動ＬＯに分配し、偶高調波ミクサ１、２に出力する構成を示したが、ＬＯ帯４５°分配器４の代わりに、８相リングＶＣＯを用いても良い。以下、８相リングＶＣＯを用いた構成例を説明する。

図３は、実施の形態１に係る高周波ミクサの他の構成例である。
リングＶＣＯはトランジスタの縦続段数に応じて多相出力が可能であり、４段リングＶＣＯにより８相出力、つまり４５°位相差の出力が得られる。伝送線路を用いた受動回路では位相差に相当する電気長が必要であり、サイズが大きくなる。リングＶＣＯはトランジスタの縦続接続により構成されるため、小型化の効果を奏する。図３では、８相リングＶＣＯがＬＯ波入力端子を備えているが、これは外部信号との同期が可能であることを示している。外部信号に８相リングＶＣＯを同期させることにより、８相リングＶＣＯが出力する信号の位相安定度を改善できる。ただし、８相リングＶＣＯが出力する信号の位相安定度が十分であれば、８相リングＶＣＯに外部信号を入力する必要はないので、８相リングＶＣＯのＬＯ波入力端子はなくても良い。図３において、８相リングＶＣＯの出力そのものが高周波ミクサのＬＯ波である。

また、分配器の入力を単相としても良い。図３では、ＩＦ９０°分配器の入力を単相とし、基準となる差動ＩＦ波と９０°位相が進んだ差動ＩＦ波を出力する単相-直交差動変換３１を示している。入力波を単相とすることで、高周波ミクサの入力波に位相偏差が生じず、不要なイメージ波及びＬＯリークを抑圧しやすくなる効果がある。また、図３では、１８０°合成器の一例としてバランを示している。

実施の形態２．
実施の形態１では、ＲＦ帯１８０°分配器５，６を用いて２ＬＯを相殺する構成を示したが、実施の形態２では、ＲＦ帯１８０°分配器５，６を削減しつつ、２ＬＯを相殺できる構成の高周波ミクサについて説明する。

図４は、実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。
なお、図４中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、説明を省略する。実施の形態２の高周波ミクサは、ＲＦ帯１８０°分配器５，６を削減し、ＬＯ帯４５°分配器４の代わりにＬＯ帯９０°分配器８（第２の９０°分配器の一例）を備え、ＲＦ帯同相合成器７の代わりにＲＦ帯９０°合成器９（９０°合成器の一例）を備え、偶高調波ミクサ１，２において単位ミクサの出力端子が接続され、単相出力となっている点が、実施の形態１の構成と異なる。

ＬＯ帯９０°分配器８は、入力された差動ＬＯ波を、９０°の位相差を有する２つの信号に分けて、偶高調波ミクサ１のＬＯ端子と偶高調波ミクサ２のＬＯ端子とに分配する９０°分配器である。ＬＯ帯９０°分配器４として、例えば、ポリフェーズフィルタなどが用いられる。

ＲＦ帯９０°合成器９は、偶高調波ミクサ１、２が出力した９０°位相差を有する信号を同相にして合成する９０°合成器である。つまり、ＲＦ帯９０°合成器９は、入力された一方の信号を、他方の信号に対して相対的に９０°移相して、一方の信号と他方の信号とを、同相合成する。

次に、実施の形態２に係る高周波ミクサの動作について説明する。
図４に示すように、ＩＦ帯９０°分配器３に、差動ＩＦ波が入力される。ＩＦ帯９０°分配器３は、入力された差動ＩＦ波を、基準となる差動ＩＦ波と９０°位相が進んだ差動ＩＦ波とに分配して、出力する。基準となる差動ＩＦ波は、偶高調波ミクサ１に入力され、その差動ＩＦ波を構成する一方の信号が単位ミクサ１１のＩＦ入力端子に入力され、他方の信号が単位ミクサ１２のＩＦ入力端子に入力される。また、９０°位相が進んだ差動信号は偶高調波ミクサ２に入力され、その差動信号を構成する一方の信号が単位ミクサ２１のＩＦ入力端子に入力され、他方の信号が単位ミクサ２２のＩＦ入力端子に入力される。

ＬＯ帯９０°分配器８には、差動ＬＯ波が入力される。ＬＯ帯９０°分配器８は、入力された差動ＬＯ波を、基準位相を有する差動ＬＯ波と９０°位相が進んだ差動ＬＯ波とに分配し、出力する。基準位相を有する差動ＬＯ波は、同相で分配されて、偶高調波ミクサ１の単位ミクサ１１と偶高調波ミクサ２の単位ミクサ２１とにそれぞれ入力される。９０°位相が進んだ差動ＬＯ波は、同相で分配されて、偶高調波ミクサ１の単位ミクサ１２と偶高調波ミクサ２の単位ミクサ２２とにそれぞれ入力される。

単位ミクサ１１、１２、２１、２２に入力されるＬＯ及びＩＦ波の位相関係をまとめると次のようになる。
ＩＦ ＬＯ
単位ミクサ１１： ０° ０°、１８０°
単位ミクサ１２： １８０° ９０°、−９０°
単位ミクサ２１： ９０° ０°、１８０°
単位ミクサ２２： −９０° ９０°、−９０°

入力されたＩＦ波とＬＯ波とは、各単位ミクサ１１、１２、２１、２２において混合される。ここで示すミクサは、偶高調波ミクサであるため、ＬＯ波の２倍高調波とＩＦ波との混合波が、ＲＦ波として出力される。したがって、主にＬＯ波２倍高調波の周波数からＩＦ波の周波数だけ離れた周波数（２ＬＯ＋ＩＦ、２ＬＯ−ＩＦ）が、偶高調波ミクサ１、２のＲＦ端子から出力される。また、単位ミクサ１１、１２、２１、２２のＬＯ−ＲＦ端子間のアイソレーションは実際には無限大ではないため、ＬＯリークとしてＬＯ波の２倍高調波（２ＬＯ）が、単位ミクサ１１、１２、２１、２２のＲＦ端子から漏洩する。

これらの周波数における位相関係は、入力されるＩＦ波の位相関係とＬＯ波の位相関係とから、次のようになる。
２ＬＯ＋ＩＦ ２ＬＯ−ＩＦ ２ＬＯ
単位ミクサ１１： ０° ０° ０°
単位ミクサ１２： ０° ０° １８０°
単位ミクサ２１： ９０° −９０° ０°
単位ミクサ２２： ９０° −９０° １８０°

偶高調波ミクサ１において、単位ミクサ１１の出力端子と単位ミクサ１２の出力端子とは接続されているので、単位ミクサ１１の出力信号と単位ミクサ１２信号とは直接合成される。したがって、単位ミクサ１１の出力信号と単位ミクサ１２の出力信号との位相関係において、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦは同相関係にあるのに対し、２ＬＯは逆相関係にある。よって、２ＬＯは相殺され、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦは同相合成される。このため、偶高調波ミクサ１は、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦを出力する。

偶高調波ミクサ１と同様に、偶高調波ミクサ２において、単位ミクサ２１の出力端子と単位ミクサ２２の出力端子とは接続されているので、単位ミクサ２１の出力信号と単位ミクサ２２の出力信号とは直接合成される。したがって、２ＬＯは相殺され、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦが同相合成される。このため、偶高調波ミクサ２は、２ＬＯ＋ＩＦ及び２ＬＯ−ＩＦを出力する。したがって、ＲＦ帯９０°合成器９の入力信号の位相関係は次のようになる。
２ＬＯ＋ＩＦ ２ＬＯ−ＩＦ ２ＬＯ
偶高調波ミクサ１： ０° ０° ―
偶高調波ミクサ２： ９０° −９０° ―

したがって、ＲＦ帯９０°合成器９において、２ＬＯ＋ＩＦは同相合成されて、出力される。一方、２ＬＯ−ＩＦは逆相合成となるので、相殺されて出力されない。

以上のように、実施の形態２によれば、所望の２ＬＯ＋ＩＦを出力しつつ、不要な２ＬＯ−ＩＦ及び２ＬＯを相殺できる効果を奏する。加えて、実施の形態２では、実施の形態１で必要であったＲＦ帯１８０°合成器５及び６を削除できる。

なお、上記では、ＬＯ帯９０°分配器８により、入力された差動ＬＯ波を、基準位相を有する差動ＬＯ波と９０°位相差を有する差動ＬＯ波とに分配し、それぞれの差動ＬＯ波を同相分配して、偶高調波ミクサ１及び２に入力する構成例を示したが、偶高調波ミクサ１及び２に入力する位相関係が上記と同じであれば他の構成でも良い。以下、他の構成例を説明する。

図５は、１つのＬＯ帯同相分配器及び２つのＬＯ帯９０°分配器を用いた場合の実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。入力された差動ＬＯ波をＬＯ帯同相分配器１０により同相分配した後に、分配した一方の差動ＬＯ波に対して、ＬＯ帯９０°分配器１００により９０°位相差分配を行い、基準位相を有する差動ＬＯ波と、９０°位相差を有するＬＯ波とを偶高調波ミクサ１に入力する。また、ＬＯ帯同相分配器１０が分配した他方の差動ＬＯ波に対して、ＬＯ帯９０°分配器１０１により９０°位相差分配を行い、基準位相を有する差動ＬＯ波と、９０°位相差を有するＬＯ波とを偶高調波ミクサ２に入力する。

このような構成であっても、偶高調波ミクサ１に入力される差動ＬＯ波と偶高調波ミクサ２に入力される差動ＬＯ波との位相関係は、図４の場合と同じであるので、図４に示す構成と同様の効果を奏する。さらに、図４の場合は、４相信号のＬＯ波を４つの信号線で配線するのに対して、図５の場合うは、２相信号のＬＯ波を２つの信号線で配線する。このため、２つの信号間の位相偏差を小さくでき、位相偏差によりイメージ波及びＬＯリークの抑圧量が劣化することを防止する効果がある。４つの信号線で配線する場合に比べて、２つの信号線で配線する方が、信号線の配線長に違いが生じにくいからである。

図６は、ＩＦ波及びＬＯ波が単相入力の場合の実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。
図６の高周波ミクサは、入力された単相ＩＦ波を、ＩＦ帯単相−直交変換器３１を用いて、９０°の位相差をもつ２つの差動ＩＦ波に分配して、一方を偶高調波ミクサ１に入力し、他方を偶高調波ミクサ２に入力する。また、図６の高周波ミクサは、入力された１つの単相ＬＯ波を、ＬＯ帯単相−直交差動変換器８１を用いて、９０°の位相差を有する２つの差動ＬＯ波に分配し、２つの差動ＬＯ波をそれぞれ同相分配して、偶高調波ミクサ１及び偶高調波ミクサ２に入力する構成である。

このような構成であっても、偶高調波ミクサ１に入力される差動ＬＯ波と偶高調波ミクサ２に入力される差動ＬＯ波との位相関係は、図４の場合と同じであるので、図４に示す構成と同様の効果を奏する。さらに、図４の場合は分配器への入力が差動であるのに対して、図６は単相であるため、高周波ミクサへの入力波（ＩＦ波、ＬＯ波）の位相偏差がなく、イメージ波及びＬＯリークの抑圧を大きくする効果がある。

図７は、ＩＦ波及びＬＯ波が単相入力の場合の実施の形態２に係る高周波ミクサの一構成例を示す図である。
図７において、入力された単相ＩＦ波を、ＩＦ帯単相−直交変換器３１を用いて、９０°の位相差をもつ２つの差動ＩＦ波に分配して、一方を偶高調波ミクサ１に入力し、他方を偶高調波ミクサ２に入力する点は、図６と同じである。

図７の高周波ミクサは、まず、入力された１つの単相ＬＯ波を、ＬＯ帯同相分配器２０を用いて、同相の２つの単相ＬＯ波に分配する。次に、一方の単相ＬＯ波に対して、単相−直交変換器２００を用いて、９０°の位相差を有する２つの差動ＬＯ波に分配し、偶高調波ミクサ１に入力する。同様に、他方の単相ＬＯ波に対して、単相−直交変換器２０１を用いて、９０°の位相差を有する２つの差動ＬＯ波に分配し、偶高調波ミクサ２に入力する。

このような構成であっても、偶高調波ミクサ１に入力される差動ＬＯ波と偶高調波ミクサ２に入力される差動ＬＯ波との位相関係は、図４の場合と同じであるので、図４に示す構成と同様の効果を奏する。さらに、図６の場合と同様に高周波ミクサへの入力波（ＩＦ波、ＬＯ波）が単相であるため位相偏差がなく、図５の場合よりもＬＯ波に対する信号線が２相から単相となるため、信号線の配線長の違いによる位相偏差を小さくでき、イメージ波及びＬＯリークの抑圧を大きくする効果がある。

１ ２ 偶高調波ミクサ、３ ＩＦ帯９０°分配器、４ ＬＯ帯４５°分配器、５ ６ ＲＦ帯１８０°合成器、７ ＲＦ帯同相合成器、１１ １２ ２１ ２２ 単位ミクサ、８ ＬＯ帯９０°分配器、９ ＲＦ帯９０°合成器、１０ ＬＯ帯同相分配器、１００ １０１ ＬＯ帯９０°分配器、３１ ＩＦ帯単相-直交差動変換器、４１ ＬＯ帯８相リングＶＣＯ、５１ ６１ バラン、８１ ＬＯ帯単相-直交差動変換器、２０ ＬＯ帯同相分配器、２００ ２０１ ＬＯ帯単相-直交差動変換器、１１１ １１２ １１４ １１６ １２１ １２２ １２４ １２６ トランジスタ、１１１ １２１ インダクタ、１１３ １１５ １２３ １２６ 接続点、２０１ 電流源、３０１ ３０２ キャパシタ、４０１ ４０２ 出力端子。

Claims (9)

1. 入力されたＩＦ波を、第１の差動ＩＦ波と、前記第１の差動ＩＦ波に対して９０°の位相差をもつ第２の差動ＩＦ波とに分配する第１の９０°分配器と、
   入力されたＬＯ波を、第１の差動ＬＯ波と、前記第１の差動ＬＯ波に対して４５°の位相差をもつ第２の差動ＬＯ波とに分配する４５°分配器と、
   前記第１の差動ＩＦ波と前記第２の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第１の偶高調波ミクサと、
   前記第２の差動ＩＦ波と前記第１の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第２の偶高調波ミクサと、
   前記第１の偶高調波ミクサにより混合された差動信号を同相にして合成する第１の１８０°合成器と、
   前記第２の偶高調波ミクサにより混合された差動信号を同相にして合成する第２の１８０°合成器と、
   前記第１の１８０°合成器が出力した信号と前記第２の１８０°合成器が出力した信号とを同相合成する同相合成器と
   を備えた高周波ミクサ。
2. 入力されたＩＦ波を、第１の差動ＩＦ波と、前記第１の差動ＩＦ波に対して９０°の位相差をもつ第２の差動ＩＦ波とに分配する第１の９０°分配器と、
   入力されたＬＯ波を、第１の差動ＬＯ波と、前記第１の差動ＬＯ波に対して９０°の位相差をもつ第２の差動ＬＯ波とに分配する第２の９０°分配器と、
   前記第１の差動ＩＦ波を構成する一方の信号と前記第１の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合し、前記第１の差動ＩＦ波を構成する他方の信号と前記第２の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第１の偶高調波ミクサと、
   前記第２の差動ＩＦ波を構成する一方の信号と前記第１の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合し、前記第２の差動ＩＦ波を構成する他方の信号と前記第２の差動ＬＯ波の２倍高調波とを混合する第２の偶高調波ミクサと、
   前記第１の偶高調波ミクサが出力した信号または前記第２の偶高調波ミクサが出力した信号の一方を９０°移相して、他方と同相合成する９０°合成器と
   を備えた高周波ミクサ。
3. 前記４５°分配器に入力される前記ＬＯ波は、単相である請求項１に記載の高周波ミクサ。
4. 前記第１の９０°分配器に入力される前記ＩＦ波は、単相である請求項１または請求項２に記載の高周波ミクサ。
5. 前記第２の９０°分配器に入力される前記ＬＯ波は、単相である請求項２に記載の高周波ミクサ。
6. 前記第１の９０°分配器は、伝送線路を用いて構成される請求項１または請求項２に記載の高周波ミクサ。
7. 前記第２の９０°分配器は、発振器を用いて構成される請求項２に記載の高周波ミクサ。
8. 前記第１の偶高調波ミクサ及び前記第２の偶高調波ミクサは、制御端子である第１の端子と、第２の端子と、第３の端子とを有する第１から第６のトランジスタと、電流源とを各々備え、
   前記第１のトランジスタは、前記第１の端子に前記第１の差動ＬＯ波を構成する一方の信号が入力され、
   前記第２のトランジスタは、前記第１の端子に前記第１の差動ＬＯ波を構成する他方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第１のトランジスタの前記第２の端子が接続され、前記第３の端子に前記第１のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記第３のトランジスタは、前記第１の端子に前記差動ＩＦ波を構成する一方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第２のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記第４のトランジスタは、前記第１の端子に前記第２の差動ＬＯ波を構成する一方の信号が入力され、
   前記第５のトランジスタは、前記第１の端子に前記第２の差動ＬＯ波を構成する他方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第４のトランジスタの前記第２の端子が接続され、前記第３の端子に前記第４のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記第６のトランジスタは、前記第１の端子に前記差動ＩＦ波を構成する他方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第５のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記電流源は、一端が前記第３のトランジスタの前記第３の端子と前記第６のトランジスタの前記第３の端子とに接続され、他端が接地され、
   前記第１のトランジスタの前記第２の端子及び前記第４のトランジスタの前記第２の端子に電圧が供給され、前記第１のトランジスタの前記第２の端子及び前記第４のトランジスタの前記第２の端子からＲＦ波を出力する請求項１に記載の高周波ミクサ。
9. 前記第１の偶高調波ミクサ及び前記第２の偶高調波ミクサは、制御端子である第１の端子と、第２の端子と、第３の端子とを有する第１から第６のトランジスタと、電流源と、第１及び第２のキャパシタを各々備え、
   前記第１のトランジスタは、前記第１の端子に前記第１の差動ＬＯ波を構成する一方の信号が入力され、
   前記第２のトランジスタは、前記第１の端子に前記第１の差動ＬＯ波を構成する他方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第１のトランジスタの前記第２の端子が接続され、前記第３の端子に前記第１のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記第３のトランジスタは、前記第１の端子に前記差動ＩＦ波を構成する一方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第２のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記第４のトランジスタは、前記第１の端子に前記第２の差動ＬＯ波を構成する一方の信号が入力され、
   前記第５のトランジスタは、前記第１の端子に前記第２の差動ＬＯ波を構成する他方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第４のトランジスタの前記第２の端子が接続され、前記第３の端子に前記第４のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記第６のトランジスタは、前記第１の端子に前記差動ＩＦ波を構成する他方の信号が入力され、前記第２の端子に前記第５のトランジスタの前記第３の端子が接続され、
   前記電流源は、一端が前記３のトランジスタの前記第３の端子と前記第６のトランジスタの前記第３の端子とに接続され、他端が接地され、
   前記第１のキャパシタは、一端が前記第１のトランジスタの前記第２の端子と前記第４のトランジスタの前記第２の端子との接続点に接続され、他端が接地され、
   前記第２のキャパシタは、一端が前記第３のトランジスタの前記第３の端子と前記第６のトランジスタの前記第３の端子との接続点に接続され、他端が接地され、
   前記第１のトランジスタの前記第２の端子及び前記第４のトランジスタの前記第２の端子に電圧が供給され、前記第１のトランジスタの前記第２の端子及び前記第４のトランジスタの前記第２の端子からＲＦ波を出力する請求項２に記載の高周波ミクサ。

Images