JP2629404B2

JP2629404B2 - ミクサ

Info

Publication number: JP2629404B2
Application number: JP2126123A
Authority: JP
Inventors: 健治伊東; 憲治末松; 明夫飯田; 修治浦崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1997-07-09
Anticipated expiration: 2012-07-09
Also published as: JPH0421204A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は，広い周波数範囲での動作が可能なミクサ
に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は例えば1986年第16回European Microwave Con
ference ProceedingsのP418〜P422に記載された従来の
ミクサの一構成例であり，高周波信号（周波数f_rf）と
局発信号（周波数f_lo）とを入力し，中間周波信号（周
波数f_if）としてf_loの整数倍の周波数とf_rfとの差の周
波数を出力するダウンコンバータ用高調波ミクサの例で
ある。図において，（１）は高周波信号端子，（２）は
局発信号端子，（３）は中間周波信号端子，（4a），
（4b）はダイオード，（５）は逆極性のダイオード（4
a），（4b）を並列接続して構成されるアンチパラレル
ダイオードペア，（６）は中間周波信号を通過させる低
域通過フイルタ，（７）は局発信号を通過させる高域通
過フイルタ，（８）は低域通過フイルタ（６）と高域通
過フイルタ（７）とから構成される分波器，（９）は高
周波信号を阻止する帯域阻止フイルタ，（10）は高周波
信号を通過させる帯域通過フイルタである。

次に動作について説明する。

上記のような従来の高調波ミクサにおいては，上記の
各フイルタ（６），（７），（９），（10）を用いるこ
とにより各信号端子（１），（２），（３）間を高周波
的に分離し，効率良くアンチパラレルダイオードペア
（５）に対し各周波数の信号を入出力させている。この
ような高調波ミクサでは，局発信号を局発信号端子
（２）から入力し，高域通過フイルタ（７）と帯域阻止
フイルタ（９）とを介しアンチパラレルダイオードペア
（５）に加えると，ダイオード（4a），（4b）の接合抵
抗と接合容量の値が局発信号により時間的に変化する。
このとき，高周波信号を高周波信号端子（１）に入力
し，帯域通過フイルタ（10）を介し，アンチパラレルダ
イオードペア（５）に加えると，次式で与えられる混合
波（周波数f_out1）がアンチパラレルダイオードペア
（５）の両端に発生する。

f_out1＝｜f_rf±2mf_lo｜ ……（１）ここで,mは整数である。この従来の高調波ミクサでは，
これらの混合波のうち，例えば次式で与えられる周波数
f_ifの信号を第８図に示すような特性を有する低域通過
フイルタ（６），高域通過フイルタ（７），帯域阻止フ
イルタ（９），帯域通過フイルタ（10）により選択し，
中間周波信号として端子（３）に出力する。

f_if＝f_rf−2f_lo ……（２）なお，このような高調波ミクサは，局発周波数f_loが
通常のミクサの2m分の１の周波数で動作するため，特に
ミリ波受信機等に多用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来のミクサでは，高周波信号周波数f
_rfと中間周波信号周波数f_ifとを分離するために，低域
通過フイルタ（６），高域通過フイルタ（７），帯域阻
止フイルタ（９），帯域通過フイルタ（10）を用いてい
る。そのため，周波数変換する周波数の範囲は，これら
の各フイルタ（６），（７），（９），（10）の周波数
特性で制限され，周波数掃引する場合等に広い周波数範
囲で動作させるのが困難であるという課題があった。ま
た，中間周波信号周波数f_ifと局発信号周波数f_loとが近
づいた場合には，低域通過フイルタ（６）と高域通過フ
イルタ（７）とに急峻な周波数特性が要求されるため，
低域通過フイルタ（６）と高域通過フイルタ（７）の多
段化が必要となり，形状が大形になって半導体基板上に
モノリシック集積化するのが困難であるという課題があ
った。

この発明は上記のような課題を解決するためになされ
たものであり，小形で半導体基板上にモノリシック集積
化しやすい構成で，広い周波数範囲で動作可能なミクサ
を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係るミクサは、高周波信号を入出力する高
周波信号端子、中間周波信号を入出力する中間周波信号
端子、局発信号を入出力する局発信号端子、第１接点、
第２接点、第３接点、第４接点を有し、上記第２接点を
接地とするダイオードリング回路、上記ダイオードリン
グ回路の第１接点および第３接点に、線路を構成する２
つの導体のそれぞれが接続された平衡線路、上記ダイオ
ードリング回路の第２接点および第４接点に、線路を構
成する地導体を第２接点へ、中心導体を第４接点へとし
て接続された不平衡線路、上記不平衡線路または上記平
衡線路のいずれかの線路の上記ダイオードリング回路に
接続されていない一端に接続され、かつ、上記高周波信
号端子と上記中間周波信号端子に接続され、上記高周波
信号と上記中間周波信号とを分波する分波手段を備え、上記分波手段が接続されていない上記平衡線路あるい
は上記不平衡線路のいずれかの線路の上記ダイオードリ
ング回路に接続されていない一端に局発信号端子が接続
され、上記局発信号の偶数倍の高調波と上記高周波信号
あるいは上記中間周波信号との混合波を上記分波手段を
介して出力する高調波ミクサとして動作するものであ
る。

〔作用〕

上記のように構成されたミクサでは，局発信号端子か
ら入力された局発信号をダイオードリング回路の平衡線
路側から加え，また高周波信号あるいは中間周波信号を
分波手段を介しダイオードリング回路の不平衡線路側か
ら加える。すると，平衡線路と不平衡線路の電磁界の直
交性により，局発信号は分波手段側に伝搬せず，高周波
信号あるいは中間周波信号は局発信号端子側に伝搬しな
い。さらに，上記ダイオードリング回路で周波数変換し
て生成された高周波信号あるいは中間周波信号と局発信
号の偶数次の高調波との混合波は，不平衡線路の電磁界
と同じ位相で発生し，分波手段側に伝搬するが，局発信
号端子側に伝搬しない。一方，上記ダイオードリング回
路で周波数変換して生成された高周波信号あるいは中間
周波信号と局発信号の奇数次の高調波との混合波は，平
衡線路の電磁界と同じ位相で発生し，分波手段側には伝
搬しない。従って，局発信号の偶数次の高調波との混合
を行う偶高調波ミクサとして動作する。さらに，ダイオ
ードリング回路への電界の印加のモードが平衡線路と不
平衡線路で異なるため，電磁界の直交性によりフィルタ
によらず局発信号の分波手段側への伝搬を抑制でき，分
波手段における局発信号を抑制する機能が不要となり，
例えば局発信号の周波数と中間周波信号の周波数が近い
場合でもフィルタに急峻な周波数特性が要求されず，分
波手段の周波数特性の要求性能を緩和できる。そのた
め，カバーする周波数範囲の広いフィルタによる分波手
段を用いることができ，広い周波数範囲で動作するミク
サを得られる効果がある。

なお，以上の説明は，局発信号を平衡線路側から加
え，高周波信号あるいは中間周波信号を不平衡線路側か
ら加える場合について行ったが，上記分波手段を平衡線
路に接続し，局発信号を不平衡線路側から加え，高周波
信号あるいは中間周波信号を平衡線路側から加える場合
についても，端子が入れ替わるのみで同様の動作とな
り，同じ効果を奏する。

〔実施例〕

第１図はこの発明のミクサの一実施例の構成図であ
る。図において（１）〜（３）は第７図に示したものと
同一のものであり，（4c）〜（4f）はダイオード，（1
1）はダイオードリング回路であって，例えばリング状
に接続した４つのダイオード（4c）〜（4f）で構成され
るダイオードリング回路，（12），（13），（14）はダ
イオードリング回路（11）の端子，（15）はダイオード
リング回路（11）の端子（12）に接続された例えば同軸
線路やマイクロストリップ線路やコプレナ線路のような
不平衡線路，（16）はダイオードリング回路（11）の端
子（13）（14）に接続された例えばスロット線路のよう
な平衡線路，（17）は高周波信号を通過させる高域通過
フイルタ，（18）は中間周波信号を通過させる低域通過
フイルタ，（19）は高周波信号と中間周波信号とを分波
する分波手段であって，例えば高域通過フイルタ（17）
と低域通過フイルタ（18）とから構成された分波器であ
る。

なお，上記例に示した同軸線路，マイクロストップ線
路，コプレナ線路のように，不平衡線路（15）は中心導
体と地導体から構成されているが，第１図では不平衡線
路地導体のダイオードリング回路（11）のダイオード
（4c）とダイオード（4f）の接地となる接点への接続に
ついて，繁雑になるため図示省略している。また，不平
衡線路地導体とダイオードリング回路（11）との接続に
ついては，後述の第４図および第５図の具体的なパター
ン例で図示説明する。

次に動作を説明する。

ここでは，高周波信号（周波数f_rf）と局発信号（周
波数f_lo）とを入力し，中間周波信号（周波数f_if）とし
てf_loの整数倍の周波数とf_rfとの差の周波数を出力する
ダウンコンバータ用ミクサの場合を例として説明する。

この発明によるミクサにおいては，局発信号（周波数
f_lo）を局発信号端子（２）に加えると，平衡線路（1
6）を伝搬し，端子（13），（14）からダイオードリン
グ回路（11）に加わる。同時に高周波信号（周波数
f_rf）を高周波信号端子（１）に加えると高域通過フイ
ルタ（17）を介し，不平衡線路（15）を伝搬し，端子
（12）からダイオードリング回路（11）に加わる。

このように４つのダイオード（4c），（4d），（4
e），（4f）に加わる局発信号と高周波信号の電界の向
きと，ダイオード（4c），（4d），（4e），（4f）から
発生する混合波（周波数f_out1,f_out2）の電界の向きと
をそれぞれ第２図（ａ），（ｂ）に示す。ここで，f
_out1は前記同様に（１）式で与えられる偶数次の高調波
であり，f_out2は次式で与えられる奇数次の高調波であ
る。

f_out2＝｜f_rf±（2m＋１）f_lo｜ …（３）ここで，第２図（ａ）に示すように局発信号はダイオ
ード（4c），（4d），（4e），（4f）にそれぞれ同相，
逆相，逆相，同相で加わり，高周波信号はダイオード
（4c），（4d），（4e），（4f）にそれぞれ同相，同
相，逆相，逆相で加わる。すると（１）式または（３）
式で求まるf_out1,f_out2の電界の向きは第２図（ｂ）に
示すようになる。

従って，これらの混合波f_out1,f_out2のうち，混合波f
_out2はダイオードリング回路（11）内部で打ち消し合
い，混合波f_out1のみが高周波信号を入力したと同じ端
子（12）側，すなわち不平衡線路（15）側に同じ向きに
出力される。すなわち、局発信号の偶数倍の高調波と高
周波信号との混合波である偶数次の高調波を出力する高
調波ミクサとして動作し，フィルタによらずに平衡線路
と不平衡線路の電磁界の直交性により局発信号と他の信
号とを分離できる。そして混合波f_out1の中から例えば
前記（２）式で与えられる中間周波信号f_ifを低域通過
フイルタ（18）で選択し中間周波信号端子（３）に出力
する。

なお，上記実施例のミクサで用いている分波器（19）
に用いる高域通過フイルタ（17）と低域通過フイルタ
（18）の減衰特性の一例を第３図に示す。

以上のようにこの発明によるミクサでは，局発信号端
子（２）から入力された局発信号をダイオードリング回
路（11）の平衡線路（16）から成る端子（13）（14）か
らダイオードリング回路（11）に加え，また，高周波信
号端子（１）と中間周波信号端子（３）を有する分波器
（19）の高周波信号端子（１）から高周波信号を入力
し，不平衡線路（15）から成る端子（12）からダイオー
ドリング回路（11）に加える構成であり，ダイオードリ
ング回路（11）への電界の印加のモードが平衡線路（1
6）と不平衡線路（15）で異なるため局発信号と他の信
号とを分離でき，フイルタに要求される周波数特性が大
幅に緩和されるので，広い周波数範囲での動作を可能に
する効果がある。また，第３図に示したように，この発
明によるミクサではフイルタに急峻な周波数特性を必要
としないためフイルタ数及びその段数を低減できるので
小形化でき，半導体基板上にモノリシック集積化しやす
い構成とできる効果がある。

次に，上記の第１の実施例における平衡線路（16）を
スロット線路で不平衡線路（15）をコプレナ線路で構成
し，これらの線路をつき合わせた部分にダイオードリン
グ回路（11）を設けた具体的なパターン例について説明
する。第４図はこの発明のミクサの第２の実施例の構成
図であり，第１図あるいは第７図に示すものと同一部分
あるいは相当部分には同一の符号を付しその説明は省略
する。図において（20）は誘電体基板，（21a），（21
b），（21c），（22a），（22b）は導体，（23）は導体
（21a），（21b），（21c）から構成されるコプレナ線
路，（24）は導体（22a），（22b）から構成されるスロ
ット線路，（25a），（25b）は導体（21a）〜（21c），
（22a），（22b）とから構成される開放端，（26a），
（26b）はコプレナ線路（23）で発生する不要なモード
の電界を抑えるための金属ワイヤである。ここで，開放
端（25a），（25b）はダイオード（4c）〜（4f）に加わ
る電波が導体（21）と導体（22）の間を伝搬し漏洩する
のを抑えるために設ける。同図では分波器（19）をブロ
ック図で示したが，誘電体基板（20）上にコプレナ線路
（23）で構成可能である。この構成は誘電体基板（20）
の片面で回路を構成できるため，半導体基板上にモノリ
シック集積化しやすい効果がある。

また，第４図に示すこの発明のミクサの第２の実施例
では，開放端（25a），（25b）をテーパー状広げた間隙
で構成しているが，ダイオード（4c）〜（4f）からみて
高インピーダンスになるようステップ状あるいは円弧状
に間隙を広げてもよい。

また，第４図に示すこの発明のミクサの第２の実施例
では，導体（21a）と導体（21c）とを金属ワイヤ（26）
で接続しているが，半導体基板上にモノリシック集積化
する場合，これをエアーブリッジで構成してもよい。

次に，この発明の第１の実施例における平衡線路（1
6）をスロット線路で，不平衡線路（15）をマイクロス
トリップ線路で構成し，これらの線路をつき合わせた部
分にダイオードリング回路（11）を設けた場合のパター
ン例について説明する。第５図はこの発明のミクサの第
３の実施例の構成図であり，第１図，第４図あるいは第
７図に示すものと同一部分あるいは相当部分には同一の
符号を付し，その説明は省略する。図において，（27）
は誘電体膜，（28）は導体（21a），（21b）及び誘電体
膜（27）とから構成されるマイクロストリップ線路であ
る。同図では分波器（19）をブロック図で示したが，誘
電体基板（20）上にマイクロストリップ線路（28）で構
成可能である。この構成は誘電体基板（20）の片面で回
路を構成できるため，半導体基板上にモノリシック集積
化しやすい効果がある。

次に，この発明のミクサの第１の実施例における平衡
線路（16）と同じ機能を,180度ハイブリッドで実現した
例について説明する。第６図はこの発明のミクサの第４
の実施例の構成図であり，第１図あるいは第７図に示す
ものと同一部分あるいは相当部分には同一の符号を付
し，その説明は省略する。図において，（29）は180度
ハイブリッド，（30）は終端抵抗である。この発明のミ
クサにおいては局発信号（周波数f_lo）を局発信号端子
（２）に加えると,180度ハイブリッド（29）により逆相
で分配される。そして，端子（13），（14）からダイオ
ードリング回路（11）に加わる。従って，平衡線路（1
6）を介してダイオードリング回路（11）に局発信号を
加える構成の第１の実施例と同様の動作をする。そし
て，この発明によるミクサを全てマイクロストリップ線
路あるいはコプレナ線路などの不平衡線路（15）で構成
できるため他の回路との接続が容易となる利点がある。

なお，以上の実施例においては，いづれもこの発明の
ミクサの第１の実施例と同様の効果を奏する。

また，以上の実施例ではダウンコンバータ用ミクサと
して動作させた場合について説明を実施したが，中間周
波信号を中間周波信号端子（３）から入力し，局発信号
を局発信号端子（２）から入力し，高周波信号を高周波
信号端子（１）から出力するアップコンバータ用ミクサ
として動作させる場合についても上記の構成で同様に動
作でき，上記同様の効果を奏する。

また，以上の実施例では平衡線路（16）側から局発信
号を入力し，不平衡線路（15）側から高周波信号と中間
周波信号とを入出力する構成のミクサについて説明した
が，不平衡線路（15）側から局発信号を入力し，平衡線
路（16）側から高周波信号と中間周波信号とを入出力す
る構成であってもよく，上記同様の効果を奏する。な
お，ここで，この発明のミクサの第４の実施例において
不平衡線路（15）側から局発信号を入力し，平衡線路
（16）側から高周波信号と中間周波信号とを入出力する
場合は180度ハイブリッド（29）の入力端に分波器（1
9）を接続する構成とするものである。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば，ダイオードリング回
路を用い，ダイオードリング回路への電界の印加を平衡
線路と不平衡線路で行い，上記平衡線路と不平衡線路の
一方から局発信号を入力し，他方から高周波信号あるい
は中間周波信号を入力したので，局発信号の偶数倍の高
調波と高周波信号あるいは中間周波信号との混合波を分
波手段を介して出力する高調波ミクサとして動作し，フ
ィルタによらずに平衡線路と不平衡線路の電磁界の直交
性により局発信号と他の信号とを分離でき，広い周波数
範囲での動作を可能にする高調波ミクサを得られる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明のミクサの一実施例の構成図，第２図
はこの発明のミクサの動作説明図，第３図はこの発明の
ミクサの一実施例のフイルタの特性説明図，第４図はこ
の発明のミクサのパターン図，第５図はこの発明のミク
サの他の実施例によるパターン図，第６図はこの発明の
ミクサの他の実施例の構成図，第７図は従来のミクサの
構成図，第８図は従来のミクサのフイルタの特性説明図
である。図において，（１）は高周波信号端子，（２）は局発信
号端子，（３）は中間周波信号端子，（4a）〜（4f）は
ダイオード，（５）はアンチパラレルダイオードペア，
（６）は低域通過フイルタ，（７）は高域通過フイル
タ，（８）は分波器，（９）は帯域阻止フイルタ，（1
0）は帯域通過フイルタ，（11）はダイオードリング回
路，（12），（13），（14）は端子，（15）は不平衡線
路，（16）は平衡線路，（17）は高域通過フイルタ，
（18）は低域通過フイルタ，（19）は分波器，（20）は
誘電体基板，（21a）〜（21c），（22a），（22b）は導
体，（23）はコプレナ線路，（24）はスロット線路，
（25a），（25b）は開放端，（26a），（26b）は金属ワ
イヤ，（27）は誘電体膜，（28）はマイクロストリップ
線路，（29）は180度ハイブリッド，（30）は終端抵抗
である。なお，図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波信号を入出力する高周波信号端子、
中間周波信号を入出力する中間周波信号端子、局発信号
を入出力する局発信号端子、第１接点、第２接点、第３
接点、第４接点を有し、上記第２接点を接地とするダイ
オードリング回路、上記ダイオードリング回路の第１接
点および第３接点に、線路を構成する２つの導体のそれ
ぞれが接続された平衡線路、上記ダイオードリング回路
の第２接点および第４接点に、線路を構成する地導体を
第２接点へ、中心導体を第４接点へとして接続された不
平衡線路、上記不平衡線路または上記平衡線路のいずれ
かの線路の上記ダイオードリング回路に接続されていな
い一端に接続され、かつ、上記高周波信号端子と上記中
間周波信号端子に接続され、上記高周波信号と上記中間
周波信号とを分波する分波手段を備え、上記分波手段が接続されていない上記平衡線路あるいは
上記不平衡線路のいずれかの線路の上記ダイオードリン
グ回路に接続されていない一端に局発信号端子が接続さ
れ、上記局発信号の偶数倍の高調波と上記高周波信号あ
るいは上記中間周波信号との混合波を上記分波手段を介
して出力する高調波ミクサとして動作することを特徴と
するミクサ。