JP2946634B2 - 偶高調波ミクサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，スプリアス信号が低減された偶高調波ミ
クサに関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は例えば昭和57年電子通信学会光・電波部門全
国大会予稿集P1−138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。なお，各
信号周波数の間に次式の関係がある場合を例にとり説明
を行う。

f_rf＞f_if＞f_lo （１） 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（4a）（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）は局発信号を通過させる低域通過フイルタ，
（７）は高周波信号を通過させる帯域通過フイルタ，
（８）は中間周波信号を通過させる帯域通過フイルタで
ある。

次に動作を説明する。

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），（８）を用いることによ
り，各信号端子（１），（２），（３）間を分離し，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，低
域通過フイルタ（６）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（７）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，例
えば第８図に周波数配置を示すような混合波（周波数f
_out）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_out＝|f_rf±2mf_lo| （２） 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９図に示すような減衰特性を有する低
域通過フイルタ（６），帯域通過フイルタ（７），帯域
通過フイルタ（８）により選択し，中間周波信号として
中間周波信号端子（３）に出力する。

f_if＝f_rf−2f_lo （３） なお，上記のような高調波ミクサは，局発信号周波数
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。

また，第10図は例えば“Microwave Mixers",Stephan
A.Maas著,pp.229〜231に示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
ウンコンバータ用ミクサの例である。なお，各信号周波
数の間に上記の（１）式の関係がある場合を例にとり説
明を行う。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）（4d）はダイオー
ド，（9a）（9b）は中間周波信号を阻止する帯域阻止フ
イルタ，（10a）（10b）は中間周波信号を通過させる帯
域通過フイルタ，（11）は高周波信号および局発信号を
分配するための90度ハイブリッド，（12）はダイオード
（4c）（4d）の両端に発生した混合波（周波数f_out）の
うち帯域通過フイルタ（10a）（10b）により選択して中
間周波信号として合成する同相電力合成器である。

次に動作を説明する。

上記のような従来のミクサにおいては，高周波信号
（周波数f_rf）を高周波信号端子（１）に入力し，局発
信号（周波数f_lo）を局発信号端子（２）から入力する
と，それぞれ90度ハイブリッド（11）で分配され帯域阻
止フイルタ（9a）（9b）を介してダイオード（4c）（4
d）にそれぞれ90度の位相差で加わる。このとき次式で
与えられるような混合波（周波数f_out）がダイオード
（4c）（4d）の両端に発生する。

f_out＝|f_rf±nf_lo| （４） ここで,nは整数である。この従来のミクサでは，これら
の混合波のうち，最も基本的な動作として例えば次式で
与えられる周波数f_ifの信号を，帯域通過フイルタ（10
a）（10b）により選択し，同相電力合成器（12）で合成
して中間周波信号として中間周波信号端子（３）に出力
する。

f_if＝f_rf−f_lo （５） 〔発明が解決しようとする課題〕 上記のような第１の従来例のミクサでは，高周波信号
周波数f_rfと中間周波信号周波数f_ifとが近接した場合，
第９図に示した帯域通過フイルタ（７）（８）のそれぞ
れの減衰特性に，より急峻な周波数特性が要求される。
そのため，多段化した帯域通過フイルタ（７）（８）が
必要になり，複雑かつ大形になるという問題点があつ
た。また，そのために半導体基板上にモノリシツク集積
化することが困難になるという問題点があつた。さら
に，上記の問題点に加えて，高周波信号周波数f_rfと中
間周波信号周波数f_ifとが近接した場合に，アンチパラ
レルダイオードペア（５）の両端に発生する混合波f_out
の周波数間隔が狭くなり，中間周波信号用の帯域通過フ
イルタ（８）の通過帯域内に，次式で与えられるような
上記（２）式の混合波（周波数f_out）の一部である
f_out′がスプリアス信号として中間周波信号端子（３）
に出力される。

f_out′＝2mf_lo−f_rf （６） ここで,mは整数である。このf_out′は，第８図に示した
周波数配置を例にとると，中間周波信号（周波数f_if）
に隣接する（14f_lo−f_rf）や（16f_lo−f_rf）がこれに相
当する。そのため，このスプリアス信号により他の周波
数帯域の通信などを妨害するという問題点があつた。

また，上記のような第２の従来例のミクサでは，ダイ
オード（4c）（4d）がアンチパラレルダイオードペアで
ないため，上記の（４）式に示した混合波（周波数
f_out）がダイオード（4c）（4d）の両端に発生する。従
つて，最も基本的な動作としては上記の（５）式で与え
られる周波数f_ifの信号を中間周波信号として中間周波
信号端子（３）に出力するものであり，高調波ミクサと
しては不適切である。また，敢えて高調波ミクサとして
動作させた場合には，上記の（４）式で与えられるよう
な局発信号の全次数の高調波と高周波信号との混合波が
出力され，スプリアス信号の発生量が多くなるという問
題点があつた。さらに，第２の従来例のミクサでは,90
度ハイブリッド（11）で高周波信号と局発信号とを分配
しているため，上記の（１）式で与えられる周波数関係
を必要とする用途の場合には,90度ハイブリッド（11）
に超広帯域な分配特性が要求され，ミクサの実現が困難
になるという問題点があつた。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので，小形で，半導体基板上にモノリシック集積
化しやすく，かつ，スプリアス信号を分離抑圧して周波
数変換された信号を出力できる偶高調波ミクサを得るこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る偶高調波ミクサは、２つのダイオード
をそれぞれの極性を逆にして並列接続したアンチパラレ
ルダイオードペアで構成される２組の非線形素子と、局
発信号端子を有し、局発信号端子から入力された局発信
号を分配して上記２組の非線形素子のそれぞれにフィル
タを介して加える同相電力分配器と、高周波信号端子と
中間周波信号端子を有し、一方の端子から入力された信
号を分配して上記２組の非線形素子のそれぞれにフィル
タを介して加え、かつ、上記２組の非線形素子のそれぞ
れで周波数変換された信号を前記フィルタを介して取り
込み合成して他方の端子から出力する90度ハイブリッド
とを備え、上記同相電力分配器と90度ハイブリッドによ
り上記高周波信号端子と中間周波信号端子への出力の位
相設定をしたことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記のように構成された偶高調波ミクサでは，局発信
号端子から入力された局発信号を同相電力分配器で分配
して２組の非線形素子のそれぞれに加え，高周波信号端
子と中間周波信号端子の一方の端子から入力された信号
を90度ハイブリッドで分配して上記２組の非線形素子の
それぞれに加え，かつ，上記２組の非線形素子のそれぞ
れで周波数変換された信号を上記90度ハイブリッドに取
り込み合成して他方の端子から出力するので，高周波信
号あるいは中間周波信号として上記他方の端子から出力
される混合波（周波数f_out）の周波数成分とスプリアス
信号となる混合波（周波数f_out）の周波数成分（周波数
f_out′）とは互いに逆位相になり，上記２組の非線形素
子のそれぞれで周波数変換された信号を上記90度ハイブ
リッドで合成すると，周波数f_out′のスプリアス信号は
打ち消し合い上記他方の端子には出力されない。

〔実施例〕

第１図はこの発明の偶高調波ミクサの一実施例を示す
構成図であり，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_frとの差の周波数を出力
するダウンコバータ用高調波ミクサの例である。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，（4e）〜（4h）はダイオード，（13a）（13
b）はそれぞれ逆極性のダイオード（4e）（4f）および
（4g）（4h）を並列接続して構成される第１および第２
のアンチパラレルダイオードペア，（14）はハイブリッ
ドであつて，高周波信号を分配し，かつ中間周波信号を
合成するための90度ハイブリッド，（15a）（15b）は局
発信号を阻止するための高域通過フイルタ，（16）は局
発信号を分配するための同相電力分配器，（17a）（17
b）は局発信号を通過させる低域通過フイルタである。

次に動作について説明する。

この発明による偶高調波ミクサでは，局発信号を局発
信号端子（２）から入力すると，同相電力分配器（16）
で分配され，低域通過フイルタ（17a）（17b）を介し第
１および第２のアンチパラレルダイオードペア（13a）
（13b）にそれぞれ同相で加わる。同時に高周波信号を
高周波信号端子（１）から入力すると,90度ハイブリッ
ド（14）で分配され，高域通過フイルタ（15a）（15b）
を介し第１および第２のアンチパラレルダイオードペア
（13a）（13b）にそれぞれ90度の位相差で加わる。この
とき第１および第２のアンチパラレルダイオードペア
（13a）（13b）で発生する混合波（周波数f_out）の，中
間周波信号として出力される周波数成分とスプリアス信
号となる周波数成分（周波数f_out′）の位相関係を第２
図に示す。同図に示すように，第２のアンチパラレルダ
イオード（13b）で発生する混合波（周波数f_out）の中
間周波信号として出力される周波数成分（周波数f_if）
の位相は，第１のアンチパラレルダイオードペア（13
a）で発生する混合波（周波数f_out）の中間周波信号と
して出力される周波数成分（周波数f_if）の位相より90
度遅れている。そのため,90度ハイブリッド（14）で合
成すると,90度ハイブリッド（14）の逆方向の位相特性
も上記特性と同様であるため図示したような位相関係に
なり，高周波信号端子（１）には互いに打ち消しあつて
出力されず，中間周波信号端子（３）には合成された出
力がある。また，第２のアンチパラレルダイオード（13
b）で発生する混合波（周波数f_out）のスプリアス信号
となる周波数成分（周波数f_out′）の位相は，第１のア
ンチパラレルダイオードペア（13a）で発生する混合波
（周波数f_out）のスプリアス信号となる周波数成分（周
波数f_out′）の位相より90度進んでいる。そのため,90
度ハイブリッド（14）で合成すると，上記と同様にし
て，中間周波信号端子（３）には互いに打ち消しあつて
出力されず，高周波信号端子（１）のみに合成された出
力がある。

上記のようにこの発明による偶高調波ミクサでは，基
本的にスプリアス信号（周波数f_out′）は中間周波信号
端子（３）に出力されない構成であり，低スプリアスで
ある。

また，この発明による偶高調波ミクサで用いている高
域通過フイルタ（15a）（15b）と低域通過フイルタ（17
a）（17b）の減衰特性の一例を第３図に示す。図に示す
ように，この発明による偶高調波ミクサは，フイルタに
急峻な周波数特性を必要としないので，段数が少ない，
小形なものでよく，半導体基板上にモノリシック集積化
しやすい。

なお，この発明によれば、上記のように偶高調波ミク
サを構成することが容易であり，偶高調波ミクサとする
ことで信号の周波数配置の設計において大きな自由度が
得られる効果がある。

以上のように，この発明によれば，小形で，半導体基
板上にモノリシック集積化しやすく，かつ，スプリアス
信号を分離抑圧して周波数変換された信号を出力できる
偶高調波ミクサが得られる効果がある。

また，第４図はこの発明の偶高調波ミクサの他の実施
例を示す構成図であり，高域通過フイルタ（15a）（15
b）と低域通過フイルタ（17a）（17b）との接続点と，
地導体との間にアンチパラレルダイオードペア（13a）
（13b）を接続した構成である。この実施例においても
上記第１図に示したこの発明のミクサの実施例と同様に
動作し，上記同様の効果を奏する。

次に，上記実施例の90度ハイブリッド（14）の構成例
を第５図に示す。図において，（18）はブランチライン
形，（19）はインターデイジタル形である。

次に，上記実施例の同相電力分配器（16）の構成例を
第６図に示す。図において，（20）はウイルキンソン
形，（21）はＹ分岐である。

また，上記実施例では高周波信号（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偶高調波ミクサの例で
説明を実施したが，中間周波信号を中間周波信号端子
（３）に入力し，局発信号を局発信号端子（２）に入力
し，高周波信号を高周波信号端子（１）に出力するアッ
プコンバータ用偶高調波ミクサとしても上記同様に動作
でき，同様の効果を奏することは自明である。

〔発明の効果〕 以上のようにこの発明によれば、アンチパラレルダイ
オードペアで構成される２組の非線形素子を採用した偶
高調波ミクサであるため、２組の非線形素子をほぼ同一
の特性で形成でき、位相調整手段などを不要とし、局発
信号端子を有する同相電力分配器と、高周波信号端子と
中間周波信号端子を有する90度ハイブリッドで上記高周
波信号端子と中間周波信号端子への出力の位相設定が可
能な構成とすることができ、２組の非線形素子のそれぞ
れで周波数変換された信号から、所望周波数の信号の近
傍に発生するフィルタでは除去できないスプリアス信号
を分離抑圧して所望周波数の信号を出力できる偶高調波
ミクサを実現する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の偶高調波ミクサの一実施例を示す構
成図，第２図はこの発明の一実施例による偶高調波ミク
サの動作説明図，第３図はこの発明の一実施例による偶
高調波ミクサに用いるフイルタの特性の説明図，第４図
はこの発明の偶高調波ミクサの他の実施例を示す構成
図，第５図は90度ハイブリッドの実施例の構成図，第６
図は同相電力分配器の実施例の構成図，第７図は従来の
ミクサの構成例を示す構成図，第８図は従来のミクサの
混合波の周波数配置を示す図，第９図は従来のミクサに
用いられるフイルタの特性説明図，第10図は従来の他の
ミクサの構成例を示す構成図である。 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）〜（4h）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）は帯域通過フイル
タ，（８）は帯域通過フイルタ，（9a）（9b）は帯域阻
止フイルタ，（10a）（10b）は帯域通過フイルタ，（1
1）は90度ハイブリッド，（12）は同相電力合成器，（1
3a）（13b）は第１および第２のアンチパラレルダイオ
ードペア，（14）は90度ハイブリッド，（15a）（15b）
は高域通過フイルタ，（16）は同相電力分配器，（17
a）（17b）は低域通過フイルタである。 なお，図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浦崎 修治 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三 菱電機株式会社電子システム研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−224312（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−276805（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−109906（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−65904（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03D 7/00 - 9/06

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２つのダイオードをそれぞれの極性を逆に
   して並列接続したアンチパラレルダイオードペアで構成
   される２組の非線形素子と、局発信号端子を有し、局発
   信号端子から入力された局発信号を分配して上記２組の
   非線形素子のそれぞれにフィルタを介して加える同相電
   力分配器と、高周波信号端子と中間周波信号端子を有
   し、一方の端子から入力された信号を分配して上記２組
   の非線形素子のそれぞれにフィルタを介して加え、か
   つ、上記２組の非線形素子のそれぞれで周波数変換され
   た信号を前記フィルタを介して取り込み合成して他方の
   端子から出力する90度ハイブリッドとを備え、上記同相
   電力分配器と90度ハイブリッドにより上記高周波信号端
   子と中間周波信号端子への出力の位相設定をしたことを
   特徴とする偶高調波ミクサ。