JP3657171B2 - 高周波受信器用ヘテロダイン段 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特許請求の範囲の主請求項の前文部による高周波受信器用のヘテロダイン段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
広帯域終端分離フィルターは、いわゆるダイプレクサーとして知られている。ＩＦ（中間周波）フィルターの入力抵抗に依存しないミキサー出力の広帯域終端は、伝送領域と遮断領域のいずれにおいても、今迄は幾つかのクリスタルフィルターと広帯域位相回転回路とを用いる比較的複雑な回路構成（例えばMeinke、Grundlach著、「高周波技術ハンドブック」、第５版のＱ２２ページのＦｉｇ．８を参照）によってのみ可能であった。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】
本発明の目的は、回路構成の複雑性が最小でありながら、ミキサーがシステムインピーダンスで連続的に終端され、その伝送損失が最小になるようなヘテロダイン段を提供することにある。
この目的は、特許請求の範囲の主請求項の前文部のヘテロダイン段によって達成せられる。そのさらなる有利な展開が従属請求項で述べられる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のヘテロダイン段は、出力端を広帯域で終端する分離フィルター（３）を有するミキサー（１）と中間周波数フィルター（５）とを含むヘテロダインミキサーであって、
一つのシステムインピーダンスをもつ抵抗（Ｒ）が前記分離フィルター（３）と前記中間周波フィルター（５）との間に配設され、その抵抗（Ｒ）は中間周波数に同調された共振要素（レゾナンスエレメント）（ＫＥ，７，１２）に接続され、その接続はその抵抗が前記中間周波フィルター（５）の中間周波数においては有用な信号について最少の減衰を示し、その他のすべての周波数においてはミキサー（１）の出力をシステムインピーダンスで終端するようになされていること、
を特徴とするヘテロダイン段である。
【００１１】
本発明のヘテロダイン段は、最小の複雑性を持つ回路によって、ミキサー出力が伝送領域のみならず全遮断領域においてシステムインピーダンスで一般的に５０オームで負荷される。回路配置としては、中間周波フィルターのインピーダンス特性と２つの変形回路−直列抵抗とシャント抵抗−を持つ補償要素などに依り、図１の表に示すように、全部で８つの回路選択の可能性が得られる。
【００１２】
中間周波フィルターが、直列回路（通過領域において低インピーダンス、遮断領域において高インピーダンス）として働くか、並列回路（通過領域において高インピーダンス、遮断領域において低インピーダンス）として働くか、また、抵抗と共同して働く共振素子が直列回路として働くか並列回路として働くかに依り、公知の方法たとえば、デイスクリートコンポーネンツ（個別部品）によって構成され、高抵抗インピーダンスから低抵抗インピーダンスをつくりだすか、または、その逆をつくりだす４分の１波長線路の特性を持った適切なインピーダンスインバーターが、その間に接続されていなければならない。
【００１３】
その共振素子は、既知の方法を用いて寄生共振を持たないようにつくられており、そのインピーダンスレベルは、変換回路の助けを借りて変換される。すなわち、分離フィルター出力を終端するオーム性抵抗が直列抵抗であるか並列抵抗であるかにより、付加的な変換回路を用いて共振要素のインピーダンスレベルが、ある係数により増倍されるか、またはその係数により分割される。
【００１４】
【発明の実施の形態と効果】
以下に本発明を、その実施例の図を参照しつつ以下に詳細に説明する。
図２は、例えば、高周波受信器において用いられている、従来からのヘテロダイン段の回路図を示している。入力信号Ｅは、局部ミキサー発振器２の周波数を用いて、受動的なリングミキサーなどのミキサー１で中間周波数（ＩＦ）に変換される。
【００１５】
ミキサー１の出力は広帯域の分離フィルター３（デュープレクサーまたはダイプレクサー）によって終端される。この既知の構成においては、ミキシングの過程で起こる高い受信周波側の第２側帯波は、システムインピーダンスで実（リアル）の終端がなされるが、低い受信周波側（周波数ゼロ以外の）では、それとは反対に、システムインピーダンスとは異なる複素の終端がなされる。分離フィルター３は、たとえば、Ｄetlef Lechner著のKurzwellenemfanger（「短波受信器」）、ドイツ民主共和国軍事出版、第２版、１１８-１１９ページ、に述べられているように、高域通過及び低域通過の両フィルターの組み合わせ、あるいは、帯域遮断を含む帯域通過フィルターやシステムインピーダンスに対応する終端や負荷などを含むことができる。
【００１６】
もし中間周波フィルター５が広帯域の分離フィルター３を通してミキサー１の出力に直接に接続されているとすれば、ミキサー１のダイナミック特性は、中間周波数近くへドライブされるとき、そのフィルターのインピーダンスの振舞が大きく変化することにより不都合な影響を受ける。これを防ぐために、組み合わせ回路４が分離フィルター３と中間周波フィルター５との間に接続され、その組み合わせ回路４は回路の残余の部分の変化不可能なパラメータに依存はするけれどもいつも同一の結果を与える図１の表による種々の配置のいずれか１つをとる。
【００１７】
図３によれば、回路４は、最大で、１個の共振要素ＫＥ、システムインピーダンス値のオーム性抵抗Ｒ、および２個のインピーダンスインバーターＩ１とＩ２を含む。これらの要素の種々の組み合わせが図１の表に示されている。
【００１８】
図４は本発明のヘテロダイン段に対するところの、実際に８０ＭＨｚの中間周波数を持ち、図２に示すように直列回路の動作をする中間周波フィルター５を持ち、０から３０ＭＨｚの範囲の入力周波数Ｅで励起される高品質高周波受信器に対する第１の実施例を示している。図4には直列回路の動作をさせる単一クオーツクリスタル７が共振要素ＫＥとして用いられている。抵抗Ｒは分離フィルター３と中間周波フィルター５の間に直列に配設されている。
この図４の実施例は図１の表のケ−ス５に対応している。
【００１９】
中間周波フィルター５は、例えば、高い無負荷Ｑのクオーツを用いた多極（multipolar）クリスタルフィルターとして構成され、中間周波数の中心周波数を発振するように調整されている。望ましくは、高い無負荷Ｑで、したがって最小の通過帯減衰のクオーツを用いたクリスタルフィルターが用いられており、これは、例えば、第５高調波で働くクオーツを用いて実現できる。このようなフィルターの特性は、通過領域において、ほぼ、たとえば５０オームなどのシステムインピーダンスの値の実（リアル）の入力抵抗を持ち、しかし遮断領域においては、実部は減少し、高いオーム性のインピーダンスが増大してくる。
【００２０】
本実施例では、直列抵抗Ｒによって補償されるべきであるから、中間周波フィルターのこの入力インピーダンスは高オーム性から低オーム性にインバート（反転）されなければならない。この目的のために、例えば、Peter Vizmuller著のRF Design Guide-System, Circuits and Equations(「高周波デザインガイド -システム、回路と数式 」)Artech House出版、第１版、１６５頁に述べられているような、デイクリート部品のλ/4変換器として構成されているインピーダンス変換器Ｉ１が、その間に接続されている。
【００２１】
中間周波の中心周波数に同調された単一クオーツのクリスタル７は、インピーダンストランス６を通してオーム性の直列抵抗Ｒに並列に接続されている。並列の可変インダクタンス８によって障害となる並列容量を相殺することができ、可変直列容量９によって中心周波数を微細に同調することができ、また可変直列抵抗１０によって、通過損失がいくらか高くなるという犠牲で動作品質の微細調節が可能となる。トランス６の巻線比は、直列技路での伝送動作品質を大きく左右する。
【００２２】
その単一のクオーツクリスタル７は、直列共振周波数において、主としてその損失抵抗によって決まる低いインピーダンスを持っている。通過領域におけるこの低いインピーダンスは、さらに、トランス６によってステップダウンされて、抵抗Ｒに並列接続されて非常に低い値となる。すなわち、中間周波の中心周波数では抵抗Ｒは実際上短絡されている状態となり、それによって減衰の効果を失う。中心周波数以外のすべての周波数において、クオーツクリスタル７は、非常に高いオーム性となり、抵抗Ｒは再び分離フィルター３に対する終端抵抗としての効果を増大する。このことは中間周波フィルター５の通過領域のすぐ近傍の諸周波数に対してあてはまる。中心周波数から大きく離れた周波数に対しては、分離フィルター３が、ミキサー1に対して在来の終端として働く。
【００２３】
直列抵抗Ｒと単一のクオーツクリスタル７との簡単な構成は、したがって、広帯域にわたりシステムインピーダンスでのミキサーの一定な終端を達成する。こうしてターモジュレーション（相互変調）で生じた信号の位置に影響されない、一定の変換減衰率、及び一定の相互変調動作を達成することができる。より厳しい要求に対しては、単一のクオーツクリスタルに代わって、幾つかのクオーツクリスタルを具備するクリスタルフィルターを用いることができる。本発明の構成においては小さい値の無負荷Ｑが別段問題となることはないので、広帯域分離フィルター３は一般に入手可能な容量とコイルから構成することができる。
【００２４】
図５は、例えば、中間周波数ＩＦが４ＧＨｚで、並列回路動作をする中間周波フィルター５が０から３ＧＨｚの領域の入力周波数を持つ、高品質スペクトルアナライザーの実施例を示している。この実施例では、並列回路動作において、セラミックの単一共振器１２が共振要素ＫＥとして使われ、さらに、オーム性の直列抵抗Ｒがフィルターと中間周波フィルターとの間に接続されている。これは、図１の表のケース４に対応している。λ/４線路トランス１３を持つ共振器１２の直列回路はオーム性抵抗Ｒの両端の間にまたがって接続されている。補償の目的で、ここに直列コンデンサー１４を挿入してもよい。それにより、中間周波数においては、抵抗Ｒは再び短絡されるが、それから離れた周波数では、システムインピーダンスに対応するそれの値で有効に働く。動作品質は、λ/４線路の長さを変えることによって適宜に調整することができる。
【００２５】
図６は、インピーダンストランス６の１次捲線に直列接続されたオーム性抵抗Ｒを分離フィルター３の出力に並列に接続する可能性を示している。インピーダンストランス６の２次捲線が、中間周波数に同調された発振回路１５に接続されている。したがって、抵抗Ｒに高オーム性抵抗を直列に接続すると中間周波数で有効に働く。この実施例は図１に示す表の中のケース１に対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回路の選択を示す各ケースを表示した図。
【図２】高周波受信器に一般的に用いられているヘテロダイン段全体の回路図。
【図３】１個の共振要素ＫＥ、システムインピーダンス値のオーム性抵抗Ｒ、および２個のインピーダンスインバータＩ１とＩ２を含む組み合わせ回路の図。
【図４】第１の実施例の回路図。
【図５】スぺクトルアナライザーの実施例の回路図。
【図６】別の実施例の回路図。
【符号の説明】
１ ミキサー
２ 局部ミキサー発振器
３ 分離フィルター
４ 回路
５ 中間周波フィルター
６ トランス
７ クオーツクリスタル
８ 可変インダクタンス
９ 可変直列容量
１０ 可変直列抵抗
１２ 共振器
１３ λ／４線路トランス
１４ 直列コンデンサー
１５ 発振回路
Ｉ１、Ｉ２ インピーダンスインバーター
ＫＥ 共振要素

Claims (1)

1. 出力端を広帯域で終端する分離フィルターを有するミキサーと中間周波フィルターとを含むヘテロダインミキサーであって、
   一つのシステムインピーダンスをもつ抵抗が前記分離フィルターと前記中間周波フィルターとの間に配設され、その抵抗は中間周波数に同調された共振要素（エレメント）に接続され、その接続はその抵抗が前記中間周波フィルターの中間周波数においては有用な信号について最小の減衰を示し、その他のすべての周波数においてはミキサーの出力をシステムインピーダンスで終端するようになされていること、
   を特徴とするヘテロダイン段。

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