JP4259723B2 - ミクサ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば無線通信システムの送受信装置に使用され、特に、高周波信号の周波数を変換するだけでなく、近年のディジタル無線通信システムでよく使用されるＧＭＳＫ（Gaussian Minimum Frequency Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation)などの変調方式の直交変調器や直交復調器に使用されるミクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波における周波数混合をするものとして、例えば「Harmonic Mixing with an Antiparallel Diode Pair」（ＣＯＨＮら著、IEEE Trans. on Microwave theory and techniques、Ｖｏｌ．ＭＴＴ−２３、Ｎｏ．８、第６６７頁〜第６７３頁、１９７５年８月）に記載のアンチパラレルダイオードペア（ＡＰＤＰ）を使用した偶高調波ミクサがある。
【０００３】
図１０は従来のミクサである偶高調波ミクサの構成を示す回路図である。図において、１はＲＦ（Radio Frequency）信号を透過するＲＦ端子に接続された高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１、ＬＯ（Local Oscillation）信号（局部発振信号）を透過するＬＯ端子に接続された帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１２およびＩＦ（Intermediate Frequency）信号を透過するＩＦ端子に接続された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１３を有し、ＲＦ信号、ＬＯ信号およびＩＦ信号を合波信号に合波するか合波信号から分波する分波回路であり、３は互い逆方向にミクサダイオード２１，２２を接続したＡＰＤＰである。
【０００４】
次に動作を説明する。
このような従来のミクサは、受信用ミクサまたは送信用ミクサとして使用される。
【０００５】
受信用ミクサでは、分波回路１を介してＡＰＤＰ３にＲＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＩＦ信号が取り出される。この場合、ＲＦ信号が入力信号であり、ＩＦ信号が出力信号である。
【０００６】
ＲＦ信号がＲＦ端子に印加されると、ＨＰＦ１１を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＲＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＲＦ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【０００７】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【０００８】
そして、ＡＰＤＰ３により、印加されたＲＦ信号とＬＯ信号が混合されてＩＦ信号を含む混合波が発生され、そのうちのＩＦ信号がＬＰＦ１３を介して出力信号としてＩＦ端子へ出力される。
【０００９】
一方、送信用ミクサでは、分波回路１を介してＡＰＤＰ３にＩＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＲＦ信号が取り出される。この場合、ＩＦ信号が入力信号であり、ＲＦ信号が出力信号である。
【００１０】
ＩＦ信号がＩＦ端子に印加されると、ＬＰＦ１３を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＩＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＩＦ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止される。
【００１１】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００１２】
そして、ＡＰＤＰ３により、印加されたＩＦ信号とＬＯ信号が混合されてＲＦ信号を含む混合波が発生され、そのうちのＲＦ信号がＨＰＦ１１を介して出力信号としてＲＦ端子へ出力される。
【００１３】
図１１は、偶高調波ミクサを構成するＡＰＤＰ３の電圧と電流の関係の一例を示す図である。ミクサダイオード２１，２２は逆極性で並列に接続されているので、印加電圧が負である場合にはミクサダイオード２１に電流が流れ、印加電圧が正である場合にはミクサダイオード２２に電流が流れる。ミクサダイオード２１，２２に流れる順方向電流Ｉは一般的に次式で表される。
【数１】
ここで、Ｉｓは飽和電流であり、ｑは電荷であり、Ｖは印加電圧であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度である。
【００１４】
式（１）で表される電圧−電流特性では、印加電圧の絶対値が所定の値Ｖｔ以下である場合、電流がほとんど流れず、印加電圧の絶対値が所定の値Ｖｔを超えると電流が大きくなるため、図１１に示すように、印加電圧Ｖが所定の値Ｖｔを超える領域、または、所定の値−Ｖｔを下回る領域でのみ、電流が流れると近似することができる。
【００１５】
図１２は、ＡＰＤＰ３への印加電圧の波形と導通する電流の波形の一例を示す図である。図１２に示すように、振幅ＶｐのＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加されると、ＬＯ信号の電圧が所定の値±Ｖｔを超えた場合のみ電流が流れる。
【００１６】
すなわち、偶高調波ミクサにＬＯ信号が印加されると、半周期ごとにミクサダイオード２１，２２が交互にオンし、電流が流れる。図１３は、ＬＯ信号が印加された場合のＡＰＤＰ３を導通する電流の一例を示す図である。
【００１７】
したがって次式で示すＡＰＤＰ３のコンダクタンスｇは半周期ごとに高まる。
ｇ＝｜ｄＩ／ｄＶ｜ ・・・（２）
図１４は、図１２の場合におけるＡＰＤＰ３のコンダクタンスの変化を示す図である。
【００１８】
したがって、ＲＦ信号の周波数をｆｒｆとし、ＩＦ信号の周波数をｆｉｆとし、ＬＯ信号の周波数をｆｐとすると、コンダクタンスの高まりがＬＯ信号の周期の１／２の周期で発生することに起因して、ＬＯ信号の周波数の２倍の周波数の信号と入力信号との混合波のレベルが、次式に示すように高まる。
ｆｒｆ＝ｆｉｆ±２ｆｐ ・・・（３）
【００１９】
図１５は、ＬＯ信号とＩＦ信号とを入力し、ＲＦ信号を出力する送信用ミクサとした偶高調波ミクサにおける各信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。図１５に示すようにＬＯ信号の２倍の周波数の信号とＲＦ信号およびＩＦ信号とのそれぞれの混合波が出力される。このうち、ＲＦ信号に周波数が近接し、スプリアスとなるＬＯ信号の２倍の周波数の信号は抑制される。このときの抑制量は、２つのミクサダイオード２１，２２の特性の同一性に依存し、分波回路１などの外部回路に依存しない。したがって、２つのミクサダイオード２１，２２をモノリシック集積化して均一に形成することにより、ＬＯ信号の偶数次の高調波が大きく抑制される。これにより、偶高調波ミクサでは、外部回路のバランスで不要波を抑制する通常の平衡形のミクサと比較して、不要波を大きく抑制することができる。例えば、マイクロ波では通常の基本波動作のミクサでは平衡形とした場合の抑制量は２５ｄＢ程度であるが、偶高調波ミクサでは５０ｄＢ〜６０ｄＢを抑制できる。
【００２０】
また式（３）のように、偶高調波ミクサは、ＲＦ信号の約半分の周波数のＬＯ信号で動作させることができる。そのため、上記文献をはじめ多くの文献において、偶高調波ミクサはマイクロ波やミリ波の送受信機に適用されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のミクサは以上のように構成されているので、ミクサダイオードなどの非線形素子がＬＯ信号に基づいてオン／オフするため、ＬＯ信号に必要な電力が大きくなるなどの課題があった。
【００２２】
すなわち、必要なＬＯ信号の電力はミクサダイオード２１，２２の電圧−電流特性の所定の値Ｖｔで定まる。例えば、マイクロ波でよく使用されるガリウム−ヒ素のショットキーバリアダイオードでは所定の値Ｖｔが０．７Ｖ程度であり、シリコンのショットキーバリアダイオードでは所定の値Ｖｔが０．３Ｖ〜０．６Ｖ程度である。ＬＯ信号の実効電圧Ｖｒｍｓ［Ｖ］は、ＬＯ信号を正弦波とすると、次式で得られる。
Ｖｒｍｓ＝Ｖｐ／√２ ・・・（４）
この実効電圧Ｖｒｍｓ［Ｖ］をインピーダンスＺｏ［Ω］の系で実現するために必要な電力Ｐ［Ｗ］は次式で得られる。
Ｐ＝Ｖｒｍｓ2／Ｚｏ ・・・（５）
【００２３】
したがって、ミクサダイオード２１，２２に信号波を印加する際の系のインピーダンスＺｏを通常のマイクロ波回路における５０Ωとすると、ＬＯ信号の振幅Ｖｐを０．７Ｖとするためには、４．９ｍＷ≒７ｄＢｍの電力ＰがＬＯ信号に必要になり、ＬＯ信号の振幅Ｖｐを０．３Ｖとするためには、０．９ｍＷ≒０ｄＢｍの電力ＰがＬＯ信号に必要になる。このため、トランジスタやＦＥＴ（Field Effect Transistor）を使用したミクサの一般的な所要電力である−１０ｄＢｍ程度に比べて、ダイオードを使用したミクサの所要電力は大きい。
【００２４】
このため、従来のミクサでは、ＬＯ信号のための増幅器をＬＯ端子の前段に設ける必要があり、消費電力が大きくなっていた。
【００２５】
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、ＬＯ信号を昇圧する変成器またはＬＯ信号に対してインピーダンス変換する回路を非線形素子の前段に設けるようにして、ＬＯ信号の電力を低減することができるミクサを得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るミクサは、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力側に接続され、低域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して低域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるものである。
【００２７】
この発明に係るミクサは、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた高域通過フィルタと、高域通過フィルタの出力側に接続され、高域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して高域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるものである。
【００２８】
この発明に係るミクサは、入力端子に接続され前記入力信号を透過する第１のフィルタ、局部発振入力端子に接続され局部発振信号を透過する第２のフィルタ、および出力端子に接続され出力信号を透過する第３のフィルタからなり、第１のフィルタを透過した入力信号および第２のフィルタを透過した局部発振信号を入力するとともに第３のフィルタを透過して混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に接続され、局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して分波回路に戻す非線形素子とを備え、第２のフィルタは、入力側の端子インピーダンスより非線形素子側の端子インピーダンスを高くされたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるミクサの構成を示す回路図であり、図２は図１における変成器２を示す図である。図１および図２において、１はＲＦ信号を透過するＲＦ端子に接続された高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１、ＬＯ信号を透過するＬＯ端子に接続された帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１２およびＩＦ信号を透過するＩＦ端子に接続された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１３を有し、ＲＦ信号、ＬＯ信号およびＩＦ信号を合波信号に合波するか合波信号から分波する分波回路であり、２はＬＯ信号を含む合波信号を昇圧する、分波回路１側とＡＰＤＰ３側との変成比が１：Ｎ（Ｎ＞１）である変成器であり、３は互い逆方向にミクサダイオード２１，２２を接続したアンチパラレルダイオードペア（ＡＰＤＰ）である。
【００３０】
次に動作について説明する。
この実施の形態１によるミクサは、受信用ミクサまたは送信用ミクサとして使用される。
【００３１】
受信用ミクサでは、分波回路１および変成器２を介してＡＰＤＰ３にＲＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＩＦ信号が取り出される。この場合、ＲＦ信号が入力信号であり、ＩＦ信号が出力信号である。
【００３２】
ＲＦ信号がＲＦ端子に印加されると、ＨＰＦ１１を介して変成器２に印加される。このとき、ＲＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＲＦ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００３３】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介して変成器２に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００３４】
そして、変成器２によりこれらの信号の電圧がＮ倍に昇圧され、昇圧後の信号がＡＰＤＰ３に印加される。このとき、分波回路１の出力インピーダンスをＺｏとし、図２に示すように変成器２に入力するＬＯ信号の電力をＰｌｏ＿ｉｎとし、変成器２の入力側のＬＯ信号の電圧をＶｌｏ＿ｉｎとし、変成器２の出力側のＬＯ信号の電圧をＶｌｏ＿ｏｕｔとすると、次式に示すように、出力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｏｕｔは入力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｉｎのＮ倍となる。
Ｖｌｏ＿ｏｕｔ＝Ｎ・Ｖｌｏ＿ｉｎ
＝Ｎ・（Ｐｌｏ＿ｉｎ・Ｚｏ）1/2 ・・・（６）
【００３５】
例えば、分波回路１の出力インピーダンスＺｏが５０Ωであり、変成器２における変成比Ｎが２である場合、変成器２へのＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎを例えば１ｄＢｍとすると、入力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｉｎは約０．３５Ｖであり、出力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｏｕｔは約０．７１Ｖになる。したがって、分波回路１の出力インピーダンスＺｏが５０Ωである場合、ミクサダイオード２１，２２に印加するＬＯ信号の振幅Ｖｐを０．７Ｖにするために約１ｄＢｍの電力でよい。すなわち、上述の従来のミクサにおいて同様の場合に必要な電力（＝７ｄＢｍ）に比べて、１／４でよくなる。
【００３６】
このようにして変成器２により昇圧されたＬＯ信号とＲＦ信号がＡＰＤＰ３に印加されると、ＡＰＤＰ３により、そのＬＯ信号とＲＦ信号が混合されてＩＦ信号を含む混合波が発生され、その混合波が変成器２により１／Ｎに降圧され、降圧後の混合波のうちのＩＦ信号がＬＰＦ１３を介して出力信号としてＩＦ端子へ出力される。
【００３７】
一方、送信用ミクサでは、分波回路１および変成器２を介してＡＰＤＰ３にＩＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＲＦ信号が取り出される。この場合、ＩＦ信号が入力信号であり、ＲＦ信号が出力信号である。
【００３８】
ＩＦ信号がＩＦ端子に印加されると、ＬＰＦ１３を介して変成器２に印加される。このとき、ＩＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＩＦ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止される。
【００３９】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介して変成器２に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００４０】
そして、変成器２によりこれらの信号の電圧がＮ倍に昇圧され、昇圧後の信号がＡＰＤＰ３に印加される。変成器２により昇圧されたＬＯ信号とＩＦ信号がＡＰＤＰ３に印加されると、ＡＰＤＰ３により、そのＬＯ信号とＩＦ信号が混合されてＲＦ信号を含む混合波が発生され、その混合波が変成器２により１／Ｎに降圧され、降圧後の混合波のうちのＲＦ信号がＨＰＦ１１を介して出力信号としてＲＦ端子へ出力される。
【００４１】
以上のように、この実施の形態１によれば、変成器２によりＬＯ信号を昇圧し、昇圧後のＬＯ信号を入力信号とともにミクサダイオード２１，２２などの非線形素子に印加するようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。したがって、ミクサの前段にＬＯ信号を増幅する増幅器を設ける必要がなくなる。
【００４２】
なお、図３はこの発明の実施の形態１によるミクサの別の構成を示す回路図である。図１においては分波回路１としてＨＰＦ１１、ＢＰＦ１２およびＬＰＦ１３を使用して分波／合波される合波信号が変成器２との間で授受されているが、図３に示すように、ＢＰＦ１２からのＬＯ信号のみが変成器２を通過するようにしても同様の効果が得られる。
【００４３】
また、この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成として、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。図４はこの発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としての基本波ミクサの構成を示す回路図である。図において、３１はＬＯ端子に接続され、ＬＯ信号を逆相分配する逆相分配回路であり、３２はＲＦ端子に接続され、リング状のミクサダイオード４１〜４４によりＬＯ信号とＩＦ信号が混合されて発生するＲＦ信号と、ＩＦ信号とを逆相で合成／分離する逆相合成器であり、４１〜４４は同一周回方向を向いてリング状に接続された非線形素子としての４つのミクサダイオードであり、２はミクサダイオード４１〜４４と逆相分配回路３１との間に設けられた変成器である。
【００４４】
このように構成することにより、同様に、ミクサダイオード４１〜４４に印加されるＬＯ信号の振幅が大きくなり、低電力で基本波ミクサを動作させることができるという効果が得られる。
【００４５】
さらに、この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成として、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。図５はこの発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としてのＦＥＴを使用したミクサの構成を示す回路図である。図において、５１は非線形素子としてのデュアルゲートＦＥＴであり、５２は変成器２に接続されたデュアルゲートＦＥＴ５１の一方のゲート端子であり、５３はＩＦ端子に接続されたデュアルゲートＦＥＴ５１の他方のゲート端子であり、５４はＲＦ端子に接続されたデュアルゲートＦＥＴ５１のドレイン端子であり、５５は接地されたデュアルゲートＦＥＴ５１のソース端子である。２はＬＯ端子とゲート端子５２との間に設けられた変成器である。
【００４６】
この構成のミクサにおいて、ＩＦ信号をゲート端子５３に印加し、昇圧後のＬＯ信号をゲート端子５２に印加すると、ドレイン端子５４からＲＦ端子へＬＯ信号とＩＦ信号の混合波であるＲＦ信号が出力される。
【００４７】
このように構成することにより、同様に、デュアルゲートＦＥＴ５１に印加されるＬＯ信号が昇圧されるので、トランジスタやＦＥＴを非線形素子として使用したミクサにおいても、ＬＯ端子に印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００４８】
なお、上記実施の形態１において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００４９】
また、上記実施の形態１において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２によるミクサの構成を示す回路図である。図において、６１は分波回路１とＡＰＤＰ３との間に設けられ、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＬＰＦ（インピーダンス変換回路）である。なお、図６におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
次に動作について説明する。
図７は図６におけるＬＰＦ６１の通過特性の一例を示す図である。
この実施の形態２によるミクサでは、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＬＰＦ６１を介してＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。この際、ＬＰＦ６１によりＡＰＤＰ３から見た端子インピーダンスが高くなり、式（５）に基づき、同一のＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎで、より振幅Ｖｐの大きいＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。
【００５２】
さらに、ミクサダイオード２１，２２ではＬＯ信号の２倍高調波だけでなく、３倍高調波、４倍高調波などの高次のスプリアスが発生するが、図７に示すように、ＬＰＦ６１の遮断周波数をＲＦ信号の周波数よりやや高めに設定しておけばＬＰＦ６１により高次のスプリアスが減衰される。
【００５３】
以上のように、この実施の形態２によれば、ＬＰＦ６１によりインピーダンス変換を実行して、ＬＰＦ６１を通過したＬＯ信号を入力信号とともにミクサダイオード２１，２２などの非線形素子に印加するようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００５４】
また、この実施の形態２によれば、ＬＰＦ６１の遮断周波数をＲＦ信号の周波数よりやや高めに設定するようにしたので、ミクサダイオード２１，２２で発生する高次のスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果が得られる。
【００５５】
なお、図６においては分波回路１としてＨＰＦ１１、ＢＰＦ１２およびＬＰＦ１３を使用して分波／合波される合波信号がＬＰＦ６１との間で授受されているが、例えば図３における変成器２をＬＰＦ６１に変更したものとして、ＢＰＦ１２からのＬＯ信号のみがＬＰＦ６１を通過するようにしても同様の効果が得られる。
【００５６】
また、この発明の実施の形態２によるミクサの別の構成として、例えば図４における変成器２をＬＰＦ６１に変更した、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。このように構成することにより、同様に、ミクサダイオード４１〜４４に印加されるＬＯ信号の振幅が大きくなり、低電力で基本波ミクサを動作させることができるという効果が得られる。
【００５７】
さらに、この発明の実施の形態２によるミクサの別の構成として、例えば図５における変成器２をＬＰＦ６１に変更した、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。このように構成することにより、同様に、トランジスタやＦＥＴを非線形素子として使用したミクサにおいても、ＬＯ端子に印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００５８】
なお、上記実施の形態２において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態２において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００６０】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるミクサの構成を示す回路図である。図において、７１は分波回路１とＡＰＤＰ３との間に設けられ、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＨＰＦ（インピーダンス変換回路）である。なお、図８におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００６１】
次に動作について説明する。
この実施の形態３によるミクサでは、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＨＰＦ７１を介してＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。この際、ＨＰＦ７１によりＡＰＤＰ３からみた端子インピーダンスが変換され、式（５）に基づき、同一のＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎで、より振幅Ｖｐの大きいＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。
【００６２】
さらに、ＨＰＦ７１の遮断周波数をＩＦ信号の周波数よりやや低めに設定することにより周波数の低いスプリアス成分が減衰される。
【００６３】
以上のように、この実施の形態３によれば、ＨＰＦ７１によりインピーダンス変換を実行して、ＨＰＦ７１を通過したＬＯ信号を入力信号とともにミクサダイオード２１，２２などの非線形素子に印加するようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００６４】
また、この実施の形態３によれば、ＨＰＦ７１の遮断周波数をＩＦ信号の周波数よりやや低めに設定するようにしたので、ミクサダイオード２１，２２で発生する周波数の低いスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果が得られる。
【００６５】
なお、図８においては分波回路１としてＨＰＦ１１、ＢＰＦ１２およびＬＰＦ１３を使用して分波／合波される合波信号がＨＰＦ７１との間で授受されているが、例えば図３における変成器２をＨＰＦ７１に変更したものとして、ＢＰＦ１２からのＬＯ信号のみがＨＰＦ７１を通過するようにしても同様の効果が得られる。
【００６６】
また、この発明の実施の形態３によるミクサの別の構成として、例えば図４における変成器２をＨＰＦ７１に変更した、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。このように構成することにより、同様に、ミクサダイオード４１〜４４に印加されるＬＯ信号の振幅が大きくなり、低電力で基本波ミクサを動作させることができるという効果が得られる。
【００６７】
さらに、この発明の実施の形態３によるミクサの別の構成として、例えば図５における変成器２をＨＰＦ７１に変更した、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。このように構成することにより、同様に、トランジスタやＦＥＴを非線形素子として使用したミクサにおいても、ＬＯ端子に印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００６８】
なお、上記実施の形態３において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００６９】
また、上記実施の形態３において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００７０】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４によるミクサの構成を示す回路図である。図において、１２ＡはＬＯ端子に接続されたＬＯ信号を透過する、ＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスがＬＯ端子側の端子インピーダンスより高いＢＰＦ（インピーダンス変換回路）である。なお、図９におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００７１】
次に動作について説明する。
分波回路１のＢＰＦ１２Ａを通過したＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。この際、ＢＰＦ１２ＡによりＡＰＤＰ３から見た端子インピーダンスが高くなり、式（５）に基づき、同一のＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎで、より振幅Ｖｐの大きいＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。
【００７２】
また、受信用ミクサの場合、ＨＰＦ１１を通過するＲＦ信号がＡＰＤＰ３に印加され、混合波の一部であるＩＦ信号がＬＰＦ１３を通過し出力され、送信用ミクサの場合、ＬＰＦ１３を通過するＩＦ信号がＡＰＤＰ３に印加され、混合波の一部であるＲＦ信号がＨＰＦ１１を通過し出力される。
【００７３】
なお、ＲＦ信号を分波するためのＨＰＦ１１やＩＦ信号を分波するためのＬＰＦ１３のＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスを、それぞれの通過帯域において、通常のマイクロ波回路における５０Ωとしておけば、分波回路３はマイクロ波に対して特に問題なく動作する。
【００７４】
以上のように、この実施の形態４によれば、ＬＯ端子に接続されたＬＯ信号を透過するＢＰＦ１２Ａを、ＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスがＬＯ端子側の端子インピーダンスより高いものとしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００７５】
なお、この発明の実施の形態４によるミクサの別の構成として、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。その場合も同様の効果が得られる。
【００７６】
さらに、この発明の実施の形態４によるミクサの別の構成として、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。その場合も同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、上記実施の形態４において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００７８】
また、上記実施の形態４において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力側に接続され、低域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して低域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果がある。
また、非線形素子で発生するスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果がある。
【００８０】
この発明によれば、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた高域通過フィルタと、高域通過フィルタの出力側に接続され、高域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して高域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果がある。
また、非線形素子で発生するスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果がある。
【００８１】
この発明によれば、入力端子に接続され前記入力信号を透過する第１のフィルタ、局部発振入力端子に接続され局部発振信号を透過する第２のフィルタ、および出力端子に接続され出力信号を透過する第３のフィルタからなり、第１のフィルタを透過した入力信号および第２のフィルタを透過した局部発振信号を入力するとともに第３のフィルタを透過して混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に接続され、局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して分波回路に戻す非線形素子とを備え、第２のフィルタは、入力側の端子インピーダンスより非線形素子側の端子インピーダンスを高くされるようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるミクサの構成を示す回路図である。
【図２】 図１における変成器を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成を示す回路図である。
【図４】 この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としての基本波ミクサの構成を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としてのＦＥＴを使用したミクサの構成を示す回路図である。
【図６】 この発明の実施の形態２によるミクサの構成を示す回路図である。
【図７】 図６におけるＬＰＦの通過特性の一例を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態３によるミクサの構成を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施の形態４によるミクサの構成を示す回路図である。
【図１０】 従来のミクサである偶高調波ミクサの構成を示す回路図である。
【図１１】 偶高調波ミクサを構成するＡＰＤＰの電圧と電流の関係の一例を示す図である。
【図１２】 ＡＰＤＰへの印加電圧の波形と導通する電流の波形の一例を示す図である。
【図１３】 ＬＯ信号が印加された場合のＡＰＤＰを導通する電流の一例を示す図である。
【図１４】 図１２の場合におけるＡＰＤＰのコンダクタンスの変化を示す図である。
【図１５】 ＬＯ信号とＩＦ信号とを入力し、ＲＦ信号を出力する送信用ミクサとした偶高調波ミクサにおける各信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 分波回路、２ 変成器、１２Ａ ＢＰＦ（インピーダンス変換回路）、２１，２２，４１〜４４ ミクサダイオード（非線形素子）、３１ 逆相分配回路、３２ 逆相合成器、５１ デュアルゲートＦＥＴ（非線形素子）、６１ ＬＰＦ（インピーダンス変換回路）、７１ ＨＰＦ（インピーダンス変換回路）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば無線通信システムの送受信装置に使用され、特に、高周波信号の周波数を変換するだけでなく、近年のディジタル無線通信システムでよく使用されるＧＭＳＫ（Gaussian Minimum Frequency Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation)などの変調方式の直交変調器や直交復調器に使用されるミクサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高周波における周波数混合をするものとして、例えば「Harmonic Mixing with an Antiparallel Diode Pair」（ＣＯＨＮら著、IEEE Trans. on Microwave theory and techniques、Ｖｏｌ．ＭＴＴ−２３、Ｎｏ．８、第６６７頁〜第６７３頁、１９７５年８月）に記載のアンチパラレルダイオードペア（ＡＰＤＰ）を使用した偶高調波ミクサがある。
【０００３】
図１０は従来のミクサである偶高調波ミクサの構成を示す回路図である。図において、１はＲＦ（Radio Frequency）信号を透過するＲＦ端子に接続された高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１、ＬＯ（Local Oscillation）信号（局部発振信号）を透過するＬＯ端子に接続された帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１２およびＩＦ（Intermediate Frequency）信号を透過するＩＦ端子に接続された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１３を有し、ＲＦ信号、ＬＯ信号およびＩＦ信号を合波信号に合波するか合波信号から分波する分波回路であり、３は互い逆方向にミクサダイオード２１，２２を接続したＡＰＤＰである。
【０００４】
次に動作を説明する。
このような従来のミクサは、受信用ミクサまたは送信用ミクサとして使用される。
【０００５】
受信用ミクサでは、分波回路１を介してＡＰＤＰ３にＲＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＩＦ信号が取り出される。この場合、ＲＦ信号が入力信号であり、ＩＦ信号が出力信号である。
【０００６】
ＲＦ信号がＲＦ端子に印加されると、ＨＰＦ１１を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＲＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＲＦ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【０００７】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【０００８】
そして、ＡＰＤＰ３により、印加されたＲＦ信号とＬＯ信号が混合されてＩＦ信号を含む混合波が発生され、そのうちのＩＦ信号がＬＰＦ１３を介して出力信号としてＩＦ端子へ出力される。
【０００９】
一方、送信用ミクサでは、分波回路１を介してＡＰＤＰ３にＩＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＲＦ信号が取り出される。この場合、ＩＦ信号が入力信号であり、ＲＦ信号が出力信号である。
【００１０】
ＩＦ信号がＩＦ端子に印加されると、ＬＰＦ１３を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＩＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＩＦ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止される。
【００１１】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介してＡＰＤＰ３に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００１２】
そして、ＡＰＤＰ３により、印加されたＩＦ信号とＬＯ信号が混合されてＲＦ信号を含む混合波が発生され、そのうちのＲＦ信号がＨＰＦ１１を介して出力信号としてＲＦ端子へ出力される。
【００１３】
図１１は、偶高調波ミクサを構成するＡＰＤＰ３の電圧と電流の関係の一例を示す図である。ミクサダイオード２１，２２は逆極性で並列に接続されているので、印加電圧が負である場合にはミクサダイオード２１に電流が流れ、印加電圧が正である場合にはミクサダイオード２２に電流が流れる。ミクサダイオード２１，２２に流れる順方向電流Ｉは一般的に次式で表される。
【数１】
【００１４】
式（１）で表される電圧−電流特性では、印加電圧の絶対値が所定の値Ｖｔ以下である場合、電流がほとんど流れず、印加電圧の絶対値が所定の値Ｖｔを超えると電流が大きくなるため、図１１に示すように、印加電圧Ｖが所定の値Ｖｔを超える領域、または、所定の値−Ｖｔを下回る領域でのみ、電流が流れると近似することができる。
【００１５】
図１２は、ＡＰＤＰ３への印加電圧の波形と導通する電流の波形の一例を示す図である。図１２に示すように、振幅ＶｐのＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加されると、ＬＯ信号の電圧が所定の値±Ｖｔを超えた場合のみ電流が流れる。
【００１６】
すなわち、偶高調波ミクサにＬＯ信号が印加されると、半周期ごとにミクサダイオード２１，２２が交互にオンし、電流が流れる。図１３は、ＬＯ信号が印加された場合のＡＰＤＰ３を導通する電流の一例を示す図である。
【００１７】
したがって次式で示すＡＰＤＰ３のコンダクタンスｇは半周期ごとに高まる。
ｇ＝｜ｄＩ／ｄＶ｜ ・・・（２）
図１４は、図１２の場合におけるＡＰＤＰ３のコンダクタンスの変化を示す図である。
【００１８】
したがって、ＲＦ信号の周波数をｆｒｆとし、ＩＦ信号の周波数をｆｉｆとし、ＬＯ信号の周波数をｆｐとすると、コンダクタンスの高まりがＬＯ信号の周期の１／２の周期で発生することに起因して、ＬＯ信号の周波数の２倍の周波数の信号と入力信号との混合波のレベルが、次式に示すように高まる。
ｆｒｆ＝ｆｉｆ±２ｆｐ ・・・（３）
【００１９】
図１５は、ＬＯ信号とＩＦ信号とを入力し、ＲＦ信号を出力する送信用ミクサとした偶高調波ミクサにおける各信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。図１５に示すようにＬＯ信号の２倍の周波数の信号とＲＦ信号およびＩＦ信号とのそれぞれの混合波が出力される。このうち、ＲＦ信号に周波数が近接し、スプリアスとなるＬＯ信号の２倍の周波数の信号は抑制される。このときの抑制量は、２つのミクサダイオード２１，２２の特性の同一性に依存し、分波回路１などの外部回路に依存しない。したがって、２つのミクサダイオード２１，２２をモノリシック集積化して均一に形成することにより、ＬＯ信号の偶数次の高調波が大きく抑制される。これにより、偶高調波ミクサでは、外部回路のバランスで不要波を抑制する通常の平衡形のミクサと比較して、不要波を大きく抑制することができる。例えば、マイクロ波では通常の基本波動作のミクサでは平衡形とした場合の抑制量は２５ｄＢ程度であるが、偶高調波ミクサでは５０ｄＢ〜６０ｄＢを抑制できる。
【００２０】
また式（３）のように、偶高調波ミクサは、ＲＦ信号の約半分の周波数のＬＯ信号で動作させることができる。そのため、上記文献をはじめ多くの文献において、偶高調波ミクサはマイクロ波やミリ波の送受信機に適用されている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のミクサは以上のように構成されているので、ミクサダイオードなどの非線形素子がＬＯ信号に基づいてオン／オフするため、ＬＯ信号に必要な電力が大きくなるなどの課題があった。
【００２２】
すなわち、必要なＬＯ信号の電力はミクサダイオード２１，２２の電圧−電流特性の所定の値Ｖｔで定まる。例えば、マイクロ波でよく使用されるガリウム−ヒ素のショットキーバリアダイオードでは所定の値Ｖｔが０．７Ｖ程度であり、シリコンのショットキーバリアダイオードでは所定の値Ｖｔが０．３Ｖ〜０．６Ｖ程度である。ＬＯ信号の実効電圧Ｖｒｍｓ［Ｖ］は、ＬＯ信号を正弦波とすると、次式で得られる。
Ｖｒｍｓ＝Ｖｐ／√２ ・・・（４）
この実効電圧Ｖｒｍｓ［Ｖ］をインピーダンスＺｏ［Ω］の系で実現するために必要な電力Ｐ［Ｗ］は次式で得られる。
Ｐ＝Ｖｒｍｓ2／Ｚｏ ・・・（５）
【００２３】
したがって、ミクサダイオード２１，２２に信号波を印加する際の系のインピーダンスＺｏを通常のマイクロ波回路における５０Ωとすると、ＬＯ信号の振幅Ｖｐを０．７Ｖとするためには、４．９ｍＷ≒７ｄＢｍの電力ＰがＬＯ信号に必要になり、ＬＯ信号の振幅Ｖｐを０．３Ｖとするためには、０．９ｍＷ≒０ｄＢｍの電力ＰがＬＯ信号に必要になる。このため、トランジスタやＦＥＴ（Field Effect Transistor）を使用したミクサの一般的な所要電力である−１０ｄＢｍ程度に比べて、ダイオードを使用したミクサの所要電力は大きい。
【００２４】
このため、従来のミクサでは、ＬＯ信号のための増幅器をＬＯ端子の前段に設ける必要があり、消費電力が大きくなっていた。
【００２５】
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、ＬＯ信号を昇圧する変成器またはＬＯ信号に対してインピーダンス変換する回路を非線形素子の前段に設けるようにして、ＬＯ信号の電力を低減することができるミクサを得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るミクサは、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力側に接続され、低域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して低域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるものである。
【００２７】
この発明に係るミクサは、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた高域通過フィルタと、高域通過フィルタの出力側に接続され、高域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して高域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるものである。
【００２８】
この発明に係るミクサは、入力端子に接続され前記入力信号を透過する第１のフィルタ、局部発振入力端子に接続され局部発振信号を透過する第２のフィルタ、および出力端子に接続され出力信号を透過する第３のフィルタからなり、第１のフィルタを透過した入力信号および第２のフィルタを透過した局部発振信号を入力するとともに第３のフィルタを透過して混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に接続され、局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して分波回路に戻す非線形素子とを備え、第２のフィルタは、入力側の端子インピーダンスより非線形素子側の端子インピーダンスを高くされたものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるミクサの構成を示す回路図であり、図２は図１における変成器２を示す図である。図１および図２において、１はＲＦ信号を透過するＲＦ端子に接続された高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１、ＬＯ信号を透過するＬＯ端子に接続された帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１２およびＩＦ信号を透過するＩＦ端子に接続された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１３を有し、ＲＦ信号、ＬＯ信号およびＩＦ信号を合波信号に合波するか合波信号から分波する分波回路であり、２はＬＯ信号を含む合波信号を昇圧する、分波回路１側とＡＰＤＰ３側との変成比が１：Ｎ（Ｎ＞１）である変成器であり、３は互い逆方向にミクサダイオード２１，２２を接続したアンチパラレルダイオードペア（ＡＰＤＰ）である。
【００３０】
次に動作について説明する。
この実施の形態１によるミクサは、受信用ミクサまたは送信用ミクサとして使用される。
【００３１】
受信用ミクサでは、分波回路１および変成器２を介してＡＰＤＰ３にＲＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＩＦ信号が取り出される。この場合、ＲＦ信号が入力信号であり、ＩＦ信号が出力信号である。
【００３２】
ＲＦ信号がＲＦ端子に印加されると、ＨＰＦ１１を介して変成器２に印加される。このとき、ＲＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＲＦ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００３３】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介して変成器２に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００３４】
そして、変成器２によりこれらの信号の電圧がＮ倍に昇圧され、昇圧後の信号がＡＰＤＰ３に印加される。このとき、分波回路１の出力インピーダンスをＺｏとし、図２に示すように変成器２に入力するＬＯ信号の電力をＰｌｏ＿ｉｎとし、変成器２の入力側のＬＯ信号の電圧をＶｌｏ＿ｉｎとし、変成器２の出力側のＬＯ信号の電圧をＶｌｏ＿ｏｕｔとすると、次式に示すように、出力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｏｕｔは入力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｉｎのＮ倍となる。
Ｖｌｏ＿ｏｕｔ＝Ｎ・Ｖｌｏ＿ｉｎ
＝Ｎ・（Ｐｌｏ＿ｉｎ・Ｚｏ）1/2 ・・・（６）
【００３５】
例えば、分波回路１の出力インピーダンスＺｏが５０Ωであり、変成器２における変成比Ｎが２である場合、変成器２へのＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎを例えば１ｄＢｍとすると、入力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｉｎは約０．３５Ｖであり、出力側のＬＯ信号の電圧Ｖｌｏ＿ｏｕｔは約０．７１Ｖになる。したがって、分波回路１の出力インピーダンスＺｏが５０Ωである場合、ミクサダイオード２１，２２に印加するＬＯ信号の振幅Ｖｐを０．７Ｖにするために約１ｄＢｍの電力でよい。すなわち、上述の従来のミクサにおいて同様の場合に必要な電力（＝７ｄＢｍ）に比べて、１／４でよくなる。
【００３６】
このようにして変成器２により昇圧されたＬＯ信号とＲＦ信号がＡＰＤＰ３に印加されると、ＡＰＤＰ３により、そのＬＯ信号とＲＦ信号が混合されてＩＦ信号を含む混合波が発生され、その混合波が変成器２により１／Ｎに降圧され、降圧後の混合波のうちのＩＦ信号がＬＰＦ１３を介して出力信号としてＩＦ端子へ出力される。
【００３７】
一方、送信用ミクサでは、分波回路１および変成器２を介してＡＰＤＰ３にＩＦ信号とＬＯ信号とが印加され、混合波の一部であるＲＦ信号が取り出される。この場合、ＩＦ信号が入力信号であり、ＲＦ信号が出力信号である。
【００３８】
ＩＦ信号がＩＦ端子に印加されると、ＬＰＦ１３を介して変成器２に印加される。このとき、ＩＦ信号のＬＯ端子への漏洩はＢＰＦ１２により阻止され、ＩＦ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止される。
【００３９】
また、ＬＯ信号がＬＯ端子に印加されると、ＢＰＦ１２を介して変成器２に印加される。このとき、ＬＯ信号のＲＦ端子への漏洩はＨＰＦ１１により阻止され、ＬＯ信号のＩＦ端子への漏洩はＬＰＦ１３により阻止される。
【００４０】
そして、変成器２によりこれらの信号の電圧がＮ倍に昇圧され、昇圧後の信号がＡＰＤＰ３に印加される。変成器２により昇圧されたＬＯ信号とＩＦ信号がＡＰＤＰ３に印加されると、ＡＰＤＰ３により、そのＬＯ信号とＩＦ信号が混合されてＲＦ信号を含む混合波が発生され、その混合波が変成器２により１／Ｎに降圧され、降圧後の混合波のうちのＲＦ信号がＨＰＦ１１を介して出力信号としてＲＦ端子へ出力される。
【００４１】
以上のように、この実施の形態１によれば、変成器２によりＬＯ信号を昇圧し、昇圧後のＬＯ信号を入力信号とともにミクサダイオード２１，２２などの非線形素子に印加するようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。したがって、ミクサの前段にＬＯ信号を増幅する増幅器を設ける必要がなくなる。
【００４２】
なお、図３はこの発明の実施の形態１によるミクサの別の構成を示す回路図である。図１においては分波回路１としてＨＰＦ１１、ＢＰＦ１２およびＬＰＦ１３を使用して分波／合波される合波信号が変成器２との間で授受されているが、図３に示すように、ＢＰＦ１２からのＬＯ信号のみが変成器２を通過するようにしても同様の効果が得られる。
【００４３】
また、この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成として、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。図４はこの発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としての基本波ミクサの構成を示す回路図である。図において、３１はＬＯ端子に接続され、ＬＯ信号を逆相分配する逆相分配回路であり、３２はＲＦ端子に接続され、リング状のミクサダイオード４１〜４４によりＬＯ信号とＩＦ信号が混合されて発生するＲＦ信号と、ＩＦ信号とを逆相で合成／分離する逆相合成器であり、４１〜４４は同一周回方向を向いてリング状に接続された非線形素子としての４つのミクサダイオードであり、２はミクサダイオード４１〜４４と逆相分配回路３１との間に設けられた変成器である。
【００４４】
このように構成することにより、同様に、ミクサダイオード４１〜４４に印加されるＬＯ信号の振幅が大きくなり、低電力で基本波ミクサを動作させることができるという効果が得られる。
【００４５】
さらに、この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成として、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。図５はこの発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としてのＦＥＴを使用したミクサの構成を示す回路図である。図において、５１は非線形素子としてのデュアルゲートＦＥＴであり、５２は変成器２に接続されたデュアルゲートＦＥＴ５１の一方のゲート端子であり、５３はＩＦ端子に接続されたデュアルゲートＦＥＴ５１の他方のゲート端子であり、５４はＲＦ端子に接続されたデュアルゲートＦＥＴ５１のドレイン端子であり、５５は接地されたデュアルゲートＦＥＴ５１のソース端子である。２はＬＯ端子とゲート端子５２との間に設けられた変成器である。
【００４６】
この構成のミクサにおいて、ＩＦ信号をゲート端子５３に印加し、昇圧後のＬＯ信号をゲート端子５２に印加すると、ドレイン端子５４からＲＦ端子へＬＯ信号とＩＦ信号の混合波であるＲＦ信号が出力される。
【００４７】
このように構成することにより、同様に、デュアルゲートＦＥＴ５１に印加されるＬＯ信号が昇圧されるので、トランジスタやＦＥＴを非線形素子として使用したミクサにおいても、ＬＯ端子に印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００４８】
なお、上記実施の形態１において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００４９】
また、上記実施の形態１において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００５０】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２によるミクサの構成を示す回路図である。図において、６１は分波回路１とＡＰＤＰ３との間に設けられ、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＬＰＦ（インピーダンス変換回路）である。なお、図６におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
次に動作について説明する。
図７は図６におけるＬＰＦ６１の通過特性の一例を示す図である。
この実施の形態２によるミクサでは、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＬＰＦ６１を介してＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。この際、ＬＰＦ６１によりＡＰＤＰ３から見た端子インピーダンスが高くなり、式（５）に基づき、同一のＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎで、より振幅Ｖｐの大きいＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。
【００５２】
さらに、ミクサダイオード２１，２２ではＬＯ信号の２倍高調波だけでなく、３倍高調波、４倍高調波などの高次のスプリアスが発生するが、図７に示すように、ＬＰＦ６１の遮断周波数をＲＦ信号の周波数よりやや高めに設定しておけばＬＰＦ６１により高次のスプリアスが減衰される。
【００５３】
以上のように、この実施の形態２によれば、ＬＰＦ６１によりインピーダンス変換を実行して、ＬＰＦ６１を通過したＬＯ信号を入力信号とともにミクサダイオード２１，２２などの非線形素子に印加するようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００５４】
また、この実施の形態２によれば、ＬＰＦ６１の遮断周波数をＲＦ信号の周波数よりやや高めに設定するようにしたので、ミクサダイオード２１，２２で発生する高次のスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果が得られる。
【００５５】
なお、図６においては分波回路１としてＨＰＦ１１、ＢＰＦ１２およびＬＰＦ１３を使用して分波／合波される合波信号がＬＰＦ６１との間で授受されているが、例えば図３における変成器２をＬＰＦ６１に変更したものとして、ＢＰＦ１２からのＬＯ信号のみがＬＰＦ６１を通過するようにしても同様の効果が得られる。
【００５６】
また、この発明の実施の形態２によるミクサの別の構成として、例えば図４における変成器２をＬＰＦ６１に変更した、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。このように構成することにより、同様に、ミクサダイオード４１〜４４に印加されるＬＯ信号の振幅が大きくなり、低電力で基本波ミクサを動作させることができるという効果が得られる。
【００５７】
さらに、この発明の実施の形態２によるミクサの別の構成として、例えば図５における変成器２をＬＰＦ６１に変更した、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。このように構成することにより、同様に、トランジスタやＦＥＴを非線形素子として使用したミクサにおいても、ＬＯ端子に印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００５８】
なお、上記実施の形態２において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態２において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００６０】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３によるミクサの構成を示す回路図である。図において、７１は分波回路１とＡＰＤＰ３との間に設けられ、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＨＰＦ（インピーダンス変換回路）である。なお、図８におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００６１】
次に動作について説明する。
この実施の形態３によるミクサでは、分波回路１側の端子インピーダンスよりＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスが高いＨＰＦ７１を介してＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。この際、ＨＰＦ７１によりＡＰＤＰ３からみた端子インピーダンスが変換され、式（５）に基づき、同一のＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎで、より振幅Ｖｐの大きいＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。
【００６２】
さらに、ＨＰＦ７１の遮断周波数をＩＦ信号の周波数よりやや低めに設定することにより周波数の低いスプリアス成分が減衰される。
【００６３】
以上のように、この実施の形態３によれば、ＨＰＦ７１によりインピーダンス変換を実行して、ＨＰＦ７１を通過したＬＯ信号を入力信号とともにミクサダイオード２１，２２などの非線形素子に印加するようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００６４】
また、この実施の形態３によれば、ＨＰＦ７１の遮断周波数をＩＦ信号の周波数よりやや低めに設定するようにしたので、ミクサダイオード２１，２２で発生する周波数の低いスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果が得られる。
【００６５】
なお、図８においては分波回路１としてＨＰＦ１１、ＢＰＦ１２およびＬＰＦ１３を使用して分波／合波される合波信号がＨＰＦ７１との間で授受されているが、例えば図３における変成器２をＨＰＦ７１に変更したものとして、ＢＰＦ１２からのＬＯ信号のみがＨＰＦ７１を通過するようにしても同様の効果が得られる。
【００６６】
また、この発明の実施の形態３によるミクサの別の構成として、例えば図４における変成器２をＨＰＦ７１に変更した、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。このように構成することにより、同様に、ミクサダイオード４１〜４４に印加されるＬＯ信号の振幅が大きくなり、低電力で基本波ミクサを動作させることができるという効果が得られる。
【００６７】
さらに、この発明の実施の形態３によるミクサの別の構成として、例えば図５における変成器２をＨＰＦ７１に変更した、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。このように構成することにより、同様に、トランジスタやＦＥＴを非線形素子として使用したミクサにおいても、ＬＯ端子に印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００６８】
なお、上記実施の形態３において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００６９】
また、上記実施の形態３において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００７０】
実施の形態４．
図９はこの発明の実施の形態４によるミクサの構成を示す回路図である。図において、１２ＡはＬＯ端子に接続されたＬＯ信号を透過する、ＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスがＬＯ端子側の端子インピーダンスより高いＢＰＦ（インピーダンス変換回路）である。なお、図９におけるその他の構成要素については実施の形態１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００７１】
次に動作について説明する。
分波回路１のＢＰＦ１２Ａを通過したＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。この際、ＢＰＦ１２ＡによりＡＰＤＰ３から見た端子インピーダンスが高くなり、式（５）に基づき、同一のＬＯ信号の電力Ｐｌｏ＿ｉｎで、より振幅Ｖｐの大きいＬＯ信号がＡＰＤＰ３に印加される。
【００７２】
また、受信用ミクサの場合、ＨＰＦ１１を通過するＲＦ信号がＡＰＤＰ３に印加され、混合波の一部であるＩＦ信号がＬＰＦ１３を通過し出力され、送信用ミクサの場合、ＬＰＦ１３を通過するＩＦ信号がＡＰＤＰ３に印加され、混合波の一部であるＲＦ信号がＨＰＦ１１を通過し出力される。
【００７３】
なお、ＲＦ信号を分波するためのＨＰＦ１１やＩＦ信号を分波するためのＬＰＦ１３のＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスを、それぞれの通過帯域において、通常のマイクロ波回路における５０Ωとしておけば、分波回路３はマイクロ波に対して特に問題なく動作する。
【００７４】
以上のように、この実施の形態４によれば、ＬＯ端子に接続されたＬＯ信号を透過するＢＰＦ１２Ａを、ＡＰＤＰ３側の端子インピーダンスがＬＯ端子側の端子インピーダンスより高いものとしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果が得られる。
【００７５】
なお、この発明の実施の形態４によるミクサの別の構成として、ダイオードを用いた基本波ミクサとしてもよい。その場合も同様の効果が得られる。
【００７６】
さらに、この発明の実施の形態４によるミクサの別の構成として、上述のミクサダイオードの代わりに非線形素子としてトランジスタやＦＥＴを使用するようにしてもよい。その場合も同様の効果が得られる。
【００７７】
なお、上記実施の形態４において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器およびＲＦ信号合成器を有する直交ミクサにも適用でき、直交ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００７８】
また、上記実施の形態４において単一のミクサについて説明したが、本発明は、２つのミクサ、並びにＬＯ波分配器とＲＦ信号合成器およびＩＦ信号分配器を有するイメージリジェクションミクサにも適用でき、イメージリジェクションミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた低域通過フィルタと、低域通過フィルタの出力側に接続され、低域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して低域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果がある。
また、非線形素子で発生するスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果がある。
【００８０】
この発明によれば、入力信号および局部発振信号を入力するとともに混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた高域通過フィルタと、高域通過フィルタの出力側に接続され、高域通過フィルタを通過した局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して高域通過フィルタを通じて分波回路に戻す非線形素子とを備えるようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果がある。
また、非線形素子で発生するスプリアスを減衰させ、ＲＦ端子、ＬＯ端子およびＩＦ端子に漏洩する不要波を抑制することができるという効果がある。
【００８１】
この発明によれば、入力端子に接続され前記入力信号を透過する第１のフィルタ、局部発振入力端子に接続され局部発振信号を透過する第２のフィルタ、および出力端子に接続され出力信号を透過する第３のフィルタからなり、第１のフィルタを透過した入力信号および第２のフィルタを透過した局部発振信号を入力するとともに第３のフィルタを透過して混合波のうちの出力信号を分波する分波回路と、分波回路に接続され、局部発振信号および入力信号が印加され、それらの混合波を発生して分波回路に戻す非線形素子とを備え、第２のフィルタは、入力側の端子インピーダンスより非線形素子側の端子インピーダンスを高くされるようにしたので、ミクサに印加するＬＯ信号の電力を低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるミクサの構成を示す回路図である。
【図２】 図１における変成器を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成を示す回路図である。
【図４】 この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としての基本波ミクサの構成を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態１によるミクサの別の構成としてのＦＥＴを使用したミクサの構成を示す回路図である。
【図６】 この発明の実施の形態２によるミクサの構成を示す回路図である。
【図７】 図６におけるＬＰＦの通過特性の一例を示す図である。
【図８】 この発明の実施の形態３によるミクサの構成を示す回路図である。
【図９】 この発明の実施の形態４によるミクサの構成を示す回路図である。
【図１０】 従来のミクサである偶高調波ミクサの構成を示す回路図である。
【図１１】 偶高調波ミクサを構成するＡＰＤＰの電圧と電流の関係の一例を示す図である。
【図１２】 ＡＰＤＰへの印加電圧の波形と導通する電流の波形の一例を示す図である。
【図１３】 ＬＯ信号が印加された場合のＡＰＤＰを導通する電流の一例を示す図である。
【図１４】 図１２の場合におけるＡＰＤＰのコンダクタンスの変化を示す図である。
【図１５】 ＬＯ信号とＩＦ信号とを入力し、ＲＦ信号を出力する送信用ミクサとした偶高調波ミクサにおける各信号の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 分波回路、２ 変成器、１２Ａ ＢＰＦ（インピーダンス変換回路）、２１，２２，４１〜４４ ミクサダイオード（非線形素子）、３１ 逆相分配回路、３２ 逆相合成器、５１ デュアルゲートＦＥＴ（非線形素子）、６１ ＬＰＦ（インピーダンス変換回路）、７１ ＨＰＦ（インピーダンス変換回路）。
Claims (3)
- 入力信号と局部発振信号とを混合し、混合波のうちの所定の周波数成分を出力信号として出力するミクサにおいて、
前記入力信号および前記局部発振信号を入力するとともに前記混合波のうちの前記出力信号を分波する分波回路と、
前記分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた低域通過フィルタと、
前記低域通過フィルタの出力側に接続され、前記低域通過フィルタを通過した前記局部発振信号および前記入力信号が印加され、それらの混合波を発生して前記低域通過フィルタを通じて前記分波回路に戻す非線形素子とを備えることを特徴とするミクサ。 - 入力信号と局部発振信号とを混合し、混合波のうちの所定の周波数成分を出力信号として出力するミクサにおいて、
前記入力信号および前記局部発振信号を入力するとともに前記混合波のうちの前記出力信号を分波する分波回路と、
前記分波回路に入力側が接続され、入力側の端子インピーダンスより出力側の端子インピーダンスを高くされた高域通過フィルタと、
前記高域通過フィルタの出力側に接続され、前記高域通過フィルタを通過した前記局部発振信号および前記入力信号が印加され、それらの混合波を発生して前記高域通過フィルタを通じて前記分波回路に戻す非線形素子とを備えることを特徴とするミクサ。 - 入力信号と局部発振信号とを混合し、混合波のうちの所定の周波数成分を出力信号として出力するミクサにおいて、
入力端子に接続され前記入力信号を透過する第１のフィルタ、局部発振入力端子に接続され前記局部発振信号を透過する第２のフィルタ、および出力端子に接続され前記出力信号を透過する第３のフィルタからなり、前記第１のフィルタを透過した前記入力信号および前記第２のフィルタを透過した前記局部発振信号を入力するとともに前記第３のフィルタを透過して前記混合波のうちの前記出力信号を分波する分波回路と、
前記分波回路に接続され、前記局部発振信号および前記入力信号が印加され、それらの混合波を発生して前記分波回路に戻す非線形素子とを備え、
前記第２のフィルタは、
入力側の端子インピーダンスより前記非線形素子側の端子インピーダンスを高くされたことを特徴とするミクサ。
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