JP4864758B2 - 直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサ - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波またはミリ波帯の無線通信システム、レーダシステムの送受信装置に用いられる周波数変換器としての直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサに関する。
直交ミクサを構成するには、RF用90度ハイブリッド回路、LO用同相分配器、および単位ミクサがそれぞれ2個必要である。さらに、イメージリジェクションミクサを構成するには、これらの回路に加え、IF用90度ハイブリッド回路が必要である。(例えば、非特許文献1参照)。
Stephen A Maas著 「Microwave Mixers」 P 280 (Artech House Publishers刊)
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
従来の直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサにおいて、RF周波数とLO周波数が近接している場合、その2つの周波数を、位相関係を利用して分波するために、単位ミクサはバランス形であることが一般的である。そして、その2つの単位ミクサには、RF周波数用およびLO周波数用の2つのバランおよび2個以上のダイオードが必要である。そのため、回路が複雑になり、サイズも大きくなるという問題があった。
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、回路規模を簡素化した直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサを得ることを目的とする。
本発明に係る直交ミクサは、RF信号を入出力するRF端子と、LO信号を入力するLO端子と、IF信号を入出力する第1のIF端子および第2のIF端子と、RF端子に接続され、RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、LO端子に接続され、LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、第1の移相回路の出力と第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、第2の移相回路の出力と第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、第1の合成器の出力にアノード端子が接続された第1のダイオードと、第2の合成器の出力にアノード端子が接続された第2のダイオードと、第1の合成器の出力と第1のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、第2の合成器の出力と第2のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、第1のダイオードのカソード端子に第1のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、第2のダイオードのカソード端子に第2のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路とを備えた直交ミクサであって、第1の移相量a、第2の移相量b、第3の移相量c、および第4の移相量dは、Nを整数として、a−b−c+d=90+N×180(度)の関係を有するものである。
また、本発明に係る直交ミクサは、RF信号を入出力するRF端子と、LO信号を入力するLO端子と、IF信号を入出力する第1のIF端子および第2のIF端子と、RF端子に接続され、RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、LO端子に接続され、LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、第1の移相回路の出力と第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、第2の移相回路の出力と第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、第1の合成器の出力にカソード端子が接続された第1のダイオードと、第2の合成器の出力にカソード端子が接続された第2のダイオードと、第1の合成器の出力と第1のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、第2の合成器の出力と第2のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、第1のダイオードのアノード端子に第1のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、第2のダイオードのアノード端子に第2のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路とを備えた直交ミクサであって、第1の移相量a、第2の移相量b、第3の移相量c、および第4の移相量dは、Nを整数として、a−b−c+d=90+N×180(度)の関係を有するものである。
また、本発明に係るイメージリジェクションミクサは、RF信号を入出力するRF端子と、LO信号を入力するLO端子と、IF信号を入出力するIF端子と、RF端子に接続され、RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、LO端子に接続され、LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、第1の移相回路の出力と第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、第2の移相回路の出力と第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、第1の合成器の出力にアノード端子が接続された第1のダイオードと、第2の合成器の出力にアノード端子が接続された第2のダイオードと、第1の合成器の出力と第1のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、第2の合成器の出力と第2のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、第1のダイオードのカソード端子に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、第2のダイオードのカソード端子に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路と、第1のダイオードのカソード端子および第2のダイオードのカソード端子と、IF端子との間に接続された90度ハイブリッド回路とを備えたイメージリジェクションミクサであって、第1の移相量a、第2の移相量b、第3の移相量c、および第4の移相量dは、Nを整数として、a−b−c+d=90+N×360(度)の関係を有するものである。
さらに、本発明に係るイメージリジェクションミクサは、RF信号を入出力するRF端子と、LO信号を入力するLO端子と、IF信号を入出力するIF端子と、RF端子に接続され、RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、LO端子に接続され、LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、第1の移相回路の出力と第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、第2の移相回路の出力と第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、第1の合成器の出力にカソード端子が接続された第1のダイオードと、第2の合成器の出力にカソード端子が接続された第2のダイオードと、第1の合成器の出力と第1のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、第2の合成器の出力と第2のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、第1のダイオードのアノード端子に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、第2のダイオードのアノード端子に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路と、第1のダイオードのアノード端子および第2のダイオードのアノード端子と、IF端子との間に接続された90度ハイブリッド回路とを備えたイメージリジェクションミクサであって、第1の移相量a、第2の移相量b、第3の移相量c、および第4の移相量dは、Nを整数として、a−b−c+d=90+N×360(度)の関係を有するものである。
本発明によれば、2つの2分配器、4つの移相回路、2つの合成器、2つのダイオードを含む構成において、4つの移相回路のそれぞれの移相量を特定の関係を有するように設定することにより、回路規模を簡素化した直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサを得ることができる。
以下、本発明の直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の直交ミクサおよびイメージリジェクションミクサは、4つの移相回路を備え、それぞれの移相量を特定の関係を有するように設定することにより、構成の簡素化を実現するものである。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における直交ミクサの回路図である。本実施の形態1における直交ミクサは、RF信号を入出力するためのRF端子1、LO信号を入力するためのLO端子2、IF信号を入出力するための2つのIF端子3(第1のIF端子および第2のIF端子に相当)を有する。
また、分配器として、RF端子1から入力されたRF信号を2分配する第1の2分配器4と、LO端子2から入力されたLO信号を2分配する第2の2分配器5を有する。また、移相回路として、第1の2分配器4に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路6および第2の移相量bを有する第2の移相回路7と、第2の2分配器5に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路8および第4の移相量dを有する第4の移相回路9の4回路を備えている。
また、合成器として、第1の移相回路6の出力と第3の移相回路8の出力とを合成する第1の合成器10、および第2の移相回路7の出力と第4の移相回路9の出力とを合成する第2の合成器11を有する。
また、ダイオードとして、第1の合成器10にアノード端子が接続された第1のダイオード14、および第2の合成器11にアノード端子が接続された第2のダイオード15を有する。
また、IF周波数用の短絡回路として、第1の合成器10と第1のダイオード14の直列接続部に接続されたIF周波数用の第1の短絡回路12、および第2の合成器11と第2のダイオード15の直列接続部に接続されたIF周波数用の第2の短絡回路13を有する。
さらに、RF、LO周波数用の短絡回路として、第1のダイオード14のカソード端子に第1のIF端子と並列に接続される、RFおよびLO周波数の信号を短絡するRF、LO周波数用の第1の短絡回路16、および第2のダイオード15のカソード端子に第2のIF端子と並列に接続される、RFおよびLO周波数の信号を短絡するRF、LO周波数用の第2の短絡回路17を有する。
このような図1の構成を有するミクサは、第1の移相回路6〜第4の移相回路9のそれぞれの移相量a〜dを、Nを整数として、下式(1)の関係に設定することにより、直交ミクサとして動作する。
a−b−c+d=90+N×180(度) (1)
ここでは、ダウンコンバータの場合を例に、具体的に動作を説明する。RF端子1から入力されたRF信号は、第1の2分配器4で分配され、それぞれ第1の移相回路6および第2の移相回路7で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
また、LO端子2から入力されたLO信号は、第2の2分配器5で分配され、それぞれ第3の移相回路8および第4の移相回路9で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
それぞれのダイオードにおいて、入力されたRF信号は、ダウンコンバートされ、IF信号に変換される。この時、入力されたRF信号における第1の2分配器4、第1の合成器10、第2の合成器11、およびそれらを接続する線路での移相量の合計をθRFとする。また、入力されたLO信号における第2の2分配器5、第1の合成器10、第2の合成器11、およびそれらを接続する線路での移相量の合計をθLOとする。
図2は、本発明の実施の形態1における各ダイオードでのRF信号、LO信号およびIF信号の位相関係を示したものである。第1のダイオード14からのIF信号と、第2のダイオード15からのIF信号との位相差は(a−b−c+d)(度)となる。
第1の移相回路6〜第4の移相回路9での各移相量a〜dが、上式(1)の関係にあるとき、IF端子3における第1のIF端子(IF1)と第2のIF端子(IF2)には、それぞれ90度の位相差をもったIF信号が出力され、直交ミクサとして動作する。
以上のように、実施の形態1によれば、図1に示したような構成を有するミクサにおいて、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(1)の関係を有するように設定することにより、簡便な構成で直交ミクサとして動作させることが可能となる。この結果、回路構成が複雑にならず、回路規模を簡素化した直交ミクサを得ることができる。
なお、第1のダイオード14および第2のダイオード15は、2つのダイオードの向きが同じであれば、アノード、カソード端子を入れ替えてもよい。さらに、以上では、ダウンコンバータとしての動作を説明したが、アップコンバータとしてもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2におけるイメージリジェクションミクサの回路図である。本実施の形態2におけるイメージリジェクションミクサは、先の実施の形態1における直交ミクサと比較すると、90度ハイブリッド回路18および終端抵抗19をさらに備え、IF端子が1端子で構成されている点が異なっている。
90度ハイブリッド回路18は、第1のダイオード14および第2のダイオード15から出力されたIF信号を、90度の位相差をつけて合成する。さらに、終端抵抗19は、イメージ信号からダウンコンバートされたIF信号を吸収する。図3におけるIF端子3は、90度ハイブリッド回路18に接続された1端子のみで構成されている。
このような図3の構成を有するミクサは、第1の移相回路6〜第4の移相回路9のそれぞれの移相量a〜dを、Nを整数として、下式(2)の関係に設定することにより、イメージリジェクションミクサとして動作する。
a−b−c+d=90+N×360(度) (2)
ここでは、ダウンコンバータの場合を例に、具体的に動作を説明する。RF端子1から入力されたRF信号は、第1の2分配器4で分配され、それぞれ第1の移相回路6および第2の移相回路7で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
また、LO端子2から入力されたLO信号は、第2の2分配器5で分配され、それぞれ第3の移相回路8および第4の移相回路9で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
それぞれのダイオードにおいて、入力されたRF信号は、ダウンコンバートされ、IF信号に変換される。また、同様に、入力されたイメージ信号もダウンコンバートされ、IF信号と同じ周波数の信号に変換される。これを、便宜上、IF’信号と呼ぶこととする。これらIF信号、IF’信号のうち、第1のダイオード14で変換された信号には、90度ハイブリッド回路18による90度の移相量が付加される。
この時、入力されたRF信号における第1の2分配器4、第1の合成器10、第2の合成器11、およびそれらを接続する線路での移相量の合計をθRFとする。同様に、イメージ信号の移相量の合計をθIMGとする。また、入力されたLO信号における第2の2分配器5、第1の合成器10、第2の合成器11、およびそれらを接続する線路での移相量の合計をθLOとする。
図4は、本発明の実施の形態2における各ダイオードでのRF信号、LO信号、IF信号およびIF’信号の位相関係を示したものである。第1のダイオード14からのIF信号と、第2のダイオード15からのIF信号との位相差は(a−b−c+d−90)(度)、IF’信号の位相差は(a−b−c+d+90)(度)となる。
第1の移相回路6〜第4の移相回路9での各移相量a〜dが、上式(2)の関係にあるとき、IF信号は、同相で合成され、IF端子3から出力される。一方、IF’信号は、逆相で合成されるため、IF端子には出力されない。よって、イメージリジェクションミクサとして動作する。
以上のように、実施の形態2によれば、図3に示したような構成を有するミクサにおいて、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(2)の関係を有するように設定することにより、簡便な構成でイメージリジェクションミクサとして動作させることが可能となる。この結果、回路構成が複雑にならず、回路規模を簡素化したイメージリジェクションミクサを得ることができる。
なお、第1のダイオード14および第2のダイオード15は、2つのダイオードの向きが同じであれば、アノード、カソード端子を入れ替えてもよい。さらに、以上では、ダウンコンバータとしての動作を説明したが、アップコンバータとしてもよく、その場合にも同様の効果を得ることができる。
実施の形態3.
本実施の形態3では、RF端子1とLO端子2との間のアイソレーションを十分に大きくとることができる移相量の設定について説明する。
上述の実施の形態1および実施の形態2においては、第1の移相回路6〜第4の移相回路9の各移相量a〜dが、Nを整数として、直交ミクサにおいては上式(1)、イメージリジェクションミクサにおいては上式(2)の関係になるように設定していた。
これに対して、本実施の形態3では、上式(1)あるいは上式(2)の関係に追加して、下式(3)の関係をさらに有するように設定することで、RF端子1とLO端子2との間のアイソレーションを十分に大きくとることができる。
a−b+c−d=180+N×360(度) (3)
次に、動作について説明する。ここで、基本構成は、直交ミクサに関しては先の図1の構成と同様であり、イメージリジェクションミクサに関しては先の図3の構成と同じである。RF端子1とLO端子2との間のアイソレーションを十分に大きくとるための動作は、どちらの構成についても同じである。
RF端子1から入力されたRF信号は、第1の2分配器4で分配され、それぞれ第1の移相回路6および第2の移相回路7で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
それぞれのダイオードにおいて、不整合により反射波が発生した場合には、第1のダイオード14からの反射波は、第3の移相回路8を通りLO端子2へ出力され、第2のダイオード15からの反射波は、第4の移相回路9を通りLO端子2へ出力され、それぞれの反射波が合成される。
合成される際の位相差は、(a−b+c−d)(度)であり、第1の移相回路6〜第4の移相回路9での各移相量a〜dが上式(3)の関係にあるときには逆相で合成されるため、LO端子2には出てこない。また、LO端子2から入力されたLO信号についても、同様にRF端子1には出てこない。
ここで、直交ミクサの場合には、式(1)および式(3)の両方を満足する式は、N、Mを整数として、下式(4)(5)のように書き直すことができる。
a−b=135+(2N+M)×90(度) (4)
c−d=45+(2N−M)×90(度) (5)
例えば、N=0、M=0の時、a=135、b=0、c=45、d=0の場合に上式(4)、(5)の両方を満足する。
また、イメージリジェクションミクサの場合には、式(2)および式(3)の両方を満足する式は、N、Mを整数として、下式(6)(7)のように書き直すことができる。
a−b=135+(N+M)×360(度) (6)
c−d=45+(N−M)×360(度) (7)
例えば、N=0、M=0の時、a=135、b=0、c=45、d=0の場合に上式(6)、(7)の両方を満足する。
以上のように、実施の形態3によれば、図1に示したような構成を有する直交ミクサにおいては、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(4)(5)の関係を有するように設定し、図3に示したような構成を有するイメージリジェクションミクサにおいては、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(6)(7)の関係を有するように設定することにより、先の実施の形態1あるいは2の効果に加えて、RF端子とLO端子との間のアイソレーションを十分に確保できるミクサを得ることができる。
実施の形態4.
本実施の形態4では、RF端子1における反射特性を大きく改善することができる移相量の設定について説明する。
上述の実施の形態1および実施の形態2においては、第1の移相回路6〜第4の移相回路9の各移相量a〜dが、Nを整数として、直交ミクサにおいては上式(1)、イメージリジェクションミクサにおいては上式(2)の関係になるように設定していた。
これに対して、本実施の形態4では、上式(1)あるいは上式(2)の関係に追加して、下式(8)の関係をさらに有するように設定することで、RF端子1における反射特性を大きく改善できる。
a−b=90+N×180(度) (8)
次に、動作について説明する。ここで、基本構成は、直交ミクサに関しては先の図1の構成と同様であり、イメージリジェクションミクサに関しては先の図3の構成と同じである。RF端子1における反射特性を大きく改善するための動作は、どちらの構成についても同じである。
RF端子1から入力されたRF信号は、第1の2分配器4で分配され、それぞれ第1の移相回路6および第2の移相回路7で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
それぞれのダイオードにおいて、不整合により反射波が発生した場合には、それぞれの反射波は、入力時と同じ経路を通りRF端子1に戻り、それぞれの反射波が合成される。合成される際の位相差は、(2a−2b)(度)であり、第1の移相回路6および第2の移相回路7での各移相量a、bが上式(8)の関係にあるときには逆相で合成されるため、RF端子1には出てこない。
ここで、直交ミクサの場合には、上式(1)および上式(8)の両方を満足する式は、N、Mを整数として、下式(9)(10)のように書き直すことができる。
a−b=90+N×180(度) (9)
c−d=(N−M)×180(度) (10)
例えば、N=0、M=0の時、a=90、b=0、c=0、d=0の場合に上式(9)、(10)の両方を満足する。
また、イメージリジェクションミクサの場合には、上式(2)および上式(8)の両方を満足する式は、N、Mを整数として、下式(11)(12)のように書き直すことができる。
a−b=90+N×180(度) (11)
c−d=(N−2M)×180(度) (12)
例えば、N=0、M=0の時、a=90、b=0、c=0、d=0の場合に上式(111)、(12)の両方を満足する。
以上のように、実施の形態4によれば、図1に示したような構成を有する直交ミクサにおいては、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(9)(10)の関係を有するように設定し、図3に示したような構成を有するイメージリジェクションミクサにおいては、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(11)(12)の関係を有するように設定することにより、先の実施の形態1あるいは2の効果に加えて、RF端子の反射特性を大きく改善できるミクサを得ることができる。
実施の形態5.
本実施の形態5では、LO端子2における反射特性を大きく改善することができる移相量の設定について説明する。
上述の実施の形態1および実施の形態2においては、第1の移相回路6〜第4の移相回路9の各移相量a〜dが、Nを整数として、直交ミクサにおいては上式(1)、イメージリジェクションミクサにおいては上式(2)の関係になるように設定していた。
これに対して、本実施の形態5では、上式(1)あるいは上式(2)の関係に追加して、下式(13)の関係をさらに有するように設定することで、IF端子2における反射特性を大きく改善できる。
c−d=90+N×180(度) (13)
次に、動作について説明する。ここで、基本構成は、直交ミクサに関しては先の図1の構成と同様であり、イメージリジェクションミクサに関しては先の図3の構成と同じである。IF端子2における反射特性を大きく改善するための動作は、どちらの構成についても同じである。
LO端子2から入力されたLO信号は、第2の2分配器5で分配され、それぞれ第3の移相回路8および第4の移相回路9で移相される。さらに、それぞれ第1の合成器10および第2の合成器11を通過して、それぞれ第1のダイオード14および第2のダイオード15に入力される。
それぞれのダイオードにおいて、不整合により反射波が発生した場合には、それぞれの反射波は、入力時と同じ経路を通りLO端子2に戻り、それぞれの反射波が合成される。合成される際の位相差は、(2c−2d)(度)であり、第3の移相回路8および第4の移相回路9での各移相量c、dが上式(13)の関係にあるときには逆相で合成されるため、LO端子2には出てこない。
ここで、直交ミクサの場合には、上式(1)および上式(13)の両方を満足する式は、N、Mを整数として、下式(14)(15)のように書き直すことができる。
a−b=180+(N+M+1)×180(度) (14)
c−d=90+M×180(度) (15)
例えば、N=−2、M=0の時、a=0、b=0、c=90、d=0の場合に上式(14)、(15)の両方を満足する。
また、イメージリジェクションミクサの場合には、上式(2)および上式(13)の両方を満足する式は、N、Mを整数として、下式(16)(17)のように書き直すことができる。
a−b=180+(N+2M+1)×180(度) (16)
c−d=90+M×180(度) (17)
例えば、N=−1、M=0の時、a=0、b=0、c=90、d=0の場合に上式(16)、(17)の両方を満足する。
以上のように、実施の形態5によれば、図1に示したような構成を有する直交ミクサにおいては、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(14)(15)の関係を有するように設定し、図3に示したような構成を有するイメージリジェクションミクサにおいては、4つの移相回路のそれぞれの移相量を式(16)(17)の関係を有するように設定することにより、先の実施の形態1あるいは2の効果に加えて、LO端子の反射特性を大きく改善できるミクサを得ることができる。
実施の形態6.
次に、実施の形態6〜8を用いて、上述の実施の形態1〜5に記載されたミクサの、移相回路(第1の移相回路6〜第4の移相回路9に相当)の周波数を可変する具体的な手段について説明する。図5は、本発明の実施の形態6における移相回路の構成図である。この図5の位相回路は、一般に用いられるHPF/LPF形の移相回路であり、キャパシタ20とインダクタ21から構成される。
また、図6は、本発明の実施の形態6における周波数を可変して移相量を最適化する位相回路の構成図である。図6に示すように、先の図5におけるキャパシタ20の部分に、バラクタダイオードなどの容量可変デバイス22、DC電圧23、およびDC短絡24を備えた回路をさらに設けることにより、RF周波数およびLO周波数に合わせて移相量を最適化することができる。
従来のランゲカプラなどの90度ハイブリッド回路を用いてRF信号とLO信号を入力する形状のミクサにおいては、RF信号およびLO信号の移相量をそれぞれの最適値に可変にすることは不可能である。これに対して、本実施の形態6に示した位相回路は、位相回路に含まれる容量値を可変することにより、RF信号およびLO信号の移相量をそれぞれの最適値に可変することが可能となる。
以上のように、実施の形態6によれば、容量可変デバイスの働きにより、位相回路の周波数をRF周波数およびLO周波数に合わせた上で、先の実施の形態1〜5で説明した第1〜第4の位相回路におけるa〜dの位相関係を常に保つことができる。これにより、直交ミクサにおける直交精度や、イメージリジェクションミクサにおけるイメージリジェクション比の最良値が、RF周波数の帯域内のどの周波数でも得られるようになり、従来の広帯域ミクサと比較して性能を改善できる。
さらに、近年開発が進められている複数の帯域をまたぐようなマルチバンドシステムにおいても、このような容量可変デバイスを備えた位相回路を適用すれば、デジタル的に容量値を変化させることにより対応が可能であり、この点でも、図6に示した構成は、有効である。
実施の形態7.
本実施の形態7では、上述の実施の形態1から5に記載されたミクサの、移相回路(第1の移相回路6〜第4の移相回路9に相当)の周波数を可変する具体的な手段として、先の実施の形態6とは別の手段について説明する。図7は、本発明の実施の形態7における周波数を可変して移相量を最適化する位相回路の構成図である。
図7に示すように、バラクタダイオードを2個以上直列に並べて容量可変デバイス22を構成することにより、電力の大きなLO信号が入力された場合にも、ダイオードをキャパシタンスとして機能させることができる。また、個々の容量可変デバイスが直列接続されるので、合成容量値を小さくできる。言い換えれば、容量可変デバイスが1個の時に比べ、個々のデバイスとしては大きな容量値のものを使える効果がある。
以上のように、実施の形態7によれば、直列接続された容量可変デバイスを用いることにより、先の実施の形態6の効果に加え、合成容量値を小さくできる。さらに、電力の大きなLO信号に対してもキャパシタンスとして機能させることが可能となる。
実施の形態8.
本実施の形態8では、上述の実施の形態1から5に記載されたミクサの、移相回路(第1の移相回路6〜第4の移相回路9に相当)の周波数を可変する具体的な手段として、先の実施の形態6、7とは別の手段について説明する。図8は、本発明の実施の形態8における周波数を可変して移相量を最適化する位相回路の構成図である。
図8に示すように、先の図5に示す移相回路におけるインダクタ21の部分をインダクタンス可変デバイス21aに置き換えることにより、RF周波数およびLO周波数に合わせて移相量を最適化することができる。
従来のランゲカプラなどの90度ハイブリッド回路を用いてRF信号とLO信号を入力する形状のミクサにおいては、RF信号およびLO信号の移相量をそれぞれの最適値に可変にすることは不可能である。これに対して、本実施の形態8に示した位相回路は、位相回路に含まれるインダクタンス値を可変することにより、RF信号およびLO信号の移相量をそれぞれの最適値に可変することが可能となる。
以上のように、実施の形態8によれば、インダクタンス可変デバイスの働きにより、位相回路の周波数をRF周波数およびLO周波数に合わせた上で、先の実施の形態1〜5で説明した第1〜第4の位相回路におけるa〜dの位相関係を常に保つことができる。これにより、直交ミクサにおける直交精度や、イメージリジェクションミクサにおけるイメージリジェクション比の最良値が、RF周波数の帯域内のどの周波数でも得られるようになり、従来の広帯域ミクサと比較して性能を改善できる。
さらに、近年開発が進められている複数の帯域をまたぐようなマルチバンドシステムにおいても、このようなインダクタンス可変デバイスを備えた位相回路を適用すれば、デジタル的にインダクタンス値を変化させることにより対応が可能であり、この点でも、図8に示した構成は、有効である。
実施の形態9.
本実施の形態9では、先の実施の形態6〜8に記載されたミクサの、容量可変デバイス22の容量値、あるいはインダクタンス可変デバイス21aのインダクタンス値の制御に関する具体的な方法の一例について説明する。通常、送受信器の中のミクサでは、IF周波数を固定とし、複数の周波数帯域をもつようなRF周波数に応じてLO周波数を変化させることにより周波数変換を行う。
そこで、本実施の形態9における直交ミクサあるいはイメージリジェクションミクサは、先の実施の形態6〜8で説明した可変容量値あるいは可変インダクタンス値を、LO周波数を変化させるための制御信号に同期して変化させる周波数可変回路を備えている点を特徴とする。このような周波数可変回路を備えることにより、LO周波数の変化に応じてRF信号およびLO信号の移相量をそれぞれの最適値に可変することが可能となる。
以上のように、実施の形態9によれば、LO周波数の変化に応じて、位相回路内の可変容量値あるいは可変インダクタンス値を変化させる周波数可変回路を備えることにより、RF信号およびLO信号の移相量をそれぞれの最適値に可変することが可能となる。
本発明の実施の形態1における直交ミクサの回路図である。 本発明の実施の形態1における各ダイオードでのRF信号、LO信号およびIF信号の位相関係を示したものである。 本発明の実施の形態2におけるイメージリジェクションミクサの回路図である。 本発明の実施の形態2における各ダイオードでのRF信号、LO信号、IF信号およびIF’信号の位相関係を示したものである。 本発明の実施の形態6における移相回路の構成図である。 本発明の実施の形態6における周波数を可変して移相量を最適化する位相回路の構成図である。 本発明の実施の形態7における周波数を可変して移相量を最適化する位相回路の構成図である。 本発明の実施の形態8における周波数を可変して移相量を最適化する位相回路の構成図である。
符号の説明
1 RF端子、2 LO端子、3 IF端子、4 第1の2分配器、5 第2の2分配器、6 第1の移相回路、7 第2の移相回路、8 第3の移相回路、9 第4の移相回路、10 第1の合成器、11 第2の合成器、12 IF周波数用の第1の短絡回路、13 IF周波数用の第2の短絡回路、14 第1のダイオード、15 第2のダイオード、16 RO、LO周波数用の第1の短絡回路、17 RO、LO周波数用の第2の短絡回路、18 90度ハイブリッド回路、19 終端抵抗、21a インダクタンス可変デバイス、22 容量可変デバイス。

Claims (14)

  1. RF信号を入出力するRF端子と、
    LO信号を入力するLO端子と、
    IF信号を入出力する第1のIF端子および第2のIF端子と、
    前記RF端子に接続され、前記RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、
    前記LO端子に接続され、前記LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、
    前記第1の移相回路の出力と前記第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、
    前記第2の移相回路の出力と前記第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、
    前記第1の合成器の出力にアノード端子が接続された第1のダイオードと、
    前記第2の合成器の出力にアノード端子が接続された第2のダイオードと、
    前記第1の合成器の出力と前記第1のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2の合成器の出力と前記第2のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、
    前記第1のダイオードのカソード端子に前記第1のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2のダイオードのカソード端子に前記第2のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路と
    を備えた直交ミクサであって、
    前記第1の移相量a、前記第2の移相量b、前記第3の移相量c、および前記第4の移相量dは、Nを整数として、
    a−b−c+d=90+N×180(度)
    の関係を有することを特徴とする直交ミクサ。
  2. RF信号を入出力するRF端子と、
    LO信号を入力するLO端子と、
    IF信号を入出力する第1のIF端子および第2のIF端子と、
    前記RF端子に接続され、前記RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、
    前記LO端子に接続され、前記LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、
    前記第1の移相回路の出力と前記第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、
    前記第2の移相回路の出力と前記第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、
    前記第1の合成器の出力にカソード端子が接続された第1のダイオードと、
    前記第2の合成器の出力にカソード端子が接続された第2のダイオードと、
    前記第1の合成器の出力と前記第1のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2の合成器の出力と前記第2のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、
    前記第1のダイオードのアノード端子に前記第1のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2のダイオードのアノード端子に前記第2のIF端子と並列に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路と
    を備えた直交ミクサであって、
    前記第1の移相量a、前記第2の移相量b、前記第3の移相量c、および前記第4の移相量dは、Nを整数として、
    a−b−c+d=90+N×180(度)
    の関係を有することを特徴とする直交ミクサ。
  3. 請求項1または2に記載の直交ミクサにおいて、
    前記第1の移相量a、前記第2の移相量b、前記第3の移相量c、および前記第4の移相量dは、Nを整数として、さらに、
    a−b+c−d=180+N×360(度)
    の関係を有することを特徴とする直交ミクサ。
  4. 請求項1または2に記載の直交ミクサにおいて、
    前記第1の移相量aおよび前記第2の移相量bは、Nを整数として、さらに、
    a−b=90+N×180(度)
    の関係を有することを特徴とする直交ミクサ。
  5. 請求項1または2に記載の直交ミクサにおいて、
    前記第3の移相量cおよび前記第4の移相量dは、Nを整数として、さらに、
    c−d=90+N×180(度)
    の関係を有することを特徴とする直交ミクサ。
  6. 請求項1ないしのいずれか1項に記載の直交ミクサにおいて、
    前記第1の移相回路、前記第2の移相回路、前記第3の移相回路、および前記第4の移相回路のそれぞれは、所望の移相量を得る際の周波数を可変する容量可変デバイスまたはインダクタンス可変デバイスを有することを特徴とする直交ミクサ。
  7. 請求項6に記載の直交ミクサにおいて、
    LO周波数を変化させるための制御信号に同期して、ミクサに入力されるRF周波数およびLO周波数において所望の移相量が得られるように、前記容量可変デバイスの容量値または前記インダクタンス可変デバイスのインダクタンス値を制御する周波数調整手段をさらに備えることを特徴とする直交ミクサ。
  8. RF信号を入出力するRF端子と、
    LO信号を入力するLO端子と、
    IF信号を入出力するIF端子と、
    前記RF端子に接続され、前記RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、
    前記LO端子に接続され、前記LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、
    前記第1の移相回路の出力と前記第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、
    前記第2の移相回路の出力と前記第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、
    前記第1の合成器の出力にアノード端子が接続された第1のダイオードと、
    前記第2の合成器の出力にアノード端子が接続された第2のダイオードと、
    前記第1の合成器の出力と前記第1のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2の合成器の出力と前記第2のダイオードのアノード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、
    前記第1のダイオードのカソード端子に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2のダイオードのカソード端子に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路と、
    前記第1のダイオードのカソード端子および前記第2のダイオードのカソード端子と、前記IF端子との間に接続された90度ハイブリッド回路と
    を備えたイメージリジェクションミクサであって、
    前記第1の移相量a、前記第2の移相量b、前記第3の移相量c、および前記第4の移相量dは、Nを整数として、
    a−b−c+d=90+N×360(度)
    の関係を有することを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
  9. RF信号を入出力するRF端子と、
    LO信号を入力するLO端子と、
    IF信号を入出力するIF端子と、
    前記RF端子に接続され、前記RF信号を2つの出力信号に分配する第1の2分配器と、
    前記LO端子に接続され、前記LO信号を2つの出力信号に分配する第2の2分配器と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、RF周波数において第1の移相量aを有する第1の移相回路と、
    前記第1の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、RF周波数において第2の移相量bを有する第2の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の一方に接続され、LO周波数において第3の移相量cを有する第3の移相回路と、
    前記第2の2分配器で分配された2つの出力信号の他方に接続され、LO周波数において第4の移相量dを有する第4の移相回路と、
    前記第1の移相回路の出力と前記第3の移相回路の出力とを合成する第1の合成器と、
    前記第2の移相回路の出力と前記第4の移相回路の出力とを合成する第2の合成器と、
    前記第1の合成器の出力にカソード端子が接続された第1のダイオードと、
    前記第2の合成器の出力にカソード端子が接続された第2のダイオードと、
    前記第1の合成器の出力と前記第1のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2の合成器の出力と前記第2のダイオードのカソード端子とに接続されたIF周波数用の第2の短絡回路と、
    前記第1のダイオードのアノード端子に接続されたRF、LO周波数用の第1の短絡回路と、
    前記第2のダイオードのアノード端子に接続されたRF、LO周波数用の第2の短絡回路と、
    前記第1のダイオードのアノード端子および前記第2のダイオードのアノード端子と、前記IF端子との間に接続された90度ハイブリッド回路と
    を備えたイメージリジェクションミクサであって、
    前記第1の移相量a、前記第2の移相量b、前記第3の移相量c、および前記第4の移相量dは、Nを整数として、
    a−b−c+d=90+N×360(度)
    の関係を有することを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
  10. 請求項8または9に記載のイメージリジェクションミクサにおいて、
    前記第1の移相量a、前記第2の移相量b、前記第3の移相量c、および前記第4の移相量dは、Nを整数として、さらに、
    a−b+c−d=180+N×360(度)
    の関係を有することを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
  11. 請求項8または9に記載のイメージリジェクションミクサにおいて、
    前記第1の移相量aおよび前記第2の移相量bは、Nを整数として、さらに、
    a−b=90+N×180(度)
    の関係を有することを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
  12. 請求項8または9に記載のイメージリジェクションミクサにおいて、
    前記第3の移相量cおよび前記第4の移相量dは、Nを整数として、さらに、
    c−d=90+N×180(度)
    の関係を有することを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
  13. 請求項ないし12のいずれか1項に記載のイメージリジェクションミクサにおいて、
    前記第1の移相回路、前記第2の移相回路、前記第3の移相回路、および前記第4の移相回路のそれぞれは、所望の移相量を得る際の周波数を可変する容量可変デバイスまたはインダクタンス可変デバイスを有することを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
  14. 請求項13に記載のイメージリジェクションミクサにおいて、
    LO周波数を変化させるための制御信号に同期して、ミクサに入力されるRF周波数およびLO周波数において所望の移相量が得られるように、前記容量可変デバイスの容量値または前記インダクタンス可変デバイスのインダクタンス値を制御する周波数調整手段をさらに備えることを特徴とするイメージリジェクションミクサ。
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