JP5173918B2 - 周波数変換回路 - Google Patents

Description

この発明は、マイクロ波帯またはミリ波帯などの高周波帯の無線通信装置等に用いられる周波数変換回路に関するものである。

従来の周波数変換回路は、高周波信号（以下単に「Radio Frequency：ＲＦ信号」と称する）入力端子から入力されたＲＦ信号と、局部発振信号（以下単に「ＬＯ信号」と称する）入力端子から入力されたＬＯ信号を導波管にて伝達し、ＷＧ／ＭＩＣ変換器によって導波管モードからマイクロストリップモードに変換し、変換されたＲＦ信号およびＬＯ信号を周波数変換ＩＣに対して供給し、周波数変換ＩＣによってＲＦ信号およびＬＯ信号が混合され中間周波信号（以下単に「ＩＦ信号」と称する）として出力する。

下記特許文献１に示される従来技術は、ＭＩＣ基板のＲＦ線路に対して、オープンスタブであるイメージ周波数除去フィルタを形成することによって、占有面積を抑えながら周波数変換ＩＣへのイメージ周波の入力を防ぎ安定した周波数特性が得られるように構成されている。前述したイメージ周波数除去フィルタは、既知の技術として知られているが、当該イメージ周波数除去フィルタを使用した従来のＷＧ／ＭＩＣ変換器は、基板上にオープンスタブが形成されているため、特定の周波数に対してオープン点を有する。さらに、上述した周波数変換ＩＣには、ＲＦ信号およびＬＯ信号に対して最適な特性を示すショートスタブが形成されているため、特定の周波数に対してショート点を有する。

特開平３−２４９８０３号公報

しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術は、特定周波数に対するオープン点による容量成分と、特定周波数に対するショート点によるインダクタンス成分とによって、所望周波数帯域内で共振点が発生する場合がある。そのため、ＩＦ信号の出力端からみた反射特性や周波数変換特性にリップルが発生する場合があるという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望周波数帯域内に共振点を発生させることなく周波数変換特性の更なる改善を図ることが可能な周波数変換回路を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、高周波信号および局部発振信号を混合し中間周波信号を出力する周波数変換ＩＣを備えた周波数変換回路において、第１の導波管から供給された前記高周波信号を前記周波数変換ＩＣに供給する第１のＲＦプローブが形成された第１の基板と、第２の導波管から供給された前記局部発振信号を前記周波数変換ＩＣに供給する第２のＲＦプローブが形成された第２の基板と、を備え、前記第１の基板には、一端を前記第１のＲＦプローブに接続し他端をＧＮＤに接続した前記高周波信号の略λ／４線路長のショートスタブが配設され、前記第２の基板には、一端を前記第２のＲＦプローブに接続し他端を前記ＧＮＤに接続した前記局部発振信号の略λ／４線路長のショートスタブが配設されていること、を特徴とする。

本発明によれば、ＲＦ信号を導波管／マイクロストリップ変換するＲＦプローブが形成された基板にＲＦ信号の略λ／４線路長のショートスタブを配設し、ＬＯ信号を導波管／マイクロストリップ変換するＲＦプローブが形成された基板にＬＯ信号の略λ／４線路長のショートスタブを配設し、周波数変換ＩＣに供給されるＲＦ信号およびＬＯ信号を損失させることなく共振点を所望周波数の帯域外に移動させるようにしたので、所望周波数帯域内に共振点を発生させることなく周波数変換特性の更なる改善を図ることができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の構成の一例を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の外観例を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の平面拡大図である。 図４は、従来の周波数変換回路の構成の一例を示す図である。 図５は、従来の周波数変換回路の平面拡大図である。 図６は、従来の周波数変換回路による周波数変換特性を示す図である。 図７は、従来の周波数変換回路による反射特性を示す図である。 図８は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の周波数変換特性を示す図である。 図９は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の反射特性を示す図である。 図１０は、実施の形態２にかかる周波数変換回路の構成の一例を示す図である。 図１１は、実施の形態２にかかる周波数変換回路の平面拡大図である。 図１２は、実施の形態３にかかる周波数変換回路の平面拡大図である。

以下に、本発明にかかる周波数変換回路の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
（周波数変換回路の構成）
図１は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の構成の一例を示す図であり、図２は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の外観例を示す図であり、図３は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の平面拡大図である。

図１において、周波数変換回路は、主たる構成として、ＲＦ信号が入力されるＲＦ信号入力端子２２、ＬＯ信号が入力されるＬＯ信号入力端子２３、第１の導波管である導波管７、第２の導波管である導波管８、ＷＧ／ＭＩＣ変換器１６、ＷＧ／ＭＩＣ変換器１７、ショートスタブ１２、ショートスタブ１３、周波数変換ＩＣ１、ＭＩＣ／ＣＯＡＸ変換器１１、およびＩＦ信号出力端子２４を有して構成されている。

導波管７は、ＲＦ信号入力端子２２より入力されたＲＦ信号を図２のパッケージ５内に伝達し、導波管８は、ＬＯ信号入力端子２３より入力されたＬＯ信号をパッケージ５内に伝達する。ＷＧ／ＭＩＣ変換器１６は、導波管７を通過したＲＦ信号をマイクロストリップ線路に伝達させるためのものであり、ＷＧ／ＭＩＣ変換器１７は、導波管８を通過したＬＯ信号をマイクロストリップ線路に伝達させるためのものである。なお、上述したショートスタブ１２、１３、周波数変換ＩＣ１の詳細に関しては、後述する。

図２において、第１のバックショートであるバックショート９および第２のバックショートであるバックショート１０は、ＷＧ／ＭＩＣ変換器１６および１７を構成するためにパッケージ５の内部に形成され、入力されたＲＦ信号およびＬＯ信号の周波数帯において、導波管とマイクロストリップとの結合状態が良好となるよう機能する。カバー６は、導波管７および８を形成する。

第１の基板である基板２および第２の基板である基板３の表層には、入力されたＲＦ信号およびＬＯ信号を伝達するため、マイクロストリップ線路であるＲＦプローブ１４（第１のＲＦプローブ）と、ＲＦプローブ１５（第２のＲＦプローブ）とが形成されている。ＲＦプローブ１４、１５は、バックショート９、１０に突出するように形成され、効率よく導波管／マイクロストリップ変換を行う。

このように、バックショート９、１０および基板２、３で構成されたＷＧ／ＭＩＣ変換器１６、１７は、導波管７、８を通過したＲＦ信号およびＬＯ信号を、導波管モードからマイクロストリップモードに変換する。なお、図３において、周波数変換ＩＣ１に示される二重線は、ボンディングワイヤである。

周波数変換ＩＣ１は、基板２、３を通過したＲＦ信号およびＬＯ信号を混合し、ＩＦ信号として基板４に出力する。基板４は、ＩＦ信号をＭＩＣ／ＣＯＡＸ変換器１１に伝達し、ＭＩＣ／ＣＯＡＸ変換器１１は、ＩＦ信号を同軸線路２５に伝達する。

（ショートスタブ）
ＷＧ／ＭＩＣ変換器１７には、ＩＦ信号出力端子２４側からみた反射特性あるいは周波数変換特性の劣化を防ぐ構造として、基板２に形成されたショートスタブ１２と、基板３に形成されたショートスタブ１３とが形成されている。

以下、従来の周波数変換回路の構成を踏まえながら、ショートスタブ１２、１３に関して詳述する。図４は、従来の周波数変換回路の構成の一例を示す図であり、図５は、従来の周波数変換回路の平面拡大図であり、図６は、従来の周波数変換回路による周波数変換特性を示す図であり、図７は、従来の周波数変換回路による反射特性を示す図である。

図４および図５に示される従来の周波数変換回路は、本実施の形態にかかる周波数変換回路からショートスタブ１２、１３を除いた構成である。なお、図１〜３で説明した各構成要素と同一の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。

従来の周波数変換回路の周波数変換ＩＣ１には、２つのダイオードが互いに逆極性となるように並列接続されたアンチパラレルダイオード（以下単に「ダイオード」と称する）を有する（図示せず）。当該ダイオードに対しては、ＤＣ的にショート点を設ける必要があることから、ＲＦ信号、ＬＯ信号、およびＩＦ信号に対してショートスタブを形成する必要がある。ただし、当該ショートスタブを設置した場合、周波数変換回路は、特定周波数に対して次式のコンダクタンスＹ１を有する。

一方、ＷＧ／ＭＩＣ変換器１６、１７は、ＲＦプローブ１４、１５を具備しているため、周波数変換回路は、特定周波数に対して次式のコンダクタンスＹ２を有する。

上述したＹ１およびＹ２は、ＩＦ信号出力端子２４側からみると、Ｙ１およびＹ２の並列共振回路と考えられる。すなわち、ＲＦ信号入力端子２２およびＬＯ信号入力端子２３に、それぞれ同等の独立した並列共振回路が接続されていると考えら、当該並列共振回路のコンダクタンスＹは、以下の式にて表される。

このとき、Ｙ＝０の条件で共振が発生し、このときの共振周波数ωは、次式で表わすことができる。

このように、従来の周波数変換回路は、所望周波数帯域内において共振が発生し、ＩＦ信号出力端子２４側からみた反射特性と周波数変換特性にリップルが発生する場合があった。図６、７には、一例として７ＧＨｚ付近でリップルが生じている場合の特性を示すものであり、上述した共振点によって、周波数変換特性および反射特性が劣化していることが分かる。

本実施の形態にかかる周波数変換回路は、周波数変換ＩＣ１内に形成されているショートスタブに対して並列接続となるように、一端がＲＦプローブ１４に接続され他端がＧＮＤに接続されＲＦ信号に対して略λ／４の線路長を有するショートスタブ１２を基板２に配設し、一端がＲＦプローブ１５に接続され他端がＧＮＤに接続されＬＯ信号に対して略λ／４の線路長を有するショートスタブ１３を基板３に配設している。すなわち、本実施の形態にかかる周波数変換回路は、ショートスタブ１２、１３のインダクタンスによって、共振周波数ωを所望周波数の帯域外に変化させている。

なお、ショートスタブ１２、１３が追加されたことによって周波数変換ＩＣ１に入力されるＲＦ信号およびＬＯ信号が劣化してしまうこと防止するため、ショートスタブ１２は、ＲＦ信号に対してλ／４の線路長となるように設定し、ショートスタブ１３は、ＬＯ信号に対してλ／４の線路長となるように設定する。

図３において、ショートスタブ１２、１３は、λ／４の線路長を確保するため、図３に示されるような曲線形状の金属導体を有して構成されている。なお、図３に示されるショートスタブ１２の形状とショートスタブ１３の形状は、非対称形状であるが、上述したように、ＲＦ信号に対してλ／４の線路長であるか、ＬＯ信号に対してλ／４の線路長であるかの相違によるものである。ショートスタブ１２、１３の図面上側に示される穴形状は、基板２、３内に配置される図示しないグランドビア（ショート点）である。

また、ショートスタブ１２、１３の形状は、λ／４の線路長を確保することができれば、図３に示される形状に限定されるものではない。また、ショートスタブ１２、１３は、基板２または３の中心位置よりも周波数変換ＩＣ１側に配設されているが、この位置に限定されるものではない。また、ショートスタブ１２、１３は、ＲＦプローブ１４、１５の図面上側に配設されているが、ＲＦプローブ１４、１５の図面下側に配設してもよい。

図３に示される等価回路は、ショートスタブ１３の等価回路の一例を示すものである。図上側に示される２つの入力点のうち、右側は導波管を通過してくるＬＯ信号端子を意味しており、左側は周波数変換ＩＣ１に入力される信号ポートである。また、当該２つの入力点の中心とＧＮＤとの間には、ショートスタブ１３のＬ成分が示されている。ショートスタブ１２についても同様の等価回路が存在する。

図８は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の周波数変換特性を示す図であり、図９は、実施の形態１にかかる周波数変換回路の反射特性を示す図である。本実施の形態にかかる周波数変換回路は、インダクタンス成分を付加して、共振周波数ωを所望周波数の帯域外に移動するようにしたので、所望周波数の帯域における反射特性および周波数変換特性の劣化が改善されていることが分かる。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる周波数変換回路は、一端がＲＦプローブ１４に接続され他端がＧＮＤに接続されＲＦ信号に対して略λ／４の線路長を有するショートスタブ１２と、一端がＲＦプローブ１５に接続され他端がＧＮＤに接続されＬＯ信号に対して略λ／４の線路長を有するショートスタブ１３とを、各基板２、３に配設するようにしたので、周波数変換ＩＣ１に供給されるＲＦ信号およびＬＯ信号を損失させることなく、所望周波数の帯域外に共振点を移動させて周波数変換特性の劣化を防ぐことが可能である。また、ショートスタブ１２、１３を用いることにより、基板２、３を大型化することなく所望の特性を得ることが可能である。

実施の形態２．
本実施の形態にかかる周波数変換回路は、実施の形態１のショートスタブ１２、１３を、抵抗付ショートスタブとすることによって、共振周波数の抑圧効果が得られるように構成されている。以下、第１の実施の形態と同様の部分については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１０は、実施の形態２にかかる周波数変換回路の構成の一例を示す図であり、図１１は、実施の形態２にかかる周波数変換回路の平面拡大図である。図１０において、実施の形態２にかかる周波数変換回路は、図３に示されたショートスタブ１２、１３の代わりに、抵抗付ショートスタブ１８、１９を有して構成されている。

図１１において、抵抗付ショートスタブ１８、１９には、金属導体部分に所定の抵抗体が配設され、当該抵抗体を含む抵抗付ショートスタブ１９の等価回路には、ショートスタブ１９のＬ成分と抵抗成分が示されている。ショートスタブ１８も同様の構成である。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる周波数変換回路は、抵抗付きのショートスタブ１８、１９を基板２、３に形成するようにしたので、実施の形態１の周波数変換回路と同様の効果が得られると共に、不要共振の抑圧効果を持たせることが可能である。

実施の形態３．
本実施の形態にかかる周波数変換回路は、ＲＦプローブ１４、１５とのショート位置が調整可能なショートスタブとすることによって、基板２、３の実装ばらつきに起因する特性ずれを補正できるように構成されている。以下、第１の実施の形態と同様の部分については、同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図１２は、実施の形態３にかかる周波数変換回路の平面拡大図である。図１２に示されるショートスタブ２６、２７は、分割された導体部として構成されている。第１の導体部であるショートスタブ２６、２７は、一端がＧＮＤに接続され、他端が各ＲＦプローブ１４、１５に対向している。

また、第２の導体部であるワイヤもしくは金リボン等の金属導体２８、２９は、ショートスタブ２６、２７と各ＲＦプローブ１４、１５との間に配設され、所定の電気長を有して、ショートスタブ２６、２７の所定幅の部位と各ＲＦプローブ１４、１５との間に接続されている。

図１２の右側に示される拡大図を用いてより具体的に説明すると、ＧＮＤ付きパターンであるショートスタブ２７は、ＲＦプローブ１５と未接続状態で形成されている。ショートスタブ２７とＲＦプローブ１５の間に配設されている金属導体２９の一端は、ショートスタブ２７のショート点の他端に接触するように配設され、金属導体２９の他端は、ＲＦプローブ１５に接触するように配設されている。

拡大図には、金属導体２９を配設するパターンが４つ示され、実線で示される金属導体２９は、例えば、実施の形態１および２で説明したショートスタブ１３と同等の線路長となるように配置されたパターンである。実線以外のパターンは、ショートスタブ２７およびＲＦプローブ１５との取り付け位置や角度が異なるように配置された金属導体２９のパターンを例示したものである。

これらの点線で示される金属導体２９は、基板３にショートスタブ２７が形成された後、その配設位置や角度を任意に調整して基板３に配設することができる。すなわち、金属導体２９は、ＲＦショート位置やＬＯ信号に対する電気長を最適化することが可能である。ショートスタブ２６も同様の構成であり、以下説明を割愛する。

なお、上述したショートスタブ２６、２７には、金属導体２８、２９との接続面に所定幅を持たせたが、これに限定されるものではなく、例えば、金属導体２８、２９と同等の幅に形成してもよい。なお、この場合、金属導体２８、２９とショートスタブ２６、２７との接続点における調整量は少なくなるが、ＲＦプローブ１４、１５との接続部分においては、各ＲＦプローブ１４、１５の長手方向に接続位置を調整可能である。

以上に説明したように、本実施の形態にかかる周波数変換回路は、ＲＦ信号およびＬＯ信号に対するＲＦショート位置を調整できるショートスタブ２６、２７と金属導体２８、２９とを基板２、３に形成するようにしたので、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、基板２、３の実装ばらつきによる特性のばらつきを、所望の特性に調整することが可能である。

なお、各実施の形態に示した周波数変換回路の構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。

以上のように、本発明は、高周波帯の無線通信装置等に用いられる周波数変換回路に適用可能であり、特に、周波数変換ＩＣに供給されるＲＦ信号、ＬＯ信号を損失させることなく、かつ、所望周波数の帯域外に共振点を移動させて周波数変換特性を劣化させるのを防ぐことができる発明として有用である。

１ 周波数変換ＩＣ
２ 基板（第１の基板）
３ 基板（第２の基板）
４ 基板
５ パッケージ
６ カバー
７ 導波管（第１の導波管）
８ 導波管（第２の導波管）
９ バックショート（第１のバックショート）
１０ バックショート（第２のバックショート）
１１ ＭＩＣ／ＣＯＡＸ変換器
１２，１３，２６，２７ ショートスタブ
１４ ＲＦプローブ（第１のＲＦプローブ）
１５ ＲＦプローブ（第２のＲＦプローブ）
１６，１７ ＷＧ／ＭＩＣ変換器
１８，１９ 抵抗付ショートスタブ
２２ ＲＦ信号入力端子
２３ ＬＯ信号入力端子
２４ ＩＦ信号出力端子
２５ 同軸線路
２８，２９ 金属導体（第２の導体部）

Claims (5)

1. 高周波信号および局部発振信号を混合し中間周波信号を出力する周波数変換ＩＣを備えた周波数変換回路において、
   第１の導波管から供給された前記高周波信号を前記周波数変換ＩＣに供給する第１のＲＦプローブが形成された第１の基板と、第２の導波管から供給された前記局部発振信号を前記周波数変換ＩＣに供給する第２のＲＦプローブが形成された第２の基板と、
   を備え、
   前記第１の基板には、一端を前記第１のＲＦプローブに接続し他端をＧＮＤに接続した前記高周波信号の略λ／４線路長のショートスタブが配設され、
   前記第２の基板には、一端を前記第２のＲＦプローブに接続し他端を前記ＧＮＤに接続した前記局部発振信号の略λ／４線路長のショートスタブが配設されていること、
   を特徴とする周波数変換回路。
2. 高周波信号および局部発振信号を混合し中間周波信号を出力する周波数変換ＩＣを備えた周波数変換回路において、
   第１の導波管から供給された前記高周波信号を導波管モードからマイクロストリップモードに変換するための第１のバックショートと、
   第２の導波管から供給された前記局部発振信号を導波管モードからマイクロストリップモードに変換するための第２のバックショートと、
   前記第１のバックショートから供給された前記高周波信号を前記周波数変換ＩＣに供給する第１のＲＦプローブが形成された第１の基板と、
   前記第２のバックショートから供給された前記局部発振信号を前記周波数変換ＩＣに供給する第２のＲＦプローブが形成された第２の基板と、
   を備え、
   前記第１の基板には、一端を前記第１のＲＦプローブに接続し他端をＧＮＤに接続した前記高周波信号の略λ／４線路長のショートスタブが配設され、
   前記第２の基板には、一端を前記第２のＲＦプローブに接続し他端を前記ＧＮＤに接続した前記局部発振信号の略λ／４線路長のショートスタブが配設されていること、
   を特徴とする周波数変換回路。
3. 前記各ショートスタブは、分割された導体部として構成され、
   一端が前記ＧＮＤに接続され、他端が前記各ＲＦプローブに対向する第１の導体部と、
   前記第１の導体部と前記各ＲＦプローブとの間に配設され、所定の電気長を有して前記第１の導体部と前記各ＲＦプローブとの間に接続される第２の導体部と、
   で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の周波数変換回路。
4. 前記第１の導体部は、
   一端が前記ＧＮＤに接続され、他端が前記各ＲＦプローブに対向する部位が所定幅に形成され、
   前記第２の導体部は、
   前記第１の導体部と前記各ＲＦプローブとの間に配設され、所定の電気長を有して、前記第１の導体部の所定幅の部位と前記各ＲＦプローブとの間に接続されること、
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の周波数変換回路。
5. 前記各ショートスタブは、
   抵抗付ショートスタブとして構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の周波数変換回路。