JP6124299B2 - 分布ミキサ - Google Patents

Description

本発明は、高周波電気信号を扱う回路技術、特にミキサ回路に関するものである。

高周波・広帯域動作を同時に実現できるミキサとして、分布ミキサが知られている（非特許文献１）。分布ミキサは、ミキサのＲＦ（Radio Frequency）信号端子、ＬＯ（Local Oscillator）信号端子、ＩＦ（Intermediate Frequency）信号端子をすべて広帯域に一定のインピーダンス（通常は５０Ω）に整合させることができるため、広帯域な周波数変換特性が期待できる。

分布ミキサの各端子のインピーダンスは、各端子に信号を入出力するための、同軸線路、導波管、プローブ等の部品の特性インピーダンスに整合するように設計する必要がある。これらの部品の特性インピーダンスは、一般に周波数特性を有する。例えば、同軸線路は、ローパスフィルタ特性を有する。このため、ローパスフィルタのカットオフ周波数より低い周波数の信号に対しては特性インピーダンスが５０Ωとなるものの、カットオフ周波数以上の信号に対しては特性インピーダンスが５０Ωとはならず、カットオフ周波数以上の信号は同軸線路を伝搬できずに反射してしまう。一方、導波管は、ハイパスフィルタ特性を有する。このため、ハイパスフィルタのカットオフ周波数以下の周波数の信号は導波管を伝搬できずに反射する。

ミキサは三端子デバイスであり、一般には周波数の異なるＲＦ，ＬＯ，ＩＦの３つの信号を扱う。その際に、各端子間で、完全な信号のアイソレーションを保つことは難しい。例えば、ＬＯ信号がＩＦ信号端子やＲＦ信号端子に漏洩することがある。各端子は、前述のように各端子に入出力される信号に対してインピーダンス整合するように設計されている。しかしながら、漏洩した信号に対しては、インピーダンス整合が得られないことが多い。例えば、ＲＦ信号として、１５０ＧＨｚの信号を扱い、ＩＦ信号として、ＤＣ〜数ＧＨｚの信号を扱う場合を考える。この場合、ＩＦ信号は通常、同軸線路を介して取り出される。しかし、ＲＦ信号がＩＦ信号端子に漏洩した場合、この漏洩したＲＦ信号は同軸線路を伝搬できず、ミキサ回路側に反射する。何故なら、同軸線路のカットオフ周波数は通常、最高でも１１０ＧＨｚ程度であり、１５０ＧＨｚの信号は伝搬できないからである。

集中定数設計のミキサにおいては、通常、各端子のインピーダンスマッチングは、インダクタンスとキャパシタンスとを用いた、リアクティブな整合回路により行われる。この集中定数設計のミキサにおいては、上記の漏洩成分のミキサ回路への反射も含めてインピーダンスマッチングの設計がなされるため、このような反射がミキサ回路の動作に悪影響を及ぼすことは少ない。

しかし、分布ミキサにおいては、漏洩信号の反射成分は問題となる。分布ミキサは、単位ミキサと伝送線路とから形成される進行波型の疑似伝送線路の広帯域な周波数特性を利用している。そのため、分布ミキサの寸法は大きくなり、場合によっては、ＲＦ信号もしくはＬＯ信号の波長程度の大きさになる。分布ミキサの寸法が大きくなると、反射した信号と進行する信号とが干渉し、分布ミキサ上に定在波が形成される。

分布ミキサは、ダウンコンバージョンミキサの場合、ＲＦ信号の進行波とＬＯ信号の進行波とが各単位ミキサで位相整合しながらミキシングされることを動作原理とする。アップコンバージョンミキサの場合には、ＩＦ信号の進行波とＬＯ信号の進行波とが各単位ミキサで位相整合しながらミキシングされる。そのため、分布ミキサ上に定在波が生じた場合、進行波型のミキシングがなされず、ミキサ動作に悪影響を及ぼすのである。実際、非特許文献２に開示された分布ミキサでは、ＲＦ周波数、ＩＦ周波数に対して、変換利得にリップルが生じている。したがって、分布ミキサにおいては、漏洩信号の、端子での反射を防ぐ設計が重要となる。

特に、ＲＦ信号が１１０ＧＨｚを超えるような場合には、ＩＦ信号端子に接続される同軸線路で漏洩ＲＦ信号成分が必ず反射されるため、上記の問題が顕著となる。また、ＲＦ信号が１１０ＧＨｚを超えるような分布ミキサを、基本波ミキサとして設計する場合には、ＬＯ信号も同様に１１０ＧＨｚを超える場合があるため、更に問題は顕著になる。

Tang，O.S.A，et al.，"A Practical Microwave Travelling-Wave MESFET Gate Mixer"，Microwave Symposium Digest，1985 IEEE MTT-S International，1985，pp.605-608 Ching-Hung Chiu，et al.，"A 3-34 GHz GaAs PHEMT Distributed Mixer with Low DC Power Consumption"，Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium，2006，pp.73-76

従来のダウンコンバージョン型の分布ミキサにおいては、ＩＦ信号端子にＲＦ信号、ＬＯ信号の漏洩が存在する。その結果、ＩＦ信号をチップ外部に取り出す際に用いられる、プローブ、同軸線路、導波管等のカットオフ特性により、ＲＦ信号、ＬＯ信号の漏洩成分が分布ミキサ側に反射し、この反射によって分布ミキサ疑似線路に定在波が形成され、ミキシング動作に悪影響を及ぼすという問題が有った。同様に、アップコンバージョン型の分布ミキサにおいても、ＩＦ信号端子にＲＦ信号、ＬＯ信号の漏洩が存在する。その結果、ＩＦ信号を分布ミキサに入力する際に用いられる、プローブ、同軸線路、導波管等のカットオフ特性により、ＲＦ信号、ＬＯ信号の漏洩成分が分布ミキサ側に反射し、この反射によって分布ミキサ疑似線路に定在波が形成され、ミキシング動作に悪影響を及ぼすという問題が有った。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ＩＦ信号端子におけるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の反射による分布ミキサ特性への悪影響を低減することを目的とする。

本発明の分布ミキサは、入力端がＲＦ信号端子に接続されたＲＦ信号入力用の第１の伝送線路と、入力端がＬＯ信号端子に接続されたＬＯ信号入力用の第２の伝送線路と、ＩＦ信号出力用の第３の伝送線路と、前記第１、第２、第３の伝送線路に沿って配置され、第１の入力端子が前記第１の伝送線路に接続され、第２の入力端子が前記第２の伝送線路に接続され、出力端子が前記第３の伝送線路に接続された複数の単位ミキサと、前記第３の伝送線路の終端とＩＦ信号端子との間に設けられた、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを分離する分波器と、この分波器の前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の出力端子を終端する終端回路とを備え、前記分波器は、ＲＦ信号成分とＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを別々に分離するトリプレクサであり、前記終端回路は、第１の終端回路と第２の終端回路の２つからなり、前記第３の伝送線路の終端に前記トリプレクサの入力端子を接続し、前記トリプレクサの、ＩＦ信号成分を出力する第１の出力端子を前記ＩＦ信号端子に接続し、前記トリプレクサの、ＲＦ信号成分を出力する第２の出力端子を前記第１の終端回路に接続し、前記トリプレクサの、ＬＯ信号成分を出力する第３の出力端子を前記第２の終端回路に接続し、前記トリプレクサから出力される前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分は前記第１、第２の終端回路により消費され、前記ＩＦ信号成分のみが前記ＩＦ信号端子から取り出されることを特徴とするものである。

また、本発明の分布ミキサは、終端がＲＦ信号端子に接続されたＲＦ信号出力用の第１の伝送線路と、入力端がＬＯ信号端子に接続されたＬＯ信号入力用の第２の伝送線路と、ＩＦ信号入力用の第３の伝送線路と、前記第１、第２、第３の伝送線路に沿って配置され、第１の入力端子が前記第３の伝送線路に接続され、第２の入力端子が前記第２の伝送線路に接続され、出力端子が前記第１の伝送線路に接続された複数の単位ミキサと、ＩＦ信号端子と前記第３の伝送線路の入力端との間に設けられた、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを分離する分波器と、この分波器の前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の出力端子を終端する終端回路とを備え、前記分波器は、ＲＦ信号成分とＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを別々に分離するトリプレクサであり、前記終端回路は、第１の終端回路と第２の終端回路の２つからなり、前記トリプレクサの入力端子を前記ＩＦ信号端子に接続し、前記トリプレクサの、ＩＦ信号成分を出力する第１の出力端子を前記第３の伝送線路の入力端に接続し、前記トリプレクサの、ＲＦ信号成分を出力する第２の出力端子を前記第１の終端回路に接続し、前記トリプレクサの、ＬＯ信号成分を出力する第３の出力端子を前記第２の終端回路に接続し、前記トリプレクサから出力される前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分は前記第１、第２の終端回路により消費され、前記ＩＦ信号成分のみが前記第３の伝送線路の入力端に入力されることを特徴とするものである。

また、本発明の分布ミキサの１構成例は、さらに、前記ＲＦ信号端子と前記第１の伝送線路の入力端との間に接続され、ＬＯ信号成分およびＩＦ信号成分とＲＦ信号成分とを分離して、前記ＲＦ信号端子と前記第１の伝送線路の入力端との間で伝搬する信号成分をＲＦ信号成分のみとする分波器と、前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間に接続され、ＲＦ信号成分およびＩＦ信号成分とＬＯ信号成分とを分離して、前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間で伝搬する信号成分をＬＯ信号成分のみとする分波器とのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の分布ミキサの１構成例は、さらに、前記第１の伝送線路の終端と前記ＲＦ信号端子との間に接続され、ＬＯ信号成分およびＩＦ信号成分とＲＦ信号成分とを分離して、前記第１の伝送線路の終端と前記ＲＦ信号端子との間で伝搬する信号成分をＲＦ信号成分のみとする分波器と、前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間に接続され、ＲＦ信号成分およびＩＦ信号成分とＬＯ信号成分とを分離して、前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間で伝搬する信号成分をＬＯ信号成分のみとする分波器とのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の分布ミキサの１構成例において、前記単位ミキサは、シングルエンド構成のミキサである。
また、本発明の分布ミキサの１構成例において、前記単位ミキサは、シングルバランス構成のミキサである。
また、本発明の分布ミキサの１構成例において、前記単位ミキサは、ダブルバランス構成のミキサである。

本発明によれば、ＲＦ信号とＬＯ信号とを混合してＩＦ信号を出力するダウンコンバートを行う分布ミキサにおいて、ＩＦ信号出力用の第３の伝送線路の終端とＩＦ信号端子との間に、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを分離する分波器を設け、分波器から出力されるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分を終端回路により消費させ、ＩＦ信号成分のみがＩＦ信号端子から取り出されるようにしたので、ＩＦ信号端子におけるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の反射による分布ミキサ特性への悪影響を低減することができ、分布ミキサの広帯域性を維持することができる。

また、本発明では、ＩＦ信号とＬＯ信号とを混合してＲＦ信号を出力するアップコンバートを行う分布ミキサにおいて、ＩＦ信号端子とＩＦ信号入力用の第３の伝送線路の入力端との間に、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを分離する分波器を設け、分波器から出力されるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分を終端回路により消費させ、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分が分布ミキサ側に反射しないようにしたので、ＩＦ信号端子におけるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の反射による分布ミキサ特性への悪影響を低減することができ、分布ミキサの広帯域性を維持することができる。

また、本発明では、ダウンコンバートを行う分布ミキサにおいて、ＲＦ信号端子と第１の伝送線路の入力端との間、ＬＯ信号端子と第２の伝送線路の入力端との間のうち少なくとも一方に分波器を設けることにより、ＲＦ信号端子あるいはＬＯ信号端子でのＩＦ信号成分の反射による分布ミキサ特性への悪影響を低減することができる。

また、本発明では、アップコンバートを行う分布ミキサにおいて、第１の伝送線路の終端とＲＦ信号端子との間、ＬＯ信号端子と第２の伝送線路の入力端との間のうち少なくとも一方に分波器を設けることにより、ＲＦ信号端子あるいはＬＯ信号端子でのＩＦ信号成分の反射による分布ミキサ特性への悪影響を低減することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図である。 従来のドレイン注入型分布ミキサの構成を示すブロック図である。 図２のドレイン注入型分布ミキサの変換利得を測定した結果を示す図である。 ＩＦ信号端子に接続される部品のローパス特性を模したＩＦプローブモデルの構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係るダイプレクサの構成を示す回路図である。 図５のダイプレクサの周波数特性を示す図である。 図２のドレイン注入型分布ミキサに図４のＩＦプローブモデルを追加した構成を示す図である。 図２のドレイン注入型分布ミキサに図４のＩＦプローブモデルおよび図５のダイプレクサを追加した構成を示す図である。 図７の構成の変換利得と図８の構成の変換利得のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る分布ミキサの具体的な構成を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係るダイプレクサの別の構成を示す回路図である。 図１１のダイプレクサの周波数特性を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るトリプレクサの構成を示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図である。本実施の形態の分布ミキサは、疑似伝送線路１と、疑似伝送線路１のＩＦ信号を出力する伝送線路とＩＦ信号端子５との間に挿入された分波器であるダイプレクサ２と、終端抵抗Ｒ３（終端回路）とを備えている。

疑似伝送線路１は、入力端がＲＦ信号端子３に接続されたＲＦ信号入力用の伝送線路ＣＰＷ１と、入力端がＬＯ信号端子４に接続されたＬＯ信号入力用の伝送線路ＣＰＷ２と、ＩＦ信号出力用の伝送線路ＣＰＷ３と、伝送線路ＣＰＷ１の終端と接地とを接続する終端抵抗Ｒ１と、伝送線路ＣＰＷ２の終端と接地とを接続する終端抵抗Ｒ２と、伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２，ＣＰＷ３に沿って配置され、第１の入力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続され、第２の入力端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続され、出力端子が伝送線路ＣＰＷ３に接続された複数の単位ミキサＵＭとから構成される。

図１に示すように、本発明は分布ミキサの後段にダイプレクサ２を設けることを特徴とする。ダイプレクサ２は、ＩＦ信号と、ＲＦ信号およびＬＯ信号とを分岐する機能を備える回路である。ダイプレクサ２の入力端子は伝送線路ＣＰＷ３の終端に接続され、ダイプレクサ２の第１の出力端子はＩＦ信号端子５に出力され、ダイプレクサ２の第２の出力端子は終端抵抗Ｒ３に接続される。ＩＦ信号はＩＦ信号端子５に出力され、ＲＦ信号およびＬＯ信号は終端抵抗Ｒ３により消費される。

本実施の形態では、ドレイン注入型の基本波分布ミキサに本発明を適用する場合を説明する。本実施の形態は、単位ミキサＵＭにシングルエンドのミキサを用いる構成に係るものであり、シングルエンドのミキサの一例として、電界効果トランジスタによるドレイン注入型ミキサを用いる場合の例である。本実施の形態では、ＩＦ信号とＲＦ信号とＬＯ信号の周波数の関係は、ＩＦ信号の周波数＜ＲＦ，ＬＯ信号の周波数となっている。

図２は単位ミキサとしてドレイン注入型ミキサを用いる場合の従来の分布ミキサの構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。この分布ミキサでは、図１に示した伝送線路ＣＰＷ２と伝送線路ＣＰＷ３とが１本に纏められている。したがって、これらの伝送線路を表す代表的な符号としてＣＰＷ２を用いている。図２において、Ｑ１はドレイン注入型ミキサを構成する電界効果トランジスタ、ＣＰＷ４は伝送線路ＣＰＷ２とトランジスタＱ１のドレインとを接続する伝送線路、６は伝送線路ＣＰＷ１の終端と接地とを接続する終端回路である。終端回路６は、伝送線路ＣＰＷ１の終端と接地とを接続する終端抵抗Ｒ１と、一端が伝送線路ＣＰＷ１の終端に接続された抵抗Ｒ４と、一端が抵抗Ｒ４の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタＣ１とから構成される。

図２に示すように、ドレイン注入型ミキサでは、トランジスタＱ１のゲートを伝送線路ＣＰＷ１に接続して、ゲートにＲＦ信号を入力し、伝送線路ＣＰＷ４を介してトランジスタＱ１のドレインを伝送線路ＣＰＷ２に接続して、ドレインにＬＯ信号を入力する。ＩＦ信号は、ドレインから伝送線路ＣＰＷ４を介して伝送線路ＣＰＷ２に出力される。通常、トランジスタＱ１のソースは接地される。

したがって、ドレイン注入型ミキサを用いて分布ミキサを構成する場合、ＬＯ信号端子４とＩＦ信号端子５とが伝送線路ＣＰＷ２を介して直結されているため、ＩＦ信号端子５へのＬＯ信号の漏洩が大きくなる。また、ＲＦ信号は、各単位ミキサを構成するトランジスタＱ１のゲートに入力され、ＬＯ信号によりトランジスタＱ１がＯＮになった瞬間に増幅されてトランジスタＱ１のドレインに出力される。すなわち、増幅されたＲＦ信号も、ＬＯ信号と同様にＩＦ信号端子５に漏洩する。

ＩＦ信号端子５に漏洩したＲＦ信号およびＬＯ信号は、前記のように分布ミキサ側に反射し、分布ミキサ上で定在波を形成する。また、ドレイン注入型分布ミキサの場合には、もともと信号電力が大きいＬＯ信号と、増幅されて信号電力が大きくなったＲＦ信号とがＩＦ信号端子５で反射されるため、疑似伝送線路１上に振幅の大きな定在波が形成される。この定在波により、進行波型のミキシングが行われず、また、定在波の節と腹とでトランジスタＱ１のドレインバイアス電圧の値が変化してしまう。

実際に、図２に示す回路構成のドレイン注入型分布ミキサを試作し、変換利得を測定した結果を図３に示す。ここでは、電界効果トランジスタＱ１としてゲート幅１０μｍのＩｎＰ−ＨＥＭＴを用いた。ＬＯ信号の周波数を１０８ＧＨｚとし、ＬＯ信号の電力を６ｄＢｍとした。ＲＦ信号の周波数を９０ＧＨｚ〜１４０ＧＨｚとし、ＲＦ信号の電力を−２０ｄＢｍとした。したがって、ＩＦ信号の周波数はＤＣ〜３２ＧＨｚである。ゲートバイアス電圧およびドレインバイアス電圧は、ＲＦ信号端子３およびＬＯ信号端子４から、バイアスティーを用いて供給した。図３を見れば明らかなように、ＲＦ信号の周波数に対して、変換利得に変動幅４ｄＢ程度のリップルが生じていることが判る。本測定の場合、リップルの原因は、ＩＦ信号の取り出しに用いた、ＩＦプローブおよび同軸コネクタである。

本発明の効果を示すため、ＩＦプローブや同軸線路等のローパス特性を模したＩＦプローブモデルを、ドレイン注入型分布ミキサのＩＦ信号端子５に付加した回路のシミュレーションにより、変換利得の上記リップルを再現する。また、ドレイン注入型分布ミキサとＩＦプローブモデルとの間に、図１に示したダイプレクサ２を配置することにより、変換利得のリップルが解消されることを以下に示す。

ここでは、ＩＦプローブモデルとして、図４に示す構成の、カットオフ周波数が５０ＧＨｚのローパスフィルタを用いた。ＩＦプローブモデル１００は、１２０ＧＨｚにおいて９波長分の長さを持つ特性インピーダンス５０Ωの伝送線路１０１と、ローパスフィルタ１０２とからなる。ローパスフィルタ１０２は、インダクタＬ１００，Ｌ１０１，Ｌ１０２と、キャパシタＣ１００，Ｃ１０１，Ｃ１０２とから構成される。インダクタＬ１００，Ｌ１０１，Ｌ１０２のインダクタンスはそれぞれ０．１６ｎＨ、０．２７ｎＨ、０．２３ｎＨである。キャパシタＣ１００，Ｃ１０１，Ｃ１０２のキャパシタンスはそれぞれ０．１０ｐＦ、０．１２ｐＦ、０．０７ｐＦである。

一方、ダイプレクサ２としては、図５に示すように、定Ｋ型ローパスフィルタ２４と、定Ｋ型ハイパスフィルタ２５とから構成される回路を用いた。定Ｋ型ローパスフィルタ２４は、一端がダイプレクサ２の入力端子２１に接続され、他端がダイプレクサ２の第１の出力端子２２に接続された伝送線路Ｗ２０と、一端がダイプレクサ２の第１の出力端子２２に接続され、他端が接地された４０ｆＦのキャパシタＣ２０とからなる。伝送線路Ｗ２０の特性インピーダンスは６６Ω、１００ＧＨｚでの電気長は０．２５である。

定Ｋ型ハイパスフィルタ２５は、一端がダイプレクサ２の入力端子２１に接続され、他端がダイプレクサ２の第２の出力端子２３に接続された３３ｆＦのキャパシタＣ２１と、一端がダイプレクサ２の第２の出力端子２３に接続され、他端が接地された伝送線路Ｗ２１とからなる。伝送線路Ｗ２１の特性インピーダンスは５０Ω、１００ＧＨｚでの電気長は０．１５である。

ＲＦ信号、ＬＯ信号の終端抵抗（図１の終端抵抗Ｒ３）の抵抗値は、定Ｋ型ハイパスフィルタ２５の出力インピーダンスと整合のとれる値に設定する。本実施の形態の場合は５０Ωであるが、一般にはどのようなインピーダンスでも設計可能であり、定Ｋ型ハイパスフィルタ２５を構成する伝送線路Ｗ２１および終端抵抗Ｒ３の実現可能な寸法を考えて設計すればよい。

具体的には以下のような事項を考慮して設計する。例えば、ある線路のインピーダンスは、高ければ高いほど理論上望ましい場合がある。線路のインピーダンスを高くする場合、線路幅を小さくする必要がある。しかし、線路幅を小さくし過ぎると、（１）プロセス上、線路幅の下限が存在する、（２）線路の伝送損失が増大する、（３）線路に流すことが可能な電流値が小さくなる、といった問題が発生する。したがって、実際に回路設計を行う際には、上記（１）〜（３）の問題が、回路性能に大きな影響を生じない範囲で、伝送線路Ｗ２１の線路幅（すなわちインピーダンス）を決定する。

図５に示したダイプレクサ２の周波数特性を図６に示す。図６において縦軸はＳパラメータの絶対値、横軸は周波数である。｜Ｓ２１｜はダイプレクサ２の入力端子２１から第１の出力端子２２へのＳパラメータの絶対値、｜Ｓ３１｜は入力端子２１から第２の出力端子２３へのＳパラメータの絶対値である。入力端子２１にはＩＦ信号とＲＦ信号の漏洩成分とＬＯ信号の漏洩成分とが入力される。第１の出力端子２２からはＩＦ信号が出力される。第２の出力端子２３からはＲＦ信号、ＬＯ信号が出力される。図６に示すように、ＤＣ〜３２ＧＨｚのＩＦ信号は第１の出力端子２２に出力され、９０ＧＨｚ以上のＲＦ信号、ＬＯ信号は第２の出力端子２３に出力されていることが判る。

図２のドレイン注入型分布ミキサに図４のＩＦプローブモデル１００を追加した構成を図７に示す。図２のドレイン注入型分布ミキサに図４のＩＦプローブモデル１００および図５のダイプレクサ２を追加した構成を図８に示す。図９に、図７の構成（ダイプレクサ２が無い構成）の変換利得と図８の構成（ダイプレクサ２が有る構成）の変換利得のシミュレーション結果を示す。

図７に示した構成のようにダイプレクサ２が無い場合には、図３の実験結果と同様に変換利得にリップルが生じていることが判る。一方、図８に示した構成のようにダイプレクサ２が有る場合には、変換利得のリップルが除去され、平坦な周波数特性が得られている。このことから、ＩＦ信号端子５にダイプレクサ２を付加する構成は、分布ミキサの変換利得の平坦性の確保に有効であることが判る。

分布ミキサの後段にダイプレクサ２を設ける場合には、図１０に示すように、ＩＦ信号を伝送する伝送線路ＣＰＷ２（図１の場合にはＣＰＷ３）の終端にダイプレクサ２の入力端子２１を接続し、ダイプレクサ２の第１の出力端子２２をＩＦ信号端子５に接続し、終端抵抗Ｒ３を介してダイプレクサ２の第２の出力端子２３を接地すればよい。

なお、本実施の形態では、ダイプレクサ２として、定Ｋ型ローパスフィルタと定Ｋ型ハイパスフィルタとを組み合わせた構成のものを用いたが、ＩＦ信号と、ＲＦ信号およびＬＯ信号とを分離できれば、どんな回路構成でも良い。例えば、図１１に示すように、ローパスフィルタを誘導ｍ型フィルタ２４ａとすることで、端子間のアイソレーションの向上を狙った回路構成を用いてもよい。誘導ｍ型フィルタ２４ａは、一端がダイプレクサ２の入力端子２１に接続され、他端がダイプレクサ２の第１の出力端子２２に接続された伝送線路Ｗ２０と、一端がダイプレクサ２の第１の出力端子２２に接続された伝送線路Ｗ２２と、一端が伝送線路Ｗ２２の他端に接続され、他端が接地されたキャパシタＣ２０とからなるものである。

図１２に、図１１のダイプレクサ２の周波数特性を示す。図１１に示したダイプレクサ２を用いる場合には、分布ミキサの更なるリップル抑制効果が得られる。例えば、ＬＯ信号の電力が大きく、定Ｋ型ローパスフィルタではＬＯ信号の除去量が不足するためにＩＦ信号端子５でのＬＯ信号の反射量が無視できない場合でも、図１１に示したダイプレクサ２を使用すれば、ＬＯ信号を十分に除去することができ、分布ミキサの変換利得のリップルを抑制することができる。

また、本実施の形態では、分布ミキサの後段に設ける分波器としてダイプレクサを用いたが、これに限るものではなく、ＲＦ信号とＬＯ信号とＩＦ信号とを別々に分離して出力するトリプレクサを用いてもよい。トリプレクサの構成例を図１３に示す。トリプレクサ７は、ローパスフィルタ７５と、ハイパスフィルタ７６と、ハイパスフィルタ７７とから構成される。

分布ミキサの後段にトリプレクサ７を設ける場合には、分布ミキサのＩＦ信号を伝送する伝送線路ＣＰＷ２（図１の場合にはＣＰＷ３）の終端にトリプレクサ７の入力端子７１を接続し、ＩＦ信号を出力する第１の出力端子７２をＩＦ信号端子５に接続し、ＲＦ信号を出力する第２の出力端子７３を、終端抵抗Ｒ５（終端回路）を介して接地し、ＬＯ信号を出力する第３の出力端子７４を、終端抵抗Ｒ６（終端回路）を介して接地すればよい。

また、上記の議論はシングルエンド構成およびバランス構成、いずれの単位ミキサを用いて分布ミキサを構成した場合にも適用できるものである。例えば、レジスティブミキサ、カスコードミキサ等を用いた場合にも本発明を適用可能である。すなわち、図１に示した単位ミキサＵＭとして、本実施の形態で説明したようなシングルエンド構成のミキサを用いてもよいし、シングルバランス構成のミキサを用いてもよいし、ダブルバランス構成のミキサを用いてもよい。また、電界効果トランジスタに限らず、バイポーラトランジスタを用いて単位ミキサＵＭを構成する場合にも本発明を適用可能である。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、特にＩＦ信号端子での信号の反射に着目し、ＩＦ信号端子にダイプレクサを付加したが、場合によっては、ＬＯ信号端子、あるいはＲＦ信号端子でのＩＦ信号の反射が分布ミキサ動作に悪影響を与えることも考えられる。

例えば、ドレイン注入型分布ミキサにおいては、ＩＦ信号成分がＬＯ信号端子にわずかに漏洩する。この漏洩成分は、場合によってはＬＯ信号端子で分布ミキサ側に反射される。例えば、ＬＯ信号の周波数が１００ＧＨｚで、ＩＦ信号の周波数が１ＧＨｚの場合を考える。この場合、ＬＯ信号端子にＬＯ信号を入力する手段としては、通常は導波管が用いられる。ＩＦ信号は、ＬＯ信号端子に接続される導波管を伝送できないため、分布ミキサ側に反射されることとなる。通常、ＩＦ信号の波長は分布ミキサの全長よりも十分長いため、分布ミキサ内で定在波が発生することはないが、ＩＦ信号端子に、ＩＦ信号の波長よりも長い同軸線路を接続した場合などは、同軸線路内にＩＦ信号の定在波が形成され、前述のＬＯ信号、ＲＦ信号の場合と同様に、分布ミキサの変換利得にリップルが生じることになる。

そこで、図１４に示すように、ＲＦ信号端子３もしくはＬＯ信号端子４のどちらか一方、あるいはＲＦ信号端子３とＬＯ信号端子４の両方にダイプレクサを付加した構成も有効である。図１４の例では、ＲＦ信号が入力される伝送線路ＣＰＷ１の入力端とＲＦ信号端子３との間にダイプレクサ８を挿入し、ＬＯ信号が入力される伝送線路ＣＰＷ２の入力端とＬＯ信号端子４との間にダイプレクサ９を挿入している。

ダイプレクサ８は、ＲＦ信号と、ＬＯ信号およびＩＦ信号とを分離する。ダイプレクサ８のＬＯ信号およびＩＦ信号を出力する端子は終端抵抗Ｒ７を介して接地され、伝送線路ＣＰＷ１の入力端に漏洩したＬＯ信号とＩＦ信号とは終端抵抗Ｒ７により消費される。ダイプレクサ９は、ＬＯ信号と、ＲＦ信号およびＩＦ信号とを分離する。ダイプレクサ９のＲＦ信号およびＩＦ信号を出力する端子は終端抵抗Ｒ８を介して接地され、伝送線路ＣＰＷ２の入力端に漏洩したＲＦ信号とＩＦ信号とは終端抵抗Ｒ８により消費される。
なお、第１の実施の形態で説明したとおり、ダイプレクサ２の代わりにトリプレクサ７を用いてもよい。

［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、ダウンコンバージョンミキサの場合について説明しているが、本実施の形態では、アップコンバージョンミキサに本発明を適用した場合について説明する。図１５は本実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図であり、図１と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の分布ミキサは、疑似伝送線路１ａと、ＩＦ信号が入力されるＩＦ信号端子５と疑似伝送線路１ａのＩＦ信号入力用の伝送線路との間に挿入された分波器であるダイプレクサ２と、終端抵抗Ｒ３（終端回路）とを備えている。

疑似伝送線路１ａは、終端がＲＦ信号端子３に接続されたＲＦ信号出力用の伝送線路ＣＰＷ１と、入力端がＬＯ信号端子４に接続されたＬＯ信号入力用の伝送線路ＣＰＷ２と、ＩＦ信号入力用の伝送線路ＣＰＷ３と、伝送線路ＣＰＷ２の終端と接地とを接続する終端抵抗Ｒ２と、伝送線路ＣＰＷ３の終端と接地とを接続する終端抵抗Ｒ９と、伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２，ＣＰＷ３に沿って配置され、第１の入力端子が伝送線路ＣＰＷ３に接続され、第２の入力端子が伝送線路ＣＰＷ２に接続され、出力端子が伝送線路ＣＰＷ１に接続された複数の単位ミキサＵＭとから構成される。

図１５に示すように、本実施の形態は分布ミキサの前段にダイプレクサ２を設けることを特徴とする。ダイプレクサ２の構成は図５に示したとおりであるが、本実施の形態では、ダイプレクサ２の入力端子２１はＩＦ信号端子５に接続され、ダイプレクサ２の第１の出力端子２２は伝送線路ＣＰＷ３の入力端に接続され、ダイプレクサ２の第２の出力端子２３は終端抵抗Ｒ３に接続される。ＬＯ信号端子４に入力されたＬＯ信号は伝送線路ＣＰＷ２の入力端に入力される。ＩＦ信号端子５に入力されたＩＦ信号はダイプレクサ２を介して伝送線路ＣＰＷ３の入力端に入力される。ＲＦ信号はＲＦ信号端子３に出力される。一方、伝送線路ＣＰＷ３の入力端に漏洩したＲＦ信号およびＬＯ信号は終端抵抗Ｒ３により消費される。

伝送線路ＣＰＷ３の入力端にダイプレクサ２を設けない場合、ＩＦ信号端子５に漏洩したＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分は、前記のように分布ミキサ側に反射し、分布ミキサ上で定在波を形成する。この定在波により、進行波型のミキシングが行われず、また、単位ミキサＵＭに用いられるトランジスタのバイアス点が変化してしまう。

これに対して、本実施の形態では、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とをダイプレクサ２で分離し、ダイプレクサ２から出力されるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分を終端抵抗Ｒ３により消費させ、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分が分布ミキサ側に反射しないようにしたので、ＩＦ信号端子５におけるＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の反射による分布ミキサ特性への悪影響を低減することができ、分布ミキサの広帯域性を維持することができる。

単位ミキサＵＭとしてドレイン注入型ミキサを用いる場合には、図１５に示した伝送線路ＣＰＷ１と伝送線路ＣＰＷ２とを１本に纏める。各単位ミキサＵＭでは、トランジスタのゲートを伝送線路ＣＰＷ３に接続してゲートにＩＦ信号を入力し、１本に纏められた伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２に、別の伝送線路（図２のＣＰＷ４）を介してトランジスタのドレインを接続して、ドレインにＬＯ信号を入力する。ＲＦ信号は、ドレインから伝送線路ＣＰＷ４を介して伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２に出力される。トランジスタのソースは接地される。したがって、ドレイン注入型ミキサを用いて分布ミキサを構成する場合、１本に纏められた伝送線路ＣＰＷ１，ＣＰＷ２を介してＬＯ信号端子４とＲＦ信号端子３とが直結されることになる。

なお、本実施の形態では、分布ミキサの前段に設ける分波器としてダイプレクサを用いたが、これに限るものではなく、トリプレクサを用いてもよい。トリプレクサ７の構成は図１３に示したとおりであるが、分布ミキサの前段にトリプレクサ７を設ける場合には、トリプレクサ７の入力端子７１をＩＦ信号端子５に接続し、トリプレクサ７の第１の出力端子７２を伝送線路ＣＰＷ３の入力端に接続し、トリプレクサ７の第２の出力端子７３を、終端抵抗Ｒ５（終端回路）を介して接地し、トリプレクサ７の第３の出力端子７４を、終端抵抗Ｒ６（終端回路）を介して接地すればよい。

［第４の実施の形態］
第３の実施の形態では、特にＩＦ信号端子での信号の反射に着目し、ＩＦ信号端子にダイプレクサを付加したが、第２の実施の形態で説明したとおり、ＬＯ信号端子、あるいはＲＦ信号端子でのＩＦ信号の反射が分布ミキサ動作に悪影響を与えることも考えられる。そこで、第２の実施の形態のように、ＲＦ信号端子３もしくはＬＯ信号端子４のどちらか一方、あるいはＲＦ信号端子３とＬＯ信号端子４の両方にダイプレクサを付加してもよい。

図１６は本実施の形態に係る分布ミキサの構成を示すブロック図であり、図１、図１４、図１５と同様の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態では、ＲＦ信号が出力される伝送線路ＣＰＷ１の終端とＲＦ信号端子３との間にダイプレクサ８を挿入し、ＬＯ信号が入力されるＬＯ信号端子４と伝送線路ＣＰＷ２の入力端との間にダイプレクサ９を挿入している。

ダイプレクサ８は、ＲＦ信号と、ＬＯ信号およびＩＦ信号とを分離する。ダイプレクサ８のＬＯ信号およびＩＦ信号を出力する端子は終端抵抗Ｒ７を介して接地され、伝送線路ＣＰＷ１の終端に漏洩したＬＯ信号とＩＦ信号とは終端抵抗Ｒ７により消費される。ダイプレクサ９は、ＬＯ信号と、ＲＦ信号およびＩＦ信号とを分離する。ダイプレクサ９のＲＦ信号およびＩＦ信号を出力する端子は終端抵抗Ｒ８を介して接地され、伝送線路ＣＰＷ２の入力端に漏洩したＲＦ信号とＩＦ信号とは終端抵抗Ｒ８により消費される。
なお、第３の実施の形態で説明したとおり、ダイプレクサ２の代わりにトリプレクサ７を用いてもよい。

本発明は、高周波電気信号を扱う回路技術に適用することができる。

１，１ａ…疑似伝送線路、２，８，９…ダイプレクサ、３…ＲＦ信号端子、４…ＬＯ信号端子、５…ＩＦ信号端子、６…終端回路、７…トリプレクサ、２１，７２…入力端子、２２，２３，７２〜７４…出力端子、２４…定Ｋ型ローパスフィルタ、２５…定Ｋ型ハイパスフィルタ、７５…ローパスフィルタ、７６，７７…ハイパスフィルタ、ＣＰＷ１，ＣＰＷ２，ＣＰＷ３，ＣＰＷ４，Ｗ２０，Ｗ２１，Ｗ２２…伝送線路、Ｑ１…電界効果トランジスタ、ＵＭ…単位ミキサ、Ｒ１〜Ｒ９…抵抗、Ｃ１，Ｃ２０，Ｃ２１…キャパシタ。

Claims (7)

1. 入力端がＲＦ信号端子に接続されたＲＦ信号入力用の第１の伝送線路と、
   入力端がＬＯ信号端子に接続されたＬＯ信号入力用の第２の伝送線路と、
   ＩＦ信号出力用の第３の伝送線路と、
   前記第１、第２、第３の伝送線路に沿って配置され、第１の入力端子が前記第１の伝送線路に接続され、第２の入力端子が前記第２の伝送線路に接続され、出力端子が前記第３の伝送線路に接続された複数の単位ミキサと、
   前記第３の伝送線路の終端とＩＦ信号端子との間に設けられた、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを分離する分波器と、
   この分波器の前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の出力端子を終端する終端回路とを備え、
   前記分波器は、ＲＦ信号成分とＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを別々に分離するトリプレクサであり、
   前記終端回路は、第１の終端回路と第２の終端回路の２つからなり、
   前記第３の伝送線路の終端に前記トリプレクサの入力端子を接続し、前記トリプレクサの、ＩＦ信号成分を出力する第１の出力端子を前記ＩＦ信号端子に接続し、前記トリプレクサの、ＲＦ信号成分を出力する第２の出力端子を前記第１の終端回路に接続し、前記トリプレクサの、ＬＯ信号成分を出力する第３の出力端子を前記第２の終端回路に接続し、前記トリプレクサから出力される前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分は前記第１、第２の終端回路により消費され、前記ＩＦ信号成分のみが前記ＩＦ信号端子から取り出されることを特徴とする分布ミキサ。
2. 終端がＲＦ信号端子に接続されたＲＦ信号出力用の第１の伝送線路と、
   入力端がＬＯ信号端子に接続されたＬＯ信号入力用の第２の伝送線路と、
   ＩＦ信号入力用の第３の伝送線路と、
   前記第１、第２、第３の伝送線路に沿って配置され、第１の入力端子が前記第３の伝送線路に接続され、第２の入力端子が前記第２の伝送線路に接続され、出力端子が前記第１の伝送線路に接続された複数の単位ミキサと、
   ＩＦ信号端子と前記第３の伝送線路の入力端との間に設けられた、ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを分離する分波器と、
   この分波器の前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分の出力端子を終端する終端回路とを備え、
   前記分波器は、ＲＦ信号成分とＬＯ信号成分とＩＦ信号成分とを別々に分離するトリプレクサであり、
   前記終端回路は、第１の終端回路と第２の終端回路の２つからなり、
   前記トリプレクサの入力端子を前記ＩＦ信号端子に接続し、前記トリプレクサの、ＩＦ信号成分を出力する第１の出力端子を前記第３の伝送線路の入力端に接続し、前記トリプレクサの、ＲＦ信号成分を出力する第２の出力端子を前記第１の終端回路に接続し、前記トリプレクサの、ＬＯ信号成分を出力する第３の出力端子を前記第２の終端回路に接続し、前記トリプレクサから出力される前記ＲＦ信号成分およびＬＯ信号成分は前記第１、第２の終端回路により消費され、前記ＩＦ信号成分のみが前記第３の伝送線路の入力端に入力されることを特徴とする分布ミキサ。
3. 請求項１に記載の分布ミキサにおいて、
   さらに、前記ＲＦ信号端子と前記第１の伝送線路の入力端との間に接続され、ＬＯ信号成分およびＩＦ信号成分とＲＦ信号成分とを分離して、前記ＲＦ信号端子と前記第１の伝送線路の入力端との間で伝搬する信号成分をＲＦ信号成分のみとする分波器と、
   前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間に接続され、ＲＦ信号成分およびＩＦ信号成分とＬＯ信号成分とを分離して、前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間で伝搬する信号成分をＬＯ信号成分のみとする分波器とのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする分布ミキサ。
4. 請求項２に記載の分布ミキサにおいて、
   さらに、前記第１の伝送線路の終端と前記ＲＦ信号端子との間に接続され、ＬＯ信号成分およびＩＦ信号成分とＲＦ信号成分とを分離して、前記第１の伝送線路の終端と前記ＲＦ信号端子との間で伝搬する信号成分をＲＦ信号成分のみとする分波器と、
   前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間に接続され、ＲＦ信号成分およびＩＦ信号成分とＬＯ信号成分とを分離して、前記ＬＯ信号端子と前記第２の伝送線路の入力端との間で伝搬する信号成分をＬＯ信号成分のみとする分波器とのうち、少なくとも一方を備えることを特徴とする分布ミキサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分布ミキサにおいて、
   前記単位ミキサは、シングルエンド構成のミキサであることを特徴とする分布ミキサ。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分布ミキサにおいて、
   前記単位ミキサは、シングルバランス構成のミキサであることを特徴とする分布ミキサ。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分布ミキサにおいて、
   前記単位ミキサは、ダブルバランス構成のミキサであることを特徴とする分布ミキサ。

Images