JPH0124361B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はストリツプ線路あるいはマイクロスト
リツプ線路等の平面回路を基本構成とするマイク
ロ波集積回路を用いたシングル・ミキサに関する
ものである。

SHFテレビジヨン受信機等のマイクロ波受信
機では、マイクロ波帯の高周波信号は高周波信号
よりも十分に周波数が低い中間周波信号へ周波数
変換される。この周波数変換を行なうミキサにお
いては、高周波信号と局部発振信号とがミキサ・
ダイオードに印加され、ミキサ・ダイオードの一
端に低域通過フイルタを接続して、この低域通過
フイルタより高周波信号と局部発振信号の差の周
波数成分である中間周波信号が取り出されるが、
中間周波信号を前記低域通過フイルタを介して効
率よく取り出すためには、ミキサ・ダイオードの
他端を中間周波信号周波数で短絡する必要があ
る。

従来のマイクロ波集積回路（MIC）化ミキサ
では中間周波信号周波数でダイオード装荷点を短
絡する手段として、他端が接地端絡された低域通
過フイルタをミキサ・ダイオードの近傍に接続
し、この低域通過フイルタのインピーダンスが低
い周波数では、ほぼ短絡特性を示すことを利用し
てダイオード装荷点を中間周波信号周波数で短絡
する手段がとられていた。

従来のMIC化ミキサの構成例を第１図に示す。

第１図において端子１から入力された高周波信
号は主線路２を伝播してミキサ・ダイオード３に
印加される。端子４から入力された局部発振信号
は主線路２と高周波的に結合し、局部発振信号の
みを選択通過させる局発信号用帯域通過フイルタ
（局発BPF）５を通過してミキサ・ダイオード３
に印加される。６は低域通過フイルタで高周波信
号と局部発振信号の差の周波数成分である中間周
波信号を取り出すと同時に高周波信号や局部発振
信号に対してはミキサ・ダイオード３の端子Ａを
高周波的に短絡させるために設けられた長さが高
周波信号や局部発振信号の1/4波長（λ／４）の終端 開放スタブと直列インダクタンスとから構成され
ている。７は中間周波信号に対してミキサ・ダイ
オード３の端子Ｂを短絡させるための中間周波信
号短絡回路で特性インピーダンスの高い1/4波長
（λ／４）線路と特性インピーダンスの低い1/4波長 終端開放スタブとから構成され、終端が接地短絡
された低域通過フイルタである。８はミキサ・ダ
イオード３で発生した中間周波信号を取り出す中
間周波信号出力端子である。

このような従来の終端が接地短絡された低域通
過フイルタによる中間周波信号短絡回路７では、
中間周波信号周波数が比較的低い場合には問題は
なかつたが中間周波信号周波数が高くなるに従つ
て中間周波信号短絡回路７の有するインピーダン
スが無視できなくなり、もはや短絡回路とは見な
されない。中間周波信号短絡回路７のインピーダ
ンスは、ある有限の大きさをもインダクタンス回
路の性質を示すようになる。この中間周波信号短
絡回路７は端子８からみればミキサ・ダイオード
３と直列に入るため、中間周波信号短絡回路７の
インピーダンスが大きくなるに従い、中間周波信
号側からの整合帯域幅が制限され、結局ミキサの
帯域幅を制限する。同時にミキサ・ダイオード３
の端子Ｂには主線路２が接続されているため、中
間周波信号短絡回路７のインピーダンスが大きく
なると、主線路２の端子１側に接続される回路の
状態により、中間周波信号出力端子８からミキ
サ・ダイオード３側を見たインピーダンスが大き
く影響を受け、中間周波信号での出力インピーダ
ンスの不整合などによるミキサの性能を低下させ
る欠点があつた。

本発明は従来のこのような欠点をなくし、低雑
音特性が広帯域に得られるミキサを提供するもの
である。すなわち、高周波信号をミキサ・ダイオ
ードに伝達する主線路に、中間周波信号に対して
は開放インピーダンスを示すが高周波信号に対し
ては通過特性を示すストリツプ線路あるいはマイ
クロストリツプ線路から導波管への線路変換回路
を接続し、かつ、この線路変換回路が中間周波信
号に対して開放インピーダンスを示す特性と、ミ
キサ・ダイオードと高周波信号の入力端子とを結
ぶ主線路の線路長を利用して高周波的にミキサ・
ダイオードの装荷点を中間周波信号で短絡するこ
とにより、中間周波信号周波数がＧHz帯あるいは
1GHz前後の高い周波数使用条件においてもミキ
サ・ダイオードの装荷点を確実に短絡せしめるこ
とを特徴とするものである。

以下に本発明の実施例を順次説明していく。

第２図は本発明の一実施例であるが、第１図と
同一箇所には同一番号を付して説明する。９はス
トリツプ線路あるいはマイクロストリツプ線路か
ら導波管への線路変換回路で、中間周波信号に対
して開放インピーダンスを示すとともに、端子１
０において主線路２と接続されている。線路変換
回路９の導波管１１から入力された高周波信号は
主線路２を伝播してミキサ・ダイオード３に印加
される。端子４から入力された局部発振信号は主
線路２と高周波的に結合し、局部発振信号を選択
通過させる局部BPF５を通過してミキサ・ダイ
オード３に印加される。６は低域通過フイルタ
で、中間周波信号を取り出すと同時に、高周波信
号や局部発振信号に対してはミキサ・ダイオード
３の端子Ａを高周波的に短絡させるために設けら
れた長さが高周波信号や局部発振信号の1/4波長
（λ／４）の終端開放スタブと直列インダクタンスと から構成されている。８はミキサ・ダイオード３
で発生した中間周波信号を取り出す中間周波信号
出力端子である。そして、端子１０からミキサ・
ダイオード３までの電気長は中間周波信号の1/4
波長（λif／４）の長さに選ばれている。

第２図の実施例では線路変換回路９は中間周波
信号に対して開放インピーダンスを示し、しかも
ミキサ・ダイオード３から端子１０までの電気長
を中間周波信号の1/4波長の長さに選んでいるた
め、ミキサ・ダイオード３の端子Ｂは中間周波信
号で高周波的に短絡されている。従つて中間周波
信号周波数がＧHz帯あるいは1GHz前後の高い周
波数使用条件においてもダイオード装荷点を確実
に短絡せしめることができる。更に端子１０と導
波管１１とは中間周波信号周波数では完全に分離
されているため、ダイオード装荷点Ｂの短絡状態
が導波管１１側に接続される回路から受ける影響
を除去することができる。

第３図は本発明の別の実施例で、第２図と同一
箇所には同一番号を付して説明する。第３図にお
いて、１２は終端が接地短絡された低域通過フイ
ルタで、端子１０の近傍で主線路２に並列に接続
され、低域通過フイルタ１２の接地短絡端１３か
らミキサ・ダイオード３までの電気長は中間周波
信号の1/2波長（λif／２）の長さに選ばれている。

それ以外は第２図と構成は同じである。

第３図の実施例ではミキサ・ダイオード３から
接地短絡端１３までの電気長を中間周波信号の1/
2波長（λif／２）の長さに選び、かつ線路変換回路 ９は中間周波信号に対しては開放インピーダンス
を示すので、ミキサ・ダイオード３の端子Ｂは中
間周波信号で高周波的に短絡されている。従つ
て、中間周波信号周波数がＧHz帯あるいは1GHz
前後の高い周波数使用条件においてもダイオード
装荷点を確実に短絡せしめることができる。更に
端子１０と導波管１１とは中間周波信号周波数で
は完全に分離されているため、ダイオード装荷点
Ｂの短絡状態が導波管１１側に接続される回路か
ら受ける影響を除去することができる。しかも、
終端が接地短絡された低域通過フイルタ１２はミ
キサ・ダイオード３に流れるバイアス電流の帰還
回路にもなつているので、新たに別のバイアス電
流の帰還回路を形成する必要がなく、ミキサ回路
の構成が簡素化される。

第２図および第３図の実施例では、それぞれマ
イクロ波集積回路化ミキサを実現する際の基本的
回路構成を説明したものであり、実際にミキサを
ストリツプ線路あるいはマイクロストリツプ線路
等の平面回路で実現するには解決しなければなら
ない種々の問題点がある。それは主として平面回
路のＱ値が低いためであり、MICで広帯域・低
雑音、しかも中間周波信号周波数がＧHz帯あるい
は1GHz前後と高いシングル・ミキサを低価格で
実現するためには以下の条件を満足しなければな
らない。

(1) 高周波信号に対しては挿入損失が少なく、イ
メージ信号（局部発振信号の２倍の周波数21
から高周波信号の周波数rを差し引いた周波数
21−r（＝m）の周波数成分を有する信号）
に対しては抑圧が大きく、しかも広帯域にその
特性を満足するフイルタを有すること。

(2) 局部発振信号に対する帯域通過フイルタは高
周波信号およびイメージ信号に対しては抑圧が
大きい特性を有すること。

(3) イメージ信号を抑圧すると同時に、イメージ
信号を再び中間周波信号に再変換し、雑音特性
の良い構成とすること。

(4) 高周波信号の入力端子からミキサ・ダイオー
ドまでの高周波信号の伝播距離を出来るだけ短
かくし、高周波信号の伝播損失が少ない構成と
すること。

(5) 中間周波信号においてミキサ・ダイオードの
ダイオード装荷点を短絡せしめる中間周波信号
短絡回路をＧHz帯あるいは1GHz前後の周波数
使用条件において実現すること。

(6) 回路構成が簡単であること。

特に、中間周波信号の他にミキサで発生するイ
メージ信号に対する取扱いが重要で、イメージ信
号をフイルタで抑圧して、再度、中間周波信号に
変換することがシングル・ミキサでは性能向上に
つながる。

以下に、上記条件を満足する構成が簡単で低雑
音・広帯域特性を有する低価格のMIC化シング
ル・ミキサに関する実施例について説明する。

第４図に本発明の別の実施例を示す。１４はス
トリツプ線路あるいはマイクロストリツプ線路か
ら導波管への線路変換回路で、中間周波信号に対
しては開放インピーダンスを示し、端子１５にお
いて主線路１６と接続されている。線路変換回路
１４の導波管１７から入力された高周波信号は主
線路１６を伝播してミキサ・ダイオード１８に印
加される。１９は高周波信号に対しては通過特性
を示すがイメージ信号は抑圧するフイルタで３段
の終端開放スタブで構成され、ミキサ・ダイオー
ド１８の端子Ｃから見たインピーダンスがイメー
ジ信号で短絡となる位置に設けられており、フイ
ルタ１９とミキサ・ダイオード１８間の距離は、
イメージ信号のほぼ1/2波長（λm／２）に選んでい る。２０は高周波信号、局部発振信号およびイメ
ージ信号に対してはミキサ・ダイオード１８の端
子Ｄを高周波的に短絡させ、中間周波信号は通過
させる低域通過フイルタである。２１はミキサ・
ダイオード１８で発生した中間周波信号を取り出
す中間周波信号出力端子である。２２は中間周波
信号整合回路で、中間周波信号出力端子２１から
ミキサ・ダイオード１８側を見たインピーダンス
が整合条件を満足するように構成される。特に中
間周波信号整合回路２２は並列インダクタンス回
路２２′を含み、この並列インダクタンス回路２
２′はミキサ・ダイオード１８を流れるバイアス
電流の帰還回路の一部分にもなつている。局部発
振信号入力端子２３から入力された局部発振信号
は半波長ストリツプ線路共振器で構成された局発
BPF２４を介してミキサ・ダイオード１８に印
加されるが、局発BPF２４の主線路１６に対す
る高周波的結合点Ｅからフイルタ１９側をみたイ
ンピーダンスが局部発振信号周波数で開放あるい
は開放に近い状態となる位置に設けられている。
２５および２６は高周波信号整合回路で、導波管
１７からみたインピーダンスが高周波信号で整合
がとれるように設けられており、ここでは高周波
信号整合回路２５は終端開放スタブで構成され、
高周波信号整合回路２６は低インピーダンス線路
と終端開放スタブとから構成されている。２７は
ミキサ・ダイオード１８に流れるバイアス電流の
帰還回路で、終端が接地短絡された低域通過フイ
ルタで構成されている。そして、端子１５とミキ
サ・ダイオード１８とを接続する主線路１６の電
気長が中間周波信号の1/4波長になるように線路
変換回路１４が配置されている。

第４図の実施例では、高周波信号に対しては通
過特性を示し、イメージ信号は抑圧するフイルタ
として構成が簡単で寸法が小さい３段の終端開放
スタブフイルタ１９で構成し、ミキサ・ダイオー
ド１８から見たインピーダンスがイメージ信号で
短絡となる位置に配しているので、導波管１７か
ら入力された高周波信号は少ない伝播損失でミキ
サ・ダイオード１８に伝播し、ミキサ・ダイオー
ド１８で発生するイメージ信号を再度中間周波信
号に効率よく変換せしめるため変換損失の少ない
ミキサ特性が得られると同時にイメージ抑圧比の
すぐれたミキサ特性が得られる。また中間周波信
号に対しては開放インピーダンスを示す線路変換
回路１４をミキサ・ダイオード１８から電気長が
中間周波信号の1/4波長（λif／４）の長さの位置に 設けているため、ミキサ・ダイオード１８のダイ
オード装荷点Ｃは中間周波信号で高周波的に短絡
されている。従つて中間周波信号周波数がＧHz帯
あるいは1GHz前後の高い周波数使用条件におい
てもダイオード装荷点Ｃを中間周波信号で確実に
短絡せしめることができる。更に端子１５と導波
管１７とは中間周波信号周波数では完全に分離さ
れているため、ダイオード装荷点Ｃの短絡状態が
導波管１７側に接続される回路から受ける影響を
除去することができる。よつて中間周波信号での
整合帯域幅が導波管１７側に接続される回路条件
によつて制限されることがなく、ＧHz帯の高い中
間周波信号周波数でも低雑音なミキサ特性が広帯
域に得られる。

またミキサ・ダイオード１８で発生した中間周
波信号は低域通過フイルタ２０および並列インダ
クタンス回路２２′を含む中間周波信号整合回路
２２を順次通過させて取り出す構成であり、中間
周波信号整合回路２２としてミキサ・ダイオード
１８に流れるバイアス電流の帰還回路を兼ねる並
列インダクタンス回路２２′を用いているため、
新たにバイアス電流の帰還回路を形成する必要が
なく、またフイルタ９の構成も簡単で寸法が小さ
いためミキサの回路構成が小形・簡素化される。
しかも、使用するミキサ・ダイオードは１個であ
るためミキサの製造コストは安くなる。

第５図は第４図の実施例におけるフイルタ１９
の一構成例を示すものである。主線路２８に長さ
がそれぞれl₁，l₂，l₃の終端開放スタブ２９〜３
１が間隔l₀でもつて順次並列に接続されている。
終端開放スタブ２９〜３１の長さl₁，l₂，l₃はイ
メージ信号の帯域内か、その近傍にフイルタの減
衰極がくるようにイメージ信号の1/4波長（λm／４） 前後の長さに選ぶと同時に、l₂＜l₁かつl₂＜l₃の関
係を満足するか、あるいはl₂＜l₁＝l₃の関係を満
足するように選ぶ。終端開放スタブ２９〜３１の
間隔l₀については、l₁＜l₀＜2l₂かつl₃＜l₀＜2l₂の条
件のもとでフイルタ１９に要求される特性に対応
してl₁，l₂，l₃との関連で決定されるが、このフ
イルタは高周波信号周波数_rがイメージ信号周波
数_nよりも高い_r＞_nの時にシングル・ミキサ用
のフイルタとして有効に動作することが確認され
ている。

特に、高周波信号周波数_rとイメージ信号周波
数_nが比較的近接している場合には、終端開放ス
タブ２９〜３１の間隔l₀について、高周波信号の
５／１６波長（5/16λr）よりも長く7/16波長（7/16
λr）よりも短かく選ぶことにより、シングル・
ミキサ用のフイルタとしてイメージ信号を抑圧す
る効果が大きくなる。

第６図は第５図の実施例に示すフイルタの挿入
損失の周波数特性図である。例えば、比誘電率が
2.5の誘電体基板上で特性インピーダンスが50Ω
の終端開放スタブ２９〜３１を、特性インピーダ
ンスが同じく50Ωの主線路２８に並列に接続し、
l₀＝6.4mm、l₁＝l₃＝5.5mm、l₂＝4.8mmに選ぶと、l₂
＜l₁＝l₃＜l₀＜2l₂の条件は満足されており、そし
て、11.7〜13.0GHzの周波数範囲でVSWRが1.6以
下、８〜10.5GHzの周波数範囲で30dB以上の減衰
量を有するフイルタ特性が得られる。これは高周
波信号周波数が12GHz帯、中間周波信号周波数が
1GHz帯、イメージ信号周波数が9GHz帯で、帯域
幅として1GHz前後のシングル・ミキサ用のフイ
ルタとして有効であり、阻止帯域幅、通過帯域幅
はともに1GHz以上の広域である。しかも、第５
図の実施例に示すフイルタの構成要素は３段の終
端開放スタブのみであるため、構成が簡単で、寸
法が小さく、高周波信号での挿入損失も非常に小
さく、イメージ信号を抑圧し、高周波信号を損失
なく通過させるミキサ用のフイルタとして特に有
効である。

第７図は第２図、第３図および第４図の実施例
に示す線路変換回路９または１４の一構成例を示
したものであり、第２図と同一箇所には同一番号
を付して説明する。主線路２の端子１０において
主線路２と接続されたプローブ３２が導波管１１
の管中に突出している。そして導波管１１より入
力された高周波信号はプローブ３２により主線路
２へと効率よく伝達されていく。プローブ３２の
先端は導波管１１の管中で開放されているため、
端子１０からプローブ３２側を見たインピーダン
スは中間周波信号では開放状態になつている。

以上説明した実施例では、局部発振信号をミキ
サ・ダイオードに印加するのに、線路変換回路と
ミキサ・ダイオードとを結ぶ主線路と高周波的に
結合した局発BPFを介して行なつているが、必
ずしも実施例で説明した手段によらなくてもよ
い。例えば導波管１１から高周波信号と同時に局
部発振信号を入力するとか、または低域通過フイ
ルタ６あるいは２０と高周波的に結合した局発
BPFを介してミキサ・ダイオードに局部発振信
号を印加してもよいことは言うまでもない。

以上説明したように本発明では、高周波信号を
ミキサ・ダイオードに伝達する主線路に、中間周
波信号に対しては開放インピーダンスを示すが高
周波信号に対しては通過特性を示すストリツプ線
路あるいはマイクロストリツプ線路から導波管へ
の線路変換回路を接続し、この線路変換回路とミ
キサ・ダイオード間の電気長を中間周波信号の1/
４波長の長さに選ぶことにより、ミキサ・ダイオ
ードの装荷点を中間周波信号で高周波的に短絡す
るものである。従つて、中間周波信号周波数がＧ
Hz帯の高い周波数条件においてもダイオード装荷
点を確実に短絡せしめることができる。更には主
線路と導波管とは中間周波信号周波数では完全に
分離されているため、ダイオード装荷点Ｃの短絡
状態が導波管側に接続される回路から受ける影響
を除去することができる。よつて中間周波信号で
の整合帯域幅が導波管側に接続される回路条件に
より制限されることがなく、ＧHz帯の高い中間周
波信号周波数で低雑音なミキサ特性を広帯域に得
られる。しかもシングル・ミキサであるためミキ
サ・ダイオードが１個でよく、ミキサの製造コス
トが安価にできる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はMICを用いた従来のミキサのパター
ン図、第２図は本発明の一実施例におけるシング
ル・ミキサの構成図、第３図、第４図はそれぞれ
本発明の別の実施例におけるシングル・ミキサの
構成図、第５図は第４図の実施例に用いられる３
段の終端開放スタブにより構成されたフイルタの
パターン図、第６図は第５図の実施例によるフイ
ルタの挿入損失の周波数特性図である。第７図は
第２図、第３図および第４図の実施例における線
路変換回路の一構成例である。 ２……主線路、３……ミキサ・ダイオード、５
……帯域通過フイルタ、６……低域通過フイル
タ、９……線路変換回路、１１……導波管、１２
……低域通過フイルタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ストリツプ線路あるいはマイクロストリツプ
   線路等の平面回路を基本構成とするマイクロ波集
   積回路を備え、高周波信号入力端子とミキサ・ダ
   イオードの一端とを高周波信号を前記ミキサ・ダ
   イオードに伝達する主線路で接続し、前記ミキ
   サ・ダイオードに局部発振信号を印加するととも
   に、前記ミキサ・ダイオードの他端には高周波信
   号と局部発振信号の差の周波数成分である中間周
   波信号を取り出す低域通過フイルタを接続し、前
   記高周波信号入力端子と前記ミキサ・ダイオード
   の一端とを接続する前記主線路の電気長を中間周
   波信号の1/4波長に選ぶとともに、中間周波信号
   に対して開放インピーダンスを示す主線路から導
   波管への線路変換回路を、前記高周波信号入力端
   子に接続したことを特徴とするシングル・ミキ
   サ。 ２ ストリツプ線路あるいはマイクロストリツプ
   線路等の平面回路を基本構成とするマイクロ波集
   積回路を備え、高周波信号入力端子とミキサ・ダ
   イオードの一端とを高周波信号を前記ミキサ・ダ
   イオードに伝達する主線路で接続し、前記ミキ
   サ・ダイオードに局部発振信号を印加するととも
   に、前記ミキサ・ダイオードの他端には高周波信
   号と局部発振信号の差の周波数成分である中間周
   波信号を取り出す低域通過フイルタを接続し、前
   記高周波信号入力端子と前記ミキサ・ダイオード
   の一端とを接続する前記主線路の電気長を中間周
   波信号の1/4波長に選ぶとともに、中間周波信号
   に対して開放インピーダンスを示す主線路から導
   波管への線路変換回路を、前記高周波信号入力端
   子に接続し、前記ミキサ・ダイオードから見たイ
   ンピーダンスがイメージ信号周波数で短絡となる
   位置に、前記主線路に並列に接続された複数段の
   終端開放スタブで構成され、イメージ信号周波数
   では阻止域となり高周波信号周波数では通過域と
   なるフイルタを設けたことを特徴とするシング
   ル・ミキサ。 ３ フイルタの構成として、主線路に間隔が等間
   隔か、あるいはほぼ等間隔のl₀でもつて順次並列
   に接続された長さがそれぞれl₁，l₂，l₃の終端開
   放の第１、第２および第３のスタブとで構成さ
   れ、第１、第２および第３のスタブの長さl₁，l₂，
   l₃をイメージ信号周波数帯域内あるいはイメージ
   信号周波数帯域近傍に減衰極がくるようにイメー
   ジ信号の1/4波長あるいはほぼ1/4波長の長さに選
   び、l₂＜l₁＜l₀＜2l₂かつl₂＜l₃＜l₀＜2l₂の条件を満
   足するか、あるいはl₂＜l₁＝l₃＜l₀＜2l₂の条件を満
   足するようにl₀，l₁，l₂，l₃の長さを選んだことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載のシング
   ル・ミキサ。 ４ 主線路に設けられた第１、第２および第３の
   スタブの間隔l₀を高周波信号の5/16波長よりも長
   く7/16波長よりも短かく選んだことを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載のシングル・ミキサ。 ５ ストリツプ線路あるいはマイクロストリツプ
   線路等の平面回路を基本構成とするマイクロ波集
   積回路を備え、高周波信号入力端子とミキサ・ダ
   イオードの一端とを高周波信号を前記ミキサ・ダ
   イオードに伝達する主線路で接続し、前記ミキ
   サ・ダイオードに局部発振信号を印加するととも
   に、前記ミキサ・ダイオードの他端には高周波信
   号と局部発振信号の差の周波数成分である中間周
   波信号を取り出す低域通過フイルタを接続し、前
   記高周波信号入力端子と前記ミキサ・ダイオード
   の一端とを接続する前記主経路の電気長を中間周
   波信号の1/4波長に選ぶとともに、中間周波信号
   に対して開放インピーダンスを示す主線路から導
   波管への線路変換回路を、前記高周波信号入力端
   子に接続し、前記高周波信号入力端子の近傍で、
   前記主線路に並列に終端が接地短絡された低域通
   過フイルタを接続し、この終端が接地短絡された
   低域通過フイルタの接地短絡端から前記ミキサ・
   ダイオードまでの電気長を中間周波信号の1/2波
   長の長さに選んだことを特徴とするシングル・ミ
   キサ。