JPH03188702A - マトリックス構造ミクサー - Google Patents

マトリックス構造ミクサー

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JPH03188702A JP2336998A JP33699890A JPH03188702A JP H03188702 A JPH03188702 A JP H03188702A JP 2336998 A JP2336998 A JP 2336998A JP 33699890 A JP33699890 A JP 33699890A JP H03188702 A JPH03188702 A JP H03188702A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） この発明は一般に高周波回路に関し、さらに詳細には、
ミクサー及びマルチプライヤなどの周波数変換回路に関
する。
（発呻舌景技術） この技術分野において公知のように、周波数変換回路は
、入力信号の周波数よりも高いかあるいは低い周波数を
もつ入力信号に応答して出力信号を供給する。
高周波ミクサー回路は、ミクサーから提供された所定周
波数に同調された中間周波数（ＩＦ）増幅器とＩＰ増幅
器からの増幅信号が送られる周波数検出器とをこのミク
サーに付加して有する、いわゆるスーパーヘテロゲイン
受信機に広く用いられる。
一般に、スーパーヘテロダイン受信機は、またアンテナ
、例えば局部発振器信号源から標準的に受信される入力
高周波を増幅する入力広帯域増幅器を含んでいる。受信
され、増幅された信号と、局部発振器信号とはそれぞれ
ミクサー回路に供給されこれに応答して、入力信号と局
部発振器信号の双方の周波数の和と差に等しい一対の周
波数成分を含んでいる出力信号を提供する。基本的に、
和の周波数成分は出力信号からろ波され、差の周波数成
分はＩＦ増幅器に供給される。
この技術分野で公知のミクサーには数種類ある。
その１つはいわゆるシングルエンド・ミクサーであって
、このものは人力信号及び局部発振器信号が与えられる
トランジスタもしくはダイオードのような非線形デバイ
スを含む。これに対して、出力信号は、周波数１ωｌＩ
Ｆ±ω、。１を有する和と差の対が提供される。この種
のミクサーのもつ１つの課題は、シングルエンド・ミク
サーは、元の入力信号（門ω、。±ＮωＲＦ．）の高調
波発生と同様に、元の入力信号周波数ω、ｌＦ、局部発
振器周波数ω、０及び元の入力信号の高調波などの好ま
しくない出力周波数成分を与えるということである。こ
れらの信号のろ波もしくは抑制が一般に必要とされる。
更に、このようなミクサーを用いると、ある適用例の場
合ＬＯ及びＲＦ倍信号間に分離が存在しないという問題
がある。
ミクサーの２番目の種類としては、いわゆる単一平衡ミ
クサーがあり、このものは一般に、一対のシングルエン
ド・ミクサーと３ｄＢハイブリ・シト結合器とを有する
。この結合器の入力は入力信号及び局部発振器信号によ
り供給されハイブリッドの出力は各個のシングルエンド
・ミクサーの入力に結合される。ミクサー素子の出力は
一般的な接続点の中に組込まれて出力ＩＰ倍信号発する
。単一平衡ミクサーのもつ問題点の１つは、３ｄＢハイ
ブリッド結合器を製作するのが比較的困難で、特に広帯
域の３ｄＢハイブリッド結合器の製作は難かしい。更に
、集積回路としてハイブリッド結合器を作るのは困難で
ある。
ミクサーの第３の種類としては、いわゆる二重平衡ミク
サーが挙げられる。二重平衡ミクサーは一般に、２つの
単一平衡ミクサーを有し、これら単一平衡ミクサーのそ
れぞれはハイブリッド結合器もしくはバラン及び一対の
入力信号の内の１つによって提供される１８０°差分位
相シフトを有する局部発振器信号が与えられる。二重平
衡ミクサーのもつ問題点は、結合器もしくはバランは一
般にモノリシック集積回路として製作するのが難しいと
いうことである。従って、二重平衡ミクサーはモノリシ
ック集積回路としては容易に組立てられない、二重平衡
ミクサーのもつ第２の問題点は、結合器とバランがある
ために動作の周波数帯域が比較的狭いということである
。
他の問題点と同様にこれらの諸問題を解決しているミク
サーの１種類が、この発明の譲渡人に譲渡されている、
Ｔａｊｉｍａ等のアメリカ特許ＮＯ，４，６６２゜００
０に開示されている。この特許では、複数個の連続結合
された二重ゲート電界効果トランジスタを有する分布ミ
クサーが説明されている。
上述の特許には、上述したシングルエンド・ミクサー、
平衡ミクサー及び二重平衡ミクサーに関する諸問題を解
決した回路が提供してあり、しがも比較的大きい帯域が
達成されている技術も提供されている。しかし、二重ゲ
ート１界効果トランジスタを使うとミクサーの雑音指数
を増すのであって、それは二重ゲート・トランジスタは
単一ゲートトランジスタよりも高い雑音指数をもつ傾向
があるからである。多くの用途において、ミクサーが高
い雑音指数を有しても、重大な問題とはならない。更に
、そのような用途では、ＲＦ倍信号、綴材出力、ＩＰ４
３号に対するミクサー雑音指数の影響を滅するためｔこ
低ＮＮの増幅器を用いて供給される。
それにもかかわらず、ミクサーや受信機を製作する場合
使用する回路の数は減らずことが望ましい。特に、出力
ＩＦ増幅器と同様に、１，０増幅器、入力ＲＦ増幅器を
除くのが望ましくあるいはそれらの必要条件を少くとも
減らすことが望まれる。また、ある場合には、例えば戦
略電子監視装置などにおいては、アンテナを介しての１
，０信号の放射を防ぐことが必要である。この必要条件
は、特にＲＦに対する！、０の方向においては１，０と
ＲＦの両端子間の高度な分離機能を要する。ある例では
、分離必要条件は一９０ｄＢを超えたものが要求される
。このように高度な分離は公知の技術では容易に達成さ
れない。
多くの公知のミクサーの抱えるその他の問題は、これら
のミクサーの変換効率が低いことである。
この事実がＬＯ倍信号電源及びＩＰ増幅器に対する電力
の必要性を増大する８また、このような電力に対する必
要性を減らすことが望ましい。
（発明の概要） 本発明によれば、第１の入力端子と出力端子を有する高
周波・周波数変換回路が、入力端子に結合された第１端
部と、入力Ｔｉ極及び出力電極を有する第１の複数個の
電界効果トランジスタとを有し、その入力電極は前記第
１伝搬回路網によって連続的に結合されて成る。第２伝
搬回路網は前記第１の複数個の電界効果トランジスタの
出力電極を連続的に結合する。各個に入力電極と出力電
極をもつ第１の複数個の非線形素子は、第２伝搬回路網
によって連続結合された入力電極をもち、そして、出力
端子に連結された第１端部をもつ第３の伝搬回路網は複
数個の非線形素子の各個の前記出力電極を出力端子に結
合する。この特別の構成により、第１伝搬回路網及び第
２伝搬回路網と組合わされた第１の複数個の電界効果ト
ランジスタは供給された入力ＲＦ信号を増幅するために
用いらる分布増幅器を提供する。第２伝搬回路網と第３
伝搬回路網との間に結合された複数個の非線形素子は分
布増幅器によってマトリックス構造とされた分布周波数
変換回路を提供する。第２伝搬回路網を分割すると、入
力信号の内の１つが増幅器によって増幅されるので、回
路の大きさ、従って製造原価が低減される。更に、トラ
ンジスタならびに非線形素子の複数個を用いて作られて
いる伝搬回路を除くことによって共通線路を分割し、損
失を減らし、雑音指数を改善する。
この発明の他の特徴によると、この回路は第２の入力伝
送線路に結合された第２の入力端子を有し、この入力伝
送線路を超えて局部発振器信号が供給される。このよう
な配列により、上述のとおりの全ての利点を備えたミク
サー回路が提供される。
更に、この回路の電界効果トランジスタ及び非線形素子
の各個の固有リアクタンスが、この回路の伝搬回路の設
計に当ってもし考慮されるならば、広帯域ＲＦマトリッ
クス構造ミクサー回路が、分布回路の原理を用いて提供
される。
この発明に係る更なる特徴を考察すれば、マトリックス
構造のミクサーは第１及び第２の入力端子と出力端子を
有し、しかも入力端子の最初の１つに結合された第１端
部をもつ入力伝搬回路網と、入力電極及び出力電極をも
つ第１の複数個の電界効果トランジスタとを有し、この
入力電極は前記入力伝搬回路網により連続結合されてい
る。１個の中間伝搬回路網が電界効果トランジスタの前
記第１の複数個の出力電極を連続結合する。このミクサ
ーは更に、各個が入力電極と出力電極とをもつ第２の複
数個の電界効果トランジスタと、第２入力端子に結合さ
れた第１端部をもつ第２人力伝搬回路網を有する。第２
の複数個の電界効果トランジスタ（ＰＥＴ）の入力電極
は第２人力伝搬回路網によって連続結合される。第２の
複数個の電界効果トランジスタの出力電極は、また中間
伝搬回路網により連続結合される。各個が人力電極と出
力電極とをもつ第１の複数個の非線形素子はそれらの入
力電極が中間伝搬回路網によって連続結合されている。
出力端子に連結された第１端部をもつ出力伝搬回路網は
複数個の非線形素子の出力電極を出力端子に連続結合す
るのに使われる。この特別の構成により、入力ＲＦ倍信
号対する増幅器と入力しＯ信号に対する増幅器とをもっ
たマトリックス構造のミクサーが提供される。この特別
な構成は、従来技術にもとづく構成に対する前述の利点
を提供し、しかもなお、ＲＦならびにＬＯの両信号端子
間に良好な分離機能を提供する。
この発明に係る更に別の特徴について考えると、ＲＦ及
びＬＯの両人力信号の各個は分布増幅の少くとも２つの
マトリックス構造の段を介して供給される。この特別の
構成により、入力信号の増幅は、各個の入力信号が、少
くとも一対の前記増幅段をマトリックス構造とすること
により得られる倍加可能利得と同様に、対応する増幅器
の分布した部分に関連した加算利得の作用により増幅さ
れる。
この発明の更に別の特徴によれば、マトリックス構造の
ミクサーは、入力ＲＦ信号用の少くとも１つの分布増幅
段から成る第１のマトリックス構造の増幅器と、局部発
振器信号用の少くとも１つの分布増幅段から成る第２の
増幅器を有する。このミクサーは更に、各個のトランジ
スタが第１及び第２の入力電極と１つの出力電極とをも
つ、二重ゲート電界効果トランジスタのような非線形素
子の複数個を含んでいる。マトリックス構造の増幅器の
各個の最後の段からの出力伝搬回路網は、複数個の二重
ゲート電界効果トランジスタの前記入力信号のそれぞれ
対応する１つを連続結合する。
第３の出力伝搬回路網は、複数個の二重ゲート電界効果
トランジスタの各出力電極を出力端子に連続結合するの
に用いられる。この特別構成により、ＲＦ及びＬＯのマ
トリックス構造をもつ前置増幅器は低雑音ならびに高電
力動作用として最適化される。
二重ゲートトランジスタミクサーを用いたこのような一
対の増幅器をマトリックス構造とすることは二重ゲート
ＦＥＴの高度のゲート対ゲート間分離機能によるＬＯと
ＲＦ間の分離機能を改善する。更に、そのような回路の
雑音指数は、従来技術の二重ゲート構造ミクサーと比較
して比較的良好であって、その理由は各個の前置増幅器
段は低雑音動作用に設計できるからである。
好適実施態様の１つにおいては、前置増幅器段の各個は
、各信号に分与する利得と電力とを増しその結果ミクサ
ーの変換効率を改善するように用いるマトリックス増幅
器である。
この発明の更に別な特徴について述べれば、マトリック
ス構造のミクサーは入力伝搬回路網と、入力伝搬回路網
により連続結合された入力電極をもつ複数個の非線形素
子とを有する。非線形素子の出力電極を連続結合するた
めに中間伝搬回路網が備えられている。このミクサーは
、更に、第２の複数個の電界効果トランジスタを有し、
それらの入力電極は中間伝搬回路網によって連続結合さ
れる。複数個の進相線路部分から成る出力伝搬回路網が
複数個の電界効果トランジスタの出力電極を連続結合す
るのに用いられる。この特別の構成により、中間ならび
に出力の各伝搬回路網の帯域幅特性と同様に、第２の複
数個の電界効果トランジスタの利得を選択することによ
って、トランスバーサル・フィルタを用いてマトリック
ス構造とした分布ミクサーが提供される。このような構
成はスプリアス信号を高度に抑制し、後続の線形回路の
高調波飽和を減する。
この発明の更に別の特徴によれば、二重ダウン・コンバ
ータは第１人力伝搬回路網と第２人力伝搬回路網とを有
する。第１の複数個の非線形素子はその人力電極が第１
人力任図回路網によって連続結合されており、しかもそ
の出力電極は第２人力伝搬回路網によって連続結合され
ている。第２の複数個の３１線形素子はその入力電極が
第２人力伝搬回路網によゲて連続結合されしかもその出
力電極は第３もしくは出力の伝搬回路網によ−、て連続
結合されている。１つの入力ＲＦ信号が第１の入力伝搬
回路網に供給される。第１の局部発振器信号はこの回路
の第１入力端子に供給され、第２局部発振器信号はこの
回路の第２入力端子に供給される。−・対の差動ＩＦ変
換が提供される。このような構成により、アップ・コン
バート、もし２くはダウン・コンバート、あるいはこれ
らの組合わゼでありうる多重周波数変換を有する１つの
回路が提供される。すなわち、このような回路は凝似Ｉ
Ｆ応答を減らす−Ｌである種の受信機にと−、では望ま
しい。これはまた、比較的低いＩＦ周波数を必要とする
受信機にとって有用なのであって、その理由は低ＩＦ周
波数への変換は、比較的大形の単一ダウン・コンバート
よりもむしろ多重ダウン・コンバートにより容易に実施
されるからである。この配列はまた、非線形素子の第１
及び第２の各複数個の間にある増幅器を７トリソクス構
造とすることによってダウン・コンバートの間の増幅を
可能とする。
（実施例） ここで第１図を参照すると、マトリックス周波数変換回
路、この図ではｌＯが示してあり伝送線路部分子Ｉ、１
−Ｔｌ、５から成る入力伝搬回路網１１を有する。前記
伝送線路部分の各個と、この明細書中で説明される全て
の伝送線路部分とは、他に特に注記しなければ、マイク
ロストリップ伝送線路部分である。このような部分は互
いに連結されマイクロストリップ伝送線路を提供する。
しかし、共面導波管のような、他の種類の伝搬線路媒体
は、例えば集中素子などと同様に選択的に使うことがで
きる。さらに、ここで説明しているトランジスタの各個
は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）で
ある、この他の種類のトランジスタも使用可能である。
説明されるこれらの回路もまた好適であって、例えばひ
化ガリウムやその他の適当な半導体材料のような半導体
材料に対してモノリシック・マイクロ波集積回路として
提供される。
人力伝搬回路網１１の１つの端部、すなわち伝送線路部
分子１，１の一端は、直流阻止コンデンサＣを介して、
電ａ　Ｖ　ＲＦから入力信号１１Ｆが供給され一ζいる
入力端子１１ａに対して結合される。人力伝搬回路網１
１、ここでは伝送線路部分子１．５の後続端は回路１０
の、終端／バイアス端７−１１ｂに結合される。端子１
１ｂは図示のように、在来のゲート／ノ＜・イアス終端
回路網２３、すなわちここでははしご形回路網に連結さ
れる。このような回路網は、この明細書で関連文献とし
て組込まれているアメリカ特許ＮＯ，４，６６２，００
０に開示されている。外部）ｉイアス回路などのような
他のゲート・バイアス構成もまた選ＩＲ的に用いられる
。ミクサー１０には更に、ゲート電極（Ｇ）、ドレイン
電極（Ｄ）、そしてソース電ｔｍ（Ｓ）を有す、第２個
の電界効果ｉ・ランジスタＦＥＴ］、、１−ＦＥＴＩ、
４が含まれている。一般に、ゲート電極は入力伝搬回路
網１１によって連続結合され、ソース電極は共通ＲＦ及
び直流基準電圧に連結される。
ミクサー１０は更に、図示のように、端子１３ａに連結
された伝送線路部分子５，１の第１端をもつ伝送線路部
分子　５　＋　Ｉ　　Ｔ　５．５から成る中間伝搬回路
ｗ４１３を有する。回路１０が、もし図示しない周波数
逓倍器であるならば、前記中間伝送線路１３は、整合負
荷インピーダンスにおいて端子１３ａ、１３ｂにおいて
終端接続されて、この技術分野で公知のように、反射を
防止する。ここで示している配列に対しては、端子１３
ａはフィルタ１９に結合され、このフィルタ１９は線路
１３上の反射と線路１３からの貫通接続を防止するが、
中間線路１３に結合されるＬＯ倍信号許容する。更に、
端子１３ｂにおいては、ドレインバイアスは、またトラ
ンジスタＦＥＴ　１　、１〜ＰＥＴ　１　、４に供給さ
れる。ドレインバイアスと終端を擢供する回路が図示さ
れしかも例えば上述のアメリカ特許において引用されて
いる種類の、在来ツバしご形回路ｙ４２５となっている
。
図示のマトリックス構造ミクサーには更に、非線形モー
ドで動作される第２の複数個の電界効果トランジスタＦ
ＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４がある。伝搬回路網１３
もまた、図示のように非線形素子ＦＩＥＴ５．ＩＰＥＴ
　５　、４の入力電極、すなわちこの場合はゲートを連
続結合するように入力伝搬回路網を提供する。非線形素
子ＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４はここでは金属半導
体電界効果トランジスタであるが、ダイオードのような
他の種類の非線形素子が代替使用可能である。非線形素
子ＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４は、中間線路１３に
より連続結合された入力電極もしくはゲート電極を有す
るがこれに更に加えて、図示のように端子１７ａと１７
ｂとの間に結合された伝送線路部分子６．１−Ｔ６，５
から成る第３の伝搬回路網１７により連続結合された出
力電極もしくはドレイン電極を有する。ゲートバイアス
は、図示のように、ゲート電極と中間伝搬回路網１３と
の間に直流阻止コンデンサーＣ＋　　Ｃｍを、そして、
図示しないゲートバイアス線路とゲート電極との間にプ
ル・アップ抵抗Ｒを配置することによって第２の複数個
のトランジスタに提供される。ここでは、コンデンサー
は各個のトランジスタに対して最小変化値の人力インピ
ーダンスを提供するために比較的大きな弁コンデンサー
となっている。
端子１７ｂはミクサー１０に対し入力もしくはＩＦボー
トを提供し、端子１７ｂは、上述の特許から一般に知ら
れるように、ドレインバイアス回路網２７によって提供
される整合特性インピーダンスにおいて終端接続される
。
代替できるバイアスの配列については、この発明の培渡
人に譲渡されたＣｈｕ等の同時係属出願の中に開示され
ている。各段がその意図した方式を動作するようにバイ
アスされることを保証するようになっている。すなわち
、ＦＥＴＩ、１−ＦＥＴ１．４は一般に線形適用モード
で動作するようにバイアスされ、これに対してＦＥＴ５
　、１−ＦＥＴ５　、４は非線形モードで動作され、こ
のようにして信号の対のミキシング（信号を二つ以上組
合わせること）を最小化する０代替的に、もしこの回路
がマルチプライヤであると、ＦＥＴＩ、１−ＦＥＴＩ、
４は非線形にバイアスされて入力信号の高調波を生成す
る。
伝送線路部分子Ｉ、１−ＴＩ、５の各個は、ゲートと、
電界効果トランジスタＦＥＴＩ　、　１−ＦＥＴＩ　、
　５のソース電極との間の固有リアクタンスに従って特
性インピーダンスを有し、分布増幅器に対しては公知の
ように、そして上述の特許で開示されているように、必
要な入力インピーダンス特性をもつ回路網を提供する。
同様に、伝送線路部分子５．１Ｔ５，５を含む伝送線路
１３は、トランジスタＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４
の入力キャパシタンス及びトランジスタＦＥＴＩ、　１
−ＦＥＴＩ、４の出力インピーダンスに従って選択され
た特性インピーダンスを有し、全体的に選択されたイン
ピーダンスをもつ回路網を提供する。最後の、すなわち
ここで扱う第３の伝搬回路網１７もまた、ＦＥＴ５　、
　ｌ　−ＦＥＴ５　、４の出力電極のりアクタンスに従
う特性インピーダンスをもつ伝送線路部分子６．１−７
６．５を有し、必要な出力インピーダンス特性をもつ回
路網を提供する。
動作においては、人力信号すなわちここでばＶＩＩＦが
ミクサー１０に供給される。このような信号は、例えば
、レーダーシステム（図示してない）のアンテナからの
受信信号であってもよい。信号ＶＩＩＦは端子１１ａに
送られ、伝送線路ＴＩ、！−Ｔ１．５に沿って伝搬し、
端子１１ｂに向い、この端子１１ｂにおいては残余の部
分が吸収されて入力に返る信号の反射を防止する。前記
信号ＶＲＦＩ　　Ｖ＊Ｆ４の連続部分は電界効果トラン
ジスタＦＥＴ１．１−ＦＥＴＩ、４のゲート電極により
回路網１１から結合される。前記連続結合信号の増幅信
号は、分布増幅器の技術分野では公知であるように、ト
ランジスタＦＥＴ　１　、　］−ＦＥＴ　１　、４の各
個の出力電極もしくはドレイン電極に現われる、そして
これらの信号は部分子５，１−Ｔ５．４を働かせながら
中間伝搬回路ｙ４１３に結合される。
第１Ａ図を参照すると、信号部分ｖ、１′、ここでは第
１図の前記信号部分ＶＩＩＦＩ’　　ＶＩＦ４’の各個
の代表するが・は３次元の内の１つにおいて線路１３に
沿って伝搬する。前記信号ＶＩＩＦ′の最初の部分ＶＲ
Ｆａ’は＃４子１３ａに向って伝搬し、前記信号の第２
の部分νＲＦｂ’は端子１３ｂに向って伝搬し、そして
０；Ｉ記信号の第３の部分ν１ｌＦＩｃ’はマトリック
ス構造のミクサー素子ＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４
、ここでは素子ＦＥＴ５，１のゲートの内の１つに供給
される。
第２の入力信号、ここでは図示しないシステム内に設け
られた同調可能な局部発振器から標ｔ？？的に提供され
る局部発振器信号Ｖ１．０、は局部発振器電源を信号Ｖ
ＲＦから分離するフィルタ１９を介して送給され、そし
て図示のように回路１０の端子１３ａに結合される。こ
のような局部発振器信号Ｌ−ｏはまた伝送線路Ｔ５，１
−７５，５に沿い、第１図の回路網２５により提供され
る特性インピーダンス内に終端接続されている端子１３
ｂに向って伝搬される。
前記信号ν１．０１　　ｖ、。、の連続部分もまた、信
号部分ＶＲＦＩ　　ＶＩＩＦ４と同様にマトリックス構
造のミクサー素子ＦＨＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４に結
合される。このような対の信号（ν□１゜、　ＶＬＯＩ
及びこの種のもの）は個々の非線形素子ＦＥＴ５．１〜
ＦＥＴ　５　、４に供給され、信号周波数成分ＩＮω、
ｌＦ十ｈω、。ｌ、ここでＭ、　Ｎはｌと無限大との間
の整数である、をもつ出力信号Ｖ＋　　Ｖａを生ずる。
このような信号部分Ｖ、−Ｖ４は、図示のように伝送線
路部分子６．１−Ｔ６，５から成る第３の伝搬回路網１
８により出力端子１６に結合される。
第１図に示す配列により、入力信号ν、Ｆは電界効果ト
ランジスタＦＥＴ１．１−ＦＥＴＩ、４によって増幅さ
れて、ミクサー素子ＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４に
供給される入力信号レベルを増加し、そしてこのように
マトリックス構造のミクサー１０の交換効率を増大する
。更に、回路１１３と入力端子１２との間に単一ゲート
電掘電界効果トランジスタが存在することによって、回
路網１０の入力端７−１２からの局部発振器信号Ｖ１．
Ｏの高度の分離機能を提供し、その結果、ＬＯ倍信号有
効部分の放射を防止する。
ここで第２図を参照すると、マトリックス構造のミクサ
ー２０の代替実施態様が示してあり、この実施態様には
、入力端子１１ａと端子］、１ｂとの間に結合された入
力伝搬回路Ｍ４１１と、第１の複数個の電界効果トラン
ジスタＦＥＴＩ、１−ＦＥＴ１．４と、伝送線路部分子
５，１−Ｔ５，５から成る端子１３ａと１３ｂの間に結
合された中間伝搬回路網１３と、複数個の非線形素子Ｆ
ＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、４と、そして、図示のよう
に、しかも第１図により一般に説明されたように、端子
１７ａと１７ｂとの間に結合された伝送線路部分子６，
１−７６．５から成る出力伝搬回路網１７が含まれる。
マトリックス構造のミクサー２０は、ここでは、更に、
端子１２ａと１２ｂとの間に結合され伝送線路部分７３
．１−７３．５から成る第２人力伝搬回路網１２から成
る１、０前置増幅器と、そして、図示のように端子１２
ａと１２ｂとの間の前記伝送線路部分子３，１−Ｔ３，
４により連続結合されたゲート電極（Ｇ）をもつ第２の
複数個の電界効果トランジスタ、ここではＦＥＴ３　、
１−ＦＥＴ３　、４とを有する。
トランジスタＦＥＴ３　、１−ＦＥＴ３　、４は、また
図示のように、中間伝搬回路網１３によって連続結合さ
れるドレイン電極（Ｄ）もしくは出力電極ををする。
ミクサー２０の動作は、入力電圧信号ｖ９Ｆに関して第
１０図により上述した動作と同じである。しかし、ここ
では、入力電圧信号νＬＯはまた電界効果トランジスタ
ＦＥＴ３　、１−ＦＥＴ３　、４により分布可能なよう
に増幅され、しかもミクサー素子ＦＥＴ５．ＩＰＥＴ　
５　、４に対してマトリックス構造をもつように供給さ
れる。このようにして電圧信号ｖＬｏは端子１２ａに送
られ、伝搬回路網１３によって連続結合される出力信号
ＶＬＩ　　ＶＬ４を生ずるトランジスタＦＥＴ３　、１
−ＦＥＴ３　、４のゲート電極に供給されている前記信
号ＶＬＯＩ　　ＶＬ。４の連続部分と共に伝送線路Ｔ３
，１−Ｔ３，５に沿って伝搬する。このように信号ＶＬ
Ｉ　　ｖｔａと、ＶＲＦ−■□とは、複数個のマトリ。
るように、出力信号Ｖ＋　　Ｖａを発する。一般に、ト
ランジスタＦＥＴ１．１−ＦＥＴＩ、４の出力電極は、
中間伝搬回路網１３に沿う共通接合点においてＦＥＴ　
３１−ＦＥＴ３　、４の出力電極と連結される。
第１図に示した回路により達成される利点に加えて第２
図に関連して説明した回路のもつ利点は、局部発振器信
号ＶＬＯがまたミクサーにより増幅され、そのようにし
て、特に低レベル入力（Ｖ＋＋ｙ）信号用のミクサーの
変換効率を増加する。この配列はまたＲＦとＬＯとの比
較的高度の分離機能を提供し、第１図の実施態様で示す
ように、局部発振器端子１３ａの入力におけるフィルタ
１９に対する必要性を軽減する。
一般に、前述した全ての実施態様は、図示のように任意
のドレイン電極伝送線路部分子ＤＩ、ＩＴＤ　１　、４
及びＴＤ５，１−ＴＯ５，４をもち、これらの線路骨は
回路構成を容易化ししかも一般に知られているように電
気特性を最適化する。しかしこのような線路は、第２図
に関連してのみ適用される。
さて、第３図を参照すると、図示のマトリックス構造の
ミクサー３０には、入力信号（ｖ＊ｒ）分布／マトリッ
クス増幅の２段と、入力信号（ＶＬＯ）分布／マトリッ
クス増幅の２段が含まれている。
このミクサー３０は、入力伝搬回路網１１、第１の複数
個の電界効果トランジスタＦＥＴＩ、　１−ＦＥＴＩ、
４、第２の複数個の電界効果トランジスタＦＥＴ３，１
ＦＥ７３，４、第２の入力伝搬回路ｙ４１２、中間伝搬
回路網１３、マトリックス構造のミクサー素子ＰＥＴ　
５１−ＦＥＴ５　、５、そして出力伝搬回路網１７とを
、第１図及び第２図に関連して一般的に述べたように有
して成る。ここで、増幅器の付加的段が、伝送線路部分
子２．１−７２，５から成る第２の中間伝搬回路網１４
により連続結合された入力、すなわちゲート１を橿をも
つトランジスタＦＥＴ２　、１−ＦＥＴ２　、４によっ
て提供される。局部発振器信号増幅（ν、。）の第２の
段は、やはり図示のように、伝送線路部分子４．１−７
４．４から成る第３の中間伝搬回路網１５によって連続
結合されたゲート電極をもつ電界効果トランジスタＦＥ
Ｔ４　、１−ＦＥＴ４　、４により提供される。　ＲＦ
増幅器の第２段の出力電極、すなわちここではトランジ
スタＦＥＴ２．１−ＦＥＴ２，４のドレイン電極は、局
部発振器増幅器の第２段の出力電極、すなわちトランジ
スタＦＥＴ４　、１−ＦＥＴ４　、４のドレイン電極と
同様に、第１図に関連して一般的に述べたように、伝送
線路部分子５，１−７５，５から成る第１の中間伝送線
路回路網１３に結合される。
ここで、ミクサー３０の動作は、各個の入力信号ＶＩＩ
Ｆ及びＶＬＯは、分布増幅器によって提供される加算的
利得ならびに一対の分布増幅器をマトリックス構造とす
ることによって提供される積算可能利得の双方により増
幅される以外は、第２図に関連して説明した動作と実質
的に同一である。
マトリックス構造の分布増幅器については、ＩＥＥＥ　
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ
　Ｔｅｏｒｙ　ａｎｄ　ＴｅＣｈｎｉｑｕｅｓ、ＭＴＴ
　ｖｏｌ、３５．　ＮＯ，３，Ｍａｒｃｈ　１９８７．
２９６〜３０６頁にあるＮ１ｃｌａｓらの論文’Ｔｈｅ
　Ｍａｔｒｉｘ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ旧ｇｈ　Ｇａ１ｎ
　Ｍｏｄｕｌｅ　ｆｏｒ　Ｍｕｌｔｉｏｃｔｉｖｅ　Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙＢａｎｄｓ　Ｊに述べられている。
この場合のミクサー３０はまた、図示のように一対のマ
トリックス構造の増幅器３２ａと３２ｂとを有する。増
幅器３２ａは信号ＶＩＩＦに対して積算利得ならびに加
算利得を提供するのに用いられ、これに対して、増幅器
３２ｂは信号ＶＬＯに対して積算利得ならびに加算利得
を提供するのに用いられる。増幅器３２ａと３２ｂとは
共通の伝搬回路Ｍ４１３に連結され、非線形素子ＦＥＴ
５．１〜ＦＥＴ　５　、４によりマトリックス構造とさ
れ、図示のようにミクサー３０を提供する。
さて、第４図を参照すると、図示のマトリックス構造の
ミクサー４０を更に代替した実施態様においては、第３
図に関連して一般的に説明したように、信号ＶＲＦ、　
ＶＬＯにそれぞれ対する一対のマトリックス構造増幅器
３２ａ、３２ｂが含まれる。しかし、ここで、前記増幅
器３２ａ、３２ｂは一般的に前に説明したように、一対
の中間伝搬回路網１３と１３′の内の１つに結合される
。ここで、回路網１３はすでに説明したように伝送線路
部分子５，１−７５，３から成り、そして回路網１３′
は伝送線路部分子５．１’−７５，３’から成っている
。
この図では、ミクサー４０は、ミクサーの各段において
ただ２つの連続結合素子を有している。しかし、先行の
各図に示すように、このような素子を２個以上代替的に
用いてもよい。
前記一対のマトリックス構造の増幅器３２ａ、　３２ｂ
は、複数個のミクサー素子に対してマトリ・ノクス構造
とされ、前記ミクサー素子は、各個に一対の入力ずなわ
らゲー］・電極Ｇ＋、　Ｇｚ、出力すなわちドレイン電
極Ｄ、及び基準ずなわちソース電極Ｓをもつ二重ゲート
電界効果トランジスタ（ＤＦＥＴ　１ｒｌＦＩｉＴ２）
となっている。ここではゲート電極Ｇ、は第１の中間伝
搬回路網１３により連続結合され、そしてゲート電極Ｇ
２は、図示のように、第２中間払１殿回路網１３′によ
り連続結合される。このよ・）にして、信号ν□とＶｔ
Ｏとは、二重ゲート電界効果トランジスタに別個に（Ｉ
ｔ給される。二重ゲート電界効果トランジスタＤＦＥＴ
Ｉ　−１１ＦＥＴ２のドレインは、図示のように伝送線
路部分子６．ＩＴ６，３から成る出力伝搬回路網１７に
よって連続結合される。二重ゲ−）ＦＥＴにより７うえ
られる高度なゲート対ゲート分離機能により、出力端子
１８と、入力端子１２の内の１つの端子との間の分離機
能の程度は、入力端子の何れかの対１１ａ、１２ａの間
の分離機能を同様に、比較的高度であり、特に、このよ
うな回路は、高度な１，０とＲＦ間の分離機能を必要と
するミクサ用途に対しては好適である。
ここで第５図を参照すると、肝及びＬＯ分布増幅器を有
するが第２図に関連して説明した配置とは異る一層簡単
な配置をもったマ］・リックス構造のミクサー５０の代
替実施態様が示してあり、第１図のミクサー１０が含ま
れ、また局部信号ν、０を増幅するために使われる分布
増幅器５１を有している。
増幅器５１は、伝送線路部分子１−Ｔ４と、伝送線路部
分子Ｓ−Ｔ？から成る出力伝搬回路網とから成り、伝送
線路Ｔ、の端部が端子１３ａと回路Ｎ４１３の伝送線路
部分子５．　　ｌに対して、第１図に関連して一般的に
説明したように、連結されている入力伝搬回路網を有す
る。複数個の、こごでは３個の電界効果トランジスタＦ
Ｅ７１−ＦＥＴ　３が用いられて、伝送線路部分子、−
Ｔ、に沿い供給された入力信号の部分を、個々の電界効
果トランジスタＦＥＴ　１−ＦＥＴ　３に連続結合する
のに使われ、この場合トランジスタＦＥＴＩ〜ＦＥ７３
は連続結合され、そして、次によく理解されるように、
端子１７ａにおいて、伝送線路部分子５．１に向い、伝
送線路部分子、−Ｔ、に沿って伝搬する出力（３号を発
生ずる。
このように、局部発振器信号ν、０の増幅した信号は第
１図のマトリ、クス構造のミクサー１０に送られる。こ
の特殊な配置は、ＬＯ倍信号らＲＦ信号を分離するため
に第１図のミクサーの入力端子にフィルタを設ける必要
性を除き、またＬＯ倍信号利得を１ｊえ、このようにし
てミクサー５０の変換効率を増大する。この配置は、モ
ノリシンクマイクロ波集積回路として実行することは第
２図に示す実行をするよりも多分容易である、その理由
は、マトリックス構造のミク号−素子に対してＬＯ増幅
段とＲＦ増幅段とを結合するために交叉させる必要がな
いからである。
さて、第６図を参照すると、ここに示しであるマトリッ
クス構造のミクサー６０の別の実施態様には、第１図な
いし第５図の各図で今まで説明したように、第１〜５図
あるいは他の手段で供給されるような、形態をもつマト
リックス構造の増幅器から、例えば提供される複合信号
ＲＦ、　ＬＯによって供給されるマトリックス構造のミ
クサー非線形素子ＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、３が含
まれている。このミクサー入力回路網６２は、第１〜５
図に関連して説明したように、出力伝搬回路網１７から
成るトランスバーサル・フィルタ６６、第２の出力伝搬
回路網６５、ここでは進相の、直列連結したコンデンサ
ーと分路連結したインダクタとから成る集中素子回路網
によって、−船釣に図に示すようにマトリックス構造と
される。トランスバーサル・フィルタのトランスバーサ
ル素子は、ここでは、電界効果トランジスタＦＥＴＸ、
１−ＦＥＴＸ、３により提供され、前記トランジスタは
、ＩＦ倍信号前記トランジスタに送られると、回路ｗＡ
１７と回路網６５を組込んで予め設定した通過帯域特性
を提供するように選択された重量もしくは利得を保有し
ている。このように、この配列は、定義の明確なＩＰ通
過帯域をもつミクサー６０を提供するために用いられる
。
第６図のマトリックス構造ミクサー６０におけるトラン
スバーサル・フィルタ６６として用いる上で好適ナトラ
ンスバーサル・フィルタの好適例については、この発明
の譲渡人に譲渡され、この明細書で参考とされた、Ｔａ
ｊｉｍａ等の、１９８９年１月３日出願の、アメリカ特
許出願番号ＮＯ，２９２，７１２で開示されている。マ
トリックス構造の増幅器によりマトリックス構造とされ
たトランスバーサル・フィルタを用いると、コンパクト
のＩＦフィルタが提供できるのであって、このフィルタ
は、連続性線形回路におけるスプリアス信号を抑止し、
高調波飽和を最小化する。
ここで第７図を参照すると、この発明の更に代替実施態
様が示してあり、この中で、対応す、第２個の異る、局
部発振器信号Ｖ、。、及びＶ、。２を用から構成され、
出力信号ＶＲＦに？１数個の中間周波数信号変換を提供
する多重ダウン・コンバーク７０が示しである。このよ
うな回路７０は、多重ダウン・コンバートを必要とする
受信機に一般に用いられる。多重ダウン・コンバートは
、しばしばＩＦ帯域におけるスプリアス信号を減するた
めに用いられる。
代替的に言って、多重ダウン・コンバートは、比較的低
いＩＦ周波数に効率的に変換する場合によく用いられる
。
ここでは、信号ν１．とＶＲＦ□とは、第１ないし６の
各図に関連して一般的に述べたように、第１の複数個の
ミクサー素子ＦＥＴ５　、１−ＦＥＴ５　、２にマトリ
ックス構造をもって供給される。このような信号シワｒ
＋、　ＶＲＦｉは、やはり前述したように、中間伝搬回
路網１３に連続結合される。
第１の局部発振器信号、ここではＶＬＯＩは、端子１３
ａに供給され、中間伝搬回路網１３に結合される。
前記信号ＶＲＦとν、。とは、トランジスタＦＥ７５．
ＩＰＥＴ　５　、２によりダウン・コンバートされ、第
１のＩＦ周波数ωＲＦ，１を提供する第１の変換ωＲＦ
±ω、。、１を提供する。
トランジスタＦＣＴ５　、１−ＦＥＴ５　、２の出力電
極は、−Ｃ的に上述したように回路網１７により連続結
合される。しかし、回路ｍ１７は、また、図示のように
、マトリックス構造のミクサー素子、すなわちここでは
ＦＥＴ６　、１−ＦＥＴ６　、２の連続段の入力すなわ
ちゲート電極を連続結合するのに用いられる。
このＩＰ信号は第２のマトリックス構造のミクサー段に
送られる。第２の信号ＶＬＯｂもまたミクサー素子ＦＥ
Ｔ６　、１−ＦＩＥＴ６　、２の入力に送られる。これ
に対して、第２のＩＦ周波数信号ω７．を提供するため
に、第２の周波数変換１ωＲＦＦ±ω、。、１が端子１
８ｂにおいて提供される。端子１８は、ここでは第１図
におけるように、整合インピーダンスにおいて終端接続
される０代替的に、１段もしくはそれ以上の段の分布増
幅がマトリックス構造のミクサの段の間に配設できる。
この発明に関して好適実施態様について説明したが、こ
れらの諸概念を組入れた他の実施態様が用いることは当
業者には理解容易な筈であ゛る。従って、これらの実施
態様は、開示した実施態様に限定するものではなく、添
付の特許請求の範囲の思想と範囲とによってのみ限定さ
るべきものと考える。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１の特徴に従うマトリックス構造
のミクサーの概略図；第１Ａ図は第１図の回路の一部分
の概略図；第２図はこの発明の別の特徴に従うＲＦ及び
ＬＯの前置増幅をもつマトリックス構造ミクサーの概略
図；第３図は、この発明の更に別な特徴に従うＲＦ及び
ＬＯの双方の信号用の多重増幅段をもつマトリックス構
造のミクサーの概略図；第４図は、複数個の二重ゲート
電界効果トランジスタによりそれぞれがマトリックス構
造とされたＲＦ及びＬＯマトリンクス構造の前置増幅器
をもつマトリックス構造ミクサーの概略図；第５図は、
高度のＲＦ−ＬＯ分離機能とＬＯ前置増幅とを提供する
ための代替技術をもつ第１図に従うマトリックス構造の
ミクサーの概略図；第６図は、　ＩＦろ波用のトランス
バーサル・フィルタをもつマトリックス構造のミクサー
の概略図：そして、第７図は、この発明の更に別な特徴
に係る二重ダウン・コンバータの概略図である。 （外４名）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、第１の入力端子に結合された入力伝搬回路網と、 入力電極と出力電極とを有し前記入力電極が前記入力伝
    搬回路網によって連続的に結合されて成る第１の複数の
    トランジスタと、 第１の複数のトランジスタの前記出力電極を連続的に結
    合する第２の伝搬回路網と、 各々の素子が入力電極と出力電極とを有し前記入力電極
    が前記第２の伝搬回路網によって連続的に結合されて成
    る第１の複数の非線形素子と、前記第１の複数の非線形
    素子の前記出力電極を回路の出力端子に連続的に結合し
    て成る第３の伝搬回路網と、 から構成され、第１入力端子と出力端子とを有する高周
    波、周波数変換回路。 ２、前記回路は周波数マルチプライヤであり、基本周波
    数を有する入力信号は第１入力端子に供給され、前記第
    １の複数のトランジスタから前記素子にマトリックス状
    に供給されて、前記非線形素子の各々の出力において高
    調波周波数を有する信号を与え、前記信号は回路の出力
    端子に結合されて、前記基本周波数の高調波周波数であ
    るところの周波数を有する複合出力信号を供給する請求
    項１に記載の回路。 ３、第１の複数のトランジスタは電界効果トランジスタ
    であり、第１の複数の非線形素子は非線形素子として動
    作する電界効果トランジスタである請求項２に記載の回
    路。 ４、前記回路はミクサーであり、第２伝搬回路網に結合
    された第２の入力端子を有する請求項１記載の回路。 ５、第１の複数のトランジスタは電界効果トランジスタ
    であって、第１の複数の非線形素子は非線形素子として
    動作する電界効果トランジスタである請求項４に記載の
    回路。 ６、回路の第２の入力端子に結合された第２の入力伝搬
    回路網と、 入力電極と出力電極を有し、前記入力電極が前記第２の
    入力伝搬回路網に連続的に結合されて成る第２の複数の
    電界効果トランジスタとを有し、前記第２の複数の電界
    効果トランジスタの前記出力電極と第１の複数の電界効
    果トランジスタの出力電極とは中間伝搬回路網によって
    連続的に結合されて成る、請求項５に記載の高周波ミク
    サー。 ７、前記伝搬回路網の各々がマイクロストリップ伝送線
    を有する請求項５に記載のミクサー。 ８、入力端子と出力端子とをもつ分布増幅器を更に有し
    、前記出力端子がミクサーの第２の入力端子に結合され
    て成る請求項５に記載のミクサー。 ９、選択された利得特性と、入力電極と、出力電極とか
    ら成り、その入力電極は出力伝搬回路網によって連続的
    に結合されて成る少くとも１個のトランジスタと、 前記トランジスタの各々の出力電極を連続的に結合する
    回路網の第２の出力端子に結合された第１の端部をもつ
    集中素子回路網であって予め設定された通過帯域周波数
    特性を生ずるように選択されて成る集中素子回路網と、 を更に有する請求項５に記載のミクサー。 １０、回路網の第１の入力端子に結合された第１の端部
    を有する入力伝搬回路網と、複数の電界効果トランジス
    タであって、前記複数の電界効果トランジスタの入力電
    極が前記入力伝搬回路網によって連続的に結合されてい
    る複数の電界効果トランジスタから成る分布高周波増幅
    器の少なくとも１つの段を有し、Ｖ＿Ｒ＿Ｆが供給され
    る第１の前置増幅器と、 回路網の第２の入力端子に結合された第１の端部を有す
    る入力伝搬回路網と、複数の電界効果トランジスタであ
    って、前記複数の電界効果トランジスタの入力電極が前
    記入力伝搬回路網によって連続的に結合されてなる複数
    の電界効果トランジスタとから成る分布高周波増幅器の
    少なくとも１つの段を有し、Ｖ＿Ｌ＿Ｏが供給される第
    ２の前置増幅器と、 信号ＲＦの周波数をω＿Ｒ＿Ｆとし信号ＬＯの周波数を
    ω＿Ｌ＿Ｏとするとき、｜±ω＿Ｒ＿Ｆ±ω＿Ｌ＿Ｏ｜
    に関する周波数成分を有するＩＦ信号を提供するための
    前記ＲＦ前置増幅器及び前記ＬＯ前置増幅器のトランジ
    スタの出力電極によって信号が供給されるミクサー手段
    と、 から構成され、出力信号Ｖ＿Ｉ＿Ｆをその出力端子にお
    いて提供するために、一対の各個の入力端子において、
    入力信号Ｖ＿Ｒ＿Ｆと局部発振器信号Ｖ＿Ｌ＿Ｏが供給
    されるマトリックス・ミクサー。 １１、前記ミクサー手段が、複数の二重ゲート電界効果
    トランジスタを含み、各々のトランジスタゲートの第１
    ゲートがＲＦ前置増幅器により信号が供給され、第２の
    ゲートがＬＯ前置増幅器によって信号が供給される複数
    の二重ゲート電界効果トランジスタと、更に、前記複数
    の二重ゲート電界効果トランジスタの各々の出力電極を
    ミクサーの出力端子に連続的に結合するための出力結合
    手段を、含む請求項１０に記載のミクサー。 １２、ＲＦ前置増幅の前記段の後続段の出力電極を前記
    ＬＯ前置増幅の後続段の出力電極に連続的に結合する中
    間伝搬回路網と、 複数の非線形素子であって、各々の素子が入力電極と出
    力電極とを有し前記入力電極が前記中間伝搬回路網によ
    って連続的に結合されて成る複数の非線形素子と、 前記非線形素子の出力電極を回路網の出力端子に連続的
    に結合する出力伝搬回路網と、 を前部ミクサーが有する請求項１０に記載のミクサー。 １３、前記前置増幅器の先行段のトランジスタの出力電
    極によって連続的に結合された入力伝搬回路網を有する
    前置増幅器の後続段を具備する前記分布増幅器の複数の
    段を、各々の前置増幅器が有する請求項１０に記載のミ
    クサー。 １４、複数の二重ゲート電界効果トランジスタであって
    、各々のトランジスタのゲートの第１ゲートがＲＦ前置
    増幅器により信号が供給され、第２ゲートがＬＯ前置増
    幅器によって信号が供給される複数の二重ゲート電界効
    果トランジスタと、前記複数の二重ゲート電界効果トラ
    ンジスタの各々の出力電極をミクサーの出力端子に連続
    的に結合するための出力結合手段とを、前記ミクサーが
    有する請求項１３に記載のミクサー。 １５、ＲＦ前置増幅器の前記段の後続段の出力電極を前
    記ＬＯ前置増幅器の後続段の出力電極に連続的に結合す
    る中間伝搬回路網と、 複数の非線形素子であって、各々の素子が入力電極と出
    力電極とを有し前記入力電極が前記中間伝搬回路網によ
    って連続的に結合されて成る複数の非線形素子と、 前記非線形素子の出力電極を回路網の出力端子に連続的
    に結合する出力伝搬回路網と、 を前記ミクサーが有する請求項１３に記載のミクサー。
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