JPH09238027A - ハーモニックミキサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アンチパラレルダイオードペアなどを使用し、
高周波（ＲＦ）信号から中間周波数（ＩＦ）信号に周波
数変換する際の変換損失が、局部発振（ＬＯ）信号のハ
ーモニック次数の偶数／奇数によらずに小さいハーモニ
ックミキサを提供する。 【解決手段】２本のショットキバリアダイオードを反平
行並列に接続してアンチパラレルダイオードペアを構成
し、２組のアンチパラレルダイオードペアＰ１,Ｐ２を
直列に接続する。可変バイアス発生回路１により、ハー
モニック次数が奇数次の場合にはアンチパラレルダイオ
ードペアＰ１,Ｐ２がバランス動作し、ハーモニック次
数が偶数次の場合にはアンチパラレル動作するようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数変換を行う
ためのミキサに関し、特に、ハーモニックミキシング方
式を用いたハーモニックミキサに関する。

【０００２】

【従来の技術】ハーモニックミキサは、ミキシング素子
の非線形性に基づいて局部発振（ＬＯ）信号のハーモニ
ック（高調波）成分を発生させ、ミキシング素子によ
り、この高調波成分と入力した高周波（ＲＦ）信号との
周波数差に相当する中間周波数（ＩＦ）信号を得るもの
であり、例えば、マイクロ波帯、ミリ波帯の周波数の信
号を扱うシステムにおいて、数十ＧＨｚの高周波信号を
数百ＭＨｚの中間周波数信号に周波数変換するのに用い
られている。

【０００３】従来、ハーモニックミキサとして、ミキシ
ング素子に２本のショットキバリアダイオード（ＳＢ
Ｄ; Schottky barrier diode）を用いたものが広く知ら
れている。その際、２本のショットキバリアダイオー
ドを相互に逆極性になるように並列接続したアンチパラ
レルダイオードペア（反平行ダイオード対）を用い、こ
のアンチパラレルダイオードペアを高周波信号の進行方
向とに対して直列になるように配置してミキシング動作
を行わせるものと、高周波信号または局部発振信号に
対して２本のショットキバリアダイオードをバランス
（平衡）動作させてミキシング動作を行わせるものがあ
る。ここでバランス動作とは、ある信号成分について、
２本のショットキバリアダイオードにその信号成分が同
時に流れることを意味する。また、アンチパラレル動作
の場合には、注目している信号が、その位相角に応じ、
アンチパラレルダイオードペアを構成する２本のダイオ
ードを交互に流れることになる。

【０００４】図１(a)は、２本のショットキバリアダイ
オードＤ１,Ｄ２を相互に逆極性になるように並列接続
して構成されたアンチパラレルダイオードペアを示して
いる。また、図１(b)はこのアンチパラレルダイオード
ペアを用いたハーモニックミキサの原理的な構成を示し
ており、アンチパラレルダイオードペアの一端から高周
波（ＲＦ）信号を供給し、他端から局部発振（ＬＯ）信
号を供給することにより、他端側から中間周波数（Ｉ
Ｆ）信号が得られている。

【０００５】アンチパラレルダイオードペアを用いたハ
ーモニックミキサでは、局部発振信号の高調波成分のう
ち周波数変換に使用される成分の次数であるハーモニッ
ク次数が偶数の場合には良好な変換損失特性を得ること
が可能であるが、ハーモニック次数が奇数の場合には、
変換損失が増加し周波数平坦度が悪化して、受信感度が
悪化し、信号の識別に支障を来すおそれがある。一方、
バランス動作させたショットキバリアダイオードを用い
たハーモニックミキサでは、ベースミキシングの場合
（ハーモニック次数＝１、すなわち中間周波数信号の基
本波成分を周波数変換に使用する場合）やハーモニック
次数が奇数のときには変換損失が小さいものの、ハーモ
ニック次数が偶数の場合には、上述したアンチパラレル
ダイオードペアを用いたハーモニックミキサに比べ、変
換損失が悪化する。その結果、ハーモニック次数が偶数
の場合には、受信感度が悪化して信号の識別に支障を来
すおそれがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、アン
チパラレルダイオードペアを用いたハーモニックミキサ
には、ハーモニック次数が奇数の場合に変換損失が増加
して受信感度が悪化するという問題点がある。また、バ
ランス動作によるハーモニックミキサには、ハーモニッ
ク次数が偶数のときに変換損失がアンチパラレルダイオ
ードを用いたものよりも増加するという問題点がある。
結局、ハーモニック次数が偶数、奇数のいずれの時であ
っても良好な変換損失を示すハーモニックミキサが得ら
れていないのが現状である。

【０００７】本発明の目的は、アンチパラレル動作を行
うミキシング素子を用いたハーモニックミキサであっ
て、ハーモニック次数が偶数のときの変換損失特性を損
なうことなく、ハーモニック次数が奇数次のときでも変
換損失を小さくできるものを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のハーモニックミ
キサは、高周波信号と局部発振信号とを入力し高周波信
号を中間周波数信号に周波数変換して出力するハーモニ
ックミキサにおいて、相互に反平行接続された対をなす
非線形素子を有するミキシング素子と、ミキシング素子
にバイアスを印加する可変バイアス発生回路とを有し、
高周波信号または局部発振信号に対し、ハーモニック次
数が偶数次のときにはミキシング素子がアンチパラレル
動作し、ハーモニック次数が奇数次のときにはミキシン
グ素子がバランス動作するように、ミキシング素子にバ
イアスを印加する。

【０００９】本発明のハーモニックミキサは、アンチパ
ラレルダイオードペアなど、相互に反平行接続された対
をなる非線形素子を有するミキシング素子を使用し、可
変バイアス発生回路からのバイアスにより、所望に応じ
てこのミキシング素子をアンチパラレル動作させたりバ
ランス動作させたりしようとするものである。ミキシン
グ素子としては、２本のショットキバリアダイオードを
相互に逆極性になるように並列接続してアンチパラレル
ダイオードペアを構成し、このアンチパラレルを２つ直
列に接続したものを好ましく用いることができる。この
場合、ハーモニック次数が偶数次の時にはアンチパラレ
ル動作し、ハーモニック次数が奇数次の場合にはバラン
ス動作するように非線形素子の動作点を変化させる（典
型的には、ダイオードをオン、オフさせる）必要がある
ので、可変バイアス発生回路としては、ハーモニック次
数が偶数であるか奇数であるかに応じて発生するバイア
ス電圧を変化させるものを用いることができる。

【００１０】非線形素子としては、上述の他、ショット
キバリアダイオード以外のダイオードや、トランジスタ
なども使用することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。図２は、本発明の実施の一形態のハーモニ
ックミキサの原理的構成を示す回路図である。

【００１２】可変バイアス発生回路１が設けられている
とともに、高周波（ＲＦ）信号を入力することのできる
入力端が伝送線路を用いて形成されており、この伝送線
路と接地端の間に第１のアンチパラレルダイオードペア
Ｐ１が挿入され、また、伝送線路と可変バイアス発生回
路１の間に第２のアンチパラレルダイオードペアＰ２が
挿入されている。局部発振（ＬＯ）信号は、可変バイア
ス発生回路１と第２のアンチパラレルダイオードペアＰ
２との接続点に、例えばコンデンサ（不図示）を介して
供給される。そして、中間周波数（ＩＦ）信号は、各ア
ンチパラレルダイオードペアＰ１,Ｐ２と高周波信号の
入力端との接続点から、例えばコイル（不図示）を介し
て取り出される。各アンチパラレルダイオードペアＰ
１,Ｐ２は、それぞれ、２本のダイオードを相互に逆極
性となるように並列接続して構成されている。使用する
ダイオードとしては、高周波信号のＳ／Ｎを劣化させな
いような、雑音指数の小さなものを選定する。

【００１３】入力する高周波信号の周波数をｆ_RF、局部
発振周波数をｆ_LO、中間周波数をｆ _IF、ハーモニック次
数をＮとおくと、これらの間には、 Ｎ・ｆ_LO − ｆ_RF ＝ ｆ_IF …(1) なる関係がある。

【００１４】可変バイアス発生回路１によって、ハーモ
ニック次数Ｎが奇数のときと偶数のときとで各アンチパ
ラレルダイオードペアＰ１,Ｐ２に印加されるバイアス
電圧を変化させることにより、ハーモニック次数が偶数
次のときには各アンチパラレルダイオードペアＰ１,Ｐ
２がアンチパラレル動作を行うように、奇数次のときは
直列接続された２つのアンチパラレルダイオードペアＰ
１,Ｐ２によって局部発振信号に対してバランス動作が
行われるようにすることが可能になる。具体的には、ハ
ーモニック次数が偶数次のときには直流バイアス電圧が
各ダイオードに印加されないようにし、奇数次のときに
は十分な直流バイアス電圧が各ダイオードに印加される
ようにする。このようにハーモニック次数の偶数／奇数
の別に応じてアンチパラレルダイオードペアＰ１,Ｐ２
の動作形態を変えることにより、ハーモニック次数が偶
数であっても奇数であっても良好な変換損失を得ること
のできる周波数変換が可能になる。すなわち変換損失が
ハーモニック次数に制限されることがなくなる。このよ
うにして、従来のものに比ベて広帯域なハーモニックミ
キサを実現できる。

【００１５】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図３は本発明の一実施例のハーモニックミ
キサの構成を示す回路図である。

【００１６】このハーモニックミキサは、ミキシング素
子として４本のショットキバリアダイオードＤ１１〜Ｄ
１４を用いており、ダイオードＤ１１,Ｄ１２を相互に
逆極性にして並列接続して第１のアンチパラレルダイオ
ードペアを構成し、ダイオードＤ１３,１４を相互に逆
極性にして並列接続して第２のアンチパラレルダイオー
ドペアを構成している。ダイオードＤ１１のアノードと
ダイオードＤ１２のカソードは接地されている。２つの
アンチパラレルダイオードペアの接続点（ダイオードＤ
１１,Ｄ１４のカソードとダイオードＤ１２,Ｄ１３のア
ノードの接続点）には、コンデンサＣ１を介して高周波
信号入力端子２が接続するとともに、コイルＬ１とコン
デンサＣ４を介して中間周波数信号出力端子４が接続し
ている。ダイオードＤ１３のカソード及びダイオードＤ
１４のアノードの接続点には、コンデンサＣ２を介して
局部発振信号入力端子３が接続し、さらに、コイルＬ２
を介して可変バイアス発生回路１が接続している。コイ
ルＬ２の可変バイアス発生回路１側の端部には、一端が
接地したコンデンサＣ３が接続している。このハーモニ
ックミキサは、例えばアルミナ基板上に作成され、各端
子２〜４に同軸コネクタなどを接続することにより、モ
ジュール化される。

【００１７】コンデンサＣ１,Ｃ２,Ｃ４は、それぞれ、
可変バイアス発生回路１から供給される直流電圧が、高
周波信号入力端子２、局部発振信号入力端子３及び中間
周波数信号出力端子４に現れることを防止するためのも
のである。コイルＬ１は、入力した高周波信号や局部発
振信号が、中間周波数信号出力端子４側に漏れることを
防ぐためのものであり、高周波信号や局部発振信号の周
波数帯域において十分大きなインピーダンスが得られる
ものを選ぶ。同様に、コイルＬ２は、コンデンサＣ４と
併用され、高周波信号や局部発振信号、中間周波数信号
が可変バイアス発生回路１側に漏れることを防ぐための
ものである。

【００１８】次に、このハーモニックミキサの動作を説
明する。

【００１９】周波数変換対象の高周波（ＲＦ）信号は高
周波信号入力端子２から、また、局部発振（ＬＯ）信号
は局部発振信号入力端子３から、それぞれ、各ダイオー
ドＤ１１〜Ｄ１４に供給され、上記の式(1)によるハー
モニックミキシングによって、中間周波数（ＩＦ）信号
に周波数変換される。このとき、高周波信号の周波数ｆ
_RFと、必要とする中間周波数信号の周波数ｆ_IFと、用意
することが可能な局部発振周波数ｆ_LOとから、式(1)に
したがってハーモニック次数Ｎを決定する。

【００２０】ハーモニック次数Ｎが偶数の場合には、可
変バイアス発生回路１によって各ダイオードＤ１１〜Ｄ
１４には実質的に直流バイアスが印加されないようにす
る。その結果、各ダイオードＤ１１〜Ｄ１４には高周波
信号や局部発振信号のみが印加されることになり、これ
らダイオードＤ１１〜Ｄ１４で構成される２つのアンチ
パラレルダイオードペアはそれぞれアンチパラレル動作
を行うことになる。したがって、従来の技術で述べたよ
うに、変換損失を小さくして周波数変換を行うことが可
能になる。

【００２１】一方、ハーモニック次数Ｎが奇数の場合に
は、可変バイアス発生回路１によって正の直流バイアス
を各ダイオードＤ１１〜Ｄ１４に印加し、ダイオードＤ
１１,Ｄ１３が逆バイアスによるカットオフ状態、ダイ
オードＤ１２,Ｄ１４が順バイアスによるオン状態にな
るようにする。その結果、このハーモニックミキサは、
ダイオードＤ１２,Ｄ１４がバランス動作するハーモニ
ックミキサとなり、上述したように、変換損失を小さく
して周波数変換を行うことが可能になる。もちろん、可
変バイアス発生回路１によって負の直流バイアスを発生
させ、ダイオードＤ１１,Ｄ１３がオン状態、ダイオー
ドＤ１２,Ｄ１４がオフ状態となるようにしてもよい。

【００２２】結局、本実施例のハーモニックミキサで
は、所望の周波数変換に必要なハーモニック次数Ｎが偶
数であるか奇数であるかに応じて可変バイアス発生回路
１で発生する直流バイアスを異ならせることにより、ハ
ーモニック次数の偶数／奇数によらず、変換損失の小さ
な周波数変換が実現したことになる。なお、高周波信号
入力端子２と局部発振信号入力端子３とを入れ換えて
も、上述と同様に周波数変換動作が行われることは言う
までもない。

【００２３】以上、本発明の実施例について、４個のシ
ョットキバリアダイオードをミキシング素子として用い
たハーモニックミキサを説明したが、本発明におけるミ
キシング素子は、可変バイアス発生回路によって印加さ
れるバイアスを変えることによってアンチパラレル動作
とバランス動作とを切り替えて動作するものであれば、
４個のショットキバリアダイオードからなるものに限ら
れるものではない。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、相互に反
平行接続された対をなす非線形素子を有するミキシング
素子と、ハーモニック次数が偶数次か奇数次かに応じて
ミキシング素子に異なるバイアスを印加する可変バイア
ス発生回路とを設け、ハーモニック次数が偶数次のとき
にはミキシング素子がアンチパラレル動作を行い、奇数
次のときにはバランス動作を行うようにすることによ
り、周波数変換時の変換損失が小さく、かつ、受信可能
な高周波信号の周波数帯域がハーモニック次数によって
制限されることがないハーモニックミキサが得られると
いう効果がある。これにより、例えば、数ＧＨｚから数
十ＧＨｚの広帯域な高周波信号を数百ＭＨｚの中間周波
数信号に周波数変換することが可能になり、受信感度に
優れ、とりわけハーモニック次数に依存しない周波数変
換が可能になる。したがって、マイクロ波、ミリ波帯の
計測器分野で高感度な信号解析が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)はアンチパラレルダイオードペアを示す回
路図、(b)はアンチパラレルダイオードペアを用いた従
来のハーモニックミキサの原理的構成を示す回路図であ
る。

【図２】本発明の実施の一形態のハーモニックミキサの
原理的構成を示す回路図である。

【図３】本発明の一実施例のハーモニックミキサの構成
を示す回路図である。

【符号の説明】 １ 可変バイアス発生回路 ２ 高周波信号入力端子 ３ 局部発振信号入力端子 ４ 中間周波数信号出力端子 Ｃ１〜Ｃ４ コンデンサ Ｄ１,Ｄ２,Ｄ１１〜Ｄ１４ ショットキバリアダイオ
ード Ｌ１,Ｌ２ コイル Ｐ１,Ｐ２ アンチパラレルダイオードペア

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号と局部発振信号とを入力し前
   記高周波信号を中間周波数信号に周波数変換して出力す
   るハーモニックミキサにおいて、 相互に反平行接続された対をなす非線形素子を有するミ
   キシング素子と、 前記ミキシング素子にバイアスを印加する可変バイアス
   発生回路とを有し、 前記高周波信号または前記局部発振信号に対し、ハーモ
   ニック次数が偶数次のときには前記ミキシング素子がア
   ンチパラレル動作し、ハーモニック次数が奇数次のとき
   には前記ミキシング素子がバランス動作するように、前
   記ミキシング素子にバイアスを印加することを特徴とす
   るハーモニックミキサ。
2. 【請求項２】 高周波信号と局部発振信号とを入力し前
   記高周波信号を中間周波数信号に周波数変換して出力す
   るハーモニックミキサにおいて、 相互に逆極性になるように並列接続された２本のショッ
   トキバリアダイオードからなる第１のアンチパラレルダ
   イオードペアと、 相互に逆極性になるように並列接続された２本のショッ
   トキバリアダイオードからなり前記第１のアンチパラレ
   ルダイオードペアに対して直列に接続された第２のアン
   チパラレルダイオードペアと、 前記第１アンチパラレルダイオードペアと前記第２のア
   ンチパラレルダイオードペアとの直列接続体に対してバ
   イアスを印加する可変バイアス発生回路とを有し、 第１のアンチパラレルダイオードペアと第２のアンチパ
   ラレルダイオードの中点に対して前記高周波信号及び前
   記局部発振信号の一方が印加され、前記直列接続体の一
   端に前記高周波信号及び前記局部発振信号の他方が印加
   され、前記可変バイアス発生回路により、ハーモニック
   次数が偶数次のときには前記各ショットキバリアダイオ
   ードに実質的にバイアス電流が流れないようにし、ハー
   モニック次数が奇数次のときには前記バイアスによって
   前記各ショットキバリアダイオードのうちの同一方向の
   ２本のショットキバリアダイオードのみに実質的に電流
   が流れるようにすることを特徴とするハーモニックミキ
   サ。
3. 【請求項３】 前記直列接続体の他端が接地され、前記
   中点から前記中間周波数信号が取り出される請求項２に
   記載のハーモニックミキサ。