JPS585009A - シングル・ミキサ - Google Patents

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】 本発明はストリップ線路あるいはマイクロストリップ線
路等の平面回路を用いたミキサに関し、特にマイクロ波
帯において低雑音特性が広帯域にわたって得られるとと
もに、中間周波信号周波数がＧＨｚ　帯あるいはＧＨｚ
　　近くの高い場合におけるダイオード装荷点の短絡方
法を提供するマイクロ波集積回路（ＭＩＣ）化シングル
・ミキサに関するものである。

ＭＩＣを用いた従来の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方法として第１図に示すよ
うな回路が使われていた。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ａに印加される。一方、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ィルタ
（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は低域通過フィルタで、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λ 局部発振信号のに波長（−２）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％波長（−Ａ−）線路と特性インピーダンスの低い
阿波長終端開放スタブとから構成された終端が接地短絡
された低域通過フィルタである。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ィル
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ったが、中間周波
信号周波数が高くなるに従って中間周波信号短絡回路７
の有するインダクタンスが無視できなくなシ、もはや短
絡回路とは見なされない。、このとき中間周波信号短絡
回路７のインピーダンスはある有限の大きさをもつフィ
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った。

この欠点を軽減しようとして中間周波信号短絡回路７の
インピーダンスを小さくするため、中間周波信号短絡回
路７の寸法を短かくするとか、中・開局波信号短絡回路
７を構成するストリップ線路の幅を広くして特性インピ
ーダンスを低くする方法が考えられるが、寸法を短かく
したり線路の幅を広くすると、今度は中間周波信号短絡
回路７が主線路２０線路インピーダンスを大きく乱した
り、伝搬損失を増大させるという問題が新たに生じる欠
点があった。

本発明の目的の一つは上記従来例のもつ欠点を除未する
もので、主線路上に主線路に対し直列に高周波信号に対
しては通過特性を示すが中間周波信号に対しては開放イ
ンピーダンスを示す中間周波信号阻止回路を設け、かつ
、この主線路を一部利用して高周波的にミキサ・ダイオ
ードの装荷点を短絡することにより、中間周波信号周波
数が高い時でもミキサ・ダイオードの装荷点を確実に短
絡せしめるものである。

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。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。一方、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は低域通過フィルタで、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λ 高周波信号や局部発振信号の％波長（−２）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ａ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。９は為周波信号に対
しては通過特性を示すが中間周波信号に対しては開放イ
ンピーダンスを示す中間周波信号阻止回路で、この中間
周波信号阻止回路９の近傍には終端開放の低域通過フィ
ルターｏが主線路２に並列に接続され、終端開放の低に
選んでいる。

第２図の実施例では中間周波信号阻止回路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から低域通過フィダイオード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。従って
、中間周波信号周波数が高くてもダイオード装荷点を中
間周波信号で確実に短絡せしめることができる。また、
中間周波信号阻止回路９が主線路２に直列に設けられて
いるため、ダイオード装荷点Ｂの短絡状態が端子１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図は本発明の実施例である第２図における中間周波
信号阻止回路９の具体的構成方法を示すものである。

第３図ａはに波長線路結合形インタディジタル直、流阻
止回路で、２本の終端開放のストリップ線路が開放端か
ら高周波信号の約に波長（−！−）の長さにわたシ分布
結合したものであり、構成が簡単で寸法が小さく、高周
波信号に対しては挿入損失が少なく、しかも広帯域にわ
たって帯域通過フィルタ特性を示す。しかし、分布結合
する２本の終端開放のストリップ線路の結合ギャップに
よるギヤツブ間容量は、例えば高周波信号周波数が１２
ＧＨｚ　　では普通０．１　ｐＦ以下になり、ギヤツブ
間容量がｏ、１ｐＦとしても中間周波信号周波数が１Ｇ
Ｈｚ　　の場合、ギヤツブ間容量の示すインピーダンス
は約１．６にΩとなシ、はぼ開放インピーダンスに近い
ことがわかる。

第３図すは半波長ストリップ線路共振器による帯域通過
フィルタであり、半波長ストリップ線路λ の長さを高周波信号の阿波長（Ｔ）に選ぶことによシ高
周波信号に対しては通過特性を示すが、中間周波信号に
対しては線路の一端が開放されているため中間周波信号
阻止回路として動作し開放インピーダンスを示す。

また従来、ストリップ線路、マイクロストリップ線路等
の平面回路を用いたマイクロ波集積回路化ミキサとして
、低雑音特性を広帯域にわたって得るのが比較的容易で
あるミキサ・ダイオードを個あるいは４個使用する平衡
形ミキサあるいは１１、　、・ 二重平衡形ミキサが一般的に採用されていた。

第４図はＭＩＣによる平衡形ミキサの一例である。高周
波信号入力端子１１および局部発振信号入力端子１２か
らそれぞれ入力された高周波信号および局部発振信号は
３ｄＢ方向性結合器１３によりｓｄＢずつ電力分配され
てミキサ・ダイオード１４および１６に印加される。そ
して高周波信号と局部発振信号の差の周波数成分である
中間周波信号を低域通過フィルタ１６を介して中間周波
信号出力端子１７から取り出す。１８．１９はともに中
間周波信号短絡回路で、ミキサ・ダイオード１４および
１６のダイオード装荷点を中間周波信号周波数で短絡さ
せるため設けられており、終端が接地短絡された低域通
過フィルタにより構成されている。

この平衡形ミキサは広帯域特性が比較的容易に得られる
が、ミキサ・ダイオードを２個必要とするため、ミキサ
の製造コストが高くつく欠点があった。

ミキサ・ダイオードの使用が１個で済むシングル・ミキ
サは導波管回路では普通一般に用いられており、第６図
はそのブロック図を示す。第６図のミキサの動作を説明
すると、高周波信号入力端子２０から入力された高周波
信号は、高周波信号だけを選択通過させる帯域通過フィ
ルタ（ＢＰＦ）２１を通過してミキサ・ダイオード２２
に印加され、一方、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、主線路２４とは局部発振信号周
波数のみで結合し局部発振信号だけを選択通過させる帯
域通過フィルタ（ＢＰＦ　）２５を通過してミキサ・ダ
イオード２２に印加され、そしてミキサ・ダイオード２
２で発生した中間周波信号は低域通過フィルタ（ＬＰＦ
　）２ｅを介して中間周波信号出力端子２７から取り出
される。

第６図にＢＰＦ２１とＢＰＦ２Ｊ５の特性およびミキサ
において重要な周波数成分を示す。高周波信号周波数は
ｆ　９局部発振信号周波数はｆｌ　　。

中間周波信号周波数は’ｉｆである。ミキサにおいては
中間周波、信号の他にイメージ信号（２ｆρ−ｆｒや周
波数成分番有しｆｍの周波数で表わす）およ１３、 び和信号（ｆｒ＋ｆｌの周波数成分を有し１８０周波数
で表わす）も発生し、このイメージ信号および和信号成
分に対する取扱いが重要になり、特にイメージ信号をＢ
ＰＦ２１で抑圧することがミキサの性能を向上すること
につながるため、ＢＰＦ２１には破８２Ｂに示すように
高周波信号ｆｒを通過させイメージ信号ｆｍに対しては
十分に抑圧する特性が求められ、ＢＰＦ２３には破線２
９に示すように局部発振信号ｆ！を通過させ高周波信号
ｆｒおよびイメージ信号ｆ工に対しては十分に抑圧する
〜特性が求められる。

第５図の構成のミキサをス）　ＩＪツブ線路あるいはマ
イクロストリッ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が、それは主と
して平面回路のＱ値が低いためである。ＭＩＣで広帯域
・低雑音しかも中間周波信号周波数がＧＨｚ　帯の高い
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
ジ信号に対しては抑圧の大きく、しかも広帯域にその特
性を満足するフィルタ含有すること。

（２）局部発振信号に対する帯域通過フィルタは高周波
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
信号の伝播損失の少ない構成とすること。

（６）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なＧ
Ｈｚ　帯にて実現すること。

（６）　　ミキサの回路構成が簡単であること。

本発明は上記条件を満足する構成が簡単で低雑音、広帯
域の特性を有する低価格のＭＩＣ化シングル・ミキサを
提供するものである。

第７図に本発明の他の実施例を示す。高周波信号入力端
子３０から入力された高周波信号は主線路３１を伝播し
てミキサ・ダイオード３２に印加される。３３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
るフィルタで３段の終端開放スタブで構成され、ミキサ
・ダイオード３２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、このフ
３４は高周波信号１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３２の端子りを高周波的に
短絡させ、中間周波信号は通過させる低域通過フィルタ
である。３５はミキサ・ダイオード３２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。３６
は中間周波信号整合回路で、中間周波信号出力端子３６
からミキサ・ダイオード３２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３６は並列インダクタンス回路３６′を含み
、この並列インダクタンス回路３６′はミキサ・ダイオ
ード３２を流れるバイアス電流の帰還回路の一部分にも
なっている。３７は高周波信号に対しては通過特性を示
すが中間周波信号に対しては開放インピーダンスを示す
中間周波信号阻止回路で、フィルタ３３からは比較的近
い所ににわたり分布結合した％波長線路結合形インタデ
ィジタル直流阻止回路で構成されている。３８は終端開
放の低域通過フィルタで、中間周波信号阻止回路３７の
近傍で主線路３１に接続されており、この低域通過フィ
ルタ３８の開放端からミキサ・オード３２の端子′Ｃは
中間周波信号で高周波的に短絡されている。局部発振信
号入力端子３９から入力された局部発振信号は半波長ス
トリップ線路共振器で構成された局発ＢＰＦ４０を介し
てミキサ・ダイオード３２に印加されるが、局発ＢＰＦ
４ｏの主線路３１に対する高周波的結合点Ｅからフィル
タ３３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。４１および４２は高周波信号整合回路で、高周波信
号入力端子３０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４１は終端開放スタブで構成され、高周波信
号整合回路４２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。４３はミキサ・ダイオード３
２を流れるバイアス電流の帰還回路で、終端が接地短絡
された低域通過フィルタで構成されている。

第７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ィルタを、構成が簡単
で寸法が小さい３段の終端開放スタブフィルタ３３で構
成し、このフィルタをミキサ・ダイオード３２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置
しているため、高周波信号入力端子３ｏ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３２
に伝播し、ミキサ・ダイオード３２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
ジ抑圧比の大きいミキサ特性が得られる。また、終端間
−放の低域通過フィルタ３８を主線路３１に並列に接続
して、終端開放の低域の長さに選んでおり、しかも、中
間周波信号阻止回路３７は中間周波信号に対しては開放
インピーダンスを示すだめ、ミキサ・ダイオ一ド３２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。従って中間周波信号周波数がＧＨｚ帯と高く
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。さらに中間周波信号阻止回路３７
が主線路３１に対し直列に設けられているため、ダイオ
ード装荷点Ｃの短絡状態が高周波信号入力端子３０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
。よって、中間周波信号での整合帯域が制限されること
が少なく、ＧＨｚ　　帯と高い中間周波信号周波数で低
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３２で発生した中間周波信号
は低域通過フィルタ３４および並列インタフタンス回路
３６′を含む中間周波信号整合回路３ｅを順次通過させ
て取り出す構成で、中間周波信号整合回路３６としてミ
キサ・ダイオード３２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３６’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、またフィルタ３３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８図は第７図の実施例におけるフィルタ３３の構成方
法の一実施例を示すものである。主線路４４に長さがそ
れぞれβ１’２．’１の終端開放スタブ４５，４６．４
７が間隔１゜でもって順次差マ接続されている。終端開
放スタブ４６〜４７の長さ１１．β２．β、はイメージ
信号の帯域内かその近傍にフィルタの極衰極がくるよう
にイメージ信号の阿波長（””）前後の長さに選ぶと同
時にｘ２＜ｉｔｌの関係を満足するように選ぶ。終端開
放スタブ４６〜４７の間隔２゜につぃては高周波信号の
％波長（％２ｒ）よシも長くに波長（にλｒ）よりも短
かぐ、しかもβ２＜４１＜２゜の条件のもとてフィルタ
３３に要求される特性に対応して１１゜β２との関連で
決定されるが、このフィルタは高周波信号周波数ｆｒが
イメージ信号周波数ｆ。よシ声高いｆｒ＞ｆｒｎの時に
シングル・ミキサ用のフィルタとして有効に動作するこ
とが確認されている。例えば、比誘電率２．６の誘電体
基板上で特性インピーダンスが６０Ωの終端開放スタブ
を特性インピーダンスが同じく６０Ωの主線路に並列に
接続し、Ａ（＞＝６−４咽、　ｆｉ１＝５．５ｍ　、　
ｆｉ２＝４．９簡に選ぶと１１．７〜１３．０ＧＨｚ　
　）周波数範囲でｖＳｗＲｌ、６以下、　８〜１０．５
　ＧＨｚ　（Ｑ周波数範囲で３０ｄＢ以上の減衰量を有
するフィルタ特性が得られる。

、とべは高周波信号周波数が１２ＧＨ！帯、中間周波２
１　、 信号周波数が１ＧＨｚ　帯、イメージ信号周波数が９Ｇ
Ｈｚ　　帯で帯域幅として１ＧＨｚ　　前後のシングル
・ミキサ用のフィルタとして有効であり、阻止帯域幅１
通過帯域幅はともにＩ　ＧＨｚ　以上の広帯域である。

しかも、第８図の実施例に示すフィルタは構成が簡単で
、寸法−；小さいため高周波信号における挿入損失は小
さい。

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、中間周波信号阻止回路とミキサ
・ダイオードとの間にある主線路と高周波的に結合した
局発ＢＰＦを介して行なっているが、必ずしも、実施例
で説明した方法によらなくてもよい。例えば、端子１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、低域通過フィルタ６あるいは３４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、主線路上に高周波信号
に対しては通過特性を示すが中間周波信号に対しては開
放インピーダンスを示す中間周波信号阻止回路を設け、
この中間周波信号阻止回路の近傍に終端が開放された低
域通過フィルタを接続し、この終端が開放された低域通
過フィルタの開放端からミキサ・ダイオードまでの距離
を中間周波信号の％波長の長さに選ぶことによシ、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。従って、中間周波信号周波数が高い
吟で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。また、中間周波信号阻止回路が主線路に直列に設
けられているため、ダイオード装荷点の短絡状態が高周
波信号の入力端子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。よって、中間周波信号での整合
帯域幅が制限されることが少なく、高い中間周波信号周
波数で、低雑音なミキサ性能を広帯域にわたって得るこ
とができる。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】

２３ 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よるミキサのパターン図、第
３図ａ、ｂは第２図の実施例における中間周波信号阻止
回路の具体的構成のパターン図で、ａはメ波長線路結合
形インタディジタル直流阻止回路、ｂは半波長ストリッ
プ線路共振器による帯域通過フィルタ、第４図はＭｒＣ
による従来の平衡形ミキサのパターン図、第６図は導波
管回路でよく用いられるシングル・ミキサの構成を示す
ブロック図、第６図はミキサの主要な周波数成分と第６
図のＢＰＦの特性図、第７図は本発明の他の一実施例に
よるシングル・ミキサのパターン図、第８図は第７図の
実施例に用いられる３段の終端開放スタブによるフィル
タのパターン図である。 １・・・・・・高周波信号入力端子、２・・・・・・主
線路、３・・・・・・ミキサ・ダイオード、４・・・・
・・局部発振信号入力端子、５・・・・・・局発用帯域
通過フィルタ、６・・・・・・低域通過フィルタ、８・
・・・・・中間周波信ｉり沁端子、９・・・・・・中間
周波信号阻止回路、１０・・・・・・低域通過フィルタ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ストリップ線路あるいはマイクロストリップ
   線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・ミキサにおいて、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
   フィルタを接続し、前記主線路に並列に終端開放の低域
   通過フィルタを接続し、この終端開放の低域通過フの距
   離を中間周波信号の阿波長の長さに選び、前記終端開放
   の低域通過フィルタと前記主線路との接続点の近傍で、
   かつ前記高周波信号入力端子側にある前記主線路上に、
   中間周波信号に対してはる特許請求の範囲第１項記載の
   シングル・ミキサ。 ンスがイメージ信号周波数で短絡となる位置に、とで構
   成され、第１．第２および第３のスタフの長さβ１．β
   ２．β３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
   のに波長あるいははほに波長の長さに選び、！、（Ｊｌ
   （１゜＜Ｊｌ、かつβ２〈２３く２゜く２１２の条件を
   、満足するか、あるいはｘ２＜ｐ、１＝稲く！。〈２Ｉ
   １．２の条件を満足するように１゜、β１１’２１β３
   の長さを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。 （６）前記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！。を高周波信号の％波長よりも長くん波
   長よシも短かく選んだことを特徴とする特許請求の範囲
   第４項記載のシングル・ミキサ。 （ｅ）　　前記低域通過フィルタの出方側に中間周波信
   号整合回路を設け、この中間周波信号整合回路を少なく
   とも１本以上の終端が接地短絡された並列インダクタン
   スで構成するとともに、この並列インダクタンスの少な
   くとも１本を前記ミ、キサ・ダイオードに流れるバイア
   ス電流の帰還回路として用いたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のシングル・ミキサ。