JPS6317367B2 - - 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、該低域通過フ
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
絡する方法として、他端が接地短絡された低域通
過フイルタをミキサ・ダイオードの近傍に接続
し、該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
る方法がとられていた。

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
（局振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つインダクタンス
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。端子１０の近傍には終端が接地
短絡された低域通過フイルタ１２が主線路２に並
列に接続され、終端が接地短絡された低域通過フ
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。

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から終端が接地短絡された
低域通過フイルタ１２の接地短絡端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Ｂ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。ま
た、中間周波信号周波数に対応して終端が接地短
絡された低域通過フイルタ１２の線路長を変化さ
せることにより、主線路２の線路長を変えずにダ
イオード装荷点Ｂを中間周波信号で高周波的に短
絡することができるため、主線路２の線路長を極
力短かくして主線路２による高周波信号の伝播損
失を最小限に押えることができる。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図の実施例では、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2l
から高周波信号の周波数rを差し引いた周波数
2l−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
信号を再び中間周数信号に再変換し、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
の短絡回路を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３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
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１
７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。端子１５
の近傍には終端が接地短絡された低減通過フイル
タ２７が主線路１６に並列に接続され、終端が接
地短絡された低域通過フイルタ２７の接地短絡端
２８からミキサ・ダイオード１８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。

第３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、終端が
接地短絡された低減通過フイルタ２７を主線路１
６に並列に接続して、接地短絡端２８からミキ
サ・ダイオード１８までの電気長を中間周波信号
の１／２波長（λif／２）の長さに選んでおり、しかも
、 線路変換回路１４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
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、Ｇ
Hz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、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′を用いているとともに、終端
が接地短絡された低域通過フイルタ２７もミキ
サ・ダイオード１８に流れるバイアス電流の帰還
回路を兼ねているので、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１９
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。更に、主線路１６の線路長
を極力短かくして主線路１６の高周波信号に対す
る伝播損失を最小限に押えることができ、ダイオ
ード装荷点Ｃの中間周波信号に対する短絡状態の
実現は、終端が接地短絡された低域通過フイルタ
２７の線路長を変化させることにより行なえる。

第４図は第３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２９に長さ
がそれぞれl₁，l₂，l₁の終端開放スタブ３０〜３
２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３０〜３２の長さl₁，l₂，l₁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の関係を満足す
るように選ぶ。終端開放スタブ３０〜３１の間隔
l₀については高周波信号の５／16波長（５／16λr）よ
り も長く７／16波長（７／16λr）よりも短かく、しかもl
₂ ＜l₁＜l₀の条件のもとでフイルタ１６に要求され
る特性に対応してl₁，l₂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mよりも高い条件r＞m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。

第５図は第４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３０〜３１を、特性インピーダ
ンスが同じく50Ωの主線路２９に並列に接続し、
l₁＝6.4mm、l₁＝5.5mm、l₂＝4.8mmに選ぶと、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、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以上の広帯域である。しかも、第４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６図は第２図および第３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３３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３３により主線路２へと効
率よく伝達されていく。プローブ３３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３３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方法によらなくてもよ
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、この線路変換回路の近
傍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ＧHz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。更に、主線路の線路長を極力短かくし
て、ダイオード装荷点の中間周波信号に対する短
絡状態の実現は、終端が接地短絡された低域通過
フイルタの線路長を変化させることにより行なえ
るので、主線路の高周波信号に対する伝播損失を
最小限に押えることができる。また、終端が接地
短絡された低域通過フイルタおよび並列インダク
タンス回路はミキサ・ダイオードに流れるバイア
ス電流の帰還回路を兼ねているので、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
高周波信号を通過させイメージ信号を抑圧するフ
イルタ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。

【図面の簡単な説明】

第１図はMICを用いた従来のシングル・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図は本発明
の別の実施例におけるシングル・ミキサの構成
図、第４図は第３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５図は第４図の実施例によるフイルタ
の挿入損失の周波数特性図、第６図は第２図およ
び第３図の実施例における線路変換回路の一構成
を示す構成図である。 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、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するとともに、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。 ２ 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、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特許請求の範囲第１項記載
   のシングル・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 低域通過フイルタの出力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。