WO2022264185A1 - 高調波ミクサ及び制御装置 - Google Patents

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芳昭 森野
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B19/00—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source
    • H03B19/06—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes
    • H03B19/14—Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source by means of discharge device or semiconductor device with more than two electrodes by means of a semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D7/00—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing
    • H03D7/12—Transference of modulation from one carrier to another, e.g. frequency-changing by means of semiconductor devices having more than two electrodes

Definitions

  • the present disclosure relates to harmonic mixers and controllers.
  • Non-Patent Document 1 discloses a harmonic mixer that converts frequencies using transistors.
  • the harmonic mixer comprises two transistors. The drain terminal of one of the two transistors is connected to the drain terminal of the other transistor. A source terminal of one transistor is connected to a source terminal of the other transistor. A first local oscillation wave is applied to the gate terminal of one transistor. The gate terminal of the other transistor is supplied with a second local oscillation wave whose phase is 180 degrees behind the first local oscillation wave. The frequency of the first local oscillation wave and the frequency of the second local oscillation wave are the same frequency f LO .
  • a signal is applied to the source terminals of the two transistors, a signal having a frequency 2 ⁇ f LO which is twice the frequency f LO is output from the output terminal to which the drain terminals of the respective transistors are connected.
  • Non-Patent Document 1 The problem with the harmonic mixer disclosed in Non-Patent Document 1 is that it cannot output a signal having a frequency N ⁇ f LO that is N times (N is an integer equal to or greater than 3) the frequency f LO of the local oscillation wave. was there.
  • the present disclosure has been made to solve the above-described problems, and provides a harmonic mixer that can output a signal having a frequency that is N times the frequency of a local oscillation wave using a transistor. With the goal.
  • a first control terminal to which a first local oscillation wave having a phase of ((360/N) ⁇ (n ⁇ 1)+ ⁇ ( ⁇ is 0 or more and less than 360)) degrees is provided; Only when the voltage of the wave is greater than or equal to the threshold voltage, a closed state is established between the first terminal and the second terminal, and the second transistor included in the nth switching circuit operates at the frequency of the first a second control terminal to which a second local oscillation wave having a frequency of 1 and a phase of ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degrees is supplied; The third terminal and the fourth terminal are closed only at certain times.
  • a transistor can be used to output a signal having a frequency that is N times the frequency of the local oscillation wave.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a harmonic mixer 10 according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing respective phases of a first local oscillation wave and a second local oscillation wave; 3 is an explanatory diagram showing respective voltage waveforms in a first local oscillation wave and a second local oscillation wave and waveforms of a current appearing at an output terminal 2;
  • FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a harmonic mixer in which a switching circuit 11-n has only one first transistor 12-n;
  • 2 is an explanatory diagram showing the voltage waveform of the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-nc of the first transistor 12-n and the waveform of the current appearing at the output terminal 2;
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a harmonic mixer 10 according to Embodiment 2;
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing respective phases of a first local oscillation wave and a second local oscillation wave;
  • 3 is an explanatory diagram showing respective voltage waveforms in a first local oscillation wave and a second local oscillation wave and waveforms of a current appearing at an output terminal 2;
  • FIG. FIG. 10 is a configuration diagram showing a harmonic mixer 10 according to Embodiment 3;
  • 1 is a configuration diagram showing a control device according to Embodiments 1 to 3;
  • FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer in which a control circuit 30 is implemented by software, firmware, or the like;
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a harmonic mixer 10 according to Embodiment 1.
  • the harmonic mixer 10 has N switching circuits 11-1 to 11-N. N is an integer of 3 or more.
  • the harmonic mixer 10 converts, for example, frequencies in the sub-terahertz band. However, the harmonic mixer 10 is not limited to frequency conversion in the sub-terahertz band, and may perform frequency conversion in other frequency bands.
  • the other end of the switching circuit 11-n is connected to the output terminal 2.
  • FIG. The N switching circuits 11-1 to 11-N are connected in parallel.
  • the four switching circuits 11-1 to 11-4 are connected in parallel.
  • An input terminal 1 is a terminal to which a signal is applied.
  • the output terminal 2 is a terminal for outputting a signal after frequency conversion by the harmonic mixer 10 .
  • the frequency of the signal after frequency conversion is the second frequency, and the second frequency is N times the first frequency fLO .
  • the first transistor 12-n has a first terminal 12-na, a second terminal 12-nb and a first control terminal 12-nc. If the first transistor 12-n is for example realized by a FET, the first terminal 12-na is the source terminal of the FET, the second terminal 12-nb is the drain terminal of the FET, the first control Terminal 12-nc is the gate terminal of the FET.
  • a first terminal 12-na of the first transistor 12-n is connected to the input terminal 1.
  • FIG. A second terminal 12-nb of the first transistor 12-n is connected to a third terminal 13-na of the second transistor 13-n.
  • a fourth terminal 13-nb of the second transistor 13-n is connected to the output terminal 2.
  • FIG. A first local oscillation wave is applied from the control circuit 30 of the control device shown in FIG. 10 to the first control terminal 12-nc of the first transistor 12-n.
  • the frequency of the first local oscillator wave is the first frequency f LO .
  • the phase of the first local oscillation wave is ((360/N) ⁇ (n ⁇ 1)+ ⁇ ) degrees. ⁇ is 0 or more and less than 360.
  • the first transistor 12-n operates between the first terminal 12-na and the second terminal 12 when the voltage of the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-nc is equal to or higher than the threshold voltage Vth. -nb becomes closed. When the voltage of the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-nc is less than the threshold voltage Vth, the first transistor 12-n operates between the first terminal 12-na and the second terminal 12-na. -nb becomes open.
  • the second transistor 13-n has a third terminal 13-na, a fourth terminal 13-nb and a second control terminal 13-nc. If the second transistor 13-n is for example realized by a FET, the third terminal 13-na is the source terminal of the FET, the fourth terminal 13-nb is the drain terminal of the FET, the second control Terminal 13-nc is the gate terminal of the FET.
  • a second local oscillation wave is applied from the control circuit 30 of the control device shown in FIG. 10 to the second control terminal 13-nc of the second transistor 13-n.
  • the frequency of the second local oscillator wave is the first frequency f LO .
  • the phase of the second local oscillation wave is ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degree.
  • the second transistor 13-n connects the third terminal 13-na and the fourth terminal 13 when the voltage of the second local oscillation wave applied to the second control terminal 13-nc is equal to or higher than the threshold voltage Vth. -nb is closed.
  • the second transistor 13-n operates between the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-na. -nb becomes open.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing a control device according to Embodiments 1-3.
  • the control device shown in FIG. 10 has a control circuit 30 .
  • the control circuit 30 connects the first control terminal 12-nc of the first transistor 12-n included in the n-th switching circuit 11-n among the N switching circuits 11-1 to 11-N.
  • the frequency is the first frequency f LO and the phase is ((360/N) ⁇ (n ⁇ 1)+ ⁇ ) degrees.
  • the control circuit 30 controls the second control terminal 13-nc of the second transistor 13-n included in the n-th switching circuit 11-n at the first frequency f LO . , giving a second local oscillation wave with a phase of ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degrees.
  • control circuit 30 is implemented by dedicated hardware.
  • the control circuit 30 may be realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is stored as a program in a computer's memory.
  • a computer means hardware that executes a program, for example, a CPU (Central Processing Unit), a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microcomputer, a processor, or a DSP (Digital Signal Processor). do.
  • FIG. 11 is a hardware configuration diagram of a computer when the control circuit 30 is implemented by software, firmware, or the like.
  • the memory 41 stores a program for causing a computer to execute the processing procedure of the control circuit 30 .
  • the processor 42 of the computer executes the program stored in the memory 41 .
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing respective phases of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave.
  • the frequency of the first local oscillation wave supplied from the control circuit 30 to the first control terminal 12-nc is the first frequency fLO , and the phase of the first local oscillation wave is ((360/N) ⁇ (n ⁇ 1)+ ⁇ ) degrees.
  • a first local oscillation wave with a phase of 0 degrees is applied to the first control terminal 12-1c of the first transistor 12-1, and the first transistor 12-2 has A first local oscillation wave having a phase of 90 degrees is applied to the first control terminal 12-2c.
  • a first local oscillation wave having a phase of 180 degrees is applied to a first control terminal 12-3c of the first transistor 12-3, and a first control terminal 12-3c of the first transistor 12-4 is applied.
  • a first local oscillation wave having a phase of 270 degrees is applied to the terminal 12-4c.
  • ⁇ 0.
  • the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-1c has a phase difference of 90 degrees from the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-2c. There is a phase difference of 180 degrees from the first local oscillation wave applied to the control terminal 12-3c, and a phase difference of 270 degrees from the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-4c.
  • the frequency of the second local oscillation wave supplied from the control circuit 30 to the second control terminal 13-nc is the first frequency fLO , and the phase of the second local oscillation wave is ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degree.
  • a second local oscillation wave having a phase of 90 degrees is applied to the second control terminal 13-1c of the second transistor 13-1, and the second transistor 13-2 has A second local oscillation wave having a phase of 180 degrees is applied to the second control terminal 13-2c.
  • a second local oscillation wave having a phase of 270 degrees is applied to a second control terminal 13-3c of the second transistor 13-3, and a second control terminal 13-3c of the second transistor 13-4 is applied.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing respective voltage waveforms in the first local oscillation wave and the second local oscillation wave and the waveform of the current appearing at the output terminal 2.
  • a voltage waveform 101 is a voltage waveform of each of the first local oscillation wave with a phase of 0 degree and the second local oscillation wave with a phase of 0 degree.
  • a voltage waveform 102 is a voltage waveform of each of the first local oscillation wave with a phase of 90 degrees and the second local oscillation wave with a phase of 90 degrees.
  • a voltage waveform 103 is a voltage waveform of each of the first local oscillation wave with a phase of 180 degrees and the second local oscillation wave with a phase of 180 degrees.
  • a voltage waveform 104 is a voltage waveform of each of the first local oscillation wave with a phase of 270 degrees and the second local oscillation wave with a phase of 270 degrees.
  • Vth is the threshold voltage of each of the first transistor 12-n and the second transistor 13-n.
  • the first transistor 12-n operates between the first terminal 12-na and the second terminal when the voltage of the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-nc is equal to or higher than the threshold voltage Vth. 12-nb is closed.
  • the first transistor 12-n is in an open state between the first terminal 12-na and the second terminal 12-nb when the voltage of the first local oscillation wave is less than the threshold voltage Vth.
  • the second transistor 13-n connects the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-nb is closed.
  • the second transistor 13-n is in an open state between the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-nb when the voltage of the second local oscillation wave is less than the threshold voltage Vth.
  • the magnitude of the current flowing through the switching circuit 11-n is the first current that can flow between the first terminal 12-na and the second terminal 12-nb of the first transistor 12-n. , and a second current that can flow between the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-nb of the second transistor 13-n. do.
  • a composite voltage waveform 105 is a voltage waveform formed by the voltage waveforms 101 to 104 when a current flows through one of the switching circuits 11-1 to 11-4.
  • Envelope 106 is the envelope of composite voltage waveform 105 .
  • a current waveform 107 is the waveform of the current appearing at the output terminal 2 .
  • the composite voltage waveform 105 is converted into a current waveform by the respective V GS -I DS characteristics (transfer characteristics) of the first transistor 12-n and the second transistor 13-n.
  • a current waveform 107 is a waveform after conversion according to the V GS -I DS characteristic.
  • the waveform of the current flowing through any one of the switching circuits has a waveform similar to the composite voltage waveform 105 . Since the frequency of the composite voltage waveform 105 is 4 ⁇ f LO as shown in FIG. 3, the frequency of the current appearing at the output terminal 2 is also 4 ⁇ f LO . That is, the frequency 4 ⁇ f LO of the current appearing at the output terminal 2 is four times the frequency f LO of each of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a harmonic mixer in which the switching circuit 11-n has only one first transistor 12-n.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the voltage waveform of the first local oscillation wave applied to the first control terminal 12-nc of the first transistor 12-n and the waveform of the current appearing at the output terminal 2.
  • a combined voltage waveform 108 is a voltage waveform formed by the voltage waveforms 101 to 104 when a current flows through one of the switching circuits 11-1 to 11-4, ie, the switching circuit 11-n.
  • a current waveform 109 is the waveform of the current appearing at the output terminal 2 .
  • the composite voltage waveform 108 is transformed into a current waveform by the respective V GS -I DS characteristics of the first transistor 12-n and the second transistor 13-n.
  • a current waveform 109 is a waveform after conversion by the V GS -I DS characteristic.
  • the switching circuit 11-n comprises only one first transistor 12-n
  • the magnitude of the current flowing through the switching circuit 11-n is determined by the first terminal 12-na of the first transistor 12-n. and the second terminal 12-nb. Since the switching circuit 11-n does not include the second transistor 13-n, the magnitude of the first current is the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-n of the second transistor 13-n. nb, the magnitude of the current flowing through the switching circuit 11-n is not limited to the magnitude of the second current.
  • the switching circuit 11-n includes the first transistor 12-n and the second transistor 13-n. Current consumption can be reduced more than when only the transistor 12-n is provided.
  • the switching circuit 11-n includes only one first transistor 12-n, there occurs a period in which current flows simultaneously through a plurality of switching circuits.
  • the switching circuit 11-n Compared to the current waveform 109 when the switching circuit 11-n has only one first transistor 12-n, the switching circuit 11-n has the first transistor 12-n and the second transistor 13-n.
  • the current waveform 107 with n has a larger amplitude. Therefore, the harmonic mixer 10 shown in FIG. 1 increases the power of the signal after frequency conversion, as compared with the harmonic mixer in which the switching circuit 11-n includes only one first transistor 12-n. be able to.
  • the voltage waveforms 101 to 104 may be distorted due to saturation of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave.
  • switching circuit 11-n includes first transistor 12-n and second transistor 13-n.
  • the composite voltage waveform 105 has a larger amplitude. Therefore, the distortion of the voltage waveforms 101 to 104 has less influence on the composite voltage waveform 105 than the distortion of the voltage waveforms 101 to 104 has on the composite voltage waveform 108 . That is, the harmonic mixer 10 shown in FIG. 1 is less affected by the distortion of the voltage waveforms 101 to 104 than the harmonic mixer in which the switching circuit 11-n includes only one first transistor 12-n. Become.
  • the first transistor 12-n having the first terminal 12-na connected to the input terminal 1 to which a signal is applied, the second terminal 12-nb, It has a third terminal 13-na connected to the second terminal 12-nb, and a fourth terminal 13-nb connected to the output terminal 2 for outputting the signal after frequency conversion.
  • the first transistor 12-n included in the n-th switching circuit 11-n has a frequency of the first frequency.
  • the second transistor 13-n included in the n-th switching circuit 11-n has a frequency of the first frequency and a phase of a second local oscillation wave of ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degrees. is applied to the second control terminal 13-nc, and only when the voltage of the second local oscillation wave is equal to or higher than the threshold voltage, between the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-nb The gap is closed.
  • ⁇ is 0 or more and less than 360. Therefore, the harmonic mixer 10 can output a signal having a frequency N times as high as the frequency of the local oscillation wave using transistors.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing the harmonic mixer 10 according to the second embodiment.
  • the same reference numerals as in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, so the description is omitted.
  • the frequency of the first local oscillation wave applied from the control circuit 30 to the first control terminal 12-nc is the first frequency f LO .
  • the phase of the first local oscillation wave is ((360/N) ⁇ (n ⁇ 1)+ ⁇ ) degrees. 0 or more and less than 360.
  • a second local oscillation wave is applied from the control circuit 30 of the control device shown in FIG.
  • the frequency of the second local oscillation wave applied from the control circuit 30 to the second control terminal 13-nc is the first frequency f LO .
  • the phase of the second local oscillation wave is ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degrees.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing respective phases of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave.
  • a first local oscillator wave of 100 degrees is applied.
  • a first local oscillation wave with a phase of 0 degrees is applied to the first control terminal 12-1c of the first transistor 12-1, and the first transistor 12-2 has A first local oscillation wave having a phase of 120 degrees is applied to the first control terminal 12-2c.
  • a first local oscillation wave having a phase of 240 degrees is applied to the first control terminal 12-3c of the first transistor 12-3.
  • ⁇ 0.
  • a second control terminal 13-nc of the second transistor 13-n has a phase of ((360/N) ⁇ n+ ⁇ ) degrees from the control circuit 30.
  • a local oscillation wave is applied.
  • a second local oscillation wave having a phase of 120 degrees is applied to the second control terminal 13-1c of the second transistor 13-1, and the second transistor 13-2 has A second local oscillation wave having a phase of 240 degrees is applied to the second control terminal 13-2c.
  • the second local oscillation wave applied to the second control terminal 13-1c has a phase difference of 120 degrees from the second local oscillation wave applied to the second control terminal 13-2c. There is a phase difference of 240 degrees from the second local oscillation wave applied to the control terminal 13-3c.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing respective voltage waveforms of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave, and current waveforms appearing at the output terminal 2.
  • voltage waveforms 201 are waveforms of respective voltages in the first local oscillation wave with a phase of 0 degree and the second local oscillation wave with a phase of 0 degree.
  • a voltage waveform 202 is a voltage waveform of each of the first local oscillation wave with a phase of 120 degrees and the second local oscillation wave with a phase of 120 degrees.
  • a voltage waveform 203 is a voltage waveform of each of the first local oscillation wave with a phase of 240 degrees and the second local oscillation wave with a phase of 240 degrees.
  • the magnitude of the current flowing through the switching circuit 11-n is the first current that can flow between the first terminal 12-na and the second terminal 12-nb of the first transistor 12-n. , and a second current that can flow between the third terminal 13-na and the fourth terminal 13-nb of the second transistor 13-n. do.
  • switching circuit 11-2 when a current flows through the switching circuit 11-2, no current flows through the switching circuits 11-1 and 11-3.
  • switching circuit 11-3 When a current flows through the switching circuit 11-3, no current flows through the switching circuits 11-1 and 11-2.
  • the switching circuits through which the current flows are switched, for example, in the order of switching circuit 11-1, switching circuit 11-2, and switching circuit 11-3.
  • a composite voltage waveform 204 is a voltage waveform formed by the voltage waveforms 201 to 203 when a current flows through one of the switching circuits 11-1 to 11-3, ie, the switching circuit 11-n.
  • Envelope 205 is the envelope of composite voltage waveform 204 .
  • a current waveform 206 is the waveform of the current appearing at the output terminal 2 .
  • the composite voltage waveform 204 is transformed into a current waveform by the respective V GS -I DS characteristics of the first transistor 12-n and the second transistor 13-n.
  • a current waveform 206 is a converted waveform according to the V GS -I DS characteristic.
  • the switching circuits through which the current flows are switched, for example, in the order of the switching circuit 11-1, the switching circuit 11-2, and the switching circuit 11-3.
  • the waveform is similar to Since the frequency of the composite voltage waveform 204 is 3 ⁇ f LO as shown in FIG. 8, the frequency of the current appearing at the output terminal 2 is also 3 ⁇ f LO . That is, the frequency 3 ⁇ f LO of the current appearing at the output terminal 2 is three times the frequency f LO of each of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave.
  • N may be an integer of 3 or more.
  • a signal with LO can be output.
  • Embodiment 3 a harmonic mixer 10 in which a ground conductor 20 is connected to an input terminal 1 will be described.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing the harmonic mixer 10 according to the third embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 6 denote the same or corresponding parts, so description thereof will be omitted.
  • a ground conductor 20 is connected to the input terminal 1 .
  • ground conductor 20 is applied to harmonic mixer 10 shown in FIG.
  • the harmonic mixer 10 By connecting the ground conductor 20 to the input terminal 1, the harmonic mixer 10 generates a frequency N ⁇ f LO that is N times the frequency f LO of each of the first local oscillation wave and the second local oscillation wave. can be used as a multiplier capable of outputting a signal having
  • the present disclosure is suitable for harmonic mixers and controllers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

信号が与えられる入力端子（１）と接続される第１の端子（１２－ｎａ）と、第２の端子（１２－ｎｂ）とを有している第１のトランジスタ（１２－ｎ）と、第２の端子（１２－ｎｂ）と接続されている第３の端子（１３－ｎａ）と、周波数変換後の信号を出力するための出力端子（２）と接続される第４の端子（１３－ｎｂ）とを有している第２のトランジスタ（１３－ｎ）とを備える開閉回路（１１－ｎ）がＮ個並列に接続されているように、高調波ミクサ（１０）を構成した。ｎ＝１，・・・，Ｎである。高調波ミクサ（１０）が備えるＮ個の開閉回路（１１－１）～（１１－Ｎ）のうち、ｎ番目の開閉回路（１１－ｎ）に含まれている第１のトランジスタ（１２－ｎ）は、周波数が第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度の第１の局部発振波が与えられる第１の制御端子（１２－ｎｃ）を有し、第１の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、第１の端子（１２－ｎａ）と第２の端子（１２－ｎｂ）との間が閉状態になる。ｎ番目の開閉回路（１１－ｎ）に含まれている第２のトランジスタ（１３－ｎ）は、周波数が第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波が与えられる第２の制御端子（１３－ｎｃ）を有し、第２の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、第３の端子（１３－ｎａ）と第４の端子（１３－ｎｂ）との間が閉状態になるものである。θは、０以上３６０未満である。

Description

高調波ミクサ及び制御装置
　本開示は、高調波ミクサ及び制御装置に関するものである。
　低損失な周波数変換を実現するために、トランジスタを用いて周波数を変換する高調波ミクサが非特許文献１に開示されている。当該高調波ミクサは、２つのトランジスタを備えている。２つのトランジスタのうち、一方のトランジスタのドレイン端子は、他方のトランジスタのドレイン端子と接続されている。また、一方のトランジスタのソース端子は、他方のトランジスタのソース端子と接続されている。
　一方のトランジスタのゲート端子には、第１の局部発振波が与えられる。他方のトランジスタのゲート端子には、第１の局部発振波よりも、位相が１８０度遅れている第２の局部発振波が与えられる。第１の局部発振波の周波数と第２の局部発振波の周波数とは、同一の周波数ｆＬＯである。２つのトランジスタのソース端子に信号が与えられたとき、それぞれのトランジスタのドレイン端子が接続されている出力端子から、周波数ｆＬＯの２倍の周波数２×ｆＬＯを有する信号が出力される。
　非特許文献１に開示されている高調波ミクサは、局部発振波の周波数ｆＬＯのＮ（Ｎは、３以上の整数）倍の周波数Ｎ×ｆＬＯを有する信号を出力することができないという課題があった。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、トランジスタを用いて、局部発振波が有する周波数のＮ倍の周波数を有する信号を出力することができる高調波ミクサを得ることを目的とする。
　本開示に係る高調波ミクサは、信号が与えられる入力端子と接続される第１の端子と、第２の端子とを有する第１のトランジスタと、第２の端子と接続されている第３の端子と、第１の周波数のＮ（Ｎは、３以上の整数）倍の周波数を有する信号を出力するための出力端子と接続される第４の端子とを有する第２のトランジスタとを備える開閉回路がＮ個並列に接続されている。当該高調波ミクサが備えるＮ個の開閉回路のうち、ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）番目の開閉回路に含まれている第１のトランジスタは、周波数が第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ（θは、０以上３６０未満））度の第１の局部発振波が与えられる第１の制御端子を有し、第１の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、第１の端子と第２の端子との間が閉状態になり、ｎ番目の開閉回路に含まれている第２のトランジスタは、周波数が第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波が与えられる第２の制御端子を有し、第２の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、第３の端子と第４の端子との間が閉状態になるものである。
　本開示によれば、トランジスタを用いて、局部発振波が有する周波数のＮ倍の周波数を有する信号を出力することができる。
実施の形態１に係る高調波ミクサ１０を示す構成図である。 第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの位相を示す説明図である。 第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧波形と出力端子２に現れる電流の波形とを示す説明図である。 開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている高調波ミクサを示す説明図である。 第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の制御端子１２－ｎｃに与えられる第１の局部発振波の電圧波形と出力端子２に現れる電流の波形とを示す説明図である。 実施の形態２に係る高調波ミクサ１０を示す構成図である。 第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの位相を示す説明図である。 第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧波形と出力端子２に現れる電流の波形とを示す説明図である。 実施の形態３に係る高調波ミクサ１０を示す構成図である。 実施の形態１～３に係る制御装置を示す構成図である。 制御回路３０が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
　以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る高調波ミクサ１０を示す構成図である。
　高調波ミクサ１０は、Ｎ個の開閉回路１１－１～１１－Ｎを備えている。Ｎは、３以上の整数である。高調波ミクサ１０は、例えば、サブテラヘルツ帯の周波数を変換するものである。ただし、高調波ミクサ１０は、サブテラヘルツ帯の周波数変換に限るものではなく、他の周波数帯の周波数変換を行うものであってもよい。
　Ｎ個の開閉回路１１－１～１１－Ｎのうち、ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）番目の開閉回路１１－ｎの一端は、入力端子１と接続される。開閉回路１１－ｎの他端は、出力端子２と接続される。Ｎ個の開閉回路１１－１～１１－Ｎは、並列に接続されている。
　図１に示す高調波ミクサ１０では、Ｎ＝４の例を示しており、高調波ミクサ１０が４個の開閉回路１１－１～１１－４を備えている。４個の開閉回路１１－１～１１－４は、並列に接続されている。
　入力端子１は、信号が与えられる端子である。
　出力端子２は、高調波ミクサ１０による周波数変換後の信号を出力するための端子である。周波数変換後の信号が有する周波数は、第２の周波数であり、第２の周波数は、第１の周波数ｆＬＯのＮ倍である。
　開閉回路１１－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、第１のトランジスタ１２－ｎと、第２のトランジスタ１３－ｎとを備えている。
　第１のトランジスタ１２－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　）トランジスタ、バイポーラトランジスタ、又は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等によって実現される。
　第１のトランジスタ１２－ｎは、第１の端子１２－ｎａ、第２の端子１２－ｎｂ及び第１の制御端子１２－ｎｃを有している。
　第１のトランジスタ１２－ｎが、例えば、ＦＥＴによって実現される場合、第１の端子１２－ｎａは、ＦＥＴのソース端子、第２の端子１２－ｎｂは、ＦＥＴのドレイン端子、第１の制御端子１２－ｎｃは、ＦＥＴのゲート端子である。
　第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の端子１２－ｎａは、入力端子１と接続される。
　第１のトランジスタ１２－ｎが有する第２の端子１２－ｎｂは、第２のトランジスタ１３－ｎが有する第３の端子１３－ｎａと接続されている。
　第２のトランジスタ１３－ｎが有する第４の端子１３－ｎｂは、出力端子２と接続される。
　第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の制御端子１２－ｎｃには、図１０に示す制御装置の制御回路３０から第１の局部発振波が与えられる。第１の局部発振波の周波数は、第１の周波数ｆＬＯである。第１の局部発振波の位相は、（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度である。θは、０以上３６０未満である。
　第１のトランジスタ１２－ｎは、第１の制御端子１２－ｎｃに与えられる第１の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとき、第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間が閉状態になる。
　第１のトランジスタ１２－ｎは、第１の制御端子１２－ｎｃに与えられる第１の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満であるとき、第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間が開状態になる。
　第２のトランジスタ１３－ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、又は、ＦＥＴ等によって実現される。
　第２のトランジスタ１３－ｎは、第３の端子１３－ｎａ、第４の端子１３－ｎｂ及び第２の制御端子１３－ｎｃを有している。
　第２のトランジスタ１３－ｎが、例えば、ＦＥＴによって実現される場合、第３の端子１３－ｎａは、ＦＥＴのソース端子、第４の端子１３－ｎｂは、ＦＥＴのドレイン端子、第２の制御端子１３－ｎｃは、ＦＥＴのゲート端子である。
　第２のトランジスタ１３－ｎが有する第２の制御端子１３－ｎｃには、図１０に示す制御装置の制御回路３０から第２の局部発振波が与えられる。第２の局部発振波の周波数は、第１の周波数ｆＬＯである。第２の局部発振波の位相は、（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）
度である。
　第２のトランジスタ１３－ｎは、第２の制御端子１３－ｎｃに与えられる第２の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとき、第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間が閉状態になる。
　第２のトランジスタ１３－ｎは、第２の制御端子１３－ｎｃに与えられる第２の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満であるとき、第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間が開状態になる。
　図１０は、実施の形態１～３に係る制御装置を示す構成図である。
　図１０に示す制御装置は、制御回路３０を備えている。
　制御回路３０は、Ｎ個の開閉回路１１－１～１１－Ｎのうち、ｎ番目の開閉回路１１－ｎに含まれている第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の制御端子１２－ｎｃに対して、周波数が第１の周波数ｆＬＯであり、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度の第１の局部発振波を与える。
　また、制御回路３０は、ｎ番目の開閉回路１１－ｎに含まれている第２のトランジスタ１３－ｎが有する第２の制御端子１３－ｎｃに対して、周波数が第１の周波数ｆＬＯであり、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波を与える。
　図１０に示す制御装置では、制御回路３０が専用のハードウェアによって実現されるものを想定している。しかし、制御回路３０は、ソフトウェア、ファームウェア、又は、ソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現されるものであってもよい。
　ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）が該当する。
　図１１は、制御回路３０が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
　制御回路３０が、ソフトウェア又はファームウェア等によって実現される場合、制御回路３０の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ４１に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ４２がメモリ４１に格納されているプログラムを実行する。
　次に、図１に示す高調波ミクサ１０について説明する。
　図２は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの位相を示す説明図である。
　第１のトランジスタ１２－ｎ（ｎ＝１，・・・，４）が有する第１の制御端子１２－ｎｃには、図１０に示す制御装置の制御回路３０から、第１の局部発振波が与えられる。制御回路３０から第１の制御端子１２－ｎｃに与えられる第１の局部発振波の周波数は、第１の周波数ｆＬＯであり、第１の局部発振波の位相は、（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度である。
　図２の例では、第１のトランジスタ１２－１が有する第１の制御端子１２－１ｃには、位相が０度の第１の局部発振波が与えられ、第１のトランジスタ１２－２が有する第１の制御端子１２－２ｃには、位相が９０度の第１の局部発振波が与えられる。
　また、第１のトランジスタ１２－３が有する第１の制御端子１２－３ｃには、位相が１８０度の第１の局部発振波が与えられ、第１のトランジスタ１２－４が有する第１の制御端子１２－４ｃには、位相が２７０度の第１の局部発振波が与えられる。図２の例では、θ＝０である。θは、０以上３６０未満であればよく、θ＝０に限るものではない。
　したがって、第１の制御端子１２－１ｃに与えられる第１の局部発振波は、第１の制御端子１２－２ｃに与えられる第１の局部発振波と９０度の位相差があり、第１の制御端子１２－３ｃに与えられる第１の局部発振波と１８０度の位相差があり、第１の制御端子１２－４ｃに与えられる第１の局部発振波と２７０度の位相差がある。
　第２のトランジスタ１３－ｎ（ｎ＝１，・・・，４）が有する第２の制御端子１３－ｎｃには、図１０に示す制御装置の制御回路３０から、第２の局部発振波が与えられる。制御回路３０から第２の制御端子１３－ｎｃに与えられる第２の局部発振波の周波数は、第１の周波数ｆＬＯであり、第２の局部発振波の位相は、（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度である。
　図２の例では、第２のトランジスタ１３－１が有する第２の制御端子１３－１ｃには、位相が９０度の第２の局部発振波が与えられ、第２のトランジスタ１３－２が有する第２の制御端子１３－２ｃには、位相が１８０度の第２の局部発振波が与えられる。
　また、第２のトランジスタ１３－３が有する第２の制御端子１３－３ｃには、位相が２７０度の第２の局部発振波が与えられ、第２のトランジスタ１３－４が有する第２の制御端子１３－４ｃには、位相が０（＝３６０）度の第２の局部発振波が与えられる。
　したがって、第２の制御端子１３－１ｃに与えられる第２の局部発振波は、第２の制御端子１３－２ｃに与えられる第２の局部発振波と９０度の位相差があり、第２の制御端子１３－３ｃに与えられる第２の局部発振波と１８０度の位相差があり、第２の制御端子１３－４ｃに与えられる第２の局部発振波と２７０度の位相差がある。
　図３は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧波形と出力端子２に現れる電流の波形とを示す説明図である。
　図３において、電圧波形１０１は、位相が０度の第１の局部発振波及び位相が０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　電圧波形１０２は、位相が９０度の第１の局部発振波及び位相が９０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　電圧波形１０３は、位相が１８０度の第１の局部発振波及び位相が１８０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　電圧波形１０４は、位相が２７０度の第１の局部発振波及び位相が２７０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　Ｖｔｈは、第１のトランジスタ１２－ｎ及び第２のトランジスタ１３－ｎにおけるそれぞれの閾値電圧である。
　第１のトランジスタ１２－ｎは、第１の制御端子１２－ｎｃに与えられた第１の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとき、第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間が閉状態となる。第１のトランジスタ１２－ｎは、第１の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満であるとき、第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間が開状態となる。
　第２のトランジスタ１３－ｎは、第２の制御端子１３－ｎｃに与えられた第２の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上であるとき、第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間が閉状態となる。第２のトランジスタ１３－ｎは、第２の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満であるとき、第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間が開状態となる。
　入力端子１に信号が与えられているときに、以下の条件（１）（２）を満足するときに、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝１，・・・，４）に電流が流れる。
条件
（１）第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の制御端子１２－ｎｃに与えられている第１の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上である。
（２）第２のトランジスタ１３－ｎが有する第２の制御端子１３－ｎｃに与えられている第２の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上である。
　開閉回路１１－ｎを流れる電流の大きさは、第１のトランジスタ１２－ｎにおける第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間を流れることが可能な第１の電流と、第２のトランジスタ１３－ｎにおける第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間を流れることが可能な第２の電流とのうち、小さい方の電流の大きさに相当する。
　開閉回路１１－１に電流が流れるときは、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝２，３，４）における第１の制御端子１２－ｎｃに与えられている第１の局部発振波の電圧及び第２の制御端子１３－ｎｃに与えられている第２の局部発振波の電圧のうち、少なくとも１つの電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満である。このため、開閉回路１１－１に電流が流れるときは、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝２，３，４）には電流が流れない。
　同様に、開閉回路１１－２に電流が流れるときは、開閉回路１１－１，１１－３，１１－４には電流が流れない。開閉回路１１－３に電流が流れるときは、開閉回路１１－１，１１－２，１１－４には電流が流れない。開閉回路１１－４に電流が流れるときは、開閉回路１１－１～１１－３には電流が流れない。
　電流が流れる開閉回路は、例えば、開閉回路１１－１、開閉回路１１－２、開閉回路１１－３、開閉回路１１－４の順番で切り替わる。
　合成電圧波形１０５は、開閉回路１１－１～１１－４のうちのいずれかの開閉回路１１－ｎに電流が流れるときに、電圧波形１０１～１０４によって形成される電圧波形である。
　包絡線１０６は、合成電圧波形１０５の包絡線である。
　電流波形１０７は、出力端子２に現れる電流の波形である。
　合成電圧波形１０５は、第１のトランジスタ１２－ｎ及び第２のトランジスタ１３－ｎにおけるそれぞれのＶＧＳ－ＩＤＳ特性（伝達特性）によって、電流の波形に変換される。電流波形１０７は、ＶＧＳ－ＩＤＳ特性による変換後の波形である。
　電流が流れる開閉回路が、例えば、開閉回路１１－１、開閉回路１１－２、開閉回路１１－３、開閉回路１１－４の順番で切り替わることで、いずれか１つの開閉回路に流れる電流の波形は、合成電圧波形１０５と同様の波形となる。
　合成電圧波形１０５の周波数は、図３に示すように、周波数４×ｆＬＯであるため、出力端子２に現れる電流の周波数についても、４×ｆＬＯとなる。即ち、出力端子２に現れる電流の周波数４×ｆＬＯは、第１の局部発振波及び第２の局部発振波のそれぞれが有する周波数ｆＬＯの４倍になっている。
　図１に示す高調波ミクサ１０では、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝１，・・・，４）が、第１のトランジスタ１２－ｎと第２のトランジスタ１３－ｎとを備えている。
　図４に示すように、開閉回路１１－ｎが、１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えるものであっても、出力端子２に現れる電流の周波数を４×ｆＬＯにすることができる。
　図４は、開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている高調波ミクサを示す説明図である。
　図５は、第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の制御端子１２－ｎｃに与えられる第１の局部発振波の電圧波形と出力端子２に現れる電流の波形とを示す説明図である。
　合成電圧波形１０８は、開閉回路１１－１～１１－４のうちのいずれかの開閉回路１１－ｎに電流が流れるときに、電圧波形１０１～１０４によって形成される電圧波形である。
　電流波形１０９は、出力端子２に現れる電流の波形である。
　合成電圧波形１０８は、第１のトランジスタ１２－ｎ及び第２のトランジスタ１３－ｎにおけるそれぞれのＶＧＳ－ＩＤＳ特性によって、電流の波形に変換される。電流波形１０９は、ＶＧＳ－ＩＤＳ特性による変換後の波形である。
　開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている場合、開閉回路１１－ｎを流れる電流の大きさは、第１のトランジスタ１２－ｎにおける第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間を流れる第１の電流の大きさに相当する。開閉回路１１－ｎが第２のトランジスタ１３－ｎを備えていないため、第１の電流の大きさが、第２のトランジスタ１３－ｎにおける第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間を流れることが可能な第２の電流よりも大きい期間であっても、開閉回路１１－ｎを流れる電流の大きさが、第２の電流の大きさに制限されることがない。
　図１に示す高調波ミクサ１０では、開閉回路１１－ｎが、第１のトランジスタ１２－ｎと第２のトランジスタ１３－ｎとを備えているため、開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている場合よりも、消費電流を低減することができる。
　開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている場合、複数の開閉回路に電流が同時に流れる期間が発生する。
　図１に示す高調波ミクサ１０では、開閉回路１１－１～１１－４のうち、いずれか１つの開閉回路１１－ｎのみに電流が流れるため、電流の直流成分を削減でき、低消費電力化を図ることができる。
　開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている場合の電流波形１０９と比べて、開閉回路１１－ｎが、第１のトランジスタ１２－ｎと第２のトランジスタ１３－ｎとを備えている場合の電流波形１０７の方が、振幅が大きくなる。したがって、開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている高調波ミクサよりも、図１に示す高調波ミクサ１０の方が、周波数変換後の信号の電力を大きくすることができる。
　また、第１の局部発振波及び第２の局部発振波のそれぞれが飽和することによって、電圧波形１０１～１０４が歪むことがある。
　開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている場合の合成電圧波形１０８と比べて、開閉回路１１－ｎが、第１のトランジスタ１２－ｎと第２のトランジスタ１３－ｎとを備えている場合の合成電圧波形１０５の方が、振幅が大きくなる。したがって、電圧波形１０１～１０４の歪みが合成電圧波形１０８に与える影響よりも、電圧波形１０１～１０４の歪みが合成電圧波形１０５に与える影響の方が小さくなる。即ち、図１に示す高調波ミクサ１０は、開閉回路１１－ｎが１つの第１のトランジスタ１２－ｎのみを備えている高調波ミクサよりも、電圧波形１０１～１０４の歪みに伴う影響が小さくなる。
　以上の実施の形態１では、信号が与えられる入力端子１と接続される第１の端子１２－ｎａと、第２の端子１２－ｎｂとを有している第１のトランジスタ１２－ｎと、第２の端子１２－ｎｂと接続されている第３の端子１３－ｎａと、周波数変換後の信号を出力するための出力端子２と接続される第４の端子１３－ｎｂとを有している第２のトランジスタ１３－ｎとを備える開閉回路１１－ｎがＮ個並列に接続されているように、高調波ミクサ１０を構成した。ｎ＝１，・・・，Ｎである。
　高調波ミクサ１０が備えるＮ個の開閉回路１１－１～１１－Ｎのうち、ｎ番目の開閉回路１１－ｎに含まれている第１のトランジスタ１２－ｎは、周波数が第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度の第１の局部発振波が与えられる第１の制御端子１２－ｎｃを有し、第１の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間が閉状態になる。ｎ番目の開閉回路１１－ｎに含まれている第２のトランジスタ１３－ｎは、周波数が第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波が与えられる第２の制御端子１３－ｎｃを有し、第２の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間が閉状態になるものである。θは、０以上３６０未満である。
　したがって、高調波ミクサ１０は、トランジスタを用いて、局部発振波が有する周波数のＮ倍の周波数を有する信号を出力することができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、Ｎ＝３個の開閉回路１１－１～１１－３が並列に接続されている高調波ミクサ１０について説明する。
　図６は、実施の形態２に係る高調波ミクサ１０を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　第１のトランジスタ１２－ｎ（ｎ＝１，２，３）が有する第１の制御端子１２－ｎｃには、図１０に示す制御装置の制御回路３０から第１の局部発振波が与えられる。制御回路３０から第１の制御端子１２－ｎｃに与えられる第１の局部発振波の周波数は、第１の周波数ｆＬＯである。第１の局部発振波の位相は、（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度である。０以上３６０未満である。
　第２のトランジスタ１３－ｎが有する第２の制御端子１３－ｎｃには、図１０に示す制御装置の制御回路３０から第２の局部発振波が与えられる。制御回路３０から第２の制御端子１３－ｎｃに与えられる第２の局部発振波の周波数は、第１の周波数ｆＬＯである。第２の局部発振波の位相は、（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度である。
　次に、図６に示す高調波ミクサ１０について説明する。
　図７は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの位相を示す説明図である。
　第１のトランジスタ１２－ｎ（ｎ＝１，２，３）が有する第１の制御端子１２－ｎｃには、制御回路３０から、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ）度の第１の局部発振波が与えられる。
　図７の例では、第１のトランジスタ１２－１が有する第１の制御端子１２－１ｃには、位相が０度の第１の局部発振波が与えられ、第１のトランジスタ１２－２が有する第１の制御端子１２－２ｃには、位相が１２０度の第１の局部発振波が与えられる。また、第１のトランジスタ１２－３が有する第１の制御端子１２－３ｃには、位相が２４０度の第１の局部発振波が与えられる。図７の例では、θ＝０である。θは、０以上３６０未満であればよく、θ＝０に限るものではない。
　したがって、第１の制御端子１２－１ｃに与えられる第１の局部発振波は、第１の制御端子１２－２ｃに与えられる第１の局部発振波と１２０度の位相差があり、第１の制御端子１２－３ｃに与えられる第１の局部発振波と２４０度の位相差がある。
　第２のトランジスタ１３－ｎ（ｎ＝１，２，３）が有する第２の制御端子１３－ｎｃには、制御回路３０から、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波が与えられる。
　図７の例では、第２のトランジスタ１３－１が有する第２の制御端子１３－１ｃには、位相が１２０度の第２の局部発振波が与えられ、第２のトランジスタ１３－２が有する第２の制御端子１３－２ｃには、位相が２４０度の第２の局部発振波が与えられる。また、第２のトランジスタ１３－３が有する第２の制御端子１３－３ｃには、位相が０（＝３６０）度の第２の局部発振波が与えられる。
　したがって、第２の制御端子１３－１ｃに与えられる第２の局部発振波は、第２の制御端子１３－２ｃに与えられる第２の局部発振波と１２０度の位相差があり、第２の制御端子１３－３ｃに与えられる第２の局部発振波と２４０度の位相差がある。
　図８は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧波形と出力端子２に現れる電流の波形とを示す説明図である。
　図８において、電圧波形２０１は、位相が０度の第１の局部発振波及び位相が０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　電圧波形２０２は、位相が１２０度の第１の局部発振波及び位相が１２０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　電圧波形２０３は、位相が２４０度の第１の局部発振波及び位相が２４０度の第２の局部発振波におけるそれぞれの電圧の波形である。
　入力端子１に信号が与えられているときに、以下の条件（３）（４）を満足するときに、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝１，２，３）に電流が流れる。
条件
（１）第１のトランジスタ１２－ｎが有する第１の制御端子１２－ｎｃに与えられている第１の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上である。
（２）第２のトランジスタ１３－ｎが有する第２の制御端子１３－ｎｃに与えられている第２の局部発振波の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ以上である。
　開閉回路１１－ｎを流れる電流の大きさは、第１のトランジスタ１２－ｎにおける第１の端子１２－ｎａと第２の端子１２－ｎｂとの間を流れることが可能な第１の電流と、第２のトランジスタ１３－ｎにおける第３の端子１３－ｎａと第４の端子１３－ｎｂとの間を流れることが可能な第２の電流とのうち、小さい方の電流の大きさに相当する。
　開閉回路１１－１に電流が流れるときは、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝２，３）における第１の制御端子１２－ｎｃに与えられている第１の局部発振波の電圧及び第２の制御端子１３－ｎｃに与えられている第２の局部発振波の電圧のうち、少なくとも１つの電圧が閾値電圧Ｖｔｈ未満である。このため、開閉回路１１－１に電流が流れるときは、開閉回路１１－ｎ（ｎ＝２，３）には電流が流れない。
　同様に、開閉回路１１－２に電流が流れるときは、開閉回路１１－１，１１－３には電流が流れない。開閉回路１１－３に電流が流れるときは、開閉回路１１－１，１１－２には電流が流れない。
　電流が流れる開閉回路は、例えば、開閉回路１１－１、開閉回路１１－２、開閉回路１１－３の順番で切り替わる。
　合成電圧波形２０４は、開閉回路１１－１～１１－３のうちのいずれかの開閉回路１１－ｎに電流が流れるときに、電圧波形２０１～２０３によって形成される電圧波形である。
　包絡線２０５は、合成電圧波形２０４の包絡線である。
　電流波形２０６は、出力端子２に現れる電流の波形である。
　合成電圧波形２０４は、第１のトランジスタ１２－ｎ及び第２のトランジスタ１３－ｎにおけるそれぞれのＶＧＳ－ＩＤＳ特性によって、電流の波形に変換される。電流波形２０６は、ＶＧＳ－ＩＤＳ特性による変換後の波形である。
　電流が流れる開閉回路が、例えば、開閉回路１１－１、開閉回路１１－２、開閉回路１１－３の順番で切り替わることで、いずれか１つの開閉回路に流れる電流の波形は、合成電圧波形２０４と同様の波形となる。
　合成電圧波形２０４の周波数は、図８に示すように、周波数３×ｆＬＯであるため、出力端子２に現れる電流の周波数についても、３×ｆＬＯとなる。即ち、出力端子２に現れる電流の周波数３×ｆＬＯは、第１の局部発振波及び第２の局部発振波のそれぞれが有する周波数ｆＬＯの３倍になっている。
　図１に示す高調波ミクサ１０では、Ｎ＝４個の開閉回路１１－１～１１－４が並列に接続されており、図６に示す高調波ミクサ１０では、Ｎ＝３個の開閉回路１１－１～１１－３が並列に接続されている。
　Ｎは、３以上の整数であればよく、例えば、Ｎ＝５個の開閉回路が並列に接続されていてもよいし、Ｎ＝６個の開閉回路が並列に接続されていてもよい。
　Ｎ＝５個の開閉回路が並列に接続されている高調波ミクサ１０は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波のそれぞれが有する周波数ｆＬＯの５倍の周波数５×ｆＬＯを有する信号を出力することができる。
　また、Ｎ＝６個の開閉回路が並列に接続されている高調波ミクサ１０は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波のそれぞれが有する周波数ｆＬＯの６倍の周波数６×ｆＬＯを有する信号を出力することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３では、入力端子１に、地導体２０が接続されている高調波ミクサ１０について説明する。
　図９は、実施の形態３に係る高調波ミクサ１０を示す構成図である。図９において、図１及び図６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　地導体２０は、入力端子１と接続されている。
　図９に示す高調波ミクサ１０では、地導体２０が図１に示す高調波ミクサ１０に適用されている。しかし、これは一例に過ぎず、地導体２０が図６に示す高調波ミクサ１０に適用されているものであってもよい。
　地導体２０が入力端子１に接続されていることで、高調波ミクサ１０は、第１の局部発振波及び第２の局部発振波のそれぞれが有する周波数ｆＬＯのＮ倍の周波数Ｎ×ｆＬＯを有する信号を出力することが可能な逓倍器として利用することができる。
　なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示は、高調波ミクサ及び制御装置に適している。
　１　入力端子、２　出力端子、１０　高調波ミクサ、１１－１～１１－４　開閉回路、１２－１～１２－４　第１のトランジスタ、１２－１ａ～１２－４ａ　第１の端子、１２－１ｂ～１２－４ｂ　第２の端子、１２－１ｃ～１２－４ｃ　第１の制御端子、１３－１～１３－４　第２のトランジスタ、１３－１ａ～１３－４ａ　第３の端子、１３－１ｂ～１３－４ｂ　第４の端子、１３－１ｃ～１３－４ｃ　第２の制御端子、２０　地導体、３０　制御回路、４１　メモリ、４２　プロセッサ、１０１～１０４　電圧波形、１０５　合成電圧波形、１０６　包絡線、１０７　電流波形、１０８　合成電圧波形、１０９　電流波形、２０１～２０３　電圧波形、２０４　合成電圧波形、２０５　包絡線、２０６　電流波形。

Claims (7)

  1. 　信号が与えられる入力端子と接続される第１の端子と、第２の端子とを有する第１のトランジスタと、
    　前記第２の端子と接続されている第３の端子と、第１の周波数のＮ（Ｎは、３以上の整数）倍の周波数を有する信号を出力するための出力端子と接続される第４の端子とを有する第２のトランジスタと
    　を備える開閉回路がＮ個並列に接続されており、
    　Ｎ個の開閉回路のうち、ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）番目の開閉回路に含まれている第１のトランジスタは、周波数が前記第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ（θは、０以上３６０未満））度の第１の局部発振波が与えられる第１の制御端子を有し、前記第１の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、前記第１の端子と前記第２の端子との間が閉状態になり、
    　ｎ番目の開閉回路に含まれている第２のトランジスタは、周波数が前記第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波が与えられる第２の制御端子を有し、前記第２の局部発振波の電圧が前記閾値電圧以上であるときに限り、前記第３の端子と前記第４の端子との間が閉状態になることを特徴とする高調波ミクサ。
  2. 　前記第１のトランジスタは、前記第１の制御端子に与えられる第１の局部発振波の電圧が前記閾値電圧以上であるとき、前記第１の端子と前記第２の端子との間が閉状態になり、前記第１の局部発振波の電圧が前記閾値電圧未満であるとき、前記第１の端子と前記第２の端子との間が開状態になり、
    　前記第２のトランジスタは、前記第２の制御端子に与えられる第２の局部発振波の電圧が前記閾値電圧以上であるとき、前記第３の端子と前記第４の端子との間が閉状態になり、前記第２の局部発振波の電圧が前記閾値電圧未満であるとき、前記第３の端子と前記第４の端子との間が開状態になることを特徴とする請求項１記載の高調波ミクサ。
  3. 　前記入力端子に信号が与えられているときに、ｎ番目の開閉回路に含まれている第１のトランジスタが有する第１の制御端子に与えられている第１の局部発振波の電圧が前記閾値電圧以上であり、かつ、ｎ番目の開閉回路に含まれている第２のトランジスタが有する第２の制御端子に与えられている第２の局部発振波の電圧が前記閾値以上であれば、ｎ番目の開閉回路に電流が流れることを特徴とする請求項２記載の高調波ミクサ。
  4. 　Ｎ＝４個の開閉回路が並列に接続されていることを特徴とする請求項３記載の高調波ミクサ。
  5. 　Ｎ＝３個の開閉回路が並列に接続されていることを特徴とする請求項３記載の高調波ミクサ。
  6. 　前記入力端子には、地導体が接続されていることを特徴とする請求項３記載の高調波ミクサ。
  7. 　信号が与えられる入力端子と接続される第１の端子と、第２の端子と、第１の局部発振波が与えられる第１の制御端子とを有し、前記第１の局部発振波の電圧が閾値電圧以上であるときに限り、前記第１の端子と前記第２の端子との間が閉状態になる第１のトランジスタと、
    　前記第２の端子と接続されている第３の端子と、第１の周波数のＮ（Ｎは、３以上の整数）倍の周波数を有する信号を出力するための出力端子と接続される第４の端子と、第２の局部発振波が与えられる第２の制御端子とを有し、前記第２の局部発振波の電圧が前記閾値電圧以上であるときに限り、前記第３の端子と前記第４の端子との間が閉状態になる第２のトランジスタと
    　を備える開閉回路がＮ個並列に接続されている高調波ミクサの制御装置であって、
    　Ｎ個の開閉回路のうち、ｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）番目の開閉回路に含まれている第１のトランジスタが有する第１の制御端子に対して、周波数が前記第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×（ｎ－１）＋θ（θは、０以上３６０未満））度の第１の局部発振波を与え、
    　ｎ番目の開閉回路に含まれている第２のトランジスタが有する第２の制御端子に対して、周波数が前記第１の周波数であり、位相が（（３６０／Ｎ）×ｎ＋θ）度の第２の局部発振波を与える制御回路を備えていることを特徴とする制御装置。
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