JPH0124362B2 - - 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、この低域通過
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
絡する手段として、他端が接地端絡された低域通
過フイルタをミキサ・ダイオードの近傍に接続
し、この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
する手段がとられていた。

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の近傍には終端開放の
低域通過フイルタ１２が主線路２に並列に接続さ
れ、終端開放の低域通過フイルタ１２の開放端か
らミキサ・ダイオード３までの電気長は中間周波
信号の1/4波長（λ_if／４）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から終端開放の低域通過フ
イルタ１２の開放端までの電気長を中間周波信号
の1/4波長（λ_if／４）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
応して終端開放の低域通過フイルタ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、特に中間周波
信号周波数が低い条件におて主線路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。

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2₁
から高周波信号の周波数_rを差し引いた周波数
2₁−_r（＝_n）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
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。１３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１４にお
いて主線路１５と接続されている。線路変換回路
１３の導波管１６から入力された高周波信号は主
線路１５を伝播してミキサ・ダイオード１７に印
加される。１８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１７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１８とミキサ・ダイオード１７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。１９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１７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。２０はミキサ・
ダイオード１７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。２１は中間周波
信号整合回路で、中間周波信号出力端子２０から
ミキサ・ダイオード１７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２１は並列インダクタンス回
路２１′を含み、この並列インダクタンス回路２
１′はミキサ・ダイオード１７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２２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
BPF２３を介してミキサ・ダイオード１７に印
加されるが、局発BPF２３の主線路１５に対す
る高周波的結合点Ｅからフイルタ１８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。
２４および２５は高周波信号整合回路で、導波管
１６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２４は終端開放スタブで構成され、
高周波信号整合回路２５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。２６は
ミキサ・ダイオード１７に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イ
ルタで構成されている。そして、端子１４の近傍
には終端開放の低域通過フイルタ２７が主線路１
５に並列に接続され、終端開放の低域通過フイル
タ２７の開放端からミキサ・ダイオード１７まで
の電気長は中間周波信号の1/4波長（λ_i／４）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１８で構成し、ミキサ・ダイオー
ド１７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１６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１７に伝播し、ミキサ・ダイオー
ド１７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、終端開放
の低域通過フイルタ２７を主線路１５に並列に接
続して、終端開放の低域通過フイルタ２７の開放
端からミキサ・ダイオード１７までの電気長を中
間周波信号の1/4波長（λ_i／４）の長さに選んでお り、しかも、線路変換回路１３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１７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。更に端子１４と導波管１６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１６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１６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、ＧHz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、ミキサ・ダイオード１７で発生した中間周
波信号は低域通過フイルタ１９および並列インダ
クタンス回路２１′を含む中間周波信号整合回路
２１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２１としてミキサ・ダイオード１７
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２１′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、またフイルタ１８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、中間周波信号周波数が低い条件において、主
線路１５の線路長を極力短かくして主線路１５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、終端開放の低域通過フ
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１８
の一構成例を示すものである。主線路２８に長さ
がそれぞれl₁，l₂，l₃の終端開放スタブ２９〜３
１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２９〜３１の長さl₁，l₂，l₃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かつl₂＜l₃の関
係を満足するか、あるいはl₂＜l₁＝l₃の関係を満
足するように選ぶ。終端開放スタブ２９〜３１の
間隔l₀については、l₁＜l₀＜2l₂かつl₃＜l₀＜2l₂の条
件のもとでフイルタ１８に要求される特性に対応
してl₁，l₂，l₃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_nよりも高い_r＞_n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ことが確認され
ている。

特に、高周波信号周波数rとイメージ信号周波
数mが比較的近接している場合には、終端開放
スタブ２９〜３１の間隔l₀について、高周波信号
の5/16波長（5/16λr）よりも長く7/16波長（7/1
６λr）よりも短かく選ぶことにより、シングル・
ミキサ用のフイルタとしてイメージ信号を抑圧す
る効果が大きくなる。

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２９〜３１を、特性インピーダ
ンスが同じく50Ωの主線路２８に並列に接続し、
l₀＝6.4mm、l₁＝l₃＝5.5mm、l₂＝4.8mmに選ぶと、l₂
＜l₁＝l₃＜l₀＜2l₂の条件は満足されており、そし
て、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帯、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、高周波信号で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１３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３２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３２により主線路２へと効
率よく伝達されていく。プローブ３２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３２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１９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
に終端が開放された低域通過フイルタを接続し、
この終端が開放された低域通過フイルタの開放端
からミキサ・ダイオードまでの電気長を中間周波
信号の1/4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、中間周波信号周波数が1GHz以下の低い条件
において、主線路の線路長を極力短かくして主線
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、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、終端開放の低域通過
フイルタの線路長を変化させることにより行なえ
る効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

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例を示す断面
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開
   放の低域通過フイルタを接続し、この終端開放の
   低域通過フイルタの開放端から前記ミキサ・ダイ
   オードまでの電気長を中間周波信号の1/4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 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開
   放の低域通過フイルタを接続し、この終端開放の
   低域通過フイルタの開放端から前記ミキサ・ダイ
   オードまでの電気長を中間周波信号の1/4波長の
   長さに選び、前記ミキサ・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、前記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シング
   ル・ミキサ。 ３ フイルタの構成として、前記主線路に間隔が
   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。