JPS58133080A - 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テレビジョ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ィルタを接続して、該低域
通過フィ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ィ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ィルタをミキサ・
ダイオードの近傍に接続し、該低域通過フィルタのイン
ピーダンスが低い周波数では、は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を伝播してミキサ惨ダイオード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
用帯域通過フィルタ（局部ＢＰＦ）５を通過してミキサ
拳ダイオード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の端子ムを高周波的に
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（＾）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
短絡させるだめの中間周波信λ （＾）線路と特性イン（−ダンスの低い＾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からみればミキサ争ダイオード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・ダイオニド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太
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。

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ップ線路
あるいはマイクロストリッ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ＩＧＨ２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はストリップ線路あ
るいはマイクロストリッ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゜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の端子ムを高周波的に短絡させるために
設けられだλ 長さが高周波信号や局部発振信号の一波長（７）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
堆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ィルタ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
フィルタ１２の接地短絡端１３からミキサ拳ダイオード
３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ィルタ１２
の接地短絡端１３までの電気長を中間周波信号の一波長
（里）の長さに選２　　　　　　　２ 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。従って中間周波信
号周波数がＧＨｚ帯あるいは１ＧＨ７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１ｏ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
域通過フィルタ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ィルタ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っ
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
にミキサをストリップ線路あるいはマイクロス）　ＩＪ
ツブ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Ｇ）１２帯あるいはＩＧＨｚ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２ｈから高周波信
号の周波数ｆｒを差し引いた周波数２ｆｌ−ｆｒ（二ｆ
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ィルタを有す
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
信号を再び中間周数信号に再変換し、維音労性の良い構
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。

（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をＧ
Ｈ，帯あるいは１Ｇ）１２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、イメージ信号をフィルタで
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はストリップ
線路あるいはマイクロストリッ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１６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１
８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ィルタで３段の終端
開放スタブで構成され、ミキサーダイオード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、フィルタ１９とミキサ・ダイオ
ード１８間の距離は、λｍ イメージ信号のほぼ一波長（７）に選んでいる。

２０は高周波信号９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。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２２′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
っている。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ップ線路共振器で構成された
局発ＢＩ？Ｆ２４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Ｘからフィルタ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。２６および２６は高周波信
号整合回路で導波管１７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２６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１６の近傍には
終端が接地短絡された低域通過フィルタ２７が主線路１
６に並列に接続され、終端が接地短絡された低域通過フ
ィルタ２７の接地短絡端２８からミキサ・ダイオード１
８までの電気長は中間周波信号の１　　　λｉｆ ｉ波長（−ｊ−）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ィ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ィルター９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域通過フ
ィルタ２７を主線路１６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ｉλｉｔ 波長（−）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ψ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。従って、
中間周波信号周波数がＧＨｚ帯あるいは１８８２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１６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。よっ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って制限される
ことがなく、Ｇ）（ｚ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。ｉ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
れた低域通過フィルタ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々く、また
フィルタ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
域通過フィルタ２７０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）４）レタ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１
１．　ｈ　、　ｌ＋の終端開放スタブ３ｏ〜３２が間隔
ｌＯでもっ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１１，１２，７！１はイメージ信号
の帯域内かその近傍にフィルタの減衰極がくるようにイ
メージ信号の一波長＜　ＡＩＢ　＞４　　　　　４ 前後の長さに選ぶと同時に７！２〈７！１の関係を満足
するように選ぶ。終端開放スタブ３ｏ〜３１の間隔Ｉｎ
については高周波信号の］石波長（１石−λｒ）よりも
長く一波長（１６λｒ）よりも短かく、し６ かも７！２　＜　ｌ＋　＜　ｌｏの条件のもとてフィル
タ１６に要求される特性に対応してｌ＋　、　１２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ｆｍよりも高い条件ｆｒ＞　
１１１０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。

第６図は第４図の実施例に示すフィ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２．６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３
ｏ〜３１を、特性インピーダンスが同じく６ｏΩの主線
路２９に並列に接続し、ｌｏ　＝　ｅ、４ｍｍ　、　１
１１＝　ｓ、ａｍｉ　、　１２　＝　４．ａｍｍに選ぶ
と、１１．７〜１３．ｏＧ）１２０周波数範囲でＶＳＷ
Ｒが１．６以下、８〜１０．６ＧＨ２の周波数範囲で３
０ｄＢ以上の減衰量を有するフィルタ特性が得られる。

これは高周波信号周波数が１２ＧＨ２゜中間周波信号周
波数が１Ｇ）１２帯、イメージ信号周波数が９ＧＨ２帯
で、帯域幅として１８８２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９通過帯域幅は
ともに１ＧＨ２以上の広帯域である。しかも、第４図の
実施例に示すフィルタの構成要素は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ィ
。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１ｏ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１゜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
開放状態になっている。

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、または低域通過フィルタ６あるいは２
ｏ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）　ＩＪツブ線路あるいはマイクロスト
リッ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
ィルタを接続し、この終端が接地短絡された低域通過フ
ィ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一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。従りて、中間周波信号周波数がＧ
Ｈｚ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。

よっ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ィ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ィ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、新だ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
イメージ信号は抑圧するフィ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ィ
ルタのパターン図、第６図は第４図の実施例によるフィ
ルタの挿入損失の周波薮特性図、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・・・・・ペキサ・ダイオー
ド、６・・・・・・帯域通過フィルタ、６・・・・・・
低域通過フィルタ、９・・・・・・線路変換回路、１１
・・・・・・導波管、１２・・・・・・低域通過フィル
タ。 代理人の氏名弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１図 ４ 第２図 ＷＡ５図 第６図

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ィルタを接続し、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
   ィルタを接続し、Ｓ／）終端が接地短絡された低域通過
   フィ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一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
   は通過域となるフィ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）フィルタの構成として、主線路に間隔が等間隔か
   、あるいはほぼ等間隔のｌＯでもって順次並列に接続さ
   れた長さがそれぞれＩｔ　、　Ａ２．　ｈ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１１．１２　、７Ｉｓ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７波長ある
   いはほぼ１波長の長さに選び、１２　＜　１１＜　ｌａ
   　＜　２１２かつ１２〈１３〈ｌｏ〈２１２の条件を満
   足するか、あるいは１２　＜　１１＝　１５　＜　ｌａ
   　＜　２１２　の条件を満足するようにｌｏ　、　Ａ１
   ．　Ａ２．ハ　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のも長
   く了■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。 （６）低域通過フィ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。