(57)【要約】【課題】第１及び第２ダイオードに対する電力分配量や位相のバランスが崩れた場合でも、ＩＦ信号のオフセット電圧を常に一定に維持し、安定した動作を確保する。【解決手段】第１ダイオード５及び第２ダイオード６、負荷抵抗３、電流制限抵抗２、第１及び第２ダイオードへバイアス駆動電圧Ｖopを与える外部電源１を有する高周波ミキサにおいて、上記の負荷抵抗３と電流制限抵抗２が外部電源１と接地との間に直列に配置されるように結線し、その結線の途中にＩＦ出力端１０を設け、ＩＦ出力端−負荷抵抗間及びＩＦ出力端−電流制限抵抗間にＩＦ出力結合抵抗４ａ，４ｂを接続し、このＩＦ出力端１０の電圧を上記駆動電圧Ｖopの中点に設定することにより、オフセット電圧を常に一定に維持できるようにする。また、上記構成は、ダブルバランスドミキサ又は直交検波器としての高周波ミキサに適用することができる。【選択図】図１
2010062752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ダイオード及び第２ダイオードと、
上記第１ダイオードと接地との間に接続された負荷抵抗と、
上記第２ダイオードに対し電流制限抵抗を介して接続され、上記第１及び第２ダイオードへバイアス駆動電圧を与える外部電源とを有し、
局発信号と受信信号のミキシングによってＩＦ出力端から中間周波数を出力する高周波ミキサにおいて、
上記第１ダイオード及び第２ダイオードと上記ＩＦ出力端との間に接続され、このＩＦ出力端の電圧を上記駆動電圧の中点に設定するためのＩＦ出力結合抵抗を設けたことを特徴とする高周波ミキサ。
【請求項２】
上記負荷抵抗と上記電流制限抵抗が上記外部電源と接地との間に直列に配置されるように結線し、その結線の途中に上記ＩＦ出力端を接続し、ＩＦ出力端−負荷抵抗間及びＩＦ出力端−電流制限抵抗間のそれぞれに、上記ＩＦ出力結合抵抗を設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波ミキサ。
【請求項３】
上記第１及び第２ダイオード、負荷抵抗、外部電源及びＩＦ出力結合抵抗を含んだ回路を２組設け、ダブルバランスドミキサとして構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波ミキサ。
【請求項４】
上記第１及び第２ダイオード、負荷抵抗、外部電源及びＩＦ出力結合抵抗を含んだ回路を２組設け、その中の１組をＩ信号形成部としてそのＩＦ出力端からＩ信号を出力し、他の１系統をＱ信号形成部としてそのＩＦ出力端からＱ信号を出力することにより、直交検波器として構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の高周波ミキサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波ミキサ、特に高周波帯にて使用されるセンサやレーダ等の受信機に使用されるもので、安定した動作を確保するための回路構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、マイクロ波帯又はミリ波帯で用いられるセンサやレーダシステム等では、その受信回路に、高周波ミキサが使用されており、この高周波ミキサにおいては、送信信号の一部を局発信号（ＬＯ信号）とし、受信信号（ＲＦ信号）とのミキシングにより、その周波数差成分である中間周波数（ＩＦ信号）が形成され、このＩＦ信号を後段のオペアンプ等のＩＦ処理回路へ出力するように構成される。この高周波ミキサの代表例として、一般的に使用されるラットレース線路を用いたシングルバランスドミキサ（ラットレースミキサ）の構成が図６に示され、またこのシングルバランスドミキサからなる高周波ミキサの回路構成が図７に示されている。
【０００３】
図６及び図７において、シングルバランスドミキサは、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）からなる第１ダイオード（Ｄx1）５及び第２ダイオード（Ｄx2）６が、１．５λ線からなるラットレース線路７の第２ポートｂと第４ポートｄに接続されると共に、第１ポートａにＬＯ端８、第３ポートｃにＲＦ端９が接続され、上記第１ダイオード５と第２ダイオード６の出力側にＩＦ出力端１０が接続される。
【０００４】
このような高周波ミキサの構成によれば、ＬＯ端８から入力される局発信号を、Ｌ＝２×ｃｏｓ（ωＬｔ＋θＬ）、ＲＦ端９から入力される受信信号を、Ｒ＝２×ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＲ）とすると、図６にも示されるように、第１ダイオード５と第２ダイオード６の入力端での信号（Ｄx1−ｉｎ，Ｄx2−ｉｎ）は、
Ｄx1−ｉｎ：Ｌ＝２×（ωＬｔ＋（θＬ−π／２）），
Ｒ＝２×（ωＲｔ＋（θＲ−π／２））  …  （１）
Ｄx2−ｉｎ：Ｌ＝２×（ωＬｔ＋（θＬ＋π／２））
Ｒ＝２×（ωＲｔ＋（θＲ−π／２））  …  （２）
となり、
また、この第１ダイオード５と第２ダイオード６の出力（Ｄx1−ｏｕｔ，Ｄx2−ｏｕｔ）及びＩＦ出力端１０からの出力（ＩＦout）は、
Ｄx1−ｏｕｔ：＋ｃｏｓ（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）  …  （３）
Ｄx2−ｏｕｔ：−ｃｏｓ（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ＋π)）  …  （４）
ＩＦout ：Ｄx1−ｏｕｔ＋Ｄx2−ｏｕｔ
＝cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）−cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ＋π)）
＝cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）＋cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）
＝２×ｃｏｓ（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）  …  （５）
となる。
【特許文献１】特公昭５４−０２９２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図６及び図７の従来例を用いた実際の受信回路では、ＳＢＤからなる第１ダイオード５及び第２ダイオード６を駆動するための局発電力が十分に得られず、ＩＦ信号のレベルが低下することがある。
【０００６】
図８及び図９には、従来の高周波ミキサでの特性例が示されており、図８の波形３０１のように、十分にダイオード５，６がドライブされているときのＩＦ信号に比べ、ダイオード５，６への局発信号ドライブレベルが低下すると、波形３０２のように、ＩＦ信号の振幅が低下し、所望の特性が得られないことが生じる。従って、局発信号ドライブレベルが低下したときにおいても、ＩＦ信号の振幅低下が小さい安定した回路が求められている。
【０００７】
また、図６のシングルバランスドミキサにおいて、理想的なラットレース、即ち第１及び第２ダイオード（Ｄx1及びＤx2）５，６への電力分配量が等倍であり、またバラン位相差が１８０°（上記数式５の右辺の第１項のπ）であれば、ＩＦ信号にはオフセット電圧が発生しないが、実際には、上記電力分配量や位相のバランスが崩れ、オフセット電圧が発生する場合が殆どである。たとえ、常温でオフセットが発生しない場合でも、周囲温度に変化があれば、ラットレースの位相バランスが変動し、オフセット電圧が発生するのが常である。
【０００８】
図９には、オフセット電圧の様子が示されており、図９に示されるように、ダイオード５，６が十分にドライブされているときのＩＦ信号（３０１）のオフセット電圧は、４０１の位置にあるのに対し、ダイオード５，６が十分にドライブされているが、そのバランスが崩れ、ラットトレースの位相差が例えば２２．５°（ｄｅｇ）、即ちλ／8ずれると、ＩＦ信号（３０２）の振幅は同じレベルであるが、４０３に示されるように、オフセット電圧が大きく変動する。
【０００９】
高周波ミキサに後続するオペアンプ回路等は、通常１００倍程度の利得を持つことが多く、このオフセット電圧の変動は、後続のアンプを誤動作させるばかりでなく、飽和させたりすることもあり、大きな問題となる。従来では、これを解決するために、ＩＦ出力側にコンデンサを挿入し、ＡＣカップリングとする手法もあるが、この場合は、ハイパスフィルタとなるために、低周波情報の欠如を招くという不都合がある。
【００１０】
一方、従来では、図８で説明したような、ダイオード５，６への局発信号ドライブレベルの低下時にＩＦ信号の減少が生じるという問題を解決する高周波ミキサ回路が提案されており、このミキサ回路を図１０に示す。この図１０の高周波ミキサ回路では、第１ダイオード５と接地との間に、負荷抵抗（ＲＬ）３が接続され、この負荷抵抗３のダイオード側にＩＦ出力端１０を接続すると共に、第２ダイオード６に対し、電流制限抵抗（Ｒｂ）２を介してバイアス電流を与える外部電源１が設けられる。このような図１０の回路によれば、第１ダイオード５及び第２ダイオード６に強制的に微量のバイアス電流（５００μＡ程度）を印加することにより、ＩＦ信号の振幅減少を解消することができる。
【００１１】
図１１には、図１０の高周波ミキサ回路の低ドライブ時の特性例が示されており、図示されるように、第１及び第２のダイオード５，６への局発信号ドライブレベルが低下したときは、ＩＦ信号が３０４、オフセット電圧が４０４で示される通りとなり、またこのドライブ低下時のＩＦ信号のよりもドライブレベルを更に１ｄＢ低下させたときは、ＩＦ信号が３０５、オフセット電圧が４０５で示される通りとなり、図１０の従来回路では、バイアス電流を与えることで、ドライブレベルが低下した場合でも、十分にドライブされている状態（図８の３０１）とほぼ同じ振幅値のＩＦ信号が得られる。
【００１２】
しかしながら、上記図１０の従来回路でも、ＩＦ信号が負荷抵抗３の端部から取り出されているため、オフセット電圧の変動が局発信号のレベルに対して非常に敏感となり、図１１の４０４，４０５のように、オフセット電圧が変動するという問題を克服することができなかった。
【００１３】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第１及び第２ダイオードに対する電力分配量や位相のバランスが崩れた場合でも、ＩＦ信号のオフセット電圧を常に一定に維持し、安定した動作を確保できる高周波ミキサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、第１ダイオード及び第２ダイオードと、上記第１ダイオードと接地との間に接続された負荷抵抗と、上記第２ダイオードに対し電流制限抵抗を介して接続され、上記第１及び第２ダイオードへバイアス駆動電圧を与える外部電源とを有し、局発信号と受信信号のミキシングによってＩＦ出力端から中間周波数を出力する高周波ミキサにおいて、上記第１ダイオード及び第２ダイオードと上記ＩＦ出力端との間に接続され、このＩＦ出力端の電圧を上記駆動電圧の中点（駆動電圧と接地電位との中点）に設定（維持）するためのＩＦ出力結合抵抗を設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記負荷抵抗と上記電流制限抵抗が上記外部電源と接地との間に直列に配置されるように結線し、その結線の途中に上記ＩＦ出力端を接続し、ＩＦ出力端−負荷抵抗間及びＩＦ出力端−電流制限抵抗間のそれぞれに、上記ＩＦ出力結合抵抗を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、上記第１及び第２ダイオード、負荷抵抗、外部電源及びＩＦ出力結合抵抗を含んだ回路を２組（系統）設け、ダブルバランスドミキサとして構成したことを特徴とする。
請求項４の発明は、上記第１及び第２ダイオード、負荷抵抗、外部電源及びＩＦ出力結合抵抗を含んだ回路を２組設け、その中の１組をＩ信号形成部としてそのＩＦ出力端からＩ信号を出力し、他の１系統をＱ信号形成部としてそのＩＦ出力端からＱ信号を出力することにより、直交検波器として構成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の構成によれば、ＩＦ出力結合抵抗によって、ＩＦ出力端の電圧が駆動電圧の中点に設定されるので、第１及び第２ダイオードに対する電力分配量や位相のバランスが崩れた場合でも、オフセット電圧が常に一定の電圧に維持される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の高周波ミキサによれば、第１及び第２ダイオードに対する電力分配量や位相のバランスが崩れた場合、即ち局発信号の不平衡やバラン位相差が生じた場合でも、ＩＦ信号のオフセット電圧が常に一定に維持され、安定した動作が確保できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１には、本発明の第１実施例に係る高周波ミキサの構成が示されており、この第１実施例は、シングルバランスドミキサ（ラットレースミキサ）から構成される。図１に示されるように、このミキサは、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）の第１ダイオード（Ｄx1）５及び第２ダイオード（Ｄx2）６、１．５λ線からなるラットレース線路７を有し、このラットレース線路７の第２ポートｂに第１ダイオード５、第４ポートｄに第２ダイオード６が接続される。また、ラットレース線路７の第１ポートａにＬＯ端（局発信号入力端）８、第３ポートｃにＲＦ端（受信信号入力端）９が接続される。
【００１９】
更に、第１ダイオード５と接地との間に、負荷抵抗（ＲＬ）３が接続されると共に、第２ダイオード６側に、電流制限抵抗（Ｒｂ）２を介して駆動電圧Ｖopを供給する外部電源１が配置され、この外部電源１により電流制限抵抗２を介してバイアス電流が第１及び第２のダイオード５，６に与えられる。
【００２０】
そして、実施例では、上記負荷抵抗３と第１ダイオード５の接続点と上記電流制限抵抗２と第２ダイオード６の接続点とを伝送線で結線し、その伝送線（引出線）の中間点をＩＦ出力端１０に接続すると共に、負荷抵抗３とＩＦ出力端１０の間にＩＦ出力結合抵抗（Ｒp1）４ａを接続し、電流制限抵抗２とＩＦ出力端１０の間にＩＦ出力結合抵抗（Ｒp2）４ｂを接続する。これにより、負荷抵抗３、ＩＦ出力結合抵抗４ａ，４ｂ及び電流制限抵抗２が外部電源１と接地（グランド）との間に直列に配置される。そして、これらＩＦ出力結合抵抗４ａと４ｂは、負荷抵抗３の値ＲＬと電流制限抵抗２の値Ｒｂを考慮して、ＩＦ出力端１０の電圧が上記外部電源１の駆動電圧Ｖopと接地電位（零電位）との中点（Ｖop／２）に設定されるように、その値Ｒp1，Ｒp2が選択される。
【００２１】
第１実施例は以上の構成からなり、図１の高周波ミキサ回路では、ＬＯ端８から局発信号が入力されると共に、ＲＦ端９から受信信号が入力されることで、ＩＦ出力端１０から中間周波のＩＦ信号が出力されるが、このとき、駆動電圧Ｖopを印加する外部電源１によって、第１ダイオード５及び第２ダイオード６には、電流制限抵抗Ｒｂと負荷抵抗ＲＬにより微量な電流が与えられることで、局発信号のドライブレベルが低下したときでも、振幅の低下が小さいＩＦ信号が得られる。
【００２２】
また、ＩＦ出力端１０には、ＩＦ出力結合抵抗４ａ，４ｂを介して駆動電圧Ｖopの中点の電圧が与えられ、このＩＦ出力端１０から出力されるＩＦ信号は、電圧Ｖopと接地（零電位）との中点を中心とする信号となるので、オフセット電圧の変動が低減されることになる。
【００２３】
図２及び図３には、実施例の回路の特性例が示されており、図２において、第１及び第２ダイオード５，６への局発信号レベルが十分であり、このダイオード５，６が十分にドライブされているときのＩＦ信号１０１に対し、局発信号レベルが低く、ダイオード５，６へのドライブが低いときのＩＦ信号は１０２に示す通りとなった。なお、この両方のドライブレベルは従来回路で示した図８の場合と同じレベルとなっている。この図２から分かるように、従来回路の図８ではドライブレベルの低下によって、ＩＦ信号の振幅が半値以下に減少していたのに対し、実施例の回路では、殆ど減少していない。また、上記ＩＦ信号１０１と１０２のオフセット電圧は、２０１，２０２に示す通りであり、オフセット電圧に関しても殆ど変化が無いことも確認できる。
【００２４】
図３には、低ドライブ時において、局発信号レベル（振幅）及び位相のバランスを崩したときのＩＦ信号が示されており、１０３は、局発信号レベルが低く、第１及び第２ダイオード５，６のドライブが低い場合で、その局発信号を±１ｄＢだけ可変し、更にラットレースの位相差πに対して位相を±λ／８（＝２２．５°）だけ可変した際のＩＦ信号の振幅を示し、２０３はそのオフセット電圧を示している。従来回路では、図９及び図１１のように、局発信号レベルの変動時及び位相の変動時には、ＩＦ信号のオフセット電圧が大きく変化していたが、図３から分かるように、本発明のＩＦ信号の取出しでは、その振幅変動が微量であることに加えて、オフセット電圧が変化しない結果となっている。なお、外部電源１の電圧Ｖop、電流制限抵抗Ｒｂ、負荷抵抗ＲＬ及びＩＦ出力結合抵抗Ｒp1，Ｒp2は、ダイオード（ＳＢＤ）５，６の種類及びバアイス電流によって最適な値に設定されている。
【００２５】
図４には、高周波ミキサをダブルバランスドミキサで構成した第２実施例が示されている。この第２実施例は、ＬＯ端に接続された同相二分配器１４、ＲＦ端に接続された逆相二分配器１５、第１ミキサ部１６及び第２ミキサ部１７からなり、この第１及び第２のミキサ部１６，１７のＩＦ出力線にＩＦ端が接続されており、この第１ミキサ部１６及び第２ミキサ部１７のそれぞれが図１のシングルバランスドミキサと同じ構成とされているものである。
【００２６】
このようなダブルバランスドミキサにおいても、第１ミキサ部１６及び第２ミキサ部１７内の第１及び第２ダイオード（５，６）に対し外部電源（１）からバイアス電流を印加すると共に、ＩＦ信号を外部電圧Ｖopの中点にて取り出すことにより、局発信号が低下（或いは変動）し、またシングルバランスドミキサの位相が変動した場合でも、安定した動作の高周波ミキサが実現できることになる。
【００２７】
図５には、高周波ミキサを直交検波器（ＩＱ検波器）で構成した第３実施例が示されている。この第３実施例は、ＬＯ端に接続された同相二分配器２０、ＲＦ端に接続されたλ／４ブランチラインカプラ２１、Ｉ信号形成部２２及びＱ信号形成部２３からなり、このＩ信号形成部２２及びＱ信号形成部２３のそれぞれが図１のシングルバランスドミキサと同じ構成とされており、上記Ｉ信号形成部２２のＩＦ出力端がＩ信号出力端、Ｑ信号形成部２３のＩＦ出力端がＱ信号出力端となる。
【００２８】
このような直交検波器においても、局発信号の低下（或いは変動）やシングルバランスドミキサの位相の変動が生じた場合でも、安定した動作でＩ信号及びＱ信号を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施例に係る高周波ミキサ（シングルバランスドミキサ）の構成を示す回路図である。
【図２】第１実施例に係る高周波ミキサの特性例を示す図である。
【図３】第１実施例の高周波ミキサで、局発信号レベル及び位相のバランスを崩したときの特性例を示す図である。
【図４】第２実施例の高周波ミキサ（ダブルバランスドミキサ）の構成を示す回路図である。
【図５】第２実施例の高周波ミキサ（直交検波器）の構成を示す回路図である。
【図６】従来の高周波ミキサ（シングルバランスドミキサ）の構成及び位相関係を示す図である。
【図７】従来の高周波ミキサの構成を示す回路図である。
【図８】従来の図７の高周波ミキサの特性例を示す図である。
【図９】従来の図７の高周波ミキサで、局発信号レベル及び位相のバランスを崩したときの特性例を示す図である。
【図１０】従来の高周波ミキサの他の構成を示す回路図である。
【図１１】従来の図１０の高周波ミキサの特性例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…外部電源、            ２…電流制限抵抗、
３…負荷抵抗、            ４ａ，４ｂ…ＩＦ出力結合抵抗、
５…第１ダイオード、      ６…第２ダイオード、
７…ラットレース線路、    ８…ＬＯ（局発信号）端、
９…ＲＦ（受信信号）端、  １０…ＩＦ（中間周波数）出力端、
１４，２０…同相二分配器、      １５…逆相二分配器、
１６…第１ミキサ部、      １７…第２ミキサ部、
２１…λ／４ブランチラインカプラ、
２２…Ｉ信号形成部、      ２３…Ｑ信号形成部。
【図１】
2010062752.tif 000003
【図２】
2010062752.tif 000004
【図３】
2010062752.tif 000005
【図４】
2010062752.tif 000006
【図５】
2010062752.tif 000007
【図６】
2010062752.tif 000008
【図７】
2010062752.tif 000009
【図８】
2010062752.tif 000010
【図９】
2010062752.tif 000011
【図１０】
2010062752.tif 000012
【図１１】
2010062752.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月12日(2008.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
このような高周波ミキサの構成によれば、ＬＯ端８から入力される局発信号を、Ｌ＝２×ｃｏｓ（ωＬｔ＋θＬ）、ＲＦ端９から入力される受信信号を、Ｒ＝２×ｃｏｓ（ωＲｔ＋θＲ）とすると、図６にも示されるように、第１ダイオード５と第２ダイオード６の入力端での信号（Ｄx1−ｉｎ，Ｄx2−ｉｎ）は、
Ｄx1−ｉｎ：Ｌ＝ｃｏｓ（ωＬｔ＋（θＬ−π／２）），
Ｒ＝ｃｏｓ（ωＲｔ＋（θＲ−π／２））  …  （１）
Ｄx2−ｉｎ：Ｌ＝ｃｏｓ（ωＬｔ＋（θＬ＋π／２））
Ｒ＝ｃｏｓ（ωＲｔ＋（θＲ−π／２））  …  （２）
となり、
また、この第１ダイオード５と第２ダイオード６の出力（Ｄx1−ｏｕｔ，Ｄx2−ｏｕｔ）及びＩＦ出力端１０からの出力（ＩＦout）は、
Ｄx1−ｏｕｔ：＋ｃｏｓ（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）  …  （３）
Ｄx2−ｏｕｔ：−ｃｏｓ（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ＋π)）  …  （４）
ＩＦout ：Ｄx1−ｏｕｔ＋Ｄx2−ｏｕｔ
＝cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）−cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ＋π)）
＝cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）＋cos（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）
＝２×ｃｏｓ（(ωＬ−ωＲ)ｔ＋(θＬ−θＲ)）  …  （５）
となる。
【特許文献１】特公昭５４−０２９２１８号公報