(57)【要約】【課題】回路網の小型化を図ると共に、ダイオード端又は入出力端が不整合となった場合でも、２つの入出力端又は４つのダイオード端の整合の劣化を少なくする。【解決手段】λ／４線路２１ｐの８個分の長を有する環状線路２１に、６つのポート１〜６を設け、ポート３，６を入出力ポート１１，１２とし、この入出力ポート１１，１２のそれぞれから信号を入力したとき、両信号が出力される環状線路２１の４つのポート１，２，４，５において、ポート１と２に、１組の第１ダイオード２３と第２ダイオード２４を接続し、ポート４と５にもう１組の第１ダイオード２５と第２ダイオード２６を接続して、ダブルバランスドミキサ回路を構成する。そして、入出力ポート１１からＬＯ信号、入出力ポート１２からＲＦ信号を入力することで、同相及び逆相の電力分配器を配置することなく、第１及び第２ダイオード２３〜２６からＩＦ信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
λ／４線路８個分の長さを有し、インピーダンスが略特性インピーダンスＺ０となる環状分布定数線路と、
この環状分布定数線路に設けられた２つの入出力ポートと、
この２つの入出力ポートのそれぞれから信号を入力したとき、これら両信号が出力される上記環状分布定数線路の４つのポートのそれぞれに配置された第１〜第４のダイオードと、からなり、
上記２つの入出力ポートを介して信号を送受信すると共に、上記第１乃至第４のダイオードからミキシング信号を取り出すように構成した高周波ダブルバランスドミキサ回路。
【請求項２】
上記環状分布定数線路には、λ／４線路の間隔で６つのポートを連続配置し、この６つのポートの中の３番目と６番目のポートを入出力ポートとし、その他のポートに第１〜第４のダイオードを配置することを特徴とする請求項１記載の高周波ダブルバランスドミキサ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高周波ダブルバランスドミキサ回路、特に高周波帯にて使用されるセンサやレーダ等の送受信器に使用され、２つの信号のミキシングを行う回路の構成に関する。
【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、周波数変換器としてのミキサとして、例えば１個のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を用いるシングルエンドミキサ、２個のＳＢＤを用いるシングルバランスドミキサ、４個のＳＢＤを用いるダブルバランスドミキサ等がある。これらのミキサにおいて、許容レベルに着目すると、ＳＢＤの数が増加する程、その許容レベル、即ちミキサとしての飽和レベルが増加するという特徴がある。従って、受信信号のダイナミックレンジを大きく取る必要がある場合は、シングルバランスドミキサよりダブルバランスドミキサの方が優れていることになる。
【０００３】
図８には、従来のダブルバランスドミキサ回路の構成が示されており、図示されるように、局発（ＬＯ）信号が入力される入出力端（ＬＯ端）１１に接続された同相電力分配（２分配）器１３、受信信号（ＲＦ）が入力される入出力端（ＲＦ端）１２に接続された逆相分配（２分配）器１４、これら同相電力分配器１３と逆相分配器１４に接続された２つラットレースシングルバランスドミキサ１５，１６から構成される。このシングルバランスドミキサ１５，１６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１７及び第２ダイオード１８、λ／４波長線６個分の長さの１．５λ線（Ｚ≒√２×Ｚ０、Ｚ０：システムの特性インピーダンス）からなるラットレース線路１９を有してなり、このラットレース線路１９において、第１ポートａにＬＯ信号、第３ポートｃにＲＦ信号を供給し、第２ポートｂに第１ダイオード１７、第４ポートｄに第２ダイオード１８を接続し、この第１ダイオード１７と第２ダイオード１８にＩＦ出力端を接続するように構成される。
【０００４】
このようなダブルバランスドミキサ回路の構成によれば、入出力端１１から入力されたＬＯ信号は同相電力分配器１３で２分配され、また入出力端１２から入力されたＲＦ信号は逆相２分配されることにより、２つのシングルバランスドミキサ１５，１６に供給され、このシングルバランスドミキサ１５，１６では、第１ポートａから入力されたＬＯ信号と第４ポートｄから入力されたＲＦ信号がミキシングされ、その周波数差成分である中間周波数のＩＦ信号が第１ダイオード１７及び第２ダイオード１８から出力される。
【０００５】
図９には、図８の回路の各点における電力レベルと位相の関係が示されており、この図には、入出力端１１からのＬＯ信号を、（４×Ｌ）∠θＬ（Ｌ：振幅）、入出力端１２からの受信信号を（４×Ｒ）∠θＲ（Ｒ：振幅）とし、各部の信号を極座標表示にて示している。
【特許文献１】特開２０００−２３６２２１
【非特許文献１】マイクロウェーブ技術  入門技術［基礎編］−ＣＱ出版、220頁、333〜370頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のように、ダブルバランスドミキサ回路は、シングルバランスドミキサと比較すると、ダイナミックレンジが大きく取れるという利点があるが、図８の回路構成で示されるように、２個のシングルバランスドミキサ１５，１６が配置され、これらに信号を２分配するための同相電力分配器１３や逆相分配器１４が必要になるため、回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００７】
図１０には、ある条件（周波数、基板誘電率等）における実際の分布定数パタンが示されており、この図からも、回路の配置スペースが比較的大きくなることが分かる。従って、回路網の小型化が望まれている（第１課題）。
【０００８】
また、従来のダブルバランスドミキサ回路では、第１ダイオード１７及び第２ダイオード１８の端部の不整合により、２つの入出力端１１，１２（ＬＯ端とＲＦ端）の整合が劣化するという問題がある。
図１１には、ダイオード端に生じる不整合（反射損失）状態が示され、図１２には、図１１の状態での、２つの入出力端１１，１２の反射損失ＲＬ（Return Loss）が示されており、第１及び第２のダイオード（ＳＢＤ）１７，１８の入力インピーダンスが周囲温度の影響等により、特性インピーダンスに対し同様量の不整合となった場合、例えば図１１のように、反射損失ＲＬが約１０ｄＢのときには、図１２の実線に示されるように、入出力端１１，１２のＲＬが約１０ｄＢとなり、不整合状態となる。従って、ダイオード（ＳＢＤ）端が不整合となった場合でも、２つの入出力端１１，１２（ＬＯ端とＲＦ端）の整合劣化を少なくすることが要請される（第３課題）。
【０００９】
また、従来の送受信回路１０では、２つの入出力端１１，１２（ＬＯ端及びＲＦ端）の不整合により、ダイオード端の整合が劣化するという問題がある。
図１３には、入出力端に生じる不整合状態が示され、図１４には、図１３の状態での、ダイオード端の反射損失ＲＬ（リターンロス）が示されており、入出力端１１，１２から見た外部回路の入力インピーダンスが特性インピーダンスに対し不整合となった場合、例えば図１３のように、ＲＬが約１０ｄＢのときには、図１４に示されるように、第１ダイオード１７と第２ダイオード１８の端部のＲＬが約１６ｄＢとなり、不整合状態となる。従って、入出力端１１，１２（ＬＯ端及びＲＦ端）が不整合となった場合でも、第１ダイオード１７及び第２ダイオード１８の端部の整合劣化を少なくすることが要請される（第４課題）。
【００１０】
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、回路網の小型化を図ると共に、ダイオード端が不整合となった場合でも、２つの入出力端の整合の劣化を少なくし、逆に入出力端が不整合となった場合でも、２つのダイオード端の整合の劣化を少なくすることができる高周波ダブルバランスドミキサ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る高周波ダブルバランスドミキサ回路は、λ／４（λ：波長）線路８個分の長さを有し、インピーダンスが略特性インピーダンスＺ０となる環状分布定数線路と、この環状分布定数線路に設けられた２つの入出力ポートと、この２つの入出力ポートのそれぞれから信号を入力したとき、これら両信号が出力される上記環状分布定数線路の４つのポートのそれぞれに配置された第１〜第４のダイオードと、からなり、上記２つの入出力ポートを介して信号を送受信すると共に、上記第１乃至第４のダイオードからミキシング信号を取り出すように構成したことを特徴とする。
請求項２の発明は、上記環状分布定数線路には、λ／４線路の間隔で６つのポートを連続配置し、この６つのポートの中の３番目と６番目のポートを入出力ポートとし、その他のポートに第１〜第４のダイオードを配置することを特徴とする。
【００１２】
本発明の構成によれば、λ／４線路（１／４波長線路）の８個分の長さの環状分布定数線路において、例えばλ／４線路単位で６つのポート１〜６が連続して設けられ、この中のポート３と６を入出力ポートとしたとき、ポート１と２に、１組の第１ダイオードと第２ダイオードを接続し、ポート４と５にもう１組の第１ダイオードと第２ダイオードを接続することにより、ダブルバランスドミキサ回路が構成される。そして、上記入出力のポート３を発振器に接続し、ポート６をアンテナに接続することで、従来の同相及び逆相の電力分配器を配置することなく、ダブルバランスドミキサの作用により、第１ダイオード及び第２ダイオードからＩＦ信号を得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高周波ダブルバランスドミキサ回路によれば、従来の同相電力分配器と逆相電力分配器を不要にして、回路網の小型化を図ることが可能になる。また、ダイオード端が不整合となった場合でも、２つの入出力端の整合の劣化が少なくなり、逆に入出力端が不整合となった場合でも、２つのダイオード端の整合の劣化が少なくなり、安定した動作が確保できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１には、本発明の実施例に係る高周波ダブルバランスドミキサ回路の構成が示されている。図１に示されるように、このダブルバランスドミキサ回路には、λ／４（λ：波長）線路２１ｐの８個分を環状に配置してなり、インピーダンスＺがほぼ特性インピーダンスＺ０（Ｚ≒Ｚ０）となる環状線路（環状分布定数線路）２１が設けられており、この環状線路２１のλ／４線路（１／４波長線路）２１ｐの単位（間隔）で、ポート１〜６が連続して配置される。
【００１５】
この環状線路２１において、ポート３，６が入出力ポート１１，１２として用いられ、この入出力ポート（ＬＯ端）１１に発振器が接続され、入出力ポート（ＲＦ端）１２にアンテナが接続される。また、ポート１，２，４，５のそれぞれに、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）２３〜２６が接続されており、実施例では、ポート２と１に接続された第１ダイオード２３と第２ダイオード２４の組合せ（シングルバランスドミキサ機能に対応するもの）と、ポート４と５に接続された第１ダイオード２５と第２ダイオード２６の組合せの２組が配置される。
【００１６】
即ち、λ／４線路２１ｐの８個分の長さとされた環状線路２１では、ポート３（入出力ポート１１）から信号を入力したとき（黒矢印）、この信号はポート１，２，４，５に現れるが、ポート６には現れず、またこのポート６（入出力ポート１２）から信号を入力したときには（白矢印）、この信号が同様にポート１，２，４，５に現れるがポート３には現れない。そこで、このポート３と６を入出力ポートとし、ポート２，１に、１組目の第１ダイオード２３と第２ダイオード２４を接続し、ポート４，５に、２組目の第１ダイオード２５と第２ダイオード２６を接続するようにしたものである。
【００１７】
このような構成のダブルバランスドミキサでは、発振器から出力された局発信号（ＬＯ信号）を、入出力ポート１１から環状線路２１に入力し、アンテナで受信した受信信号（ＲＦ信号）を、入出力ポート１２から環状線路２１に入力することで、ＬＯ信号とＲＦ信号のそれぞれを２分配し、２組の第１ダイオード２３，２５及び第２ダイオード２４，２６に供給することができる。
【００１８】
また、入出力ポート１１から入力したＬＯ信号と入出力ポート１２から入力したＲＦ信号からＩＦ信号を出力するダブルバランスドミキサとしての役目を、図２により説明する。図２には、入出力ポート（ＬＯ端）１１からの信号を（４×Ｌ）∠（θＬ）［Ｌ：振幅］、入出力（ＲＦ端）１２からの信号を（４×Ｒ）∠θＲ（Ｒ：振幅）とし、各部の信号を極座標表示にて示しており、この図２に示されるように、第１ダイオード２３，２５及び第２ダイオード２４，２６から出力されるＩＦ信号の振幅は、４つのダイオード出力の合計で（Ｌ＋Ｒ）となる。
【００１９】
また、１組目の第１ダイオード２３（Ｄ23）及び第２ダイオード２４（Ｄ24）と２組目の第１ダイオード２５（Ｄ25）及び第２ダイオード２６（Ｄ26）には、次式の位相の信号が入力される。
Ｄ23−ｉｎ：Ｌ∠（θＬ−（π／２））及びＲ∠（θＲ）  …  （１）
Ｄ24−ｉｎ：Ｌ∠（θＬ−π）及びＲ∠（θＲ−（３π／２））  …  （２）
Ｄ25−ｉｎ：Ｌ∠（θＬ−（π／２））及びＲ∠（θＲ−π）  …  （３）
Ｄ24−ｉｎ：Ｌ∠（θＬ−π）及びＲ∠（θＲ−（π／２））  …  （４）
即ち、上記Ｄ23−ｉｎに示されるように、第１ダイオード２３への入力、即ち環状線路２１のポート２からの出力において、ＬＯ信号とＲＦ信号の位相差が−π／２となり、一方上記Ｄ24−ｉｎに示されるように、第２ダイオード２４への入力、即ち環状線路２１のポート１からの出力において、ＬＯ信号とＲＦ信号の位相差が＋π／２となり、第１ダイオード２３と第２ダイオード２４への信号の位相差がπとなる。また、上記Ｄ25−ｉｎに示されるように、第１ダイオード２５への入力（ポート４からの出力）において、ＬＯ信号とＲＦ信号の位相差が＋π／２となり、一方上記Ｄ26−ｉｎに示されるように、第２ダイオード２６への入力（ポート５からの出力）において、ＬＯ信号とＲＦ信号の位相差が−π／２となり、第１ダイオード２５と第２ダイオード２６への信号の位相差がπとなっており、これによって、従来回路と同様に、ダブルバランスドミキサとして機能することになる。
【００２０】
実施例は以上の構成からなり、図１の高周波ダブルバランスドミキサ回路では、入出力ポート（ＬＯ端）１１からＬＯ信号を環状線路２１に入力すると、この信号はポート１，２，４，５から第１ダイオード２３，２５及び第２ダイオード２４，２６に出力され、また入出力ポート（ＲＦ端）１２からＲＦ信号を環状線路２１に入力すると、この信号は同様にポート１，２，４，５から第１ダイオード２３，２５及び第２ダイオード２４，２６に出力されることになり、これらＬＯ信号とＲＦ信号をミキシングしたＩＦ信号が第１ダイオード２３，２５及び第２ダイオード２４，２６から出力される。
【００２１】
図３には、実施例において、ある条件（周波数、基板誘電率等）における分布定数パタンが示されており、実施例の構成によれば、８個分のλ／４波長線からなる環状線路（Ｚ≒Ｚ０）２１及び４個の第１及び第２のダイオード２３〜２６から構成されるので、従来回路で使用していた同相電力分配器と逆相電力分配器、そしてラットレース線路の１つが不要で、従来回路と比較して５０％程度の回路規模となり、回路網を小さくすることができる。しかも、従来（図１０）のように、ラットレース線路と２つの電力分配器間の接続伝送線路が存在しないため、信号の損失が最低限となり、高周波回路として優れたものとなる。
【００２２】
図４には、ダイオード端に生じる不整合状態が示され、図５には、図４の状態における入出力端の反射損失ＲＬ（リターンロス）が示されており、第１及び第２ダイオード（ＳＢＤ）２３〜２６の入力インピーダンスが周囲温度の影響等により、特性インピーダンスに対し同様量の不整合となった場合、例えば図４のように、反射損失ＲＬが約１０ｄＢのときには、図５の実線のＲＬに示されるように、２つの入出力ポート１１，１２での不整合は、約２０ｄＢとなる。従って、４個の第１及び第２ダイオード２３〜２６の端部の不整合による影響は小さくなり、安定した送受信回路が実現されている。
【００２３】
図６には、入出力端（ＬＯ端及びＲＦ端）に生じる不整合状態が示され、図７には、図６の状態におけるダイオード端の反射損失ＲＬが示されており、２つの入出力ポート１１，１２から見た外部回路の入力インピーダンスが特性インピーダンスに対し不整合となり、例えば図６のように、ＲＬが約１０ｄＢのときには、図７の実線のＲＬに示されるように、第１及び第２ダイオード２３〜２６の端部では、２つの入出力端の不整合の影響は殆ど現れていない。従って、第１及び第２ダイオード２３〜２６の端部の整合は良好であり、安定した送受信回路が実現されている。
【００２４】
即ち、実施例では、図２に示されるように、環状線路２１のポート３（入出力ポート１１）について考えると、ポート３−ポート４（第１ダイオード２５）間の往復で、π（λ／２）の位相がずれ、ポート３−ポート５（第２ダイオード２６）間の往復で、２π（λ）の位相がずれ、その差がπとなる関係、即ちインピーダンスがずれた場合でも、反射波が位相相殺される関係に各ポートが置かれている。一方、ポート６（入出力ポート１２）についても、ポート６−ポート５間の往復で、π（λ／２）の位相がずれ、ポート６−ポート４間の往復で、２π（λ）の位相がずれ、その差がπとなる関係になる。また、ポート３，６と第１ダイオード２３及び第２ダイオード２４との間でも、反射波がπだけずれる関係となり、このような関係によって、ダイオード端又は入出力端の不整合でインピーダンスがずれた場合でも、反射波が位相相殺され、不整合が解消された状態となる。
【００２５】
なお、上記実施例では、ポート３，６を入出力ポートとし、ポート１，２，４，５にダイオードを接続するようにしたが、この構成に限らず、入出力ポートから入力した２つの信号が共に出力される４つのポートにダイオードを接続するという関係を維持するようにして、他の組合せのポート構成を採用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例に係る高周波ダブルバランスドミキサ回路の構成を示す図である。
【図２】実施例の高周波ダブルバランスドミキサ回路における送信・受信電力のレベル及び位相を示す図である。
【図３】実施例の高周波ダブルバランスドミキサ回路の実際の分布定数パタンを示す図である。
【図４】実施例の高周波ダブルバランスドミキサ回路のダイオード端に不整合状態が生じたときの状態を示す図である。
【図５】図４の不整合状態における入出力端での反射損失（ＲＬ：リターンロス）特性を示す図である。
【図６】実施例の高周波ダブルバランスドミキサ回路の入出力端に不整合状態が生じたときの状態を示す図である。
【図７】図６の不整合状態におけるダイオード端での反射損失（ＲＬ）特性を示す図である。
【図８】従来の高周波ダブルバランスドミキサ回路の構成を示す図である。
【図９】従来の高周波ダブルバランスドミキサ回路における送信・受信電力のレベル及び位相を示す図である。
【図１０】従来の高周波ダブルバランスドミキサ回路の実際の分布定数パタンを示す図である。
【図１１】従来の高周波ダブルバランスドミキサ回路のダイオード端に不整合状態が生じたときの状態を示す図である。
【図１２】図１１の不整合状態における入出力端での反射損失（ＲＬ：リターンロス）特性を示す図である。
【図１３】従来の高周波ダブルバランスドミキサ回路の入出力端に不整合状態が生じたときの状態を示す図である。
【図１４】図１３の不整合状態におけるダイオード端での反射損失（ＲＬ）特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１〜６…ポート、          １１，１２…入出力ポート、
１５，１６…シングルバランスドミキサ、
１７，２３，２５…第１ダイオード、
１８，２４，２６…第２ダイオード、
１９…ラットレース線路、  ２１…環状線路、
２１ｐ…λ／４線路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010062753.tif 000013
【図１２】
2010062753.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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