(57)【要約】［課題]ハーモニックミキサ回路を送信器に用いると、不要波の発生を十分に抑制することが困難であり、ハーモニックミキサ回路の特性が劣化する。［解決手段］本発明のハーモニックミキサ回路は、局部発信信号と中間周波信号を入力し、高周波信号を出力するメインミキサと、局部発信信号を入力し、リファレンス信号を出力するリファレンスミキサと、リファレンス信号を入力し、検知信号を出力する検知部と、検知信号に基づいて、バイアス電圧をメインミキサとリファレンスミキサとに付加する制御部、とを有する。
2014030350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局部発信信号と中間周波信号を入力し、高周波信号を出力するメインミキサと、
前記局部発信信号を入力し、リファレンス信号を出力するリファレンスミキサと、
前記リファレンス信号を入力し、検知信号を出力する検知部と、
前記検知信号に基づいて、バイアス電圧を前記メインミキサと前記リファレンスミキサとに付加する制御部、とを有する
ハーモニックミキサ回路。
【請求項２】
前記検知部は帯域通過フィルタを備え、
前記帯域通過フィルタは、前記局部発振信号の偶数次の高調波成分を通過させる
請求項１に記載したハーモニックミキサ回路。
【請求項３】
前記メインミキサおよび前記リファレンスミキサは、２つのダイオードが互いに極性が逆になるように並列接続されたアンチパラレルダイオードをそれぞれ備え、
前記アンチパラレルダイオードは、略同一の特性を有する
請求項１または２に記載したハーモニックミキサ回路。
【請求項４】
前記メインミキサおよび前記リファレンスミキサは、同一基板上に配置されている
請求項１から３のいずれか一項に記載したハーモニックミキサ回路。
【請求項５】
前記検知部は、検波回路を備え、前記リファレンス信号の包絡線電圧信号を前記検知信号として出力する
請求項１から４のいずれか一項に記載したハーモニックミキサ回路。
【請求項６】
メインミキサを用いて局部発振信号と中間周波信号を混合して高周波信号を出力させ、
リファレンスミキサを用いて前記局部発振信号の高調波信号を出力させ、
前記高調波信号に基づいてバイアス電圧を決定し、前記バイアス電圧を前記メインミキサおよび前記リファレンスミキサに印加する
ハーモニックミキサ回路の制御方法。
【請求項７】
前記高調波信号のうち偶数次の高調波成分が最小になるようにバイアス電圧を決定する
請求項６に記載したハーモニックミキサ回路の制御方法。
【請求項８】
前記高周波信号の周波数は、前記局部発振信号の周波数と前記中間周波信号の周波数の線形和である
請求項６または７に記載したハーモニックミキサ回路の制御方法。
【請求項９】
前記リファレンスミキサの出力に含まれる偶数次の高調波成分の強度の前記バイアス電圧に対する依存性が、前記メインミキサの出力に含まれる偶数次の混合波成分の強度の前記バイアス電圧に対する依存性と略等しい
請求項６から８のいずれか一項に記載したハーモニックミキサ回路の制御方法。
【請求項１０】
前記バイアス電圧の決定は、偶数次の前記高調波信号を検波することにより包絡線電圧を取得し、前記包絡線電圧が最小になるバイアス電圧を求めることにより行う
請求項６から９のいずれか一項に記載したハーモニックミキサ回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハーモニックミキサ回路およびその制御方法に関し、特に、送信器に用いられるハーモニックミキサ回路およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波・ミリ波通信装置においては、一般的に、ベースバンド信号を中間周波（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ：ＩＦ）信号に変換した後に、局部発振（Ｌｏｃａｌ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ  ：ＬＯ）信号と混合して、目的とする高周波（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ：ＲＦ）信号に変換する。【０００３】
この周波数変換にはミキサ回路が使用され、特に、マイクロ波帯においてはアンチパラレルダイオードを用いたハーモニックミキサ回路がしばしば用いられる。その理由は、ハーモニックミキサ回路においては、ＬＯ信号を低くとることが出来ること、および、ＲＦ信号の近傍のスプリアス成分が原理的に抑圧されることなどにある。その原理を以下に述べる。【０００４】
ハーモニックミキサ回路における入出力信号の周波数関係は次式により表される。【０００５】
ｆＲＦ＝ｍ×ｆＬＯ＋ｎ×ｆＩＦ
ここで、ｆＲＦは出力されるＲＦ信号の周波数、ｆＬＯは入力されるＬＯ信号の周波数、ｆＩＦは入力されるＩＦ信号の周波数である。また、ｍおよびｎは任意の整数である。【０００６】
２つのショットキーバリアダイオードの極性が互いに逆になるように並列接続されたアンチパラレルダイオードの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、図３に示すように奇関数となる（図３中の特性Ａ）。そのため、アンチパラレルダイオードを用いたハーモニックキミサ回路では、上記周波数関係のうち｜ｍ｜＋｜ｎ｜が奇数となる周波数成分のＲＦ信号だけが発生し、｜ｍ｜＋｜ｎ｜が偶数となる周波数成分のＲＦ信号は発生しないことになる。【０００７】
ここで、アンチパラレルダイオードを用いたハーモニックキミサ回路においてｆＲＦ＝２ｆＬＯ＋ｆＩＦ（｜ｍ｜＋｜ｎ｜＝３）となるように周波数関係を選択すると、ＬＯ周波数を低くすることができる。あわせて近傍のスプリアス成分である２ｆＬＯ信号は、｜ｍ｜＋｜ｎ｜＝２であって｜ｍ｜＋｜ｎ｜が偶数となるので、抑圧されることとなる。【０００８】
しかしながら、アンチパラレルダイオードを構成する２つのダイオード特性は、製造上必ずしも同一のＤＣ特性とはならない。そのため、製造ばらつき等に起因してアンチパラレルダイオードのＩ−Ｖ特性の奇関数性が失われる場合がある（図３の特性Ｂ）。この場合、｜ｍ｜＋｜ｎ｜が奇数となる周波数成分の他に、偶数となる周波数を有する不要波成分も発生してしまうという問題がある（例えば、特許文献１参照）。【０００９】
このような問題を解決するハーモニックミキサ回路の一例が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載されたハーモニックミキサ回路は、受信信号入力端子に入力される受信信号と局部発振信号入力端子に入力される局部発振信号とをアンチパラレルダイオードで混合し、混合した信号を出力端子から出力する構成としている。そして、アンチパラレルダイオードの局部発振信号が入力される側の信号から、偶数次の変換モードによる信号成分を検出する検出回路と、この検出回路が検出する信号成分を減少させるように制御信号をアンチパラレルダイオードに入力する制御回路とを備える。【００１０】
検出回路は、局部発振信号の周波数の２倍の信号成分を通過させる高域通過フィルタと、高域通過フィルタを通過した信号を検波してその信号のレベルを示す電圧値を出力する検波回路とを含む。制御回路は、検波回路が出力する電圧値を最小にする制御電圧を制御信号としてアンチパラレルダイオードに入力する。この場合、アンチパラレルダイオードの動作点は、アンチパラレルダイオードを構成する２つのダイオードの特性の差異を打ち消す位置に定められるので、偶数次の変換モードを消滅させることができる。そうすると、ＬＯ信号に含まれる雑音成分ｆＬＯ±ｆＩＦは、｜ｍ｜＋｜ｎ｜＝２と偶数次の変換モードであるので消滅する。この結果、受信ハーモニックミキサ回路に入力されるＬＯ信号に含まれる雑音成分ｆＬＯ±ｆＩＦがＩＦ帯に変換されることがなくなり、受信ハーモニックミキサ回路のＮＦ（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ：雑音指数）特性の劣化を抑えることができる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２７４０４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５４０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した、製造ばらつき等に起因して｜ｍ｜＋｜ｎ｜が偶数となる周波数を有する不要波成分が発生してしまうという問題を、例えば、２ｆＬＯの信号成分を検出することなく解決するために、以下の方法が考えられる。端的には、アンチパラレルダイオードに直接ＤＣ電圧を印加してオフセット電圧を設定することにより、ダイオードのＩ−Ｖ特性における奇関数対称性からのズレを修正して、｜ｍ｜＋｜ｎ｜が偶数次となる周波数成分を抑制する方法である。【００１３】
しかしながら、アンチパラレルダイオードのＩ−Ｖ特性はミキサの入出力ポートからみたインピーダンスによって変化する（図３の特性Ｃ）。その理由は、ミキサの入出力部分には、ＬＯ信号の注入効率の向上、および、ＩＦ信号からＲＦ信号への変換効率の最適化のために、マッチング回路が形成されており（図示しない回路）、そのマッチング回路によって入出力ポートからみたインピーダンスは周波数に応じて変化するからである。その結果、オフセット電圧を印加するためのＤＣ電圧もこの周波数によって変化することとなり、２ｆＬＯの信号成分を検出することなく単にＤＣ電圧を直接アンチパラレルダイオードに印加する方法では、不要波を抑制することは困難という結論となる。以上のように、２ｆＬＯの信号成分の検出は必須である。【００１４】
ここで、特許文献２に記載された関連するハーモニックミキサ回路においては、この回路を受信器に用いることとしている。そうすると、所望信号ｆＩＦ＝ｆＲＦ−２ｆＬＯと不要波の対象である偶数次信号２ｆＬＯとは、周波数帯が離れている。そのため、両者はフィルタを使って容易に分離できる。【００１５】
その一方で、ハーモニックミキサ回路を送信器に用いる場合は、所望信号ｆＲＦ＝２ｆＬＯ＋ｆＩＦと不要波の対象である偶数次信号２ｆＬＯとは非常に近い周波数となる。これは、周波数関係において、通常、ｆＲＦ＞ｆＬＯ≫ｆＩＦとなる大小関係が成り立つからである。したがって、両者を分離することは困難である。不要波だけを精度よく検出することはフィルタを使ってもできない。そのため、関連するハーモニックミキサ回路を送信器に適用すると、不要波の発生を十分に抑制できず、ハーモニックミキサ回路の特性が劣化するという問題があった。【００１６】
本発明の目的は、上述した課題である、ハーモニックミキサ回路を送信器に用いると、不要波の発生を抑制することが困難であり、ハーモニックミキサ回路の特性が劣化する、という課題を解決するハーモニックミキサ回路およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のハーモニックミキサ回路は、局部発信信号と中間周波信号を入力し、高周波信号を出力するメインミキサと、局部発信信号を入力し、リファレンス信号を出力するリファレンスミキサと、リファレンス信号を入力し、検知信号を出力する検知部と、検知信号に基づいて、バイアス電圧をメインミキサとリファレンスミキサとに付加する制御部、とを有する。【００１８】
また、本発明のハーモニックミキサ回路の制御方法は、メインミキサを用いて局部発振信号と中間周波信号を混合して、高周波信号を出力させ、リファレンスミキサを用いて局部発振信号の高調波信号を出力させ、高調波信号に基づいてバイアス電圧を決定し、バイアス電圧をメインミキサおよび前記リファレンスミキサに印加する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のハーモニックミキサ回路およびその制御方法によれば、ハーモニックミキサ回路を送信器に用いた場合であっても、不要波の発生を抑制することができ、良好な特性を備えたハーモニックミキサ回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係るハーモニックミキサ回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るハーモニックミキサ回路の構成を示すブロック図である。
【図３】アンチパラレルダイオードのＩ−Ｖ特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係るハーモニックミキサ回路の構成を示すブロック図である。本実施形態のハーモニックミキサ回路１００は、局部発信（ＬＯ）信号と中間周波（ＩＦ）信号を入力し、高周波（ＲＦ）信号を出力するメインミキサ１０と、ＬＯ信号を入力し、リファレンス信号を出力するリファレンスミキサ２０とを有する。さらに、リファレンス信号を入力し、検知信号を出力する検知部３０と、検知信号に基づいて、バイアス電圧をメインミキサ１０とリファレンスミキサ２０とに印加する制御部４０を有する。
【００２３】
リファレンスミキサ２０を用いる構成によって、不要波となる偶数次信号だけを精度よく検出することが可能となる。その結果、ハーモニックミキサ回路を送信器に用いた場合であっても、不要波の発生を抑制することができ、良好な特性を備えたハーモニックミキサ回路を得ることができる。
【００２４】
次に、本実施形態によるハーモニックミキサ回路の構成について、図２を用いてさらに詳細に説明する。図２は、本発明の実施形態に係るハーモニックミキサ回路１００の構成を示すブロック図である。
【００２５】
メインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０の一端には、周波数ｆＬＯのＬＯ信号が入力されるＬＯ信号入力ポート１が接続される。メインミキサ１０の他端には、周波数ｆＩＦのＩＦ信号が入力されるＩＦ信号入力ポート２が接続される。さらに、メインミキサ１０には、周波数ｆＲＦのＲＦ信号が取り出されるＲＦ信号出力ポート３が接続される。
【００２６】
一方、リファレンスミキサ２０の他端には、リファレンスミキサ２０を通過したＬＯ信号がリファレンス信号として取り出されるリファレンス信号出力ポート４が接続される。また、メインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０には、制御部４０から出力されたバイアス電圧が印加される電圧印加ポート５が接続される。なお、ここまでの構成は同一の基板６０上に実装することが望ましい。
【００２７】
メインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０は、２つのショットキーバリアダイオード１１、１２（２１、２２）が互いに極性が逆になるように並列接続されたアンチパラレルダイオードをそれぞれ備えた構成とすることができる。メインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０のアンチパラレルダイオードは、同一の基板６０上に実装することで略同一の特性とすることができる。
【００２８】
すなわち、ダイオードの製造バラツキに起因するメインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０を構成するアンチパラレルダイオードの特性の差異を低減することができる。具体的には、ＬＯ信号入力ポート１、ＩＦ信号入力ポート２、ＲＦ信号出力ポート３、リファレンス信号出力ポート４、電圧印加ポート５、メインミキサ１０、リファレンスミキサ２０が同一の基板６０上に配置され、集積回路を構成している。
【００２９】
また、検知部３０は、リファレンスミキサ２０からの信号入力側に帯域通過フィルタ３２を備えた構成とすることができる。帯域通過フィルタ３２は、リファレンスミキサ２０から出力されるＬＯ信号の偶数次の高調波成分をリファレンス信号として通過させる。このような構成とすることにより、検知部３０は不要波成分のみを精度よく検知することができる。
【００３０】
検知部３０は、帯域通過フィルタ３２の後段に検波回路３１を備える構成とすることができる。検波回路３１は、帯域通過フィルタ３２を通過したリファレンス信号の包絡線検波を行い、検知信号として出力する。
【００３１】
制御部４０は、検波回路３１から検知信号を取得する。制御部４０は、検波回路３１が出力した検知信号を最小とするオフセット電圧を電圧出力ポート５に出力する。
【００３２】
次に、本発明の実施形態に係るハーモニックミキサ回路１００の動作について説明する。
【００３３】
ＬＯ信号入力ポート１から入力されたＬＯ信号は等分配されて、メインミキサ１０とリファレンスミキサ２０に同振幅で入力されることが望ましい。また、メインミキサ１０には、ＩＦ信号入力ポート２から入力されたＩＦ信号が入力される。その結果、メインミキサ１０のＲＦ信号出力ポート３には周波数が次式で表されるＲＦ信号が発生する。
【００３４】
ｆＲＦ＝ｍ×ｆＬＯ＋ｎ×ｆＩＦ
ここで、ｆＲＦはＲＦ信号の周波数、ｆＬＯはＬＯ信号の周波数、ｍおよびｎは任意の整数をそれぞれ表す。
【００３５】
一方、リファレンスミキサ２０はＬＯ信号のみを入力する。この場合、リファレンス信号出力ポート４には、周波数がｍ×ｆＬＯ（＝ＬＯ、２ＬＯ、３ＬＯ…）のリファレンス信号が発生する。
【００３６】
なお、メインミキサ１０とリファレンスミキサ２０は、同一構造のアンチパラレルダイオードを用いて同一基板６０上に構成することにより、製造上生じる特性の個体バラつきを低減することができる。すなわち、メインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０の周波数特性は略等しく、ＲＦ信号出力ポート３とリファレンス信号出力ポート４でのｍ×ｆＬＯ成分の出力は略同一となる。
【００３７】
送信器に用いるハーモニックミキサ回路においては、所望ＲＦ信号の周波数ｆＲＦはｆＲＦ＝２ｆＬＯ＋ｆＩＦとなるように設定する。この場合、この所望ＲＦ信号の最も近傍に現れる不要波成分は、周波数が２ｆＬＯの成分である。
【００３８】
従って、リファレンス信号出力ポート４から出力されたリファレンス信号（ｍ×ｆＬＯ）のうち、偶数次の高調波成分のうち２ｆＬＯ成分のみを帯域通過フィルタ３２によって通過させる。２ｆＬＯ成分は検波回路３１により検波され、検知信号として包絡線電圧信号が検知部３０から出力される。制御部４０は、取得した検知信号を最小とするオフセット電圧を電圧印加ポート５に印加する。
【００３９】
次に、本発明に係るハーモニックミキサ回路の制御方法について説明する。
【００４０】
まず、メインミキサ１０を用いてＬＯ信号とＩＦ信号を混合し、ＲＦ信号を出力させる。また、リファレンスミキサ２０を用いてＬＯ信号の高調波信号を出力させる。次に、高調波信号に基づいてバイアス電圧を決定し、バイアス電圧をメインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０に印加する。
【００４１】
ここで、高調波信号のうち偶数次の高調波成分が最小になるようにバイアス電圧を決定するよう制御することができる。この場合、ＲＦ信号の周波数ｆＲＦは、ＬＯ信号の周波数ｆＬＯとＩＦ信号の周波数ｆＩＦの線形和（ｍ×ｆＬＯ＋ｎ×ｆＩＦ（ｍ、ｎは整数））である周波数とすることができる。これは、例えばアンチパラレルダイオードを用いるハーモニックミキサ回路によって実現することができる。
【００４２】
ここで、リファレンスミキサ２０の出力に含まれる偶数次の高調波成分についてその強度のバイアス電圧に対する依存性が、メインミキサ１０の出力に含まれる偶数次の混合波成分についてその強度のバイアス電圧に対する依存性と略等しくすることが望ましい。これは、例えば同一基板上に配置されたメインミキサ１０およびリファレンスミキサ２０を用いることによって実現することができる。
【００４３】
また、バイアス電圧の決定は、高調波信号のうち偶数次の高調波信号を検波することにより包絡線電圧を取得し、この包絡線電圧が最小になるバイアス電圧を求めることにより行うことができる。これは、例えば、検波回路を用いることで実現することができる。
【００４４】
以上述べたように、本実施形態によるハーモニックミキサ回路およびその制御方法によれば、ハーモニックミキサ回路を送信器に用いた場合であっても、不要波の発生を抑制することができ、良好な特性を備えたハーモニックミキサ回路を得ることができる。これは、リファレンスミキサ２０を用いることによって不要波成分のみを精度よく検知することが可能となるからである。
【００４５】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【００４６】
この出願は、２０１２年８月２３日に出願された日本出願特願２０１２−１８４０８９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、例えば、送信器に用いられるハーモニックミキサ回路およびその制御方法などに利用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ＬＯ信号入力ポート
２    ＩＦ信号入力ポート
３    ＲＦ信号出力ポート
４    リファレンス信号出力ポート
５    電圧印加ポート
１０    メインミキサ
２０    リファレンスミキサ
１１、１２、２１、２２    ショットキーバリアダイオード
３０    検知部
３１    検波回路
３２    帯域通過フィルタ
４０    制御部
６０    基板
１００    ハーモニックミキサ回路
【図１】
2014030350.tif 000003
【図２】
2014030350.tif 000004
【図３】
2014030350.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月18日(2015.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
局部発振信号と中間周波数信号を入力し、高周波信号を出力するメインミキサと、
前記局部発振信号を入力し、リファレンス信号を出力するリファレンスミキサと、
前記リファレンス信号から包絡線電圧信号を抽出して検知信号として出力する検知部と、
前記検知信号を小さくするためのバイアス電圧を前記メインミキサと前記リファレンスミキサとに付加する制御部、とを有する
ハーモニックミキサ回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
メインミキサを用いて局部発振信号と中間周波信号を混同して高周波信号を出力させ、
リファレンスミキサを用いて前記局部発振信号の高調波信号を出力させ、
前記高調波信号から包絡線電圧信号を抽出し、検知信号として出力し、
前記検知信号を小さくするためのバイアス電圧を決定し、前記バイアス電圧を前記メインミキサおよび前記リファレンスミキサに印加する
ハーモニックミキサ回路の制御方法。
【国際調査報告】
2014030350.tif 000006
2014030350.tif 000007
2014030350.tif 000008