(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の局部発振信号端子に接続された入力端、及び出力端を有する電力強度のリミッタ回路と、
所定の入力端子に接続された第１の入力端、及び前記リミッタ回路の前記出力端に接続された第２の入力端を有するミキサ回路とを含み、
前記リミッタ回路は、
アンチパラレルダイオードペアと、
一端が前記リミッタ回路の前記入力端に接続され他端が前記アンチパラレルダイオードペアに接続された第１の局部発振信号伝送経路と、
一端が前記第１の局部発振信号伝送経路と前記アンチパラレルダイオードペアとの接続点に接続され、他端が前記リミッタ回路の前記出力端に接続された第２の局部発振信号伝送経路とを含む、リミッタ付ミキサ。
【請求項２】
所定の局部発振信号端子に接続された入力端、及び出力端を有する電力強度のリミッタ回路と、
所定の入力端子に接続された第１の入力端、及び前記リミッタ回路の前記出力端に接続された第２の入力端を有するミキサ回路とを含み、
前記リミッタ回路は、
アンチパラレルダイオードペアと、
一端が前記リミッタ回路の前記入力端に接続され他端が前記アンチパラレルダイオードペアに接続された第１の局部発振信号伝送経路と、
一端が前記第１の局部発振信号伝送経路と前記アンチパラレルダイオードペアとの接続点に接続され、他端が前記リミッタ回路の前記出力端に接続された第２の局部発振信号伝送経路とを含み、
前記アンチパラレルダイオードペアは、
一端が前記接続点に接続され他端が接地された第１のダイオードと、
前記第１のダイオードと並列に、かつ前記第１のダイオードに対して逆極性になるように接続された第２のダイオードとを含む、リミッタ付ミキサ。
【請求項３】
所定の局部発振信号端子に接続された入力端、及び出力端を有する電力強度のリミッタ回路と、
所定の入力端子に接続された第１の入力端、及び前記リミッタ回路の前記出力端に接続された第２の入力端を有するミキサ回路とを含み、
前記ミキサ回路は、第１のアンチパラレルダイオードペアと、
前記第１の入力端と前記第１のアンチパラレルダイオードペアとを接続する第１の伝送経路と、
前記第２の入力端と前記第１のアンチパラレルダイオードペアとを接続する第２の伝送経路と、
前記第１のアンチパラレルダイオードペアと所定の出力端子とを接続する第３の伝送経路とを含む偶高調波ミキサ回路を含み、
前記リミッタ回路は、
第２のアンチパラレルダイオードペアと、
一端が前記リミッタ回路の前記入力端に接続され他端が前記第２のアンチパラレルダイオードペアに接続された第１の局部発振信号伝送経路と、
一端が前記第１の局部発振信号伝送経路と前記第２のアンチパラレルダイオードペアとの接続点に接続され、他端が前記リミッタ回路の前記出力端に接続された第２の局部発振信号伝送経路とを含み、
前記第１のアンチパラレルダイオード及び前記第２のアンチパラレルダイオードは共に、所定の半導体基板上に形成される、リミッタ付ミキサ。
【請求項４】
前記ミキサ回路は、前記第１の入力端に入力される入力信号の周波数を、前記第２の入力端に入力される局部発振信号を用いて、当該入力信号の周波数より高い所定の周波数に変換するためのアップコンバータとして動作する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のリミッタ付ミキサ。
【請求項５】
前記ミキサ回路は、前記第１の入力端に入力される入力信号の周波数を、前記第２の入力端に入力される局部発振信号を用いて、当該入力信号の周波数より低い所定の周波数に変換するためのダウンコンバータとして動作する、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のリミッタ付ミキサ。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のリミッタ付ミキサと、
前記局部発振信号端子に接続された局部発振信号源とを含む、周波数変換装置。
【請求項７】
前記局部発振信号源は、
周波数の成分を含む所定の信号を発生する信号源回路と、
前記信号源回路及び前記局部発振信号端子に接続された局部発振信号帯域通過フィルタとを含む、請求項６に記載の周波数変換装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の周波数変換装置を有し、当該周波数変換装置を用いて、
高周波信号と中間周波信号との間の周波数変換を行なう、通信装置。
【請求項９】
請求項８に記載の通信装置の実装された、セラミック多層基板のマルチチップモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波通信における周波数変換に使用されるミキサに関し、特に、ミリ波帯通信における周波数変換に使用されるミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において、周波数約３０〜３００ＧＨｚのいわゆるミリ波帯は、高速無線伝送が実現できる帯域として注目されている。ミリ波帯の電波の波長は１〜１０ｍｍと短いため、アンテナ、通信回路、及び通信機器全体の小型化が可能となる。その中でも６０ＧＨｚ帯（おおよそ５５〜６５ＧＨｚの帯域）の電波は、酸素による吸収減衰が大きく、遠くまで到達せず、したがって干渉しにくいという特性も持っており、短距離、大容量で低コストの様々な無線システムへの利用が期待されている。
【０００３】
６０ＧＨｚ帯をはじめとするミリ波帯の電波を使用して無線通信を行なうには、高い精度で信号の周波数を変換することが必要となる。図７に、周波数変換に用いられる一般的な周波数変換装置４００の構成を示す。図７を参照して、周波数変換装置４００は、中間周波信号端子４０２と高周波信号端子４０４とに接続されたミキサ４１０と、ミキサ４１０による周波数変換に用いられる局部発振信号を発生するための局部発振信号源４２０とを含む。局部発振信号源４２０は、局部発振信号として必要な周波数の成分を含んだ信号を発生する信号源回路４２２と、信号源回路４２２とミキサ４１０の間に設けられ、上記必要な周波数に対して通過特性を有する帯域通過フィルタ４２４とを含む。
【０００４】
ミリ波帯の信号を使用するのに、比較的高い周波数の局部発振信号が必要となる。そのために信号源回路４２２は、誘電体発振器４２６と、誘電体発振器４２６が発生した信号の周波数を３倍に逓倍するための周波数３逓倍器４２８と、周波数３逓倍器４２８により周波数が３逓倍された信号を増幅するためのバッファアンプ４３０とを縦列に接続した構成となっている。帯域通過フィルタ４２４には、フィルタ特性のばらつきが少ない、超高精度の薄膜工程で製造されたフィルタが使用される。
【０００５】
ミキサ４１０は、局部発振信号源４２０が発生する局部発振信号を受け、さらに中間周波信号端子４０２と高周波信号端子４０４との一方で入力信号を受けると、入力信号と局部発振信号とを混合し、入力信号とは周波数の異なる信号を発生して他方の端子より出力する。このミキサ４１０には、比較的低い周波数の局部発振信号で高い周波数の信号を扱うことの可能なアンチパラレルダイオード型の偶高調波ミキサが多用される。一般的なアンチパラレルダイオード型の偶高調波ミキサは、互いに他と極性が逆になるよう並列接続された二つのダイオードと、中間周波信号端子４０２、高周波信号端子４０４、及び局部発振信号の入力端子を分離するための多数のフィルタとを有する。このミキサは、中間周波信号端子４０２と高周波信号端子４０４との一方の端子で入力信号を受けると、アンチパラレルダイオードでその入力信号と局部発振信号とを混合し、入力信号の周波数と局部発振信号の周波数の２ｍ（ただしｍは整数）倍の周波数との和又は差により与えられる周波数の成分を持つ混合波が発生する。そして、この混合波のうち他方の端子に対応する周波数の成分をフィルタにより分離し、他方の端子より出力する。このような偶高調波ミキサでは、通常のミキサの２ｍ分の１の周波数の局部発振信号で動作できる。
【０００６】
ミリ波帯は、短距離で低コストの様々な無線システムでの利用が期待されている。そのため、周波数変換装置４００及びそれを構成する各要素には、小型でかつ低コストのものが求められている。しかし、一般的なアンチパラレルダイオード型の偶高調波ミキサには信号を分離するためのフィルタが多数必要であり、その分、回路構成が複雑かつ大型になり、半導体基板上などに集積化するのが困難であった。
【０００７】
特許文献１には、フィルタを削減した構成のミキサ４１０が開示されている。図８に、特許文献１に開示されているミキサ４１０の構成を示す。なお、図８に示すミキサ４１０は、周波数ｆｒｆの高周波信号と周波数ｆｌｏの局部発振信号とを入力すると、中間周波信号として、周波数ｆｉｆ＝｜ｆｒｆ−２ｍｆｌｏ｜の信号を出力するダウンコンバータ用の偶高調波ミキサである。
【０００８】
図８を参照して、ミキサ４１０は、局部発振信号源４２０に接続される局部発振信号端子４４０と、ダイオード４４２及び４４４を逆極性で並列接続した構成を持ち、一端が局部発振信号端子４４０に接続されたアンチパラレルダイオードペア４４６と、接続点４５０でアンチパラレルダイオードペア４４６の他端に接続され、さらに中間周波信号端子４０２及び高周波信号端子４０４に接続された分波器４６０とを含む。
【０００９】
分波器４６０は、接続点４５０と中間周波信号端子４０２とを結ぶ経路上に設けられ、中間周波信号を通過させる低域通過フィルタ４５６と、接続点４５０と高周波信号端子４０４とを結ぶ経路上に設けられ、高周波信号を通過させる帯域通過フィルタ４５８とを含む。ミキサ４１０はさらに、局部発振信号の約１／４波長の電気長を有する伝送線路からなり、一端が接続点４４８に接続され他端が接地された先端短絡スタブ４５２と、局部発振信号のおよそ１／４波長の電気長を有する伝送線路からなり、一端が接続点４５０に接続され他端が開放された先端開放スタブ４５４とを含む。
【００１０】
特許文献１に記載のミキサは、中間周波信号、高周波信号、及び局部発振信号の分離を、先端短絡スタブ４５２、先端開放スタブ４５４、及び分波器４６０によって行なっている。先端短絡スタブ４５２の接続点４４８は、高周波信号に対しては短絡として機能し、局部発振信号に対しては開放として機能する。先端開放スタブ４５４は、局部発振信号の１／４波長の電気長を有する。中間周波信号の周波数ｆｉｆが高周波信号の周波数ｆｒｆより十分低い場合、接続点４５０は、高周波信号に対しては開放と等しい状態となり、局部発振信号に対しては短絡と等しい状態となる。また、局部発振信号の偶高調波信号は、アンチパラレルダイオードペア４４２内でキャンセルされる。特許文献１によれば、この構成により各端子の分離に必要なフィルタの数を削減でき、ミキサを小型化、集積化しやすくなる。
【特許文献１】特許第２７９５９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
アンチパラレルダイオード型の偶高調波ミキサの周波数変換効率は、局部発振信号の入力電力強度に応じて変化する。特に、局部発振信号の入力電力強度が低いと、ミキサの変換損が極端に増加する。そのため、局部発振信号の電力強度に製品ごとのばらつきがあると、安定した性能の周波数変換装置を提供できなくなる。このような問題は、特許文献１に係る偶高調波ミキサ４１０においても発生する。
【００１２】
ところが、図７に示す局部発振信号源４２０の各部品の性能には製品ごとにばらつきがあり、そのために、局部発振信号の電力強度にばらつきが生まれる。例えば、図７に示す帯域通過フィルタ４２４の性能にばらつきがあると、局部発振信号の電力強度に大きなばらつきが生じる。図９に、帯域通過フィルタ４２４の周波数特性を模式的に示す。図９を参照して、局部発振信号の周波数が約２８ＧＨｚであるものとする。ここに理想的な性能のフィルタを実線で示す。理想的なフィルタでは、通過損が２８ＧＨｚ付近で最小となるような通過特性を有する。フィルタの通過特性に点線で示すようなずれが生じた場合、２８ＧＨｚ付近の通過損が大幅に増加し、理想的なフィルタに対し図９中の矢印に示すような差異が生じる。このように通過特性のずれたフィルタを図７に示す帯域通過フィルタ４２４として使用した場合、ミキサに入力される局部発振信号の強度に大きなばらつきが生じる。
【００１３】
局部発振信号源４２０の各部品を高精度の加工方法で製造することによって、各ブロックの性能のばらつきをある程度少なくすることは可能かもしれない。実際に、帯域通過フィルタ４２４に超高精度の薄膜工程で作成されたフィルタを使用することによって、フィルタの性能のばらつきを軽減させている。しかしながら、高精度の加工により製造コストが増大する。その上、このような高精度のフィルタ等を用いて局部発振信号源４２０を構成しても電力強度のばらつきが無くなるわけではない。局部発振信号の強度が一定になるように局部発信信号源４２０を製品ごとに調整することは理論的には可能かもしれないが、調整に手間がかかり製造コストが増加する。
【００１４】
局部発振信号の入力電力強度が小さいとミキサの変換損が極端に増加することに鑑みて、本願の発明者は、大きな電力強度の局部発振信号がミキサに入力されるよう局部発振信号源４２０を構成していた。ところが、電力強度の大きな信号を発生させるように局部発信信号源４２０を構成すると、各部品のばらつきにより電力強度の極めて大きな局部発振信号が発生する確率が高くなる。このような極端に大きな強度の局部発振信号がミキサに流れると、ミキサの変換損が増加する。さらに悪いことに、ダイオードに非常に大きな直流電流が流れることによってダイオードの劣化が早まり、寿命を縮め製品の信頼性を低下させる結果となる。
【００１５】
それゆえに、本発明の目的は、特に、ミリ波帯通信における周波数変換等に好適で、安定した周波数変換効率で信頼性が高く長寿命のミキサ、低い製造コストで製造できる信頼性の高い周波数変換装置、及び通信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の局面に係るリミッタ付ミキサは、所定の局部発振信号端子に接続された入力端、及び出力端を有する電力強度のリミッタ回路と、所定の入力端子に接続された第１の入力端、及び前記リミッタ回路の出力端に接続された第２の入力端を有するミキサ回路とを含む。
【００１７】
局部発振信号端子に局部発振信号が入力されると、リミッタ回路は当該局部発振信号の電力強度を制限する。リミッタ回路の出力端から出力される局部発振信号が第２の入力端よりミキサ回路に入力される。さらに入力端子に周波数変換の対象となる入力信号が入力されると、ミキサ回路は入力信号を第１の入力端で受け、入力信号の周波数変換を、リミッタ回路を介して入力された局部発振信号を用いて行なう。リミッタ回路が、ミキサ回路への局部発振信号の過入力を防ぐため、ミキサ回路にかかる負担を軽減できる。また、ミキサ回路に入力される局部発振信号の電力強度がリミッタ回路による制限によって安定する。このリミッタ付ミキサに入力される局部発振信号の電力強度にばらつきがあっても、ミキサ回路は周波数変換を安定して行なうことができる。そのため、全体として安定した性能で信頼性が高いミキサを提供できる。
【００１８】
好ましくは、リミッタ回路は、アンチパラレルダイオードペアと、一端がリミッタ回路の入力端に接続され他端がアンチパラレルダイオードペアに接続された第１の局部発振信号伝送経路と、一端が第１の局部発振信号伝送経路とアンチパラレルダイオードペアとの接続点に接続され、他端がリミッタ回路の出力端に接続された第２の局部発振信号伝送経路とを含む。
【００１９】
入力端と出力端との間を結ぶ第１及び第２の局部発振信号伝送経路とアンチパラレルダイオードペアとを含むこのリミッタ回路は、単純な回路構成であり、低コストで製造可能である。よって、低コストで性能のばらつきの少ないミキサを提供できる。
【００２０】
より好ましくは、アンチパラレルダイオードペアは、一端が接続点に接続され他端が接地された第１のダイオードと、第１のダイオードと並列に、かつ第１のダイオードに対して逆極性になるように接続された第２のダイオードとを含む。
【００２１】
接続点の電位が接地点の電位より高くなり、さらに接続点と接地点との電位差がある値以上になると、第１のダイオードにそのダイオードの順方向電圧降下以上の電圧が加わることになり、第１のダイオードが導通する。これにより、接続点の電位がそれ以上高くなることが制限される。逆に、接続点の電位が接地点の電位より低くなり、さらに接続点と接地点との電位差がある値以上になると、第２のダイオードにそのダイオードの順方向電圧降下以上の電圧が加わることになり、第２のダイオードが導通する。これにより、接続点の電位がそれ以上低くなることが制限される。すなわち、第１及び第２の局部発振信号伝送経路を介して入力端から出力端へ通過する局部発振信号の電圧振幅が所定の範囲内に制限される。その結果、第１及び第２の局部発振信号伝送経路を介して入力端から出力端へ通過する局部発振信号の電力強度が制限される。第１及び第２のダイオードとして適切な特性のダイオードを使用することにより、ミキサ回路に適切な電力強度の局部発振信号を入力することが可能になる。
【００２２】
好ましくは、ミキサ回路は、第１のアンチパラレルダイオードペアと、第１の入力端と第１のアンチパラレルダイオードペアとを接続する第１の伝送経路と、第２の入力端と前記第１のアンチパラレルダイオードペアとを接続する第２の伝送経路と、第１のアンチパラレルダイオードペアと所定の出力端子とを接続する第３の伝送経路とを有する偶高調波ミキサ回路を含む。
【００２３】
第１の入力端に入力される信号は第１の伝送経路を介して第１のアンチパラレルダイオードペアに到達する。第２の入力端に入力される局部発振信号は、第２の伝送経路を介して第１のアンチパラレルダイオードペアに到達する。第１のアンチパラレルダイオードペアは、これらの信号を混合することにより周波数の変換された信号を発生し、第３の伝送経路を介して所定の出力端子より出力する。この偶高調波ミキサの周波数変換効率は、局部発振信号の電力強度によって変化するが、この偶高調波ミキサ回路に入力される局部発振信号の電力強度はリミッタ回路により安定化されるため、周波数変換効率を一定に保つことができる。したがってリミッタ付ミキサ全体としての性能のばらつきを低減できる。また、ミキサ回路への局部発振信号の過入力を防ぐことによって、第１のアンチパラレルダイオードペアを構成するダイオードに流れる直流電流を制限できる。アンチパラレルダイオードペアにかかる負担が軽減し、リミッタ付ミキサの長寿命化が実現可能になる。
【００２４】
より好ましくは、リミッタ回路は、第２のアンチパラレルダイオードペアと、一端がリミッタ回路の入力端に接続され他端が第２のアンチパラレルダイオードペアに接続された第１の局部発振信号伝送経路と、一端が第１の局部発振信号伝送経路と第２のアンチパラレルダイオードペアとの接続点に接続され、他端がリミッタ回路の出力端に接続された第２の局部発振信号伝送経路とを含み、第１のアンチパラレルダイオード及び第２のアンチパラレルダイオードは共に、所定の半導体基板上に形成される。
【００２５】
第１及び第２のアンチパラレルダイオードペアを同じ半導体基板上に同じ工程で形成でき、このリミッタ付ミキサの製造工程を簡素化できる。したがって、性能のばらつきが少なく長寿命のミキサを、製造コストを大幅に増やすことなく提供することが可能になる。
【００２６】
ミキサ回路は、第１の入力端に入力される入力信号の周波数を、第２の入力端に入力される局部発振信号を用いて、入力信号の周波数より高い所定の周波数に変換するためのアップコンバータとして動作してもよい。
【００２７】
ミキサ回路がアップコンバータとして動作する際にも、リミッタ回路により安定化された局部発振信号が使用される。局部発振信号の電力強度のばらつきがミキサ回路のアップコンバータとしての動作に与える影響を低減できる。すなわち、リミッタ付ミキサからなる安定した性能のアップコンバータを提供できる。
【００２８】
ミキサ回路は、第１の入力端に入力される入力信号の周波数を、第２の入力端に入力される局部発振信号を用いて、入力信号の周波数より低い所定の周波数に変換するためのダウンコンバータとして動作してもよい。
【００２９】
ミキサ回路がダウンコンバータとして動作する際にも、リミッタ回路により安定化された局部発振信号が使用される。局部発振信号の電力強度のばらつきがミキサ回路のダウンコンバータとしての動作に与える影響を低減できる。すなわちリミッタ付ミキサからなる安定した性能のダウンコンバータを提供できる。
【００３０】
本発明の第２の局面に係る周波数変換装置は、本発明の第１の局面に係るいずれかのリミッタ付ミキサと、局部発振信号端子に接続された局部発振信号源とを含む。
【００３１】
局部発振信号源が発生する局部発振信号は、局部発振信号端子からリミッタ回路に入力される。リミッタ回路は、局部発振信号の電力強度を制限する。ミキサ回路は、入力端子に入力された信号の周波数を、リミッタ回路より電力強度が制限された局部発振信号を用いて変換する。局部発振信号源が発生する局部発振信号の電力強度にばらつきがあっても、この周波数変換装置は安定した性能で動作する。すなわち、製造コストのかかる高精度の部品を局部発振信号源に使用しなくても、安定した性能と高い信頼性を確保できる。したがって、製造コストが低く、安定した性能で、信頼性の高い周波数変換装置を提供することができる。
【００３２】
好ましくは、局部発振信号源は、周波数の成分を含む所定の信号を発生する信号源回路と、信号源回路及び局部発振信号端子に接続された局部発振信号用帯域通過フィルタとを含む。
【００３３】
信号源回路が発生する信号のうち、局部発振信号帯域通過フィルタを通過した成分が、リミッタ付ミキサに入力されるため、リミッタ付ミキサに不要な帯域の信号が局部発振信号として入力されることを抑制できる。この周波数変換装置においては、局部発振信号用帯域通過フィルタを通過した第１の局部発振信号の電力強度にばらつきがあっても、当該第１の局部発振信号を用いて安定した性能で周波数変換を行なうことができる。そのため、製造コストの高い高精度のフィルタを使用しなくても、安定した性能と高い信頼性を確保できる。したがって、製造コストが低く、安定した性能を有し、信頼性の高い周波数変換装置を提供することができる。
【００３４】
本発明の第３の局面に係る通信装置は、本発明の第２の局面に係るいずれかの周波数変換装置を有し、当該周波数変換装置を用いて、高周波信号と中間周波信号との間の周波数変換を行なう。この通信装置は、高価な部品によって構成されなくても、また高精度の調整を行なわなくても、安定した性能での周波数変換を行なうことができる。したがって、製造コストが低く、安定した性能を有し、信頼性の高い通信装置が提供可能になる。
【００３５】
本発明の第４の局面に係るセラミック多層基板のマルチチップモジュールには、本発明の第３の局面に係る通信装置が形成される。マルチチップモジュールに通信装置を形成することにより、部材コストを低減できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、ミキサ回路に入力される局部発振信号の電力強度をリミッタ回路が制限することにより、周波数変換効率のばらつきが小さくなり、リミッタ付ミキサに局部発振信号が過入力された場合にミキサ回路にかかる負担が軽減する。そのため、安定した性能でかつ長寿命のミキサを提供することができる。また、リミッタ回路は低コストで形成でき、ミキサの製造コストを増やすことなく、変換効率のばらつきを低減することが可能になる。低価格の部品で構成された局部発振信号源とリミッタ付ミキサとの組合せにより、低価格で高性能の周波数変換装置及び通信装置を構成することができる。さらに通信装置全体をマルチチップモジュール化することにより、高性能の通信装置を低い製造コストで提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施の形態について説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、同一の部品に同一の符号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３８】
図１に、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０及びそれを用いた周波数変換装置６０の概略構成を示す。図１を参照して、周波数変換装置６０は、所定の中間周波帯域に対応する中間周波信号端子６２、所定の高周波帯域に対応する高周波信号端子６４、及び局部発振信号端子１０６に接続されたリミッタ付ミキサ７０と、局部発振信号端子１０６に接続された局部発振信号源８０とを含む。局部発振信号源８０は、局部発振信号を発生して局部発振信号端子１０６を介してリミッタ付ミキサ７０に与える機能を持つ。リミッタ付ミキサ７０は、中間周波信号端子６２と高周波信号端子６４との一方よりその端子に対応する帯域の信号の入力を受け、入力された信号の他方の端子に対応する帯域への周波数変換を、局部発振信号端子１０６に与えられる局部発振信号を用いて行ない、当該他方の端子から出力する機能を持つ。
【００３９】
局部発振信号源８０は、局部発振信号として必要な所定の周波数成分を含んだ信号を発生する信号源回路８２と、上記所定の周波数に対して通過特性を有する局部発振信号用帯域通過フィルタ８４とを含む。信号源回路８２は、縦列に接続された誘電体発振器８６と、周波数３逓倍器８８と、バッファアンプ９０とを含む。この信号源回路８２の構成は、図７に示す従来の信号源回路４２２と同様である。
【００４０】
本実施の形態では、局部発振信号用帯域通過フィルタ８４に、厚膜印刷工程によって製造されたフィルタを使用する。厚膜印刷工程によって製造された局部発振信号用帯域通過フィルタ８４は、超高精度の薄膜工程によって製造された、上記従来技術で使用されているフィルタより製造コストが低い。ただし、厚膜印刷工程の加工精度は、薄膜工程に比べて低いため、局部発振信号用帯域通過フィルタ８４のフィルタ特性にばらつきがある。したがって、局部発振信号源８０が発生する局部発振信号の電力強度には、従来技術における局部発振信号と同等以上のばらつきが生じる可能性がある。本実施の形態では、局部発振信号の電力強度のばらつきにより生じる問題を、局部発振信号源の高精度化によって解決するのではなく、局部発振信号の電力強度をミキサ内部で制限することによって解決する。
【００４１】
本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０は、中間周波信号端子６２に接続された端子、局部発振信号用の端子、及び高調波信号用の端子を有する偶高調波ミキサ回路１００と、高周波信号端子６４に接続され、高周波信号帯域に対し通過特性を有する高周波信号用帯域通過フィルタ１０４と、偶高調波ミキサ回路１００の高周波信号用の端子及び高周波信号用帯域通過フィルタ１０４の間を接続する伝送線路１０２と、局部発振信号端子１０６を介して局部発振信号用帯域通過フィルタ８４に一端が接続された第１局部発振信号用伝送線路１０８とを含む。ミキサ回路７０はさらに、偶高調波ミキサ回路１００と第１局部発振信号用伝送線路１０８の他端との間に設けられたリミッタ回路１１０を含む。
【００４２】
図２にリミッタ付ミキサ７０の回路構成を示す。図２を参照して、偶高調波ミキサ回路１００はアンチパラレルダイオード型の偶高調波ミキサ回路である。偶高調波ミキサ回路１００は、リミッタ回路１１０に一端が接続された第２局部発振信号用伝送線路１２０と、第２局部発振信号用伝送線路１２０の他端及び伝送線路１０２の間に互いに他と特性が逆になるよう並列接続された二つのダイオード１２２及び１２４からなる第１アンチパラレルダイオードペア１２６と、一端が接続点１２８において伝送線路１０２及び第１アンチパラレルダイオードペア１２６に接続され他端が接続点１３６において中間周波信号端子６２に接続され、高周波信号のおおむね１／４波長の電気長を有する中間周波信号用伝送線路１３０とを含む。
【００４３】
偶高調波ミキサ回路１００はさらに、一端が接続点１３２において第２局部発振信号用伝送線路１２０及び第１アンチパラレルダイオードペア１２６に接続され他端が接地された伝送線路からなり、局部発振信号の約１／４波長の電気長を有する先端短絡スタブ１３４と、中間周波信号用伝送線路１３０の中間周波信号端子６２側に一端が接続され他端が接地されたキャパシタ１３８とを含む。
【００４４】
リミッタ回路１１０は、第１局部発振信号用伝送線路１０８及び第２局部発振信号用伝送線路１２０の間に直列に接続された一対の整合用伝送線路１４２及び１４４と、整合用伝送線路１４２及び１４４の接続点１４０に接続された第２アンチパラレルダイオードペア１５０とを含む。第２アンチパラレルダイオードペア１５０は、互いに他と逆極性になるよう並列接続された二つのダイオード１４６及び１４８からなり、ダイオード１４６及び１４８の接点の一方が接続点１４０に接続され、他方が接地される。
【００４５】
リミッタ付ミキサ７０の構成要素はすべて、例えば一つの砒化ガリウム基板上に形成される。リミッタ付ミキサ７０の各構成要素は、同一の基板上に同一の半導体プロセスによって一括して形成される。具体的には、偶高調波ミキサ回路１００のダイオード１２２及び１２４の各々は、１ｕｍ×７ｕｍのショットキー電極を有するダイオードとして、砒化ガリウム基板上に形成される。また例えば、リミッタ回路１１０のダイオード１４６及び１４８の各々は、１ｕｍ×１０ｕｍのショットキー電極を有するダイオードとして、砒化ガリウム基板上に形成される。
【００４６】
リミッタ回路１１０は、次のように動作し、偶高調波ミキサ回路１００に入力される局部発振信号の電力強度を制限する機能を持つ。接地点に対する接続点１４０の電位がダイオード１４８の順方向電圧降下以上になると、ダイオード１４８が導通する。これにより、接続点１４０の電位がそれ以上高くなることが制限される。接続点の電位が低くなり、接続点１４０に対する接地点の電位がダイオード１４６の順方向電圧降下以上になると、ダイオード１４６が導通する。これにより、接続点１４０の電位がそれ以上低くなることが制限される。すなわち、リミッタ回路１１０により、局部発振信号の電圧振幅が所定の範囲内に制限される。その結果、リミッタ回路１１０を介してミキサ回路１００に入力される局部発振信号の電力強度が制限される。
【００４７】
図３に、砒化ガリウム基板上に形成され、１ｕｍ×１０ｕｍのショットキー電極を有するダイオード１４６及び１４８からなるリミッタ回路１１０の入出力特性を示す。なお図３では、リミッタ回路１１０への入力電力を横軸にとり、対応するリミッタ回路１１０からの出力電力を縦軸にとり、リミッタ回路１１０への入力電力と出力電力との関係を示している。図３を参照して、入力電力が７ｄＢｍに満たない場合、入力電力と出力電力とほぼ等しくなっている。これに対し、入力電力が７ｄＢｍ以上になると、出力電力が入力電力を下回るようになっている。例えば、入力電力が１５ｄＢｍのときの出力電力は約９ｄＢｍとなっている。したがってこのリミッタ回路１１０は、７ｄＢｍ以上の入力電力に対し、出力電力を制限する特性を有する。リミッタ回路１１０により局部発信信号がその後段にある回路に過入力されることが回避される。また、入力電力が７ｄＢｍ以上の領域においては、出力電力の変化が入力電力の変化に比べて緩やかになるため、入力される信号の電力強度にばらつきがあっても、リミッタ回路１１０からは、安定した電力強度の信号が出力されることになる。
【００４８】
以下、局部発振信号と中間周波信号とを入力し、高周波信号を出力する、いわゆるアップコンバートを例に、周波数変換装置６０及びリミッタ付ミキサ７０の動作について説明する。
【００４９】
なお、以下の説明では、局部発振信号の周波数、中間周波信号の周波数、高周波信号の周波数をそれぞれｆＬＯ、ｆＩＦ、ｆＲＦとする。また、以下に説明する動作において、ｆＬＯ、ｆＩＦ、及びｆＲＦの間には、ｆＲＦ＝２×ｆＬＯ＋ｆＩＦという関係が成立するものとする。より具体的には、周波数ｆＩＦは４ＧＨｚ、ｆＬＯは２８ＧＨｚ、ｆＲＦは６０ＧＨｚであるものとする。
【００５０】
図１を参照して、周波数ｆＬＯの局部発振信号を発生するために、まず信号源回路８２の誘電体発振器８６が９．３３ＧＨｚの信号を発生する。周波数３逓倍器８８が、当該発生した信号の周波数を３倍に逓倍する。その結果、周波数３逓倍器８８から、９．３３ＧＨｚ×３＝２８ＧＨｚの成分を含む信号が出力される。バッファアンプ９０は、周波数３逓倍器８８からの出力信号を増幅する。局部発振信号用帯域通過フィルタ８４は、増幅された信号のうち２８ＧＨｚの成分をリミッタ付ミキサ７０へと通過させ、上記一連の動作によって発生する不要な信号を減衰させる。局部発振信号用帯域通過フィルタ８４を通過した信号は、局部発振信号端子１０６よりリミッタ付ミキサ７０へ、ｆＬＯ＝２８ＧＨｚの局部発振信号として入力される。この局部発振信号の電力強度は、局部発振信号源８０を構成する上記各ブロックのばらつきにより、製品ごとに異なる値となる可能性が高い。
【００５１】
図２を参照して、局部発振信号は、局部発振信号端子１０６から第１局部発振信号用伝送線路１０８を介して、リミッタ回路１１０に入力される。入力される局部発振信号の電力強度が７ｄＢｍに満たない場合、リミッタ回路１１０の第２アンチパラレルダイオードペア１５０に電流が流れず、局部発振信号はほぼそのままリミッタ回路１１０から出力される。局部発振信号の電力強度は、入力された信号の電力強度とおおむね等しくなる。入力される局部発振信号の電力強度が７ｄＢｍ以上である場合、第２アンチパラレルダイオードペア１５０が通電状態となり、入力された局部発振信号の一部が、アンチパラレルダイオードペア１５０に流入する。これによりリミッタ回路１１０から出力される局部発振信号の電力強度は、入力された信号の電力強度より低下する。
【００５２】
リミッタ回路１１０より出力された局部発振信号は、偶高調波ミキサ回路１００の第２局部発振信号伝送線路１２０を介して接続点１３２に印加される。接続点１３２には先端短絡スタブ１３４が接続されている。先端短絡スタブ１３４は、周波数ｆＬＯの信号の１／４波長にあたる電気長を有しており、周波数ｆＬＯの信号に対して電気的に開放と等価となる。すなわち局部発振信号についてみた場合、先端短絡スタブ１３４の位置に何も接続されていないに等しい状態となる。そのため、リミッタ回路１１０から出力された局部発振信号は、接続点１３２からそのまま第１アンチパラレルダイオードペア１２６に入力される。すなわち、リミッタ付ミキサ７０に入力された局部発振信号の電力強度が７ｄＢｍ未満であれば、局部発振信号は入力されたときとほぼ同じ電力強度で第１アンチパラレルダイオードペア１２６に入力され、リミッタ付ミキサ７０に入力された局部発振信号の電力強度が７ｄＢｍ以上であれば、局部発振信号は、入力されたときより低い電力強度で第１アンチパラレルダイオードペア１２６に入力される。
【００５３】
第１アンチパラレルダイオードペア１２６に局部発振信号が入力されると、第１アンチパラレルダイオードペア１２６内に局部発振信号の変化に合わせて時間的に変化する直流電流が発生する。それに伴い、第１アンチパラレルダイオードペア１２６の接合抵抗及び接合容量が、局部発振信号に応じて時間的に変化する。
【００５４】
この状態で、中間周波信号が中間周波信号端子６２から入力されると、中間周波信号は、中間周波信号用伝送線路１３０を経由して、そのまま接続点１２８まで伝送される。接続点１２８より高周波信号端子６４側には高周波信号用帯域通過フィルタ１０４があり、高周波信号用帯域通過フィルタ１０４により中間周波信号は反射される。そのため、中間周波信号は、接続点１２８から第１アンチパラレルダイオードペア１２６に入力されることになる。
【００５５】
以上の一連の動作により、第１アンチパラレルダイオードペア１２６において局部発振信号と中間周波信号とが混合され、第１アンチパラレルダイオードペア１２６の両端（すなわち接続点１２８及び１３２）に、周波数ｆＲＦ＝２ｆＬＯ＋ｆＩＦの成分を含む様々な周波数成分をもつ信号が発生する。
【００５６】
中間周波信号の周波数ｆＩＦが、局部発振信号の周波数ｆＬＯ及び高周波信号の周波数ｆＲＦのいずれと比べても十分に低ければ、高周波信号の周波数ｆＲＦは、局部発振信号の周波数ｆＬＯのおよそ２倍となる。ここでまず、接続点１３２側で発生した周波数ｆＲＦの信号に注目する。接続点１３２側に接続された先端短絡スタブ１３４は周波数ｆＬＯの信号の１／４波長にあたる電気長を有する。すなわち、先端短絡スタブ１３４は、周波数ｆＲＦの信号のおよそ１／２波長の電気長を有することになるため、接続点１３２は、周波数ｆＲＦの信号に対しておおむね接地と等価となる。したがって、周波数ｆＲＦの高周波信号が接続点１３２からリミッタ回路１１０及びその先の局部発振信号端子１０６に向かって流れることはない。
【００５７】
接続点１２８側で発生した周波数ｆＲＦの信号に注目する。中間周波信号用伝送線路１３０は、周波数ｆＲＦの信号の１／４波長にあたる電気長を有しており、周波数ｆＲＦの信号に対して電気的に開放と等価となる。すなわち周波数ｆＲＦの信号について見た場合、中間周波信号用伝送線路１３０の位置に何も接続されていないに等しい状態となる。そのため、接続点１２８側で発生した周波数ｆＲＦの信号は、そのまま伝送線路１０２を介して、高周波信号用帯域通過フィルタ１０４に入力される。
【００５８】
高周波信号用帯域通過フィルタ１０４は、周波数ｆＲＦの信号に対して通過特性を有している。そのため、第１アンチパラレルダイオードペア１２６が発生し伝送線路１０２を介して高周波信号用帯域通過フィルタ１０４に到達した信号のうち、周波数ｆＲＦの成分が高周波信号用帯域通過フィルタ１０４を通過し、高周波信号端子６４より出力される。
【００５９】
上記のとおり、偶高調波ミキサ回路１００の第１アンチパラレルダイオードペア１２６には、安定した電力強度の局部発振信号が入力され、局部発振信号の過入力が防止される。そのため、第１アンチパラレルダイオードペア１２６に流れる電流が安定するようになる。
【００６０】
図４に、局部発振信号源８０からリミッタ付ミキサ７０に入力される局部発振信号の電力強度と、第１アンチパラレルダイオードペア１２６のダイオード１２２及び１２４に流れる直流電流との関係を示す。なお図４において、横軸は入力される局部発振信号の電力強度のレベルを示し、縦軸は、ダイオード１２２及び１２４に流れる直流電流を示す。なお図４においては、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０におけるリミッタ回路１１０による局部発振信号の制限を行なった場合の当該関係を「リミッタあり」として示す。またリミッタによる制限が行なわれなかった場合における当該関係を、「リミッタなし」として示す。
【００６１】
図４を参照して、リミッタなしの場合、ミキサに入力される局部発振信号の電力強度のレベルが大きくなるにしたがいダイオード１２２及び１２４に流れる電流が指数関数的に増加している。これに対して、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０に対応するリミッタありの場合、電流増加は、リミッタなしの場合に比べ低く抑えられている。すなわち、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０は、局部発振信号の電力強度にばらつきがあっても、第１アンチパラレルダイオードペア１２６に流れる電流を低く抑えられる。ダイオード１２２及び１２４への負担が軽減されるため、ダイオード１２２及び１２４の劣化が遅くなり、リミッタ付ミキサ７０を長寿命化させることができる。したがって、装置全体の信頼性を向上させることが可能となる。
【００６２】
図５に、リミッタ付ミキサ７０に入力される局部発振信号の電力強度とリミッタ付ミキサ７０より出力される高周波信号の電力強度との関係を示す。図５においても、リミッタありの場合とリミッタなしの場合とについて、当該関係を対比して示す。図５を参照して、リミッタなしの場合、リミッタ付ミキサ７０に入力される局部発振信号の電力強度がおよそ８ｄＢｍ以上となると、その電力強度が高くなるにしたがいミキサから出力される高周波信号の電力強度が減少している。これに対して、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０（ミキサあり）は、入力される局部発振信号の電力強度が約４ｄＢｍ以上になると、出力される高周波信号の電力強度が局部発振信号の電力強度に関わらずほぼ一定値を示すようになる。
【００６３】
したがって、８ｄＢｍを超える高い電力強度の局部発振信号がリミッタ付ミキサ７０に入力された場合においても、リミッタ付ミキサ７０の周波数変換効率が低下しないことが明らかとなった。また、局部発振信号源８０が４ｄＢｍ程度以上の電力強度を有する局部発振信号を発生するようにしておくことにより、安定した電力強度の高周波信号を得ることができる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０は、偶高調波ミキサ回路１００とリミッタ回路１１０とが一体に構成されたものであり、偶高調波ミキサ回路１００に入力される局部発振信号の電力強度をリミッタ回路１１０によって制限することができる。これにより、局部発振信号が過入力された場合に、偶高調波ミキサ回路１００には電力強度が制限された局部発振信号しか入力されず、変換損はほぼ一定となる。また偶高調波ミキサ回路１００のダイオード１２２及び１２４に流れる直流電流を制限することができる。リミッタ付ミキサ７０全体としての性能のばらつきを低減するとともに、偶高調波ミキサ回路への局部発振信号の過入力を防ぐことによって、ダイオード１２２及び１２４へにかかる負担が軽減し、リミッタ付ミキサ７０の長寿命化が可能になる。
【００６５】
リミッタ回路１１０は、アンチパラレルダイオードペアと伝送線路とからなる構成であるため、高調波ミキサを半導体チップ上に形成する工程と同じ工程で製造することができる。そのため、リミッタ回路１１０を搭載するために新たに必要な工程はほとんどない。よって、製造コストを増やすことなく、変換損のばらつきを低減できる。
【００６６】
さらに、本実施の形態に係る周波数変換装置６０は、局部発振信号用帯域通過フィルタ８４として、厚膜印刷工程で形成された帯域通過フィルタを採用している。そのため、周波数変換装置６０の製造コストを低減できる。厚膜印刷工程で形成された帯域通過フィルタの採用により、局部発振信号の電力強度に従来と同程度又はそれ以上のばらつきが生じるが、本実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０の変換損は、周波数変換時の変換損のばらつきが少ない。したがって、本実施の形態に係る周波数変換装置６０により、低コストでかつ安定した性能を持つ信頼性の高い周波数変換装置が提供できる。
【００６７】
なお、本実施の形態に係る局部発振信号用帯域通過フィルタ８４は厚膜印刷工程によって形成できる。したがって、周波数変換装置６０全体を厚膜印刷工程によってセラミック多層基板のマルチチップモジュールとして製造できる。このようにすることにより、周波数変換装置６０の部材コストを大幅に低減させることが可能になる。
【００６８】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態に係るリミッタ付ミキサ７０を含む周波数変換装置６０は、アップコンバータとしてだけでなく、ダウンコンバータとしても使用できる。以下、第１の実施の形態に係る周波数変換装置６０をアップコンバータとして使用した高周波無線装置、及び周波数変換装置６０をダウンコンバータとして使用した高周波無線装置について説明する。
【００６９】
図６（Ａ）と図６（Ｂ）とに、周波数変換装置６０をアップコンバータとして使用した送信機２００の構成と、周波数変換装置６０をダウンコンバータとして使用した受信機２２０の構成とを対比して示す。
【００７０】
図６（Ａ）を参照して、送信機２００は、周波数変換装置６０と、周波数変換装置６０の中間周波信号端子に接続され、３ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚの帯域成分からなる変調信号を発生するための変調信号源２０２と、周波数変換装置６０の高周波信号端子に接続され、周波数変換装置６０によるアップコンバートにより得られる高周波信号を増幅するためのパワーアンプ２０４と、パワーアンプ２０４に接続され、増幅された高周波信号を高周波電波として放射するためのアンテナ２０６とを含む。
【００７１】
図６（Ｂ）を参照して、受信機２２０は、周波数変換装置６０と、電波を受信するためのアンテナ２２６と、アンテナ２２６及び周波数変換装置６０の高周波信号端子の間に設けられ、アンテナが受信した信号を増幅して周波数変換装置６０に高周波信号として入力するためのローノイズアンプ２２４と、周波数変換装置６０の中間周波信号端子に接続され、３ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚの帯域成分からなる中間周波信号を周波数変換装置６０から受けて、検波／変調等を行ない当該中間周波信号から情報を取出すためのチューナ２２２とを含む。なお、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示す周波数変換装置６０の構成はいずれも、図１及び図２に示す第１の実施の形態に係る周波数変換装置６０のものと同一である。したがって、その構成の詳細については繰返さない。
【００７２】
パワーアンプ２０４及びローノイズアンプ２２４は互いに他と同じ構成のものであってもよい。アンテナ２０６及び２２６は、互いに他と同じ構成のものであってもよい。ただし、図６（Ａ）に示す送信機２００のパワーアンプ２０４と図６（Ｂ）に示すローノイズアンプ２２４とは、周波数変換装置６０の高周波信号端子に対して、互いに他と逆向きになるよう接続される。
【００７３】
送信機２００において、周波数変換装置６０及びパワーアンプ２０４は、一つの半導体チップ上に集積される。受信機２２０において、周波数変換装置６０及びローノイズアンプ２２４は、一つの半導体チップ上に集積される。特にリミッタ付ミキサ７０及びパワーアンプ２０４とを集積化することによりそれらの接続部における損失が著しく低減されるため、所定の送信電力を出力するために必要なパワーアンプの利得が小さくなる。その結果、装置の小型化、低消費電力化が可能となる。
【００７４】
以下に、周波数変換装置６０を用いた送信機２００の動作について説明する。
【００７５】
局部発振信号源８０の信号源回路８２は、周波数ｆＬＯ＝２８ＧＨｚの正弦波を含む信号を発生する。局部発振信号用帯域通過フィルタ８４は、信号源回路８２が発生した信号のうち、周波数ｆＬＯ＝２８ＧＨｚの信号を通過させる。通過した信号は、局部発振信号としてリミッタ付ミキサ７０に入力される。リミッタ付ミキサ７０に入力された局部発振信号の電力強度は、リミッタ回路１１０により調整されて、偶高調波ミキサ回路１００に入力される。
【００７６】
変調信号源２０２は、周波数ｆＩＦ＝３ＧＨｚ〜５．５ＧＨｚの帯域成分からなる変調信号を発生し、ミキサ６０の中間周波信号用端子に入力する。偶高調波ミキサ回路１００は、局部発振信号と変調信号とを混合することにより変調信号のアップコンバートを行なう。このアップコンバートにより、ｆＲＦ＝ｆＩＦ＋２×ｆＬＯ＝５９ＧＨｚ〜６２．５ＧＨｚの高周波信号成分を含む混合信号を発生する。高周波信号用帯域通過フィルタ１０４は、発生した混合信号のうち、５９ＧＨｚ〜６２．５ＧＨｚの成分を通過させる。通過した５９ＧＨｚ〜６２．５ＧＨｚの信号が、高周波信号としてパワーアンプ２０４に入力される。パワーアンプ２０４は、入力された高周波信号を増幅して出力する。アンテナ２０６は、パワーアンプ２０４により増幅され出力された高周波信号を、高周波電波として放射する。
【００７７】
以下に、周波数変換装置６０を用いた受信機２２０の動作、及び周波数変換装置６０によるダウンコンバートの動作について説明する。
【００７８】
図６（Ｂ）を参照して、局部発振信号源８０の信号源回路８２は、周波数ｆＬＯ＝２８ＧＨｚの正弦波を含む信号を発生する。局部発振信号用帯域通過フィルタ８４は、信号源回路８２が発生した信号のうち、周波数ｆＬＯ＝２８ＧＨｚの信号を通過させる。通過した信号は、局部発振信号としてリミッタ付ミキサ７０に入力される。リミッタ付ミキサ７０に入力された局部発振信号の電力強度は、リミッタ回路１１０により調整されて、偶高調波ミキサ回路１００に入力される。
【００７９】
図２を参照して、局部発振信号が第２局部発振信号用伝送線路１２０を介して第１アンチパラレルダイオードペア１２６に入力されると、第１アンチパラレルダイオードペア１２６内の接合抵抗及び接合容量が、局部発振信号に応じて時間的に変化する。
【００８０】
再び図６（Ｂ）を参照して、アンテナ２２６が周波数ｆＲＦの成分を含む電波を受けると、アンテナ２２６に受信信号が発生する。受信信号は、ローノイズアンプ２２４により増幅される。増幅された受信信号は、周波数変換装置６０の高周波信号端子６４よりリミッタ付ミキサ７０に入力される。高周波信号用帯域通過フィルタ１０４は、高周波信号用端子６４より入力された信号のうち、周波数ｆＲＦ＝５９ＧＨｚ〜６２．５ＧＨｚの帯域の信号を高周波信号として通過させる。伝送線路１０２は、高周波信号用帯域通過フィルタ１０４を通過した高周波信号を偶高調波ミキサ回路１００へ伝送する。図２を参照して、入力された高周波信号はそのまま接続点１２８まで伝送される。接続点１２８より中間周波信号端子６２側には、中間周波信号用伝送線路１３０がある。中間周波信号用伝送線路１３０は、周波数ｆＲＦの信号の１／４波長にあたる電気長を有しており、周波数ｆＲＦの信号に対して電気的に開放と等価となる。すなわち高周波信号についてみた場合、中間周波信号用伝送線路１３０の位置に何も接続されていないに等しい状態となる。そのため、高周波信号は接続点１２８からそのまま、第１アンチパラレルダイオードペア１２６に入力される。
【００８１】
第１アンチパラレルダイオードペア１２６に中間周波信号が入力されると、第１アンチパラレルダイオードペア１２６において、局部発振信号と中間周波信号とが混合される。その結果、第１アンチパラレルダイオードペア１２６の両端（すなわち接続点１２８及び１３２）に、周波数ｆＩＦ＝｜ｆＲＦ−２ｆＬＯ｜＝３〜５．５ＧＨｚの成分を含む混合信号が発生する。
【００８２】
周波数ｆＩＦは、局部発振信号の周波数ｆＬＯ＝２８ＧＨｚ及び高周波信号の周波数ｆＲＦ＝５９ＧＨｚ〜６２．５ＧＨｚに比べて十分に低い周波数であるため、高周波信号の周波数ｆＲＦは、局部発振信号の周波数ｆＬＯのおよそ２倍となる。ここで、高周波信号の周波数ｆＲＦに注目する。接続点１３２側に接続された先端短絡スタブ１３４は周波数ｆＬＯの信号の１／４波長にあたる電気長を有する。すなわち、先端短絡スタブ１３４は、周波数ｆＲＦの信号のおよそ１／２波長の電気長を有することになる。そのため接続点１３２は、周波数ｆＲＦの信号に対しておおむね接地と等価となる。したがって、接続点１３２からリミッタ回路１１０及びその先の局部発振信号端子１０６に向かって、周波数ｆＲＦの高周波信号が流れることはない。
【００８３】
接続点１２８側で発生した周波数ｆＩＦ３〜５．５ＧＨｚの信号に注目する。中間周波信号用伝送線路１３０は、周波数ｆＲＦの信号の１／４波長にあたる電気長を有しており、周波数ｆＩＦの信号に対して電気的に開放と等価となる。すなわち周波数ｆＩＦの信号について見た場合、中間周波信号用伝送線路１３０の位置に何も接続されていないに等しい状態となる。そのため、接続点１２８側で発生した周波数ｆＩＦの信号は、そのまま中間周波信号用伝送線路１３０に流れることになる。
【００８４】
中間周波信号用伝送線路１３０は、周波数ｆＩＦの信号に対して短絡と等価である。第１アンチパラレルダイオードペア１２６が発生した信号のうち、周波数ｆＩＦの成分が中間周波信号用伝送線路１３０を経由して、中間周波信号端子６２より中間周波信号として出力される。
【００８５】
再び図６（Ｂ）を参照して、中間周波信号端子６２から出力された中間周波信号は、チューナ２２２に入力される。チューナ２２２は、入力された中間周波信号から所望の情報を取りだす。受信装置２２０における信号のダウンコンバート時にも、偶高調波ミキサ回路１００に入力される局部発振信号の電力強度がリミッタ回路により制限されるため、変換損のばらつきが少なく安定したダウンコンバートが可能となる。
【００８６】
以上のように、リミッタ付ミキサ７０及びそれを用いた周波数変換装置６０を、アップコンバータ又はダウンコンバータとして使用した高周波通信装置により、性能のばらつきの小さな高周波通信装置を実現できる。また高周波通信装置全体を、厚膜印刷工程を用いたセラミック多層基板のマルチチップモジュールとして形成できるため、装置の部材コストが大幅に低減できる。
【００８７】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る周波数変換装置６０及びそのためのリミッタ付ミキサ７０の概略構成を示す図である。
【図２】リミッタ付ミキサ７０の回路構成を示す図である。
【図３】リミッタ回路１１０の入出力特性の一例を示すグラフである。
【図４】入力される局部発振信号の電力強度と偶高調波ミキサ回路１００の第１アンチパラレルダイオードペア１２６に流れる直流電流の関係を示すグラフである。
【図５】リミッタ付ミキサ７０に入力される局部発振信号の電力強度に対する高調波信号の変換特性を示すグラフである。
【図６】周波数変換装置６０を用いた送信機及び受信機の概略構成を示す図である。
【図７】従来の周波数変換装置の構成を示す図である。
【図８】従来のアンチパラレルダイオード型偶高調波ミキサの回路構成を示す図である。
【図９】局部発振信号用帯域通過フィルタのフィルタ特性のばらつきと、局部発振信号のレベルのばらつきとの関係を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
６０  周波数変換装置、６２  中間周波信号端子、６４  高周波信号端子、７０  リミッタ付ミキサ、８０  局部発振信号源、８２  信号源回路、８４  局部発振信号用帯域通過フィルタ、８６  誘電体発振器、８８  周波数３逓倍器、９０  バッファアンプ、１００  偶高調波ミキサ回路、１０２  伝送線路、１０４  高周波信号用帯域通過フィルタ、１０６  局部発振信号端子、１０８  第１局部発振信号用伝送線路、１１０  リミッタ回路、１２０  第２局部発振信号用伝送線路、１２２，１２４，１４６，１４８  ダイオード、１２６  第１アンチパラレルダイオードペア、１３０  中間周波信号用伝送線路、１３４  先端短絡スタブ、１３８  キャパシタ、１４２，１４４  整合用伝送線路、１５０  第２アンチパラレルダイオードペア、２００  送信機、２０２  変調信号源、２０４  パワーアンプ、２０６，２２６  アンテナ、２２０  受信機、２２２  チューナ、２２４  ローノイズアンプ
【図１】
0004572164.tif 000002
【図２】
0004572164.tif 000003
【図３】
0004572164.tif 000004
【図４】
0004572164.tif 000005
【図５】
0004572164.tif 000006
【図６】
0004572164.tif 000007
【図７】
0004572164.tif 000008
【図８】
0004572164.tif 000009
【図９】
0004572164.tif 000010