(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を出力する高周波信号出力手段と、
局部発振波を出力する局部発振手段と、
上記高周波信号が直角な編波で入力されるとともに上記局部発振波が平行な編波で入力される位置に設けられ、入力された上記高周波信号を通過させるとともに入力された上記局部発振波を反射する第一のグリッドミラーと、
上記第一のグリッドミラーを経由した上記高周波信号及び上記局部発振波の成分を平行な編波成分と直角な編波成分とに２分割するとともに分割した上記平行な編波成分と上記直角な編波成分とを再合成することにより、第二の高周波信号と第二の局部発振波を生成する干渉計手段と、
主ビーム放射方向を軸として回転可能に設けられ、上記干渉計手段から出力された上記第二の高周波信号と上記第二の局部発振波とを受信するためのアンテナ手段と、
上記アンテナ手段により受信された上記第二の高周波信号と上記第二の局部発振波とを混合することにより、中間周波信号を生成するミクサ手段と、
を備え、
上記アンテナ手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替えることを特徴とする周波数混合器。
【請求項２】
上記干渉計手段が、
上記第一のグリッドミラーから出力された上記高周波信号及び上記局部発振波の平行な編波成分を反射し直角な編波成分を通過させることにより、上記高周波信号及び上記局部発振波の２分割を行う第二のグリッドミラーと、
上記第二のグリッドミラーを通過した上記高周波信号及び上記局部発振波の上記直角な編波成分を反射して、上記第二のグリッドミラーに再度入力させる第一のコーナーリフレクタと、
上記第二のグリッドミラーにより反射された上記高周波信号及び上記局部発振波の上記平行な編波成分を反射して、上記第二のグリッドミラーに再度入力させる第二のコーナーリフレクタと、
から構成され、
上記第二のグリッドミラーが、上記第一のコーナーリフレクタにより再度入力された上記高周波信号及び上記局部発振波の上記直角な編波成分と上記第二のコーナーリフレクタにより再度入力された上記高周波信号及び上記局部発振波の上記平行な編波成分とを再合成して第二の高周波信号と第二の局部発振波を生成する
ことを特徴とする請求項１記載の周波数混合器。
【請求項３】
上記干渉計手段と上記アンテナ手段との間に、上記干渉計手段の出力放射方向を軸として回転可能に設けられた凹面鏡手段を、
さらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の周波数混合器。
【請求項４】
上記アンテナ手段とともに上記ミクサ手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の周波数混合器。
【請求項５】
上記アンテナ手段とともに上記ミクサ手段及び上記凹面鏡手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替えることを特徴とする請求項３記載の周波数混合器。
【請求項６】
上記第二のグリッドミラーの中心から上記第一のコーナーリフレクタの中心までの距離（Ｌ１）と上記第二のグリッドミラーの中心から上記第二のコーナーリフレクタの中心までの距離（Ｌ２）との差（Ｌ１−Ｌ２）を２倍にしたもの（２×（Ｌ１−Ｌ２））が、λ×（ｎ±１／４）（λ：上記局部発振波が空間を伝搬する時の波長、ｎ：整数）となることを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の周波数混合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は周波数混合器に関し、特に、ミリ波帯及びサブミリ波帯の周波数混合器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、例えば、“The Fabrication and Performannce of Planar Doped barrier Diodes as 200 GHz Subharmonically Pumped Mixers", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.42, No.4, pp.742-749, (April 1994）に示された従来の周波数混合器の構成図であり、図において、１０１ａ及び１０１ｂはグリッドミラー、１０２は局部発振器、１０３ａ及び１０３ｂはアンテナ、１０４ａ及び１０４ｂはコーナーリフレクタ、１０５はレンズ、１０６はミクサ、１１０はマーチンパプレット干渉計である。
【０００３】
動作について説明する。グリッドミラー１０１ａのグリッドと直角な編波で入力した高周波信号（ＲＦ）は、グリッドミラー１０１ａを通過し、マーチンパプレット干渉計１１０に入力される。一方、局部発振器１０２で発生した局部発振波は、ホーンアンテナ１０３ａから、グリッドミラー１０１ａのグリッドと平行な編波で出力される。ホーンアンテナ１０３ａから出力された局部発振波は、グリッドミラー１０１ａのグリッドと平行な編波であるために、グリッドミラー１０１ａで反射されてマーチンパプレット干渉計１１０に入力される。マーチンパブレット干渉計１１０に入力された高周波信号は、グリッドが４５°傾いたグリッドミラー１０１ｂで、グリッドミラー１０１ｂのグリッドと平行な編波成分は反射し、グリッドミラー１０１ｂのグリッドと直角な編波成分は通過する。グリッドミラー１０１ｂを反射した高周波信号はコーナーリフレクタ１０４ａで反射され、再度グリッドミラー１０１ｂに入力される。また、グリッドミラー１０１ｂを通過した高周波信号はコーナーリフレクタ１０４ａで反射され、再度グリッドミラー１０１ｂに入力される。グリッドミラー１０１ｂに入力された２つの経路を通った高周波信号は、グリッドミラー１０１ｂで合成され、マーチンパプレット干渉計１１０から出力される。同様にマーチンパプレット干渉計１１０に入力された局部発振波は、２分割され、再合成された後にマーチンパプレット干渉計１１０から出力される。ここで、２分割された高周波信号と、２分割された局部発振波が通る経路長差をλ／４（ここで、λ：局部発振波が空間を伝搬する時の波長）だけ変えることにより、高周波信号と局部発振波は同じ編波で出力させることが出来る。マーチンパプレット干渉計１１０から出力された高周波信号と局部発振波は、アンテナ１０３ｂを介してミクサ１０６に入力される。ミクサ１０６にて高周波信号と局部発振波は混合され、中間周波信号が発生し、ミクサ１０６から出力される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の周波数混合器は、以上のように構成され、アンテナ１０３ｂにより受信する周波数を切り替えるためには、マーチンパプレット干渉計のコーナーリフレクタ１０４ｂの位置を調整する必要があり、周波数が高くなると非常に細かい調整が必要になり、操作が難解であるという問題点があった。また、細かい調整の際に、調整しそこなうと、受信したい周波数の信号を受信することができなかったり、誤った周波数の信号を受信してしまう等の不正動作を起こしてしまう可能性があるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、難解な細かい調整操作を行うことなく、容易に周波数を切り替えることができる周波数混合器を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、高周波信号を出力する高周波信号出力手段と、局部発振波を出力する局部発振手段と、高周波信号が直角な編波で入力されるとともに局部発振波が平行な編波で入力される位置に設けられ、入力された高周波信号を通過させるとともに入力された局部発振波を反射する第一のグリッドミラーと、第一のグリッドミラーを経由した高周波信号及び局部発振波の成分を平行な編波成分と直角な編波成分とに２分割するとともに分割した平行な編波成分と直角な編波成分とを再合成することにより、第二の高周波信号と第二の局部発振波を生成する干渉計手段と、主ビーム放射方向を軸として回転可能に設けられ、干渉計手段から出力された第二の高周波信号と第二の局部発振波とを受信するためのアンテナ手段と、アンテナ手段により受信された第二の高周波信号と第二の局部発振波とを混合することにより、中間周波信号を生成するミクサ手段と、を備え、アンテナ手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替える周波数混合器である。
【０００７】
また、干渉計手段が、第一のグリッドミラーから出力された高周波信号及び局部発振波の平行な編波成分を反射し直角な編波成分を通過させることにより、高周波信号及び局部発振波の２分割を行う第二のグリッドミラーと、第二のグリッドミラーを通過した高周波信号及び局部発振波の直角な編波成分を反射して、第二のグリッドミラーに再度入力させる第一のコーナーリフレクタと、第二のグリッドミラーにより反射された高周波信号及び局部発振波の平行な編波成分を反射して、第二のグリッドミラーに再度入力させる第二のコーナーリフレクタと、から構成され、第二のグリッドミラーが、第一のコーナーリフレクタにより再度入力された高周波信号及び局部発振波の直角な編波成分と第二のコーナーリフレクタにより再度入力された高周波信号及び局部発振波の平行な編波成分とを再合成して第二の高周波信号と第二の局部発振波を生成する。
【０００８】
また、干渉計手段とアンテナ手段との間に、干渉計手段の出力放射方向を軸として回転可能に設けられた凹面鏡手段を、さらに備えている。
【０００９】
また、アンテナ手段とともにミクサ手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替える。
【００１０】
また、アンテナ手段とともにミクサ手段及び凹面鏡手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替える。
【００１１】
また、第二のグリッドミラーの中心から第一のコーナーリフレクタの中心までの距離（Ｌ１）と第二のグリッドミラーの中心から第二のコーナーリフレクタの中心までの距離（Ｌ２）との差（Ｌ１−Ｌ２）を２倍にしたもの（２×（Ｌ１−Ｌ２））が、λ×（ｎ±１／４）（λ：上記局部発振波が空間を伝搬する時の波長、ｎ：整数）となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による周波数混合器を示す構成図である。図において、１ａ及び１ｂは、グリッドと直角な編波で入力された信号を通過させるとともに、グリッドと平行な編波で入力された信号を反射させるグリッドミラー、２は局部発振波を発生させるための局部発振器、３ａは局部発振器２で発生した局部発振波をグリッドミラー１ａのグリッドと平行な編波で出力するホーンアンテナ、３ｂは後述するマーチンパプレット干渉計１０から出力される信号を受信するための直線編波アンテナである。なお、アンテナ３ｂは、図１の矢印Ａで示すように、アンテナの主ビーム放射方向を中心軸にして回転可能に設けられている。また、４ａ及び４ｂはコーナーリフレクタ、５はレンズ、６は後述するマーチンパプレット干渉計１０から出力される信号をアンテナ３ｂを介して受信し、それらを混合することにより、中間周波信号を出力するためのミクサ、１０はマーチンパプレット干渉計である。また、図２は、図１に示した周波数混合器に用いているマーチンパプレット干渉計１０の通過振幅の周波数特性を示したグラフである。
【００１３】
次に、動作について説明する。高周波信号出力手段（図示せず）から出力され、グリッドミラー１ａのグリッドと直角な編波で入力した高周波信号（ＲＦ）は、グリッドミラー１ａを通過し、マーチンパプレット干渉計１０に入力される。一方、局部発振器２で発生した局部発振波は、ホーンアンテナ３ａからグリッドミラー１ａのグリッドと平行な編波で出力される。ホーンアンテナ３ａから出力された局部発振波は、グリッドミラー１ａのグリッドと平行な編波であるために、グリッドミラー１ａにおいて、入力されてきた方向に対して略々９０°の方向に反射されてマーチンパプレット干渉計１０に入力される。マーチンパブレット干渉計１０に入力された高周波信号は、グリッドが４５°傾いたグリッドミラー１ｂで、グリッドミラー１ｂのグリッドと平行な編波成分は入力してきた方向に対して略々９０゜の方向に反射され、グリッドミラー１ｂのグリッドと直角な編波成分は通過する。グリッドミラー１ｂを反射した高周波信号はコーナーリフレクタ４ａで反射され、再度グリッドミラー１ｂに入力される。また、グリッドミラー１ｂを通過した高周波信号はコーナーリフレクタ４ｂで反射され、再度グリッドミラー１ｂに入力される。グリッドミラー１ｂに入力された２つの経路を通った高周波信号は、グリッドミラー１ｂで再合成され、マーチンパプレット干渉計１０から出力される（第二の高周波信号）。同様に、マーチンパプレット干渉計１０に入力された局部発振波も、グリッドミラー１ｂにより平行な編波成分と直角な編波成分とに２分割され、コーナーリフレクタ４ａ及び４ｂで反射されて、グリッドミラー１ｂに再度入力されてそこで再合成された後に、マーチンパプレット干渉計１０から出力される（第二の局部発振波）。マーチンパプレット干渉計１０から出力された第二の高周波信号と第二の局部発振波は、レンズ５により収束され、アンテナ３ｂを介してミクサ６に入力される。ミクサ６にて第二の高周波信号と第二の局部発振波は混合され、中間周波信号が発生し、ミクサ６から出力される。
【００１４】
ここで、本実施の形態におけるマーチンパプレット干渉計１０は、図２に示す周波数特性になるように、グリッドミラー１ｂとコーナーリフレクタ４ｂの距離と、グリッドミラー１ｂとコーナーリフレクタ４ａの距離を設定固定してある。すなわち、グリッドミラー１ｂの中心からコーナーリフレクタ４ｂの中心までの距離（Ｌ１）とグリッドミラー１ｂの中心からコーナーリフレクタ４ａの中心までの距離（Ｌ２）との差（Ｌ１−Ｌ２）を２倍にしたもの（２×（Ｌ１−Ｌ２））が、λ×（ｎ±１／４）（ここで、λ：上記局部発振波が空間を伝搬する時の波長、ｎ：整数。）となるように配置されている。
【００１５】
このような配置にした場合において、マーチンパプレット干渉計１０から出力される水平編波成分を受けるようにアンテナ３ｂの向きを設置した場合、ミクサ６は、周波数がｆLSB2、ｆUSB1、ｆUSB3の高周波信号を受信することが出来る。また、マーチンパプレット干渉計１０から出力される垂直編波成分を受けるようにアンテナ３ｂを９０°回転した場合、ミクサ６は、周波数がｆLSB3、ｆLSB1、ｆUSB2の高周波信号を受信することが出来る。ここで、局部発振器２から出力される局部発振波を周波数ｆLOの様に、アンテナ３ｂの向きが垂直編波を受信する向きでも水平編波を受信する向きでも受信できる周波数の値に設定することにより、アンテナ３ｂを回転させても常にミクサ６に入力することが出来る。なお、アンテナ３ｂは、手動により回転させるようにしてもよく、また、電気的手段によりユーザが入力した指示に従って自動的に回転させるようにしてもよい。
【００１６】
以上のように、この発明の周波数変換器によればマーチンパプレット干渉計１０を調整することなく、コーナーリフレクタ４ａ及び４ｂの位置は固定したまま、ミクサ６に接続されたアンテナ３ｂを単に回転させることにより、受信する周波数を切り替えることができるため、操作が容易であり、細かい調整等の難解な操作を行わずに正確に周波数を切り替えることができるという効果が得られる。特に、周波数が高くなった場合、マーチンパプレット干渉計の調整は周波数に比例して高い位置精度が必要となるが、本発明では、周波数によらず、９０°の回転を行うだけで周波数を切り替えることが可能であるため、操作が容易であるとともに、細かい調整操作もなく、受信する周波数に切り替えられるので、調整しそこなって受信することができない等の不正動作も防止でき、受信精度を高くすることができる。
【００１７】
なお、この実施の形態においては、アンテナ３ｂのみを回転させる例について示したが、その場合に限らず、アンテナ３ｂとミクサ６とを回転させるようにようにしてもよく、その場合も同様の効果を奏する。
【００１８】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、ミクサ６に接続したアンテナ３ｂを回転するようにしたものについて説明したが、本実施の形態においては、ミクサ６に接続したアンテナ３ｂとマーチンパプレット干渉計１０の間に凹面鏡７を設置し、凹面鏡７、ミクサ６及びアンテナ３ｂを回転させる構造の例について示す。図３は、本実施の形態における周波数混合器の構造を示す構成図である。図において、７は凹面鏡（放物面鏡）である。この実施の形態においては、ミクサ６及びアンテナ３ｂは、図３に示すように、マーチンパプレット干渉計１０の出力放射方向に対して略々垂直に設けられており、凹面鏡７、ミクサ６及びアンテナ３ｂは、図３の矢印Ｂで示すように、マーチンパプレット干渉計１０の出力放射方向を中心軸として回転可能に設けられている。他の構成については、上述の実施の形態１と同様であるため、ここでは同一符号を付して示し、説明は省略する。
【００１９】
次に動作を説明する。実施の形態１と同一部分に付いては省略する。この実施の形態においても、実施の形態１と同様に、マーチンパプレット干渉計１０は、図２に示す周波数特性になるように、グリッドミラー１ｂとコーナーリフレクタ４ａの距離と、グリッドミラー１ｂとコーナーリフレクタ４ｂの距離を設定してある。この場合、マーチンパプレット干渉計１０から出力される水平編波成分を受けるように、凹面鏡７、アンテナ３ｂ及びミクサ６を設置した場合、ミクサ６は、周波数がｆLSB2、ｆUSB1、ｆUSB3の高周波信号を受信することが出来る。また、マーチンパプレット干渉計１０から出力される垂直編波成分を受けるように、凹面鏡７、アンテナ３ｂ及びミクサ６を、マーチンパプレット干渉計１０から出力される高周波信号の進行方向を中心軸にして回転した場合、ミクサ６は、周波数がｆLSB3、ｆLSB1、ｆUSB2の高周波信号を受信することが出来る。ここで、局部発信器２から出力される局部発振波を周波数ｆLOの様に、垂直編波でも水平編波でも受信できるように設定することにより、凹面鏡７、アンテナ３ｂ及びミクサ６を回転させても常にミクサ６に入力することが出来る。
【００２０】
以上のように、この発明の周波数混合器によれば、マーチンパプレット干渉計１０を調整することなく、凹面鏡７、アンテナ３ｂ及びミクサ６を回転させることにより、受信する周波数を切り替えることが出来、操作が容易であるという効果が得られる。とくに、周波数が高くなった場合、マーチンパプレット干渉計の調整は周波数に比例して高い位置精度が必要となるが、本発明では、上記の実施の形態１と同様に、周波数によらず、９０°の回転を行うだけで周波数を切り替えることが可能であるため、操作が容易であるとともに、細かい調整操作もなく、受信する周波数に切り替えられるので、調整しそこなって受信することができない等の不正動作も防止でき、受信精度を高くすることができる。
【００２１】
本実施の形態では、凹面鏡７、アンテナ３ｂ及びミクサ６を回転させる例について示したが、この場合に限らず、上記の実施の形態１に示したように、アンテナ３ｂのみを回転させてもよく、または、アンテナ３ｂ及びミクサ６のみを、アンテナ３ｂの中心を回転軸にして回転させてもよく、いずれの場合も同様の効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、高周波信号を出力する高周波信号出力手段と、局部発振波を出力する局部発振手段と、高周波信号が直角な編波で入力されるとともに局部発振波が平行な編波で入力される位置に設けられ、入力された高周波信号を通過させるとともに入力された局部発振波を反射する第一のグリッドミラーと、第一のグリッドミラーを経由した高周波信号及び局部発振波の成分を平行な編波成分と直角な編波成分とに２分割するとともに分割した平行な編波成分と直角な編波成分とを再合成することにより、第二の高周波信号と第二の局部発振波を生成する干渉計手段と、主ビーム放射方向を軸として回転可能に設けられ、干渉計手段から出力された第二の高周波信号と第二の局部発振波とを受信するためのアンテナ手段と、アンテナ手段により受信された第二の高周波信号と第二の局部発振波とを混合することにより、中間周波信号を生成するミクサ手段と、を備え、アンテナ手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替える周波数混合器であるので、操作の難しい干渉計手段を調整することなく、ミクサ手段に接続されたアンテナ手段を単に回転させることにより、受信する周波数を切り替えることができるため、操作が容易であり、細かい調整等の難解な操作を行わずに正確に周波数を切り替えることができるという効果が得られる。また、特に、周波数が高くなった場合、干渉計手段の調整は周波数に比例して高い位置精度が必要となるが、本発明では、周波数によらず、アンテナ手段の９０°の回転を行うだけで周波数を切り替えることが可能であるため、操作が容易であるとともに、細かい調整操作もなく、受信する周波数に切り替えられるので、調整しそこなって受信することができない等の不正動作も防止でき、受信精度を高くすることができる。
【００２３】
また、干渉計手段が、第一のグリッドミラーから出力された高周波信号及び局部発振波の平行な編波成分を反射し直角な編波成分を通過させることにより、高周波信号及び局部発振波の２分割を行う第二のグリッドミラーと、第二のグリッドミラーを通過した高周波信号及び局部発振波の直角な編波成分を反射して、第二のグリッドミラーに再度入力させる第一のコーナーリフレクタと、第二のグリッドミラーにより反射された高周波信号及び局部発振波の平行な編波成分を反射して、第二のグリッドミラーに再度入力させる第二のコーナーリフレクタと、から構成され、第二のグリッドミラーが、第一のコーナーリフレクタにより再度入力された高周波信号及び局部発振波の直角な編波成分と第二のコーナーリフレクタにより再度入力された高周波信号及び局部発振波の平行な編波成分とを再合成して第二の高周波信号と第二の局部発振波を生成するので、第一及び第二のコーナーリフレクタの位置は固定したまま、ミクサ手段に接続されたアンテナ手段を単に回転させることにより、受信する周波数を切り替えることができるため、操作が容易であり、細かい調整等の難解な操作を行わずに正確に周波数を切り替えることができるという効果が得られる。また、特に、周波数が高くなった場合、コーナリフレクタの調整は周波数に比例して高い位置精度が必要となるが、本発明では、周波数によらず、アンテナ手段の９０°の回転を行うだけで周波数を切り替えることが可能であるため、操作が容易であるとともに、細かい調整操作もなく、受信する周波数に切り替えられるので、調整しそこなって受信することができない等の不正動作も防止でき、受信精度を高くすることができる。
【００２４】
また、干渉計手段とアンテナ手段との間に、干渉計手段の出力放射方向を軸として回転可能に設けられた凹面鏡手段を、さらに備えているので、凹面鏡手段を回転させることにより、受信する周波数を容易に切り替えることができる。
【００２５】
また、アンテナ手段とともにミクサ手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替えるので、操作が容易である。
【００２６】
また、アンテナ手段とともにミクサ手段及び凹面鏡手段を回転させることにより、受信する周波数を切り替えるので、操作が容易である。
【００２７】
また、第二のグリッドミラーの中心から第一のコーナーリフレクタの中心までの距離（Ｌ１）と第二のグリッドミラーの中心から第二のコーナーリフレクタの中心までの距離（Ｌ２）との差（Ｌ１−Ｌ２）を２倍にしたもの（２×（Ｌ１−Ｌ２））が、λ×（ｎ±１／４）（λ：上記局部発振波が空間を伝搬する時の波長、ｎ：整数）となるようにしたので、アンテナ手段の９０°の回転を行うだけで周波数を切り替えることが可能であるため、操作が容易であるとともに、細かい調整操作もなく、受信する周波数に切り替えられるので、調整しそこなって受信することができない等の不正動作も防止でき、受信精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１における周波数混合器の構成について示した構成図である。
【図２】  本発明の実施の形態１及び実施の形態２における周波数混合器の周波数特性を示したグラフである。
【図３】  本発明の実施の形態２における周波数混合器の構成について示した構成図である。
【図４】  従来の周波数混合器の構成を示した構成図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  グリッドミラー、２  局部発振器、３ａ，３ｂ  アンテナ、４ａ，４ｂ  コーナーリフレクタ、５  レンズ、６  ミクサ、７  凹面鏡、１０  マーチンパプレット干渉計。
【図１】
0004014066.tif 000002
【図２】
0004014066.tif 000003
【図３】
0004014066.tif 000004
【図４】
0004014066.tif 000005