(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＦ信号とローカル信号とを混合してＩＦ信号に変換するシングルバランスミキサにおいて、
ローカル信号を互いに逆相となる２つの信号に分配する第１のハイブリッドカプラと、
ＲＦ信号をＴ分岐した２つの同相信号から、ＲＦ信号をそれぞれ分離出力するＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路と、
該ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路から出力した同相のＲＦ信号と、前記第１のハイブリッドカプラにより分配した逆相のローカル信号とを、それぞれ混合して互いに逆相の２つのＩＦ信号に変換するトランジスタ素子と、
該トランジスタ素子で変換した互いに逆相のＩＦ信号を、それぞれフィルタリングして出力するＩＦフィルタと、
該ＩＦフィルタの出力した互いに逆相のＩＦ信号を同相合成して、１つのＩＦ信号として出力する第２のハイブリッドカプラと、
を具備したことを特徴としたシングルバランスミキサ。
【請求項２】
請求項１に記載のシングルバランスミキサであって、
前記トランジスタ素子に換えてダイオード素子を備えたシングルバランスミキサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波、ミリ波帯の計測器等で用いられる広帯域のシングルバランスミキサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＦ（高周波）信号とローカル信号とを混合して、和又は差の周波数のＩＦ信号（中間周波信号）に周波数変換するのにミキサが用いられる。
例えば、マイクロ波帯やミリ波帯のミキサは、ダイオード素子またはトランジスタ素子の非線形特性を利用している。
【０００３】
最初に、トランジスタ素子のＦＥＴをミキサとした従来の広帯域のシングルバランスミキサの構成と動作について説明する。
ここに示すシングルバランスミキサは、本願と同一の考案者により平成１１年９月２２日に出願（実願平１１−７２５２）された考案のシングルバランスミキサと同一である。
【０００４】
図５に示すように、従来の広帯域のシングルバランスミキサは、１８０°ハイブリッドカプラ２と、終端抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４と、λ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３と、ＩＦフィルタ８、９と、１８０°ハイブリッドカプラ１０とにより構成している。
【０００５】
次に、図５に示すシングルバランスミキサについて、信号を主体として動作の説明をする。
ローカル信号Ｌｏは、他端を抵抗Ｒ１で終端された１８０°ハイブリッドカプラ２の１端に入力されて、等振幅で互いに逆相（０°、１８０°）の２つのローカル信号に分配して出力される。
【０００６】
等振幅で互いに逆相（０°、１８０°）の２つのローカル信号は、トランジスタ素子のＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートＧを、それぞれ励振すなわちＯＮ／ＯＦＦする。
【０００７】
ＲＦ信号は、等振幅で同相の２つのＲＦ信号にＴ分岐され、分岐された一方のＲＦ信号はλ／４マイクロストリップ結合線路１２を介してＦＥＴ３のドレインＤに入力され、分岐された他方のＲＦ信号は、λ／４マイクロストリップ結合線路１３を介してＦＥＴ４のドレインＤに入力される。
【０００８】
そして、等振幅で互いに逆相のローカル信号（０°、１８０°）と、等振幅で同相のＲＦ信号とは、ミキサのＦＥＴ３とＦＥＴ４とでそれぞれ混合され、等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０°）として周波数変換されてＦＥＴ３とＦＥＴ４の各ドレインＤ側に出力される。
【０００９】
ＦＥＴ３とＦＥＴ４の各ドレインＤに出力された等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０°）は、それぞれＩＦフィルタ８、９により所望のＩＦ周波数にフィルタリングされる。
【００１０】
そして、ＩＦフィルタ８、９によりフィルタリングされた２つの信号は、他端を抵抗Ｒ１で終端された１８０°ハイブリッドカプラ１０で同相合成されて１つのＩＦ信号として出力される。
【００１１】
次に、従来の広帯域のシングルバランスミキサにおいて、ＲＦ信号とＩＦ信号とを分離しているλ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３に関して説明する。
ＦＥＴ３とＦＥＴ４との各ドレイン側には、周波数変換されたＩＦ信号と、λ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３により結合されたＲＦ信号とがそれぞれ存在する。
【００１２】
従って、λ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３は、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレインＤに変換されたＩＦ信号がＲＦ信号の入力側に洩れないようにするために、ＲＦ周波数に対しては低インピーダンスとなり、また、ＩＦ周波数に対しては高インピーダンスとなる特性としている。
【００１３】
次に、λ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３を基板上に形成した要部平面図について説明する。
図６に示すように、λ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３は、ＲＦ信号の周波数のλ／４の長さで幅ＷのパターンをギャップＧとして、基板上に形成した結合ストリップラインである。
【００１４】
ここで、パターンの長さλ／４は、例えば、ＲＦ信号の周波数帯域の中心周波数の波長をλとして概略値として求め、実際のＲＦ信号の周波数帯域に合わせて所望の特性が得られるように適宜調整している。
パターンのギャップＧは、ギャップを大きくして結合度を小さくすれば、ＩＦ信号とＲＦ信号との分離がよくなるが、インサーションロスが増加して通過特性が劣化するので設計仕様に合わせて最適化している。
パターンの幅Ｗは、幅を大きくするとインサーションロスは少なくなるが、帯域幅が広がりすぎＩＦ信号の分離が悪くなるので設計仕様に合わせて最適化している。
【００１５】
次に、従来の広帯域のシングルバランスミキサにおいて、ＩＦ信号とＲＦ信号とを分離する具体的特性例について説明する。
図７に示すように、λ／４マイクロストリップ結合線路の減衰量の周波数特性は、ＲＦ周波数帯域５０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚにおいて減衰量１ｄＢとしたとき、ＩＦ周波数３０ＧＨｚにおいて、以前からあるコンデンサ結合による特性に比較して、減衰量が７ｄＢから１５ｄＢとなり８ｄＢ分離特性が向上している。
【００１６】
しかし、従来のλ／４マイクロストリップ結合線路による広帯域のシングルバランスミキサよりも、ＩＦ信号のＲＦ信号側への漏れによるロスをさらに少なくし、ミキサとしての変換効率のさらに高い要求の用途には十分対応できない。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記説明したように、従来の広帯域のシングルバランスミキサにおいて、λ／４マイクロストリップ結合線路の方式よりも、ＲＦ信号とＩＦ信号とを十分分離し、ミキサの変換効率のさらに高い用途に使用する要求にたいして十分な特性が得られないという問題があった。
そこで、本発明は、ＲＦ信号の周波数帯域とＩＦ信号の周波数とが充分離れていないような場合でも、ＲＦ信号とＩＦ信号とを十分分離してさらに変換効率のよい広帯域のシングルバランスミキサを得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
即ち、上記目的を達成するためになされた本発明の第１は、
ＲＦ信号とローカル信号とを混合してＩＦ信号に変換するシングルバランスミキサにおいて、
ＲＦ信号とＩＦ信号との分離をＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路を具備しておこなっていることを特徴としたシングルバランスミキサを要旨としている。
【００１９】
また、上記目的を達成するためになされた本発明の第２は、
ＲＦ信号とローカル信号とを混合してＩＦ信号に変換するシングルバランスミキサにおいて、
ローカル信号を互いに逆相となる２つの信号に分配する第１のハイブリッドカプラと、
ＲＦ信号をＴ分岐した２つの同相信号を、それぞれ直流遮断してＩＦ信号と分離出力するＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路と、
該ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路から出力した同相のＲＦ信号と、前記第１のハイブリッドカプラにより分配した逆相のローカル信号とを、それぞれ混合して互いに逆相の２つのＩＦ信号に変換するトランジスタ素子と、
該トランジスタ素子で変換した互いに逆相のＩＦ信号を、それぞれフィルタリングして出力するＩＦフィルタと、
該ＩＦフィルタの出力した互いに逆相のＩＦ信号を同相合成して、１つのＩＦ信号として出力する第２のハイブリッドカプラと、
を具備したことを特徴としたシングルバランスミキサを要旨としている。
【００２０】
そしてまた、上記目的を達成するためになされた本発明の第３は、
ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ結合線路から出力した同相のＲＦ信号と、ハイブリッドカプラにより分配した互いに逆相のローカル信号とを混合してそれぞれ互いに逆相のＩＦ信号に変換するミキサは、ダイオード素子である本発明第２記載のシングルバランスミキサを要旨としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
最初に、トランジスタ素子のＦＥＴをミキサとした広帯域のシングルバランスミキサの実施例１の構成と動作について説明する。
【００２２】
図１に示すように、実施例１の広帯域のシングルバランスミキサは、１８０°ハイブリッドカプラ２と、終端抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４と、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５と、ＩＦフィルタ８、９と、１８０°ハイブリッドカプラ１０とにより構成している。
【００２３】
つまり、図１に示す実施例１の広帯域のシングルバランスミキサの構成は、従来の図５に示す広帯域のシングルバランスミキサにおけるＲＦ周波数のλ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３を、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５に置き換えた以外は同じ構成となっている。
従って、従来と同じ構成部分の動作については、従来技術において説明したので省略する。
【００２４】
次に、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５を基板上に形成した要部平面図について説明する。
図２に示すように、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５のパターンの長さは、ＩＦ信号の周波数の波長λの１／４の電気長として、ＲＦ信号のパターンに接続される。
【００２５】
そして、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートＧは、Ｌｏ信号のパターンに接続され、ソースＳは、ＧＮＤへ接地されるスルーホール１６、１７、１８、１９の各パッドに接続され、ドレインＤは、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５のパターンに接続されている。
また、等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０°）は、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレインＤ側の近傍からパターン接続して取り出している。
【００２６】
図２において、トランジスタ素子のＦＥＴ３、ＦＥＴ４は、各電極とパターンとの接続を金ワイヤでボンディングするチップ素子としたが、フリップチップやＭＭＩＣとして構成しても同様に実施できる。
【００２７】
次に、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５の動作について説明する。
ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５によりＲＦ信号がＴ分岐されて、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレインＤに等振幅の同相信号がそれぞれ与えられる。
ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のそれぞれのドレインＤはＩＦ周波数のλ／４の電気長を経てＲＦ入力端で接続し、かつ２つのドレインに発生する等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０°）はＲＦ入力端で合成され０レベルとなり、等価的に接地されたことになるため、ショートスタブを設けたことと同様の効果となり、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のドレインＤからＲＦ入力側を見たＩＦ周波数におけるインピーダンスは無限大となる。
従って、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４の各ドレインＤ側のＩＦ信号は、ＲＦ信号側にもれて出力されにくくなりＩＦ信号のパターンへほとんど出力される。
【００２８】
次に、本実施例の広帯域のシングルバランスミキサにおいて、ＩＦ信号とＲＦ信号とを分離する具体的特性例について、従来例と比較して説明する。
図３に示すように、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路による減衰量の周波数特性は、ＲＦ信号の帯域５０ＧＨｚ〜８０ＧＨｚにおいて、減衰量１ｄＢ以下で、ＩＦ周波数３０ＧＨｚにおいて減衰量３０ｄＢの特性が得られた。
【００２９】
従って、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５による特性は、従来のλ／４マイクロストリップ結合線路１２、１３による特性よりも、ＩＦ周波数３０ＧＨｚにおいて減衰量が１５ｄＢから３０ｄＢとなり分離特性が１５ｄＢも大幅に向上した。
また、ＩＦ信号のＲＦ信号側への漏れによるロスが僅少となるので、ミキサとしての変換効率も大幅に向上する。
【００３０】
ところで、１つの信号から等振幅で互いに逆相の信号（０°、１８０°）の２つの信号に分配する構成要素として１８０°ハイブリッドカプラとして説明したが、バラン等を使用しても同様に実現できる。
また、トランジスタ素子としては、ＦＥＴ以外のＢＪＴやＨＢＴを使用しても同様に実現できる。
【００３１】
（実施例２）
次に、ダイオード素子をミキサとした広帯域のシングルバランスミキサの実施例２の構成と動作について説明する。
図４に示す実施例２のシングルバランスミキサは、１８０°ハイブリッドカプラ２、１０と、終端抵抗Ｒ１、Ｒ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２と、ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路１４、１５と、ＩＦフィルタ８、９とにより構成している。
【００３２】
本実施例２は、実施例１のＦＥＴ３、ＦＥＴ４をダイオードＤ１、Ｄ２に置き換えた以外は同じ構成である。
つまり、実施例１と同様に、ダイオードＤ１、Ｄ２のアノードはＩＦ周波数のλ／４の電気長を経てＲＦ入力端で接続し、かつ２つのダイオードＤ１、Ｄ２のアノード側に発生する等振幅で互いに逆相のＩＦ信号（０°、１８０°）はＲＦ入力端で合成され０レベルとなり、等価的に接地されたことになるため、ショートスタブを設けたことと同様の効果となり、ダイオードＤ１、Ｄ２のアノードからＲＦ入力側を見たＩＦ周波数におけるインピーダンスは無限大となる。
従って、ダイオードＤ１、Ｄ２により混合出力されたＩＦ信号は、ＲＦ信号側に出力されにくくなり、ＩＦ信号のパターンへほとんど出力される。
なお、本実施例２のその他の動作は、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明の広帯域のシングルバランスミキサは、ＲＦ信号とＩＦ信号との分離をＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路を用いる結合手段とすることによって、ＲＦ信号の周波数帯域とＩＦ信号の周波数とが充分離れていなくても充分に信号分離でき、ＩＦ信号のＲＦ信号側への漏れが非常に少なくなり、ミキサとしての変換効率が高くなる効果がある。
また、本発明の広帯域のシングルバランスミキサは、挿入損失も少なく実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のブロック図である。
【図２】ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路の平面図例である。
【図３】ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路の特性図である。
【図４】本発明の実施例２のブロック図である。
【図５】従来のシングルバランスミキサの回路図である。
【図６】ＲＦ周波数帯域のλ／４マイクロストリップ結合線路の平面図である。
【図７】従来のシングルバランスミキサの特性図である。
【符号の説明】
２  １８０°ハイブリッドカプラ
８、９  ＩＦフィルタ
１０  １８０°ハイブリッドカプラ
１２、１３  λ／４マイクロストリップ結合線路
１４、１５  ＩＦ周波数のλ／４マイクロストリップ線路
１６、１７、１８、１９ スルーホール
【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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