(57)【要約】特に衛星通信用に望ましい薄膜回路は、ＲＦ及びＬＯのギガヘルツ範囲入力信号を混合し、ＬＯ及びＲＦ信号を二つに分割し、生成した信号の一つに１８０度の位相シフトを導入することによってＩＦ信号を得る。そのとき、ＬＯ及びＲＦ信号は各々平行ミキサ内で混合される。ミキサの出力は、ＲＦまたはＬＯ信号の周波数の倍数である周波数のスプリアス（スプール）信号を含むＩＦ信号を有する。出力は共に混合され、その結果、スプール信号は互いに相殺され、ＩＦ信号が同相で付加される。
2016516359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１ギガヘルツ（ＧＨｚ）の第一の周波数を有する第一の入力信号を受信し、前記第一の周波数で二つの出力信号を出力するように構成された第一のコンポーネントであって、前記出力信号は互いに１８０度位相がずれた第一のコンポーネントと、
各々が前記第一のコンポーネントに接続され、各々前記第一のコンポーネントからそれぞれ対応する前記出力信号の一つを受信するよう構成され、各々少なくとも１ギガヘルツ（ＧＨｚ）の第二の周波数を有する第二の入力信号を受信するよう構成され、各々、前記各出力信号を前記第二の入力信号と混合し、それによって、各ミキサ出力信号を得るように構成された第一及び第二のミキサ素子であって、ミキサ出力信号は各々前記第一及び前記第二の周波数の和または差である第三の周波数での一次出力信号、及び、前記第一または前記第二の入力信号の高調波である少なくとも一つのスプール信号を含み、前記一次出力信号または前記スプール信号のどちらかは互いに１８０度位相がずれた第一及び第二のミキサ素子と、
前記第一及び第二のミキサ素子に接続され、前記ミキサ出力信号を受信し、合成して、前記一次出力信号から成る合成出力信号を生成するように構成された信号合成コンポーネントであって、前記スプール信号を部分的にまたは全体的に相殺する信号合成コンポーネントと、を備えるミキサ回路。
【請求項２】
前記第一のコンポーネントに前記第一の入力信号として少なくとも１ＧＨｚのＲＦ周波数を有するＲＦ信号を供給するＲＦソースと、
前記第一及び第二のミキサ素子に少なくとも１ＧＨｚのＬＯ周波数を有するローカル発振信号を供給するＬＯソースと、をさらに備え、
前記ミキサ回路は、前記一次出力信号として少なくとも１ＧＨｚのＩＦ周波数を有するＩＦ信号を生成し、
前記ＩＦ周波数は、前記ＬＯ周波数とＲＦ周波数との間である、請求項１の発明。
【請求項３】
前記ＲＦ周波数は２５〜３５ＧＨｚであり、前記ＬＯ周波数は５〜１５ＧＨｚである、請求項２の発明。
【請求項４】
前記第一のコンポーネントは、第一の入力リードと第一及び第二の出力リードを有し、零度の位相シフトを有する前記第一の出力信号として、且つ、１８０度の位相シフトを有する前記第二の出力信号として、前記第一の入力信号を送信するように構成されたバランを備える、請求項１の発明。
【請求項５】
前記ミキサ素子は、互いに１８０度位相がずれた前記一次出力信号及び互いに同相の前記スプール信号を送信するように構成され、
前記信号合成コンポーネントは二つの入力を有する第二のバランであり、その二つの入力は各々が前記ミキサ出力信号の各々一つを受信するように接続されており、前記合成コンポーネントは前記ミキサ出力信号の一つに１８０度の位相シフトを導入し、前記ミキサ出力信号を合成して、それによって前記第二のバランの出力に前記合成出力信号を得る、請求項４の発明。
【請求項６】
前記信号合成コンポーネントは前記合成出力信号を無線で増幅し、送信するように構成された増幅器及びアンテナを含むアンテナ構造に接続される、請求項１の発明。
【請求項７】
ＲＦ信号を受信し、該ＲＦ信号を前記第一の入力信号として前記第一のバランに供給するように構成された受信アンテナ配置をさらに備え、前記ミキサ回路はＲＦ信号のダウンコンバータとして働く、請求項１の発明。
【請求項８】
前記ミキサ回路は基板上に支持され、薄膜プロセスによって形成される、請求項１の発明。
【請求項９】
前記ミキサ回路は衛星として打ち上げられるように構成された構造内に支持される、請求項１の発明。
【請求項１０】
信号生成方法であって、前記方法は、
１ＧＨｚ以上の第一の周波数を有する第一の信号を供給し、
前記第一の信号を処理して、互いに１８０度位相がずれた二つの第一の出力信号を生成し、
１ＧＨｚ以上の第二の周波数を有する第二の信号を供給し、
各ミキサにおいて前記第一の出力信号を各々前記第二の信号と混合し、それによって二つのミキサの積信号を生成し、各ミキサ積信号は、第三の周波数を有する各一次出力信号を有し、第三の周波数＝第一の周波数−第二の周波数、或いは、第三の周波数＝第一の周波数＋第二の周波数であり、スプール信号は前記第二の周波数の倍数であるスプール周波数を有し、前記一次出力信号または前記スプール信号はミキサ積信号において互いに位相がずれており、
前記ミキサ積信号を、前記スプール信号が実質的に互いに相殺されるように合成し、及び、その結果、前記一次出力信号の合成から成る合成信号が得られる、信号生成方法。
【請求項１１】
前記の第一の信号の供給は、アンテナ経由のＲＦ信号の受信及び導体経由のＲＦ信号のバランへの送信を含み、前記バランは前記処理を実行する、請求項１０の発明。
【請求項１２】
前記処理は、信号を二つの同一な中間信号に分割し、中間信号の一つに１８０度の位相シフトを付与することから成る、請求項１０の発明。
【請求項１３】
前記ミキサ積信号において、前記一次出力信号は互いに１８０度位相がずれ、前記スプール信号は互いに同相であり、
前記合成は、前記ミキサ積信号の二つの入力を有するバランへの送信によって実行され、前記バランは前記ミキサ積信号の一つに１８０度の位相シフトを導入し、その後、前記ミキサ積信号は合成され、前記一次出力信号は同相で合成され、前記スプール信号は１８０度の位相ずれにより互いに相殺される、請求項１２の発明。
【請求項１４】
前記第一の信号はＲＦ周波数を有するＲＦ信号であり、前記第二の信号はＬＯ周波数を有するローカル発振信号であり、前記一次出力信号はＬＯ周波数及びＲＦ周波数の間にあるＩＦ周波数を有するＩＦ信号である、請求項１０の発明。
【請求項１５】
前記ＲＦ周波数は１０〜４０ＧＨｚであり、前記ＬＯ周波数は５〜２０ＧＨｚである、請求項１４の発明。
【請求項１６】
さらに、アンテナ装置を経由して合成信号を送信する、請求項１０の発明。
【請求項１７】
前記処理、混合及び合成は、薄膜プロセスによって形成されたミキサ回路で実行される、請求項１０の発明。
【請求項１８】
前記方法が軌道内の衛星で実行される、請求項１０の発明。
【請求項１９】
高周波（ＲＦ）ソース及びローカル発振（ＬＯ）信号ソースであって、前記信号の両方がギガヘルツ周波数帯に各々の周波数を有するソースと、
ハウジング内に支持され、宇宙において衛星で使用されるように構成される軽量ミキサ回路と、を備え、前記ミキサ回路は、
薄膜セラミック基板と、
前記基板上にあり、前記ＲＦ信号ソースと接続されたＲＦ信号入力を有する薄膜ＲＦバランであって、前記ＲＦバランは各々第一及び第二のＲＦ出力信号を送信する第一及び第二のＲＦ信号出力を有し、前記第二のＲＦ出力信号は前記第一のＲＦ出力信号に対してほぼ１８０度位相がずれ、前記第一及び第二のＲＦ出力信号はほぼ等しい振幅を有する薄膜ＲＦバランと、
前記基板上の第一及び第二の薄膜ミキサ素子であって、各ミキサ素子は前記基板上に形成されたクアッドダイオードから成り、二つのミキサ入力及び一つのミキサ出力を有する平衡ミキサであり、各ミキサ素子は各ＲＦ信号出力に接続され、それから該各ＲＦ出力信号を受信するそのミキサ入力の一つを有する第一及び第二の薄膜ミキサ素子と、
前記ＬＯ信号ソース及び各ミキサ素子間の電気通信を提供し、ＬＯ信号を受信し、該ＬＯ信号を第一及び第二のＬＯ入力信号として各々前記第一及び第二のミキサのもう一つの入力に送信する前記基板上の薄膜ＬＯ送信構造であって、前記ＬＯ送信構造は、第一及び第二の信号入力がミキサ素子の入力で互いにほぼ同相であるように調節可能なＬＯ位相アジャスタ素子を含む薄膜ＬＯ送信構造と、を備え、
前記第一及び第二のミキサ素子は、各々それらのミキサ出力において第一及び第二の混合出力信号を提供し、前記第一及び第二の混合出力信号は、ＬＯ信号の周波数及びＲＦ信号の周波数間の差にほぼ等しい周波数を有するＩＦ信号及びＬＯ信号の周波数の整数倍である周波数を有するスプール信号を含み、
前記第一のミキサ出力における前記第一の混合出力信号のＩＦ信号は、前記第二のミキサ出力での前記第二の混合出力信号のＩＦ信号とほぼ１８０度位相がずれ、前記第一のミキサ出力での前記第一の混合出力信号のスプール信号は前記第二のミキサ出力での前記第二の混合出力信号のスプール信号とほぼ同相であり、
前記基板上に支持され、一つの出力及び二つの入力を有する薄膜出力バランであって、前記入力は各々、各ミキサ出力に接続され、それから該各ミキサ出力信号を受信し、前記出力バランは前記混合信号出力の一つからシフトされたミキサ出力信号を生成し、前記シフトされた信号内のＩＦ信号はもう一つの前記ミキサ出力信号のＩＦ信号とほぼ同相であり、前記シフトされた信号内のスプール信号はもう一つの前記ミキサ出力信号のスプール信号とほぼ１８０度位相がずれた薄膜出力バランを備え、
前記出力バランはシフトされた混合信号出力をもう一つの混合信号出力と合成させ、それによって、回路出力信号を生成するが、その信号内において前記スプール信号は互いにほぼ相殺され、ＩＦ信号はほぼ同相で合成され、前記回路出力信号は、前記出力バランの出力を経由して送信される遠隔通信システム。
【請求項２０】
アンテナシステムをさらに備え、前記アンテナシステムはＲＦ信号ソースとして供給された着信無線信号を受信し、または、バラン出力から供給された回路出力信号から由来する発信無線信号を送信する、請求項１９の発明。
【請求項２１】
スプール信号の周波数はＬＯ信号の周波数の二倍であり、スプール信号の周波数はＩＦ信号の周波数の２ＧＨｚ以内である、請求項２０の発明。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２０１３年３月１５日出願による米国特許出願公開第１３／８４０８１６号の継続出願であり、その全体が参照により本出願に組み込まれる。
【発明の分野】
【０００２】
本発明は、ミキサを使用して、所定の周波数の出力信号を生成する高周波送信機に関する。本発明は、特に、とりわけ比較的高周波数の用途において、第一の信号ＬＯを第二の信号ＲＦと合成して、第三の信号ＩＦを生成するミキサを含む回路に関する。さらに詳細には、本発明は衛星で使用されるそのような回路に関するものである。
【発明の背景】
【０００３】
二つの入力信号を合成して出力信号を生成する一般的な方法は、ミキサを使用することである。ミキサ回路の重要な特徴は一つまたは複数の混合素子であり、それは一般的にダイオード、電界効果トランジスタ、またはバイポーラ接合トランジスタなどの非線形デバイスを備える。
【０００４】
混合素子は、二つの周波数入力を合成して、別の周波数出力を生成するが、その周波数出力は特定の混合素子の特徴に応じて変化する。特に混合素子は二次周波数を出力するように設計されており、その二次周波数は二つの入力信号周波数の和及び差を含む。一般的な利用法では、ＬＯ信号及びＲＦ信号はミキサ素子に入力され、ミキサ素子は次に入力周波数の和または差のどちらかであるＩＦ信号を出力する。
【０００５】
遠隔通信において、ミキサは高周波（ＲＦ）入力信号及びローカル発振器（ＬＯ）からの信号を受信し、それらを合成させて、出力信号を生成する。出力信号は、ＲＦ及びＬＯ信号の周波数の差または和のどちらかである周波数の中間周波数信号（ＩＦ）から成る。ＩＦ信号は、通常、出力信号の有効または所望の部分であり、異なる所望の周波数でＲＦ信号の情報を運ぶ。
【０００６】
ミキサは非線形なので、所望のＩＦ信号以外の周波数の付加信号を出力する。付加周波数はＲＦ及びＬＯ周波数の様々な他の合成であり、通常、ＲＦまたはＬＯ周波数の倍数、または、入力信号周波数の倍数の和及び差である。これらのミキサの副生成物はスプリアス周波数（「スプール（ｓｐｕｒ）」）と呼ばれるか、または、集合的に相互変調歪み（ＩＭＤ）と呼ばれる。通常、これらの他の周波数出力は不要なものであり、単にノイズまたは干渉として作用する。
【０００７】
さらに、ＲＦ、ＬＯ及びＩＦ信号の周波数によって、スプールは出力信号の周波数に極めて近いことがある。一例として、遭遇する電位問題が図４のグラフに見られるが、それはミキサの入力及びいくつかの出力を示している。ミキサは周波数３０ＧＨｚで高周波（ＲＦ）入力信号２０１を、周波数９．５ＧＨｚでローカル発振（ＬＯ）信号２０２を受信する。ミキサはＬＯ周波数の倍数としてスプール及びＲＦ信号２０１及びＬＯ信号２０２の周波数間の差、すなわち、３０ＧＨｚ−９．５ＧＨｚ＝２０．５ＧＨｚである周波数を有する中間周波数（ＩＦ）信号２０３を生成する。しかしながら、ミキサによって生成したスプールの一つはＬＯ信号２０２の高調波信号２０４であり、ＬＯ周波数の二倍の周波数、すなわち、２×９．５ＧＨｚ＝１９ＧＨｚを有する。これは、２０．５ＧＨｚのＩＦ周波数にかなり近い。
【０００８】
所望のＩＦ信号を保持したままミキサのスプリアス出力を減少させる一般的な方法は、高または低域フィルタの使用によって不要な周波数を排除することであり、高域または低域フィルタは、帯域フィルタまたはノッチフィルタとして単独または共に使用されいくつかのスプールを除去するが、所望の周波数を通過させる。
【０００９】
しかし、その例では、二つの周波数は近すぎ、そのため、２×ＬＯスプールを除去して、ＩＦ信号を通過させることは困難である。さらに、一つまたは複数のこの型のフィルタの使用はフィルタコンポーネントのコスト及び重量の欠点を有する。付加された重量は、見積もりでは衛星として打ち上げられる重量の１ｇにつきコストが何千ドルにもなるので、重量が大きな原価項目である衛星利用システムの文脈では特に問題である。
【発明の概要】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を解消する、特に１ＧＨｚ以上で作動するミキサ回路を提供することである。
【００１１】
本発明の目的は、また、フィルタを使用せずに、特に空間の有効活用のための軽量及び防護設計の回路のような、ＲＦ及びＬＯ信号をＬＯ信号の減少した高調波、特に２×ＬＯ高調波を有する出力と混合するように構成された回路を提供することである。
【００１２】
さらに、本発明の目的は、混合信号の副生成物であるスプリアス周波数を拒絶する新規なミキサトポロジを提供することである。
【００１３】
本発明の別の特徴によると、ミキサ回路は、少なくとも１ギガヘルツ（ＧＨｚ）の第一の周波数を有する第一の入力信号を受信し、互いに１８０度位相がずれた第一の周波数での二つの出力信号を出力するように構成された第一のコンポーネントを備える。回路は、さらに、第一及び第二のミキサ素子を備え、その各々は第一のコンポーネントに結合され、各々少なくとも１ギガヘルツ（ＧＨｚ）の第二の周波数を有する第二の入力信号を受信し、各々、各出力信号を第二の入力信号と混合し、それによって、各ミキサ出力信号を得るように構成された第一及び第二のミキサ素子を備える。ミキサ出力信号は、各々第一及び第二の周波数の和または差である第三の周波数での一次出力信号、及び、第一及び第二の入力信号の高調波である少なくとも一つのスプール信号を含み、一次出力信号またはスプール信号のどちらかは互いに１８０度位相がずれている。信号合成コンポーネントは第一及び第二のミキサ素子に接続されており、ミキサ出力信号を受信及び合成し、それによって、一次出力信号からなり、そこでスプール信号が部分的にまたは全体的に互いを相殺する合成出力信号を生成するように構成される。
【００１４】
本発明のまた別の特徴によると、信号を生成する方法は１ＧＨｚ以上の第一の周波数を有する第一の信号を供給し、第一の信号を処理して、それによって、互いに１８０度位相がずれた二つの第一の出力信号を生成することから成る。その方法は、さらに、１ＧＨｚ以上の第二の周波数を有する第二の信号を供給し、各ミキサにおいて第一の出力信号を各々第二の信号と混合し、それによって、二つのミキサ積信号を生成することから成る。各ミキサ積信号は、第三の周波数を有する各一次出力信号を有し、第三の周波数＝第一の周波数−第二の周波数、或いは、第三の周波数＝第一の周波数＋第二の周波数であり、スプール信号は第二の周波数の倍数であるスプール周波数を有する。一次出力信号またはスプール信号のどちらかはミキサ積信号において互いに位相がずれている。ミキサ積信号は、スプール信号がほぼ相殺され、一次出力信号の合成を備える合成信号が得られるように合成される。
【００１５】
本発明のさらに別の特徴によると、遠隔通信システムは高周波（ＲＦ）信号ソース及びローカル発振（ＬＯ）信号ソースを備え、両方の信号はギガヘルツ周波数帯の周波数をもつ。軽量ミキサ回路はハウジング内に支持され、宇宙で衛星において使用されるように構成される。ミキサ回路は薄膜セラミック基板を備える。薄膜ＲＦバランは基板上にあり、ＲＦ信号ソースと接続されたＲＦ信号入力を有する。ＲＦバランは各々第一及び第二のＲＦ出力信号を送信する第一及び第二のＲＦ信号出力を有し、第二のＲＦ出力信号は第一のＲＦ出力信号に対してほぼ１８０度位相がずれている。第一及び第二のＲＦ出力信号はほぼ等しい振幅を有する。
【００１６】
第一及び第二の薄膜ミキサ素子もまた基板上にある。各ミキサ素子は基板上に形成されたビームリードクアッドダイオードを使用する平衡ミキサを備え、二つのミキサ入力及び一つのミキサ出力を有する。各ミキサ素子は各ＲＦ信号出力に接続され、それから各ＲＦ出力信号を受信するそのミキサ入力の一つを有する。基板上の薄膜ＬＯ送信構造はＬＯ信号ソース及びＬＯ信号を受信し、ＬＯ信号を第一及び第二のＬＯ入力信号として各々第一及び第二のミキサの入力のもう一方に送信する各ミキサ素子の間の電気通信を提供する。ＬＯ送信構造は、第一及び第二の信号入力がミキサ素子の入力で互いにほぼ同相であるように調節可能なＬＯ位相アジャスタ素子を含む。第一及び第二のミキサ素子は、各々それらのミキサ出力で第一及び第二の混合出力信号を提供する。第一及び第二の混合出力信号は、ＬＯ信号の周波数及びＲＦ信号の周波数間の差にほぼ等しい周波数を有するＩＦ信号及びＬＯ信号の周波数の整数倍である周波数を有するスプール信号を含む。第一のミキサ出力での第一の混合出力信号のＩＦ信号は第二のミキサ出力での第二の混合出力信号のＩＦ信号とほぼ１８０度位相がずれ、第一のミキサ出力での第一の混合出力信号のスプール信号は第二のミキサ出力での第二の混合出力信号のスプール信号とほぼ同相である。
【００１７】
薄膜出力バランは基板上に支持され、一つの出力及び二つの入力を有する。入力は各々各ミキサ出力に接続され、それから各ミキサ出力信号を受信する。出力バランは混合信号出力の一つからシフトされたミキサ出力信号を生成する。シフトされた信号内のＩＦ信号はもう一つのミキサ出力信号のＩＦ信号とほぼ同相であり、シフトされた信号内のスプール信号はもう一つのミキサ出力信号のスプール信号とほぼ１８０度位相がずれている。出力バランはシフトされた混合信号出力をもう一つの混合信号出力と合成し、それによって回路出力信号を生成するが、その信号内においてスプール信号は互いにほぼ相殺され、ＩＦ信号はほぼ同相で合成される。回路出力信号は、出力バランの出力を経由して送信される。
【００１８】
一実施態様によると、回路はマルチレイヤ構造を有する薄膜構造である。この実施態様は支持基板を有し、その下にエアギャップはない。混合素子は全て基板の最上部側に形成することができ、基板の下方に空洞はない。回路内に各信号用に作成された信号経路は、回路がＩＦ出力でＬＯソースの不要な高調波の最大減衰を達成するように選択される。構造は、予測可能な性能を考慮して、容易にモデル化することができ、また、集積回路材料にも使用することができる。このモデリングは、従来の非線形回路ソフトウェアを使用して実現できる。
【００１９】
したがって、本発明は様々な周波数に容易に整調される。特に、本発明は、例えば、ＫＡ、Ｋ及びＫＵバンドのような複数の一般的に使用される周波数チャネルでの衛星通信用途で使用できる。
【００２０】
本発明のその他の特徴及び利点は、下記の説明から明らかになり、本発明の範囲は特許請求の範囲に記載されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
図１は、地球の軌道を回り、地上局から高周波信号を受信し、地上局へ高周波信号を送信する通信衛星を図示した概略図である。
【００２２】
図２は、図１のような遠隔通信衛星の一般的な機能回路の概略図である。
【００２３】
図３は、本発明による混合回路の概略図である。
【００２４】
図４は、本発明によるミキサの典型的な入力及び出力のグラフである。
【００２５】
図５は、本発明によるミキサ回路用の基板上の薄層化材料のパターンを図示した概略図である。
【開示の詳細】
【００２６】
本明細書に記載した原理を推進し、理解する目的で、添付図面に図示した好ましい実施態様を参照する。
【００２７】
本明細書に記載した軽量ミキサ設計は、特に高周波無線信号を処理するために衛星で使用される電気回路に適用される。軌道装置において、打ち上げのコストの高さは重量に拠るため、重量は特別な関心事である。したがって、典型的なシステムは、ここでは衛星上に図示されているが、本発明は同様に地上でも広範囲な用途があることは理解されるであろう。
【００２８】
図１を参照すると、衛星１００は地球２００（または潜在的には他のいずれかの天体）上の軌道内に示されている。衛星１００はアンテナ１０１及び１０２を備える。図示した実施態様によると、アンテナ１０１は参照番号Ａに示される地上局から一般的に参照番号１０４に示される一つまたは複数の高周波無線信号を受信する。これらの信号は通常高周波数ＲＦ信号であり、すなわち、周波数が１０〜５０ＧＨｚであり、衛星へのテレビジョン、オーディオ、電話、データまたは電子制御通信であり、または、実際には、いずれかの種類の通信信号、当業者には公知の通信信号の全部であり得る。
【００２９】
また、衛星１００はアンテナ１０２を経由して地上局Ｂまで無線高周波数ＲＦ信号１０５を送信する。送信された信号はまた衛星上のカメラからのビデオ送信のように、いずれの種類の送信または放送でもよい。
【００３０】
より好ましくは、衛星１００は「曲管」システムとして機能する通信衛星であり、すなわち、衛星はアップロード信号１０４を介してビデオ、オーディオまたはデータ内容を受信し、衛星の内部電気回路内で、なんらかの増幅、暗号化または他のオンボード処理を実施し、次に内容を信号１０４と同じまたは異なる周波数で、信号１０５でまた地球まで送信する。
【００３１】
衛星１００は高周波信号１０４を受信し、処理し、そうでなければ、衛星の操作を制御する内部電気回路を有する。オンボード電気回路は好ましくは衛星ハウジング１０７の内側のキャリアまたは保護ケース内の密閉された環境内にある。ハウジング１０７は好ましくはステンレス鋼製であり、放射または宇宙で見られる他の潜在的な有害な影響から衛星のコンポーネントを保護する。または、衛星電気回路は地球の大気外での放射線による回路内への損害を防ぐために当業者には公知の方法によって防護することができる。
【００３２】
図２は、衛星１００の一般的な操作の概略図を示している。受信アンテナ回路３はアンテナ１０１に接続され、それらをリンクする導体を通して高周波信号を受信する。受信アンテナ回路３は導体に沿って着信信号処理回路５まで未処理の受信ＲＦ信号を送信し、その着信信号処理回路はＲＦ信号を、衛星上での処理のために異なる（通常はより低い）周波数に変換する。一般的に、ダウンコンバージョンは、それが受信されたときの高周波数のときより容易なＲＦ信号の操作、増幅または他の処理を可能にする。
【００３３】
変換されたＲＦ信号は導体によって衛星の機能に応じたいずれかの処理のために、例えば、データとして、衛星１００の管理用コマンドとして、または、地球に再送信する内容として、内部衛星回路７内に送信される。例えば、内容がテレビ信号であるとき、ＲＦ信号内のプログラム内容を増幅し、次に可能ならば、暗号化して、処理された送信用信号を得ることができる。
【００３４】
発信信号または内部衛星電子機器７によって生成された信号は、電気導体を経由して発信信号処理回路９に送信される。この電気回路９は内部電子機器７からの信号の周波数を、通常は着信周波数より高い送信周波数での送信信号に変更する。送信信号は電気導体を経由して送信アンテナ回路１１に送られ、その送信アンテナ回路はアンテナ１０２を経由して無線で地球上の１つの受信機または複数の受信機にそれを送信する。
【００３５】
図３は、本発明の特徴による回路のより詳細なブロック図である。この回路は着信処理回路５の低周波への変換電気回路内または発信信号処理回路９内で使用される。
【００３６】
高周波（ＲＦ）信号ソース１３、例えば、受信アンテナ１０１及び関連電気回路１０３は入力バラン１５の入力に接続され、それにＲＦ信号を供給する。入力バラン１５は二つの出力１７及び１９を備える。バラン１５は内部でＲＦ信号を分割する。出力１７で、バラン１５は位相シフトφが零（０）度の第一のＲＦ信号を出力し、出力１９では、バラン１５は遅延された、またはそうでなければ１８０度の位相シフトφを付与するように処理された第二のＲＦ信号を出力する。したがって、生成したＲＦ信号は互いに１８０度位相がずれ、または、逆位相である。
【００３７】
ローカル発振器（ＬＯ）２１は、導体２３上の回路に正弦波のローカル発振信号ＬＯを提供し、それは二つの導体２５及び２７内に単純な分岐を有し、どちらも各々分割ＬＯ信号を保持する。ＬＯ信号はどちらも零度の位相シフトφを有し、すなわち、位相シフトがなく、互いに完全に同相である。
【００３８】
ＬＯ及びＲＦ信号の周波数は１ＧＨｚ以上である。一般的に、図示した回路はＫａバンド（２６．５〜４０ＧＨｚ信号）ダウンコンバータ及び受信機と共に使用される。それはまたＫバンド（２０〜４０ＧＨｚ）またはＫｕバンド（１２〜１８ＧＨｚ）適用などの他の周波数適用にも使用可能である。受信信号処理回路７では、ＲＦ信号は好ましくは１０〜４０ＧＨｚの範囲の周波数を有し、最も好ましくは約３０ＧＨｚの周波数であり、ＬＯ信号は好ましくは５〜２０ＧＨｚの範囲の周波数を有し、最も好ましくは約９．５ＧＨｚの周波数である。
【００３９】
参照番号３１に示したミキサ素子１は二つの入力を有する。その入力の一つは線１７に接続され、それから零度の異相シフトφの第一のＲＦ信号を受信する。もう一つの入力は線２５に接続され、それからＬＯ信号の一つを受信し、それはまた零度の位相シフトφを有する。参照番号３２に示したミキサ素子２も同様に二つの入力を有する。これらの入力の一つは線１９に接続され、それから１８０度の位相シフトφの第二のＲＦ信号を受信し、もう一つの入力は線２７に接続され、それから零度の位相シフトφのもう一つのＬＯ信号を受信する。
【００４０】
ミキサ素子３１及び３２はミキサの１８０度平衡組を構成し、下記に記載するように両方がほぼ同一の構造を有する。ミキサ素子３１及び３２は入力でそれらに供給されたＲＦ及びＬＯ信号を混合し、各ミキサ出力３３または３５で提供されるＩＦ信号を生成する。ミキサ出力信号は各々ＲＦ及びＬＯ信号の周波数の差または和である周波数を有するＩＦ信号を含む多数の合成信号を備える。また、他の周波数を有する多数の付加信号は、通常混合方法によって生成され、ＩＦ信号と共にミキサ出力信号内に存在する。これらの信号は、ＬＯ及びＲＦ入力信号の第二及び高次高調波として形成されるスプール信号を含む。
【００４１】
図４は、３０ＧＨｚのＲＦ信号２０１を回路が９．５ＧＨｚのＬＯ信号２０２との混合によってより低い周波数にダウンコンバートするのに使用されるミキサ素子３１及び３２に入力され、または、それによって生成されるいくつかの信号を図示している。その場合、ミキサ出力信号は２０．５ＧＨｚの周波数を有するＩＦ信号２０３である所望の出力信号を含む。ミキサ出力信号は、また、２×９．５ＧＨｚ＝１９ＧＨｚの周波数を有し、不本意ながら２０．５ＧＨｚの所望のＩＦ信号に近い、ミキサに入力されるＬＯ信号の第二次高調波であるスプール信号２０４を含むスプール及びノイズを含む。
【００４２】
ミキサ素子３１及び３２は、どちらもそれらの各出力にＩＦ信号２０３及び第二のＬＯ高調波２×ＬＯスプール信号２０４を生成する。しかしながら、ミキサ素子３１及び３２は各々互いに１８０度位相がずれたＲＦ入力信号を受信するので、二つのミキサ出力信号内に生成するＩＦ信号はまた互いに１８０度位相がずれている。反対に、ミキサ素子３１及び３２が受信するＬＯ信号は互いに同相であり、すなわち、位相のずれが零度であり、２×ＬＯの第二の高調波スプール信号２０４はまた二つのミキサ出力信号内で互いに同相である。
【００４３】
所望のＩＦ信号及びＬＯ高調波スプール信号の位相シフト差によって、スプール信号の除去が可能である。これは導体３３及び３５に沿って出力バラン３７の二つの入力にミキサ出力信号を供給することによって達成され、その出力バランはその入力の一つにおいて信号の一つに１８０度の位相シフトを与え、次にその位相シフトされた信号を他の入力からの信号と合成するように構成されている。合成信号の結果はバラン３７の単一の出力から送信される。
【００４４】
図３の回路内のバラン３７への入力信号は、逆相のＩＦ信号及び同相の第二のスプール信号を含む。これらのミキサ出力信号の一つに１８０度の位相シフトが与えられるとき、その結果としてＩＦ信号は同相に配置され、スプール信号は１８０度位相がずれる。結果として、シフトされた信号及びバラン３７の入力の他の信号が合成され、位相のずれたスプール信号は部分的にまたは完全に互いに相殺される。二つのミキサ出力信号間で同相であるミキサ出力信号内の他のノイズまたはスプール信号のいずれか（例えば、ＬＯ信号の高次偶数高調波）もまたバラン３７内で互いに相殺されるであろう。
【００４５】
しかしながら、ＩＦ信号はミキサ出力信号内で１８０度位相がずれ、それで、ＩＦ信号が１８０度位相シフトされ、二つの信号が合成されるとき、ＩＦ信号は同相で合成され、その結果、強いＩＦ信号が生成する。ＩＦ信号を含む最終的なバラン出力信号は導体によって衛星上の電気回路による次のＩＦ信号処理に送信されるか、または、一般的に参照番号３９で示されるアンテナを経由して送信される。
【００４６】
本発明の回路は個々で記載した周波数の範囲以外の周波数にも拡大使用可能である。この回路は重いフィルタに頼ることなくスプール信号を除去し、精度もより高い。例えば、ＬＯ信号周波数が９．８ＧＨｚであり、ＲＦ信号周波数が３０ＧＨｚである現在の回路を使用することができる。生成したＩＦ信号周波数は２０．２ＧＨｚであり、一方、第二のＬＯ高調波スプール信号の周波数は１９．６ＧＨｚであり、０．６ＧＨｚ分離しているだけである。にもかかわらず、本明細書に記載した位相シフトされた混合回路によって、高調波スプール信号周波数及びＩＦ信号周波数が０．５または０．６ＧＨｚ位の少しだけ分離されているときでさえ、有効な信号混合が可能である。
【００４７】
図５はより一般的に上記で記載したミキサ回路の一実施態様の詳細な平面図である。バラン１５及び３７、及び、ミキサ素子３１及び３２は、図３で同一化され、導体またはコンタクトと同様に、一般的に図３と同じ参照番号で示される。
【００４８】
図示した回路は、層状材料をエッチングするか、または、そうでなければ、選択的に除去して軽量回路を形成する多層薄膜法を使用して製造される。使用される方法及び材料は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社（事業所、３４３９Ｅｄｉｓｏｎ  Ｗａｙ、Ｆｒｅｍｅｎｔ、ＣＡ９４５３８）から入手可能であり、そのウエブサイトはwww.thinfilm.comである。図示したような多層構造の使用によって厚い支持基板の使用が可能になり、その基板の下にはエアギャップがなく、典型的な平衡ミキサ設計とは異なる。
【００４９】
回路は図示したように単一のコンポーネントか、または、より大きな回路の一部であることがある。回路はまたマイクロ波集積回路技術を使用して製造することができる。
【００５０】
回路４１は、好ましくは一貫した厚さを有するセラミック基板シート４３上に支持される。基板材料は、通常誘電定数が９．９のポリッシュドアルミナである。
【００５１】
ＲＦ入力１３及びＬＯ入力２１は薄膜金送信線である。ＲＦ信号入力１３は入力１８０°バラン１５の入力に接続される。公知の設計の入力バラン１５は、基板４３上のポリイミド材料層４５の上に重なる金膜導体から成る。入力バラン１５はアース接続４７を有し、そのアース接続は基板４３を通して伸びて、基板４３のもう一方の側でアースを接続させる。入力バラン１５は着信ＲＦ信号を分割し、平衡出力を生成し、その結果、分割ＲＦ信号は各金膜線１７及び１９に送信され、そのとき線１７上のＲＦ信号は上記のように１８０度の位相シフトを有する。バラン２１はその性能を設定されたＲＦ周波数または周波数範囲で最大化するように構築され、その設計は、ＲＦ信号の送信への干渉からのインピーダンスをほとんど防止する構造を含む。図示した実施態様のバラン１５は、周波数範囲が周波数３０ＧＨｚのＲＦでの使用のために構成された本実施態様に適切な、２３〜３４ＧＨｚの範囲のＲＦ信号を分割及び位相シフトすることができる。コースの設計は、適切なら異なるＲＦ周波数用に変更できる。
【００５２】
ＬＯ信号入力コンタクト２１は金膜線２３に接続され、その線はまた金膜製のＬＯ信号分割構造４９につながる。分割構造４９は調節構造５１及び５３を含み、それらの調節構造はＬＯ信号がミキサ回路３１及び３２まで進まなければならない正確な距離を調節するために使用される。レジスタ５５は分割ＬＯ信号線２５及び２７を架橋し、線２５及び２７上の分割信号を平衡化する。線２５はジャンパ５７を経由してミキサ素子３１まで進行し、線２７はもう一つの調節構造５９を通過してミキサ素子３２まで進行し、その調節構造５９は調節構造５１及び５３より小さな位相調節を提供する。好ましくは、これはＬＯ信号が互いにほぼ同相のミキサ３１及び３２に到達するように構成されることを確実にするために実施される。
【００５３】
ミキサ素子３１及び３２はほぼ同一の構成である。ミキサ構造は基板４３の上側で事実上全部であり、浮いておらず、構造内に空洞はない。各ミキサ素子３１及び３２はダイオード６３に接続されるミキサ入力バラン６１を備える。
【００５４】
ミキサ入力バラン６１の各々は、各々ＲＦ信号１７または１９に接続された単一の入力を有する。ミキサ入力バラン６１はまたポリイミド材料層の上に重なる金膜から成る。ミキサ入力バラン６１は通路６９を経由してアースにアクセスを有し、そのアースは基板４３のもう一方の面まで通って伸び、アースと接触する。
【００５５】
ダイオード６３は回路４１内に挿入されるチップである。ダイオード６３は、金膜導体７１を介して各ＬＯ／ＩＦダイプレクサバラン６５までミキサ入力バラン６１間を接続する商業的に入手可能なクロスオーバークアッドダイオードである。ＬＯ信号線２５及び２７はまた各々レジスタ７７を通過して各ダイプレクサバラン６５と接続し、そこにＬＯ信号を供給する。レジスタ７７はダイプレクサバラン６５の感度をＬＯ信号駆動レベルまで低くする。
【００５６】
ＬＯ／ＩＦダイプレクサバラン６５は、ポリイミド層７３の上の金膜から形成され、通路７５は基板４３を通過して伸び、バラン６５にアースへの接続を提供する。ダイプレクサバラン６５は各々、当業者には公知のように、ダイオード６３の構成及びパラメータに対応するようにサイズ決定されたバランループ７９を有する。
【００５７】
ミキサ出力信号は各々金膜線３３及び３５へのダイプレクサバラン６５の各出力に送信される。前記のように、これらのミキサ出力信号内のＩＦ信号は互いに異相であり、二つのミキサ出力信号内の第二のＬＯ高調波スプール信号は互いに同相である。
【００５８】
その状況は、ミキサ出力信号が出力１８０°バラン３７に到達するまで続く。バラン３７はまたポリイミド層８１上の金膜によって形成され、基板４３を通過して伸びるアースまでの通路８３を有する。既に記載したように、バラン３７は１８０度の位相シフトを第一の混合出力信号に導入し、スプール信号を異相にし、次に二つのミキサ出力信号は合成され、その結果、スプール信号はＩＦ信号に影響することなく、互いに相殺される。出力バラン３７は、本実施態様では、本明細書で既に記載したように、例えば、ＩＦ周波数２０．５ＧＨｚ及び第二のＬＯ高調波１９ＧＨｚに適した、周波数範囲１６〜２４ＧＨｚに低下する信号を処理する。回路４１が放送用オンボード信号の周波数のアップコンバートなどのより高い周波数出力で使用されるものであるとき、異なる機能周波数範囲、例えば、より高い範囲に適した異なる構成を有するバランが使用できる。
【００５９】
出力バラン３７は、合成させることから由来するミキサ出力信号を導体８５に沿ってＩＦコンタクト８９まで送信し、回路４１はＩＦ信号を処理または無線送信する図示しない他の電子機器に接続される。
【００６０】
一般的にミキサ回路は比較的薄い基板の両側上の金属導体パターンによって形成され、基板を通したカップリングを有する。例えば、アース及び基板上の金属パターン間に分離空洞を提供することによって、回路の下側のバラン構造上のアースの影響を防ぐ。
【００６１】
対照的に、本設計では、バランまたはミキサ構造内の金導体のカップリングは、極めて薄い、例えば、４ミクロンから５ミクロンの厚さ、好ましくは約４．５ミクロンの厚さのポリイミド層内で実現される。本設計で使用する基板はより厚い基板、例えば、通常より１０〜２０倍の厚さ、例えば、２００〜３００ミクロンの厚さ、最も好ましくは約２５４ミクロンの厚さである。このより大きい厚さによって、基板の一つの面上のアースをもう一つの面の電気回路から分離して、空洞または空間距離の必要性を排除し、その結果、構造は顕著により強くなる。
【００６２】
本明細書に記載したミキサ回路は、１ＧＨｚ以上のアップコンバージョンまたはダウンコンバージョン用途のどちらにも使用できる。したがって、主としてＲＦ信号の受信、またはＩＦ信号の送信、または両方のための装置において回路として使用できる。また、回路は他の機器と組み合わせて使用できることは明らかであり、例えば、付加コンポーネントがアンテナからＲＦ信号を受信し、受信した信号を変更し、次に変更した信号を本設計の回路のＲＦポートに移す。同様に、付加機器がＩＦ信号出力を受信し、例えば、電子増幅器を使用した信号の増幅によって、送信前に信号を変更することができる。
【００６３】
ＲＦなどの一つの入力信号に関して標準的な慣例を採用するが、本発明は、ＲＦ信号が完全に内蔵システム内に存在し、本明細書に記載したような回路または複数の回路によって処理される前または後に決して送信されないならば、或いは、記載したような回路によって混合前または混合後に一つまたは複数の変換ステップを受けるならば、ＲＦ信号が放送され、その後アンテナを経由して受信されるかどうかについては不明である。ＲＦ信号はある場合には付加周波数を含むことがあり、増幅または周波数変調を使用するか、または、そうでなければ形態を広く変化させることができる。
【００６４】
本発明は、また、複数の他の変更で実行できることが注目される。例えば、付加混合素子が所望のとき、付加混合素子に、及び、それから混合素子から最終的な出力バランにＲＦ及びＬＯ信号の付加平行パスを提供することによって、回路をそれらの使用に適用させることができる。そのとき、様々なミキサ素子に提供された信号を、出力バランでのミキサ積のベクトル和がＬＯ及び２×ＬＯ出力信号の実質的な相殺の結果となり、一方、所望のＩＦ出力信号を保持するように調節される。
【００６５】
トポグラフィが要求するとき、回路内の二つの交差する電気路はリボンジャンパ５７または８７のようなジャンパの使用によって電気接触を回避することができる。
【００６６】
本発明は上記に記載した特定の実施態様に関連して記載したが、本明細書で使用した用語は限定するというよりはむしろ説明として意図されたものであり、本発明の範囲内で当業者が多数の変更、修正及び変形を行うことが可能であることは理解されるべきである。
【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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【国際調査報告】
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