(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板を挟んで電極開口部が互いに対向するように、当該誘電体基板の両面に電極を形成し、当該誘電体基板を略平行な２つの導電体平面の間に配置して平面型ＴＥモード誘電体共振器を構成するとともに、前記誘電体基板上のいずれか一方の面に、その面の電極開口部につながるスリット部分を形成し、該スリット部分を跨ぐようにダイオードを接続して構成し、
前記平面ＴＥモード誘電体共振器が、外部からの入力により励起され、該励起により前記ダイオードの両極に電圧が印加され、前記ダイオードが接続されたいずれかの電極から信号が取り出されるようにしたことを特徴とするミキサ。
【請求項２】
誘電体基板を挟んで電極開口部が互いに対向するように、当該誘電体基板の両面に電極を形成し、当該誘電体基板を略平行な２つの導電体平面の間に配置して平面型ＴＥモード誘電体共振器を構成するとともに、前記誘電体基板上の両面に、各々の面の電極開口部にそれぞれつながるスリット部分を互いに対向するように形成し、各々の面の前記スリット部分をそれぞれ跨ぐようにダイオードを接続し、各々の面の前記ダイオード同士が直列接続されるように電極間を接続して構成し、
前記平面ＴＥモード誘電体共振器が、外部からの入力により励起され、該励起により各々の面の前記ダイオードそれぞれの両極に電圧が印加され、各々の面のダイオード同士の直列接続部分から信号が取り出されるようにしたことを特徴とするシングルバランス型のミキサ。
【請求項３】
前記ダイオードの両極がそれぞれ接続される電極間を分離する電極分離部を設けた請求項１または２に記載のミキサ。
【請求項４】
前記電極分離部を、前記平面型ＴＥモードにおける電界強度の高い部分に設けた請求項３に記載のミキサ。
【請求項５】
前記電極開口部を矩形にして、前記誘電体共振器を矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器とした請求項１〜４のいずれかに記載のミキサ。
【請求項６】
前記２つの導電体平面の間に誘電体ストリップを配し、当該誘電体ストリップと前記導電体平面とで誘電体線路を構成し、該誘電体線路を前記誘電体共振器に結合させ、前記誘電体線路を、前記平面ＴＥモード誘電体共振器に外部から入力を与える信号入力線路とした請求項１〜５のいずれかに記載のミキサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載のミキサを、受信信号とローカル信号とのミキシング回路部に設けたレーダ装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載のミキサを、受信信号または送信信号とローカル信号とのミキシング回路部に設けた通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ミリ波帯やマイクロ波帯で用いられるミキサ、それを設けたレーダ装置および通信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非放射性誘電体線路（ＮＲＤガイド）におけるダイオードマウント構造およびその構造によるミキサが特開平１０−７５１０９に示されている。
【０００３】
上記誘電体線路におけるダイオードマウント構造は、略平行な二つの導電体平面の間に誘電体ストリップと共に回路基板を配して、導電体平面と誘電体ストリップとで誘電体線路を構成し、導電体平面と回路基板上の導電体パターンとによってサスペンデッドラインを構成するとともに、誘電体ストリップに対して略垂直に交差する向きにサスペンデッドラインの導電体パターンを配置し、その導電体パターンの、誘電体ストリップを挟む少なくとも２箇所に、誘電体線路と結合して、サスペンデッドラインを伝搬する信号を阻止するフィルタ回路を設けて共振回路を構成し、その共振回路内で導電体パターンに対して直列にダイオードをマウントするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記サスペンデッドラインのスタブ等によるフィルタ回路間では、信号が完全に共振するわけではなく、スタブ等によるフィルタ回路から高周波エネルギーが漏れ、これが損失となる。また、サスペンデッドライン自体、Ｑが低いため、全体の損失が大きくなる、という問題があった。
【０００５】
この発明の目的は、低損失化を図ったミキサおよびそれを備えた高効率のレーダ装置および通信装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、誘電体基板を挟んで電極開口部が互いに対向するように、当該誘電体基板の両面に電極を形成し、当該誘電体基板を略平行な２つの導電体平面の間に配置して平面型ＴＥモード誘電体共振器を構成するとともに、前記誘電体基板上のいずれか一方の面に、その面の電極開口部につながるスリット部分を形成し、該スリット部分を跨ぐようにダイオードを接続してミキサを構成する。ここで、前記平面ＴＥモード誘電体共振器が、外部からの入力により励起され、該励起により前記ダイオードの両極に電圧が印加され、前記ダイオードが接続されたいずれかの電極から信号が取り出されるようにしたことを特徴とする。
【０００７】
このように平面型ＴＥモード誘電体共振器で入力信号を受けて、スリット部分を跨ぐダイオードに入力信号が印加されるように構成することによって、そのダイオードの両端が接続されている電極からミキシング信号を取り出すようにする。
【０００８】
また、この発明は、誘電体基板を挟んで電極開口部が互いに対向するように、当該誘電体基板の両面に電極を形成し、当該誘電体基板を略平行な２つの導電体平面の間に配置して平面型ＴＥモード誘電体共振器を構成するとともに、前記誘電体基板上の両面に、各々の面の電極開口部にそれぞれつながるスリット部分を互いに対向するように形成し、各々の面の前記スリット部分をそれぞれ跨ぐようにダイオードを接続し、各々の面の前記ダイオード同士が直列接続されるように電極間を接続する。ここで、前記平面ＴＥモード誘電体共振器が、外部からの入力により励起され、該励起により各々の面の前記ダイオードそれぞれの両極に電圧が印加され、各々の面のダイオード同士の直列接続部分から信号が取り出されるようにしたことを特徴とする。これにより、２つのダイオードを用いたシングルバランス型のミキサを構成する。
【０００９】
また、この発明は、前記ダイオードの両極が接続される電極間を直流的に分離する電極分離部を設ける。この構成により、外部電源よりダイオードにバイアス電圧を印加できるようにし、ミキサ動作に最適な動作点で使用できるようにし、ミキサの低損失化を図る。
【００１０】
また、この発明は、前記電極分離部を、前記平面型ＴＥモードにおける電界強度の高い部分に設ける。このことにより、導体損の低減効果を高める。
【００１１】
また、この発明は、前記電極開口部を矩形にして、誘電体共振器部分を矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器とする。これにより、電極パターンの形成を容易にし、また、限られた面積の誘電体基板に、Ｑの高い、スプリアスの生じにくい、誘電体共振器を構成する。
【００１２】
またこの発明は、前記２つの導電体平面の間に誘電体ストリップを配し、その誘電体ストリップと導電体平面とで誘電体線路を構成し、この誘電体線路を前記スロットモード共振器に結合させて、誘電体線路を、前記平面ＴＥモード誘電体共振器に外部から入力を与える信号入出力線路とする。この構造により、誘電体線路を伝送路とする装置におけるミキサ部分を容易に構成できるようにする。
【００１３】
また、この発明は、上記のミキサを、受信信号とローカル信号とのミキシング回路部に設けて、レーダ装置を構成する。この構造により、高効率化を図り、探知能力を高める。
【００１４】
また、この発明は、上記のミキサを、受信信号または送信信号とローカル信号とのミキシング回路部に設けて、通信装置を構成する。これにより、低損失のもとで周波数変換を行い、高感度化を図る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に係るミキサの構成を図１を参照して説明する。
図１の（Ａ）は上下の導電体板を取り除いた状態での主要部の斜視図である。また（Ｂ）はミキサの主要部の断面図である。図１において４は矩形板形状の誘電体基板であり、その図における下面に電極５、上面に電極６ａ，６ｂをそれぞれ形成している。これらの電極は、誘電体基板４を挟んで電極開口部９，１０が互いに対向するように形成している。この互いに対向する電極開口部９，１０により挟まれる誘電体基板部分が矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器として作用する。
【００１６】
誘電体基板４の上面には、電極開口部１０につながるスリット部分７を形成していて、そのスリット部分を跨ぐように、ショットキーバリアダイオード等のミキサ用のダイオード１５を接続している。
【００１７】
図１において３は誘電体ストリップであり、図１の（Ｂ）に示した導電体板１，２の間に、この誘電体ストリップ３を配することによって、上下の導電体板１，２と誘電体ストリップ３とによって誘電体線路（ＮＲＤガイド）を構成している。また、誘電体基板４の両面に、電極５，６を形成し、且つダイオード１５を搭載してなる回路基板１３を、平行な導電体平面を成す上下の導電体板１，２の間に配置している。そして、上記電極開口部９，１０による矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器を誘電体ストリップ３の端面付近に配置している。
【００１８】
この構造により、誘電体ストリップ３部分を伝搬する誘電体線路のＬＳＭ０１モードの電界および磁界が上記矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器と結合する。図１の（Ｂ）において、破線は磁界の分布、×印は電界の分布をそれぞれ示している。また、図１の（Ａ）において矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器部分の矢印は、その矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器の電界分布を示している。
【００１９】
上記誘電体線路を介して、ＲＦ（受信信号）とＬｏ（ローカル信号）との混合された信号が入力されると、電極６ａ，６ｂ間に（ＲＦ＋Ｌｏ）の電圧信号が誘起され、その電圧信号がダイオード１５の両極に印加される。これにより、ダイオードの非線形性によって誘起される信号として、ＩＦ信号（中間周波信号）が生成される。例えば、ダイオード１５のアノード側が接続されている電極６ａを接地すれば、カソードが接続されている電極６ｂから、上記ＩＦ信号を取り出すことができる。このようにして、シングル型ミキサを構成する。
なお、ダイオード１５に対してバイアス電圧を供給するとともにＩＦ信号を取り出す回路は、この回路基板１３に、または外部に設ける。
【００２０】
図１の（Ｂ）において、上下の導電体板１，２と誘電体基板１３の上下面の電極５，６ａ，６ｂとで挟まれる上下の空間は、使用周波数にて遮断域となる。そのため、矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器に入ったエネルギーは外部には漏れ難く低損失化が図れる。
【００２１】
ここで、上記矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器の電磁界分布を図２に示す。図２の（Ａ）は導電体板を取り除いた状態での誘電体共振器の上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ′部分における共振器部分の断面図である。図中の各符号は図１に示した各符号に対応している。また図中の実線は電気力線、破線は磁力線であり、これらによって電界分布および磁界分布を表している。この例では、電界の向きに垂直な方向で且つ誘電体基板の面に沿った方向に、電極開口部１０を延ばしていて、ＴＥ１０モードの２倍波（１波長）の共振モードすなわちＴＥ２０モードを利用するようにしている。
【００２２】
このような平面型ＴＥモード誘電体共振器は、
▲１▼ＴＥ０１δモード誘電体共振器に比べて体積を１／１０以下に小型化できる。
【００２３】
▲２▼例えば３０ＧＨｚにおいてＱｏが１０００程度と高く、低損失である。
【００２４】
▲３▼フォトリソグラフィにより誘電体基板に微細且つ寸法精度の高い電極パターンが形成でき、量産性および特性再現性に優れる。
【００２５】
▲４▼電磁界の閉じ込め性が高く、集積化に適している。
【００２６】
といった、特長を備えている。特に、電極開口部を矩形にして、上記誘電体共振器を矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器とすることによって、電極パターンの形成をさらに容易にし、また、限られた面積の誘電体基板にＱの高い、スプリアスの生じにくい、誘電体共振器を構成することができる。
【００２７】
したがって、このような誘電体共振器を用いることによって、小型、低損失、低コストなミキサが構成できる。
【００２８】
次に、上記誘電体共振器と誘電体線路との結合について、図３〜図５を参照して説明する。
図３において、（Ａ），（Ｂ）は、図２に示したものと同様に構成した矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器の平面図およびＦＥＭ解析による磁界分布を示している。（Ｃ），（Ｄ）は電極開口部１０の片端を開放させた矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器について、同様に示している。
【００２９】
このように、電極開口部の片端を開放することにより、その開放部から横方向（誘電体基板から遠ざかる方向）に電磁界が拡がる。したがって、その開放部に誘電体ストリップを近接させることにより、誘電体線路と矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器との結合度を容易に高めることができ、広帯域特性を実現できる。
【００３０】
図４は、上記誘電体共振器と誘電体ストリップの各部の寸法および両者の位置関係を示している。図中、単位はｍｍである。また、図５は図４における誘電体基板と誘電体ストリップとの間隙Ｓを変化させたときの外部Ｑ（Ｑｅ）の変化を３次元ＦＥＭ（ＨＦＳＳ）により求めた結果を示している。
この例では、必要外部Ｑとして例えば２７．６を得るためには、間隙Ｓを０．６８ｍｍとすればよい。
【００３１】
図５から明らかなように、間隙Ｓが１ｍｍ程度となっても、外部Ｑは２０程度の小さな値を維持する。すなわち、誘電体基板と誘電体ストリップとの配置が多少ずれても、誘電体共振器と誘電体線路とを安定して強く結合させることができる。
【００３２】
次に、第２の実施形態に係るミキサの構成を図６に示す。この図６の（Ａ）は図１の（Ａ）に示した部分に対応するものである。第１の実施形態に係るミキサと異なり、この例では、図６に示すように、誘電体基板４の下面に、上面の電極６ａ，６ｂに対向する電極５ａ，５ｂを設け、そのスリット部分８を跨ぐ箇所にもダイオード１６を接続している。このダイオード１６の向きは、誘電体基板４の上面の電極６ａ，６ｂの狭くなったスリット部分７を跨ぐダイオード１５の向きとは逆向きとしている。そして、例えば電極５ｂ，６ｂを接地またはバイアス電圧印加のために用い、電極５ａ，６ａからＩＦ信号を取り出すようにしている。その他の部分の構成は第１の実施形態に示したものと同様である。
【００３３】
図６の（Ｂ）は、電極６ｂを接地し、電極５ｂにインダクタとキャパシタからなるフィルタを介してバイアス電圧＋Ｂを印加した例である。
図６の（Ｃ）は、電極５ｂ，６ｂを共に接地して無バイアスにした例である。
【００３４】
このように２つのダイオードに逆相関係の信号を印加し、その加算信号を取り出すようにして、シングルバランス型ミキサを構成する。
【００３５】
次に、第３の実施形態に係るミキサの構成を図７を参照して説明する。
この図７も第１の実施形態における図１の（Ａ）に示した部分に対応する箇所を示している。第１・第２の実施形態では、片端開放電極の矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器を使用し、誘電体ストリップ３の端部が近接する部分に誘電体共振器の開放電極部を設けたが、この図７に示す例では、図３（Ａ）（Ｂ）に示す両端短絡型の矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器を使用している。両端短絡型は片端開放型に比べて無負荷Ｑが高く低損失なミキサが実現できるが、誘電体線路との結合量が小さくなるので、狭帯域特性となる。
【００３６】
図７の誘電体基板４に構成された矩形平面型ＴＥ１０モード誘電体共振器は、電気力線を図中矢印で示すように、開口部中央付近の電界強度が最大となり、電極６ａ，６ｂ，６ｃおよび電極５の電極開口部１０に接するエッジに流れる共振電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄは、上記の電界最大位置に対応する部分で最小となる。よってこの位置に電極分離部１１，１２を構成しても、共振器特性にはほとんど影響を与えることはない。
【００３７】
この電極分離部１１、１２を設けることで、ミキサダイオードのアノードとカソード間を直流的に分離でき、外部からのバイアス電圧供給が可能となり、ダイオードを最適な動作条件で使用することが可能となる。
【００３８】
なお、誘電体基板４の下面の電極は、誘電体基板４に対して電極６ａ，６ｂ，６ｃに面対称な関係にしてもよいが、この図７に示すように、電極分離部１１，１２に対向する位置を電極分離部としない電極５を形成してもよい。
【００３９】
次に、第４の実施形態に係るミキサの構成を図８を参照して説明する。
第１〜第３の実施形態では、誘電体線路を信号入力線路としたが、この図８に示すミキサは、導波管を信号入力線路としている。すなわち、図８において、１４は矩形導波管であり、その内部に図１、図６、図７に示したいずれかの回路基板１３を配置している。このような構造でも、導波管を伝搬するＴＥ１０波の電磁界と、回路基板１３に構成した矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器の電磁界とが結合する。このミキサは導波管を伝送路とする装置に容易に適合する。
【００４０】
次に、第５の実施形態に係るレーダ装置の構成を図９を参照して説明する。
図９において、ＶＣＯは、ガンダイオードとバラクタダイオード等を用いた電圧制御発振器、Ｉｓｏ．は反射信号がＶＣＯに戻るのを抑制するアイソレータである。Ｃｐｌ．ａは、送信信号の一部をローカル信号として取り出す、ＮＲＤガイドからなる方向性結合器である。Ｃｉｒ．は、送信信号をアンテナＡｎｔ．の１次放射器へ与え、また受信信号をミキサＭｉｘ．側へ伝送するサーキュレータである。Ｃｐｌ．ｂは、受信信号と上記ローカル信号とを混合してミキサＭｉｘ．へ与える、ＮＲＤガイドからなる方向性結合器である。ミキサＭｉｘ．は、受信信号と上記ローカル信号との混合波を生成してＩＦ（中間周波）信号として出力する。図外の信号処理回路は、ＶＣＯの変調信号とＩＦ信号との関係から、物標までの距離および相対速度を検知する。
【００４１】
図９におけるミキサＭｉｘ．には、先に示したいずれかの構成のミキサを用いる。これにより、高効率で、探知能力の高いレーダ装置を構成する。
【００４２】
次に、第６の実施形態に係る通信装置の構成を図１０を参照して説明する。
図１０における各ブロックによる作用は次の通りである。まず、アンテナＡＮＴから入った受信ＲＦ信号は、サーキュレータを経てＲＦ増幅器で所望のレベルにまで増幅される。その増幅された受信帯域外の不要信号は、帯域通過フィルタＲＦ−ＢＰＦにて除去され、目的の受信信号が受信ミキサに入力される。所望周波数のＬｏ発振器の信号は、分配器にて送受に必要な分配比で電力分配される。所望の電力となったＬｏ信号は、２つの帯域通過フィルタＬｏ−ＢＰＦを経て送受各々のミキサに入力される。この送受のミキサ部分に、先に示したいずれかの構成のミキサを用いる。この送受のミキサはＲＦ端子とＬｏ端子とを共用しているため、帯域通過フィルタＲＦ−ＢＰＦは、Ｌｏ信号がアンテナ側へ漏洩するのを防ぐためにも機能する。
【００４３】
ＲＦ信号とＬｏ信号の合成信号が入力された受信ミキサからはＲＦ−Ｌｏの差分のＩＦ信号が得られる。そのうち不要な信号は帯域通過フィルタＩＦ−ＢＰＦにて除去され、ＩＦ信号のみがＩＦ増幅器にて所望のレベルに増幅される。
【００４４】
送信側のＩＦ入力信号はＩＦ−ＢＰＦを経て送信ミキサに入力される。この送信ミキサでＬｏ信号にＩＦ信号が混合されて、ＲＦ信号が生成される。このＲＦ信号のうち不要波はＲＦ−ＢＰＦで除去され、電力増幅器にて所望電力にまで増幅される。
【００４５】
上記送信ＩＦ入力部および受信ＩＦ出力部に変調器および復調器など必要な回路を付加することによって通信装置を構成する。
【００４６】
このように、送受のミキサ部に、先に示したいずれかの構成のミキサを使用することにより、その低変換損失特性により、高感度な通信装置を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
この発明のミキサによれば、上下の導電体板と誘電体基板の上下面の電極で挟まれる上下の空間は、使用周波数にて遮断域であり、平面型ＴＥモード誘電体共振器に入ったエネルギーが外部には漏れ難いため、従来のＩＦ信号の引出回路に設けていたＲＦトラップ回路は不要となり、このトラップでの損失も無くなり、低損失化が図れる。
【００４８】
また、この発明によれば、２つの導電体平面の間に誘電体ストリップを配して、その誘電体ストリップと導電体平面とで構成した誘電体線路と、フォトリソグラフィなどにより形成した誘電体基板に、必要な部品を実装してなる回路基板を、誘電体線路の導電体平面間にて所望の結合量が得られるように配置するだけでミキサが構成できるので、全体の製造が非常に容易となる。
【００４９】
また、この発明によれば、低損失なミキサを、受信信号とローカル信号とのミキシング回路部に設けたため、高効率で、探知能力の高いレーダ装置が構成できる。
【００５０】
また、この発明によれば、低損失なミキサを、受信信号または送信信号とローカル信号とのミキシング回路部に設けたため、高感度な通信装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るミキサの主要部の構成を示す斜視図、および断面図
【図２】矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器の電磁界分布の例を示す図
【図３】両端短絡型の矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器と片端短絡型矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器の磁界分布の例を示す図
【図４】矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器と誘電体ストリップとの位置関係を示す図
【図５】矩形平面型ＴＥモード誘電体共振器と誘電体ストリップ間の間隙と外部Ｑとの関係を示す図
【図６】第２の実施形態に係るミキサの主要部の斜視図
【図７】第３の実施形態に係るミキサの主要部の斜視図
【図８】第４の実施形態に係るミキサの主要部の斜視図
【図９】第５の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図
【図１０】第６の実施形態に係る通信装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１，２−導電体板
３−誘電体ストリップ
４−誘電体基板
５，６−電極
７，８−スリット部分
９，１０−電極開口部
１１，１２−電極分離部
１３−回路基板
１４−導波管
１５，１６−ダイオード
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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