マイクロ波ダブルバランスミキサ

【課題】アイソレーション特性を向上させ、ミキサ内で発生する高調波を抑制し、スプリアス成分を低減させることができるマイクロ波ダブルバランスミキサを提供する。
【解決手段】ダブルバランスミキサにおいて、バラン１２は、誘電体基板３０の表面３０ａに形成されて一端が第１入力ポート１０に接続される導体１２ａと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに導体１２ａと対向して形成され一端が接地導体３０ｃに接続された導体１２ｂと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに形成され導体１２ａの他端にその一端が接続された導体１２ｃと、から構成され、導体１２ｃの一端と導体１２ｂの他端とをそれぞれ結合回路の結合線路２０ａ、２２ａに接続して、グランドレベルに対して補償された平衡モードを供給する。さらに、結合回路２０の結合線路２０ｂと結合回路２２の結合線路２２ｂの反バラン１２側他端を、抵抗２６、２８を介して接地導体３０ｃに接続する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１ＧＨｚ以上のマイクロ波帯の入力信号をそれよりも周波数が低い中間周波信号に変換するマイクロ波ダブルバランスミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のマイクロ波ダブルバランスミキサとしては、図１に示すものが知られている。図１に示したマイクロ波ダブルバランスミキサは、ＲＦ信号とローカル信号がそれぞれ入力される２つの入力ポート１０、１４と、入力ポート１０、１４から入力された非平衡信号を平衡信号に変換する２つのバラン１２、１６と、平衡ＲＦ信号と平衡ローカル信号とを混合するリングダイオード１８と、リングダイオード１８と第１バラン１２の間に設けられた一対の結合回路２０、２２と、リングダイオード１８から結合回路２０、２２を通過して中間周波信号を取り出す出力ポート２４と、を備えている。
【０００３】
この場合、少なくとも第１バラン１２にはテーパバランが用いられており、これにより簡単に回路を構成することができる。このテーパバランの具体的構成を図１５に示す。テーパバランは、入力ポートに一端が接続され誘電体基板の一面に形成された第１導体６０と、一端が接地され該第１導体に対向して誘電体基板の他面に形成されて漸次幅狭となった第２導体６２と、から構成されて、第１導体６０と第２導体６２との幅が同一となった部分から平衡モードの信号をそれぞれ取り出すようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このテーパバランで構成されるバランは、非平衡−平衡モード変換特性が劣るために、ミキサのアイソレーションが悪くなり、スプリアス成分が発生するという問題が発生する。
【０００５】
また、リングダイオードにより混合されて発生する低周波の中間周波信号は、結合回路の結合容量に起因して生じるローパスフィルタを通過して出力ポートから出力される一方で、リングダイオードにおいて発生する高調波は、前記ローパスフィルタを反射して、リングダイオードに再入力される、という問題がある。このような高調波の反射が繰り返されてスプリアス成分が増加し、ローパスフィルタを通過するスプリアス成分も増加するという問題がある。
【０００６】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、その目的は、アイソレーション特性を向上させ及び／またはミキサ内で発生する高調波を抑制し、スプリアス成分を低減させることができるマイクロ波ダブルバランスミキサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、第１入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第１バランと、
第２入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第２バランと、
リングダイオードと、
第１バランとリングダイオードとの間に設けられ第１バラン側端部が互いに接続された一対の結合回路とを備え、
第１入力ポート及び第２入力ポートのいずれか一方にマイクロ波信号が入力され、いずれか他方にローカル信号が入力され、
第１バランからの平衡信号が前記一対の結合回路を通過してリングダイオードに供給されると共に第２バランからの平衡信号がリングダイオードに供給されるようになっており、
第１入力ポートと第２入力ポートから入力されリングダイオードにおいて混合され新たに生成された非平衡の中間周波数信号が一対の結合線路の第１バラン側端部の接続部分を通過して出力されるようになったマイクロ波ダブルバランスミキサにおいて、
第１バランと第２バランは、誘電体基板の一面に形成され前記入力ポートに一端が接続された第１導体と、該第１導体に対向して誘電体基板の他面に形成され一端が接地された第２導体と、第１導体の他端に一端が接続され他端が接地されて第１導体とほぼ同じ長さを持つ第３導体と、からそれぞれ構成され、第１導体の他端または第２導体の他端と第３導体の一端とから平衡信号を出力するものであることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記一対の結合回路のそれぞれの一方の結合線路の反第１バラン側の端部が、抵抗を介して接地されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、第１入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第１バランと、
第２入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第２バランと、
リングダイオードと、
第１バランとリングダイオードとの間に設けられ第１バラン側端部が互いに接続された一対の結合回路とを備え、
第１入力ポート及び第２入力ポートのいずれか一方にマイクロ波信号が入力され、いずれか他方にローカル信号が入力され、
第１バランからの平衡信号が前記一対の結合回路を通過してリングダイオードに供給されると共に第２バランからの平衡信号がリングダイオードに供給されるようになっており、
第１入力ポートと第２入力ポートから入力されリングダイオードにおいて混合され新たに生成された非平衡の中間周波数信号が一対の結合線路の第１バラン側端部の接続部分を通過して出力されるようになったマイクロ波ダブルバランスミキサにおいて、
前記一対の結合回路のそれぞれの一方の結合線路の反第１バラン側の端部が、抵抗を介して接地されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１記載の本発明によれば、第１バラン及び第２バランを、誘電体基板の一面に形成され入力ポートに一端が接続された第１導体と、該第１導体に対向して誘電体基板の他面に形成され一端が接地された第２導体と、第１導体の他端に一端が接続され他端が接地されて第１導体とほぼ同じ長さを持つ第３導体とから構成することにより、第１導体の他端または第２導体の他端と第３導体の一端とから平衡信号を出力することを補償することができる。このため、リングダイオードをマイクロ波及びローカル波の補償された平衡信号によって駆動することができ、アイソレーション特性を向上させることができ、スプリアス成分の発生を抑えることができる。
【００１１】
請求項２及び３記載の本発明によれば、ミキサ内で発生する高調波を抵抗で吸収させることができるために、高調波の反射を防ぐことができる。このため、これらの高調波に起因して結合回路を通過して、中間周波出力ポートに現れるスプリアス成分を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るマイクロ波ダブルバランスミキサを表す回路であり、図２は図１の回路の具体例を表す平面図である。
【００１３】
図において、１０は第１入力ポート、１２は第１入力ポート１０からの非平衡信号を平衡信号に変換するバラン、１４は第２入力ポート、１６は第２入力ポート１４からの非平衡信号を平衡信号に変換するバラン、１８はバラン１２からの平衡信号とバラン１６からの平衡信号とを混合するリングダイオード、２０、２２はリングダイオード１８とバラン１２との間に設けられた一対の結合回路、２４は結合回路２０、２２の中間点から取り出される中間周波出力ポートである。
【００１４】
図２に示すように、これらの機械要素は、主として、誘電体基板３０の表面３０ａと裏面３０ｂとにエッチング加工により形成された導体から構成され、裏面３０ｂの周縁は接地導体３０ｃとなっている。誘電体基板３０は、外導体となる金属製ケース（不図示）内に設置される。
【００１５】
結合回路２０は、誘電体基板３０の表面３０ａと裏面３０ｂにそれぞれ形成された結合線路２０ａと結合線路２０ｂからなり、結合回路２２は、誘電体基板３０の表面３０ａと裏面３０ｂにそれぞれ形成された結合線路２２ａと結合線路２２ｂからなる。
【００１６】
バラン１２、１６は、テーパバランではなくそれぞれ補償型バランを用いる。
【００１７】
即ち、バラン１２は、図２〜図４に示すように、誘電体基板３０の表面３０ａに形成されて一端が第１入力ポート１０に接続される導体１２ａと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに導体１２ａと対向して形成され、導体１２ａよりも幅広で一端が接地導体３０ｃに接続された導体１２ｂと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに形成され導体１２ａの他端にスルーホール１２ｄを介してその一端が接続された導体（スタブ）１２ｃと、から構成される。導体１２ａと導体１２ｃの長さはほぼ等しく設定され、導体１２ｃの他端は接地導体３０ｃに接続される。図示のように導体１２ａと導体１２ｃとは、互いの接続点に関して反対する方向に延びていると互いの干渉がなく好適である。導体１２ａ、１２ｂ、１２ｃの長さは、第１入力ポート１０に入力される信号の中心周波数の約λ／４程度の長さであるとよい。
【００１８】
この導体１２ａに接続され導体１２ａとほぼ同じ長さのスタブである導体１２ｃがあることによって、導体１２ａの他端または導体１２ｃの一端と導体１２ｂの他端には、グランドレベルに対して逆位相、等振幅の平衡モードが現れることが補償される。そして、導体１２ｃの一端が前記結合回路２０の結合線路２０ｂの一端に接続され、導体１２ｂの他端が前記結合回路２２の結合線路２２ｂの一端に接続される。
【００１９】
また、バラン１６は、図２〜図４に示すように、誘電体基板３０の表面３０ａに形成されて一端が第２入力ポート１４に接続される導体１６ａと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに導体１６ａと対向して形成され、導体１６ａよりも幅広で一端が接地導体３０ｃに接続された導体１６ｂと、誘電体基板３０の表面３０ａに形成され導体１６ａの他端にその一端が接続された導体１６ｃと、から構成される。導体１６ａと導体１６ｃの長さは等しく設定され、導体１６ｃの他端はスルーホール１６ｄを介して接地導体３０ｃに接続される。導体１６ａ、１６ｂ、１６ｃの長さは、第２入力ポート１４に入力される信号の中心周波数の約λ／４程度の長さであるとよい。
【００２０】
この導体１６ａに接続され導体１６ａとほぼ同じ長さのスタブである導体１６ｃがあることによって、導体１６ａの他端または導体１６ｃの一端と導体１６ｂの他端には、グランドレベルに対して逆位相、等振幅の平衡モードが現れることが補償される。そして、導体１６ｃの一端が、リングダイオード１８の第１接続点１８ａに接続され、導体１６ｂの他端がスルーホール１６ｅを介してリングダイオード１８の第３接続点１８ｃに接続される。
【００２１】
前記結合回路２０の結合線路２０ａの一端は、リングダイオード１８の第２接続点１８ｂに接続され、前記結合回路２２の結合線路２２ａの一端は、リングダイオード１８の第４接続点１８ｄに接続される。また、結合線路２０ａ、２２ａのそれぞれのバラン１２側の他端は互いに接続されて、さらに中間周波出力ポート２４に接続される。
【００２２】
リングダイオード１８の第１接続点１８ａ〜第４接続点１８ｄのそれぞれの間にはダイオードが接続されて、リング状に配置される。
【００２３】
また、結合回路２０の結合線路２０ｂと結合回路２２の結合線路２２ｂの反バラン１２側の他端は、接地導体３０ｃに接続される。
【００２４】
以上のように構成されるマイクロ波ダブルバランスミキサにおいては、第１入力ポート１０と第２入力ポート１４のいずれか一方にマイクロ波信号が入力され、いずれか他方にローカル信号が入力される。例えば、マイクロ波信号及びローカル信号としては、３〜１５ＧＨｚ程度の周波数の信号とすることができる。好ましくは、バランから直接リングダイオード１８に接続される第２入力ポート１４にマイクロ波信号を入力し、バランから結合回路２０、２２を介してリングダイオード１８に接続される第１入力ポート１０にローカル信号を入力するとよい。
【００２５】
リングダイオード１８では、ダイオードのスイッチング動作によりミキシングが行われ、中間周波信号が発生する。
【００２６】
周波数の低い中間周波信号に対して、結合回路２０、２２の結合容量のインピーダンスが高いために結合回路２０、２２によるローパスフィルタ作用により、中間周波信号は、結合回路２０、２２において結合されずに通過し中間周波出力ポート２４から出力される。
【００２７】
バラン１２、１６によって逆位相、等振幅の平衡モードが補償され、平衡マイクロ波信号と平衡ローカル信号とが、リングダイオード１８において、それぞれ直交して接続されるために、マイクロ波信号とローカル信号との間のアイソレーション及びローカル信号と中間周波信号との間のアイソレーションを確保することができ、スプリアスの発生を抑えることができる。
【００２８】
図５は、本発明の第２実施形態に係るマイクロ波ダブルバランスミキサを表す回路であり、図６は図５の回路の具体例を表す平面図、図７はその斜視図である。この第２実施形態において、第１実施形態と同一・同様の部品は同一の符号を付してその詳細説明を省略する。
【００２９】
この第２実施形態では、結合回路２０の結合線路２０ｂと結合回路２２の結合線路２２ｂの反バラン１２側の他端を、直接接地導体３０ｃに短絡する代わりに、抵抗２６、２８を介して接地導体３０ｃに接続している。抵抗２６、２８は単一の抵抗で構成することも可能であるが、回路のバランスに鑑み、並列に２個設けるとよい。例えば、抵抗は０〜２００Ωの間で適宜調整するとよい。
【００３０】
抵抗２６、２８を介さずに結合回路２０の結合線路２０ｂの他端と結合回路２２の結合線路２２ｂの他端を直接接地する場合、リングダイオード１８において発生するマイクロ波ｆＲＦ及びローカル波ｆＬｏの高調波（ｍ×ｆＲＦ、ｎ×ｆＬｏ）に対しては、結合回路２０、２２において直結されて、グランドに短絡されたのと等価になる。この高調波の反射波がリングダイオード１８に再入力し、反射が繰り返されることにより、リングダイオード１８において発生するスプリアス成分が増加するおそれがある。
【００３１】
しかしながら、結合回路２０、２２を抵抗２６、２８で終端することにより、かかる高調波を吸収し、高調波の反射を防ぐことができる。このため、これらの高調波に起因して結合回路２０、２２を通過して、中間周波出力ポート２４に現れるスプリアス成分（ｍ×ｆＲＦ−ｎ×ｆＬｏ、ｎ×ｆＬｏ−ｍ×ｆＲＦ）を低減させることができる。
【００３２】
図８〜１０は、本発明の第３実施形態に係るマイクロ波ダブルバランスミキサを表す回路である。この第３実施形態において、第１実施形態及び第２実施形態と同一・同様の部品は同一の符号を付してその詳細説明を省略する。
【００３３】
この第３実施形態では、補償型バラン１２の他の例を表しており、バラン１２は、誘電体基板３０の表面３０ａに形成されて一端が第１入力ポート１０に接続されて他端が開放された導体１２ａと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに形成され、導体１２ａよりも幅広で一端が接地導体３０ｃに接続されて導体１２ａの一端側から導体１２ａの約半分の長さまで導体１２ａと対向して延びる導体１２ｂと、誘電体基板３０の裏面３０ｂに形成され、導体１２ａよりも幅広で一端が接地導体３０ｃに接続されて導体１２ａの他端側から導体１２ａの残りの半分の長さまで導体１２ａと対向して延びる導体１２ｃと、から構成される。導体１２ｂと導体１２ｃの長さはほぼ等しく、第１入力ポート１０に入力される信号の中心周波数の約λ／４程度の長さであるとよい。
【００３４】
このように導体１２ａと結合する導体１２ｃがあることにより、導体１２ｃの他端と導体１２ｂの他端には、グランドレベルに対して逆位相、等振幅の平衡モードが現れることが補償される。そして、導体１２ｃの他端が前記結合回路２０の結合線路２０ｂの一端に接続され、導体１２ｂの他端が前記結合回路２２の結合線路２２ｂの一端に接続される。
【００３５】
また、結合回路２０の結合線路２０ｂと結合回路２２の結合線路２２ｂの反バラン１２側の他端は、直接接地導体３０ｃに短絡するか、または、図示のように、抵抗２６、２８を介して接地導体３０ｃに接続することができる。
【００３６】
この構成によっても、バラン１２によって第１実施形態または第２実施形態と同様の作用・効果が得られる。
【００３７】
図１１は、第２実施形態の抵抗２６、２８を設けた場合と抵抗２６、２８を設けない場合の基本成分（ｆＬｏ−ｆＲＦ）と中間周波出力ポート２４に現れるスプリアス成分（ｍ×ｆＲＦ−ｎ×ｆＬｏ、ｎ×ｆＬｏ−ｍ×ｆＲＦ）を表すグラフである。ローカル波を６ＧＨｚとしており、抵抗２６、２８を各１００Ω、合成抵抗を５０Ωとし、結合回路２０、２２によるカットオフ周波数を３ＧＨｚとしている。図１１から、結合回路２０、２２によるローパスフィルタを通過するほとんどのスプリアス成分を低減させることができることが分かる。
【００３８】
次に、図１２は、第２実施形態のスタブである導体１２ｃによるスプリアス成分低減効果を確認するため、バラン１２において導体１２ｃを設ける場合と導体１２ｃを設けない場合の基本成分（ｆＬｏ−ｆＲＦ）とスプリアス成分（ｍ×ｆＲＦ−ｎ×ｆＬｏ、ｎ×ｆＬｏ−ｍ×ｆＲＦ）を表すグラフである。抵抗２６、２８を各１００Ω、合成抵抗を５０Ωとし、結合回路２０、２２によるカットオフ周波数を３ＧＨｚとしている。また、図１３は、導体１２ｃを設けた場合のアイソレーション特性、図１４は、導体１２ｃを設けない場合のアイソレーション特性である。
【００３９】
図１２〜図１４により、導体１２ｃを設けることによりバラン１２から平衡モードが現れることが補償され、アイソレーション特性が向上させることができ、不平衡モードを起因するスプリアス成分を概ね低減させることができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るマイクロ波ダブルバランスミキサを表す回路である。
【図２】図１の回路の具体例を表す平面図である。
【図３】図２の回路の基板の表側から見た斜視図である。
【図４】図２の回路の基板の裏側から見た斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るマイクロ波ダブルバランスミキサを表す回路である。
【図６】図５の回路の具体例を表す平面図である。
【図７】図５の回路の基板の裏側から見た斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るマイクロ波ダブルバランスミキサの具体例を表す平面図である。
【図９】図８の回路の基板の表側から見た斜視図である。
【図１０】図８の回路の基板の裏側から見た斜視図である。
【図１１】抵抗２６、２８を設けた場合と抵抗２６、２８を設けない場合の基本成分（ｆＬｏ−ｆＲＦ）とスプリアス成分を表すグラフである。
【図１２】第２実施形態の導体１２ｃによるアイソレーション効果を確認するために、バラン１２において導体１２ｃを設ける場合と導体１２ｃを設けない場合の、基本成分（ｆＬｏ−ｆＲＦ）とスプリアス成分を表すグラフである。
【図１３】第２実施形態のバラン１２において導体１２ｃを設ける場合のアイソレーション特性を表すグラフである。
【図１４】第２実施形態のバラン１２において導体１２ｃを設けない場合のアイソレーション特性を表すグラフである。
【図１５】テーパバランの平面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０第１入力ポート（ローカル波入力ポート）
１２バラン（第１バラン）
１２ａ導体（第１導体）
１２ｂ導体（第２導体）
１２ｃ導体（第３導体）
１４第２入力ポート（マイクロ波入力ポート）
１６バラン（第２バラン）
１６ａ導体（第１導体）
１６ｂ導体（第２導体）
１６ｃ導体（第３導体）
１８リングダイオード
２０結合回路
２０ａ、２０ｂ結合線路
２２結合回路
２２ａ、２２ｂ結合線路
２４中間周波出力ポート
２６、２８抵抗
３０誘電体基板

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第１バランと、
第２入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第２バランと、
リングダイオードと、
第１バランとリングダイオードとの間に設けられ第１バラン側端部が互いに接続された一対の結合回路とを備え、
第１入力ポート及び第２入力ポートのいずれか一方にマイクロ波信号が入力され、いずれか他方にローカル信号が入力され、
第１バランからの平衡信号が前記一対の結合回路を通過してリングダイオードに供給されると共に第２バランからの平衡信号がリングダイオードに供給されるようになっており、
第１入力ポートと第２入力ポートから入力されリングダイオードにおいて混合され新たに生成された非平衡の中間周波数信号が一対の結合線路の第１バラン側端部の接続部分を通過して出力されるようになったマイクロ波ダブルバランスミキサにおいて、
第１バランと第２バランは、誘電体基板の一面に形成され前記入力ポートに一端が接続された第１導体と、該第１導体に対向して誘電体基板の他面に形成され一端が接地された第２導体と、第１導体の他端に一端が接続され他端が接地されて第１導体とほぼ同じ長さを持つ第３導体と、からそれぞれ構成され、第１導体の他端または第２導体の他端と第３導体の一端とから平衡信号を出力するものであることを特徴とするマイクロ波ダブルバランスミキサ。
【請求項２】
前記一対の結合回路のそれぞれの一方の結合線路の反第１バラン側の端部が、抵抗を介して接地されることを特徴とする請求項１記載のマイクロ波ダブルバランスミキサ。
【請求項３】
第１入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第１バランと、
第２入力ポートに入力された非平衡信号を平衡信号に変換する第２バランと、
リングダイオードと、
第１バランとリングダイオードとの間に設けられ第１バラン側端部が互いに接続された一対の結合回路とを備え、
第１入力ポート及び第２入力ポートのいずれか一方にマイクロ波信号が入力され、いずれか他方にローカル信号が入力され、
第１バランからの平衡信号が前記一対の結合回路を通過してリングダイオードに供給されると共に第２バランからの平衡信号がリングダイオードに供給されるようになっており、
第１入力ポートと第２入力ポートから入力されリングダイオードにおいて混合され新たに生成された非平衡の中間周波数信号が一対の結合線路の第１バラン側端部の接続部分を通過して出力されるようになったマイクロ波ダブルバランスミキサにおいて、
前記一対の結合回路のそれぞれの一方の結合線路の反第１バラン側の端部が、抵抗を介して接地されることを特徴とするマイクロ波ダブルバランスミキサ。

【図１】