JP2010154048A

JP2010154048A - Harmonic mixer circuit, and method of preventing characteristic degradation

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Publication number: JP2010154048A
Application number: JP2008327955A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Ito; 誠一伊藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a harmonic mixer circuit capable of reducing influence on intermediate frequency signals by noise even when the noise of a high level is present in local oscillation signals and preventing the degradation in characteristics. <P>SOLUTION: The harmonic mixer circuit is for mixing reception signals input to a reception signal input terminal 22 and local oscillation signals input to a local oscillation signal input terminal 21 to obtain output signals and outputting the output signals from an output terminal 23, and includes a detection circuit 32 for detecting signal components obtained by the conversion mode of an even-number order from the signals on the side to which the local oscillation signals of an antiparallel diode 4 are applied, and a control circuit 33 for applying control signals in the direction of reducing the signal components detected by the detection circuit 32 to the antiparallel diode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、無線通信装置において用いられるハーモニックミキサ回路および特性劣化防止方法に関する。 The present invention relates to a harmonic mixer circuit and a characteristic deterioration prevention method used in a wireless communication apparatus.

マイクロ波通信装置やミリ波通信装置におけるミキサ回路等おいて、局部発振信号（以下、ＬＯ信号という。）の周波数を低く抑えることができるハーモニックミキサ回路が用いられることが多い。 In a mixer circuit or the like in a microwave communication device or a millimeter wave communication device, a harmonic mixer circuit that can suppress the frequency of a local oscillation signal (hereinafter referred to as LO signal) is often used.

通信装置の受信部において使用されるミキサ回路における周波数関係は、以下の関係で表される。
［ｆ＿ＩＦ］＝ｍ×［ｆ＿ＲＦ］±ｎ×［ｆ＿ＬＯ］・・・（１）
［ｆ＿ＩＦ］：出力ＩＦ信号（中間周波信号）の周波数
［ｆ＿ＲＦ］：入力ＲＦ信号（無線周波信号）の周波数
［ｆ＿ＬＯ］：入力ＬＯ信号の周波数
ｍ，ｎ：整数
特に、ミキサ回路としてアンチパラレルダイオードを含むハーモニックミキサ回路を用いた場合には、アンチパラレルダイオードが有する特性が奇関数で表させるので、上記の（１）式のうちの「ｍ＋ｎ」の次数が奇数になるものが主に出力されることになる。 The frequency relationship in the mixer circuit used in the receiving unit of the communication device is expressed by the following relationship.
[F_IF] = m × [f_RF] ± n × [f_LO] (1)
[F_IF]: frequency of output IF signal (intermediate frequency signal) [f_RF]: frequency of input RF signal (radio frequency signal) [f_LO]: frequency of input LO signal m, n: integer In particular, anti-parallel diode as a mixer circuit When the harmonic mixer circuit including is used, the characteristic of the anti-parallel diode is expressed by an odd function, so that the order of “m + n” in the above formula (1) is mainly output. Will be.

通常、［ｆ＿ＲＦ］＝２×［ｆ＿ＬＯ］＋［ｆ＿ＩＦ］という周波数関係になるようにＬＯ信号の周波数を決めることによって、ＲＦ信号からＩＦ信号への変換を効率的に行っている（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１に記載されているハーモニックミキサ回路はＩＦ信号からＲＦ信号への変換を行う回路であるが、ＬＯ信号の周波数を決め方については、ＲＦ信号からＩＦ信号への変換を行う場合と同様である。 Usually, the frequency of the LO signal is determined so as to have a frequency relationship of [f_RF] = 2 × [f_LO] + [f_IF], thereby efficiently converting the RF signal to the IF signal (for example, patents). Reference 1). The harmonic mixer circuit described in Patent Document 1 is a circuit that performs conversion from an IF signal to an RF signal. Regarding how to determine the frequency of the LO signal, the conversion from the RF signal to the IF signal is performed. It is the same.

特開２００１−３０８６４７号公報（段落０００４）JP 2001-308647 A (paragraph 0004)

図４は、入力されたＲＦ信号をＩＦ信号に変換するハーモニックミキサ回路（以下、受信ハーモニックミキサ回路という。）の構成を示す構成図である。図４に示す構成では、アンチパラレルダイオード４の一端Ａに、入力端子１に入力されＬＯ周波数成分の信号のみを通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）７を通過したＬＯ信号が印加される。また、アンチパラレルダイオード４の一端Ａには、整合回路になるスタブ５が接続されている。アンチパラレルダイオード４の他端Ｂに、入力端子２に入力されＲＦ周波数成分の信号のみを通過させるＢＰＦ８を通過したＲＦ信号が印加される。また、アンチパラレルダイオード４の他端Ｂには、整合回路になるスタブ６が接続されている。 FIG. 4 is a configuration diagram showing a configuration of a harmonic mixer circuit (hereinafter referred to as a reception harmonic mixer circuit) that converts an input RF signal into an IF signal. In the configuration shown in FIG. 4, an LO signal that has passed through a band-pass filter (BPF) 7 that is input to the input terminal 1 and passes only a signal of the LO frequency component is applied to one end A of the antiparallel diode 4. Further, a stub 5 serving as a matching circuit is connected to one end A of the anti-parallel diode 4. The RF signal that has passed through the BPF 8 that passes only the signal of the RF frequency component that is input to the input terminal 2 is applied to the other end B of the antiparallel diode 4. The other end B of the anti-parallel diode 4 is connected to a stub 6 that becomes a matching circuit.

また、アンチパラレルダイオード４の一端Ａには、ＩＦ周波数成分の信号およびＤＣ成分を通過させる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９が接続されている。そして、ＬＰＦ９を通過した信号のうちＤＣ成分はコンデンサ（キャパシタ）１０によって除去され、コンデンサ１０を通過した信号が、ＩＦ信号として出力端子３から出力される。また、ＬＰＦ９とコンデンサ１０との間に、ＤＣ成分のみを通過させるＤＣフィード素子としてのＬＰＦ１４が接続されている。 Further, a low-pass filter (LPF) 9 that passes an IF frequency component signal and a DC component is connected to one end A of the anti-parallel diode 4. The DC component of the signal that has passed through the LPF 9 is removed by the capacitor (capacitor) 10, and the signal that has passed through the capacitor 10 is output from the output terminal 3 as an IF signal. An LPF 14 serving as a DC feed element that allows only a DC component to pass is connected between the LPF 9 and the capacitor 10.

上記のように、一般に、［ｆ＿ＲＦ］＝２×［ｆ＿ＬＯ］＋［ｆ＿ＩＦ］という周波数関係になるようにＬＯ信号の周波数が決定される。しかし、その他にＩＦ信号に変換されるような周波数成分が存在すると、その影響によってＩＦ信号に所望の成分以外の成分が重なって生ずることになり、受信特性に様々な影響を与える。 As described above, generally, the frequency of the LO signal is determined so as to have a frequency relationship of [f_RF] = 2 × [f_LO] + [f_IF]. However, if there are other frequency components that can be converted to IF signals, components other than the desired components are superimposed on the IF signals due to the influence, and this has various effects on the reception characteristics.

無線通信において使用されるミキサ回路では、入力信号であるＲＦ信号およびＬＯ信号に不要波が含まれ、不要波がＩＦ帯に変換されるような周波数成分であった場合には、ミキサ回路の特性を劣化させる。 In a mixer circuit used in wireless communication, if the RF signal and LO signal that are input signals include unnecessary waves and the frequency components are such that the unnecessary waves are converted to the IF band, the characteristics of the mixer circuit Deteriorate.

特に、問題になる成分は「ｍ＋ｎ」の低い次数の成分であり、そのうち代表的な成分として下記のような成分が考えられる。 In particular, the component in question is a component of a low order of “m + n”, and the following components can be considered as typical components.

（１）２×［ｆ＿ＬＯ］−［ｆ＿ＩＦ］］（ｍ＋ｎ＝３）
この周波数成分の信号は、一般にイメージ信号と呼ばれている。ＲＦ信号やＬＯ信号にイメージ信号の成分が存在する場合には、イメージ信号がＩＦ信号に変換されてしまうために問題になる。しかし、イメージ信号は、フィルタや位相合成によるイメージリジェクション構成の回路によって抑圧されることが知られている。なお、ＲＦ信号を２×［ｆ＿ＬＯ］−［ｆ＿ＩＦ］にした場合には、２×［ｆ＿ＬＯ］＋［ｆ＿ＩＦ］がイメージ信号になる。そのようなイメージ信号も、フィルタやイメージリジェクション構成の回路によって抑圧可能である。 (1) 2 × [f_LO] − [f_IF]] (m + n = 3)
This frequency component signal is generally called an image signal. When an image signal component exists in the RF signal or LO signal, the image signal is converted into an IF signal, which is a problem. However, it is known that an image signal is suppressed by a filter or a circuit having an image rejection configuration by phase synthesis. When the RF signal is 2 × [f_LO] − [f_IF], 2 × [f_LO] + [f_IF] is an image signal. Such an image signal can also be suppressed by a filter or a circuit having an image rejection configuration.

（２）［ｆ＿ＩＦ］（ｍ＋ｎ＝１）
ＲＦ信号やＬＯ信号にこの周波数成分が含まれる可能性がある場合でも、通常、［ｆ＿ＩＦ］＜＜［ｆ＿ＬＯ］＜［ｆ＿ＲＦ］という関係にあるため、ＲＦ信号やＬＯ信号の信号ラインにＩＦ信号を抑圧するようなフィルタを設けることによって、容易に抑圧可能である。すなわち、この成分の影響を抑圧することは比較的容易である。なお、「＜＜」は、値が大きく異なっていることを示す。 (2) [f_IF] (m + n = 1)
Even if there is a possibility that this frequency component may be included in the RF signal or LO signal, since there is usually a relationship of [f_IF] << [f_LO] <[f_RF], the IF signal is connected to the signal line of the RF signal or LO signal. Can be easily suppressed by providing a filter that suppresses. That is, it is relatively easy to suppress the influence of this component. “<<” indicates that the values are greatly different.

（３）［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］（ｍ＋ｎ＝２）
入力端子１に入力される信号として、通常、ＬＯ信号のみの線スペクトラムになるような信号が生成されるので、入力端子１に入力されるＬＯ信号に明確な信号成分としての不要波が存在する可能性は低い。しかし、ＬＯ信号自体には［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］の成分が存在していなくても、ＬＯ信号には、ＬＯ信号を増幅した増幅回路によるサーマルノイズレベル（熱雑音）の増加が増幅回路の増幅帯域に亘って現れる。ＬＯ信号はミキサ回路を動作させる信号であるという役割を担っているので、ＬＯ信号の振幅レベルとして、ミキサ動作に必要な信号レベル（一般には、＋５〜＋１５［ｄＢｍ］程度）が必要とされる。ＬＯ信号をそのレベルにまで増幅すると、その増幅器の増幅帯域ではサーマルノイズが増幅器の［ＮＦ（雑音指数）＋ＧＬ（線形利得）］倍増幅されることになる。すると、そのサーマルノイズのレベルと、ミキサでの「ｍ＋ｎ＝２」になる次数での変換から生ずる（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）−［ｆ＿ＬＯ］＝±［ｆ＿ＩＦ］での変換されたサーマルノイズのレベルとが、［ｆ＿ＲＦ］−２×［ｆ＿ＬＯ］＝±ＩＦで発生した所望のＩＦ信号のレベルに比較して無視できないレベルになった場合には、ミキサ回路の特性（主にＮＦ特性）を劣化させる。 (3) [f_LO] ± [f_IF] (m + n = 2)
As a signal input to the input terminal 1, a signal that normally has a line spectrum of only the LO signal is generated. Therefore, there is an unnecessary wave as a clear signal component in the LO signal input to the input terminal 1. Unlikely. However, even if the LO signal itself does not include the component [f_LO] ± [f_IF], the LO signal has an increase in the thermal noise level (thermal noise) due to the amplifier circuit that amplifies the LO signal. Appears over the amplification band. Since the LO signal plays a role of operating the mixer circuit, a signal level (generally about +5 to +15 [dBm]) necessary for the mixer operation is required as the amplitude level of the LO signal. . When the LO signal is amplified to that level, thermal noise is amplified by [NF (noise figure) + GL (linear gain)] times that of the amplifier in the amplification band of the amplifier. Then, the thermal noise level and the converted thermal noise at ([f_LO] ± [f_IF]) − [f_LO] = ± [f_IF] resulting from the conversion at the order of “m + n = 2” in the mixer Of the mixer circuit becomes a level that cannot be ignored as compared with the level of the desired IF signal generated at [f_RF] −2 × [f_LO] = ± IF, the characteristics of the mixer circuit (mainly NF characteristics) Deteriorate.

図５は、ＬＯ信号に含まれるサーマルノイズの種々のレベルに対するハーモニックミキサ回路の偶数次数（例えば、「ｍ＋ｎ＝２」）の変換損失とＮＦ特性の劣化との関係の一例を示す説明である。図５において、横軸は偶数次数の変換損失［ｄＢ］を示し、縦軸はＮＦ特性の劣化量［ｄＢ］を示す。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the relationship between the conversion loss of the even-order (for example, “m + n = 2”) of the harmonic mixer circuit and the deterioration of the NF characteristic with respect to various levels of thermal noise included in the LO signal. In FIG. 5, the horizontal axis represents even-order conversion loss [dB], and the vertical axis represents the degradation amount [dB] of the NF characteristic.

［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］の周波数成分はＬＯ信号に非常に近い周波数成分になるので（［ｆ＿ＩＦ］＜＜［ｆ＿ＬＯ］より）、ＬＯ信号ラインにこの成分を抑圧するようなフィルタを設けることは困難である。特に、無線通信では、ＲＦ信号はＬＯ信号に比べ非常に低いレベルの信号であるから、ＬＯ信号ラインに（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）を抑圧するような狭帯域のフィルタを設けることは難しい。 Since the frequency component of [f_LO] ± [f_IF] is very close to the LO signal (from [f_IF] << [f_LO]), it is not possible to provide a filter that suppresses this component in the LO signal line. Have difficulty. In particular, in wireless communication, since the RF signal is a signal having a very low level compared to the LO signal, it is difficult to provide a narrow-band filter that suppresses ([f_LO] ± [f_IF]) in the LO signal line. .

そこで、本発明は、ＬＯ信号に大きなレベルの雑音が存在していても、その雑音の中間周波信号への影響を低減して、特性が劣化することを防止できるハーモニックミキサ回路および特性劣化防止方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a harmonic mixer circuit and a characteristic deterioration prevention method capable of reducing the influence of the noise on the intermediate frequency signal and preventing the deterioration of the characteristic even if a large level of noise is present in the LO signal. The purpose is to provide.

本発明によるハーモニックミキサ回路は、アンチパラレルダイオードを有し、受信信号入力端子に入力される受信信号と局部発振信号入力端子に入力される局部発振信号とを混合して出力信号を得て、出力信号を出力端子から出力するハーモニックミキサ回路であって、アンチパラレルダイオードの局部発振信号が印加される側の信号から、偶数次の変換モードによる信号成分を検出する検出回路と、検出回路が検出する信号成分を減少させる方向の制御信号をアンチパラレルダイオードに印加する制御回路とを備えたことを特徴とする。 The harmonic mixer circuit according to the present invention has an anti-parallel diode, mixes the reception signal input to the reception signal input terminal and the local oscillation signal input to the local oscillation signal input terminal to obtain an output signal, and outputs it. A harmonic mixer circuit that outputs a signal from an output terminal, a detection circuit that detects a signal component in an even-order conversion mode from a signal to which a local oscillation signal of an antiparallel diode is applied, and a detection circuit that detects the signal component And a control circuit for applying a control signal in a direction to decrease the signal component to the anti-parallel diode.

本発明による特性劣化防止方法は、アンチパラレルダイオードを有し、受信信号と局部発振信号とを混合して出力信号を得るハーモニックミキサ回路の特性劣化を抑制する特性劣化防止方法であって、アンチパラレルダイオードの局部発振信号が印加される側の信号から、偶数次の変換モードによる信号成分を検出し、検出した信号成分を減少させる方向の制御信号をアンチパラレルダイオードに印加することを特徴とする。 A characteristic deterioration prevention method according to the present invention is a characteristic deterioration prevention method that suppresses characteristic deterioration of a harmonic mixer circuit that has an anti-parallel diode and obtains an output signal by mixing a received signal and a local oscillation signal. A signal component in an even-order conversion mode is detected from a signal to which a local oscillation signal of the diode is applied, and a control signal in a direction to decrease the detected signal component is applied to the antiparallel diode.

本発明によれば、ＬＯ信号に大きなレベルの雑音が存在していても、その雑音の中間周波信号への影響を低減して、特性が劣化することを防止することができる。 According to the present invention, even when a large level of noise is present in the LO signal, it is possible to reduce the influence of the noise on the intermediate frequency signal and prevent the characteristics from deteriorating.

図１は、本発明の概念を示すブロック図である。図１に示すように、受信ハーモニックミキサ回路は、受信信号入力端子２２に入力される受信信号と局部発振信号入力端子２１に入力される局部発振信号とを混合して出力信号を得て、出力信号を出力端子２３から出力するハーモニックミキサ回路であって、アンチパラレルダイオード４の局部発振信号が印加される側の信号から、偶数次の変換モードによる信号成分を検出する検出回路３２と、検出回路３２が検出する信号成分を減少させる方向の制御信号をアンチパラレルダイオードに印加する制御回路３３とを備えている。 FIG. 1 is a block diagram illustrating the concept of the present invention. As shown in FIG. 1, the reception harmonic mixer circuit mixes the reception signal input to the reception signal input terminal 22 and the local oscillation signal input to the local oscillation signal input terminal 21 to obtain an output signal, and outputs it. A detection circuit 32 for detecting a signal component in an even-order conversion mode from a signal to which a local oscillation signal of the anti-parallel diode 4 is applied; And a control circuit 33 that applies a control signal in a direction to reduce the signal component detected by the anti-parallel diode.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図２は、本発明による受信ハーモニックミキサ回路の具体例を示す構成図である。図２に示す受信ハーモニックミキサ回路において、互いに逆極性になるように２つのダイオードＤ１，Ｄ２が接続されたアンチパラレルダイオード４の一端Ａに、入力端子１に入力されＬＯ周波数成分の信号のみを通過させるＢＰＦ７を通過したＬＯ信号が印加される。また、アンチパラレルダイオード４の一端Ａには、整合回路になるスタブ５が接続されている。アンチパラレルダイオード４の他端Ｂに、入力端子２に入力されＲＦ周波数成分の信号のみを通過させるＢＰＦ８を通過したＲＦ信号が印加される。また、アンチパラレルダイオード４の他端Ｂには、整合回路になるスタブ６が接続されている。 FIG. 2 is a block diagram showing a specific example of a reception harmonic mixer circuit according to the present invention. In the receiving harmonic mixer circuit shown in FIG. 2, only one signal of the LO frequency component that is input to the input terminal 1 passes through one end A of the anti-parallel diode 4 to which two diodes D1 and D2 are connected so as to have opposite polarities. The LO signal that has passed through the BPF 7 is applied. Further, a stub 5 serving as a matching circuit is connected to one end A of the anti-parallel diode 4. The RF signal that has passed through the BPF 8 that passes only the signal of the RF frequency component that is input to the input terminal 2 is applied to the other end B of the antiparallel diode 4. The other end B of the anti-parallel diode 4 is connected to a stub 6 that becomes a matching circuit.

ＢＰＦ７は、不要波成分であるＩＦ信号、ＲＦ信号およびイメージ信号を抑圧するためのフィルタである。ＢＰＦ８は、不要波成分であるＩＦ信号、ＬＯ信号およびイメージ信号を抑圧するフィルタである。 The BPF 7 is a filter for suppressing IF signals, RF signals, and image signals that are unnecessary wave components. The BPF 8 is a filter that suppresses the IF signal, the LO signal, and the image signal that are unnecessary wave components.

また、アンチパラレルダイオード４の一端Ａには、ＩＦ周波数成分の信号およびＤＣ成分を通過させる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）９が接続されている。そして、ＬＰＦ９を通過した信号のうちＤＣ成分はコンデンサ（キャパシタ）１０によって除去され、コンデンサ１０を通過した信号が、ＩＦ信号として出力端子３から出力される。 Further, a low-pass filter (LPF) 9 that passes an IF frequency component signal and a DC component is connected to one end A of the anti-parallel diode 4. The DC component of the signal that has passed through the LPF 9 is removed by the capacitor (capacitor) 10, and the signal that has passed through the capacitor 10 is output from the output terminal 3 as an IF signal.

また、ＬＰＦ９とコンデンサ１０との間に、ＤＣ成分のみを通過させるＤＣフィード素子としてのＬＰＦ１４が接続されている。 An LPF 14 serving as a DC feed element that allows only a DC component to pass is connected between the LPF 9 and the capacitor 10.

さらに、アンチパラレルダイオード４の一端Ａには、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１が接続されている。ＨＰＦ１１は、２×ＬＯ周波数成分を通過させ、ＩＦ周波数成分およびＬＯ周波数成分を抑圧するフィルタである。また、ＨＰＦ１１の出力側には、検波回路１２が接続されている。検波回路１２は、ＨＰＦ１１を通過してきた２×ＬＯ周波数成分の信号をＤＣ信号（ＤＥＴ＿Ｖ）に変換する。そして、検波回路１２が出力するＤＣ信号（ＤＥＴ＿Ｖ）は、制御回路１３に入力される。制御回路１３は、入力されるＤＣ信号（ＤＥＴ＿Ｖ）のレベルが最小になるように、制御信号（ＣＴＲＬ＿Ｖ）を［−Ｖｆ〜＋Ｖｆ］（Ｖｆは、ダイオードＤ１，Ｄ２の順方向電圧）の範囲でＬＰＦ１４に出力する回路である。 Further, a high pass filter (HPF) 11 is connected to one end A of the antiparallel diode 4. The HPF 11 is a filter that passes 2 × LO frequency components and suppresses IF frequency components and LO frequency components. A detection circuit 12 is connected to the output side of the HPF 11. The detection circuit 12 converts the 2 × LO frequency component signal that has passed through the HPF 11 into a DC signal (DET_V). The DC signal (DET_V) output from the detection circuit 12 is input to the control circuit 13. The control circuit 13 sets the control signal (CTRL_V) within the range of [−Vf to + Vf] (Vf is the forward voltage of the diodes D1 and D2) so that the level of the input DC signal (DET_V) is minimized. This circuit outputs to the LPF 14.

なお、図２に示す受信ハーモニックミキサ回路は、図４に示された受信ハーモニックミキサ回路に対して、ＨＰＦ１１、検波回路１２および制御回路１３が付加された回路に相当する。また、図４に示された受信ハーモニックミキサ回路では、この実施形態における制御信号（ＣＴＲＬ＿Ｖ）の電位が常に０（ＧＮＤレベル）になっている回路に相当する。 The reception harmonic mixer circuit shown in FIG. 2 corresponds to a circuit obtained by adding HPF 11, detection circuit 12, and control circuit 13 to the reception harmonic mixer circuit shown in FIG. The reception harmonic mixer circuit shown in FIG. 4 corresponds to a circuit in which the potential of the control signal (CTRL_V) in this embodiment is always 0 (GND level).

アンチパラレルダイオード４が理想的な回路であった場合、すなわちダイオードＤ１，Ｄ２の特性が全く同じである場合には、受信ハーモニックミキサ回路の特性劣化は生じない。しかし、実際には、アンチパラレルダイオード４におけるダイオードＤ１，Ｄ２の特性には差異がある。すなわち、ダイオードＤ１，Ｄ２の特性はアンバランスである。特性のアンバランスに起因して、偶数次数の変換モードが存在することになる。 When the anti-parallel diode 4 is an ideal circuit, that is, when the characteristics of the diodes D1 and D2 are exactly the same, the characteristic degradation of the reception harmonic mixer circuit does not occur. However, in practice, there are differences in the characteristics of the diodes D1 and D2 in the anti-parallel diode 4. That is, the characteristics of the diodes D1 and D2 are unbalanced. Due to the characteristic imbalance, even-order conversion modes exist.

一例として、図３に示すように、ダイオードＤ１，Ｄ２のしきい値Ｖt1，Ｖt2が等しくない場合には、受信ハーモニックミキサ回路において偶数次の変換モードが現れる。 As an example, as shown in FIG. 3, when the threshold values Vt1 and Vt2 of the diodes D1 and D2 are not equal, an even-order conversion mode appears in the reception harmonic mixer circuit.

次に、受信ハーモニックミキサ回路に入力される信号について考察する。なお、以下の説明では、ＲＦ信号周波数成分を［ｆ＿ＬＯ］＋［ｆ＿ＩＦ］とし、イメージ信号の周波数成分を［ｆ＿ＬＯ］−［ｆ＿ＩＦ］として説明を行う。しかし、ＲＦ信号とイメージ信号の周波数関係が逆の場合でも、ＲＦ信号周波数成分とイメージ信号の周波数成分とを置き換えれば、以下の説明は成り立つ。 Next, a signal input to the reception harmonic mixer circuit will be considered. In the following description, the RF signal frequency component is [f_LO] + [f_IF], and the frequency component of the image signal is [f_LO] − [f_IF]. However, even when the frequency relationship between the RF signal and the image signal is reversed, the following explanation is valid if the RF signal frequency component and the frequency component of the image signal are replaced.

入力端子２から、ＲＦ信号が入力される。ＲＦ信号から周波数がかけ離れた成分（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）や［ｆ＿ＩＦ］の成分は、ＲＦ信号ラインに設けられているＢＰＦ８で抑圧される。ＩＦ信号の周波数が比較的高い場合には、ＢＰＦ８でイメージ信号も抑圧される。また、ＩＦ信号の周波数が低くＢＰＦ８での抑圧が不可能な場合には、例えば、イメージキャンセル構造をとることによって、イメージ信号の周波数成分の影響を低く抑えることができる。 An RF signal is input from the input terminal 2. A component ([f_LO] ± [f_IF]) or a component of [f_IF] whose frequency is far from the RF signal is suppressed by the BPF 8 provided in the RF signal line. When the frequency of the IF signal is relatively high, the image signal is also suppressed by the BPF 8. In addition, when the IF signal frequency is low and suppression by the BPF 8 is impossible, for example, the influence of the frequency component of the image signal can be suppressed low by adopting an image cancellation structure.

また、入力端子１からＬＯ信号が入力される。無線通信ではＲＦ信号のレベルが非常に微弱であるのに対して、ＬＯ信号はミキサを動作させるために＋５〜＋１５［ｄＢｍ］程度のレベルが必要である。ＬＯ信号をそのレベルにまで増幅させると、ＬＯ信号の周波数の近辺においてサーマルノイズレベルの増加が生ずる。サーマルノイズのうち受信ＩＦ信号に変換される成分になりうるＲＦ信号に含まれるイメージ信号帯（２×［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）の信号やＩＦ信号帯の信号は、周波数がＬＯ信号帯から十分離れているので、それらをＢＰＦ８で抑圧することが可能である。しかし、ＬＯ信号帯に近い周波数である（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）成分をＢＰＦ８で抑圧することは困難である。 An LO signal is input from the input terminal 1. In wireless communication, the level of the RF signal is very weak, whereas the LO signal needs a level of about +5 to +15 [dBm] in order to operate the mixer. When the LO signal is amplified to that level, the thermal noise level increases in the vicinity of the frequency of the LO signal. Of the thermal noise, the signal of the image signal band (2 × [f_LO] ± [f_IF]) and the signal of the IF signal band included in the RF signal that can be a component converted into the reception IF signal have a frequency from the LO signal band. Since they are sufficiently far apart, they can be suppressed with BPF8. However, it is difficult to suppress the ([f_LO] ± [f_IF]) component having a frequency close to the LO signal band with the BPF 8.

そこで、ミキサ自体が（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）−［ｆ＿ＬＯ］＝±［ｆ＿ＩＦ］すなわち「ｍ＋ｎ＝２」になるような変換モードを持たなくなるようにする工夫を行うことが求められる。 Therefore, it is required to devise such that the mixer itself does not have a conversion mode such that ([f_LO] ± [f_IF]) − [f_LO] = ± [f_IF], that is, “m + n = 2”.

上述したように、そもそも「ｍ＋ｎ＝２」の変換モードは、アンチパラレルダイオード４を構成する２つのダイオードＤ１，Ｄ２の特性が全く同じであるような理想的なアンチパラレルダイオード４を用いたハーモニックミキサ回路では存在しない変換次数である。２つのダイオードＤ１，Ｄ２の特性ばらつきに起因して、アンチパラレルダイオード４の奇関数特性がずれた場合に偶数次の変換モードが発生する。 As described above, in the first place, the conversion mode of “m + n = 2” is a harmonic mixer using an ideal antiparallel diode 4 in which the characteristics of the two diodes D1 and D2 constituting the antiparallel diode 4 are exactly the same. The conversion order does not exist in the circuit. An even-order conversion mode occurs when the odd-function characteristic of the anti-parallel diode 4 is shifted due to the characteristic variation of the two diodes D1 and D2.

そこで、本実施形態では、アンチパラレルダイオード４にオフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）を加え、アンチパラレルダイオード４の動作点を、２つのダイオードＤ１，Ｄ２の特性の差異を打ち消す位置に定めることによって、偶数次の変換モードをなくすようにする。 Therefore, in the present embodiment, an offset voltage (CTRL_V) is applied to the antiparallel diode 4, and the operating point of the antiparallel diode 4 is set to a position that cancels the difference in characteristics between the two diodes D1 and D2, thereby obtaining an even order. Try to eliminate conversion mode.

動作点を決めるオフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）の値を決定する場合に、本実施形態では、同じ「ｍ＋ｎ＝２」の偶数モードで変換されている（２×［ｆ＿ＬＯ］）の値を検波し、（２×［ｆ＿ＬＯ］）の値を最小にするようにフィードバック制御を行う。 When determining the value of the offset voltage (CTRL_V) that determines the operating point, in the present embodiment, the value of (2 × [f_LO]) converted in the same “m + n = 2” even mode is detected, Feedback control is performed to minimize the value of 2 × [f_LO]).

サーマルノイズの影響を抑制するために所定の周波数帯の信号を検波する方法を採用する場合に、入力端子２に入力される入力信号（ＲＦ信号）の振幅は微弱であるから、ＲＦ信号を変換した信号を検波することは難しい。また、特性劣化の原因である入力端子１からのＬＯ信号に含まれる［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］の成分のサーマルノイズの信号レベルは、入力端子２に入力されるＲＦ信号のレベルと同程度である。従って、サーマルノイズを起因として偶数モードでＩＦ周波数帯に変換された信号を検波することも難しい。なお、ＲＦ信号からＩＦ信号に変換されたレベルと同程度であるから影響が生ずるのであって、それ以上の信号レベルであればＩＦ信号の検出自体ができなくなることになる。 When a method of detecting a signal in a predetermined frequency band is used to suppress the influence of thermal noise, the amplitude of the input signal (RF signal) input to the input terminal 2 is very weak, so the RF signal is converted. It is difficult to detect the signal. Further, the signal level of the thermal noise of the component [f_LO] ± [f_IF] included in the LO signal from the input terminal 1 that is the cause of the characteristic deterioration is approximately the same as the level of the RF signal input to the input terminal 2. is there. Therefore, it is also difficult to detect a signal converted into the IF frequency band in the even mode due to thermal noise. Since the level is the same as the level converted from the RF signal to the IF signal, there is an influence. If the signal level is higher than that, the IF signal itself cannot be detected.

ところが、受信ハーモニックミキサ回路を動作させるためにＬＯ信号の振幅は大きなレベルになっている。従って、ＬＯ信号の偶数次数の２×［ｆ＿ＬＯ］成分の振幅も容易に検出可能なレベルになる。また、通常、［ｆ＿ＩＦ］＜＜［ｆ＿ＬＯ］であるから、２×［ｆ＿ＬＯ］はＬＰＦ９によって抑圧されＩＦ信号を出力する出力端子３には現れない。 However, the amplitude of the LO signal is at a large level in order to operate the reception harmonic mixer circuit. Accordingly, the amplitude of the even-order 2 × [f_LO] component of the LO signal can be easily detected. Usually, [f_IF] << [f_LO], so 2 × [f_LO] is suppressed by the LPF 9 and does not appear at the output terminal 3 that outputs the IF signal.

そこで、本実施形態では、ＨＰＦ１１によって、ＬＰＦ９の前段から、「ｍ＋ｎ＝２」の変換モードで変換され、かつ、信号レベルが高い２×［ｆ＿ＬＯ］の成分のみを取り出す。そして、検波回路１２は、ＨＰＦ１１を通過した信号レベルを検波する。すなわち、「ｍ＋ｎ＝２」の変換モードの変換量に相当するレベルを検出する。検波回路１２は、２×ＬＯ周波数成分の信号をＤＣ信号（ＤＥＴ＿Ｖ）に変換する。そして、制御回路１３は、偶数次の変換モードの変換量が最小（変換損失が最大）になるように、具体的には、ＤＣ信号（ＤＥＴ＿Ｖ）の大きさが最小になるように、オフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）を決定する。 Therefore, in the present embodiment, the HPF 11 extracts only the 2 × [f_LO] component that is converted in the conversion mode of “m + n = 2” and has a high signal level from the preceding stage of the LPF 9. The detection circuit 12 detects the signal level that has passed through the HPF 11. That is, a level corresponding to the conversion amount of the conversion mode “m + n = 2” is detected. The detection circuit 12 converts the 2 × LO frequency component signal into a DC signal (DET_V). The control circuit 13 then sets the offset voltage so that the conversion amount in the even-order conversion mode is minimized (conversion loss is maximized), specifically, the magnitude of the DC signal (DET_V) is minimized. (CTRL_V) is determined.

制御回路１３は、オフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）をＬＰＦ１４に出力する。オフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）はＬＰＦ１４を通過し、コンデンサ１０によって阻止されて出力端子３側には現れないが、ＬＰＦ９を通過して、アンチパラレルダイオード４の一端Ａに加えられる。 The control circuit 13 outputs the offset voltage (CTRL_V) to the LPF 14. The offset voltage (CTRL_V) passes through the LPF 14 and is blocked by the capacitor 10 and does not appear on the output terminal 3 side, but passes through the LPF 9 and is applied to one end A of the antiparallel diode 4.

上述したように、オフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）は、２×［ｆ＿ＬＯ］の周波数成分のレベルを最小にするような電圧である。換言すれば、アンチパラレルダイオード４が、オフセット電圧（ＣＴＲＬ＿Ｖ）によって決められる動作点が定められることによって、２×［ｆ＿ＬＯ］の周波数成分のレベルが最小になる。 As described above, the offset voltage (CTRL_V) is a voltage that minimizes the level of the frequency component of 2 × [f_LO]. In other words, the level of the frequency component of 2 × [f_LO] is minimized by setting the operating point determined by the offset voltage (CTRL_V) of the anti-parallel diode 4.

ＨＰＦ１１を通過する（２×［ｆ＿ＬＯ］）の周波数成分は、「ｍ＋ｎ＝２」の偶数モードで変換されている。すると、その変換と等価な次数の変換である（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）−［ｆ＿ＬＯ］＝±［ｆ＿ＩＦ］による『ＬＯ信号近辺（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）のノイズのＩＦ周波数帯への変換』も最小になる。すなわち、受信ハーモニックミキサ回路に入力される「ＬＯ信号に含まれるノイズ成分（［ｆＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）」による、受信ハーモニックミキサ回路のＮＦ特性の劣化を抑えることができる。 The frequency component (2 × [f_LO]) passing through the HPF 11 is converted in an even mode of “m + n = 2”. Then, the IF frequency band of the noise in the vicinity of the LO signal ([f_LO] ± [f_IF]) by ([f_LO] ± [f_IF]) − [f_LO] = ± [f_IF] "Conversion to" is also minimized. That is, it is possible to suppress the deterioration of the NF characteristic of the reception harmonic mixer circuit due to “noise component included in the LO signal ([fLO] ± [f_IF])” input to the reception harmonic mixer circuit.

本発明による受信ハーモニックミキサ回路は、「ＬＯ信号に含まれるノイズ成分（［ｆＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）」がアンチパラレルダイオード４の特性のばらつきに起因して生じる「ｍ＋ｎ＝２」の変換モードによってＩＦ周波数帯に変換されていることに着目し、実質的にアンチパラレルダイオード４の特性のばらつきがなくなるように、すなわち、「ｍ＋ｎ＝２」の変換モードを持たなくなるように、オフセット電圧をアンチパラレルダイオード４かける。その結果、ＬＯ信号に（［ｆＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）帯域における大きなサーマルノイズが存在していても、ＩＦ信号への影響を低く抑え、受信ハーモニックミキサ回路のＮＦ特性の劣化を抑えることができる。 The reception harmonic mixer circuit according to the present invention uses a conversion mode of “m + n = 2” in which “a noise component ([fLO] ± [f_IF])” included in the LO signal is generated due to variation in characteristics of the anti-parallel diode 4. Focusing on the conversion to the IF frequency band, the offset voltage is anti-parallel so that there is substantially no variation in the characteristics of the anti-parallel diode 4, that is, the conversion mode of “m + n = 2” is eliminated. Apply diode 4. As a result, even if a large thermal noise in the ([fLO] ± [f_IF]) band exists in the LO signal, it is possible to suppress the influence on the IF signal and to suppress the deterioration of the NF characteristic of the reception harmonic mixer circuit. .

なお、特許文献１に記載されたハーモニックミキサ回路でも、不要な変換モードを抑圧するために、アンチパラレルダイオードの動作点を変えている。しかし、特許文献１に記載されたハーモニックミキサ回路は、送信ハーモニックミキサ回路であるから、発生した不要波自体を直接観測できるが、本実施形態のような受信ハーモニックミキサ回路では、不要波になる信号のレベルを直接観測することは困難である。そこで、本実施形態のように、不要波になる信号に関する変換モードと同じ変換モード（「ｍ＋ｎ＝２」）であり、かつ、信号レベルが高い２×［ｆ＿ＬＯ］の成分を検出して、そのレベルにもとづく制御を行うことによって、不要波のＩＦ信号への影響を低減できるようになる。 Note that the harmonic mixer circuit described in Patent Document 1 also changes the operating point of the anti-parallel diode in order to suppress unnecessary conversion modes. However, since the harmonic mixer circuit described in Patent Document 1 is a transmission harmonic mixer circuit, the generated unnecessary wave itself can be directly observed. However, in the reception harmonic mixer circuit as in this embodiment, a signal that becomes an unnecessary wave is used. It is difficult to directly observe the level. Therefore, as in this embodiment, 2 × [f_LO] components having the same conversion mode (“m + n = 2”) as the conversion mode related to the signal that becomes an unnecessary wave and a high signal level are detected, By performing the control based on the level, the influence of the unnecessary wave on the IF signal can be reduced.

また、本実施形態は、図４に例示されたような一般的な受信ハーモニックミキサ回路に対して比較的簡易な回路をＩＦ信号ラインに追加するだけでよいので、すなわち、複雑な回路（例えば、ＬＯ信号ラインに挿入される（［ｆ＿ＬＯ］±［ｆ＿ＩＦ］）の成分を抑圧するような狭帯域のフィルタ）を設ける必要はなく、受信ハーモニックミキサ回路のコストを大きく上昇させたりすることもない。 Further, in the present embodiment, it is only necessary to add a relatively simple circuit to the IF signal line with respect to the general reception harmonic mixer circuit illustrated in FIG. 4, that is, a complicated circuit (for example, There is no need to provide a narrow-band filter that suppresses the ([f_LO] ± [f_IF]) component inserted into the LO signal line, and the cost of the reception harmonic mixer circuit does not increase significantly.

本発明を、マイクロ波帯やミリ波帯等の無線通信における受信回路に好適に適用することができる。 The present invention can be suitably applied to a receiving circuit in radio communication such as a microwave band and a millimeter wave band.

本発明の概念を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the concept of this invention. 本発明による受信ハーモニックミキサ回路の具体例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the specific example of the receiving harmonic mixer circuit by this invention. アンチパラレルダイオードのＤＣ特性のばらつきを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the dispersion | variation in the DC characteristic of an antiparallel diode. 一般的な受信ハーモニックミキサ回路の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of a general receiving harmonic mixer circuit. ハーモニックミキサ回路の偶数次数の変換損失とＮＦ特性の劣化との関係の一例を示す説明である。It is description which shows an example of the relationship between the conversion loss of the even order of a harmonic mixer circuit, and deterioration of NF characteristic.

Explanation of symbols

１入力端子
２入力端子
３出力端子
４アンチパラレルダイオード
５，６スタブ
７帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）
８帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）
９低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１０コンデンサ（キャパシタ）
１１高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
１２検波回路
１３制御回路
１４低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
２１局部発振信号入力端子
２２受信信号入力端子
２３出力端子
３２検出回路
３３制御回路 1 Input Terminal 2 Input Terminal 3 Output Terminal 4 Anti-Parallel Diode 5, 6 Stub 7 Band Pass Filter (BPF)
8 Bandpass filter (BPF)
9 Low-pass filter (LPF)
10 Capacitor
11 High-pass filter (HPF)
12 Detection circuit 13 Control circuit 14 Low-pass filter (LPF)
21 Local oscillation signal input terminal 22 Reception signal input terminal 23 Output terminal 32 Detection circuit 33 Control circuit

Claims

Harmonic that has an anti-parallel diode, obtains an output signal by mixing the received signal input to the received signal input terminal and the local oscillation signal input to the local oscillation signal input terminal, and outputs the output signal from the output terminal A mixer circuit,
A detection circuit for detecting a signal component in an even-order conversion mode from a signal on a side to which a local oscillation signal of the anti-parallel diode is applied;
A harmonic mixer circuit, comprising: a control circuit that applies a control signal in a direction to reduce a signal component detected by the detection circuit to the anti-parallel diode.

The harmonic mixer circuit according to claim 1, wherein the detection circuit detects a signal component that is twice the frequency of the local oscillation signal.

The detection circuit includes a high-pass filter that passes a signal component twice the frequency of the local oscillation signal, a detection circuit that detects a signal that has passed through the high-pass filter, and outputs a voltage value indicating the level of the signal; Including
The harmonic mixer circuit according to claim 2, wherein the control circuit applies a control voltage having a value that minimizes a voltage value output from the detection circuit to the antiparallel diode as a control signal.

The harmonic mixer circuit according to any one of claims 1 to 3, wherein a radio frequency signal is handled as a reception signal.

A characteristic deterioration prevention method that suppresses characteristic deterioration of a harmonic mixer circuit that has an anti-parallel diode and obtains an output signal by mixing a reception signal and a local oscillation signal,
From the signal to which the local oscillation signal of the anti-parallel diode is applied, a signal component due to an even-order conversion mode is detected,
A characteristic deterioration prevention method, comprising: applying a control signal in a direction to reduce the detected signal component to the anti-parallel diode.

6. The characteristic deterioration prevention method according to claim 5, wherein a signal component that is twice the frequency of the local oscillation signal is detected as a signal component in the even-order conversion mode.