混合器 (ヘテロダイン)とは？わかりやすく解説

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アナログ乗算器としての混合器（こんごうき）とは、2つの異なる周波数成分 $f_{1}\,\!$

混合器（ベース注入方式）

2 つの信号源を両方ともトランジスタのベース端子に入力する方式である。

利点は、入力信号 $f_{1}\,\!$

混合器（エミッタ注入方式）

2 つの信号のうち 1 つ（ $f_{1}\,\!$

コレクタ変調

2 つの信号のうち 1 つ（ $f_{1}\,\!$

能動型シングル・バランスド・ミキサ ^[3]

局部発振器からの信号 LO または RF信号のどちらか入力の片方だけが IF 出力で抑制されるような混合器（ミキサ）を、シングル・バランスド・ミキサと呼ぶ。

入力の片方をバランス（差動)回路とすることで、アンバランス・ミキサよりも、端子間のアイソレーションが改善される。

トランジスタを用いた能動型シングル・バランスド・ミキサのほかにも、ダイオードを2つ用いた受動型シングル・バランスド・ミキサ^[4]^[5]もある。

ダブル・バランスド・ミキサ

ダブル・バランスド・ミキサ (double balanced mixer:DBM)とは二重平衡変調器ともいう。局部発振器からの信号 LO と、RF信号のどちらの入力信号も IF には抑圧されて出力されず、積信号のみが出力される混合器（ミキサ）をダブル・バランスド・ミキサと呼ぶ。

ダイオードダブル・バランスド・ミキサ

ダイオードダブル・バランスド・ミキサ は 4 本のダイオードと 2 つの高周波トランスとで構成され^[5]^[6]、 リング変調回路 とも呼ばれる^[7]^[8]。図のように信号 $f_{1}\,\!$

集積回路で実装したギルバートセル型DBM ^[3]

ダイオードと高周波トランスとで構成されたダブル・バランスド・ミキサ以外に、集積回路でダブル・バランスド・ミキサを実装した素子もある^[13]^[14]^[15]。アナログ乗算器（差動増幅回路）で構成されたギルバートセル型のものが、集積回路上でダブル・バランスド・ミキサを実装する場合に多く用いられる。シングル・バランスド・ミキサよりもさらにアイソレーションが改善され、集積回路上のレイアウト（素子の配置・配線）を注意することにより 40dB～60dB の分離が可能である^[16]。ギルバートセル型以外にも、電位差測定型ミキサ^[17]^[18]や、抵抗とCMOS スイッチによる受動型ミキサ^[19]などのダブル・バランスド・ミキサを集積回路で実装することができる。

ダイオード・ミキサ

ダイオードを1個使用して混合器を構成することもできる^[5]。このミキサは、高周波トランス（バラン）がないため、広帯域で周波数のあばれが少ないが、RFポートとLOポートのアイソレーションが悪いので、内部機器ではほとんど使われない^[20]。

アナログスイッチを用いたミキサ

アナログスイッチIC（4066等）を用い、局部発振回路の発振周波数（f2[Hz]）の信号をスイッチを制御する入力に入れ、スイッチされる入出力端子にRF信号（f1[Hz]）を通すことで、混合された信号（f1±f2[Hz]）を出力する。^[21]

参照

^ 黒田忠広監訳「RFマイクロエレクトロニクス」 p.201 丸善 2002 ISBN 4-621-07005-3
^ 堀桂太郎著「アナログ電子回路の基礎」p.117 東京電機大学出版局 2003 ISBN 4-501-32290-X
^ ^a ^b 黒田忠広監訳「RFマイクロエレクトロニクス」 p.205 丸善 2002 ISBN 4-621-07005-3
^ Renesus ショットキーバリアダイオード
^ ^a ^b ^c ^d 高周波回路教室パッシブ・ミキサ
^ ＤＢＭの動作原理を知る
^ 無線工学の基礎リング変調回路の構成
^ 電子情報通信学会編「通信方式」p.87 コロナ社 1985 ISBN 4-339-00032-9
^ Ｒ＆Ｋ社ＤＢＭ
^ Mini-Circuits DBM ADE-1を使った汎用DBMの製作
^ TDK DBM CB3034Mを使った汎用DBMの製作
^ DOUBLE BALANCED MIXERS AND BALUNS
^ OnSemi MC1496 Datasheet
^ US Patent 6,275,688
^ Canadian Patent CA 2323023
^ Thomas H.Lee "The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit" Second Edition p.420, Cambridge University Press, 2004, ISBN 978-0-521-83539-8
^ 英: potentiometric mixer
^ トーマス・H・リー著、「The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit」、第二版、p.427、ケンブリッジ大学出版局、2004年、ISBN 978-0-521-83539-8
^ トーマス・H・リー著、「The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit」、第二版、p.429、ケンブリッジ大学出版局、2004年、ISBN 978-0-521-83539-8
^ 森栄二著「マイクロウェーブ技術入門講座基礎編」p.387 CQ出版 2003 ISBN 4-7898-3040-3
^ JH2CLVによる作例 http://www5a.biglobe.ne.jp/~jh2clv/dbm3making.htm

参考文献

桜井紀佳『RF デザインシリーズ実験して学ぶ高周波回路』　CQ 出版社、2003年 12月15日、pp. 83-96、ISBN 4-7898-3042-X。

外部リンク

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[1] 黒田忠広監訳「RFマイクロエレクトロニクス」 p.201 丸善 2002 ISBN 4-621-07005-3

[2] 堀桂太郎著「アナログ電子回路の基礎」p.117 東京電機大学出版局 2003 ISBN 4-501-32290-X

[rf_microele-3] 黒田忠広監訳「RFマイクロエレクトロニクス」 p.205 丸善 2002 ISBN 4-621-07005-3

[4] Renesus ショットキーバリアダイオード

[ilab_passivemixer-5] 高周波回路教室パッシブ・ミキサ

[6] ＤＢＭの動作原理を知る

[7] 無線工学の基礎リング変調回路の構成

[8] 電子情報通信学会編「通信方式」p.87 コロナ社 1985 ISBN 4-339-00032-9

[9] Ｒ＆Ｋ社ＤＢＭ

[10] Mini-Circuits DBM ADE-1を使った汎用DBMの製作

[11] TDK DBM CB3034Mを使った汎用DBMの製作

[12] DOUBLE BALANCED MIXERS AND BALUNS

[13] OnSemi MC1496 Datasheet

[14] US Patent 6,275,688

[15] Canadian Patent CA 2323023

[16] Thomas H.Lee "The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit" Second Edition p.420, Cambridge University Press, 2004, ISBN 978-0-521-83539-8

[17] 英: potentiometric mixer

[18] トーマス・H・リー著、「The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit」、第二版、p.427、ケンブリッジ大学出版局、2004年、ISBN 978-0-521-83539-8

[19] トーマス・H・リー著、「The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuit」、第二版、p.429、ケンブリッジ大学出版局、2004年、ISBN 978-0-521-83539-8

[20] 森栄二著「マイクロウェーブ技術入門講座基礎編」p.387 CQ出版 2003 ISBN 4-7898-3040-3

[21] JH2CLVによる作例 http://www5a.biglobe.ne.jp/~jh2clv/dbm3making.htm

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