私は電子工作のミキサー回路には、よくＤＢＭを使います。ＤＢＭとは、Double Balanced Mixer の略です。その動作原理を、詳しくここでご紹介しましょう。最近は、一時高嶺の花であったＤＢＭも安価に入手できるようになったため、このＤＢＭをうまく使いこなすとミキサー回路の設計が簡略化でき、かつ高性能化できます。ＤＢＭは非常に特性がよく、広い適用範囲をもつミキサーであり、ＤＢＭは局発のレベルや、入出力インピーダンスをマッチさせさえすれば、ミキサーのすべてをＤＢＭに替えることができるといえるほどです。ＤＢＭには、まだなじみのない方も多いでしょうが、使い方を理解すると、スペアナだけではなく、ありとあらゆる周波数変換回路に応用できると思いますので、ぜひＤＢＭの使い方のノウハウを修得してください。

ＤＢＭの写真（左側の部品） ＜注：右側はＶＣＯ＞

ＤＢＭの構造

ＤＢＭは図１に示すように、２つの位相分配器（Ｔ１，Ｔ２）と４つのダイオード（Ｄ１〜Ｄ４）から構成され、３つのポート（端子対）を持っています。ポート（１）と（２）の構成は同じです。

図１．　ＤＢＭの概略構造図

ＤＢＭの動作（その１）

図２（ａ），（ｂ）のように、ポート（１）に大きな交流信号を加えた場合を考えます。
このとき、電流はダイオードを通じて流れますが、電流の流れる経路は加える交流信号の極性により（ａ）と（ｂ）に分かれます。ポート（１）がプラス側の時が図２（ａ）、マイナス側の場合が図２（ｂ）になります。
　青色の線が、ちょうどポート（１）の信号の流れになっています。すなわち、ポート（１）がプラス側の時、信号は位相分配器Ｔ１を介して、Ｄ１、Ｄ２という経路をたどります。このとき赤色の線、Ｄ３，Ｄ４には電流が流れません。また、ポート（１）がマイナス側の時、信号は位相分配器Ｔ１を介して、Ｄ３、Ｄ４という経路をたどります。このとき赤色の線、Ｄ１，Ｄ２には電流が流れません。
　ここで、ポート（３）に小さな信号があったとします。図２（ａ）の場合、小さな信号は、まず位相分配器Ｔ１で分配され、それぞれＤ１とＤ２を通り、Ｔ２の中点を通ります。このとき、小さな信号は位相分配器Ｔ２を介してポート（２）へ出力されます。
　図２（ｂ）の場合、小さな信号は、まず位相分配器Ｔ１で分配され、それぞれＤ３とＤ４を通り、Ｔ２の中点を通ります。このとき、小さな信号は位相分配器Ｔ２を介してポート（２）へ位相が反転して出力されます。ポート（２）に大きな信号を与えた場合も、これと全く同じ動作になります。

図２（ａ）．　ＤＢＭスイッチング動作　１−（ａ）

図２（ｂ）．　ＤＢＭスイッチング動作　１−（ｂ）

ＤＢＭの動作（その２）

　図３（ａ），（ｂ）のように、ポート（３）に大きな交流信号を加えた場合を考えます。
このとき、電流はダイオードを通じて流れますが、電流の流れる経路は加える交流信号の極性により（ａ）と（ｂ）に分かれます。ポート（３）がプラス側の時が図３（ａ）、マイナス側の場合が図３（ｂ）になります。
　青色の線が、ちょうどポート（３）の信号の流れになっています。すなわち、ポート（３）がプラス側の時、信号は位相分配器Ｔ１を分配して、Ｄ１とＤ３、Ｔ２の中点という経路をたどります。このとき赤色の線、Ｄ２，Ｄ４には電流が流れません。
　また、ポート（３）がマイナス側の時、信号は位相分配器Ｔ２の中点で分配して、Ｄ３、Ｄ４、Ｔ１の中点という経路をたどります。このとき赤色の線、Ｄ１，Ｄ２には電流が流れません。
ここで、ポート（１）に小さな信号があったとします。図３（ａ）の場合、小さな信号は、まず位相分配器Ｔ１を介して、Ｄ１、Ｔ２、Ｄ３を通ります。このとき、小さな信号は位相分配器Ｔ２を介してポート（２）へ出力されます。
　図３（ｂ）の場合、小さな信号は、まず位相分配器Ｔ１を介し、Ｄ４、Ｔ２、Ｄ２を通ります。このとき、小さな信号は位相分配器Ｔ２を介してポート（２）へ位相が反転して出力されます。

図３（ａ）．　ＤＢＭスイッチング動作　２−（ａ）

図３（ｂ）．　ＤＢＭスイッチング動作　２−（ｂ）

以上のことから、ダイオードがスイッチとして動作していることが分かると思います。
小さな信号を与える端子ですが、それぞれ入れ替えても成り立ちます。たとえば、ポート（１）に大きな信号を加えたとき、ポート（２）とポート（３）はどちらを入力としても、信号を他方へ出力することが出来ます。ポート（２）とポート（３）は、ポート（１）に大きな信号を入れて、ダイオードをＯＮすることにより、相互に接続されるためです。

ＤＢＭ動作のまとめ

どのポートを用いるかにかかわらず、ＤＢＭに大・小の２つの信号を与えると、第３のポートに大きな信号の極性に応じた、図４に示すように小さな信号の極性が切り替わるものが出力されます。これは、２相のＰＳＫ変調（Phase Shift Keying）の出力波形と同じです。

図４．　ＤＢＭの入出力信号波形

ＤＢＭ出力信号の周波数成分は、図５のようになります。
大きな信号の周波数を ｆ_０、小さな信号の周波数を f₁としたとき、２通りが考えられます。
（ａ）が f₁＞ｆ_０のとき、（ｂ）が f₁＜ｆ_０のときです。
破線の成分は出力に現れないことを示しており、いずれの場合にも、加えた元の周波数成分は出力に現れず、２つの周波数の和と差の成分が出力端子に現れ、周波数の変換がなされていることが分かります。また、加えた元の周波数成分が出力に現れないことは、アイソレーションを持っているといえます。

図５．　ＤＢＭの出力スペクトラム例

　ＤＢＭは、ダイオードと位相分配器とを組み合わせた受動回路なので、アクティブなミキサーＩＣと比較して、高い周波数での寄生発振などの不安要素は全くありません。

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