(57)【要約】【課題】  構成が簡易で安価な広帯域の双方向増幅器を提供する。【解決手段】  ３ｄＢカプラ１と、そのアイソレーションポートに接続された負性抵抗のダイオードであるガンダイオード２ａ，２ｂと、ガンダイオード２ａ，２ｂのアノードに一端が接続するコイル３ａ，３ｂと、コイル３ａ，３ｂの他端に一端が接続するコンデンサ４ａ，４ｂとバイアス電源５ａ，５ｂと、３ｄＢカプラ１の入出力ポートに接続する入出力端子６ａ，６ｂとを備えるものであり、ガンダイオード２ａ，２ｂのカソードは接地され、コンデンサ４ａ，４ｂの他端は接地されている双方向増幅器である。【選択図】        図１
2014220672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１〜４の端子を備えるカプラを有する双方向増幅器であって、
前記第１及び第２の端子が入出力ポートであり、
前記第３及び第４の端子がアイソレーションポートであり、
前記第３及び第４の端子には各々に負性抵抗を持ったダイオードが接続され、当該ダイオードにバイアス電圧が印加されることを特徴とする双方向増幅器。
【請求項２】
負性抵抗を持ったダイオードは、トンネルダイオード、ガンダイオード又はインパッドダイオードであり、
第３及び第４の端子には各々に前記ダイオードのアノードが接続され、前記ダイオードのカソードが接地されることを特徴とする請求項１記載の双方向増幅器。
【請求項３】
ダイオードのアノードにはコイルの一端が接続され、前記コイルの他端にはバイアス電源が接続されると共に前記コイルの他端にはコンデンサの一端が接続され、前記コンデンサの他端が接地されることを特徴とする請求項１又は２記載の双方向増幅器。
【請求項４】
第１〜４の端子を備えるカプラを有する双方向増幅器であって、
前記第１及び第２の端子が入出力ポートであり、
前記第３及び第４の端子がアイソレーションポートであり、
前記第３及び第４の端子には各々に負性抵抗を持ったコルピッツ回路が接続され、当該コルピッツ回路にバイアス電圧が印加されることを特徴とする双方向増幅器。
【請求項５】
コルピッツ回路は、トランジスタを備え、
第３及び第４の端子には各々に前記トランジスタのベースが接続され、前記トランジスタのコレクタにはコイルとコンデンサの並列接続回路を介してバイアス電源が接続されることを特徴とする請求項４記載の双方向増幅器。
【請求項６】
送受信器であって、
送信信号を入力する入力端子と、
受信信号を出力する出力端子と、
双方向の増幅を行うものであり、送信信号を入力すると共に増幅された受信信号を出力する第１の端子、受信信号を入力すると共に増幅された送信信号を出力する第２の端子を備える、請求項１乃至５のいずれか記載の双方向増幅器と、
前記入力端子からの送信信号を前記双方向増幅器の第１の端子に出力すると共に、前記双方向増幅器の第１の端子からの受信信号を前記出力端子に出力するサーキュレータと、
前記双方向増幅器の第２の端子に接続する送受信アンテナとを有することを特徴とする送受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２端子に入力された信号を双方向に増幅する双方向増幅器に係り、特に、構成が簡易で安価な広帯域の双方向増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来の双方向増幅器は、マイクロ波帯、ミリ波帯において、２端子から入力された信号を一方向ではなく、双方向に増幅するものである。
そして、従来の双方向増幅器は、入力波と出力波を分離するために、負性抵抗回路とサーキュレータを用いたダイオード増幅器を使用している。
【０００３】
［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２００８−１４１４５０号公報「双方向増幅器」（ＤＸアンテナ株式会社）［特許文献１］、特開２００５−１６０００９号公報「送受信アンテナおよびそれを用いたミリ波送受信器」（京セラ株式会社）［特許文献２］がある。
【０００４】
特許文献１には、双方向増幅器において、２端子の一方から入力された信号をＬＰＦ（Low Pass Filter）を通過させて増幅して他方の端子に出力し、また、２端子の他方の端子から入力された信号をＨＰＦ（High Pass Filter）を通過させて増幅して一方の端子に出力することが示されている。
しかしながら、引用文献１は、２端子から入力された信号を増幅して別の２端子に出力するものではない。
【０００５】
特許文献２には、ミリ波送受信器において、ガンダイオードとサーキュレータを用いて増幅回路を構成することが示されている。
しかしながら、特許文献２では、信号を一方向に増幅するものであり、双方向に増幅するものとはなっていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４１４５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１６０００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の双方向増幅器では、サーキュレータ等の機能素子が必要であり、構成が複雑で高価になるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、構成が簡易で安価な広帯域の双方向増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、第１〜４の端子を備えるカプラを有する双方向増幅器であって、第１及び第２の端子が入出力ポートであり、第３及び第４の端子がアイソレーションポートであり、第３及び第４の端子には各々に負性抵抗を持ったダイオードが接続され、当該ダイオードにバイアス電圧が印加されることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、上記双方向増幅器において、負性抵抗を持ったダイオードが、トンネルダイオード、ガンダイオード又はインパッドダイオードであり、第３及び第４の端子には各々にダイオードのアノードが接続され、ダイオードのカソードが接地されることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、上記双方向増幅器において、ダイオードのアノードにはコイルの一端が接続され、コイルの他端にはバイアス電源が接続されると共にコイルの他端にはコンデンサの一端が接続され、コンデンサの他端が接地されることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、第１〜４の端子を備えるカプラを有する双方向増幅器であって、第１及び第２の端子が入出力ポートであり、第３及び第４の端子がアイソレーションポートであり、第３及び第４の端子には各々に負性抵抗を持ったコルピッツ回路が接続され、当該コルピッツ回路にバイアス電圧が印加されることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、上記双方向増幅器において、コルピッツ回路が、トランジスタを備え、第３及び第４の端子には各々にトランジスタのベースが接続され、トランジスタのコレクタにはコイルとコンデンサの並列接続回路を介してバイアス電源が接続されることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、送受信器であって、送信信号を入力する入力端子と、受信信号を出力する出力端子と、双方向の増幅を行うものであり、送信信号を入力すると共に増幅された受信信号を出力する第１の端子、受信信号を入力すると共に増幅された送信信号を出力する第２の端子を備える、上記の双方向増幅器と、入力端子からの送信信号を双方向増幅器の第１の端子に出力すると共に、双方向増幅器の第１の端子からの受信信号を出力端子に出力するサーキュレータと、双方向増幅器の第２の端子に接続する送受信アンテナとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、第１〜４の端子を備えるカプラを有し、第１及び第２の端子が入出力ポートであり、第３及び第４の端子がアイソレーションポートであり、第３及び第４の端子には各々に負性抵抗を持ったダイオードが接続され、当該ダイオードにバイアス電圧が印加される双方向増幅器としているので、構成が簡易で安価な広帯域の双方向増幅器を実現できる効果がある。
【００１６】
本発明によれば、第１〜４の端子を備えるカプラを有し、第１及び第２の端子が入出力ポートであり、第３及び第４の端子がアイソレーションポートであり、第３及び第４の端子には各々に負性抵抗を持ったコルピッツ回路が接続され、当該コルピッツ回路にバイアス電圧が印加される双方向増幅器としているので、構成が簡易で安価な広帯域の双方向増幅器を実現できる効果がある。
【００１７】
本発明は、送信信号を入力する入力端子と、受信信号を出力する出力端子と、双方向の増幅を行うものであり、送信信号を入力すると共に増幅された受信信号を出力する第１の端子、受信信号を入力すると共に増幅された送信信号を出力する第２の端子を備える、上記の双方向増幅器と、入力端子からの送信信号を双方向増幅器の第１の端子に出力すると共に、双方向増幅器の第１の端子からの受信信号を出力端子に出力するサーキュレータと、双方向増幅器の第２の端子に接続する送受信アンテナとを有する送受信器としているので、送信周波数と受信周波数が同じで、一本のアンテナで送受信する場合に、構成が簡易で安価に広帯域の双方向増幅を実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の双方向増幅器の回路図である。
【図２】第２の双方向増幅器の回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る送受信器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る第１の双方向増幅器は、４端子のカプラを有し、４端子におけるアイソレーションポートに負性抵抗を持ったダイオードを接続し、更に当該ダイオードにバイアス電圧を印加したものであり、構成が簡易で安価に双方向で広帯域を実現できるものである。
【００２０】
また、本発明の実施の形態に係る第２の双方向増幅器は、４端子のカプラを有し、４端子におけるアイソレーションポートに負性抵抗を持ったコルピッツ回路を接続し、更に当該コルピッツ回路にバイアス電圧を印加したものであり、構成が簡易で安価に双方向で広帯域を実現できるものである。
【００２１】
［第１の双方向増幅器：図１］
本発明の実施の形態に係る第１の双方向増幅器（第１の双方向増幅器）について図１を参照しながら説明する。図１は、第１の双方向増幅器の回路図である。
第１の双方向増幅器は、図１に示すように、３ｄＢカプラ１と、そのアイソレーションポートに接続された負性抵抗のダイオードであるガンダイオード２ａ，２ｂと、ガンダイオード２ａ，２ｂのアノードに一端が接続するコイル３ａ，３ｂと、コイル３ａ，３ｂの他端に一端が接続するコンデンサ４ａ，４ｂとバイアス電源５ａ，５ｂと、３ｄＢカプラ１の入出力ポートに接続する入出力端子６ａ，６ｂとを備えている。
【００２２】
尚、ガンダイオード２ａ，２ｂのカソードは接地され、コンデンサ４ａ，４ｂの他端は接地されている。
図１では、負性抵抗のダイオードをガンダイオード２ａ，２ｂとしたが、トンネルダイオード、インパッドダイオードで構成してもよい。
【００２３】
ここで、ガンダイオードは、負性抵抗を示すガン効果で数ＧＨｚのマイクロ波を数百ｍＷのオーダーで発生させることができるものである。
トンネルダイオードは、不純物濃度を極めて高くしたＰＮ接合ダイオードであり、順バイアスをかけたときに負性抵抗を示すもので、電圧が上がろうとすると抵抗が増えて電流が減り、電圧が下がろうとすると抵抗が減って電流が増えて、マイクロ波の周波数の振動が発生するものである。
インパッドダイオードは、ダイオードに高い逆電圧を掛け、アバランシェ現象を起こしておき、高周波を印加した時に、負性抵抗特性が出現することを利用して発振させるものである。
【００２４】
［第１の双方向増幅器の動作］
第１の双方向増幅器は、アイソレーションポートに接続するガンダイオード２ａ，２ｂにバイアス電源５ａ，５ｂからバイアス電圧が印加された状態で、入出力端子６ａから信号（入力（１））が入力されると、３ｄＢカプラ１で増幅されて入出力端子６ｂに増幅された信号（出力（１））が出力される。
また、第１の双方向増幅器において、入出力端子６ｂから信号（入力（２））が入力されると、３ｄＢカプラ１で増幅されて入出力端子６ａに増幅された信号（出力（２））が出力される。
【００２５】
［第１の双方向増幅器の効果］
第１の双方向増幅器によれば、３ｄＢカプラ１とガンダイオード２ａ，２ｂのような負性抵抗増幅器を用いることにより、ガンダイオード２ａ，２ｂの負性抵抗のある範囲の周波数において、広帯域で双方向増幅器を実現できる効果がある。
【００２６】
また、第１の双方向増幅器によれば、３ｄＢカプラ１は平面回路にて実現できるため、トランジスタ及びサーキュレータ等の複雑な回路を用いるものではないから、非常に簡単な構成で安価に双方向の増幅器を実現できる効果がある。
【００２７】
［第２の双方向増幅器：図２］
次に、本発明の実施の形態に係る第２の双方向増幅器（第２の双方向増幅器）について図２を参照しながら説明する。図２は、第２の双方向増幅器の回路図である。
第２の双方向増幅器は、図２に示すように、３ｄＢカプラ１と、３ｄＢカプラ１の入出力ポートに接続する入出力端子６ａ，６ｂと、３ｄＢカプラ１のアイソレーションポートに接続された負性抵抗を有するコルピッツ回路とを備えている。
【００２８】
コルピッツ回路は、トランジスタ１１ａ，１１ｂと、バイアス電源１２ａ，１２ｂと、コンデンサ１３ａ，１３ｂと、並列接続のコンデンサ１４ａ，１４ｂとコイル１５ａ，１５ｂと、抵抗１６ａ，１６ｂと、コイル１７ａ，１７ｂと、抵抗１８ａ，１８ｂと、コンデンサ１９ａ，１９ｂと、コンデンサ２０ａ，２０ｂと、コイル２１ａ，２１ｂと、抵抗２２ａ，２２ｂと、コンデンサ２３ａ，２３ｂとを有している。
【００２９】
具体的には、コルピッツ回路は、３ｄＢカプラ１のアイソレーションポートに負性抵抗端子を使用して、その端子に直列にコンデンサ２３ａ，２３ｂを介してトランジスタ１１ａ，１１ｂのベースが接続している。
また、トランジスタ１１ａ，１１ｂのベースには、コンデンサ１９ａ，１９ｂとコンデンサ２０ａ，２０ｂが直列に接続され、コンデンサ２０ａ，２０ｂの他端は接地されている。
また、コンデンサ１９ａ，１９ｂの間の点がトランジスタ１１ａ，１１ｂのエミッタに接続され、エミッタには、コイル２１ａ，２１ｂと抵抗２２ａ，２２ｂが直列に接続され、抵抗２２ａ，２２ｂの他端は接地されている。
【００３０】
更に、トランジスタ１１ａ，１１ｂのベースには、バイアス電源１２ａ，１２ｂが抵抗１６ａ，１６ｂとコイル１７ａ，１７ｂを介して接続している。抵抗１６ａ，１６ｂとコイル１７ａ，１７ｂは直列接続され、その間の点に抵抗１８ａ，１８ｂの一端が接続し、他端が接地されている。
【００３１】
また、トランジスタ１１ａ，１１ｂのコレクタには、コンデンサ１４ａ，１４ｂとコイル１５ａ，１５ｂの並列接続回路の一端が接続され、その並列接続回路の他端がバイアス電源１２ａ，１２ｂに接続している。
そして、バイアス電源１２ａ，１２ｂと並列接続回路の他端との間の点に、コンデンサ１３ａ，１３ｂの一端が接続し、その他端が接地されている。
【００３２】
［第２の双方向増幅器の動作］
第２の双方向増幅器は、アイソレーションポートに接続するコルピッツ回路においてバイアス電源１２ａ，１２ｂからバイアス電圧が印加された状態で、入出力端子６ａから信号が入力されると、３ｄＢカプラ１で増幅されて入出力端子６ｂに増幅された信号が出力される。
また、第２の双方向増幅器において、入出力端子６ｂから信号が入力されると、３ｄＢカプラ１で増幅されて入出力端子６ａに増幅された信号が出力される。
【００３３】
［第２の双方向増幅器の効果］
第２の双方向増幅器によれば、３ｄＢカプラ１と、負性抵抗端子を使用してコルピッツ回路を接続した負性抵抗増幅器を用いることにより、コルピッツ回路におけるトランジスタ１１ａ，１１ｂの負性抵抗のある範囲の周波数において、広帯域で双方向増幅器を実現できる効果がある。
【００３４】
また、第２の双方向増幅器によれば、コルピッツ回路のトランジスタ１１ａ，１１ｂを用いることで、第１の双方向増幅器と比べて増幅率を大きくすることができ、更に、サーキュレータを用いることがないから、構成を簡易にできる効果がある。
【００３５】
［本送受信器：図３］
次に、第１及び第２の双方向増幅器を利用した送受信器（本送受信器）について図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る送受信器の概略構成図である。
本送受信器は、図３に示すように、第１又は第２の双方向増幅器１０と、入力端子３１と、出力端子３２と、サーキュレータ３３と、送受信アンテナ３４とを備えている。
【００３６】
［本送受信器の各部］
入力端子３１は、送信信号を入力してサーキュレータ３３に出力する。
出力端子３２は、増幅された受信信号をサーキュレータ３３から入力する。
サーキュレータ３３は、入力端子３１からの送信信号を双方向増幅器１０に出力し、双方向増幅器１０からの増幅された受信信号を出力端子３２に出力する。
【００３７】
双方向増幅器１０は、サーキュレータ３３からの送信信号を増幅して送受信アンテナ３４に出力する。
また、双方向増幅器１０は、送受信アンテナ３４からの受信信号を増幅してサーキュレータ３３に出力する。
送受信アンテナ３４は、双方向増幅器１０からの増幅された送信信号を電波として空間に放射し、空間からの電波を取り込んで受信信号を双方向増幅器１０に出力する。
【００３８】
［本送受信器の動作］
まず、送信信号の増幅処理と送信処理を説明する。尚、図３では、送信信号は、実線で示し、受信信号は点線で示している。
入力端子３１に送信信号が入力されると、サーキュレータ３３が送信信号を双方向増幅器１０に出力する。
双方向増幅器１０は、サーキュレータ３３からの送信信号を増幅し、送受信アンテナ３４に出力する。
送受信アンテナ３４は、増幅した送信信号を空間に電波で放射する。
【００３９】
次に、受信信号の受信処理と増幅処理を説明する。
送受信アンテナ３４で空間から電波を取り込み、受信信号を双方向増幅器１０に入力する。
双方向増幅器１０は、送受信アンテナ３４からの受信信号を増幅し、サーキュレータ３３に出力する。
サーキュレータ３３は、双方向増幅器３３からの増幅された受信信号を出力端子３２に出力する。
【００４０】
［本送受信器の効果］
本送受信器によれば、送信周波数と受信周波数が同じで、一本のアンテナで送受信する場合に、例えば、センサーやレーダーに適用する場合に、送信波に対して有効であり、構成が簡易で安価に広帯域の双方向増幅を実現できる効果がある。
【００４１】
［実施の形態の効果］
第１の双方向増幅器によれば、３ｄＢカプラ１とガンダイオード２ａ，２ｂのような負性抵抗増幅器を用いることにより、ガンダイオード２ａ，２ｂの負性抵抗のある範囲の周波数において、広帯域で双方向増幅器を実現でき、更に、トランジスタ及びサーキュレータ等のように複雑な回路を用いるものではないから、非常に簡単な構成で安価に双方向の増幅器を実現できる効果がある。
【００４２】
第２の双方向増幅器によれば、３ｄＢカプラ１と、負性抵抗端子を使用してコルピッツ回路を接続した負性抵抗増幅器を用いることにより、コルピッツ回路におけるトランジスタ１１ａ，１１ｂの負性抵抗のある範囲の周波数において、広帯域で双方向増幅器を実現でき、第１の双方向増幅器と比べて増幅率を大きくすることができ、更にサーキュレータ等を用いるものではないから、簡易な構成で安価に双方向の増幅器を実現できる効果がある。
【００４３】
本送受信器によれば、第１及び第２の双方向増幅器を用いることにより、送信周波数と受信周波数が同じで、一本のアンテナで送受信する場合に、構成が簡易で安価に広帯域の双方向増幅を実現できる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、構成が簡易で安価な広帯域の双方向増幅器に好適である。
【符号の説明】
【００４５】
１...３ｄＢカプラ、  ２ａ，２ｂ...ガンダイオード、  ３ａ，３ｂ...コイル、  ４ａ，４ｂ...コンデンサ、  ５ａ，５ｂ...バイアス電源、  ６ａ，６ｂ...入出力端子、  １０...双方向増幅器、  １１ａ，１１ｂ...トランジスタ、  １２ａ，１２ｂ...バイアス電源、  １３ａ，１３ｂ...コンデンサ、  １４ａ，１４ｂ...コンデンサ、  １５ａ，１５ｂ...コイル、  １６ａ，１６ｂ...抵抗、  １７ａ，１７ｂ...コイル、  １８ａ，１８ｂ...抵抗、  １９ａ，１９ｂ...コンデンサ、  ２０ａ，２０ｂ...コンデンサ、  ２１ａ，２１ｂ...コイル、  ２２ａ，２２ｂ...抵抗、  ２３ａ，２３ｂ...コンデンサ、  ３１...入力端子、  ３２...出力端子、  ３３...サーキュレータ、  ３４...送受信アンテナ
【図１】
2014220672.tif 000003
【図２】
2014220672.tif 000004
【図３】
2014220672.tif 000005