(57)【要約】  入力端子（１）と出力端子（２）間にスイッチ素子（８）を設ける。入力端子（１）からの信号を容量素子（３）で分配し、ダイオード（４）のカソード側に与える。ダイオード（４）のカソード側にはインダクタ（７）が接続され、アノード側には容量素子（５）と抵抗（６）からなる平滑回路が接続される。スイッチ素子（８）は、ダイオード（４）のアノードに接続される制御端子を有し、制御端子に電圧が印加される場合に入力端子（１）と出力端子（２）間の経路をオフにする。
2019211897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波数信号が与えられる入力端子と、
前記入力端子に与えられた高周波信号を出力する出力端子と、
前記高周波数信号の一部を分配する分配部と、
前記分配部とカソードが接続され、前記分配した信号のレベルと周期に応じてオンオフするダイオードと、
前記ダイオードがオンのとき、当該ダイオードから流れる電流を接地するインダクタと、
前記ダイオードのアノードと接地間に接続され、前記ダイオードのアノードに生じる電圧を平滑する平滑回路と、
前記入力端子と前記出力端子間に接続され、前記ダイオードのアノードに接続される制御端子を有し、当該制御端子に電圧が印加される場合に前記入力端子と前記出力端子間をオフにするスイッチ素子とを備えたリミッタ回路。
【請求項２】
前記分配部は、前記入力端子に一端を接続し、他端を前記ダイオードのカソードに接続した容量素子を用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載のリミッタ回路。
【請求項３】
前記分配部は、方向性結合器を用いて構成されていることを特徴とする請求項１記載のリミッタ回路。
【請求項４】
前記スイッチ素子と前記ダイオードは電界効果トランジスタで構成され、
かつ、前記容量素子とインダクタと平滑回路とが、前記スイッチ素子及びダイオードと同一基板上に設けられたことを特徴とする請求項２記載のリミッタ回路。
【請求項５】
前記平滑回路は抵抗と容量素子からなり、前記抵抗を流れる電流と前記インダクタを流れる電流が同一方向となり、かつ、前記抵抗と前記インダクタとの距離が前記基板の厚みより小さいことを特徴とする請求項４記載のリミッタ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波信号の電力が既定値を超えた場合にその電力を低減するリミッタ回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
入力端子に与えられた高周波信号の電力が規定値を超える場合に、その高周波信号の電力を規定値以内に抑えるためのリミッタ回路が存在する。従来のリミッタ回路として、例えば、特許文献１に示されるリミッタ回路は、入力端子に与えられた信号を分配して、その一方が検波ダイオードで検波され、この検波された信号が受信電力計測部で計測される。また、分配された他方の信号は減衰器に与えられ、減衰器によって減衰された信号が出力される。ここで、受信電力計測部は、入力された信号のレベルを検知し、検知された信号のレベルに応じて減衰器制御部が減衰器への制御信号を出力する。減衰器制御部は、信号のレベルが大きい場合に減衰器の減衰量が大きくなるように制御信号を出力することでリミッタ回路としての動作を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のリミッタ回路では、入力された信号を減衰させるための減衰器が必要であると共に、減衰器の減衰量を制御するために、減衰器制御部と受信電力計測部といった構成も必要であり、リミッタ回路として部品点数が多く、小型化が困難であるという問題があった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、部品点数を少なくし小型化を図ることのできるリミッタ回路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】
【０００６】
この発明に係るリミッタ回路は、高周波数信号が与えられる入力端子と、入力端子に与えられた高周波信号を出力する出力端子と、高周波数信号の一部を分配する分配部と、分配部とカソードが接続され、分配した信号のレベルと周期に応じてオンオフするダイオードと、ダイオードがオンのとき、ダイオードから流れる電流を接地するインダクタと、ダイオードのアノードと接地間に接続され、ダイオードのアノードに生じる電圧を平滑する平滑回路と、入力端子と出力端子間に接続され、ダイオードのアノードに接続される制御端子を有し、制御端子に電圧が印加される場合に入力端子と出力端子間をオフにするスイッチ素子とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のリミッタ回路は、ダイオードのカソードに、高周波数信号を分配する分配部を接続すると共に、ダイオードから流れる電流を接地するためのインダクタを接続する。ダイオードのアノードには平滑回路を接続すると共にスイッチ素子の制御端子を接続する。スイッチ素子は、制御端子に電圧が印加される場合に入力端子と出力端子間の高周波数信号をオフにする。これにより、部品点数を増加させることなくリミッタ回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１によるリミッタ回路を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるリミッタ回路の入力電力と出力電力との関係を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるリミッタ回路を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるリミッタ回路を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるリミッタ回路の等価回路図である。
【図６】この発明の実施の形態３によるリミッタ回路の一形成例を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるリミッタ回路の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態によるリミッタ回路を示す構成図である。図１に示すリミッタ回路は、入力端子１、出力端子２、容量素子３、ダイオード４、容量素子５、抵抗６、インダクタ７、スイッチ素子８、バイアス抵抗９を備える。
【００１０】
入力端子１は、高周波信号が与えられる端子でありスイッチ素子８のソース端子に接続される。なお、高周波信号とは無線通信で使用する周波数の信号であるとする。出力端子２は入力端子１から入力された高周波信号を出力するための端子であり、スイッチ素子８のドレイン端子に接続される。容量素子３は、入力端子１から入力された高周波信号の一部を分配する分配部を構成し、その一端は入力端子１とスイッチ素子８のソース端子に接続され、他端は、インダクタ７の一端とダイオード４のカソードに接続される。ダイオード４は、例えば電界効果トランジスタを用いて形成され、そのアノードには、容量素子５の一端と抵抗６の一端とバイアス抵抗９の一端に接続される。容量素子５と抵抗６は、ダイオード４のアノードで生じた電圧を平滑するための平滑回路を構成し、容量素子５と抵抗６の他端は接地されている。インダクタ７は、ダイオード４がオンのときに、ダイオード４から流れる電流を接地するためのＤＣリターンインダクタであり、他端は接地されている。スイッチ素子８は、例えば、電界効果トランジスタで形成され、そのゲート端子にはバイアス抵抗９の他端が接続され、ゲート端子への制御電圧によってオンオフが行われるようになっている。バイアス抵抗９は、スイッチ素子８のゲート端子からみた入力インピーダンスを高めるものである。また、インダクタ７は、ダイオード４から流れる電流を接地面へと流し、また、容量素子３で検出された電圧がダイオード４のカソードに効率よく伝達されるように整合をとる役割を持つ。また、実施の形態１では、スイッチ素子８として、ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ）などのノーマリーオンの特性をもつトランジスタであるとする。
なお、容量素子３、ダイオード４、容量素子５、抵抗６、インダクタ７、バイアス抵抗９は、スイッチ素子８と同一基板上に形成されてもよい。
【００１１】
次に、実施の形態１のリミッタ回路の動作について説明する。
高周波信号は、入力端子１から入力され、分配された高周波信号の一方が容量素子３を介してダイオード４のカソードへ伝達される。また、分配された高周波信号の他方はスイッチ素子８のソース端子に与えられる。
まず、低入力電力における動作について説明する。
低入力電力においては、容量素子３を介してダイオード４のカソードに伝達された信号の電圧振幅ｖＫが十分に小さく、ダイオード４はオフ状態となる。このとき、ダイオード４には電流が流れない。スイッチ素子８のゲート端子は、バイアス抵抗９と抵抗６を介して接地面へ接続される。よって、スイッチ素子８のゲート端子には０Ｖが印加される。スイッチ素子８をＧａＮなどのノーマリーオンのトランジスタを用いて形成する場合、スイッチ素子８はオン状態となる。スイッチ素子８がオン状態となると、スイッチ素子８のドレインソース間はスルーの状態となるので、ソース端子に伝達された信号はドレイン端子に接続される。よって、低入力電力においては、入力端子１から伝達された信号がソース端子、ドレイン端子を介して出力端子２に到達し、出力される。
【００１２】
次に、高入力電力における動作について述べる。
高入力電力時では、ダイオード４のカソードにて正の電圧振幅が生じるとオフ状態となり、負の電圧振幅が生じるとダイオード４はオン状態となる。
ダイオード４がオン状態となると、ダイオード４からインダクタ７に電流が流れる。このとき、ダイオード４には順電圧Ｖｆの電圧降下が生じる。ダイオード４のアノードにはｖＡ＝ｖＫ＋Ｖｆの電圧が生じる。
ｖＫが正と負の振幅を周期的にとるとき、ダイオード４は負の振幅の周期に応じてオン状態となる。順電圧Ｖｆは一定値であるのでｖＫの負の振幅の大きさが大きい程、ｖＡは負の電圧へと偏移する。アノードでの電圧ｖＡはバイアス抵抗９を介してスイッチ素子８のゲート端子に印加される。
ｖＫが正の振幅をとるときダイオード４はオフの状態となるが、その周期が容量素子５と抵抗６により決まる時定数τよりも十分に小さければ、容量素子５に蓄えられた電荷が放出されずに容量素子５で電圧降下が発生する。よって、ｖＫが正の電圧振幅の時にもｖＡは０Ｖとならず、負の電位となる。
従って、大信号動作時においては、ｖＡが０Ｖから負の電位へ偏移する。そのため、スイッチ素子８はオン状態からオフ状態へと偏移し、高入力電力においては入力端子１から出力端子２へ信号が伝達されないので、リミッタ回路として動作する。
【００１３】
図２は、入力電力と出力電力との関係を示す説明図である。図２において、Ｐｉｎは入力電力（ｄＢｍ）、Ｐｏｕｔは出力電力（ｄＢｍ）、Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔは入力電力と出力電力の差分（ｄＢ）を示している。特性２０１はＰｉｎに対するＰｏｕｔの関係を示し、特性２０２は、Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔを示している。図２より、入力電力が２０ｄＢｍ近傍においてリミッタの動作を示すことを確認できる。なお、リミッタの動作を示す入力電力のレベルは容量素子３の容量値によって調整可能であり、図２は一計算例を示すものである。
【００１４】
以上説明したように、実施の形態１のリミッタ回路によれば、高周波数信号が与えられる入力端子と、入力端子に与えられた高周波信号を出力する出力端子と、高周波数信号の一部を分配する分配部と、分配部とカソードが接続され、分配した信号のレベルと周期に応じてオンオフするダイオードと、ダイオードがオンのとき、ダイオードから流れる電流を接地するインダクタと、ダイオードのアノードと接地間に接続され、ダイオードのアノードに生じる電圧を平滑する平滑回路と、入力端子と出力端子間に接続され、ダイオードのアノードに接続される制御端子を有し、制御端子に電圧が印加される場合に入力端子と出力端子間をオフにするスイッチ素子とを備えたので、部品点数を増加させることなくリミッタ回路を構成することができ、リミッタ回路としての小型化を図ることができる。
【００１５】
実施の形態２．
実施の形態２は、分配部を方向性結合器で構成したものである。図３に実施の形態２のリミッタ回路を示す。
図３において、方向性結合器１０は、入力端子１から入力された高周波信号を分配する分配部を構成する単方向性結合器である。分配された一方の信号はダイオード４のカソードとインダクタ７の一端に与えられ、他方の信号はスイッチ素子８のソース端子に与えられる。他の構成は図１に示した実施の形態１の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。また、動作に関しても、高周波信号を方向性結合器１０で分配している以外は実施の形態１と同様である。
【００１６】
以上説明したように、実施の形態２のリミッタ回路によれば、分配部は、方向性結合器を用いて構成されるようにしたので、実施の形態１の効果に加えて、低損失な特性を得ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
実施の形態３は、インダクタと平滑回路を構成する抵抗を電磁界結合の関係としたものである。図４に実施の形態３のリミッタ回路を示す。
実施の形態３のリミッタ回路は、容量素子３、ダイオード４、容量素子５、抵抗６、インダクタ７、バイアス抵抗９が、スイッチ素子８と同一基板上に形成される。また、インダクタ７は抵抗６と電磁界結合の関係にある。これ以外の構成については図１に示した実施の形態１の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
実施の形態３のリミッタ回路において、インダクタ７は抵抗６の間には結合容量が形成される。この結合容量のインピーダンスが無視できない周波数帯においては等価的な容量としてみなせる。図５は、結合容量のインピーダンスが無視できない周波数、ここではリミッタ回路の設定周波数よりも高い周波数における図４の回路の等価回路を示す。図５において、インダクタ７ａ、７ｂはインダクタ７の一部であり、抵抗６ａ、６ｂは抵抗６の一部であり、結合容量１１はインダクタ７と抵抗６の間の結合容量である。
【００１９】
図６は、実施の形態３に係るリミッタ回路の一形成例を示すものである。また、図７はリミッタ回路要部の断面図である。図６及び図７において、スパイラルインダクタ７０はインダクタ７と、また、抵抗６０は抵抗６とそれぞれ対応する。なお、図６及び図７では、スパイラルインダクタ７０と抵抗６０以外の構成についてはその図示を省略している。抵抗６０はビア１２を介して接地へと接続される。図６において、矢印７０ａはスパイラルインダクタ７０を流れる電流とその向きを表し、矢印６０ａは抵抗６０に流れる電流とその向きを表している。
矢印７０ａと矢印６０ａで示すように、スパイラルインダクタ７０を流れる電流と抵抗６０を流れる電流とが互いに同一方向を向き、スパイラルインダクタ７０と抵抗６０はその距離ｄがスパイラルインダクタ７０と抵抗６０が形成される半導体基板の厚みｔよりも小さくなるように配置される。
【００２０】
図５において、容量素子３、インダクタ７ａ、結合容量１１、抵抗６ｂはＬＲＣの直列共振回路となる。結合容量１１はリミッタ回路の設定周波数よりも高い周波数で等価的な容量とみなせるので、この直列共振回路の共振周波数はリミッタ回路の動作周波数よりも高い周波数となる。共振周波数では入力端子１から容量素子３をみたインピーダンスは低インピーダンスとなり高い反射特性を示す。そのため、共振周波数近傍の信号は出力端子２へ到達せず、実施の形態３に係るリミッタ回路は帯域遮断の特性を有する。
よって、実施の形態３のリミッタ回路では、部品数を増加させずに、帯域遮断特性を有する構成を得ることができる。
なお、上記例では、抵抗６とインダクタ７が電磁界結合の関係にある場合について説明したが、容量素子５とインダクタ７が電磁界結合の関係にあっても同様の効果が得られる。この場合、図６及び図７の抵抗６０を容量素子５に対応した構成とすることで同様に適用可能である。
【００２１】
以上説明したように、実施の形態３のリミッタ回路によれば、平滑回路は抵抗と容量素子からなり、抵抗を流れる電流とインダクタを流れる電流が同一方向となり、かつ、抵抗とインダクタとの距離が基板の厚みより小さいようにしたので、実施の形態１の効果に加えて、抵抗とインダクタとが電磁界結合の関係となり、これら抵抗とインダクタ間の距離を選択することにより、帯域遮断特性を得ることができる。
【００２２】
本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意な構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意な構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
以上のように、この発明に係るリミッタ回路は、高周波数信号が既定値を超えた場合にその電力を低減する構成に関するものであり、基板上に各素子を設けるリミッタ回路の部品数の増加を抑えて小型化を図るのに適している。
【符号の説明】
【００２４】
１  入力端子、２  出力端子、３  容量素子、４  ダイオード、５  容量素子、６，６０  抵抗、７  インダクタ、８  スイッチ素子、９  バイアス抵抗、１０  方向性結合器、１１  結合容量、１２  ビア、７０  スパイラルインダクタ。
【図１】
2019211897.tif 000003
【図２】
2019211897.tif 000004
【図３】
2019211897.tif 000005
【図４】
2019211897.tif 000006
【図５】
2019211897.tif 000007
【図６】
2019211897.tif 000008
【図７】
2019211897.tif 000009
【国際調査報告】
2019211897.tif 000010
2019211897.tif 000011
2019211897.tif 000012
2019211897.tif 000013