(57)【要約】【課題】  高周波増幅器または受信機が歪みによる干渉波の影響を受けた時、受信品質劣化や受信できない状態を回避できる増幅装置を得ることを目的とする。【解決手段】  交流信号を伝送する交流信号伝送路が分岐した第１分岐伝送路が接続され、この第１分岐伝送路から入力される上記交流信号を、第１制御信号に応じた増幅値で出力する第１増幅器３９ａと、上記交流信号伝送路が分岐した第２分岐伝送路が接続され、この第２分岐伝送路から入力された上記交流信号を、第２制御信号に応じた増幅値で出力する第２増幅器３９ｂと、上記第１増幅器の増幅値と上記第２増幅器の増幅値との和を出力する出力合成部３１０と、を備え、  上記第１制御信号及び上記第２制御信号は、上記第１増幅器または上記第２増幅器のいずれか一方の増幅値を、いずれか他方の増幅値に影響が無い程度に小さくするよう制御する信号とした。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流信号を伝送する交流信号伝送路が分岐した第１分岐伝送路が接続され、該第１分岐伝送路から入力される上記交流信号を、第１制御信号に応じた増幅値で出力する第１増幅器と、
上記交流信号伝送路が分岐した第２分岐伝送路が接続され、該第２分岐伝送路から入力された上記交流信号を、第２制御信号に応じた増幅値で出力する第２増幅器と、
上記第１増幅器の増幅値と上記第２増幅器の増幅値との和を出力する出力合成部と、を備え、
上記第１制御信号及び上記第２制御信号は、上記第１増幅器または上記第２増幅器のいずれか一方の増幅値を、いずれか他方の増幅値に影響が無い程度に小さくするよう制御する信号であることを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
第１制御信号または第２制御信号は、第１増幅器または第２増幅器から出力される増幅値を多段階に切替可能としたことを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
第１増幅器は低雑音増幅器であり、第２増幅器は低歪み増幅器であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の増幅装置。
【請求項４】
受信信号の受信レベルを検出する受信レベル検出手段及び上記受信信号の受信品質を検出する受信品質検出手段を備えて、
上記受信レベル検出手段及び上記受信品質検出手段の検出結果に応じて第１増幅器及び第２増幅器を制御することを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【請求項５】
第１増幅器または第２増幅器は、接地側端子にインダクタを接続したことを特徴とする請求項１記載の増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無線通信網における携帯端末等で使用される高周波増幅器または受信機が歪みによる干渉波の影響を受けたとき、受信品質劣化や受信できない状態を回避できる増幅装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯端末とは異なるが、第１の従来例として、特許文献１の「光受信器」において、光通信の受信装置において、広範囲な受信レベル変動に対応する目的で、低雑音増幅器と低歪み増幅器を備え、受信レベルを判別し信号レベルが低い場合は低雑音増幅器を、高い場合は低歪み増幅器に切替えて受信品質を確保する構成を示している。
また別の方法である第２の従来例としての特許文献２では、受信装置の低雑音増幅器の入力段に可変減衰器を挿入し、入力レベルの調整を行ない低雑音増幅器の歪みを低減し、受信品質劣化や受信できない状態を回避していた。
更に第３の従来例としての特許文献３「歪み特性制御方式」では、携帯端末において、無駄な電力を抑える目的で、所定の歪み特性を得るために、低雑音増幅器の電流値を、送信時と受信時とで切替える構成を示している。
【特許文献１】特開平９−２９８５１４号公報（４−５頁、第１図）
【特許文献２】特開２０００−１０１４６１号公報（８−１０頁  第１図）
【特許文献３】特開２００１−２９２０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の受信装置は以上のように構成されており、第１の従来例においては、低雑音増幅器と低歪み増幅器を切替える為には信号ラインにスイッチを挿入せねばならず、切換時にインピーダンスが異なるので、レベル変動が生じる課題がある。更にレベルのみで低雑音増幅器および低歪み増幅器の切換を判断しているが、この技術を無線通信において適用する為には、受信する信号が希望波だけではなく妨害波による増幅器の歪み特性により干渉波が生成されてしまうので、受信で重要となる他の特性である品質に対する考慮が織り込まれていないという課題がある。
また第２の従来例においては、低雑音増幅器の入力段に可変減衰器を挿入しており、この可変減衰器によるロスの影響で雑音係数（ＮＦ）が劣化し、受信感度が劣化するという課題がある。
更に第３の従来例においては、単に送信時の電力節約だけを目的としており、単純な電流設定しかできない、という課題がある。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、高周波増幅器または受信機が歪みによる干渉波の影響を受けた時、受信品質劣化や受信できない状態を回避できる増幅器、受信装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る増幅装置は、交流信号を伝送する交流信号伝送路が分岐した第１分岐伝送路が接続され、この第１分岐伝送路から入力される上記交流信号を、第１制御信号に応じた増幅値で出力する第１増幅器と、
上記交流信号伝送路が分岐した第２分岐伝送路が接続され、この第２分岐伝送路から入力された上記交流信号を、第２制御信号に応じた増幅値で出力する第２増幅器と、
上記第１増幅器の増幅値と上記第２増幅器の増幅値との和を出力する出力合成部と、を備え、
上記第１制御信号及び上記第２制御信号は、上記第１増幅器または上記第２増幅器のいずれか一方の増幅値を、いずれか他方の増幅値に影響が無い程度に小さくするよう制御する信号とした。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、特性の異なる二つの増幅器を備えて、指定により切換えて動作するようにし、その際に受信信号を、特性の異なる二つの増幅器、例えば低雑音増幅器と低歪み増幅器とで共通化した入力点に加えるので、増幅器の切替のために受信信号ライン中にスイッチがなくロスが発生せず、感度劣化が生じないという効果がある。また切替時にインピーダンス変動が少ないので、信号損失は更に小さくなるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
この発明に係る高周波増幅器または受信装置は、ＣＤＭＡ、ＰＤＣ等の携帯電話の受信装置に利用できる。本発明の主旨の一つは、低雑音増幅器と低歪み増幅器のベースとコレクタをＡＣ（交流）的に共通化して接続しそれぞれのトランジスタのバイアスを制御することで増幅器を切替える。このため、信号ラインにスイッチや可変減衰器を挿入する必要がなくロスが発生しないため感度劣化が生じない。また最初から信号入力を２つの増幅器に接続をしておき、増幅器を切替えるので切替時にインピーダンス変動が少なく、信号の位相連続性が必要となる用途に有効である。
更にまた受信品質に応じて、増幅器の電流をステップ的に可変して増大させることで入力インピーダンスを下げたり整合をずらすことができるため、増幅器の電圧利得の値を連続調整して下げることができる。このことにより増幅器の歪み特性が改善するので歪みによる干渉波の発生が抑えられ、干渉波の影響による受信品質の劣化や受信できない状態を回避できる受信装置を得ることが出来る。
【０００８】
この主旨による受信機の構成を説明する。
図１は、この発明の実施の形態１に関わる受信装置の構成を示す図であり、図２は受信装置の品質状態を示すものである。図３は歪み特性改善のための制御フロー図で、図４は図１中の高周波増幅器３の構成を示すものであり、図７は低雑音増幅器と低歪み増幅器の等価モデル図である。
以下図を参照してこの実施の形態における構成と動作について説明する。
【０００９】
図１において、アンテナ１により受信した信号は、デュプレクサ２を通ることで送信部１０からの送信波や外来する受信帯域以外の不要波が除去されて、高周波増幅器３に入力される。そして高周波増幅器３で増幅され、その出力がバンドパスフィルタ４により、デュプレクサ２で十分減衰できなかった受信帯以外の不要波が除去されて、ミキサ５に入力される。ミキサ５と局発ローカル信号により、変調波信号に周波数変換されて、可変利得増幅器６に入力される。制御回路９は可変利得増幅器６の出力が一定となるように可変利得増幅器６利得を制御する。この可変利得増幅器６の出力は、ローパスフィルタ７により隣接チャネル波の信号が除去され、所望チャネルの信号のみが取りだされ、復調回路８に入力される。復調回路８は受信データの復調を行う。また復調回路８は受信した信号の信号レベルとデータ誤り率の情報を制御回路９に伝達し、制御回路９はこの得られた情報から高周波増幅器３に対し、高周波増幅器切替信号９ｂおよび電流制御信号９ｃにて、歪み改善の制御を行なう。
【００１０】
次に高周波増幅器３の歪み改善の制御について説明する。図２に示すように受信装置の品質状態としてケース１のように受信信号レベル２ｂが低くて干渉波により受信品質２ａが悪い状態と、またケース２のように受信信号レベル２ｂは高いが干渉波により受信品質２ａが悪い状態とがあると考えらる。これらの状態を改善するために図３の制御フロー図を参照して高周波増幅器制御を説明する。
【００１１】
初めに制御回路９はケース１を想定して、復調回路８からの受信レベルと受信データ誤り率から、ステップＳ２１（以下、ステップの記述を省略）で、受信レベル２ｂがケース１の下限値である、一定値以上で、受信誤り率が悪い（受信品質２ａが悪い）場合に制御を開始する。受信レベルがある一定以下の場合、受信誤り率は干渉波の影響ではなく、受信信号が微弱であり受信機の熱雑音による影響が大きいため制御は行なわない。
Ｓ２１で受信レベル２ｂがある一定以上で、しかしＳ２２で受信誤り率が悪い場合、先行技術文献（ＩＥＥＥ  ＪＯＵＮＡＬ  ＯＦ  ＳＯＬＩＤ  ＳＴＡＴＥ  ＣＩＲＣＵＩＴ，  ＶＯＬ．３３  ＮＯ．４ＡＰＲＩＬ  １９９８）に示されるように、３次歪みのレベルがトランジスタに流す電流の３乗に反比例するため、この低雑音増幅器３９ａに電流を多く流し込むことで歪み特性を向上させることができる。Ｓ２３で制御回路９は高周波増幅器３に対して電流制御信号９ｃにより、低雑音増幅器３９ａの電流をあるステップで増加して歪み特性を向上させる。その効果をみるため、電流増加後の受信品質をモニタして、規定の受信品質が確保できたかを確認する。未達の場合はさらに低雑音増幅器の電流を増加させ、Ｓ２５で所定の最大電流値であるかを確認しながら、以上のルーチンを実施する。
【００１２】
Ｓ２３で電流を増加しても目標のレベルにまで改善が達せず、かつ低雑音増幅器３９ａの電流値が最大電流値に達した場合は、制御回路９は増幅器切替信号９ｂを用いて高周波増幅器３内の増幅器を低歪み増幅器３９ｂに切替える。Ｓ２６で電流を初期値に戻すよう指定して、受信品質を確保できたかどうかを確認する。品質が未達の場合は、上記で低雑音増幅器に対して制御したように、Ｓ２７で印加電流をあるステップで増加させた後に、Ｓ２８で受信品質を確保できたかどうかの確認を行なうという制御を行なわせる。これをＳ２９で電流最大値になるまで繰返す。
【００１３】
次に高周波増幅器３の具体的な構成と動作を説明する。
先に述べたように、本実施の形態における構成の特徴は、発明の主旨である二つの異なる特性を持つ増幅器に対して常時接続した共通の入力を与えて、これらの増幅器の動作を切換えてどちらかを用いることにある。即ち切替スイッチ等の挿入が必要なく、二つの増幅器使用の切替に伴うインピーダンス変動が連続であり、かつ変動が小さい。図１ないし図４の場合には、二つの増幅器はそれぞれ低雑音増幅器３９ａと低歪み増幅器３９ｂになっている。そしてその動作点は、カレントミラー回路３４ａまたは３４ｂによるバイアス電圧が、低雑音増幅器３９ａと低歪み増幅器３９ｂのいずれかのベースに印加されて動作点が定まる。当然動作点は異なるよう電圧設定されているが、動作しない方の増幅器は、ベースがスイッチ４１ａまたは４１ｂによりグランド電位に固定される。図８は、これらの増幅器の入出力特性を示す図である。この図８に示されるように、ベースがグランド電位になった方の増幅器は、その電圧（入力）―電流（出力）特性が、原点（０，０）を通って、下に凸の特性曲線から、入力が小さい入力電圧１の場合は出力電流１で示されるように、ほとんど出力が無い。一方ベースにカレントミラー回路から電圧が印加される動作側の増幅器は、その設定されたバイアス電圧により動作点は傾斜が急な部分に移り、重畳するＲＦＩＮからの入力交流電圧に対して出力電流２の大きな電流変化出力が得られる。従って図４の構成で、増幅器切替制御信号９ｂを印加するだけで、二種類の増幅器３９ａと３９ｂは、事実上、いずれかがそれぞれ設定されたバイアス電圧点で動作することとなる。
上記説明から明らかなように、カレントミラー回路は二つの増幅器にそれぞれ設定バイアス電圧を与える構成であり、他のバイアス電圧付与回路を用いる構成としても、同様な効果が得られる。
【００１４】
図３のＳ２１で高周波増幅器３において低雑音増幅器３９ａを選択する場合は、制御回路９からの増幅器切替信号９ｂにて低雑音増幅器切替用スイッチ３２ａをオンにし、そのベース側スイッチ４１ａをオフにして低雑音増幅器３９ａを動作させ、またそれと逆動作をする低歪み増幅器３９ｂのベース側のスイッチ４１ｂをオンにし、低歪み増幅器切替用スイッチ３２ｂをオフにして、低歪み増幅器３９ｂの動作を止める。
また制御回路９からの電流制御信号９ｃにより、図３のＳ２３で、あるステップ毎に電流切替ができる低雑音増幅器用電流源３１ａを制御する。この低雑音増幅器用電流源３１ａは、カレントミラー部３４ａ、３５ａ、３６ａ、３７ａを通じて電流値を調整してから、電流を低雑音増幅器３９ａに流し込む。こうして連続的に電流制御するので、出力信号の変化も滑らかになる。
デュプレクサ２出力の受信信号は、ＤＣ（直流）カットのコンデンサ３８ａを通じて低雑音増幅器３９ａのベースに入力される。この接続は増幅器切換に関係無く固定なので、インピーダンスは切換により変化しない。この受信信号は、バイアス３３ａにより電位固定されたカスコード増幅器３１０の、出力負荷３１１との接続点から出力される。
【００１５】
一方、低歪み増幅器を選択する場合は、図３のＳ２５で低雑音増幅器３９ａに電流を流し込むことでは歪み特性を満足できない場合に切替える、もしくは低雑音がそれほど要求されずに電流を抑えたい場合に低歪み増幅器３９ｂを用いることになる。
動作としては制御回路９からの増幅器切替信号により、低歪み増幅器切替用スイッチ３２ｂをオンにし、対になっている、低雑音増幅器切替用スイッチ３２ａをオフにする。そして制御回路９からの電流制御信号により、あるステップ毎に電流切替ができる定電流回路３１ｂは、カレントミラー部３４ｂ、３５ｂ、３６ｂ、３７ｂ、３１３を通じて電流値を調整してから、電流を低歪み増幅器３９ｂに流し込む。
デュプレクサ２の出力である受信信号は、ＤＣカットのコンデンサ３８ｂを通じて低歪み増幅器３９ｂのベースに入力される。この受信信号は、バイアス電源３３ａにより電位固定されたカスコード増幅器３１０の、出力負荷３１１との接続点から出力される。
抵抗器３１２は、入力ダイナミックレンジを確保するための帰還抵抗器であり、この抵抗に発生する電圧分だけ入力ダイナミックレンジが広がり、低歪み増幅器を構成することになる。
【００１６】
上記の高周波増幅器３の構成として、低雑音増幅器３９ａと低歪み増幅器３９ｂのベースとコレクタをそれぞれＡＣ（交流）的に共通化したことを特長としている。このため制御部からの制御により用途に応じた増幅器を切換選択する構成において、受信信号ライン中にスイッチを必要とせず、受信信号にロスが発生しないため、良好な受信特性を得ることが出来る。
また増幅器の電流を制御回路９からの電流制御信号を用いてステップ状に選択的に変えることにより、受信信号の歪み改善が可能となる。また高周波増幅器３の入力インピーダンスは、受信端が低雑音増幅器３９ａと低歪み増幅器３９ｂが信号ラインに固定的に接続されているため、増幅器を切替える時のインピーダンスの整合変化が少ない。このことは受信信号の位相の連続性が求められるような用途において有効である。
【００１７】
また図７に示すように、低雑音増幅器のベース抵抗Ｒｉａがｒπ＝ｖｉ／ｉｂ＝ｖｉ・β０／ｉｃ、低歪み増幅器のベース抵抗ＲｉｂがＲｉｂ＝ｒπ＋ＲＥ（β０＋１）≒ｒπ（１＋ｇｍ・Ｒ３１２）で表されるため、電流を増加することで増幅器の入力インピーダンスが下がり、電圧利得が下がるため増幅器の歪み特性が改善する。
以上の様に構成されているため、電流のトレードオフにより増幅器の歪み特性を選択的に改善し、受信品質を確保することができる。
この電流選択は、図３と図４においては、ステップ状に変更するとしたが、構成を代えて指令ボタンを決めて、制御信号を出す時間を指令ボタンの押下時間に比例するようにして、電流は指令ボタンの押下時間で連続的に増えるようにしてもよい。
また受信レベルは復調回路８から得る構成として説明したが、他の回路から得る様にしてもよい。
【００１８】
実施の形態２．
低歪み増幅器のダイナミック特性を改善し、対雑音性を高めた構成を説明する。
図５は、この目的のために図１中の高周波増幅器３として別の要素を用いた構成を示す図である。即ち、一方の増幅器としての、低歪み増幅器３９ｂのエミッタに接続する帰還回路として抵抗ではなく、インダクタ３１４を用いる構成としている。
エミッタに抵抗を接続した場合には、低歪み増幅器３９ｂのベース抵抗が帰還抵抗抵抗３１２の無い場合に比べて（１＋ｇｍ・フィドバック抵抗３１２）倍と大きくなるので、雑音特性が問題となる可能性がある。しかしこの図５の構成によれば、帰還素子としてインダクタ３１４を用いているので上記ベース抵抗相当分が無くなり、この問題を解決することができる。
【００１９】
同様主旨で他の構成として、図６は図１中の高周波増幅器３として別の要素を用いた構成を示す図である。即ち、図５における一方の増幅器、低歪み増幅器３９ｂをバイポーラ・トランジスタではなく、ＭＯＳ（モス）型トランジスタ３９ｃを用いた構成である。ＭＯＳ（モス）型トランジスタ３９ｃの電流特性は２次のＩＣ＝β／２（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２で表されて、原理的に３次歪みの出方が少ない。
この構成によっても、実施の形態１の構成と同様の効果を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施の形態１における受信装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１における受信装置の受信品質と受信レベルに基づく制御の方法を示す図である。
【図３】実施の形態１における受信装置中の制御回路が行う制御フローを示す図である。
【図４】実施の形態１における受信装置中の高周波増幅器の詳細な構成を示す図である。
【図５】実施の形態２における受信装置中の高周波増幅器の詳細な構成を示す図である。
【図６】実施の形態２における他の受信装置中の、高周波増幅器の詳細な構成を示す図である。
【図７】実施の形態１における受信装置中の高周波増幅器の等価回路を示す図である。
【図８】実施の形態１における受信装置中の増幅器の入出力特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  アンテナ、２  デュプレクサ、３  高周波増幅器、４  バンドパスフィルタ、５  ミキサ、６  可変利得増幅器、７  ローパスフィルタ、８  復調回路、９  制御回路、１０  送信部、３１ａ  低雑音増幅器用電流源、３１ｂ  低歪み増幅器用電流源、３２ａ  低雑音増幅器切替用スイッチ、３２ｂ  低歪み増幅器切替用スイッチ、３３ａ  バイアス電源、３４ａ  低雑音増幅器用カレントミラー電流補償トランジスタ、３４ｂ  低歪み増幅器用カレントミラー電流補償トランジスタ、３５ａ  低雑音用増幅器カレントミラー・トランジスタ、３５ｂ  低歪み増幅器用カレントミラー・トランジスタ、３６ａ  低雑音増幅器用カレントミラー抵抗、３６ｂ  低歪み増幅器用カレントミラー抵抗、３７ａ  低雑音増幅器用カレントミラー抵抗、３７ｂ  低歪み増幅器用カレントミラー抵抗、３８ａ  低雑音増幅器用ＤＣカット・コンデンサ、３８ｂ  低歪み増幅器用ＤＣカット・コンデンサ、３９ａ  低雑音増幅器、３９ｂ  低歪み増幅器、３９ｃ  低歪み増幅器（ＭＯＳトランジスタ）、４１ａ，４１ｂ  切替スイッチ、４２ａ，４２ｂ  インバータ、３１０  カスコード増幅器、３１１  出力負荷、３１２  帰還抵抗、３１３ａ  フィードバック・ミラー抵抗、３１３ｂ  インダクタンスのミラー等価抵抗、３１４  インダクタ、Ｓ２１  受信レベル検出ステップ、Ｓ２２  受信品質検出ステップ、Ｓ２３  低雑音増幅器に電流を増加するステップ、Ｓ２４  受信品質検出ステップ、Ｓ２５  電流値が最大かを検出するステップ、Ｓ２６  低歪み増幅器に切替えて初期値設定するステップ、Ｓ２７  低歪み増幅器に電流を増加させるステップ、Ｓ２８  受信品質検出ステップ、Ｓ２９  電流値が最大かを検出するステップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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