(57)【要約】【課題】増幅器の出力側に可変容量を備えた共振回路と増幅器の入力に可変容量を備えた整合回路を設け、広帯域の周波数において所望の周波数の電力利得の変化を最小限にし、かつ、反射波を低減するための装置を提供する。【解決手段】受信した高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する入力整合回路と、入力整合回路に接続され、高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、第１の共振回路に接続され、高周波信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力側に接続され、高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、入力整合回路、第１の共振回路及び第２の共振回路にそれぞれ複数のキャパシタを接続することにより、高周波信号の周波数に応じてキャパシタの接続を切換えるスイッチ回路と、を備える。【選択図】図１
2006325163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する入力整合回路と、
前記入力整合回路に接続され、前記高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、
前記第１の共振回路に接続され、前記高周波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力側に接続され、前記高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、
を備えた広帯域受信装置。
【請求項２】
受信した高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する入力整合回路と、
前記入力整合回路に接続され、前記高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、
前記第１の共振回路に接続され、前記高周波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力側に接続され、前記高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、
前記入力整合回路、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路にそれぞれ複数のキャパシタを接続することにより、前記高周波信号の周波数に応じて前記キャパシタの接続を切換えるスイッチ回路と、
を備えた広帯域受信装置。
【請求項３】
前記第１の共振回路は、同調周波数に対する隣接周波数との混信を排除するために、共振特性の尖鋭値を急峻とし、前記同調周波数の帯域幅を狭くしたことを特徴とする請求項1または２に記載の広帯域受信装置。
【請求項４】
前記第１の共振回路は、同調周波数に対する隣接周波数との混信を排除するために、共振特性の尖鋭値を急峻とし、前記同調周波数の帯域幅を狭くし、
前記第１の共振回路の共振周波数の最大のポイントに所望の周波数が一致するように前記第１の共振回路のキャパシタの接続を切り替えるとともに、
前記増幅回路の入力整合を最適値にするように前記入力整合回路のキャパシタの接続を切り替えることを特徴とする請求項1または２に記載の広帯域受信装置。
【請求項５】
前記広帯域受信装置は、予め決められた固定テーブルの設定をもとに、ＰＬＬの出力に連動して、前記入力整合回路、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路のキャパシタの接続を切換えることを特徴とする請求項1または２に記載の広帯域受信装置。
【請求項６】
前記広帯域受信装置は、前記増幅器の出力を検知して、前記入力整合回路、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路のキャパシタの接続を切り替える制御回路を備えた請求項1または２に記載の広帯域受信装置。
【請求項７】
前記広帯域受信装置は、受信した高周波信号の周波数を検知して、前記入力整合回路、前記第１の共振回路及び前記第２の共振回路のキャパシタの接続を切り替える制御回路を備えた請求項1または２に記載の広帯域受信装置。
【請求項８】
送信する高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、
前記第１の共振回路に接続され、前記高周波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力側に接続され、前記高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、
前記第２の共振回路に接続され、前記高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する出力整合回路と、
を備えた広帯域送信装置。
【請求項９】
送信する高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、
前記第１の共振回路に接続され、前記高周波信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力側に接続され、前記高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、
前記第２の共振回路に接続され、前記高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する出力整合回路と、
前記第１の共振回路、前記第２の共振回路及び前記出力整合回路にそれぞれ複数のキャパシタを接続することにより、前記高周波信号の周波数に応じて前記キャパシタの接続を切換えるスイッチ回路と、
を備えた広帯域送信装置。
【請求項１０】
前記広帯域送信装置は、予め決められた固定テーブルの設定をもとに、ＰＬＬの出力に連動して、前記第１の共振回路、前記第２の共振回路及び前記出力整合回路のキャパシタの接続を切換えることを特徴とする請求項８または９に記載の広帯域送信装置。
【請求項１１】
前記広帯域送信装置は、前記増幅器の出力を検知して、前記第１の共振回路、前記第２の共振回路及び前記出力整合回路のキャパシタの接続を切り替える制御回路を備えた請求項８または９に記載の広帯域送信装置。
【請求項１２】
前記広帯域送信装置は、前記ＰＬＬの出力を検知して、前記第１の共振回路、前記第２の共振回路及び前記出力整合回路のキャパシタの接続を切り替える制御回路を備えた請求項８または９に記載の広帯域送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広帯域送受信装置に係り、特に高周波信号回路において、入出力インピーダンスの整合と、共振回路の共振周波数の調整を行うことで広帯域にわたって増幅することが可能な増幅器を有する広帯域送受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の送受信装置において、インダクタを含む共振回路を有する増幅器を使用する際、共振回路の回路定数と、入出力整合回路の回路定数が一定であると、信号帯域が広い場合、増幅器にとって最適な共振回路の回路定数の値と入出力整合回路の回路定数の値がずれてしまう問題がある。そのため、これら回路定数の値のずれを解消する補償回路が様々提案されている。入出力整合回路は受信側の増幅器と送信側の増幅器に設けられているが、ここでは例として受信側の増幅器に入出力整合回路を設けた場合の受信装置を取り上げて説明する。
【０００３】
図７は従来例の受信装置であるが、入力整合回路と、増幅器と、増幅器負荷の共振回路から構成される。増幅器のトランジスタＴｒのドレインと電源ＶＤＤ間で並列に接続されたインダクタＬＡとキャパシタＣＡが共振回路である。このインダクタＬＡとキャパシタＣＡの共振周波数は、
ｆｃ＝１／２π（ＬＡＣＡ）1/2
であり、電力利得対周波数特性は図８である。同図の横軸は周波数を示し、縦軸は電力利得を示す。共振周波数が所望の周波数と一致しているときは同図ｆｃの位置で、最適な同調を行うことができる。
【０００４】
増幅器のトランジスタＴｒはソース接地される。
また、アンテナと増幅器のゲート間で直列に接続されたキャパシタＣＭａと、キャパシタＣＭａとトランジスタＴｒのゲートに接続され、かつ、接地間で並列に接続されたインダクタＬＭとキャパシタＣＭｂは増幅器の入力整合回路である。このとき、増幅器の入力整合が最適に取られていると、図９のスミスチャートで示されるｆｃの位置で最適値が得られる。
【０００５】
スミスチャートは、伝送路の反射係数と、正規化インピーダンス（伝送路の特性インピーダンス）を関連づけたグラフである。例えば、回路のインピーダンスをＺとすると、
Ｚ＝ｒ＋ｊｘ（ｊは虚数単位）のとき、横軸は特性インピーダンスＺｏで正規化したＺの実数部（ｒ／Ｚｏ）を表し、円周上の値はＺｏで正規化したＺの虚数部（ｘ／Ｚｏ）を表す。このとき、反射係数Ｓ１１をプロットしたスミスチャートからは、入力インピーダンスの値と、インピーダンスが容量性か誘導性かが分かる。
【０００６】
同図において、ｆａの位置、すなわち上半円中にあるときは回路が誘導性であり、ｆｂの位置、すなわち下半円中にあるときは回路が容量性であることを示す。ｆｃの位置は、回路のインピーダンスがＺ＝５０＋ｊ０［Ω］のときで、整合がとられていて、反射波が発生しない状態を示す。
【０００７】
ところが、扱う受信信号の帯域が広くなると、増幅器の入力整合が最適値よりずれるため、反射係数Ｓ１１が図９のスミスチャートで示すようにずれてしまう。すなわち、受信信号が変化し、増幅器の入力整合が取れなくなると、同図ｆｃの最適値から、ｆａあるいはｆｂの位置に移動する。このため、受信信号がうまく伝達されず、反射波として戻ってしまうため、受信信号を１００パーセント伝えることができなくなり、伝達効率を悪化させる。
【０００８】
上記問題点を解決する案として、特許文献１が知られている。特許文献１が備える特徴は以下の部分である。
増幅器の入力側に可変容量ダイオードとキャパシタとインダクタを互いに並列に接続した同調回路を設けており、可変容量ダイオードに逆バイアスを印加することで容量値を変化させ、これによって同調周波数を変化させる。逆バイアスを調整する際、周囲の温度による変動も反映するために、ＤＡＣ（Ｄ／Ａ変換器）を設けているが、この内部には温度係数の異なる複数の抵抗を組み合わせて構成される合成抵抗を用いて、温度変化による電流の変化を補償するための回路が内蔵されており、これによってＤＡＣの出力電圧を変化させられるようになっている。このＤＡＣの出力を、可変容量ダイオードに逆バイアスとしてかけて調整することで、同調回路の同調周波数が可変となり、広帯域に亘って増幅可能な受信装置が得られる。
【特許文献１】特開２００４−１５３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１において、可変容量ダイオードに逆バイアスを印加することで容量値を変化させ、これによって同調周波数を変化させる方法では、広帯域の受信信号に対して、増幅器に対する入力整合を最適に可変可能かどうかは不明であるという問題がある。
【００１０】
また、同調回路の共振の鋭さを示すＱ（Ｑｕａｌｉｔｙ  ｆａｃｔｏｒ）はインダクタの抵抗成分やキャパシタにより影響をうける。周波数が低いときはそれほど大きな影響は無いが、周波数が高くなると、インダクタの電線における表皮効果や鉄芯材料におけるヒステリシス損とうず電流損が増加してQを下げる方向に働くという問題がある。
【００１１】
さらに、ＤＡＣを設けることにより、回路構成を複雑にし、製品のコストアップにつながり、問題である。
上記問題点に鑑みて、本発明は、増幅器の入出力側に可変容量を備えた共振回路と増幅器の入力に可変容量を備えた整合回路を設け、広帯域の周波数において所望の周波数の電力利得の変化を最小限にし、かつ、反射波を低減するための装置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】
【００１２】
請求項１記載の広帯域受信装置は、受信した高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する入力整合回路と、入力整合回路に接続され、高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、第１の共振回路に接続され、高周波信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力側に接続され、高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、を備える。
【００１３】
請求項２記載の広帯域受信装置は、受信した高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する入力整合回路と、入力整合回路に接続され、高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、第１の共振回路に接続され、高周波信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力側に接続され、高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、入力整合回路、第１の共振回路及び第２の共振回路にそれぞれ複数のキャパシタを接続することにより、高周波信号の周波数に応じてキャパシタの接続を切換えるスイッチ回路と、を備える。これにより、広帯域に亘って所望の周波数の電力利得の改善が得られ、かつ、増幅器の入力側における反射波の発生を低減できる。また、第１の共振回路の同調周波数の周波数選択度を高めるために共振特性の尖鋭値を急峻とし、同調周波数の帯域幅を狭くしている。これによって隣接周波数との混信を改善することができる。
【００１４】
請求項４記載の広帯域送信装置は、送信する高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、第１の共振回路に接続され、高周波信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力側に接続され、高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、第２の共振回路に接続され、高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する出力整合回路と、を備える。
【００１５】
請求項５記載の広帯域送信装置は、送信する高周波信号の周波数から所望の周波数を抽出する第１の共振回路と、第１の共振回路に接続され、高周波信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力側に接続され、高周波信号の周波数に応じて共振周波数を調整する第２の共振回路と、第２の共振回路に接続され、高周波信号の周波数に応じてインピーダンスを調整する出力整合回路と、第１の共振回路、第２の共振回路及び出力整合回路にそれぞれ複数のキャパシタを接続することにより、高周波信号の周波数に応じてキャパシタの接続を切換えるスイッチ回路と、を備える。これにより、広帯域に亘って所望の周波数の電力利得の改善が得られ、かつ、増幅器の入出力側における反射波の発生を低減できる。また、共振特性の尖鋭値も高く維持できるため共振回路の発信周波数を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、増幅器の入力側のインピーダンス整合と、増幅器の入出力側の共振回路の共振周波数と共振特性を所望の高周波信号の周波数に応じて適切に調整することで広帯域の増幅を可能とする。
【００１７】
また、ＤＡＣを設ける必要がなくなるため、回路構成をシンプルにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（本発明における第１の実施形態）
図１は、広帯域受信装置を示す図である。広帯域受信装置は、キャパシタ、切換えスイッチによる入力整合回路１と、インダクタ、キャパシタ、切換えスイッチによる共振回路Ａ２（第１の共振回路）と、増幅器３と、インダクタ、キャパシタ、切換えスイッチによる共振回路Ｂ４（第２の共振回路）と、アンテナから構成される。
【００１９】
入力整合回路１は、アンテナと直列に接続されたキャパシタＣＭ１０と、キャパシタＣＭ１０と並列接続されるキャパシタＣ１１乃至Ｃ１４と、この並列容量を切換えるスイッチＳ１５乃至Ｓ１８からなる。
【００２０】
共振回路Ａ２は、キャパシタＣＭ１０と増幅器３のトランジスタＴｒ１９のゲート間に接続され、かつ、接地間で並列接続される、インダクタＬＭ２０と、キャパシタＣＭ２１と、キャパシタＣ２２乃至Ｃ２５と、この並列容量を切換えるスイッチＳ２６乃至Ｓ２９からなる。
【００２１】
増幅器３のトランジスタＴｒ１９はソース接地される。
共振回路Ｂ４は、トランジスタＴｒ１９のドレインと電源ＶＤＤ間に直列接続された、インダクタＬＡ３０と、インダクタＬＡ３０と並列接続されたキャパシタＣＡ３１と、キャパシタＣ３２乃至Ｃ３５と、この並列容量を切換えるスイッチＳ３６乃至Ｓ３９からなる。
【００２２】
上記切換えスイッチにより、並列接続されたキャパシタの合成容量を可変することで、広帯域の受信周波数で入力整合、共振特性及び、共振周波数の同時調整を可能としている。
【００２３】
スイッチは、例えば図示しないセレクタ等を用いて切換えを実現し、予め決められた固定テーブルの設定を基に、局部発振周波数すなわち、図示しないＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）の出力に連動して切り替わるものとする。また、固定テーブルの設定以外に増幅器３の出力を検知し、スイッチの切り替えを制御する制御回路を設け、出力の値に基づいてスイッチを切換えるようにしてもよい。さらに、入力周波数を検知し、スイッチの切り替えを制御する制御回路を設け、検知した値に基づいてスイッチを切換えるようにしてもよい。
【００２４】
上記キャパシタの数はこれに限られるものではなく、所望の周波数に対して複数で構成される。
また、共振回路Ａ２の共振特性の尖鋭値は急峻な特性を持つように設計され、広帯域の周波数帯域において、所望の周波数を摘出する場合、共振周波数が最大のポイントに所望の周波数が一致するように可変させ、必要ない隣接周波数が同調範囲に入らないようにすることで（同調周波数に対する隣接周波数との混信を排除するため）周波数選択度を高めている。これにより所望の周波数は共振回路Ａ２で抽出することが出来る。
【００２５】
ここで、キャパシタＣＭ１０及びキャパシタＣ１１乃至Ｃ１４の容量値は数ｐＦオーダーのため、半導体素子の内部に形成させることが可能である。同様にキャパシタＣ２２乃至Ｃ２５とキャパシタＣ３２乃至Ｃ３５も容量値は数ｐＦオーダーのため、半導体素子の内部に形成させることが可能である。これにより、回路規模の縮小化を図ることが可能である。
【００２６】
図２は電力利得対周波数特性を示す。共振周波数は、
ｆｃｃ＝１／２π（ＬＡ（ＣＡ+Ｃ３２＋Ｃ３３＋Ｃ３４＋Ｃ３５））1/2
となり、共振回路の容量とスイッチがそれぞれ４つでその制御信号が４ｂｉｔの信号であれば、１６種類の共振周波数を持たせることができる。
【００２７】
図３は反射係数Ｓ１１を示すスミスチャートである。同図ｆｃｃが示されている位置が整合の取れている最適値を表すが、受信信号が変化し、増幅器３の入力整合が取れなくなるとｆｃａあるいはｆｃｂの位置に移動する。このため、受信信号が反射波としてアンテナ側に戻るため、受信信号を１００パーセント伝えることができなくなり、伝達効率を悪化させる。
【００２８】
上記入力整合回路１における並列接続されたキャパシタの合成容量を可変することで、入力整合は最適値に調整され、入力整合回路１の容量とスイッチがそれぞれ４つでその制御信号が４ｂｉｔの信号であれば、１６ポイントの整合値を調整することができる。
【００２９】
（本発明における第２の実施形態）
図４は、広帯域送信装置を示す図である。広帯域送信装置は、キャパシタ、切換えスイッチ、インダクタによる共振回路Ａ５（第１の共振回路）と、増幅器６と、インダクタ、キャパシタ、切換えスイッチによる共振回路Ｂ７（第２の共振回路）と、キャパシタ、切換えスイッチ、による出力整合回路８と、アンテナから構成される。
【００３０】
共振回路Ａ５は、増幅器６のトランジスタＴｒ４１のゲートと接地間に接続されるインダクタＬＭ４２と、インダクタＬＭ４２と並列接続されるキャパシタＣＭ４３と、キャパシタＣ４４乃至Ｃ４７と、この並列容量を切換えるスイッチＳ４８乃至Ｓ５１からなる。
【００３１】
増幅器６のトランジスタＴｒ４１はソース接地される。
共振回路Ｂ７は、トランジスタＴｒ４１のドレインと電源ＶＤＤ間に接続された、インダクタＬＡ５２と、インダクタＬＡ５２と並列接続されたキャパシタＣＡ５３と、キャパシタＣ５４乃至Ｃ５７と、この並列容量を切換えるスイッチＳ５８乃至Ｓ６１からなる。
【００３２】
出力整合回路８は、アンテナ１とトランジスタＴｒ４１のドレインに接続されたキャパシタＣＭ６２と、キャパシタＣＭ６２と並列接続されるキャパシタＣ６３乃至Ｃ６６と、この並列容量を切換えるスイッチＳ６７乃至Ｓ７０からなる。
【００３３】
上記切換えスイッチにより、並列接続されたキャパシタの合成容量を可変することで、広帯域の送信周波数で共振特性、出力整合及び、共振周波数の同時調整を可能としている。
【００３４】
スイッチは、例えば図示しないセレクタ等を用いて切換えを実現し、予め決められた固定テーブルの設定を基に、局部発振周波数すなわち、ＰＬＬ（不図示）の出力に連動して切り替わるものとする。また、固定テーブルの設定以外に増幅器６の出力を検知し、スイッチの切り替えを制御する制御回路を設け、出力の値に基づいてスイッチを切換えるようにしてもよい。さらに、ＰＬＬの出力を検知し、スイッチの切り替えを制御する制御回路を設け、検知した値に基づいてスイッチを切換えるようにしてもよい。
【００３５】
上記キャパシタの数はこれに限られるものではなく、所望の周波数に対して複数で構成される。
また、共振回路Ａ５の共振特性の尖鋭値は、広帯域の周波数帯域において、所望の周波数を送信する場合、高い値を維持することができるため、安定した発信を得ることができる。これにより所望の周波数は共振回路Ａ５で抽出することが出来る。
【００３６】
ここで、キャパシタＣＭ６２及びキャパシタＣ６３乃至Ｃ６６の容量値は数ｐＦオーダーのため、半導体素子の内部に形成させることが可能である。同様にキャパシタＣ５４乃至Ｃ５７とキャパシタＣ４４乃至Ｃ４７も容量値は数ｐＦオーダーのため、半導体素子の内部に形成させることが可能である。これにより、回路規模の縮小化を図ることが可能である。
【００３７】
図５は電力利得対周波数特性を示す。共振周波数は、
ｆｃｄ＝１／２π（ＬＡ（ＣＡ+Ｃ５４＋Ｃ５５＋Ｃ５６＋Ｃ５７））1/2
となり、共振回路の容量とスイッチがそれぞれ４つでその制御信号が４ｂｉｔの信号であれば、１６種類の共振周波数を持たせることができる。
【００３８】
図６は反射係数Ｓ２２を示すスミスチャートである。同図ｆｃｄが示されている位置が整合の取れている最適値を表すが、送信信号が変化し、増幅器６の出力整合が取れなくなるとｆｃｍあるいはｆｃｎの位置に移動する。このため、送信信号が反射波として増幅器側に戻るため、送信信号を１００パーセント伝えることができなくなり、伝達効率を悪化させる。
【００３９】
上記出力整合回路８における並列接続されたキャパシタの合成容量を可変することで、出力整合は最適値に調整され、出力整合回路８の容量とスイッチがそれぞれ４つでその制御信号が４ｂｉｔの信号であれば、１６ポイントの整合値を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る広帯域受信装置の回路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る広帯域受信装置の電力利得対周波数特性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る広帯域受信装置の反射波が示すスミスチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る広帯域送信装置の回路図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る広帯域送信装置の電力利得対周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る広帯域送信装置の反射波が示すスミスチャートである。
【図７】従来の実施形態に係る広帯域受信装置の回路図である。
【図８】従来の実施形態に係る広帯域受信装置の電力利得対周波数特性を示す図である。
【図９】従来の実施形態に係る広帯域受信装置の反射波が示すスミスチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１  入力整合回路
２，５  共振回路Ａ
３，６  増幅器
４，７  共振回路Ｂ
８  出力整合回路
１９，４１  トランジスタ
【図１】
2006325163.tif 000003
【図２】
2006325163.tif 000004
【図３】
2006325163.tif 000005
【図４】
2006325163.tif 000006
【図５】
2006325163.tif 000007
【図６】
2006325163.tif 000008
【図７】
2006325163.tif 000009
【図８】
2006325163.tif 000010
【図９】
2006325163.tif 000011