(57)【要約】【課題】電源電圧の変動、また周囲温度の変化や製造バラツキによるトランジスタの電流増幅率のバラツキによらず、高周波信号増幅回路の消費電流を安定化することである。【解決手段】高周波信号増幅回路１は、アンテナ２から出力された高周波信号を増幅するＮＰＮトランジスタ１４と、ＮＰＮトランジスタ１４により増幅された高周波信号をフィルタリングするバンドパスフィルタ２１と、バンドパスフィルタ２１によりフィルタリングされた高周波信号を増幅するＮＰＮトランジスタ２５と、ＮＰＮトランジスタ２５に入力する電源用の電流を一定にする電流安定化回路５０と、を備える【選択図】図１
2011239044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を増幅する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタにより増幅された高周波信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタによりフィルタリングされた高周波信号を増幅する第２のトランジスタと、
一定の電流を生成して前記第２のトランジスタに出力する電流安定化回路と、を備えることを特徴とする高周波信号増幅回路。
【請求項２】
前記第２のトランジスタは、ＮＰＮトランジスタであり、
前記電流安定化回路は、
コレクタが前記ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続されるＰＮＰトランジスタと、
電源電圧が印加されるとともに、前記ＰＮＰトランジスタのベースに順方向且つ直列に接続されている第１及び第２のダイオードと、
電源電圧が印加されるとともに、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続されている第１の抵抗と、
一端が前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、他端が接地されている第２の抵抗と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の高周波信号増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を増幅する高周波信号増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンテナから受信した高周波信号（ＲＦ（Radio Frequency）信号）を増幅する信号増幅回路が知られている。例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナから受信した高周波信号を２段増幅する高周波信号増幅回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、図４を参照して、従来の２段増幅の高周波信号増幅回路６を説明する。図４に、高周波信号増幅回路６の構成を示す。
【０００４】
高周波信号増幅回路６は、ＧＰＳアンテナであるアンテナ２に接続されている。高周波信号増幅回路６は、抵抗１１，１２と、コンデンサ１３と、ＮＰＮトランジスタ１４と、抵抗１５と、コンデンサ１６と、抵抗１７と、コイル１８と、コンデンサ１９，２０と、バンドパスフィルタ２１と、を備える。また、高周波信号増幅回路６は、コイル６１と、コンデンサ６２と、抵抗６３と、コンデンサ６４と、ＮＰＮトランジスタ２５と、抵抗６５，６６と、コイル６７と、コンデンサ３３と、ジャック３４と、抵抗３５と、コイル３６と、ツェナーダイオード３７と、を備える。
【０００５】
ＮＰＮトランジスタ１４、２５は、順に、第１段、第２段のアンプとして機能する。抵抗１２、ＮＰＮトランジスタ１４のエミッタ、コンデンサ２０、バンドパスフィルタ２１のグランド端子、コイル６１、ＮＰＮトランジスタ２５のエミッタ、コンデンサ６４、ジャック３４のグランド端、ツェナーダイオード３７のアノードは、それぞれ接地されている。
【０００６】
ジャック３４には、外部回路から電源電圧としてのＤＣ（Direct Current：直流）信号が入力される。ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗１７，１５を介してＮＰＮトランジスタ１４のベースに入力される。同様に、ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗１７、コイル１８を介してＮＰＮトランジスタ１４のコレクタに入力される。同様に、ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗６３を介してＮＰＮトランジスタ２５のベースに入力される。同様に、ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗６６、コイル６７を介してＮＰＮトランジスタ２５のコレクタに入力される。このようにして、ＤＣ信号により高周波信号増幅のための電源電力がＮＰＮトランジスタ１４，２５に供給される。
【０００７】
一方、ＧＰＳ信号の電波を受信したアンテナ２は、受信信号としての高周波信号を出力する。アンテナ２から出力された高周波信号は、抵抗１１、コンデンサ１３を介して、ＮＰＮトランジスタ１４により増幅される。ＮＰＮトランジスタ１４により増幅された高周波信号は、コンデンサ１９を介して、バンドパスフィルタ２１によりフィルタリングされる。バンドパスフィルタ２１によりフィルタリングされた高周波信号は、コンデンサ６２を介して、ＮＰＮトランジスタ２５により増幅される。そして、ＮＰＮトランジスタ２５により増幅された高周波信号は、抵抗６５、コンデンサ３３、ジャック３４を介して、外部回路に出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−３３７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の高周波信号増幅回路において、外部回路から入力される電源電圧の変動、また周囲温度の変化や製造バラツキによるトランジスタの電流増幅率のバラツキによらず、消費電流を安定化する要請があった。
【００１０】
本発明の課題は、電源電圧の変動、また周囲温度の変化や製造バラツキによるトランジスタの電流増幅率のバラツキによらず、高周波信号増幅回路の消費電流を安定化することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の高周波信号増幅回路は、
高周波信号を増幅する第１のトランジスタと、
前記第１のトランジスタにより増幅された高周波信号をフィルタリングするバンドパスフィルタと、
前記バンドパスフィルタによりフィルタリングされた高周波信号を増幅する第２のトランジスタと、
一定の電流を生成して前記第２のトランジスタに出力する電流安定化回路と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高周波信号増幅回路において、
前記第２のトランジスタは、ＮＰＮトランジスタであり、
前記電流安定化回路は、
コレクタが前記ＮＰＮトランジスタのベースに接続され、エミッタが前記ＮＰＮトランジスタのコレクタに接続されるＰＮＰトランジスタと、
電源電圧が印加されるとともに、前記ＰＮＰトランジスタのベースに順方向且つ直列に接続されている第１及び第２のダイオードと、
電源電圧が印加されるとともに、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続されている第１の抵抗と、
一端が前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、他端が接地されている第２の抵抗と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電源電圧の変動、また周囲温度の変化や製造バラツキによるトランジスタの電流増幅率のバラツキによらず、高周波信号増幅回路の消費電流を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る実施の形態の高周波信号増幅回路の回路図である。
【図２】実施の形態の高周波信号増幅回路が形成される基板の平面図である。
【図３】従来の高周波信号増幅回路が形成される従来の基板の平面図である。
【図４】従来の高周波信号増幅回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
【００１６】
先ず、図１を参照して、本実施の形態の高周波信号増幅回路１の装置構成を説明する。図１に、高周波信号増幅回路１の構成を示す。
【００１７】
高周波信号増幅回路１は、アンテナ２によりＧＰＳ衛星から受信されたＧＰＳ信号の高周波信号を増幅する高周波信号増幅回路である。図１に示すように、高周波信号増幅回路１は、アンテナ２に接続されている。アンテナ２は、ＧＰＳアンテナである
【００１８】
高周波信号増幅回路１は、抵抗１１，１２と、コンデンサ１３と、ＮＰＮトランジスタ１４と、抵抗１５と、コンデンサ１６と、抵抗１７と、コイル１８と、コンデンサ１９，２０と、バンドパスフィルタ２１と、を備える。また、高周波信号増幅回路６は、コンデンサ２２と、抵抗２３と、コンデンサ２４と、ＮＰＮトランジスタ２５と、抵抗２６と、抵抗２７と、コイル２８と、コンデンサ２９，３０と、抵抗３１，３２と、コンデンサ３３と、ジャック３４と、を備える。
【００１９】
また、高周波信号増幅回路６は、抵抗３５と、コイル３６と、ツェナーダイオード３７と、コンデンサ３８，３９，４０，４１と、電流安定化回路５０と、を備える。電流安定化回路５０は、ダイオード５１，５２と、抵抗５３，５４と、ＰＮＰトランジスタ５５と、を備える。
【００２０】
アンテナ２は、抵抗１１、コンデンサ１３を介してＮＰＮトランジスタ１４のベースに接続されている。抵抗１２の一端は、抵抗１１及びコンデンサ１３に接続され、他端が接地されている。抵抗１２を介して接地されている。また、抵抗１１は、コンデンサ１３を介してＮＰＮトランジスタ１４のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ１４は、高周波信号の１段目のアンプとして機能する。また、ＮＰＮトランジスタ１４のベースは、抵抗１５，１７、コイル３６、抵抗３５を介してジャック３４に接続されている。ジャック３４には、信号処理回路等の外部回路に接続されているケーブルのホットピンが挿入されて接続される。ジャック３４には、この端子からＤＣ信号の電源電圧が入力される。コンデンサ１６の一端は、抵抗１５，１７及びコイル１８に接続され、他端が接地されている。
【００２１】
ＮＰＮトランジスタ１４のエミッタは、接地されている。ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタは、コイル１８、抵抗１７、コイル３６、抵抗３５を介してジャック３４に接続されている。また、ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタは、コンデンサ１９を介してバンドパスフィルタ２１の入力端子に接続されている。コンデンサ２０の一端は、コンデンサ１９及びバンドパスフィルタ２１の入力端子に接続され、他端が接地されている。また、バンドパスフィルタ２１のグランド端子は、接地されている。バンドパスフィルタ２１の出力端子は、コンデンサ２２を介してＮＰＮトランジスタ２５のベースに接続されている。ＮＰＮトランジスタ２５は、高周波信号の２段目のアンプとして機能する。
【００２２】
ＮＰＮトランジスタ２５のエミッタは、接地されている。ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタは、抵抗２６、コンデンサ３０、抵抗３２、コンデンサ３３を介してジャック３４に接続されている。抵抗３１の一端は、コンデンサ３０及び抵抗３２に接続され、他端が接地されている。アンテナ２から、抵抗１１、コンデンサ１３、ＮＰＮトランジスタ１４、コンデンサ１９、バンドパスフィルタ２１、コンデンサ２２、ＮＰＮトランジスタ２５、抵抗２６、コンデンサ３０、抵抗３２、コンデンサ３３を順に介したジャック３４までのラインを信号ラインとする。
【００２３】
コンデンサ３８，３９，４０の一端は、コイル３６及び抵抗１７に接続され、他端が接地されている。ツェナーダイオード３７のカソードは、コイル３６及び抵抗１７に接続され、アノードが接地されている。
【００２４】
ダイオード５１のアノードは、コイル３６及び抵抗１７に接続され、カソードがダイオード５２のアノードに接続されている。ダイオード５２のカソードは、ＰＮＰトランジスタ５５のベースに接続されるとともに、抵抗５３を介して接地されている。つまり、ダイオード５１，５２は、順方向且つ直列に、ＰＮＰトランジスタ５５のベースと抵抗５３とに接続されている。ＰＮＰトランジスタ５５のコレクタは、抵抗２３を介してＮＰＮトランジスタ２５のベースに接続されている。コンデンサ２４の一端は、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ及び抵抗２３に接続され、他端が接地されている。
【００２５】
ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタは、抵抗５４、コイル３６、抵抗３５を介して、ジャック３４に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタは、抵抗２７、コイル２８、抵抗２６を介して、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタに接続されている。コンデンサ４１の一端は、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ及び抵抗５４に接続され、他端が接地されている。コンデンサ２９の一端は、抵抗２７及びコイル２８に接続され、他端が接地されている。
【００２６】
次いで、図２を参照して、高周波信号増幅回路１が形成される基板３の構成を説明する。図２に、高周波信号増幅回路１が形成される基板３の平面構成を示す。
【００２７】
基板３は、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）であり、平面上に、回路パターン部３ａと、信号出力ライン部３ｂと、アンテナ取り付け部３ｃと、を有する。回路パターン部３ａは、高周波信号増幅回路１のプリントパターンである。信号出力ライン部３ｂは、回路パターン部３ａとアンテナ取り付け部３ｃとの間に設けられ、アンテナ取り付け部３ｃのアンテナ２から出力される高周波信号を回路パターン部３ａの高周波信号増幅回路１に出力する信号ラインのプリントパターンである。アンテナ取り付け部３ｃは、アンテナ２が取り付けられる部分のプリントパターンである。
【００２８】
次に、図１を参照して、高周波信号増幅回路１の動作を説明する。先ず、ジャック３４を介して外部回路から入力された電源電圧としてのＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗１７，１５を介して、ＮＰＮトランジスタ１４のベースに入力される。同様に、ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗１７、コイル１８を介して、ＮＰＮトランジスタ１４のコレクタに入力される。同様に、ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗５４、ＰＮＰトランジスタ５５、抵抗２３を介して、ＮＰＮトランジスタ２５のベースに入力される。同様に、ジャック３４から入力されたＤＣ信号は、抵抗３５、コイル３６、抵抗５４、抵抗２７、コイル２８、抵抗２６を介して、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタに入力される。このようにして、ＤＣ信号により高周波信号増幅のための電源電力がＮＰＮトランジスタ１４，２５に供給される。このＤＣ信号の経路を電源ラインとする。
【００２９】
ここで、電流安定化回路５０の動作を説明する。コイル３６から出力されたＤＣ信号の電圧を電圧Ｖ１とする。ここで、ジャック３４に入力されたＤＣ信号のバラツキにより、電圧Ｖ１にバラツキが生じた場合を考える。ダイオードの特性により、ダイオード５１，５２の順方向電圧降下量は、電圧Ｖ１のバラツキによらずほぼ一定である。また、ダイオード５１，５２と同じ理由により、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ−ベース間電圧も電圧Ｖ１のバラツキによらずほぼ一定である。また、ダイオード５１，５２の電圧値と、抵抗５４及びＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ−ベース間電圧の電圧値と、が同じである。このため、電圧Ｖ１のバラツキによらず、抵抗５４にかかる電圧もほぼ一定であり、抵抗５４に流れる電流の値もほぼ一定である。
【００３０】
ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ−ベース間電圧がほぼ一定であるので、ＰＮＰトランジスタ５５のベース電流及びコレクタ電流もほぼ一定となる。このため、ＰＮＰトランジスタ５５のコレクタから抵抗２３を介してＮＰＮトランジスタ２５に流れ込む電流も、電圧Ｖ１のバラツキによらずほぼ一定となる。
【００３１】
また、抵抗５４に流れる電流がほぼ一定であり、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ電流もほぼ一定であるため、抵抗５４から、抵抗２７、コイル２８、抵抗２６を介してＰＮＰトランジスタ５５のコレクタに流れるコレクタ電流も、電圧Ｖ１のバラツキによらずほぼ一定となる。
【００３２】
一方、ＧＰＳ信号の電波を受信したアンテナ２は、受信信号としての高周波信号を出力する。アンテナ２から出力された高周波信号は、抵抗１１を介し、コンデンサ１３によりＤＣ成分がカットされて、ＮＰＮトランジスタ１４により増幅される。ＮＰＮトランジスタ１４により増幅された高周波信号は、コンデンサ１９によりＤＣ成分がカットされて、バンドパスフィルタ２１により所定周波数帯以外の成分がカットされてフィルタリングされる。バンドパスフィルタ２１によりフィルタリングされた高周波信号は、コンデンサ６２によりＤＣ成分がカットされて、ＮＰＮトランジスタ２５のベースに入力される。
【００３３】
ＮＰＮトランジスタ２５のベースには、コンデンサ６２から出力された高周波信号と、抵抗２３から出力された電流と、が合わせられて入力される。そして、コンデンサ６２から出力された高周波信号がＮＰＮトランジスタ２５（及び抵抗２６）により増幅される。ＮＰＮトランジスタ２５により増幅された高周波信号は、抵抗３２、コンデンサ３３を介して、ジャック３４から出力される。
【００３４】
また、高周波信号増幅回路１において、ＮＰＮトランジスタ２５の周囲温度の変化や製造バラツキにより、その電流増幅率にバラツキがある場合を考える。仮に、ＮＰＮトランジスタ２５の電流増幅率が高い場合には、コレクタ電流も大きくなるが、抵抗５４を流れる電流が一定であるため、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタ電流も小さくなるから、ＮＰＮトランジスタ２５のベース電流も小さくなるので、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ電流が小さくなる。よって、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ電流の変化が抑えられる。ＮＰＮトランジスタ２５の電流増幅率が低い場合も、電流増幅率が高い場合と逆に動作して、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ電流の変化が抑えられる。このため、ＮＰＮトランジスタ２５の電流増幅率のバラツキによらず、ＮＰＮトランジスタ２５のコレクタ電流も一定となり、ジャック３４から出力される消費電流も一定となる。
【００３５】
ここで、アンテナ２及び高周波信号増幅回路を備えるアンテナユニットにおいて、ジャック３４の出力電流のＤＣ成分を消費電流として測定した結果を説明する。この消費電流の測定は、製造番号の異なる５台のアンテナユニットについて、電流安定化回路を有しない高周波信号増幅回路６と、電流安定化回路５０を有する高周波信号増幅回路１と、を備える場合それぞれについて行った。測定結果は、次表１のようになった。
【表１】
2011239044.tif 000003
【００３６】
表１に示すように、高周波信号増幅回路６を備えるアンテナユニットにおいて、電源電圧のバラツキ、周囲温度の変化及び製造バラツキにより、高周波信号増幅回路６の消費電流にもバラツキが発生している。しかし、高周波信号増幅回路１を備えるアンテナユニットでは、電源電圧のバラツキ、周囲温度の変化及び製造バラツキによらず、高周波信号増幅回路１の消費電流がほぼ一定となっている測定結果が得られた。
【００３７】
次いで、図３を参照して、コンデンサ３８，３９，４０，４１の機能について説明する。図３に、高周波信号増幅回路６が形成される基板４の平面構成を示す。
【００３８】
基板４は、ＰＣＢであり、平面上に、回路パターン部４ａを有する。回路パターン部４ａは、高周波信号増幅回路６のプリントパターンである。回路パターン部４ａの高周波信号増幅回路６には、同軸ケーブル４ｂの一端が接続されている。同軸ケーブル４ｂの他端は、アンテナ２に接続されている。
【００３９】
高周波信号増幅回路において、ジャックに接続されるホットピンに入力サージ電流が強いＥＳＤ（ElectroStatic Discharge）が生じると、電源ラインを通って半導体部品を破壊してしまう。このため、高周波信号増幅回路６には、ツェナーダイオード３７が設けられている。ＥＳＤの発生に応じて電流がツェナーダイオード３７によりグランドに流れるため、半導体部品を保護できる。
【００４０】
高周波信号増幅回路６は、基板４に形成されていた。しかし、高周波信号増幅回路１は、基板３に形成されている。基板３は、同軸ケーブル４ｂに替えて長い信号出力ライン部３ｂを有するため、基板４及び高周波信号増幅回路６と同様に、ツェナーダイオード３７によりＥＳＤ対策をしても、同等の規格のＥＳＤに耐えることができない。なぜなら、保護回路としてのツェナーダイオード３７周辺の容量が不足しているからである。
【００４１】
このため、高周波信号増幅回路１には、ツェナーダイオード３７に加えて、ツェナーダイオード３７の周辺に、コンデンサ３８，３９，４０，４１が設けられている。コンデンサ３８，３９，４０，４１により、効果周波数帯域を拡大させることができるとともに、電源ラインをコンデンサ３８，３９，４０，４１で落とすことにより、入力サージ電流が強いＥＳＤが生じる場合にもサージ電圧の立ち上がりを抑えることができる。
【００４２】
以上、本実施の形態によれば、高周波信号増幅回路１は、ＮＰＮトランジスタ１４、バンドパスフィルタ２１、ＮＰＮトランジスタ２５と、一定の電流を生成してＮＰＮトランジスタ２５に出力する電流安定化回路５０と、を備える。電流安定化回路５０は、コレクタが抵抗２３を介してＮＰＮトランジスタ２５のベースに接続され、エミッタが抵抗２６等を介してＮＰＮトランジスタ２５のコレクタに接続されるＰＮＰトランジスタ５５と、電源電圧が印加されるとともに、ＰＮＰトランジスタのベースに順方向且つ直列に接続されているダイオード５１，５２と、電源電圧が印加されるとともに、ＰＮＰトランジスタ５５のエミッタに接続されている抵抗５４と、一端がＰＮＰトランジスタ５５のベースに接続され、他端が接地されている抵抗５３と、を備える。このため、電源電圧のバラツキによらず、ＮＰＮトランジスタ２５のベース電流及びコレクタ電流が一定になるので、電源電圧の変動、また周囲温度の変化や製造バラツキによるトランジスタの電流増幅率のバラツキによらず、高周波信号増幅回路１の消費電流を安定化できる。またこれによりアンテナのパワーゲインも一定にできる。また高周波信号増幅回路１を備える製品が一定の電流以上でなければ動作しない場合は、これを防ぐこともできる。
【００４３】
なお、上記実施の形態における記述は、本発明に係る高周波信号増幅回路の一例であり、これに限定されるものではない。
【００４４】
例えば、上記実施の形態では、アンテナ２及び高周波信号増幅回路１をＧＰＳ信号受信用のものとしたが、これに限定されるものではない。他の通信方式の信号受信用のアンテナ２及び高周波信号増幅回路１としてもよい。
【００４５】
その他、上記実施の形態における高周波信号増幅回路１の細部構成及び詳細動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  高周波信号増幅回路
１１，１２，１５，１７，２３，２６，２７，３１，３２，３５  抵抗
１３，１６，１９，２０，２２，２４，２９，３０，３３，３８，３９，４０，４１  コンデンサ
１４，２５  ＮＰＮトランジスタ
１８，２８，３６  コイル
２１  バンドパスフィルタ
３４  ジャック
３７  ツェナーダイオード
５０  電流安定化回路
５１，５２  ダイオード
５３，５４  抵抗
５５  ＰＮＰトランジスタ
２  アンテナ
３  基板
３ａ  回路パターン部
３ｂ  信号出力ライン部
３ｃ  アンテナ取り付け部
４  基板
４ａ  回路パターン部
４ｂ  同軸ケーブル
６  高周波信号増幅回路
６１，６７  コイル
６２，６４  コンデンサ
６３，６５，６６  抵抗
６４  コンデンサ
【図１】
2011239044.tif 000004
【図２】
2011239044.tif 000005
【図３】
2011239044.tif 000006
【図４】
2011239044.tif 000007