(57)【要約】【課題】対象物からの反射波の周波数に対応可能であり、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供する。【解決手段】検波信号Ｖｄｅｔを増幅する増幅素子３と、増幅素子３からの出力信号を減衰させる減衰回路２０と、減衰回路２０の減衰量を制御する制御回路３０と、増幅素子３の入出力端間に接続された第１負帰還回路４０と、減衰回路２０の出力端と増幅素子３の入力端との間に接続された第２負帰還回路５０とを備え、第１負帰還回路４０又は第２負帰還回路５０のうちの一方にはキャパシタが接続され、他方には抵抗が接続されていて、減衰回路２０は第１電界効果トランジスタ１を有し、制御回路３０では検波信号Ｖｄｅｔの電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号Ｖｃｎｔを生成し、制御信号Ｖｃｎｔを第１電界効果トランジスタ１のゲートＧ１に印加することにより減衰回路２０の減衰量を制御する。【選択図】図2
2015082718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検波回路から出力される検波信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子からの出力信号を減衰させる減衰回路と、前記減衰回路の減衰量を制御する制御回路と、を備えた低周波増幅回路であって、
前記増幅素子の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第１負帰還回路が接続されていると共に、前記減衰回路の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第２負帰還回路が接続されていて、前記第１負帰還回路又は前記第２負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されていて、
前記減衰回路は、ドレインが前記増幅素子の出力端に接続された第１電界効果トランジスタを有し、前記第１電界効果トランジスタのソースから低周波増幅回路出力信号が出力されるように構成されていて、
前記制御回路では、前記検波信号が入力され、前記検波信号の電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号を生成し、前記制御信号を前記第１電界効果トランジスタのゲートに印加することにより前記減衰回路の減衰量を制御することを特徴とする低周波増幅回路。
【請求項２】
前記減衰回路は、前記第１電界効果トランジスタのドレインとソースとの間に第１抵抗が接続されていると共に、前記第１電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に第２抵抗が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の低周波増幅回路。
【請求項３】
前記制御回路は、ゲートが前記検波回路の出力端に接続された第２電界効果トランジスタを有し、
前記第２電界効果トランジスタのドレインが前記第１電界効果トランジスタのゲートに接続されていると共に、前記第１電界効果トランジスタのゲートと前記第２電界効果トランジスタのドレインとの接続点と電源端子との間に第３抵抗が接続されていて、前記第２電界効果トランジスタのソースがグランドに接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の低周波増幅回路。 
【請求項４】
前記第１負帰還回路が抵抗のみで構成されており、前記第２負帰還回路がキャパシタのみで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の低周波増幅回路。
【請求項５】
前記第１負帰還回路がキャパシタのみで構成されており、前記第２負帰還回路が抵抗のみで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の低周波増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低周波増幅回路、特に電波を用いて対象物の動き又は対象物までの距離を検出するための無線センサ装置に使用される低周波増幅回路に関わる。
【背景技術】
【０００２】
従来、発振回路から出力される高周波信号をアンテナに供給して電波を放射し、対象物からの反射波を受信し、受信信号を分析して対象物の動き又は対象物までの距離を検出する無線センサ装置がある。物体に電波を当てると反射波の周波数が放射電波の周波数から僅かにずれる原理を利用したもので、そのずれの大きさから物体の動き又は速度を測定できる。また、反射波の遅延量（位相変化）から対象物までの距離を測定できる。このような無線センサ装置には、受信した信号のレベルに応じた電圧を出力するための検波回路が設けられている。また、検波回路の後段には低周波増幅回路が設けられていて、低周波増幅回路で増幅された受信信号が、その後段に設けられた信号処理回路によって分析される。
【０００３】
このような無線センサ装置として、特許文献１に記載された発明が開示されている。特許文献１に記載された無線センサ装置９００を図１３に示す。
【０００４】
この無線センサ装置９００は、送信周波数が所定周期で連続的に増加及び減少するように周波数拡散された高周波送信信号を生成してアンテナ９１５から放射すると共に、対象物からの反射波をアンテナ９１５で受信する。ミキサ回路９１６に高周波送信信号と反射波とが入力され、ミキサ回路９１６が双方の周波数が一致したところで位相検波器として動作してＤＣビート信号を出力し、そのＤＣビート信号をローパスフィルタ９１７で抽出する。その後、ＤＣビート信号を低周波増幅回路９１８で増幅し、信号処理回路９１９においてＤＣビート信号の変動を分析し対象物の動きを検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−０５８８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された無線センサ装置９００における低周波増幅回路９１８には以下のような問題があった。対象物（主に人体）との距離は近距離から遠距離までが想定されている。対象物との距離が変化することによってミキサ回路９１６で得られる検波信号には変化が生じる。しかし、近距離時においては、ミキサ回路９１６からの高出力電圧と低周波増幅回路９１８による増幅によって、信号処理回路９１９の許容入力電圧範囲を超えた電圧値の信号が信号処理回路９１９に入力される可能性がある。従って、精度の高い信号処理が難しくなるという問題があった。また、遠距離時においては、対象物に対する検知感度を高めるため低周波増幅回路９１８には高増幅度が必要になる。即ち、近距離から遠距離まで対応するためのダイナミックレンジが必要とされる。しかし、低周波増幅回路９１８の増幅度は固定化されているため、このようなダイナミックレンジを得ることは困難であった。また、対象物からの反射波は、検知する対象が異なる場合、その周波数も異なるため、増幅特性にはそれに対応した周波数特性が必要となってくるが、低周波増幅回路９１８ではそれに対応できていなかった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、対象物からの反射波の周波数に対応可能であり、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために、本発明の低周波増幅回路は、検波回路から出力される検波信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子からの出力信号を減衰させる減衰回路と、前記減衰回路の減衰量を制御する制御回路と、を備えた低周波増幅回路であって、前記増幅素子の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第１負帰還回路が接続されていると共に、前記減衰回路の出力端と前記増幅素子の入力端との間に第２負帰還回路が接続されていて、前記第１負帰還回路又は前記第２負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されていて、前記減衰回路は、ドレインが前記増幅素子の出力端に接続された第１電界効果トランジスタを有し、前記第１電界効果トランジスタのソースから低周波増幅回路出力信号が出力されるように構成されていて、前記制御回路では、前記検波信号が入力され、前記検波信号の電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号を生成し、前記制御信号を前記第１電界効果トランジスタのゲートに印加することにより前記減衰回路の減衰量を制御するという特徴を有する。
【０００９】
このように構成された低周波増幅回路は、第１負帰還回路及び第２負帰還回路を有し、第１負帰還回路又は第２負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されているため、第１負帰還回路と第２負帰還回路との組み合わせによって、対象物からの反射波の周波数に対応した周波数特性を持たせることが可能である。また、減衰回路が第１電界効果トランジスタを有しており、第１電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して、増幅された検波信号の減衰量を可変させることができるので、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することが容易にできる。
【００１０】
また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記減衰回路において、前記第１電界効果トランジスタのドレインとソースとの間に第１抵抗が接続されていると共に、前記第１電界効果トランジスタのソースとグランドとの間に第２抵抗が接続されているという特徴を有する。
【００１１】
このように構成された低周波増幅回路は、第１電界効果トランジスタに第１抵抗と第２抵抗が接続されているため、第１電界効果トランジスタの可変抵抗作用による減衰量を第１抵抗と第２抵抗とによって調整することが可能となる。
【００１２】
また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記制御回路において、ゲートが前記検波回路の出力端に接続された第２電界効果トランジスタを有し、前記第２電界効果トランジスタのドレインが前記第１電界効果トランジスタのゲートに接続されていると共に、前記第１電界効果トランジスタのゲートと前記第２電界効果トランジスタのドレインとの接続点と電源端子との間に第３抵抗が接続されていて、前記第２電界効果トランジスタのソースがグランドに接続されているという特徴を有する。
【００１３】
このように構成された低周波増幅回路は、制御回路が、第２電界効果トランジスタを有しており、第２電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して制御信号の電圧値を可変させることができるので、減衰回路を制御することが容易にできる。
【００１４】
また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記第１負帰還回路が抵抗のみで構成されており、前記第２負帰還回路がキャパシタのみで構成されているという特徴を有する。
【００１５】
このように構成された低周波増幅回路は、減衰回路の出力端と増幅素子の入力端との間に接続されている第２負帰還回路をキャパシタのみで構成したため、増幅素子から減衰回路までを含めた低周波増幅回路全体で取り扱う周波数の内、特に高い周波数領域のゲインを上げる効果がある。従って、低周波増幅回路の高域側の周波数特性を改善することができる。
【００１６】
また、上記の構成における本発明の低周波増幅回路は、前記第１負帰還回路がキャパシタのみで構成されており、前記第２負帰還回路が抵抗のみで構成されているという特徴を有する。
【００１７】
このように構成された低周波増幅回路は、減衰回路の出力端と増幅素子の入力端との間に接続されている第２負帰還回路を抵抗のみで構成したため、増幅素子から減衰回路までを含めた低周波増幅回路全体で取り扱う周波数の内、特に低い周波数領域のゲインを上げる効果がある。従って、低周波増幅回路の低域側の周波数特性を改善することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の低周波増幅回路は、第１負帰還回路及び第２負帰還回路を有し、第１負帰還回路又は第２負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されているため、第１負帰還回路と第２負帰還回路との組み合わせによって、対象物からの反射波の周波数に対応した周波数特性を持たせることが可能である。また、減衰回路が第１電界効果トランジスタを有しており、第１電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して、増幅された検波信号の減衰量を可変させることができるので、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る低周波増幅回路を有する無線センサ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る低周波増幅回路の構成を示す回路図である。
【図３】実施形態に係る低周波増幅回路の原理を示す等価回路図である。
【図４】実施形態に係る低周波増幅回路の原理を示す等価回路図である。
【図５】実施形態に係る低周波増幅回路の原理を示す等価回路図である。
【図６】実施形態に係る低周波増幅回路における、検波信号と制御信号との関係を示すグラフである。
【図７】実施形態に係る低周波増幅回路の第１変形例の構成を示す回路図である。
【図８】図７に示す低周波増幅回路の周波数特性を示すグラフである。
【図９】実施形態に係る低周波増幅回路の第２変形例の構成を示す回路図である。
【図１０】図９に示す低周波増幅回路の周波数特性を示すグラフである。
【図１１】実施形態に係る低周波増幅回路の第３変形例の構成を示す回路図である。
【図１２】図１１に示す低周波増幅回路の周波数特性を示すグラフである。
【図１３】従来例に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
[実施形態]
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る低周波増幅回路１００を有する無線センサ装置１５０の構成を示すブロック図である。無線センサ装置１５０は、送信信号生成回路６０と、送受信アンテナ９０と、検波回路７０と、本発明の実施形態に係る低周波増幅回路１００と、信号処理回路８０とから構成されている。
【００２２】
無線センサ装置１５０は、例えば、一人住まいの高齢者など単独で生活を営む人の日々の生活状態や健康状態の異常などを検出し、総合的な身体状態を監視する安否監視装置（図示せず）等に用いることができる。図１で説明すると、送信信号生成回路６０から出力される高周波信号を送受信アンテナ９０に供給して電波を放射し、その後、対象物９１からの反射波を受信し、その受信信号を分析して対象物９１の動き又は対象物９１までの距離を検出する。対象物９１の動きとしては、高齢者等の人が家の中を移動する時の動作は勿論、人の呼吸や心拍等の生体情報も含まれる。心拍による動きの周波数は１〜５Ｈｚ程度の非常に低い周波数であり、また、呼吸による動きの周波数は０．２〜０．５Ｈｚ程度の更に低い周波数である。本発明では、０．２〜５Ｈｚ程度の低周波数を取り扱う低周波増幅回路１００を提供する。
【００２３】
送信信号生成回路６０は、高周波数（例えば、２．４５ＧＨｚ）を中心とした周波数レンジ内で所定周期（例えば、２μｓ）にて周波数を連続的に変化させて周波数拡散した高周波送信信号を生成する。図１に示すように、送信信号生成回路６０には送受信アンテナ９０が接続されていて、送信信号生成回路６０から伝送された高周波送信信号は、送受信アンテナ９０から大気中に放射される。本実施形態では、送受信アンテナ９０で送信アンテナと受信アンテナを共用するが、送信アンテナと受信アンテナを別々に設けても良い。放射された高周波送信信号は対象物９１に達してそこで反射され、その後、対象物９１からの反射波が送受信アンテナ９０で受信される。検波回路７０には、送信信号生成回路６０から伝送された高周波送信信号と、送受信アンテナ９０で受信された対象物９１からの反射波が入力される。
【００２４】
検波回路７０の出力段にはローパスフィルタ（図示せず）が接続されている。ローパスフィルタに、低周波成分（例えば１００Ｈｚ以下）を取り出すように通過帯域特性を設定することで、ＤＣ抽出回路として機能させている。高周波送信信号と反射波の周波数が異なっている間は、検波回路７０から周波数変換されて種々の周波数（高周波及び中間周波数）の信号が出力されるが、これらの信号はローパスフィルタで抑制される。そして、高周波送信信号と反射波の周波数が一致している時には、検波回路７０から出力されるＤＣビートをローパスフィルタで取り出している。 
【００２５】
検波回路７０の後段には本発明の実施形態に係る低周波増幅回路１００が接続されている。低周波増幅回路１００は、ローパスフィルタで抽出されたＤＣビートを後段の回路で処理可能な電圧値に増幅する。後段の信号処理回路８０は、ＣＰＵ、メモリ及びＣＰＵで実行されるプログラム等で構成され、検波回路７０から出力される低周波成分（ＤＣ成分を含む）を分析して対象物９１の動き、対象物９１までの距離を検出する機能を備える。本発明は、この無線センサ装置１５０内の低周波増幅回路１００に関する。
【００２６】
次に、低周波増幅回路１００の構成について、図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は、本発明の実施形態に係る低周波増幅回路１００の構成を示す回路図である。低周波増幅回路１００は、入力端子５１と、増幅部１０と、減衰回路２０と、制御回路３０と、第１負帰還回路４０と、第２負帰還回路５０と、出力端子５２と、から構成されている。入力端子５１には、検波回路７０の出力端が接続されていて、この入力端子５１に増幅部１０の入力端が接続されており、また、増幅部１０の出力端には減衰回路２０の入力端が接続されている。入力端子５１には、また制御回路３０の入力端が接続され、制御回路３０は減衰回路２０とも接続されている。また、増幅部１０の入出力端間には、第１負帰還回路４０が接続されており、減衰回路２０の出力端と増幅部１０の入力端との間には、第２負帰還回路５０が接続されている。
【００２８】
増幅部１０は、入力端子５１に接続された結合用の抵抗１７とキャパシタ１８との直列接続回路と、この直列接続回路に直列接続された増幅素子３とで構成されている。キャパシタ１８は、直流カットの機能も有している。増幅素子３としてはオペアンプが使用され、検波回路７０から出力される検波信号Ｖｄｅｔを増幅する。
【００２９】
減衰回路２０は、増幅素子３からの出力信号を減衰させるように構成されている。減衰回路２０は、ドレインＤ１が増幅素子３の出力端に接続された第１電界効果トランジスタ１（以下ＦＥＴ１と略す（ＦＥＴ：Field Effect Transistor））を有し、ＦＥＴ１のソースＳ１から出力端子５２に低周波増幅回路出力信号Ｖｏｕｔが出力されるように構成されている。減衰回路２０では、ＦＥＴ１のドレインＤ１とソースＳ１との間に第１抵抗１１が接続されていると共に、ＦＥＴ１のソースＳ１とグランドＧＮＤとの間に第２抵抗１２が接続されている。尚、第１抵抗１１は抵抗値Ｒ１１を持ち、第２抵抗１２は抵抗値Ｒ１２を持つ。また、ＦＥＴ１は、ＦＥＴ１が導通した時に可変の抵抗値Ｒ１を持つドレイン・ソース間オン抵抗を有する。
【００３０】
制御回路３０は、一端が入力端子５１に接続された第４抵抗１４と、第４抵抗１４の他端とグランドＧＮＤとの間に接続された第５抵抗１５と、第４抵抗１４と第５抵抗１５との接続点にゲートＧ２が接続された第２電界効果トランジスタ２（以下ＦＥＴ２と略す）と、を有している。そして、ＦＥＴ２のドレインＤ２がＦＥＴ１のゲートＧ１に接続されていると共に、ＦＥＴ２のソースＳ２がグランドＧＮＤに接続されている。また、ＦＥＴ１のゲートＧ１とＦＥＴ２のドレインＤ２との接続点と電源端子５３との間に第３抵抗１３が接続されている。尚、第３抵抗１３は抵抗値Ｒ１３を持ち、また、ＦＥＴ２は、ＦＥＴ２が導通した時に可変の抵抗値Ｒ２を持つドレイン・ソース間オン抵抗を有する。
【００３１】
増幅素子３の出力端と増幅素子３の入力端との間に接続されている第１負帰還回路４０、及び減衰回路２０の出力端と増幅素子３の入力端との間に接続されている第２負帰還回路５０のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されている。
【００３２】
本発明に係る低周波増幅回路１００では、増幅部１０内の増幅素子３に検波回路７０からの検波信号Ｖｄｅｔが入力されると共に、制御回路３０にも検波回路７０からの検波信号Ｖｄｅｔが入力される。そして、制御回路３０において検波信号Ｖｄｅｔの電圧値によって制御電圧値が変化する制御信号Ｖｃｎｔが生成され、その制御信号Ｖｃｎｔを減衰回路２０のＦＥＴ１のゲートＧ１に印加することにより減衰回路２０の減衰量を制御するように構成されている。
【００３３】
次に、低周波増幅回路１００における減衰回路２０と制御回路３０とによる信号減衰の動作とその原理について、図２乃至図６を用いて説明する。図３、図４、及び図５は、実施形態に係る低周波増幅回路１００の原理を示す等価回路図である。また、図６は、実施形態に係る低周波増幅回路１００における、検波信号Ｖｄｅｔと制御信号Ｖｃｎｔとの関係を示すグラフである。
【００３４】
図３に示すように、減衰回路２０のＦＥＴ１及び制御回路３０のＦＥＴ２は、それぞれ第１可変抵抗ＶＲ１（以下ＶＲ１と略す）及び第２可変抵抗ＶＲ２（以下ＶＲ２と略す）として表すことができる。図２及び図３に示すように、ＶＲ１としてのＦＥＴ１は、ゲートＧ１に印加される制御信号ＶｃｎｔとソースＳ１との差の電圧、即ちゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ１の電圧値によってそのドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値Ｒ１が可変される。ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ１が大きな時には、ＦＥＴ１に大きな電流が流れるため抵抗値Ｒ１は小さくなり、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ１が小さな時には、ＦＥＴ１に小さな電流が流れるため抵抗値Ｒ１は大きくなる。同様に、ＶＲ２としてのＦＥＴ２は、ゲートＧ２とソースＳ２との間の電圧、即ちゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２の電圧値によってそのドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値Ｒ２が可変される。ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２が大きな時には、ＦＥＴ２に大きな電流が流れるため、抵抗値Ｒ２は小さくなり、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２が小さな時には、ＦＥＴ２に小さな電流が流れるため抵抗値Ｒ２は大きくなる。ＦＥＴ２のドレインＤ２からの出力電圧は、制御回路３０から出力される制御信号Ｖｃｎｔであり、ＦＥＴ１を制御するための電圧として使用される。尚、制御信号Ｖｃｎｔの制御電圧値は、電源端子５３に供給されている電源電圧Ｖｃｃを、第３抵抗１３の抵抗値Ｒ１３とＦＥＴ２のドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値Ｒ２とで分圧した電圧となる。
【００３５】
図３では、第１モードとして、検波回路７０からの検波信号Ｖｄｅｔが最小値である場合を示す。検波信号Ｖｄｅｔが小さいため、検波信号Ｖｄｅｔを第４抵抗１４及び第５抵抗１５で分割した電圧値も小さくなり、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２が小さくなる。その結果、抵抗値Ｒ２が最も大きくなって抵抗値Ｒ２ｍａｘとなり、ＦＥＴ２のドレインＤ２からの制御信号Ｖｃｎｔも最も大きくなる。従って、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ１が大きくなり、ＦＥＴ１に大きな電流が流れるため抵抗値Ｒ１は小さくなり抵抗値Ｒ１ｍｉｎとなる。抵抗値Ｒ１ｍｉｎはほぼ０Ωである。
【００３６】
前述の通り、ＦＥＴ１のドレインＤ１とソースＳ１との間には、第１抵抗１１が接続されているが、ドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値Ｒ１がほぼ０Ωとなるため、第１抵抗１１の抵抗値に関わらず、増幅素子３と出力端子５２との間の抵抗値はほぼ０Ωとなる。従って、減衰回路２０における減衰量は最小の０ｄＢとなる。よって、低周波増幅回路出力信号Ｖｏｕｔとしては増幅素子３の出力電圧がそのまま現れる。
【００３７】
次に、第２モードとして、検波回路７０からの検波信号Ｖｄｅｔが中間値である場合を図４に示す。検波信号Ｖｄｅｔが中間値であるため、検波信号Ｖｄｅｔを第４抵抗１４及び第５抵抗１５で分割した電圧値も中間値であり、ＦＥＴ２のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２も中間値となる。その結果、ドレイン・ソース間オン抵抗の抵抗値Ｒ２はある中間値を持つ抵抗値Ｒ２ｍｉｄとなり、制御信号Ｖｃｎｔも中間値を取る。制御信号Ｖｃｎｔが中間値であるため、抵抗値Ｒ１もある中間値を持つ抵抗値Ｒ１ｍｉｄとなる。前述の通り、ＦＥＴ１のドレインＤ１とソースＳ１との間には、抵抗値Ｒ１１を持つ第１抵抗１１が接続されている。従って、増幅素子３の出力端と出力端子５２との間の抵抗値は、抵抗値Ｒ１ｍｉｄと抵抗値Ｒ１１との並列接続抵抗値、即ち抵抗値（Ｒ１ｍｉｄ／／Ｒ１１）となる。よって、低周波増幅回路出力信号Ｖｏｕｔとしては増幅素子３の出力電圧を、抵抗値（Ｒ１ｍｉｄ／／Ｒ１１）と第２抵抗１２の抵抗値Ｒ１２とで分割した電圧値が現れる。従って、減衰量は中間の値となる。そして、低周波増幅回路出力信号Ｖｏｕｔとしては、増幅素子３の出力電圧がこの減衰量で減衰されて出力端子５２に出力される。
【００３８】
次に、第３モードとして、検波回路７０からの検波信号Ｖｄｅｔが最大値である場合を図５に示す。検波信号Ｖｄｅｔが最大値であるため、検波信号Ｖｄｅｔを第４抵抗１４及び第５抵抗１５で分割した電圧値も最大値であり、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ２も最大値となる。その結果、ＦＥＴ２に大きな電流が流れるため抵抗値Ｒ２は小さくなり抵抗値Ｒ２ｍｉｎとなる。抵抗値Ｒ２ｍｉｎはほぼ０Ωである。抵抗値Ｒ２がほぼ０Ωとなり、制御信号Ｖｃｎｔも０Ｖとなるため、抵抗値Ｒ１は最大値の抵抗値Ｒ１ｍａｘとなる。前述の通り、ＦＥＴ１のドレインＤ１とソースＳ１との間には、抵抗値Ｒ１１を持つ第１抵抗１１が接続されている。従って、増幅素子３と出力端子５２との間の抵抗値は、抵抗値Ｒ１ｍａｘと抵抗値Ｒ１１との並列接続抵抗値、即ち抵抗値（Ｒ１ｍａｘ／／Ｒ１１）となる。（実際にはＲ１ｍａｘが非常に大きいため、ほぼＲ１１となる）よって、低周波増幅回路出力信号Ｖｏｕｔとしては、増幅素子３の出力電圧を抵抗値（Ｒ１ｍａｘ／／Ｒ１１）と第２抵抗１２の抵抗値Ｒ１２とで分割した電圧値が現れる。従って、減衰量は最大となる。
【００３９】
図６は、上述した第１モードから第３モードまでの、検波信号Ｖｄｅｔと制御信号Ｖｃｎｔとの関係を示すグラフである。ここで、検波信号Ｖｄｅｔが小さい場合は、図１に示す送受信アンテナ９０で受信した対象物９１からの反射波のレベルが小さく、検波信号Ｖｄｅｔが大きい場合は、対象物９１からの反射波のレベルが大きいことを意味している。また、制御信号Ｖｃｎｔが小さい場合は、図２に示す減衰回路２０における減衰量が大きく、検波信号Ｖｄｅｔが大きい場合は、減衰回路２０における減衰量が小さいことを意味している。第１モードにおいては、検波信号Ｖｄｅｔが最小値（０．７Ｖ）の時に、制御信号Ｖｃｎｔが最大値（２．５Ｖ）であることが分かる。この時、減衰回路２０における減衰量は最小となる。従って、低周波増幅回路１００のゲインは最大になる。第２モードにおいては、検波信号Ｖｄｅｔが最小値から最大値までの値（０．７Ｖ〜１．０Ｖ）となり、制御信号Ｖｃｎｔが最大値から最小値までの値（２．５Ｖ〜０Ｖ）となることが分かる。この時、減衰回路２０における減衰量は中間の値となる。従って、低周波増幅回路１００のゲインは中間の値となる。また、第３モードにおいては、検波信号Ｖｄｅｔが最大値（１．０Ｖ）の時に、制御信号Ｖｃｎｔが最小値（０Ｖ）であることが分かる。この時、減衰回路２０における減衰量は最大となる。従って、低周波増幅回路１００のゲインは最小になる。
【００４０】
次に、第１負帰還回路４０又は第２負帰還回路５０内のキャパシタ又は抵抗による低周波増幅回路１００におけるゲインの周波数特性の変化について、図７乃至図１２を用いて説明を行う。
【００４１】
図７は、第１変形例である低周波増幅回路２００の構成を示す回路図であり、図８は、低周波増幅回路２００のゲインの周波数特性を示すグラフである。図９は、第２変形例である低周波増幅回路３００の構成を示す回路図であり、図１０は、低周波増幅回路３００のゲインの周波数特性を示すグラフである。図１１は、第３変形例である低周波増幅回路４００の構成を示す回路図であり、図１２は、低周波増幅回路４００のゲインの周波数特性を示すグラフである。
【００４２】
尚、図８、図１０、及び図１２は、各低周波増幅回路の、前述の図６に示した第２モード（中間の領域）における制御信号Ｖｃｎｔが１．６Ｖから２．０Ｖまで変化した場合の周波数特性を表している。（制御信号Ｖｃｎｔが１．６Ｖ以下、又は、２．０Ｖ以上の領域では、制御信号Ｖｃｎｔが１．６Ｖ、又は２．０Ｖの時と比べてその差が小さいため、ここでは説明を１．６Ｖから２．０Ｖまでとした。）また、実施形態に係る低周波増幅回路の第１変形例乃至第３変形例において、制御信号Ｖｃｎｔが１．６Ｖにおける最大のゲインがほぼ同一（約８４ｄＢ）になるように、第１抵抗１１の抵抗値Ｒ１１及び第２抵抗１２の抵抗値Ｒ１２を適宜選択している。
【００４３】
第１変形例では、図７に示すように、第１負帰還回路４０は、負帰還抵抗２１と負帰還キャパシタ２２との並列接続回路で構成されている。また、第２負帰還回路５０は、負帰還抵抗２３のみで構成されている。負帰還抵抗２１は、取り扱う周波数全体に負帰還を掛ける場合に一般的に用いられる。負帰還キャパシタ２２は、増幅素子３単体での周波数特性を改善するために用いられ、増幅素子３によって増幅する周波数の内、特に高い周波数において特性をフラットにする効果がある。但し、減衰回路２０に対しては、負帰還キャパシタ２２による負帰還が効かないため、低周波増幅回路１００全体としては高い周波数における周波数特性が改善されない可能性がある。また、負帰還抵抗２３の抵抗値は、負帰還抵抗２１の抵抗値に比較して非常に大きく設定されているため、抵抗による負帰還は主に負帰還抵抗２１によって行われる。負帰還抵抗２３による負帰還は、微小な調整を行う場合に使用されるが、微小な調整が必要のない場合は削除される場合もある。
【００４４】
図８に示すように、第１変形例では、例えば周波数２Ｈｚにおいて、Ｖｃｎｔ＝１．６ＶでのゲインとＶｃｎｔ＝２．０Ｖでのゲインとの差は約１４ｄＢもあり、制御信号Ｖｃｎｔによるゲインの制御範囲が広いことが分かる。従って、第１変形例は、低い検波信号電圧値から高い検波信号電圧値までの広いダイナミックレンジが要求される場面で使用することに適している。
【００４５】
しかし、第１変形例では、周波数２Ｈｚ以上の高い周波数において、そのゲインが下がっていることが分かる。この周波数特性を改善したのが第２変形例である。
【００４６】
第２変形例では、図９に示すように、第１負帰還回路４０は、負帰還抵抗２５のみで構成されていて、第２負帰還回路５０は、負帰還キャパシタ２４のみで構成されている。負帰還抵抗２５は、前述したように、取り扱う周波数全体に負帰還が掛かるが、周波数特性にはあまり影響しない。負帰還キャパシタ２２は、減衰回路２０の出力端と増幅素子３の入力端との間に接続されているため、増幅素子３から減衰回路２０までを含めた低周波増幅回路１００全体に負帰還を掛ける効果がある。
【００４７】
また、増幅素子３の出力端と減衰回路２０の出力端との間には、第１抵抗１１とＦＥＴ１のドレイン・ソース間オン抵抗との並列接続による抵抗（今後これを並列接続抵抗と呼ぶ）が接続されていることになる。従って、増幅素子３の出力端と増幅素子３の入力端との間には、この並列接続抵抗と負帰還キャパシタ２４との直列接続回路が接続されることになる。ここで、この直列接続回路において生じる共振周波数を適切な周波数に設定することにより、低周波増幅回路１００の周波数特性、特に高い周波数の領域における周波数特性に改善を加えることができる。
【００４８】
この直列接続回路による共振周波数を適切な周波数に設定し、低周波増幅回路１００の周波数特性に改善を加えた結果を図１０に示す。図１０に示すように、低周波増幅回路１００で取り扱う周波数の内、２〜５Ｈｚの高い周波数領域のゲインを、図８に示す周波数特性に比べて、持ち上げることができている。
【００４９】
例えば、Ｖｃｎｔ＝２．０Ｖ・周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚにおいて、そのゲイン差は約２ｄＢに収まっている。即ち、周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚにおいて高いゲインを保っている。従って、第２変形例は、周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚで使用することに適している。例えば、周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚが使用される人の心拍に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。
【００５０】
しかし、第２変形例では、周波数０．５Ｈｚ以下の低い周波数において、そのゲインが下がっていることが分かる。例えば、Ｖｃｎｔ＝２．０Ｖ・周波数０．３Ｈｚにおいて、そのゲインの大きさは約６２．５ｄＢである。従って、周波数０．５Ｈｚ以下の低い周波数領域においてのゲインアップが望まれる。この周波数領域における特性を改善したのが第３変形例である。
【００５１】
第３変形例では、図１１に示すように、第１負帰還回路４０は、負帰還キャパシタ２６のみで構成されていて、第２負帰還回路５０は、負帰還抵抗２７のみで構成されている。負帰還キャパシタ２６は、増幅素子３の出力端と増幅素子３の入力端との間に接続されているため、増幅素子３で増幅する周波数帯域に負帰還が掛かるが、増幅素子３から減衰回路２０までを含めた低周波増幅回路１００全体には負帰還が掛からない。また、抵抗とキャパシタとによる直列共振も発生しない。そのため、周波数の高い領域のゲインはあまりフラットにならない。それに対して、周波数の低い領域では、低周波増幅回路１００全体に負帰還キャパシタによる負帰還を掛けず、負帰還抵抗２７によってのみ負帰還を掛けることによって、相対的に周波数の低い領域でゲインを高くすることができる。
【００５２】
図１２に示すように、第３変形例では、例えば、Ｖｃｎｔ＝２．０Ｖ・周波数０．３Ｈｚにおいて、そのゲインの大きさは約６５ｄＢである。この周波数において、第２変形例に比較して約２．５ｄＢ改善されている。従って、第３変形例は、周波数０．２Ｈｚ〜０．５Ｈｚで使用することに適している。例えば、周波数０．２Ｈｚ〜０．５Ｈｚが使用される人の呼吸に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。
【００５３】
以上述べたように、第１変形例は、低い検波信号電圧値から高い検波信号電圧値までの広いダイナミックレンジが要求される場面で使用することに適している。また、第２変形例は、周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚの高い周波数で使用することに適している。例えば、周波数１Ｈｚ〜５Ｈｚが使用される人の心拍に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。更に、第３変形例は、周波数０．２Ｈｚ〜０．５Ｈｚの低い周波数で使用することに適している。例えば、周波数０．２Ｈｚ〜０．５Ｈｚが使用される人の呼吸に関する生体情報を要求される場面で使用することが望ましい。このように、本発明の実施形態では、第１変形例、第２変形例、又は第３変形例を、その使用目的に応じて使い分けることで、発明の効果をより明確に発揮させることができる。
【００５４】
以上説明したように、本発明の低周波増幅回路は、第１負帰還回路及び第２負帰還回路を有し、第１負帰還回路又は第２負帰還回路のうちの一方にはキャパシタが接続されていると共に、他方には抵抗が接続されているため、第１負帰還回路と第２負帰還回路との組み合わせによって、対象物からの反射波の周波数に対応した周波数特性を持たせることが可能である。また、減衰回路が第１電界効果トランジスタを有しており、第１電界効果トランジスタの可変抵抗作用を利用して、増幅された検波信号の減衰量を可変させることができるので、近距離から遠距離まで対応できるダイナミックレンジを有した低周波増幅回路を提供することが容易にできる。
【００５５】
本発明は上記の実施形態の記載に限定されず、その効果が発揮される態様で適宜変更して実施することができる。例えば、本発明の低周波増幅回路には、図２に示される構成要素と等価な構成要素が含まれることがあっても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１        第１電界効果トランジスタ
２        第２電界効果トランジスタ
３        増幅素子
１０      増幅部
１１      第１抵抗
１２      第２抵抗
１３      第３抵抗
１４      第４抵抗
１５      第５抵抗
１７      抵抗
１８      キャパシタ
２０      減衰回路
２１      負帰還抵抗
２２      負帰還キャパシタ
２３      負帰還抵抗
２４      負帰還キャパシタ
２５      負帰還抵抗
２６      負帰還キャパシタ
２７      負帰還抵抗
３０      制御回路
４０      第１負帰還回路
５０      第２負帰還回路
５１      入力端子
５２      出力端子
５３      電源端子
６０      送信信号生成回路
７０      検波回路
８０      信号処理回路
９０      送受信アンテナ
９１      対象物
１００    低周波増幅回路
１５０    無線センサ装置
２００    低周波増幅回路
３００    低周波増幅回路
４００    低周波増幅回路
Ｄ１      ドレイン
Ｄ２      ドレイン
Ｓ１      ソース
Ｓ２      ソース
Ｇ１      ゲート
Ｇ２      ゲート
Ｒ１      抵抗値
Ｒ２      抵抗値
Ｒ１１    抵抗値
Ｒ１２    抵抗値
ＶＲ１    可変抵抗
ＶＲ２    可変抵抗
Ｖｇｓ１  ゲート・ソース間電圧
Ｖｇｓ２  ゲート・ソース間電圧
Ｖｃｃ    電源電圧
Ｖｏｕｔ  低周波増幅回路出力信号
Ｖｃｎｔ  制御信号
Ｖｄｅｔ  検波信号
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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