(57)【要約】【課題】アンテナ輻射回路と周波数選択回路４間に半導体バッファ回路３を配置することにより、インピーダンス整合調整を行わずに良好なＳＮ比を得ることができる受信機入力回路を提供する。【解決手段】アンテナ給電線７が接続されるアンテナ入力端子１と、アンテナ入力端子１に結合コンデンサ２を通して入力端が接続されるエミッタフォロワトランジスタ回路３と、エミッタフォロワトランジスタ路３の出力端に結合される周波数選択回路４と、周波数選択回路４の周波数選択出力信号が供給される高周波増幅段５とを備え、アンテナ入力端子１にアンテナ６に誘起された受信信号波長に比べて極めて短いアンテナ給電線７が接続され、半導体バッファ回路３によりアンテナ輻射回路と周波数選択回路４との電気的結合を隔離した。【選択図】図１
2008300956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ給電線が接続されるアンテナ入力端子と、前記アンテナ入力端子に結合コンデンサを通して入力端が接続される半導体バッファ回路と、前記半導体バッファ回路の出力端に結合される周波数選択回路と、前記周波数選択回路の周波数選択出力信号が供給される高周波増幅段とを備え、前記アンテナ入力端子にアンテナに誘起された受信信号波長に比べて極めて短いアンテナ給電線が接続され、前記半導体バッファ回路によりアンテナ輻射回路部と周波数選択回路部との電気的結合を隔離したことを特徴とする受信機入力回路。
【請求項２】
前記半導体バッファ回路は、エミッタフォロワトランジスタ回路であって、その入力端がトランジスタのベースであり、その出力端がトランジスタのエミッタであることを特徴とする請求項１に記載の受信機入力回路。
【請求項３】
前記半導体バッファ回路は、ソースフォロワトランジスタ回路であって、その入力端がトランジスタのゲートであり、その出力端がトランジスタのソースであることを特徴とする請求項１に記載の受信機入力回路。
【請求項４】
前記アンテナ入力端子に接続されるアンテナは、ホイップアンテナであって、前記アンテナ入力端子の近傍に配置され、極めて短いアンテナ給電線を通して前記アンテナ入力端子に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の受信機入力回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信機入力回路に係り、特に、受信機のアンテナ入力端子に接続されるアンテナ給電線の長さが受信信号波長に比べて著しく短い場合にアンテナ輻射回路と周波数選択回路との間に半導体バッファ回路を接続し、アンテナ輻射回路と周波数選択回路との電気的結合を隔離して受信機のＳＮ比を改善させた受信機入力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、受信機入力回路は、アンテナ入力端子と高周波入力段との間に配置接続されたインピーダンス整合回路と周波数選択回路とからなる回路によって構成されるもので、インピーダンス整合回路によってアンテナ輻射回路と周波数選択回路とのインピーダンス整合が行われ、周波数選択回路によって受信信号中の所望受信周波数信号の選択が行われている。この場合、通常、インピーダンス整合回路としては可変容量素子を含んだ回路によって構成され、周波数選択回路としては中間タップ付きインダクタ素子と可変容量素子とを並列接続した並列同調回路によって構成されることが多い。
【０００３】
図４は、かかる既知の受信機入力回路の代表的な構成例を示す回路図である。
【０００４】
図４に示すように、この受信機入力回路は、アンテナ入力端子１１と、可変容量素子１２1 からなるインピーダンス整合回路１２と、中間タップ付きインダクタ素子１３1 と可変容量素子１３2 とを並列接続した並列同調回路１３とからなり、この受信機入力回路に次続するように、入力結合容量１４1 とベースバイアス抵抗１４2 と増幅用トランジスタ１４3 とを含んだ高周波増幅段１４が接続され、アンテナ入力端子１１には、アンテナ給電線１６を通して受信アンテナ１５が接続される。この場合、インピーダンス整合回路１２を構成する可変容量素子１２1 は、アンテナ端子１１とインダクタ素子１３1 の中間タップ間に接続される。並列同調回路１３は、そのホット側（非接地側）回路端が高周波増幅段１４の入力端に接続され、コールド側（接地側）回路端が接地点に接続される。
【０００５】
前記構成による受信機入力回路は、次のように動作する。
【０００６】
受信アンテナ１５により受信された受信信号がアンテナ入力端子１１を通してインピーダンス整合回路１２に供給されると、その受信信号は、可変容量素子１２1 及びインダクタ素子１３1 の中間タップを通して並列同調回路１３に供給され、並列同調回路１３において受信信号の中の所要周波数の受信信号が選択され、選択された受信信号が高周波増幅段１４に供給される。このとき、可変容量素子１２1 の容量値を適宜調整することによりアンテナ端子１１に接続されるアンテナ輻射回路と並列同調回路１３とのインピーダンス整合を達成させ、また、並列同調回路１３の可変容量素子１３2 の容量値を適宜調整することにより並列同調回路１３において所要周波数の受信信号の選択が行われ、選択された所要周波数の受信信号が高周波増幅段１４に供給される。
【０００７】
ところで、この種の受信機入力回路を有する受信機は、受信機の雑音指数Ｆとして、「電子情報通信ハンドブック」、電子情報通信学会編、オーム社発行、１９９８、第２３９８頁等の記載によれば、
【数１】
2008300956.tif 000003
【０００８】
で表わされる。
【０００９】
この式（１）において、Ｒｏは受信機入力回路の終端インピーダンスを表わすもので、受信機入力回路が並列同調回路１３によって終端される場合、その終端インピーダンスは並列同調回路１３の共振インピーダンスと高周波増幅段１４の入力インピーダンスとの並列接続インピーダンスによって表わされる。また、Ｒｓは高周波増幅段１４の入力端からアンテナ入力端子１１の方向を見たときの終端インピーダンスＲｏを除いたインピーダンス、すなわちアンテナ回路の輻射インピーダンスを表わしている。さらに、Ｒｎは高周波増幅段１４を含めて高周波増幅段１４に後続接続される全ての段の雑音を高周波増幅段１４の入力端に換算して表わした等価雑音抵抗を表わしている。
【００１０】
式（１）で示される受信機入力回路の雑音指数Ｆをできるだけ小さな値にするためには、高周波増幅段１４を構成する増幅用トランジスタ１４3 等に等価雑音抵抗の低いトランジスタを用いるとともに、その増幅用トランジスタ１４3 等を含む高周波増幅器の増幅度を大きくすることによって等価雑音抵抗Ｒｎを低下させ、それと同時に、並列同調回路１４の共振インピーダンスを表わす終端インピーダンスＲｏを大きな値にすればよい。この理由は、以下の説明から明らかである。すなわち、この受信機入力回路において、アンテナ輻射回路等の輻射インピーダンスＲｓと並列同調回路１４の共振インピーダンスＲｏとがインピーダンス整合状態にあれば、Ｒｓ＝Ｒｏの条件が満たされ、式（１）は、
【数２】
2008300956.tif 000004
【００１１】
で表わされる。
【００１２】
この式（２）において、等価雑音抵抗Ｒｎが小さくなるようにし、かつ、入力インピーダンスＲｓが大きな値になるようにすれば、雑音指数Ｆを小さな値にすることができるもので、入力インピーダンスＲｓと等価雑音抵抗Ｒｎとの間で、Ｒｓ≫Ｒｎの条件が満たされれば、雑音指数Ｆは２に漸近した値になる。
【００１３】
ところで、実際の受信機入力回路においては、このようなＲｓ≫Ｒｎとなる条件を満たす構成を得ることは必ずしも容易なことではない。その理由は、受信機が受信信号の中の特定周波数信号を受信したとき、受信機の雑音指数Ｆを２に近似した値に設定することができたとしても、受信機の受信信号をその特定周波数信号から他の周波数信号に選択変更した場合、選択変更する度ごとに、アンテナ輻射回路と並列同調回路１４との間のインピーダンス整合の調整と、並列同調回路の同調周波数の調整とをそれぞれ独立に行うことができないものであり、その結果として、インピーダンス整合の調整と同調周波数の調整とを交互に行うことによって、雑音指数Ｆを順次２に近づける調整作業が必要になるためである。
【００１４】
このように、既知の受信機入力回路は、受信機の雑音指数Ｆを小さな値にするために、並列同調回路の同調周波数を選択変更する度ごとに、インピーダンス整合の調整と同調周波数の調整とを交互に行う必要があり、現実的なこれらの調整を簡易な調整作業によって行うことができないものである。
【特許文献１】使用する特許文献はなし
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、アンテナ輻射回路と周波数選択回路との間に半導体バッファ回路を配置することにより、インピーダンス整合調整を行わずに良好なＳＮ比を得ることができる受信機入力回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するために、本発明による受信機入力回路は、アンテナ給電線が接続されるアンテナ入力端子と、アンテナ入力端子に結合コンデンサを通して入力端が接続される半導体バッファ回路と、半導体バッファ回路の出力端に結合される周波数選択回路と、周波数選択回路の周波数選択出力信号が供給される高周波増幅段とを備え、アンテナ入力端子にアンテナに誘起された受信信号波長に比べて極めて短いアンテナ給電線が接続され、半導体バッファ回路によりアンテナ輻射回路部と周波数選択回路部との電気的結合を隔離した構成手段を具備する。
【００１７】
この場合、前記構成手段における半導体バッファ回路の一つの具体的回路は、エミッタフォロワトランジスタ回路であって、その入力端がトランジスタのベースであり、その出力端がトランジスタのエミッタである。
【００１８】
また、前記構成手段における半導体バッファ回路の他の一つの具体的回路は、ソースフォロワトランジスタ回路であって、その入力端がトランジスタのゲートであり、その出力端がトランジスタのソースである。
【発明の効果】
【００１９】
以上、詳細に説明したように、ホイップアンテナ等のアンテナを用いて受信した受信信号を直接取り込む場合や、受信信号波長に比べてアンテナ給電線の長さが非常に短いような場合に、本発明による受信機入力回路を用いられるもので、受信機入力回路の調整は、並列同調回路の同調周波数を設定変更を行うだけであって、その設定変更を行う都度、インピーダンス整合調整を行う必要がなくなって、受信機入力回路の調整作業を簡素化することができ、また、半導体バッファ回路の使用によってアンテナ輻射回路の終端インピーダンスの必要がないので、受信機入力回路における受信信号電圧の減衰を大幅に低減することができ、受信機における信号／雑音比（Ｓ／Ｎ）を少なくとも５ｄＢ程度改善することができる。
【００２０】
さらに、本発明による受信機入力回路を用いることにより、付随的な効果として、周波数変換器からアンテナ回路方向を見たとき、途中に半導体バッファ回路が接続されており、当該半導体バッファ回路の出力インピーダンスが数オーム程度の低出力インピーダンス特性を示すので、周波数変換器からアンテナ回路方向に漏洩する局部発信信号をこの低出力インピーダンスによって十分に抑え、それよりアンテナ回路方向への漏洩成分を十分減衰させることができ、結果的に、アンテナから外部に放射伝播するのを十分に抑圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明による受信機入力回路の一つの実施の形態を示す回路図である。
【００２３】
図１に示されるように、１はアンテナ入力端子、２は結合用容量素子、３は半導体バッファ回路、この例ではエミッタフォロワトランジスタ回路、４は同調回路であって、これらの構成要素によって受信機入力回路が構成される。その他に、５は受信機入力回路に次続する高周波増幅段、６、７はアンテナ入力端子１に外部接続される受信アンテナ、アンテナ給電線である。この場合、エミッタフォロワトランジスタ回路３は、ベースバイアス抵抗３1 とエミッタフォロワ接続トランジスタ３2 とエミッタ負荷抵抗３3 とからなり、同調回路４は、同調用インダクタ素子４1 と同調用可変容量素子４2 とからなっている。高周波増幅段５は、結合用容量素子５1 とベースバイアス抵抗５2 と増幅用トランジスタ５3 とを含むものである。アンテナ６は、ホイップアンテナであって、その信号出力端がアンテナ給電線７を通してアンテナ入力端子１に接続される。この場合、アンテナ給電線７は、アンテナ６に誘起された受信信号波長に比べて極めて短い長さのものが用いられる。
【００２４】
そして、結合用容量素子２は、入力端がアンテナ入力端子１に接続され、出力端がエミッタフォロワ接続トランジスタ３2 のベースに接続される。エミッタフォロワ接続トランジスタ３2 は、ベースがベースバイアス抵抗５2 を通して電源供給端子Ｖｃｃに接続され、コレクタが直接電源供給端子Ｖｃｃに接続され、エミッタがエミッタ負荷抵抗３3 を通して接地点に接続される。同調用インダクタ素子４1 は、一端がエミッタフォロワ接続トランジスタ３2 のエミッタに接続され、他端が高周波増幅段５の入力端に接続される。同調用可変容量素子４2 は、一端が高周波増幅段５の入力端に接続され、他端が接地点に接続される。結合用容量素子５1 は、一端が高周波増幅段５の入力端に接続され、他端が増幅用トランジスタ５3 のベースに接続される。増幅用トランジスタ５3 は、ベースがベースバイアス抵抗５2 に接続される。
【００２５】
前記構成によるこの実施の形態による受信機入力回路は、次のように動作する。
【００２６】
受信アンテナ６により受信された受信信号がアンテナ入力端子１に印加されると、その受信信号は結合容量素子２を通してエミッタフォロワトランジスタ回路３に供給される。エミッタフォロワトランジスタ回路３は、供給された受信信号を高入力インピーダンス状態で受け、エミッタフォロワ接続トランジスタ３3 のエミッタから低出力インピーダンス状態で同調回路４に出力する。同調回路４は、同調用可変容量素子４2 の調整によって所要周波数の受信信号が選択されるもので、同調回路４で選択された受信信号は次続の高周波増幅段５に供給される。
【００２７】
この場合、エミッタフォロワトランジスタ回路３におけるエミッタフォロワ接続トランジスタ３2 は、半導体バッファ回路として動作するもので、その入力インピーダンスがアンテナ輻射回路のインピーダンスに比べて極めて高いインピーダンスを有しているので、半導体バッファ回路におけるアンテナ入力側を無終端（開放）状態で動作させることが可能になる。このとき、受信アンテナ６に誘起された受信信号電圧は、アンテナ入力端子１及び結合用容量素子２を通してそのままインピーダンス整合負荷によって終端されないエミッタフォロワ接続トランジスタ３2 のベースに直接供給されるので、その受信信号電圧がインピーダンス整合負荷の接続によって１／２の大きさに減少することはなく、そのままの電圧を維持した状態でエミッタフォロワ接続トランジスタ３2 のエミッタから導出され、同調回路４に印加される。
【００２８】
このような構成にすれば、受信アンテナ６に誘起された受信信号電圧をそのままの電圧値で同調回路４から取り出すことができるのに対し、従来の受信機入力回路のように、アンテナ輻射回路のインピーダンスに等しいインピーダンスによって終端した場合、その終端部分の受信信号電圧は無終端の場合に比べて誘起された受信信号電圧の１／２になる。この場合、その終端部分の雑音電圧は、合成インピーダンス値（抵抗値）が１／２になっているので、電力で１／２になり、電圧で１／√２になる。したがって、信号対雑音電圧比は、本発明の受信機入力回路における無終端のものが従来の受信機入力回路における終端型のものに比べて３ｄＢだけ良好になる。また、受信機全体の信号対雑音電圧比は、後述するように、Ｒｎが大きくなるにしたがって６ｄＢに漸近するようになる。
【００２９】
なお、本発明の受信機入力回路は、前記説明からも明らかなように、雑音電力を考えることができないので、信号対雑音比を比較する場合の常套パラメータである雑音指数を使用することができず、信号対雑音電圧比を用いている。
【００３０】
次に、図２（ａ）、（ｂ）は、図１に図示された受信機入力回路の等価回路を示す回路図である。
【００３１】
図２（ａ）において、ｅ0 はアンテナ誘起電圧、Ｒｓはアンテナ回路の輻射インピーダンス、点線枠ＥＦによって示された回路部はエミッタフォロワ回路、ｎ・ｅａはエミッタフォロワ回路ＥＦの出力駆動電圧、Ｒｏは並列同調回路４の共振インピーダンス、Ｒｎは高周波増幅段４を含む全ての後続段から発生する雑音が全て高周波増幅段４のこの抵抗Ｒｎから発生しているとしたときの等価雑音抵抗である。この場合、並列同調回路４は、入力された駆動電圧ｎ・ｅａをＱ倍に昇圧して出力するもので、このときの昇圧比を一般的にｎで表わされる。そして、この電圧利得をエミッタフォロワ回路ＥＦに繰り込んだ形で表現すると、エミッタフォロワ回路ＥＦの出力駆動電圧はｎ・ｅａになる。
【００３２】
また、図２（ａ）の等価回路をより簡略化して表わした場合、図２（ｂ）に示すようになるもので、エミッタフォロワ回路ＥＦ及びその前段回路をまとめて出力駆動電圧ｎ・ｅａとして表わしたものである。
【００３３】
ここで、図５（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）、（ｂ）と比較のためのものであって、従来の受信機入力回路の等価回路を示す回路図である。
【００３４】
図５（ａ）に示されるように、同調回路単体の共振インピーダンスはＲｏであり、このインピーダンスＲｏとアンテナ回路の輻射インピーダンスＲｓとは１：ｎの巻線比を有する理想変成器によりインピーダンス整合しているとすれば、ｎ2 Ｒｓ＝Ｒｏの関係を有している。
【００３５】
また、図５（ｂ）に示されるように、アンテナ誘起電圧ｅａは同調回路の２次側に換算されたときにｎ・ｅａで表わされ、輻射インピーダンスＲｓは同じく同調回路の２次側に換算されたときにｎ・Ｒｓとして表わされる。
【００３６】
以上の操作を行うことによって、本願発明の受信機入力回路と従来の受信機入力回路との信号対雑音電圧比（ＳＮ電圧比）は、図２（ｂ）と図４（ｂ）との比較によって決まり、それぞれの受信機入力回路の信号対雑音電圧比（ＳＮ電圧比）は以下のようになる。
【００３７】
図２（ｂ）に図示された本願発明の受信機入力回路のＳＮ電圧比
【数３】
2008300956.tif 000005
【００３８】
図５（ｂ）に図示された従来の受信機入力回路のＳＮ電圧比
【数４】
2008300956.tif 000006
【００３９】
したがって、式（３）の結果と式（４）の結果との比を求め、その比が本願発明におけるＳＮ改善度とすれば、ＳＮ改善度は、
【数５】
2008300956.tif 000007
【００４０】
となる。
【００４１】
ここで、アンテナ回路の輻射インピーダンスＲｓを（７５／２）オームとし、昇圧比ｎの値を３通りに、等価雑音抵抗Ｒｎの大きさを５通りにそれぞれ変化させたときのＳＮ改善度を求めると、表１に示すような値を得ることができた。
【表１】
2008300956.tif 000008
【００４２】
この場合、等価雑音抵抗Ｒｎは、通常、数１００オーム乃至数１０キロオームの範囲内の値であるから、表１に示すように、等価雑音抵抗Ｒｎを１００オームから３０キロオームの範囲内の全ての場合にＳＮ改善を図ることができ、特に、昇圧比ｎが１、すなわち同調回路を用いない（集中定数型バンドパスフィルタの場合も含まれる）場合であっても、５ｄＢ以上のＳＮ改善を見ることができ、総括的に見ても５ｄＢ程度のＳＮ改善度を見込むことができるものである。
【００４３】
ところで、前述の実施の形態は、半導体バッファ回路としてエミッタフォロワトランジスタ回路３を用いた例を示したものであるが、半導体バッファ回路としてソースフォロワトランジスタ回路８を用いたときであっても、エミッタフォロワトランジスタ回路３を用いたときの機能と同様の機能を発揮させることができる。
【００４４】
図３は、本発明による受信機入力回路の他の実施の形態を示す回路図であって、半導体バッファ回路としてソースフォロワトランジスタ回路８を用いた例を示すものである。
【００４５】
図３に示されるように、８は半導体バッファ回路、この例ではソースフォロワトランジスタ回路を用いた例であって、このソースフォロワトランジスタ回路８は、ゲートバイアス抵抗８1 、８2 とソースフォロワ接続トランジスタ８3 とソース負荷抵抗８4 とからなり、それらの相互接続状態は、エミッタフォロワトランジスタ回路３における相互接続状態に準じたものになっている。
【００４６】
また、半導体バッファ回路８の構成以外の各回路の構成は、図１に図示された受信機入力回路の対応する回路の構成と同じであり、図３においては、図１に図示された受信機入力回路の構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付し、それらの構成要素についての説明は省略する。
【００４７】
そして、この他の実施の形態に係る受信機入力回路の動作及びそれによって得られる効果は、図１に図示された実施の形態に係る受信機入力回路の動作及びそれによって得られる効果と同じであって、ここではその動作及びそれによって得られる効果についての説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明による受信機入力回路の１つの実施の形態を示すもので、その回路構成を示す回路図である。
【図２】図１に図示された受信機入力回路の等価回路を示す回路図である。
【図３】本発明による受信機入力回路の他の実施の形態を示すもので、その回路構成を示す回路図である。
【図４】既知の受信機入力回路の代表的な構成例を示す回路図である。
【図５】既知の受信機入力回路の等価回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  アンテナ入力端子
２  結合用容量素子
３  半導体バッファ回路で、エミッタフォロワトランジスタ回路を用いた例
３1   ベースバイアス抵抗
３2   エミッタフォロワ接続トランジスタ
３3   エミッタ負荷抵抗
４  同調回路
５  高周波増幅段
６  受信アンテナ
７  アンテナ給電線
８  半導体バッファ回路で、ソースフォロワトランジスタ回路を用いた例
８1 、８2   ゲートバイアス抵抗
８3   ソースフォロワ接続トランジスタ
８4   ソース負荷抵抗
【図１】
2008300956.tif 000009
【図２】
2008300956.tif 000010
【図３】
2008300956.tif 000011
【図４】
2008300956.tif 000012
【図５】
2008300956.tif 000013