(57)【要約】【課題】コスト、サイズおよび消費電力の大幅なアップを招くことなく、雑音指数および入力ＶＳＷＲの双方について要求を満たす高周波増幅器、およびそれを用いた受信機を提供することにある。【解決手段】高周波増幅器１は、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１、ゲインマッチの第２の入力整合回路２２、ＦＥＴ３、および出力整合回路５を備え、入力整合回路２１、２２はＦＥＴ３のゲート端子に電気的に接続されている。第１の入力整合回路２１の前段側にアイソレータ６が配置されている。高周波入力信号の周波数領域が４ＧＨｚ以上の高域側のときには、高周波入力信号をアイソレータ６および第１の入力整合回路２１に供給し、４ＧＨｚ未満の低域側のときには、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路２２に供給するためのスイッチ回路８が構成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界効果トランジスタと、該電界効果トランジスタのゲート端子に電気的に接続される入力整合回路と、前記電界効果トランジスタのドレイン端子に電気的に接続される出力整合回路とを有する高周波増幅器において、
前記入力整合回路として、前段にアイソレータが挿入されたノイズマッチの第１の入力整合回路と、ゲインマッチの第２の入力整合回路を有し、
高周波入力信号の周波数領域が高域側のときには、当該高周波入力信号を前記アイソレータおよび前記第１の入力整合回路を介して前記電界効果トランジスタのゲート端子に供給し、前記高周波入力信号の周波数領域が低域側のときには、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路を介して前記電界効果トランジスタのゲート端子に供給する入力信号振り分け手段を有していることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項２】
請求項１において、前記入力信号振り分け手段は、高周波入力信号の周波数領域が低域側であるか高域側であるかにより、当該高周波入力信号を前記アイソレータおよび前記第１の入力整合回路を介して前記電界効果トランジスタのゲート端子に供給するか、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路を介して前記電界効果トランジスタのゲート端子に供給するかを切り換えるスイッチ手段であることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項３】
請求項１において、前記入力信号振り分け手段は、前記第１の入力整合回路の前段側および後段側の少なくとも一方に配置されたハイパスフィルタと、前記第２の入力整合回路の前段側および後段側の少なくとも一方に配置されたローパスフィルタであることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記第１の入力整合回路は、高域側無線ＬＡＮであり、前記第２の入力整合回路は、低域側無線ＬＡＮであることを特徴とする高周波増幅器。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに規定する高周波増幅器を用いたことを特徴とする受信機。
【発明の詳細な説明】
本発明は、電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴという）を用いた高周波増幅器、およびそれを用いた受信機に関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
移動通信用、ＴＶ受信用および無線ＬＡＮ用の電子機器などにおいて受信回路には、受信アンテナで受信した微小な高周波信号を増幅するための高周波増幅器が設けられている。この高周波増幅器は、一般に、図５に示すように、入力整合回路２、ＦＥＴ３、および出力整合回路５を備えており、入力整合回路２、および出力整合回路５はそれぞれ、ＦＥＴ３のゲート端子、およびドレイン端子に電気的に接続されている。
【０００２】
このような高周波増幅器１Ｄにおいて、ＦＥＴ３では、雑音指数（ＮＦ）を最小にする整合点（ノイズマッチ）と、利得を最大とする整合点（ゲインマッチ）、すなわち、入力ＶＳＷＲが最小となる点との間にずれがある。このため、図６に示すように、入力整合回路２をゲインマッチに構成すると、実線Ｌ１で示すように、ノイズマッチに構成した場合（実線Ｌ２を参照）と比較して、雑音指数ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｇｕｒｅ）が高い。そこで、入力整合回路２をノイズマッチとし、雑音指数ＮＦを最小にした上で、入力ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）の悪さをアイソレータ６を挿入することにより解消している。すなわち、反射係数をΓとしたとき、入力ＶＳＷＲは、下式
入力ＶＳＷＲ＝（１＋｜Γ｜）／（１−｜Γ｜）
で表わされるので、反射係数Γをアイソレータ６で低減する。
【０００３】
このような構成によれば、３ＧＨｚ〜５ＧＨｚの広帯域増幅器を設計する際、雑音指数ＮＦを３ＧＨｚで１ｄＢ、４ＧＨｚで２ｄＢ、５ＧＨｚで３ｄＢとし、アイソレータ６の必要帯域を２ＧＨｚ、挿入損失を０．５ｄＢとすると、この増幅器の最大雑音指数は、図６に点線Ｌ３で示すように、５ＧＨｚでの３．５ｄＢとなる。
【０００４】
しかしながら、このような高周波増幅器１Ｄを構成するには、必要帯域が２ＧＨｚ、すなわち、広い周波数帯域に対応するアイソレータ６が必要であり、このようなアイソレータ６は、コスト面、サイズ面で不利である。また、雑音指数ＮＦは、周波数が高いほど大きくなるが、広い周波数帯域に対応するアイソレータ６では、挿入損失が大きいため、周波数が高い領域では、アイソレータ６の挿入損失が問題となる。
【０００５】
このため、アイソレータ６に代えてハイブリッド回路を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、回路に帰還をかけて、ゲインマッチをノイズマッチに近づけるとともに、帰還による不安性をスタブで解消することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３０７３５８号公報（第３頁−第５頁、第１図）
【特許文献２】
特開平６−２７６０３８号公報（第２頁−第４頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アイソレータ６に代えてハイブリッド回路を用いた場合、ハイブリッド回路のコスト、サイズが問題点となる上、増幅器が２系統、必要となる点でも、コスト、サイズ、消費電力が大幅にアップしてしまうという問題点がある。
【０００８】
一方、回路に帰還をかけて、ゲインマッチをノイズマッチに近づけるとともに、帰還による不安性をスタブで解消した構成では、発振防止可能な周波数帯域が狭く、動作必要帯域と発振周波数帯域とが接近している場合、スタブの特性への悪影響を避けることができないという問題点がある。
【０００９】
以上の問題点に鑑みて、本発明では、コスト、サイズおよび消費電力の大幅なアップを招くことなく、雑音指数および入力ＶＳＷＲの双方について要求を満たす高周波増幅器、およびそれを用いた受信機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、ＦＥＴと、該ＦＥＴのゲート端子に電気的に接続される入力整合回路と、前記ＦＥＴのドレイン端子に電気的に接続される出力整合回路とを有する高周波増幅器において、前記入力整合回路として、前段にアイソレータが挿入されたノイズマッチの第１の入力整合回路と、ゲインマッチの第２の入力整合回路を有し、高周波入力信号の周波数領域が高域側のときには、当該高周波入力信号を前記アイソレータおよび前記第１の入力整合回路を介して前記ＦＥＴのゲート端子に供給し、前記高周波入力信号の周波数領域が低域側のときには、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路を介して前記ＦＥＴのゲート端子に供給する入力信号振り分け手段を有していることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、高周波入力信号の周波数領域が高域側のときには、この高周波入力信号をアイソレータおよび第１の入力整合回路を介してＦＥＴのゲート端子に供給することができ、ノイズマッチを実現する。これに対して、高周波入力信号の周波数領域が低域側のときには、アイソレータを介さずに高周波入力信号を第２の入力整合回路を介してＦＥＴに供給してゲインマッチを実現する。従って、雑音指数が低く、かつ、入力ＶＳＷＲも低い高周波増幅器を提供できる。また、本発明では、アイソレータを用いているが、このアイソレータは、狭い帯域に対応できればよいので、コストやサイズの大幅なアップを回避できる。また、狭い帯域に対応すればよいアイソレータであれば、挿入損失が小さくて済むという利点もある。
【００１２】
本発明において、前記入力信号振り分け手段としては、高周波入力信号の周波数領域が低域側であるか高域側であるかにより、当該高周波入力信号をアイソレータおよび前記第１の入力整合回路を介して前記ＦＥＴのゲート端子に供給するか、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路を介して前記ＦＥＴのゲート端子に供給するかを切り換えるスイッチ手段を用いることができる。
【００１３】
本発明において、前記入力信号振り分け手段については、前記第１の入力整合回路の前段側および後段側の少なくとも一方に配置されたハイパスフィルタと、前記第２の入力整合回路の前段側および後段側の少なくとも一方に配置されたローパスフィルタとによって構成してもよい。
【００１４】
本発明において、前記第１の入力整合回路については高域側無線ＬＡＮで構成し、前記第２の入力整合回路については低域側無線ＬＡＮで構成してもよい。
【００１５】
本発明に係る高周波増幅器は、移動通信用、ＴＶ受信用および無線ＬＡＮ用の受信機などの電子機器に用いられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態の高周波増幅器のブロック図である。図２は、この高周波増幅器における高周波入力信号の周波数と雑音指数との関係を示すグラフである。
【００１８】
図１において、本形態の高周波増幅器１Ａは、移動通信用、ＴＶ受信用および無線ＬＡＮ用の電子機器（受信機）などにおいて受信回路に用いられる増幅器であり、受信アンテナで受信した微小な高周波信号を増幅する機能を担っている。
【００１９】
本形態の高周波増幅器１Ａは、基本的には、入力整合回路２、ＦＥＴ３、および出力整合回路５を備えており、入力整合回路２、および出力整合回路５はそれぞれ、ＦＥＴ３のゲート端子、およびドレイン端子に電気的に接続されている。
【００２０】
また、本形態では、入力整合回路２として、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１と、ゲインマッチの第２の入力整合回路２２とが構成されており、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１の前段側には、アイソレータ６が配置されている。
【００２１】
さらに、本形態では、高周波入力信号の周波数領域が低域側であるか高域側であるかにより高周波入力信号をアイソレータ６を介して第１の入力整合回路２１に供給するか、第２の入力整合回路２２に供給するかを切り換えるスイッチ８１と、高周波入力信号の周波数領域が低域側であるか高域側であるかにより、第１の入力整合回路２１の出力、あるいは第２の入力整合回路２２の出力のいずれをＦＥＴ３の供給するかを切り換えるスイッチ８２とからなるスイッチ回路８が構成されている。
【００２２】
このスイッチ回路８は、チャンネル選択情報などに基づいて、受信アンテナを介して受信されてくる高周波入力信号の周波数領域が、例えば４ＧＨｚ以上の高域側のときには、高周波入力信号をアイソレータ６および第１の入力整合回路２１を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給し、高周波入力信号の周波数領域が、例えば４ＧＨｚ未満の低域側のときには、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路２２を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給する入力信号振り分け手段として機能する。
【００２３】
このように構成した高周波増幅器１Ａでは、高周波入力信号の周波数領域が４ＧＨｚ未満の低域側である場合には、高周波入力信号をゲインマッチの第２の入力整合回路２２を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給する。このため、良好な入力ＶＳＷＲを得ることができる。また、高周波入力信号の周波数領域が低域側である場合には、図６に示すように、雑音指数ＮＦがもともと小さいので、第２の入力整合回路２２がゲインマッチであっても、雑音指数は３．５ｄＢ以下に抑えることができる。
【００２４】
また、高周波入力信号の周波数領域が４ＧＨｚ以上の高域側である場合には、高周波入力信号をノイズマッチの第１の入力整合回路２１を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給する。このため、雑音指数が低い。また、高周波入力信号をアイソレータ６を介して第１の入力整合回路２１に供給するので、良好な入力ＶＳＷＲを得ることができる。さらに、アイソレータ６を挿入したことの損失があっても、第１の入力整合回路２１がノイズマッチに構成されているので、雑音指数はもともと小さい。それ故、アイソレータ６の挿入損失があっても、３．５ｄＢ以下に抑えることができる。例えば、アイソレータ６の必要帯域が１ＧＨｚであれば、その挿入損失は０．３ｄＢであるので、最大雑音指数は５ＧＨｚで３．３ｄＢであり、図５を参照して説明したものと比較して、最大雑音指数が低い。
【００２５】
このように、本形態の高周波増幅器１Ａは、広い周波数領域において、入力ＶＳＷＲが良好である。また、雑音指数ＮＦは、図２に太線Ｌ１０で示すように、４ＧＨｚで急激な変化を示すものの、いずれの周波数領域においても、雑音指数は３．５ｄＢ以下であり、低い。また、本形態では、アイソレータ６が必要とされる周波数帯域が４ＧＨｚ〜５ＧＨｚと狭く限定されているので、コスト、サイズおよび消費電力の大幅なアップを回避することができる。また、狭い帯域に対応すればよいアイソレータ６であれば、挿入損失が小さくて済むという利点もある。
【００２６】
さらに、高周波増幅器が多段で構成されている場合、各段の雑音指数をＮＦ１、ＮＦ２・・とし、各段のゲインをＧ１、Ｇ２・・とした場合、全体の雑音指数ＮＦｔは、下式
ＮＦｔ＝ＮＦ１＋（ＮＦ２−１）／Ｇ１＋（ＮＦ３−１）／Ｇ１×Ｇ２＋・・
で表わされるように、全体の雑音指数ＮＦｔに対して初段のＮＦ１が最も影響が大きいのに対応して、初段の高周波増幅器１Ａに本発明を適用したので、効果が大きい。
【００２７】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２の高周波増幅器のブロック図である。
【００２８】
図３において、本形態の高周波増幅器１Ｂは、移動通信用、ＴＶ受信用および無線ＬＡＮ用の電子機器（受信機）などにおいて受信回路に用いられる増幅器であり、受信アンテナで受信した微小な高周波信号を増幅する機能を担っている。
【００２９】
本形態の高周波増幅器１Ｂは、基本的には、入力整合回路２、ＦＥＴ３、および出力整合回路５を備えており、入力整合回路２、および出力整合回路５はそれぞれ、ＦＥＴ３のゲート端子、およびドレイン端子に電気的に接続されている。
【００３０】
また、本形態では、入力整合回路２として、前段にアイソレータ６が挿入されたノイズマッチの第１の入力整合回路２１と、ゲインマッチの第２の入力整合回路２２とが構成されており、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１の前段側および後段側には、ハイパスフィルタ７１Ａ、７１Ｂがそれぞれ配置され、ゲインマッチの第２の入力整合回路２２の前段側および後段側には、ローパスフィルタ７２Ａ、７２Ｂが配置されている。
【００３１】
このようなハイパスフィルタ７１Ａ、７１Ｂ、およびローパスフィルタ７２Ａ、７２Ｂは、高周波入力信号の周波数領域が、例えば４ＧＨｚ以上の高域側のときには、高周波入力信号をアイソレータ６および第１の入力整合回路２１を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給し、高周波入力信号の周波数領域が、例えば４ＧＨｚ未満の低域側のときには、当該高周波入力信号を第２の入力整合回路２２を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給する入力信号振り分け手段として機能する。
【００３２】
このように構成した高周波増幅器１では、高周波入力信号の周波数領域が４ＧＨｚ未満の低域側である場合には、高周波入力信号をゲインマッチの第２の入力整合回路２２を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給する。このため、良好な入力ＶＳＷＲを得ることができる。また、高周波入力信号の周波数領域が低域側である場合には、図６に示すように、雑音指数がもともと小さいので、第２の入力整合回路２２がゲインマッチであっても、雑音指数は３．５ｄＢ以下に抑えることができる。
【００３３】
また、高周波入力信号の周波数領域が４ＧＨｚ以上の高域側である場合には、高周波入力信号をノイズマッチの第１の入力整合回路２１を介してＴＦＥ３のゲート端子に供給する。このため、雑音指数ＮＦが低い。また、高周波入力信号をアイソレータ６を介して第１の入力整合回路２１に供給するので、良好な入力ＶＳＷＲを得ることができる。さらに、アイソレータ６を挿入したことの損失があっても、第１の入力整合回路２１がノイズマッチに構成されているので、雑音指数はもともと小さい。それ故、アイソレータ６の挿入損失があっても、３．５ｄＢ以下に抑えることができる。例えば、アイソレータ６の必要帯域が１ＧＨｚであれば、その挿入損失は０．３ｄＢであるので、最大雑音指数は５ＧＨｚで３．３ｄＢであり、図５を参照して説明したものと比較して、最大雑音指数が低い。
【００３４】
このように、本形態の高周波増幅器１Ｂは、広い周波数領域において、入力ＶＳＷＲが良好である。また、雑音指数は、図２に示すように、４ＧＨｚで急激な変化を示すものの、いずれの周波数領域においても、雑音指数は３．５ｄＢ以下であり、低い。また、本形態では、アイソレータ６が必要とされる周波数帯域が４ＧＨｚ〜５ＧＨｚと狭く限定されているので、コスト、サイズおよび消費電力の大幅なアップを回避することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００３５】
［実施の形態３］
実施の形態１、２は連続した帯域に対応する構成であったが、本形態のように不連続な帯域に対応する構成であってもよい。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態３の高周波増幅器のブロック図である。
【００３７】
図４において、本形態の高周波増幅器１Ｃも、実施の形態１と同様、基本的には、入力整合回路２、ＦＥＴ３、および出力整合回路５を備えており、入力整合回路２、および出力整合回路５はそれぞれ、ＦＥＴ３のゲート端子、およびドレイン端子に電気的に接続されている。また、本形態では、入力整合回路２として、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１と、ゲインマッチの第２の入力整合回路２２とが構成されており、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１の前段側には、アイソレータ６が配置されている。
【００３８】
ここで、ノイズマッチの第１の入力整合回路２１は、５．２ＧＨｚ帯（高域側）の無線ＬＡＮに適用され、ゲインマッチの第２の入力整合回路２２は、２．４ＧＨｚ帯（低域側）の無線ＬＡＮに適用されている。このため、アイソレータ６としては、５．２ＧＨｚ帯（高域側）に対応するものが用いられている。なお、帯域については、日本国内では、２．４ＧＨｚ帯は２．４〜２．５ＧＨｚであり、５．２ＧＨｚ帯は５．１５〜５．２５ＧＨｚである。
【００３９】
さらに、本形態では、高周波入力信号の周波数領域が低域側であるか高域側であるかにより高周波入力信号をアイソレータ６を介して第１の入力整合回路２１に供給するか、第２の入力整合回路２２に供給するかを切り換えるスイッチ８１と、高周波入力信号の周波数領域が低域側であるか高域側であるかにより、第１の入力整合回路２１の出力、あるいは第２の入力整合回路２２の出力のいずれをＦＥＴ３の供給するかを切り換えるスイッチ８２とからなるスイッチ回路８が構成されている。
【００４０】
このスイッチ回路８は、受信アンテナを介して受信されてくる高周波入力信号の周波数領域が、例えば５．２ＧＨｚ帯（高域側）のときには、高周波入力信号をアイソレータ６および第１の入力整合回路２１を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給し、高周波入力信号の周波数領域が、例えば２．４ＧＨｚ帯（低域側）のときには、当該高周波入力信号を前記第２の入力整合回路２２を介してＦＥＴ３のゲート端子に供給する入力信号振り分け手段として機能する。
【００４１】
従って、本形態の高周波増幅器１Ｃも、実施の形態１、２と同様、２．４ＧＨｚ帯でも５．２ＧＨｚにおいても雑音指数ＮＦが低く、かつ、入力ＶＳＷＲが良好である。
【００４２】
［その他の実施の形態］
なお、実施の形態１、３では、スイッチ回路８として入力整合回路２１、２２の前段および後段の双方にスイッチ８１、８２をそれぞれ配置したが、いずれか一方でも必要最小限の機能を果たすことができる。また、実施の形態２では、ハイパスフィルタ７１Ａ、７１Ｂ、およびローパスフィルタ７２Ａ、７２Ｂを入力整合回路２１、２２の前段および後段の双方に配置したが、いずれか一方で配置した場合でも必要最小限の機能を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の高周波増幅器のブロック図である。
【図２】図１に示す高周波増幅器における高周波入力信号の周波数と雑音指数との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態２の高周波増幅器のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３の高周波増幅器のブロック図である。
【図５】従来の高周波増幅器のブロック図である。
【図６】従来の高周波増幅器における高周波入力信号の周波数と雑音指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  高周波増幅回路、２  入力整合回路、３  ＦＥＴ、５出力整合回路、６  アイソレータ、８  スイッチ回路（入力信号振り分け手段）、２１  ノイズマッチの第１の入力整合回路、２２  ゲインマッチの第２の入力整合回路、７１Ａ、７１Ｂ  ハイパスフィルタ（入力信号振り分け手段）、７２Ａ、７２Ｂ  ローパスフィルタ（入力信号振り分け手段）、８１、８２  スイッチ（入力信号振り分け手段）
【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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