(57)【要約】【課題】低受信レベルでは最大利得と最小ＮＦを達成し、過人力に近くと利得を減少させ相互変調の発生を防止する自動利得制御低雑音増幅器を提供する。【解決手段】低雑音増幅器から出力される出力信号を検波する検波器と、検波器の出力にオフセット電圧を加え、動作点を設定する動作レベル設定回路と、増幅回路の増幅素子の制御端子に印加する定常時バイアス電圧を生成する定常時バイアス回路と、定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧と、前記動作レベル設定回路から出力される電圧とを比較し、低雑音増幅器に入力される入力信号の入力レベルが規定値以下の場合に定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧を、入力信号の入力レベルが規定値を越えた場合に動作レベル設定回路から出力される電圧を、バイアス電圧として増幅回路の増幅素子の制御端子に印加する利得制御回路とを備える。【選択図】　　　　図１
2004007293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個の増幅回路を有する低雑音増幅器と、
前記低雑音増幅器から出力される出力信号を検波する検波器と、
前記検波器の出力に直流のオフセット電圧を加え、動作点を設定する動作レベル設定回路と、
前記増幅回路の増幅素子の制御端子に印加する定常時バイアス電圧を生成する定常時バイアス回路と、
前記定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧と、前記動作レベル設定回路から出力される電圧とが入力され、前記定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧と、前記動作レベル設定回路から出力される電圧とを比較し、前記低雑音増幅器に入力される入力信号の入力レベルが規定値以下の場合に前記定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧を、あるいは、前記低雑音増幅器に入力される入力信号の入力レベルが規定値を越えた場合に前記動作レベル設定回路から出力される電圧を、バイアス電圧として前記増幅回路の増幅素子の制御端子に加える利得制御回路とを備えることを特徴とする自動利得制御低雑音増幅器。
【請求項２】
前記低雑音増幅器は、前記増幅回路が２段に接続された増幅器であり、
前記利得制御回路は、初段の増幅回路の増幅素子の制御端子のバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の自動利得制御低雑音増幅器。
【請求項３】
前記増幅回路の増幅素子は、ＨＥＭＴ、あるいは、ＭＥＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動利得制御低雑音増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動利得制御低雑音増幅器に係わり、特に、移動体通信の基地局、中継局、あるいはＴＶ放送の中継放送装置の受信側における、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低雑音増幅器に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動体通信の基地局、あるいはＴＶ放送の中継放送装置の受信側には、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低雑音増幅器（ＬＮＡ）が設けられる。
図４は、従来の低雑音増幅器の一例の回路構成を示すブロック図である。
同図において、１１はサーキュレータ（アイソレータ）、１２は初段の増幅回路、１３は２段目の増幅回路、Ｒは無反射終端器である。
ここで、初段の増幅回路１２、および２段目の増幅回路１３は、増幅素子として、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；高電子移動度トランジスタ）、あるいはＭＥＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
低雑音増幅器は、飽和出力レベルが比較的小さく、そのため、移動体通信のように受信機への入力レベル（受信レベル）が大幅に変化する場合には過入力となり、相互変調歪（ＩＭ）の発生などの不都合を生じることがある。
また、これを防止するために、入力に可変減衰器を持つなどの方法が考えられるが、この場合は固定的に最小減衰があるため雑音指数（ＮＦ）の劣化などの問題が発生し、低受信レベルでの感度低下が起こるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、低受信レベルでは最大利得と最小ＮＦを達成し、過人力に近ずくと利得を減少させ相互変調の発生を防止することが可能な自動利得制御付き低雑音増幅器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、自動利得制御低雑音増幅器であって、少なくとも１個の増幅回路を有する低雑音増幅器と、前記低雑音増幅器から出力される出力信号を検波する検波器と、前記検波器の出力に直流のオフセット電圧を加え、動作点を設定する動作レベル設定回路と、前記増幅回路の増幅素子の制御端子に印加する定常時バイアス電圧を生成する定常時バイアス回路と、前記定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧と、前記動作レベル設定回路から出力される電圧とを比較し、前記低雑音増幅器に入力される入力信号の入力レベルが規定値以下の場合に前記定常時バイアス回路から出力される定常時バイアス電圧を、あるいは、前記低雑音増幅器に入力される入力信号の入力レベルが規定値を越えた場合に前記動作レベル設定回路から出力される電圧を、バイアス電圧として前記増幅回路の増幅素子の制御端子に加える利得制御回路とを備える。
本発明の好ましい実施の形態では、前記低雑音増幅器は、前記増幅回路が２段に接続された増幅器であり、前記利得制御回路は、初段の増幅回路の増幅素子の制御端子のバイアス電圧を制御する。
本発明の好ましい実施の形態では、前記増幅回路の増幅素子は、ＨＥＭＴ、あるいは、ＭＥＳＦＥＴである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器の概略構成を示すブロック図である。
同図において、１はＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ；Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１ａを用いる初段の増幅回路、２はＦＥＴ２ａを用いる２段目の増幅回路、３は検波器、４は動作レベル設定回路、５は利得制御回路、６は定常時バイアス設定回路、７は２段目バイアス設定回路、８は入力端子、９は出力端子である。
なお、本実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器において、初段の増幅回路１、あるいは、２段目の増幅回路２は、ソース接地型の低雑音増幅回路で構成されるが、ソース接地型の低雑音増幅回路は周知であり、また、低雑音増幅回路の回路構成は、本発明とは直には関係しないので、図１では、ＨＥＭＴ（１ａ）とＦＥＴ素子２ａのみを図示している。
【０００６】
本実施の形態において、入力端子８から入力された入力信号は、初段の増幅回路１のＨＥＭＴ（１ａ）のゲートに入力される。
入力信号の入力レベルが、充分小さい場合には、利得制御回路５は、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧を出力し、この定常時バイアス電圧が、ゲートバイアス電圧として、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートに加えられる。
定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧は、ＨＥＭＴ（１ａ）の最適動作バイアス電圧に設定されており、ＨＥＭＴ（１ａ）は、最適なＮＦ、または利得での動作を行っている。
初段の増幅回路１で増幅された信号は、２段目の増幅回路２のＦＥＴ（２ａ）に加えられ、更に増幅されて出力される。２段目の増幅回路２のＦＥＴ（２ａ）のゲートには、２段目バイアス設定回路７からバイアス電圧が加えられる。
２段目の増幅回路２で増幅された信号は、２分岐され、他方は、自動利得制御低雑音増幅器の出力信号となり出力端子９から出力され、もう１方は、検波器３に加えられる。
【０００７】
検波器３は、増幅回路２から出力される出力信号を検波して直流の検波電圧を出力する。この検波電圧は、自動利得制御低雑音増幅器の出力信号レべルに応じて変化する。この検波電圧は、動作レベル設定回路４に加えられる。
動作レベル設定回路４は、検波器３からの検波電圧に、動作点を設定する直流のオフセット電圧を重畳して、利得制御回路５に出力する。なお、この動作レベル設定回路４から出力される電圧は負電圧である。
利得制御回路５には、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧と、動作レベル設定回路４から出力される電圧とが入力される。
利得制御回路５は、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧と、動作レベル設定回路４から出力される電圧とを比較し、動作レベル設定回路４から出力される電圧が、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧よりも低くなると、動作レベル設定回路４から出力される電圧を、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートにバイアス電圧として印加する。
この利得制御回路５は、例えば、ダイオードを使用したアナログＯＲ回路で構成されるが、デジタル回路で構成することも可能である。
【０００８】
なお、前述の説明では、動作レベル設定回路４から出力される電圧、および、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧がともに負電圧の場合について説明したが、利得制御回路５において、例えば、オペアンプなどにより、正負極性を反転させることも可能であり、このような場合には、動作レベル設定回路４から出力される電圧、および、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧はともに正電圧となる。
定常時バイアス電圧は、相互変調歪（ＩＭ）の劣化が起こらない最大入力レベルに対応した出力レベルに応じた点に設定する。従って、このレベル以下では、相互変調歪（ＩＭ）の劣化はない。
定常時バイアス回路６から定常時バイアス電圧でＨＥＭＴ（１ａ）を動作させた場合には、さらに入力レベルが増大し、低雑音増幅器の出力レベルが増大すると、ＩＭの劣化が発生し始める。
そこで、動作レベル設定電圧４からの出力電圧が、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧を超えた場合に、動作レベル設定回路４から出力される電圧を、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートバイアス電圧として加え、利得を減少させ、低雑音増幅器の出力レベルを、相互変調歪（ＩＭ）の劣化がないレベルまで低減させる。
【０００９】
ＨＥＭＴ（１ａ）を使用する増幅回路１では、ゲートに加えられるバイアス電圧により、相互コンダクタンス（ｇｍ）が変化し、利得が変化する。
本実施の形態では、定常時に、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートに加えられる定常時バイアス電圧は、相互変調歪（ＩＭ）の劣化が起こらない、最大利得、または、最小ＮＦとなる最適バイアス電圧に設定される。
したがって、入力信号の入力レベルが、低入力時から規定値（即ち、過入力と判定される電圧レベル）までの間は、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートには、定常時バイアス電圧が加えられるので、ＨＥＭＴ（１ａ）は、最大利得、または、最小ＮＦで増幅動作を行っている。
入力信号の入力レベルが規定値を超えると、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートには、より負の方向に深くなるバイアス電圧が加えられ、これにより、ＨＥＭＴ（１ａ）を使用する増幅回路１の利得を減少させる。
このゲートバイアス電圧を負の方向に深くして行くと、利得大から利得小、更には減衰とＦＥＴ又はＨＥＭＴの利得を変化できる。
相互変調歪（ＩＭ）は、出力レベルに依存するので利得を減少させて出力レベルを抑えると相互変調歪は改善できる。
なお、利得の減少により、ＮＦは劣化するが、入力レベルが大きい場合はＮＦは問題にならないためシステム上の不都合は発生しない。
【００１０】
図２は、本実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器の動作を説明するための図であり、定常時バイアス設定回路６から出力される定常時バイアス電圧と、動作レベル設定回路４から出力される電圧と、利得制御回路５から出力される電圧との関係を示すグラフである。
なお、図２では、便宜上、電圧はマイナスが上側になるように図示している。
図２に示すように、入力信号の入力レベルが、低入力時から規定値（即ち、過入力と判定される電圧レベル）までの間は、ＨＥＭＴ（１ａ）のゲートには、定常時バイアス電圧が加えられる。
入力信号の入力レベルの増加にしたがって、検波器３の検波電圧が増加し、動作レベル設定回路４から出力される電圧（検波器３の検波電圧にオフセット電圧を加えた負電圧）も増加する。
入力信号レベルに応じて、動作レベル設定回路４から出力される電圧が増大すると、利得制御回路５で、動作レベル設定回路４から出力される電圧と定常時バイアス電圧が比較され、動作レベル設定回路４から出力される電圧が定常時バイアス電圧よりも低くなると、即ち、動作レベル設定回路４から出力される電圧が、図２に示す動作開始設定点よりも低くなると、低いほうのバイアス電圧（動作レベル設定回路４から出力される電圧）が、利得制御回路５から出力される。これにより、増幅回路１の利得が減少する。
【００１１】
図３は、本実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器の一例の実測データを示すグラフである。
図３のグラフは、入力信号の入力レベルが−４０ｄＢｍの場合の低雑音増幅器の出力において、利得制御回路５が利得制御動作を開始するように動作開始点を設定し、さらに、入力信号の入力レベルの増加に従って出力が少しずつ増加するようにした場合の実測データである。
したがって、入力レベルの増加量と、利得の減少量は多少異なっている。
図３に示すグラフから分かるように、図３に示す実測データを測定した自動利得制御低雑音増幅器では、相互変調歪（３次ＩＭ）は、−６０ｄＢｃ以下であり、実用上問題のない値になっている。
このように、本実施の形態によれば、定常時は低雑音、高利得動作を行い、過入力時に利得を減少させることにより、過入力時でも相互変調歪（ＩＭ）のない、低入力から高入力にいたるまで性能劣化のない自動利得制御低雑音増幅器を得ることが可能となる。
【００１２】
なお、前述の説明では、増幅素子としてＨＥＭＴを使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、増幅素子が、ＭＥＳＦＥＴであっても良い。
また、図１では、２段構成の低雑音増幅器の場合を図示しているが、１段構成の低雑音増幅器であっても良い。
２段以上の増幅器の場合は、初段だけでなく２段目以上の増幅回路の増幅素子のバイアス電圧も、前述の説明と同様に変化させることも可能であり、その場合には対応できる範囲を拡げることが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、定常時は低雑音、高利得動作を行い、過入力時に利得を減少させることにより、過入力時でも相互変調歪（ＩＭ）のない、低入力から高入力にいたるまで性能劣化のない自動利得制御低雑音増幅器を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器の動作を説明するための図であり、定常時バイアス設定回路から出力される定常時バイアス電圧と、動作レベル設定回路から出力される電圧と、利得制御回路から出力される電圧との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態の自動利得制御低雑音増幅器の一例の実測データを示すグラフである。
【図４】従来の低雑音増幅器の一例の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，１２…初段の増幅回路、１ａ…ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ；Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、２，１３…２段目の増幅回路、２ａ…ＦＥＴ、３…検波器、４…動作レベル設定回路、５…利得制御回路、６…定常時バイアス設定回路、７…２段目バイアス設定回路、８…入力端子、９…出力端子、１１…サーキュレータ（アイソレータ）、Ｒ…無反射終端器。
【図１】
2004007293.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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