(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる電位の第１及び第２の電位線間に設けられた固定バイアス回路によって固定バイアスされ、高周波信号を増幅する第１の半導体増幅手段と、
第１及び第２の電位線間に設けられた電流帰還型バイアス回路によってバイアスされ、前記電流帰還型バイアス回路中に利得調整手段が設けられ、第１の半導体増幅手段の出力信号を増幅する第２の半導体増幅手段と、
第２の電位線と、第１及び第２の電位線と異なる電位の第３の電位線との間に設けられた電流帰還型バイアス回路によってバイアスされ、第２の半導体増幅手段の出力信号を増幅する第３の半導体増幅手段とを、
具備する高周波増幅器。
【請求項２】
請求項１記載の高周波増幅器において、前記利得調整手段が第２の半導体増幅手段の入力側に設けられている高周波増幅器。
【請求項３】
請求項１記載の高周波増幅器において、前記利得調整手段が第２の半導体増幅手段の出力側に設けられている高周波増幅器。
【請求項４】
請求項１記載の高周波増幅器において、第１乃至第３の増幅手段がバイポーラトランジスタである高周波増幅器。
【請求項５】
請求項１記載の高周波増幅器において、第１乃至第３の増幅手段が電界効果トランジスタである高周波増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波増幅器に関し、特に複数段の増幅段が設けられているものに関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波増幅器は、例えばテレビジョン放送信号を増幅するブースタに使用されることがある。このブースタの一例が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の技術では、電流帰還型のバイアス回路が第１のバイポーラトランジスタ増幅段をバイアスしている。この電流帰還型バイアス回路中に可変減衰器が設けられている。可変減衰器における減衰量を変化させるとき、同時にバイアスも変化する。更に、このバイポーラトランジスタ増幅段の出力信号を第２のバイポーラトランジスタ増幅段が増幅する。第２のバイポーラトランジスタ増幅段は電流帰還型バイアス回路によってバイアスされている。このバイアス回路中にレベル調整回路が設けられている。この２つのバイポーラトランジスタ増幅段は、２つの電位線の間に直列に接続されている。
【０００３】
この高周波増幅器では、可変減衰器の調整によって、第１のバイポーラトランジスタ増幅段に供給される信号レベルとバイアスとが調整される。第２のバイポーラトランジスタ増幅段では、レベル調整回路の調整によってレベルとバイアスとの調整が行われる。従って、第１及び第２の増幅段において、入力信号レベルに応じてバイアスと入力レベルとを最良の状態に調整することができる。更に、第１及び第２の電位線間に第１及び第２のバイポーラトランジスタ増幅段が直列に接続されているので、第１のバイポーラトランジスタ増幅段の歪み特性を良好になるように、多くの電流を第１のバイポーラトランジスタ増幅段に供給した場合、第２のバイポーラトランジスタ増幅段への供給電流が自動的に増加し、第２のバイポーラトランジスタ増幅段の歪み特性も自動的に良好になる。逆に第２のバイポーラトランジスタ増幅段の歪み特性を良好にするため、第２のバイポーラトランジスタ増幅段に多くの電流を流したとき、第１のバイポーラトランジスタ増幅段にも多くの電流が流れ、第１のバイポーラトランジスタの歪み特性も良好になる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この高周波増幅器では、高周波信号の入力レベルが高いときに、レベル調整回路や可変減衰器などを調整して、第１及び第２のバイポーラトランジスタに供給される信号レベルを低くすると共に、バイアスも浅くして最適な歪み特性を得られる。しかし、高い入力レベルを持つ高周波信号と低いレベルを持つ高周波信号が混在した場合、第１及び第２のバイポーラトンジスタに或る程度の電流を流し続けなければならない。従って、入力される複数の高周波信号が、例えばＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号の場合、電波の到来方向が一方向とは限らず、受信するＵＨＦ帯テレビジョン放送信号のうちレベルが低いものについては、その低いレベルに応じたバイアスよりも深いバイアスとなり、良好なＣ／Ｎを確保することができない。特に、レベルが低いＵＨＦ帯テレビジョン放送信号が地上デジタルテレビジョン放送信号であって、デジタルテレビジョン放送信号として受信可能な最低レベルに近い入力レベルしかない場合には、Ｃ／Ｎの確保は重要である。
【０００６】
本発明は、入力される複数の高周波信号にレベル差があっても良好なＣ／Ｎを確保することができる高周波増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による高周波増幅器は、第１乃至第３の半導体増幅手段を有している。第１の半導体増幅手段は、高周波信号、例えばＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号を増幅するもので、異なる電位の第１及び第２の電位線間に設けられた固定バイアス回路によって固定バイアスされている。第２の半導体増幅手段は、第１の半導体増幅手段の出力信号を増幅する。第２の半導体増幅手段は、第１及び第２の電位線間に設けられた電流帰還型バイアス回路によってバイアスされている。電流帰還型バイアス回路中に利得調整手段が設けられている。第３の半導体増幅手段は、第２の半導体増幅手段の出力信号を増幅し、第２の電位線と、第１及び第２の電位線と異なる電位の第３の電位線との間に設けられた電流帰還型バイアス回路によってバイアスされている。各半導体増幅手段は、バイポーラトランジスタまたはＦＥＴによって構成することができ、第１乃至第３の電位線は、第１から第３の電位線に向かって順に電位が高くなるものか、逆に順に電位が低くなるものである。
【０００８】
このように構成した高周波増幅器では、第１の半導体増幅手段は固定バイアスされているので、入力されている複数の高周波信号中にレベルが低いものや、高いものが混在していても、一定の電流を流している。従って、第１の増幅手段は、入力される高周波信号のレベルが高いものや低いものが混在していても、バイアスの値を適切に選択することによって、Ｃ／Ｎを良好にすることができる。そして、第２の半導体増幅手段では、第１の半導体増幅手段の出力信号のレベルに応じて、そのレベル調整とバイアス調整とが利得調整手段によって行われる。第２の半導体増幅手段の出力信号が第３の半導体増幅手段によって増幅されるが、第３の半導体増幅手段は、第２の電位線と第３の電位線との間に接続されているので、第２の電位線を流れる電流は、第１及び第２の半導体増幅手段を流れた電流である。従って、第１及び第２の半導体増幅手段での増幅度が大きい場合には、それに応じた電流が第３の半導体増幅手段に供給され、第１及び第２の半導体増幅手段での増幅度が小さい場合には、それに応じた電流が第３の半導体増幅手段に供給される。この電流を基に電流帰還型のバイアスが第３の半導体増幅手段に与えられる。従って、第１及び第２の増幅の状態に応じた電流が第３の半導体増幅手段で消費されるので、全体の消費電流を押さえることができる。
【０００９】
前記利得調整手段は、第２の半導体増幅手段の入力側または出力側に設けることができ、第１乃至第３の増幅手段はバイポーラトランジスタまたは電界効果トランジスタとすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、第１の半導体増幅手段が固定バイアスされているので、バイアス値を適切に設定することによって、レベルの異なる複数の高周波信号が入力される場合であっても、良好なＣ／Ｎを得ることができ、かつ第３の半導体増幅手段の電流を第１及び第２の半導体増幅手段の動作状態に応じて変更することができるので、消費電力を押さえることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態の高周波増幅器は、図２に示すテレビジョン放送信号用のブースタに使用されている。このブースタは、２つの入力端子２、４を有している。入力端子２にはＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号が供給される。入力端子４にはＵＨＦ帯のテレビジョン放送信号が供給される。或いは、入力端子４のみにＵＨＦ帯及びＶＨＦ帯のテレビジョン放送信号の混合信号が供給される。入力端子４に混合信号が供給されるとき、混合信号からＶＨＦ帯テレビジョン放送信号がローパスフィルタ６によって抽出されて、入力切換回路８に供給される。ローパスフィルタ６は、ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を有している。入力端子２にＶＨＦ帯テレビジョン放送信号が供給され、入力端子４にＵＨＦ帯テレビジョン放送信号が供給されている場合、入力切換回路８は、入力端子２からのＶＨＦ帯テレビジョン放送信号を、これを通過させる通過帯域を持つローパスフィルタ１０に供給する。
【００１２】
ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号は、高域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号と低域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号とからなる。ローパスフィルタ１０を通過したＶＨＦ帯テレビジョン放送信号のうち高域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号が、これを通過させる通過帯域を持つバンドパスフィルタ１２によって抽出される。抽出された高域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号は、可変減衰器１４によって減衰量が調整され、高周波増幅器１６によって増幅される。高周波増幅器１６の出力信号から、高域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つバンドパスフィルタ１８によって、不要な信号成分が除去される。
【００１３】
同様に、ローパスフィルタ１０を通過したＶＨＦ帯テレビジョン放送信号のうち低域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号が、これを通過させる通過帯域を持つバンドパスフィルタ２０によって抽出され、可変減衰器２２によって減衰量が調整され、高周波増幅器２４によって増幅される。高周波増幅器２４に出力信号から、低域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つバンドパスフィルタ２６によって不要な信号成分が除去される。
【００１４】
不要な信号成分がそれぞれ除去されたバンドパスフィルタ１８、２６の出力信号（増幅された高域及び低域ＶＨＦ帯テレビジョン放送信号）は、ＶＨＦ帯高域及び低域テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つローパスフィルタ３０に供給され、合成される。
【００１５】
入力端子４に供給されたＵＨＦ帯テレビジョン放送信号または混合信号は、ＵＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つハイパスフィルタ３２に供給される。ハイパスフィルタ３２からＵＨＦ帯テレビジョン放送信号が出力される。このＵＨＦ帯テレビジョン放送信号は、アナログテレビジョン放送信号及びデジタルテレビジョン放送信号が混合されたものであるか、アナログテレビジョン放送信号のみであるか、またはデジタルテレビジョン放送信号のみのものでる。いずれの場合にも、ＵＨＦ帯テレビジョン放送信号は、複数波であり、これらの中でレベル差がある。
【００１６】
ハイパスフィルタ３２の出力信号が、可変減衰器３３を介して高周波増幅器３４に供給され、高周波増幅器３４よって増幅され、ハイパスフィルタ３６に供給される。ハイパスフィルタ３６は、ＵＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を有し、増幅器３４の出力信号から不要な信号成分を除去する。このハイパスフィルタ３６の出力信号（増幅されたＵＨＦ帯テレビジョン放送信号）とローパスフィルタ３０の出力信号（増幅されたＶＨＦ帯テレビジョン放送信号）とが、ＵＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を有するローパスフィルタ３８によって合成され、出力端子４０に供給される。
【００１７】
図１に示すように、高周波増幅器３４は、第１の半導体増幅手段、例えばＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ４２を有している。バイポーラトンジスタ４２は、制御電極、例えばベースと、共通電極、例えばエミッタと、出力電極、例えばコレクタとを、有している。ベースは、抵抗器４４を介して例えば＋Ｖｃｃの電位の第１の電位線４６に接続されている。また、エミッタは、第２の電位線４８に接続されている。第２の電位線４８の電位は、第１の電位線４６の電位よりも低くなる。コレクタは、インダクタ５０ａ、５０ｂ、コンデンサ５２ａ、５２ｂによって構成されたＵＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つローパスフィルタ５４と、インダクタ５６とを介して第１の電位線４６に接続されている。これによって、トランジスタ４２は、固定バイアスされている。即ち、抵抗器４４、インダクタ５６によって固定バイアス回路が構成されている。インダクタ５６が負荷である。この固定バイアス回路は、トランジスタ４２に常に一定のバイアスを与える。そのバイアスは、トランジスタ４２のベースにコンデンサ５８を介して可変減衰器３３から供給される複数の高周波信号のレベルにレベル差があっても、最も低いレベルの高周波信号で予め定めたＣ／Ｎを確保することができる値に設定されている。なお、可変減衰器３３は、入力される高周波信号にかなり高いレベルのものがある場合に、減衰量が多くなるように制御される。トランジスタ４２のコレクタは、コンデンサ６０によって交流的に基準電位、例えば接地電位に接続されている。符号６２ａ、６２ｂで示すのは、バイパスコンデンサである。
【００１８】
この高周波増幅器３４は、第２の半導体増幅手段、例えばＮＰＮバイポーラトランジスタ６４を有し、そのコレクタはインダクタ６６を介して第１の電位線４６に接続され、エミッタは抵抗器６８を介して第２の電位線４８に接続されている。第１の電位線４６と第２の電位線４８との間には、第１の電位線４６側から順に抵抗器７０、インダクタ７２、可変抵抗器７４、抵抗器７６、抵抗器７８が直列に接続されている。可変抵抗器７４の腕がトランジスタ６４のベースに接続されている。これらと抵抗器６８とインダクタ６６とによって、電流帰還型のバイアス回路が構成され、可変抵抗器７４の腕の位置を調整することによって、バイアスが変化する。インダクタ６６が負荷である。
【００１９】
また、ローパスフィルタ５４の出力が直流阻止コンデンサ８０を介して可変抵抗器７４と抵抗器７６との接続点に供給され、この出力は、抵抗器７６及びコンデンサ８２を介してトランジスタ６４のベースに供給されている。可変抵抗器７４とインダクタ７２との接続点は、抵抗器８４及びコンデンサ８６を介して接地電位に接続され、抵抗器７６、可変抵抗器７４、抵抗器８４は、交流的に接地されている。トランジスタ６４のエミッタはコンデンサ８８を介して接地電位に接続され、交流的に接地されている。これによって、可変抵抗器７４の腕を調整することによって、トランジスタ６４に供給されるローパスフィルタ５４の出力レベルも調整される。即ち、電流帰還型のバイアス回路は、利得調整手段を内蔵するものである。なお、バイアスが深くなるように可変抵抗器７４の腕の位置を図１に示すＡ側に調整したとき、トランジスタ６４に供給される高周波信号のレベルが高くなり、バイアスが浅くなるように可変抵抗器７４の腕の位置をＢ側に調整したとき、トランジスタ６４に供給される高周波信号のレベルが小さくなる。符号９０で示すのは、バイパスコンデンサである。
【００２０】
高周波増幅器３４は、第３の半導体増幅手段、例えばＮＰＮバイポーラトランジスタ９２も有している。このトランジスタ９２のベースには、インダクタ９４、コンデンサ９６ａ、９６ｂからなるＵＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つローパスフィルタ９８及び直流阻止コンデンサ１００を介して、トランジスタ６４の出力信号が供給されている。このトランジスタ９２は、電流帰還型のバイアス回路によってバイアスされている。このバイアス回路では、ベースと第３の電位線、例えば接地電位との間に抵抗器１０２が接続され、ベースは、さらに抵抗器１０４及び高周波阻止コイル１０６を介して第２の電位線４８に接続されている。高周波阻止コイル１０６は、コンデンサ１０８と共に高周波阻止フィルタを構成している。トランジスタ９２のエミッタは抵抗器１１０、コンデンサ１１２の並列回路を介して接地電位に接続されている。コレクタは、インダクタ１１４及びコンデンサ１１６ａ、１１６ｂからなり、ＵＨＦ帯テレビジョン放送信号を通過させる通過帯域を持つローパスフィルタ１１８を介して図２に示すハイパスフィルタ３６に接続されている。また、コレクタは、ローパスフィルタ１１８及びインダクタ１２０、高周波阻止コイル１０６を介して第２の電位線４８に接続されている。即ち、このバイアス回路は、第２の電位線４８と接地電位との間に接続されている。符号１２２で示すのはバイパスコンデンサである。
【００２１】
第１の電位線４６と接地電位とを基準に考えると、トランジスタ４２、６４からなる増幅段とトランジスタ９２からなる増幅段とが第２の電位線４８を仲介させて、直列に接続されている。
【００２２】
このように構成された高周波増幅器３４では、トランジスタ４２には固定バイアスが与えられているので、トランジスタ４２に供給されるＵＨＦ帯テレビジョン放送信号のうちレベルが低く、Ｃ／Ｎが悪い信号においても、一定のＣ／Ｎを確保することができる。また、このトランジスタ４２からの増幅出力信号は、トランジスタ６４によって増幅されるが、このトランジスタ６４の電流帰還型バイアス回路中に設けた可変抵抗器７４を調整することによってトランジスタ６４のバイアス状態とこのトランジスタ６４での利得とを調整することができる。しかも、トランジスタ４２には固定バイアスが与えられているので、トランジスタ６４に供給される信号レベルに高いものがある場合には、可変抵抗器７４をＢ側に調整して、利得を小さくすると共にバイアスも小さくすることができ、トランジスタ６４に不要な電流を流す必要がない。更に、トランジスタ９２には、トランジスタ４２、６４からの電流が第２の電位線４８を介して流れるので、例えば入力される高周波信号のレベルが高く、大きく増幅する必要がない場合には、トランジスタ６４を流れる電流も少なくなり、それに伴いトランジスタ９２に流れる電流も少なくなる。その結果、消費電力を抑制することができる。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態の高周波増幅器３４ａは、図３に示すように、トランジスタ６４のコレクタ側で利得調整を行うと共に、トランジスタ６４に電流帰還型のバイアスを与えるように構成されている。即ち、トランジスタ６４のベースは、第１の実施形態と同様に抵抗器７８を介して第２の電位線４８に接続され、エミッタは抵抗器６８を介して第２の電位線４８に接続され、かつコンデンサ８８を介して接地電位に接続されている。トランジスタ６４のベースは、抵抗器７０ａ、インダクタ５６ａを介してトランジスタ６４のコレクタに接続されている。コレクタは、抵抗器７６ａ、可変抵抗器７４ａ、インダクタ７２ａ、抵抗器７０ａを介して第１の電位線４６に接続されている。可変抵抗器７４ａの腕はトランジスタ６４のコレクタに接続されている。また、可変抵抗器７４ａとインダクタ７２ａの接続点が、抵抗器８４ａ及びコンデンサ８６ａの直列回路を介して接地されている。これによってトランジスタ６４のコレクタは、抵抗器７６ａ、可変抵抗器７４ａ、抵抗器８４ａ、コンデンサ８６ａを介して交流的に接地されている。
【００２４】
このように構成されているので、可変抵抗器７４ａの腕を操作することによって、トランジスタ６４のコレクタからの出力信号のレベルが調整されると共に、トランジスタ６４のバイアスも調整される。この調整は、第１の実施形態と同様に、可変抵抗器７４ａの腕を図３に示すＡ側に移動させて、バイアスを深くすると、トランジスタ６４からの出力信号の可変抵抗器７４ａ等による減衰量は少なくなる。可変抵抗７４ａの腕をＢ側に移動させてバイアスを浅くすると、トランジスタ６４からの出力信号の可変抵抗器７４ａ等による減衰量は多くなる。このように、トランジスタ６４によって増幅した後に、可変抵抗器７４ａ等によって信号を減衰させるので、出力される信号の歪みを少なくすることができ、ＵＨＦ帯のテレビジョン信号が地上デジタルテレビジョン放送信号であって、入力レベル差がある場合、有利である。
【００２５】
上記の実施の形態では各トランジスタ４２、６４、９２にはＮＰＮバイポーラトランジスタを使用したが、これに代えてＰＮＰバイポーラトランジスタを使用することもできるし、或いはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用することもできる。例えばＰＮＰバイポーラトランジスタを使用する場合、第１の電位線４６を最も電位を低く、第２の電位線４８を次に電位が低く、第３の電位線である接地電位を最も高くすることもできる。第１の実施の形態では、抵抗器７０、インダクタ７２を設けたが、場合によっては、いずれか一方を省略することもできる。また、コンデンサ８８も省略することが可能である。インダクタ５６、６６、１２０に代えて抵抗器を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態の高周波増幅器の回路図である。
【図２】図１の高周波増幅器を使用したブースタのブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の高周波増幅器の回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
４２  トランジスタ（第１の増幅手段）
４４  抵抗器（固定バイアス回路）
４６  第１の電位線
４８  第２の電位線
５６  インダクタ（固定バイアス回路）
６４  トランジスタ（第２の増幅手段）
６６  ７２  インダクタ（電流帰還型バイアス回路）
６８  ７０  ７６  ７８  抵抗器（電流帰還型バイアス回路）
７４  可変抵抗器（電流帰還型バイアス回路、利得調整手段）
８４  抵抗器（利得調整手段）
９２  トランジスタ（第３の増幅手段）
１０２  １０４  １１０  抵抗器（電流帰還型バイアス回路）
１２０  インダクタ（電流帰還型バイアス回路）
【図１】
0004616189.tif 000002
【図２】
0004616189.tif 000003
【図３】
0004616189.tif 000004