(57)【要約】【課題】  固定、即ち非可変のＬＣ素子を使用して所望の周波数特性を得ることが可能な能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム及び電気信号処理方法を提供する。【解決手段】  能動ＬＣバンドパスフィルタ１０は、単一のＬＣペア及び複数の能動増幅器を含み、複数の個別共振回路を形成する。能動増幅器は、オーム損失、高周波表皮効果及び高周波放射を補償する。各共振回路は、１以上の能動増幅器のパラメータのみを変化させて調節可能である。能動ＬＣバンドパスフィルタ１０は、極めて高い調節可能なＱ値、極めて低いシェイプファクタＳ、比較的高いＳＮＲ及び周波数と共に増加する極めて高い電圧ゲインを有する。高周波動作性能は、ＬＣペアの品質に影響されず、増幅器コンポーネントの高周波動作に未に依存する。能動ＬＣバンドパスフィルタ１０を使用する電気信号処理方法も提供される。【選択図】図１
2010512045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振用として相互に接続されたキャパシタ及びインダクタを含むＬＣペアと、
前記ＬＣペアに組み合わせて接続され、少なくとも１個の共振回路を形成する複数の能動増幅器と、
それぞれ、前記複数の増幅器の１つから出力が供給され、インダクタンス及びキャパシタンス素子を変化することなく、ゲイン、共振周波数及び／又はシェイプファクタを変化させる複数の可変抵抗素子
とを備えることを特徴とする能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記ＬＣペアの高周波放射による共振エネルギー損失及びオーム損失は、前記能動増幅器により補償されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記複数の可変抵抗素子の少なくとも１個は、ポテンショメータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記増幅器及び対応する前記可変抵抗素子間に、電流制限抵抗を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記増幅器は、唯一の前記ＬＣペアを使用して、複数の別の共振回路を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項６】
前記別の共振回路は、異なる予め決められた周波数で共振可能であることを特徴とする請求項５に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項７】
前記異なる周波数は、前記ＬＣペアで加算されるとともに、前記ＬＣペアに接続され、次段回路に供給する演算増幅器を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項８】
前記複数の共振回路は、相互に接近した周波数であり、単一ピークを有する周波数応答カーブを形成していることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項９】
通過帯域幅を広帯域通信の受信ユニット用に適合されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１０】
通過帯域幅をマルチプルサブチャンネルを有するスペクトル拡散通信の受信ユニット用に適合されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１１】
前記ＬＣペアの前記インダクタ及び前記キャパシタは、直列接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１２】
前記ＬＣペアの前記インダクタ及び前記キャパシタは、並列接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１３】
シングル共振、ダブル共振及びマルチプル共振が可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１４】
動作周波数につれて増加する回路出力電圧増幅を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１５】
少なくとも２０００の電圧ゲインＧ、少なくとも２００のＱ値、及び１０を超えないシェイプファクタＳを有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタを備えることを特徴とする受信システム。
【請求項１７】
相互に直列接続されたインダクタ及びキャパシタを有するＬＣペアと、
前記ＬＣペアに組み合わせて接続され、少なくとも１つの共振回路を形成する複数の能動増幅器と、
前記ＬＣペアの前記インダクタ及び前記キャパシタのインダクタンス、及びキャパシタンスを変化させることなく、共振周波数を変化させる共振周波数変化手段
とを備えることを特徴とする能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１８】
高周波放射による共振エネルギー損失及びオーム損失を、前記能動増幅器により補償するようになっていることを特徴とする請求項１７に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１９】
前記共振周波数変化手段はポテンショメータにより構成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項２０】
前記複数の能動増幅器の少なくとも１個は能動回路素子を備え、前記共振周波数変化手段は、前記能動回路素子とは別の能動回路素子を備えていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項２１】
主共振周波数で共振するインダクタ及びキャパシタを含むＬＣペア、前記ＬＣペアと組み合わせて接続され、少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれた少なくとも１個の共振ループを形成する複数の能動増幅器よりなる能動ＬＣバンドパスフィルタを設けるステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタに電気信号を供給する供給ステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタから出力信号を取り出す取り出しステップと、
前記抵抗素子を調節して、前記能動ＬＣバンドパスフィルタの周波数応答特性を変化させて前記出力信号を変化させる調節ステップ
とを備えることを特徴とする電気信号処理方法。
【請求項２２】
前記電気信号は、周波数バンド内に複数の周波数チャンネルを有する無線信号であり、前記調節ステップは、前記複数のチャンネルから１つの特定チャンネルを選択することを特徴とする請求項２１に記載の電気信号処理方法。
【請求項２３】
前記能動ＬＣバンドパスフィルタは第１動作周波数で動作し、前記キャパシタを変化させて、異なる周波数で動作させるステップを更に備えることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の電気信号処理方法。
【請求項２４】
主共振周波数で共振するキャパシタ及びインダクタのＬＣペア、及び前記ＬＣペアと組み合わせて接続され、少なくとも１個の抵抗素子を組み込んだ少なくとも１個の共振ループを形成する複数の能動増幅器よりなる能動ＬＣバンドパスフィルタの回路構成を決定するステップと、
前記各共振ループに対して、バンドパスフィルタを表す定係数線形の非同次１次微分方程式の特性方程式を形成し、前記微分方程式の次の［数１５］で表される２つの特性根を特定し、
【数１５】
2010512045.tif 000017
かつ［数１５］中のＦ2が次の［数１６］
【数１６】
2010512045.tif 000018
で表される固有解の所望周波数において、1未満にならないように回路パラメータを選択するステップと、
前記回路を構成するステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタに電気信号を供給するステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタから出力信号を取り出すステップ
とを備えることを特徴とする電気信号処理方法。
【請求項２５】
前記抵抗素子を調節して前記能動ＬＣバンドパスフィルタの周波数応答特性を変化させ、それに応じて、前記出力信号を変化させる調節ステップを更に備えることを特徴とする請求項２４に記載の電気信号処理方法。
【請求項２６】
前記電気信号は、周波数バンド内に複数の周波数チャンネルを有する無線信号であり、前記調節ステップは、前記複数の周波数チャンネルのうち特定のチャンネルを選択することを特徴とする請求項２５に記載の電気信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法に関し、特に無線又は有線送受信に好適な能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受動ＬＣ直列／並列バンドパスフィルタの共振特性については、十分に研究されかつ周知である。無線又は有線送受信機において、受動ＬＣバンドパスフィルタは、選局又は同調増幅ユニット（シングル又はデュアル同調）に良く利用され、その低価格、動作安定性、設計の簡易性、周波数変更の容易性、及び優れた動作特性のために、広く利用されている。
【０００３】
しかし、ループのＱ値は、動作周波数が高くなるにつれて低下する。高い周波数では、キャパシタがオーム消費を生じさせ、そのキャパシタンス特性に加えて、インダクタンスを分布させ、他方インダクタも、オーム消費を生じさせ、そのインダクタンス特性とは別に、キャパシタンスを分布させる。かかるオーム消費は、動作周波数が高くなるにつれて増加し、ループのオーム損失を増加させ、ループの品質を低下させることとなる。
【０００４】
このような不完全性により、受動ＬＣバンドパスフィルタは、Ｓ／Ｎ比、受信機の感度、及び選択度を改善するために、周波数可変の高周波受信装置の前段における同調増幅ユニットとして、直接使用されることは稀である。かかる欠点のために、無線受信装置は、スーパーヘテロダインモードを採用している。即ち、混合、中間周波数増幅、及び電力増幅を採用し、受信装置が必要とする大部分の増幅を、周波数が固定された中間周波数増幅、及びその後段の低周波数増幅に委ねている。
【０００５】
受動ＬＣ直列バンドパスフィルタは、ソース抵抗が低い高周波受信機の前段に使用される場合もある。それは、一般に単一同調共振システムであり、高周波で動作時には、高いＱ値を有するインダクタ、即ち銀コーティングした中空導電性ワイヤで製造されたインダクタである。その場合でも、システムは比較的高いシェイプファクタを有する。受動ＬＣ並列バンドパスフィルタは、比較的低い動作周波数、および大きいソース抵抗の無線工学、音響工学、及び機械振動分野に広く使用されている。
【０００６】
フーリエ変換、及びネットワークの周波数ドメインを使用する演算増幅器（又はオペアンプ）と同様に、受動Ｒ（抵抗）及びＣ（キャパシタ）による能動ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、及びバンドパスフィルタに関する多くの研究がなされている。また、ハイ及びローパスフィルタによるバンドパスフィルタに関する多くの研究もなされている。
【０００７】
しかし、これらのバンドパスフィルタの共振周波数を変更するには、多くのＲ及びＣ素子のパラメータを、同時に、同期して、かつ高精度で行う必要がある。しかし、周波数の変更は、非常に複雑かつ困難である。特に、直列に接続された多数のデュアル同調ニュニットを使用する高性能バンドパスフィルタの場合には、この困難は大である。従って、この種の能動ＲＣバンドパスフィルタは、殆ど周波数固定の受信システムのみに限って使用されている。しかし、能動ＬＣバンドパスフィルタ及び関連理論に関する研究は少なく、それに関する特許も殆ど見かけない。調査データによると、能動ＬＣバンドパスフィルタに関する特許は皆無である。
【０００８】
典型的には、可変周波数の受信システムは、ヘテロダイン受信機を使用している。現在、ヘテロダイン無線受信システムでは、高周波ゲインは比較的低い。システム全体が必要とするゲインを得るには、固定周波数で安定に動作する中間周波数増幅器のゲインに依存している。システム全体の感度を改善するための一般的な手法は、大きなアンテナの使用、又は付加的なアンテナ増幅器の使用であり、或いは技術的に複雑なシナリオによると、低パワーの高周波成分を増幅するため、増幅器の入力の前段に、可変キャパシタンスの２個の電気同調ダイオードによるデュアル同調バンドパスフィルタを使用している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、無線及び有線受信システムの料技術分野において、高い電圧ゲイン、優れた選択度、高いノイズ抑圧、高いＳ／Ｎ比、入出力マッチングの容易性及び動作安定性を有し、既存の受動ＬＣバンドパスフィルタと置換可能な技術についての要求がある。さらに、この置換は、極めて簡単であり、かつ容易に行われなければならない。また、入力ユニットは、安定に動作しなければならない。
【００１０】
本発明は、従来技術における上述した課題に鑑みてなされたものであり、この課題を、克服又は軽減しうる能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法を提供することを目的としている。
本発明は、特に受信装置の入力ユニットに好適な能動ＬＣバンドアパスフィルタであり、この入力ユニットは、共振周波数を容易に変更することができ、受信装置に容易に一体化できる。複数の調節可能な抵抗素子が、複数の増幅器内に設けられ、ゲイン、共振周波数、及び／又はシェイプファクタを変更する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法は、次の如き特徴的な構成を採用している。
【００１２】
本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタは、共振のためにキャパシタに接続されたインダクタのＬＣペア、複数の能動増幅器及び複数の調節可能な抵抗素子を含み、能動増幅器は、ＬＣペアと組み合わせ接続して、少なくとも１個の共振回路を形成し、各調節可能な抵抗素子は、複数の増幅器の１つに設けられ、ＬＣペアのインダクタンス又はキャパシタンスを変化させることなく、ゲイン、共振周波数及び／又はフィルタのシェイプファクタを変更するようになっている。好ましくは、ＬＣペアのオーム損失ロス、及び高周波放射による共振エネルギー損失は、能動増幅器により補償される。調節可能な抵抗の少なくとも１つは、ポテンショメータ、即ち可変抵抗器を含んでいる。増幅器の１つと対応する調節可能な抵抗素子間に、電流制限抵抗を直列接続するのが好ましい。増幅器は、１個のＬＣペアのみを使用して、複数の個別共振回路を形成し、製造及び制御を容易にするのが好ましい。
【００１３】
分離された複数の共振回路は、異なる予め決められた独立した周波数で共振して、希望する周波数応答特性の形成を可能にするのが好ましい。これらの異なる周波数は、ＬＣペアで加算可能であり、フィルタは、このＬＣペアに接続された演算増幅器（高い入力インピーダンス及び低い出力インピーダンスを有する増幅器）を更に含み、次段の回路に供給する。複数の共振回路は、相互に接近した周波数であり、全体として、単一のピークを有する周波数応答曲線を形成する。周波数は、能動増幅器のカットオフ周波数のみにより制限されるのが好ましい。通過帯域は、広帯域通信受信ユニット、及び／又は多数のサブチャンネルを有するスペクトラム拡散通信受信ユニットに使用するように適応可能である。これは、また本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタを、受動ＬＣフィルタに置換することを可能にする。
【００１４】
ＬＣペアは、直列又は並列に接続されている。このバンドパスフィルタは、シングル共振、ダブル共振又はマルチプル共振とすることが可能である。このバンドパスフィルタは、フィルタのワーキング、即ち動作周波数につれて増加する回路出力電圧増幅を有するのが好ましい。
【００１５】
特定の具体例では、バンドパスフィルタは、少なくとも２０００の電圧ゲイン、少なくとも２００のＱ値及び１０未満のシェイプファクタＳを有する。
【００１６】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、受信システムに組み込んで使用することが可能である。
【００１７】
本発明の更なる局面によると、能動ＬＣバンドパスフィルタは、共振するようにキャパシタに接続されたインダクタよりなるＬＣペアと、このＬＣペアに接続され、一体として少なくとも１個の共振回路を形成する複数の能動増幅器と、ＬＣペアのインダクタンス又はキャパシタンスを変化させることなく、フィルタのゲイン、共振周波数及び／又はシェイプファクタを変更する手段とを含んでいる。高周波放射による共振エネルギー損失及びＬＣペアのオーム損失は、能動増幅器により補償されるようにするのが好ましい。上述したゲイン等の変更手段は、ポテンショメータ、即ち可変抵抗器を含んでいてもよい。これに代わって、又はそれに加えて、複数の能動増幅器の少なくとも１個が、能動回路素子を含んでいても良い。また、このゲイン等の変更手段は、それに代って接続された、異なる能動回路素子を含んでいても良い。
【００１８】
本発明の更に他の局面である電気信号処理方法は、主共振周波数で共振するインダクタ、及びキャパシタを含むＬＣペア、このＬＣペアと組み合わされ、少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれた、少なくとも１個の共振ループを形成する増幅器を有する能動ＬＣバンドパスフィルタを提供するステップと、このバンドパスフィルタに、電気信号を供給するステップと、このバンドパスフィルタから、出力信号を取り出すステップと、抵抗素子を調節して、バンドパスフィルタの周波数応答特性を変更するステップとを備え、これにより、出力信号を変化させることを特徴とする。この電気信号は、１つの周波数バンド内に、複数の周波数チャンネルを有する無線信号であっても良い。上述した調節ステップは、これら複数のチャンネルのうち、特定チャンネルを選択可能にする。このバンドパスフィルタは、第１動作周波数で動作し、この電気信号処理方法は、キャパシタを変化させてバンドパスフィルタを異なる動作周波数で動作させるステップを更に備えていても良い。
【００１９】
本発明の更に他のアスペクトである電気信号処理方法は、次のステップ（ａ）〜（ｅ）を備えている。
（ａ）主共振周波数で共振するインダクタ、及びキャパシタよりなるＬＣペア、複数の能動増幅器、及びＬＣペアと組み合わせて接続され、少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれた少なくとも１個の共振ループを形成する複数の能動増幅器を含む能動ＬＣバンドパスフィルタの回路構成を決定する。
（ｂ）各共振ループに対して、バンドパスフィルタを記述する定係数線形非同次１次微分方程式の特性方程式を形成し、［数１］の微分方程式の２個の根を確定し、かつＦ2が１未満でなく、かつ［数２］の固有解の希望周波数である回路パラメータを選択する。
【数１】
2010512045.tif 000003
【数２】
2010512045.tif 000004
（ｃ）回路を構成する。
（ｄ）このバンドパスフィルタに電気信号を供給する。
（ｅ）このバンドパスフィルタから電気信号を取り出す。
【００２０】
本発明の電気信号処理方法は、抵抗素子を調節して、バンドパスフィルタの周波数応答特性を変更し、これに応じて、出力信号を変更するステップを更に備えている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、受動素子であるＬＣを変化させることなく、所望の周波数特性を有すると共に、構成が簡単かつ安価な能動ＬＣバンドパスフィルタを得ることが可能であり、特に受信システム及び電気信号処理方法の実施に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタの第１実施例の回路図である。
【図２】本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタの第２実施例の回路図である。
【図３】図１に示す能動ＬＣバンドパスフィルタを有するテスト回路の周波数応答特性図である。
【図４】図１に示す能動ＬＣバンドパスフィルタをオペアンプと組み合わせた回路ブロック図である。
【図５】本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタを使用する電気信号処理方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、能動コンポーネントであるＬ及びＣ素子（ここで、Ｌは能動インダクタンス、Ｃは能動キャパシタンスである）バンドパスフィルタよりなるバンドパスフィルタに関し、特に、高周波数では、Ｑ値、選択度（即ち、シェイプファクタ）及びループの電圧ゲインを改善し、シングル、デュアル、又はマルチプル同調から選択された周波数で、同調又はチューニングするインダクタ−キャパシタペアを使用し、かつ同調周波数の変更を容易に行うことが可能な能動ＬＣバンドパスフィルタに関する。本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタは、Ｌ及びＣ素子のパラメータにより決定されることなく、主として増幅器の周波数特性により決定される高周波数で動作する。この能動ＬＣバンドパスフィルタは、増幅器が動作周波数で適切に動作する限り、優れた性能を維持できる。
（本発明の基本技術及び原理）
【００２４】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタ（以下、単にフィルタという場合もある）の基本原理は、極めて明瞭な物理的意味を有するとともに、回路網の周波数領域での理論を使用する一般的なアプローチではなく、物理的なプロセスを正直に説明する微分方程式から直接的に理解できる。この観点から、インダクタは、電流の微分ユニットであり、キャパシタは、電圧の積分ユニットである。これら２つのユニットにより構成されるループは、２次線形定数係数の１次微分方程式システムで説明される。２次線形定数係数の１次微分方程式は、２つのタイプの解、即ち定常解及び発振解を有する。増幅システムに使用すると、発振解は好ましくないので、定常解が唯一の解である。２次線形定数係数の１次微分方程式の解は、方程式の係数により決定される。２次非同次方程式の一般解は、励起を有する非同次方程式の特殊解と、同次方程式の一般解の併合により決定可能である。共振解の周波数も、方程式の係数により決定されるが、係数は任意に決定可能である。従って、微分方程式の解は、制御可能である。
【００２５】
以下、図面を参照して説明する。本発明によると、適当な方程式の解は、共振から十分に離れたレンジ内に制限され、増幅係数が特定の周波数で安定的にフィルタ及び増幅可能にする。図１に示すように、能動ＬＣフィルタ１０は、信号源Ｖｓから供給され、かつ第１増幅パワーＫ1を有する第１増幅器１２を含んでいる。第１増幅器１２の出力は、電流制限抵抗１４を介して、第１減衰度（電流減衰）α1を有する第１ポテンショメータ１３に供給される。
【００２６】
また、フィルタ１０は、インダクタ１５及びこれに直列接続されたキャパシタ１６を含んでいる。ここで、インダクタ１５は、インダクタンスＬ及び内部抵抗ｒLを有する。一方、キャパシタ１６は、キャパシタンスＣ及び無視可能な小さい内部抵抗ｒCを有する。抵抗ｒ1を有する外部抵抗１７が、インダクタ１５に直列接続されている。更に、抵抗ｒ2を有する別の外部抵抗１８が、キャパシタ１６に直列接続されている。
【００２７】
第１増幅器１２は、Ｌ及びｒ1の共振回路を駆動し、また能動ＬＣフィルタ１０の出力Ｖoutを出力する。インダクタンスＬの逆起電力は、Ｖoutから第２増幅パワーＫ2を有する第２増幅器１９に供給され、かつ第２減衰比（電圧減衰）α2を有する第２ポテンショメータ２０に供給される。増幅された信号は、キャパシタ１６を介して、インダクタ１５に入力される。
【００２８】
Ｖoutに発生する電圧は、第２増幅器１９により増幅され、第３ポテンショメータ２１に供給され、第３減衰比（電圧減衰）α3で減衰され、符号２２で示す如く、入力信号Ｖｓと加算合成される。この加算された信号成分は、上述の如くＫ1で更に増幅され、かつα1で減衰され、キャパシタ１６から出力され、インダクタ１５に直列接続された抵抗である抵抗ｒ1に流れる。これらの抵抗ｒ1及びｒ2は、電流制限抵抗及び自己励振抑圧抵抗である。下記の方程式［数３］が、能動ＬＣフィルタ１０を定めている。
【数３】
2010512045.tif 000005
【００２９】
この方程式の左辺の第１項は、上述の如く、第１増幅器１２により増幅された入力Ｖｓである。第２項は、逆起電力であり、第３項は、出力Ｖoutから生じる電流をＫ2で増幅され、α2で減衰され、かつ上述の如くキャパシタ１６を介して供給された後に、２個の抵抗ｒL及びｒ1により生じる電圧である。第４項は、出力Ｖoutからの電流がＫ2で増幅され、α3で減衰され、更にまた、Ｋ1で増幅され、かつα1で減衰され、キャパシタ１６から出力されるとき、出力において発生する電圧であり、直列接続されたインダクタ１５の内部抵抗であるｒ1を介して流れる。上述した公知の方程式から、以下の［数４］に示す典型的なパターンの２次定数係数の非同次１次微分方程式が得られる。
【数４】
2010512045.tif 000006
【００３０】
この方程式の右辺は、励起源、即ち信号源Ｖｓである。この定係数線形の非同次１次微分方程式の特性方程式は、次式［数５］となる。
【数５】
2010512045.tif 000007
【００３１】
この２つの特性根は、以下の［数６］及び［数７］で与えられる。
【数６】
2010512045.tif 000008
【数７】
2010512045.tif 000009
【００３２】
この線形非同次方程式の一般解は、極めて迅速に得ることができる。減衰度は次の［数８］で与えられる。
【数８】
2010512045.tif 000010
その解は、次の［数９］である。
【数９】
2010512045.tif 000011
【００３３】
上式の２つの特殊定数Ａ及びＢは、初期条件により決定される。
【００３４】
次の［数１０］において、
【数１０】
2010512045.tif 000012
正弦波励起関数Ｖｓ＝Ｖ0ｓｉｎω0tが安定した解を得るには、根内の式の値が≦０でなくてはならない。そのためには、キャパシタンスＣが、インダクタンスＬよりも少なくとも２レベル小さくなければならない。そのためには、増幅器の増幅パワー及び減衰度の値、即ちＫ1、α1、Ｋ2及びα3の値を調節することにより、Ｋ1α1Ｋ2α3−１≧０を確実に維持する必要がある。これにより、解の関数も正弦波になることが保障される。
【００３５】
可変定数法（特殊係数法ともいう）は、微分方程式の数学で周知の方法であり、非同次方程式の一般解を、次の［数１１］で迅速に得ることが可能である。
【数１１】
2010512045.tif 000013
【００３６】
併合、計算及びセトルメントの後、ゼロの初期条件下におけるこの非均一方程式の特殊解は、最終的に次の［数１２］で表される。
【数１２】
2010512045.tif 000014
【００３７】
この方程式における他の項（示さず）は、極めて高周波数でフィルタされ、検出できない。
【００３８】
正弦波の入力信号Ｖ0ｓｉｎωtの動作では、出力信号は、入力信号の角周波数ωと、方程式の固有解の角周波数ω0の差、即ちω−ω0に反比例し、かつω0ＬＣにも反比例する。これは、本発明において大変重要な特徴を決定する。即ち、周波数差が小さい値に近づくと、能動ＬＣバンドパスフィルタ１０は、極めて大きい出力を有し、その結果電圧増幅パワー及びＱ値は、極めて大きくなる。
【００３９】
このことは、単一の共振ループを有する図１に示す能動ＬＣバンドパスフィルタ１０の実施例の応答特性を示す。回路中に、複数の共振ループが存在する場合には、この応答のルールは、回路中の各ループに当てはまる。各共振ループは、その同じループのパラメータに対応する周波数を有する。これらの周波数は、同じであっても、異なっていても良い。複数の共振ループの共振周波数が相互に異なる場合には、回路の出力波形は、これら異なる周波数の全ての波形の重ね合わせとなる。
【００４０】
同じＬＣペアを使用するＬＣバンドパスフィルタに対応する数の２次ループを加えるために、付加的な能動コンポーネントを使用することが可能である。また、直列／並列能動ＬＣフィルタ回路を形成するために、多くの能動素子構成が利用可能である。正弦波入力に応答するループの共振周波数は、上記の［数１０］の方程式で決定される。根内の第２項の絶対値は、第１項より大きく、出力正弦波の周波数は、主として第２項により決定される。Ｋ1、α1、Ｋ2、α2及びα3を含むその他のパラメータは、Ｌ及びＣより遥かに大きいので、周波数は、主としてＬ及びＣの値により決定される。しかし、Ｋ1、α1、Ｋ2、α2及びα3を含むパラメータにより僅かに影響を受ける。それ故に、各共振ループに対応する周波数は、同じであっても、或いは異なっていても良い。
【００４１】
以上は、図１に示すフィルタ１０の実施例に示す直列能動ＬＣフィルタの理論解析である。次に、図２を参照して、本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタの他の実施例について説明する。この実施例のフィルタ１０´は、低周波数への応用に好適な並列能動ＬＣバンドパスフィルタである。
【００４２】
上述した［数４］に対応する微分方程式は、上述の説明に基づいて、図２に発展することができ、かつ対応する理論解析は、当業者には明らかであると思う。本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、直列共振に焦点を当てて開示され、並列共振を示すためには、単にバーチャートを必要とするのみであり、その動作メカニズムは、直列共振を参照して説明可能である。
【００４３】
更に、図５のフローチャートを参照すると、本発明により、以下のステップ（ａ）〜（ｅ）を含む新規な電気信号の処理方法４０が提供される。
（ａ）主共振周波数に共振するキャパシタに接続されたインダクタを有するＬＣペア、及びこのＬＣペアと組み合わせて接続され、かつ少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれ、少なくとも１つの共振ループを形成する複数の能動増幅器を含む回路構成を決定する。
（ｂ）各共振ループについて、バンドパスフィルタを説明する定計数線形非同次の１次微分方程式の次の［数１３］で表される２つの特性根を形成し、
【数１３】
2010512045.tif 000015
この「数１３」中のＦ2が１未満とならず、かつ次の「数１４」の固有解の所望周波数となるように、回路パラメータを選択する
【数１４】
2010512045.tif 000016
（ｃ）回路を構成する。
（ｄ）このバンドパスフィルタに電気信号を供給する。
（ｅ）バンドパスフィルタから出力信号を取り出す。
【００４４】
この電気信号処理方法は、抵抗素子を調節して、バンドパスフィルタの周波数応答特性を変更し、それにより、出力信号を変化させるステップを更に含んでいてもよい。
【００４５】
能動コンポーネントを使用して、ループのオーム損失を補償することにより、ループのＱ値を改善可能である。過度な補償を行うと、ループを自己駆動、又は発振させることになることを理解しうると思う。また、インダクタ及びキャパシタの抵抗は、この共振ループのＱ値に最早顕著な影響を及ぼすことはない。理論解析及び実験結果の双方により、この結論が正しいことが立証される。
【００４６】
理論解析から明らかな如く、共振回路に能動コンポーネントを挿入した結果、このループの共振周波数は、キャパシタ及びインダクタの値のみにより決定されず、ループ内の他のエレメントにより影響を受けることになる。ループ内の他の素子のパラメータを調節することにより、２次非同次方程式の解の周波数は、インダクタンス及びキャパシタンスの値を変更することなく、変更可能である。同じインダクタ及びキャパシタ（ＬＣ）にペアに接続された複数の異なるループを使用することにより、複数の異なる共振周波数が得られる。従って、同じＬＣペアを使用することにより、この能動ＬＣバンドパスフィルタは、デュアル共振又はマルチプル共振でシェイプファクタＳ（BW0.1／BW0.7）を低減し、電圧ゲインを増加し、受信デバイスの選択度を改善することが可能である。
【００４７】
実験結果により、上述した理論解析はサポートされる。図３は、市販されている薄いエナメル銅線のシングルストランドで形成された、通常の中空インダクタに直列接続された通常のテリレン製キャパシタを使用して、７６５ｋＨｚの主（共振）周波数におけるデュアル共振を示す実験周波数応答曲線を示す。これらは（約４３μＨのインダクタンスＬを有する）インダクタ１５及び（約１ｎＦのキャパシタンスを有する）キャパシタ１６として、図１に示す回路に含まれている。また、第１及び第２増幅器１２及び１９は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。
【００４８】
上述の実験において、入力は、０．９５ｍＶであり、出力は、２７７６ｍＶであった。従って、電圧増幅パワーは、２９２２、即ち電圧ゲインは６９ｄＢである。測定帯域幅は、−３ｄＢでＢＷ0.7＝１２ｋＨｚであり、−２０ｄＢでＢＷ0.1＝１１７ｋＨｚである。このループゲインは、Ｑ値＝２３２、及びシェイプファクタＳ＝９．７であり、これは、１対の受動Ｌ及びＣにより構成される単一同調ループで実現するのは極めて困難である。周波数応答曲線の丸い頂部から、シングル同調との差は歴然としている。シングル同調の周波数応答曲線の場合には、尖った頂部を有する。
【００４９】
実験データは、このデュアル同調ループのＱ値が高過ぎないことが好ましいことを示している。ループのＱ値が高過ぎると、ループのシェイプファクタは増加する。その理由は、本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタでは、インダクタ及びキャパシタ自体は、最早ループのＱ値の決定要因ではないからである。受動ＬＣフィルタとは異なり、ＬＣループで直列接続されたインダクタ及びキャパシタ自体の抵抗、及びＬＣループに直列接続された抵抗は、ループゲインを決定する唯一のファクタではない。
【００５０】
また、実験データは、ループのＱ値が低過ぎてはいけないことを示している。低過ぎると、ループのシェイプファクタが増加するからである。ＬＣの値が不変であれば、共振ループのＱ値は種々の方法で容易に変更可能である。実験で示すように、もしＱ値が盲目的に増加し、共振周波数を１ＭＨｚに調節すると、第１段での電圧増幅パワーは、７３ｄＢ以上であるが、シェイプファクタが１０を超す。本発明によると、唯一のＬＣペアが、マルチプル共振システムを提供可能である。更に、そのように形成されたマルチプル共振の能動ＬＣバンドパスフィルタは、７３ｄＢを超える電圧増幅パワーを有することがある。
【００５１】
上記の［数１２］で表す方程式が示すように、出力電圧は、同次方程式の固有周波数に逆比例し、入力周波数の増加につれて、僅かに減少する。しかし、他方において、ω0（ω−ω0）が非常に小さい場合でも、高出力電圧が得られる。一方、出力電圧は、Ｋ1の値を調節すること、及び同調ループの数を増加することにより増加可能であり、非常に高い周波数でも、大きな出力電圧を得ることができる。Ｋ1の値は、第１増幅器１２に含まれる１以上の異なる能動素子を置換することにより、及び／又は増幅器の技術分野における当業者には周知の如く、増幅器に含まれているゲイン変更ポテンショメータ等の如き素子を調節することにより、変化させることができる。
【００５２】
受動シングル同調ＬＣ共振ループの過去の実験によると、ループのＱ値が高ければ高いほど、帯域幅は益々狭くなり、増幅パワーは大きくなる。しかし、高周波動作時には、動作周波数が高くなれば、共振ループの損失が増加するので、受動ＬＣバンドパスフィルタは、高いＱ値を有することができない。これに対し、本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、共振ループのエネルギー損失を能動コンポーネントにより補償し、この補償のレベルは、調節可能なループのパラメータにより決定されるので、異なる性質を有する。
【００５３】
これにより、ループの損失は減少し、かつ高い動作周波数でも、極めて高いゲインを有することが可能である。共振ループのＱ値の改善は、１つの目的のみではないことは勿論である。ループのＱ値、通過帯域幅、電圧増幅パワー、及びシェイプファクタを含むパラメータの全てを考慮する必要がある。システムを最適状態で使用するには、これらのパラメータがバランスしていることが重要である。
【００５４】
単一のＬＣペアを使用するデュアル共振能動バンドパスフィルタにおいて、２個の共振ループは、カップリング素子として同じインダクタ及びキャパシタのペアを使用する。従って、カップリングはタイトであり、かつ共振カーブはユニモダルである。上述した実験データによると、能動ＬＣフィルタは、単一共振受動ＬＣフィルタと比較して、遥かに高いパフォーマンスと、遥かに高い電圧ゲイン、及び一層低いシェイプファクタを有している。
【００５５】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、同じインダクタ及びキャパシタのペアを使用するとき、マルチプル共振ループを有することができ、各共振ループは対応する周波数に同調でき且つこれらの周波数は相互に異なる。従って、マルチチャネル同調、即ち同じキャパシタ及びインダクタのペアに基づくマルチプル同調が可能である。このことは、従来の受動ＬＣ共振回路では実現不可能である。
（潜在的なアプリケ−ション）
【００５６】
共振増幅ユニットは、信号処理システムの基本部分である。本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタには、能動コンポーネントが挿入されており、共振ループの品質は共振周波数が高くなっても、最早低下することはない。従って、本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタ増幅ユニットは、機械的振動の如き極めて低周波数から、音響周波数乃至無線周波数の範囲にわたる種々の周波数バンドにおいて、広範囲のアプリケーションを有する。
【００５７】
例えば、本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタは、リアルタイム解析用の機械的振動スペクトラムにおける種々のセンサや水中検出アプリケーション用の超音波アプリケーションシステムに使用可能である。また、中波、短波及び超短波信号を受信する無線受信システム、移動通信受信システム、及びＴＶ受信アプリケーションにも使用可能である。
【００５８】
能動ＬＣバンドパスフィルタは、異なる周波数の入力信号に対して選択的な電圧ゲインを有し、そのゲインは、共振周波数で最大値になる。上述の実験結果から明らかな如く、増幅パワーは、最終的なベル形周波数応答カーブの両側で急激に減少する。
【００５９】
能動ＬＣバンドパスフィルタのスペクトラム増幅は、一般的に等しくなく重み付けされている。共振周波数で、増幅の重み付けは最大であり、かつ増幅パワーも最大である。利用可能な測定結果によると、能動ＬＣデュアル同調システムの電圧増幅パワーは、６０ｄＢを超えることを示している。共振の場合には、共振カーブのシェイプファクタは、６−１２又はそれ未満になり得る。かかる共振システムに共振素子として、同じＬＣペアを使用すると、２個の共振ループのカップリング又は結合は、極めてタイトであり、かつ周波数カーブは、頂部が丸みを帯びユニモダルである。これは、有線又は無線受信システムのオリジナル（従来の）ＬＣバンドパス入力ユニットと直接に置換可能であり、選択された周波数の入力信号を、高い増幅パワーで重み付け増幅を行うことが可能である。
【００６０】
次に、抵抗又は能動コンポーネントの回路網を使用して、周波数スペクトラムでフィルタからの信号出力を等しい重み付けパワーで抑圧又は圧縮し、かつこの抑圧された信号を周波数変換のための変換ステージへ供給する。能動ＬＣバンドパスフィルタユニットからの信号出力のレンジは、極めて広く、この大きな信号は、トランジスタ周波数変換ステージに直接供給できない。トランジスタ周波数変換ステージに供給される信号が大き過ぎると、適切な周波数変換が行えないことは、よく知られている。アナログマルチプライヤが使用される場合には、これは適用できないが、コストが著しく増加することを理解しうると思う。受信システムの後段のスーパーヘテロダイン受信レイアウトは、不変のままである。減衰抵抗又は能動コンポーネントの減衰器の回路網は、各周波数に対して、入力信号に等しい重み付けした減衰を与え、それにより、共振カーブの両側の信号は劇的に減少し、共振ループのシェイプファクタは低下する。従って、このシステムは、受信システムの感度及び選択度を著しく改善し、ノイズ干渉を低減させ、出力信号のＳＮＲ（信号対ノイズ比）を改善する。
【００６１】
本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタを採用する共振ユニットは、スーパーヘテロダイン受信システムの入力ユニット中の元の受動ＬＣ共振ユニットの代わりに、直接使用することが可能である。この簡単な交換により、スーパーヘテロダイン受信システムのもとのレイアウトを変更することなく、受信感度及び選択度、並びに受信システムのＳＮＲを著しく改善することが可能である。受信システムの受信感度は、システムのＳＮＲのみに依存し、これは、主として前段の受信システムの動作性能により決まる。
【００６２】
初段増幅ユニットの後の後段における増幅は、初段ユニットのＳＮＲの改善に大きな影響を及ぼすことはない。この簡単な変更により、スーパーヘテロダイン受信システムの受信動作性能は劇的に改善される。勿論、他のタイプの無線通信モバイルフォーンも、高周波増幅ユニットとして、能動ＬＣ共振器をアンテナの直ぐ後段に接続して使用し、受信選択度を著しく増加し、ネットワークステーション間の距離を狭くし、かつネットワークステーションの数を減少することが可能である。これらの全ては、きわめて簡単、簡便であり、かつ直接適用でき、最も容易に良好な結果が得られる。
【００６３】
当然ながら、既存のデュアル同調のように、キャパシタンス又は相互インダクタンスで、能動シングル同調の２個の独立したバンドパスフィルタユニットの、又は２個のインダクタ及びキャパシタのペアよりなる能動デュアル、又はマルチプル同調の共振ループをカップリングし、これら２つの間のカップリング度を低下させ、平坦な頂部（クリティカルカップリング）又はバイモダル（ルーズカップリング）共振カーブを得ることが可能である。これにより、更にシェイプファクタは低下し、かつ電圧ゲインは増加する。
【００６４】
最近の実験結果によると、このシステムは、受動デュアル同調システムよりも遥かに高い動作性能を有する。この能動ＬＣバンドパスフィルタによる中間周波数増幅器を使用することにより、現在使用されている典型的な中間周波数増幅器よりも、遥かに高い電圧ゲインが得られる。これは、有線及び無線受信システムの動作性能を改善する将来の方向を示すものと考えられる。
【００６５】
２次微分方程式の１次導関数の前の係数を変更することにより、定常及び発振解間のトランジションを、容易かつ迅速に実現可能である。この実験結果は、理論上の結果をサポートしている。単一の回路タイプにより、増幅及び発振の両方が効果的に提供できるのは、この回路である。
【００６６】
以上、本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタ等を、好適な実施例に基づき詳述したが、これらは、本発明の単なる例示に過ぎず、種々の他のバージョンも可能である。従って、本発明の精神や要旨を逸脱することなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で、種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できると思う。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０´  能動ＬＣバンドパスフィルタ（能動ＬＣフィルタ）
１２、１９    増幅器
１３、２０、２１    可変抵抗素子（ポテンショメータ）
１４          電流制限抵抗
１５          インダクタ（Ｌ）
１６          キャパシタ（Ｃ）
１７、１８    外部抵抗
２２          加算器
Ｖｓ          信号源
Ｖout      出力
【図１】
2010512045.tif 000019
【図２】
2010512045.tif 000020
【図３】
2010512045.tif 000021
【図４】
2010512045.tif 000022
【図５】
2010512045.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法に関し、特に無線又は有線送受信に好適な能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受動ＬＣ直列／並列バンドパスフィルタの共振特性については、十分に研究されかつ周知である。無線又は有線送受信機において、受動ＬＣバンドパスフィルタは、選局又は同調増幅ユニット（シングル又はデュアル同調）に良く利用され、その低価格、動作安定性、設計の簡易性、周波数変更の容易性、及び優れた動作特性のために、広く利用されている。
【０００３】
しかし、ループのＱ値は、動作周波数が高くなるにつれて低下する。高い周波数では、キャパシタがオーム消費を生じさせ、そのキャパシタンス特性に加えて、インダクタンスを分布させ、他方インダクタも、オーム消費を生じさせ、そのインダクタンス特性とは別に、キャパシタンスを分布させる。かかるオーム消費は、動作周波数が高くなるにつれて増加し、ループのオーム損失を増加させ、ループの品質を低下させることとなる。
【０００４】
このような不完全性により、受動ＬＣバンドパスフィルタは、Ｓ／Ｎ比、受信機の感度、及び選択度を改善するために、周波数可変の高周波受信装置の前段における同調増幅ユニットとして、直接使用されることは稀である。かかる欠点のために、無線受信装置は、スーパーヘテロダインモードを採用している。即ち、混合、中間周波数増幅、及び電力増幅を採用し、受信装置が必要とする大部分の増幅を、周波数が固定された中間周波数増幅、及びその後段の低周波数増幅に委ねている。
【０００５】
受動ＬＣ直列バンドパスフィルタは、ソース抵抗が低い高周波受信機の前段に使用される場合もある。それは、一般に単一同調共振システムであり、高周波で動作時には、高いＱ値を有するインダクタ、即ち銀コーティングした中空導電性ワイヤで製造されたインダクタである。その場合でも、システムは比較的高いシェイプファクタを有する。受動ＬＣ並列バンドパスフィルタは、比較的低い動作周波数、および大きいソース抵抗の無線工学、音響工学、及び機械振動分野に広く使用されている。
【０００６】
フーリエ変換、及びネットワークの周波数ドメインを使用する演算増幅器（又はオペアンプ）と同様に、受動Ｒ（抵抗）及びＣ（キャパシタ）による能動ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、及びバンドパスフィルタに関する多くの研究がなされている。また、ハイ及びローパスフィルタによるバンドパスフィルタに関する多くの研究もなされている。
【０００７】
しかし、これらのバンドパスフィルタの共振周波数を変更するには、多くのＲ及びＣ素子のパラメータを、同時に、同期して、かつ高精度で行う必要がある。しかし、周波数の変更は、非常に複雑かつ困難である。特に、直列に接続された多数のデュアル同調ニュニットを使用する高性能バンドパスフィルタの場合には、この困難は大である。従って、この種の能動ＲＣバンドパスフィルタは、殆ど周波数固定の受信システムのみに限って使用されている。しかし、能動ＬＣバンドパスフィルタ及び関連理論に関する研究は少なく、それに関する特許も殆ど見かけない。調査データによると、能動ＬＣバンドパスフィルタに関する特許は皆無である。
【０００８】
典型的には、可変周波数の受信システムは、ヘテロダイン受信機を使用している。現在、ヘテロダイン無線受信システムでは、高周波ゲインは比較的低い。システム全体が必要とするゲインを得るには、固定周波数で安定に動作する中間周波数増幅器のゲインに依存している。システム全体の感度を改善するための一般的な手法は、大きなアンテナの使用、又は付加的なアンテナ増幅器の使用であり、或いは技術的に複雑なシナリオによると、低パワーの高周波成分を増幅するため、増幅器の入力の前段に、可変キャパシタンスの２個の電気同調ダイオードによるデュアル同調バンドパスフィルタを使用している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、無線及び有線受信システムの料技術分野において、高い電圧ゲイン、優れた選択度、高いノイズ抑圧、高いＳ／Ｎ比、入出力マッチングの容易性及び動作安定性を有し、既存の受動ＬＣバンドパスフィルタと置換可能な技術についての要求がある。さらに、この置換は、極めて簡単であり、かつ容易に行われなければならない。また、入力ユニットは、安定に動作しなければならない。
【００１０】
本発明は、従来技術における上述した課題に鑑みてなされたものであり、この課題を、克服又は軽減しうる能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法を提供することを目的としている。
本発明は、特に受信装置の入力ユニットに好適な能動ＬＣバンドアパスフィルタであり、この入力ユニットは、共振周波数を容易に変更することができ、受信装置に容易に一体化できる。複数の調節可能な抵抗素子が、複数の増幅器内に設けられ、ゲイン、共振周波数、及び／又はシェイプファクタを変更する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタ、それを備える受信システム、及び電気信号処理方法は、次の如き特徴的な構成を採用している。
【００１２】
本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタは、共振のためにキャパシタに接続されたインダクタのＬＣペア、複数の能動増幅器及び複数の調節可能な抵抗素子を含み、能動増幅器は、ＬＣペアと組み合わせ接続して、少なくとも１個の共振回路を形成している。好ましくは、ＬＣペアのオーム損失ロス、及び高周波放射による共振エネルギー損失は、能動増幅器により補償される。調節可能な抵抗の少なくとも１つは、ポテンショメータ、即ち可変抵抗器を含んでいる。増幅器の１つと対応する調節可能な抵抗素子間に、電流制限抵抗を直列接続するのが好ましい。増幅器は、１個のＬＣペアのみを使用して、複数の個別共振回路を形成し、製造及び制御を容易にするのが好ましい。
【００１３】
分離された複数の共振回路は、異なる予め決められた独立した周波数で共振して、希望する周波数応答特性の形成を可能にするのが好ましい。これらの異なる周波数は、ＬＣペアで加算可能であり、フィルタは、このＬＣペアに接続された演算増幅器（高い入力インピーダンス及び低い出力インピーダンスを有する増幅器）を更に含み、次段の回路に供給する。複数の共振回路は、相互に接近した周波数であり、全体として、単一のピークを有する周波数応答曲線を形成する。周波数は、能動増幅器のカットオフ周波数のみにより制限されるのが好ましい。通過帯域は、広帯域通信受信ユニット、及び／又は多数のサブチャンネルを有するスペクトラム拡散通信受信ユニットに使用するように適応可能である。これは、また本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタを、受動ＬＣフィルタに置換することを可能にする。
【００１４】
ＬＣペアは、直列又は並列に接続されている。このバンドパスフィルタは、シングル共振、ダブル共振又はマルチプル共振とすることが可能である。このバンドパスフィルタは、フィルタのワーキング、即ち動作周波数につれて増加する回路出力電圧増幅を有するのが好ましい。
【００１５】
特定の具体例では、バンドパスフィルタは、少なくとも２０００の電圧ゲイン、少なくとも２００のＱ値及び１０未満のシェイプファクタＳを有する。
【００１６】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、受信システムに組み込んで使用することが可能である。
【００１７】
本発明の更なる局面によると、能動ＬＣバンドパスフィルタは、共振するようにキャパシタに接続されたインダクタよりなるＬＣペアと、このＬＣペアに接続され、一体として少なくとも１個の共振回路を形成する複数の能動増幅器と、ＬＣペアのインダクタンス又はキャパシタンスを変化させることなく、フィルタのゲイン、共振周波数及び／又はシェイプファクタを変更する手段とを含んでいる。高周波放射による共振エネルギー損失及びＬＣペアのオーム損失は、能動増幅器により補償されるようにするのが好ましい。上述したゲイン等の変更手段は、ポテンショメータ、即ち可変抵抗器を含んでいてもよい。これに代わって、又はそれに加えて、複数の能動増幅器の少なくとも１個が、能動回路素子を含んでいても良い。また、このゲイン等の変更手段は、それに代って接続された、異なる能動回路素子を含んでいても良い。
【００１８】
本発明の更に他の局面である電気信号処理方法は、主共振周波数で共振するインダクタ、及びキャパシタを含むＬＣペア、このＬＣペアと組み合わされ、少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれた、少なくとも１個の共振ループを形成する増幅器を有する能動ＬＣバンドパスフィルタを提供するステップと、このバンドパスフィルタに、電気信号を供給するステップと、このバンドパスフィルタから、出力信号を取り出すステップと、抵抗素子を調節して、バンドパスフィルタの周波数応答特性を変更するステップとを備え、これにより、出力信号を変化させることを特徴とする。この電気信号は、１つの周波数バンド内に、複数の周波数チャンネルを有する無線信号であっても良い。上述した調節ステップは、これら複数のチャンネルのうち、特定チャンネルを選択可能にする。このバンドパスフィルタは、第１動作周波数で動作し、この電気信号処理方法は、キャパシタを変化させてバンドパスフィルタを異なる動作周波数で動作させるステップを更に備えていても良い。
【００１９】
本発明の更に他のアスペクトである電気信号処理方法は、次のステップ（ａ）〜（ｅ）を備えている。
（ａ）主共振周波数で共振するインダクタ、及びキャパシタよりなるＬＣペア、複数の能動増幅器、及びＬＣペアと組み合わせて接続され、少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれた少なくとも１個の共振ループを形成する複数の能動増幅器を含む能動ＬＣバンドパスフィルタの回路構成を決定する。
（ｂ）各共振ループに対して、バンドパスフィルタを記述する定係数線形非同次１次微分方程式の特性方程式を形成し、［数１］の微分方程式の２個の根を確定し、かつＦ2が１未満でなく、かつ［数２］の固有解の希望周波数である回路パラメータを選択する。
【数１】
2010512045.tif 000024
【数２】
2010512045.tif 000025
（ｃ）回路を構成する。
（ｄ）このバンドパスフィルタに電気信号を供給する。
（ｅ）このバンドパスフィルタから電気信号を取り出す。
【００２０】
本発明の電気信号処理方法は、抵抗素子を調節して、バンドパスフィルタの周波数応答特性を変更し、これに応じて、出力信号を変更するステップを更に備えている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、受動素子であるＬＣを変化させることなく、所望の周波数特性を有すると共に、構成が簡単かつ安価な能動ＬＣバンドパスフィルタを得ることが可能であり、特に受信システム及び電気信号処理方法の実施に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタの第１実施例の回路図である。
【図２】本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタの第２実施例の回路図である。
【図３】図１に示す能動ＬＣバンドパスフィルタを有するテスト回路の周波数応答特性図である。
【図４】図１に示す能動ＬＣバンドパスフィルタをオペアンプと組み合わせた回路ブロック図である。
【図５】本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタを使用する電気信号処理方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、能動コンポーネントであるＬ及びＣ素子（ここで、Ｌは能動インダクタンス、Ｃは能動キャパシタンスである）バンドパスフィルタよりなるバンドパスフィルタに関し、特に、高周波数では、Ｑ値、選択度（即ち、シェイプファクタ）及びループの電圧ゲインを改善し、シングル、デュアル、又はマルチプル同調から選択された周波数で、同調又はチューニングするインダクタ−キャパシタペアを使用し、かつ同調周波数の変更を容易に行うことが可能な能動ＬＣバンドパスフィルタに関する。本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタは、Ｌ及びＣ素子のパラメータにより決定されることなく、主として増幅器の周波数特性により決定される高周波数で動作する。この能動ＬＣバンドパスフィルタは、増幅器が動作周波数で適切に動作する限り、優れた性能を維持できる。
（本発明の基本技術及び原理）
【００２４】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタ（以下、単にフィルタという場合もある）の基本原理は、極めて明瞭な物理的意味を有するとともに、回路網の周波数領域での理論を使用する一般的なアプローチではなく、物理的なプロセスを正直に説明する微分方程式から直接的に理解できる。この観点から、インダクタは、電流の微分ユニットであり、キャパシタは、電圧の積分ユニットである。これら２つのユニットにより構成されるループは、２次線形定数係数の１次微分方程式システムで説明される。２次線形定数係数の１次微分方程式は、２つのタイプの解、即ち定常解及び発振解を有する。増幅システムに使用すると、発振解は好ましくないので、定常解が唯一の解である。２次線形定数係数の１次微分方程式の解は、方程式の係数により決定される。２次非同次方程式の一般解は、励起を有する非同次方程式の特殊解と、同次方程式の一般解の併合により決定可能である。共振解の周波数も、方程式の係数により決定されるが、係数は任意に決定可能である。従って、微分方程式の解は、制御可能である。
【００２５】
以下、図面を参照して説明する。本発明によると、適当な方程式の解は、共振から十分に離れたレンジ内に制限され、増幅係数が特定の周波数で安定的にフィルタ及び増幅可能にする。図１に示すように、能動ＬＣフィルタ１０は、信号源Ｖｓから供給され、かつ第１増幅パワーＫ1を有する第１増幅器１２を含んでいる。第１増幅器１２の出力は、電流制限抵抗１４を介して、第１減衰度（電流減衰）α1を有する第１ポテンショメータ１３に供給される。
【００２６】
また、フィルタ１０は、インダクタ１５及びこれに直列接続されたキャパシタ１６を含んでいる。ここで、インダクタ１５は、インダクタンスＬ及び内部抵抗ｒLを有する。一方、キャパシタ１６は、キャパシタンスＣ及び無視可能な小さい内部抵抗ｒCを有する。抵抗ｒ1を有する外部抵抗１７が、インダクタ１５に直列接続されている。更に、抵抗ｒ2を有する別の外部抵抗１８が、キャパシタ１６に直列接続されている。
【００２７】
第１増幅器１２は、Ｌ及びｒ1の共振回路を駆動し、また能動ＬＣフィルタ１０の出力Ｖoutを出力する。インダクタンスＬの逆起電力は、Ｖoutから第２増幅パワーＫ2を有する第２増幅器１９に供給され、かつ第２減衰比（電圧減衰）α2を有する第２ポテンショメータ２０に供給される。増幅された信号は、キャパシタ１６を介して、インダクタ１５に入力される。
【００２８】
Ｖoutに発生する電圧は、第２増幅器１９により増幅され、第３ポテンショメータ２１に供給され、第３減衰比（電圧減衰）α3で減衰され、符号２２で示す如く、入力信号Ｖｓと加算合成される。この加算された信号成分は、上述の如くＫ1で更に増幅され、かつα1で減衰され、キャパシタ１６から出力され、インダクタ１５に直列接続された抵抗である抵抗ｒ1に流れる。これらの抵抗ｒ1及びｒ2は、電流制限抵抗及び自己励振抑圧抵抗である。下記の方程式［数３］が、能動ＬＣフィルタ１０を定めている。
【数３】
2010512045.tif 000026
【００２９】
この方程式の左辺の第１項は、上述の如く、第１増幅器１２により増幅された入力Ｖｓである。第２項は、逆起電力であり、第３項は、出力Ｖoutから生じる電流をＫ2で増幅され、α2で減衰され、かつ上述の如くキャパシタ１６を介して供給された後に、２個の抵抗ｒL及びｒ1により生じる電圧である。第４項は、出力Ｖoutからの電流がＫ2で増幅され、α3で減衰され、更にまた、Ｋ1で増幅され、かつα1で減衰され、キャパシタ１６から出力されるとき、出力において発生する電圧であり、直列接続されたインダクタ１５の内部抵抗であるｒ1を介して流れる。上述した公知の方程式から、以下の［数４］に示す典型的なパターンの２次定数係数の非同次１次微分方程式が得られる。
【数４】
2010512045.tif 000027
【００３０】
この方程式の右辺は、励起源、即ち信号源Ｖｓである。この定係数線形の非同次１次微分方程式の特性方程式は、次式［数５］となる。
【数５】
2010512045.tif 000028
【００３１】
この２つの特性根は、以下の［数６］及び［数７］で与えられる。
【数６】
2010512045.tif 000029
【数７】
2010512045.tif 000030
【００３２】
この線形非同次方程式の一般解は、極めて迅速に得ることができる。減衰度は次の［数８］で与えられる。
【数８】
2010512045.tif 000031
その解は、次の［数９］である。
【数９】
2010512045.tif 000032
【００３３】
上式の２つの特殊定数Ａ及びＢは、初期条件により決定される。
【００３４】
次の［数１０］において、
【数１０】
2010512045.tif 000033
正弦波励起関数Ｖｓ＝Ｖ0ｓｉｎω0tが安定した解を得るには、根内の式の値が≦０でなくてはならない。そのためには、キャパシタンスＣが、インダクタンスＬよりも少なくとも２レベル小さくなければならない。そのためには、増幅器の増幅パワー及び減衰度の値、即ちＫ1、α1、Ｋ2及びα3の値を調節することにより、Ｋ1α1Ｋ2α3−１≧０を確実に維持する必要がある。これにより、解の関数も正弦波になることが保障される。
【００３５】
可変定数法（特殊係数法ともいう）は、微分方程式の数学で周知の方法であり、非同次方程式の一般解を、次の［数１１］で迅速に得ることが可能である。
【数１１】
2010512045.tif 000034
【００３６】
併合、計算及びセトルメントの後、ゼロの初期条件下におけるこの非均一方程式の特殊解は、最終的に次の［数１２］で表される。
【数１２】
2010512045.tif 000035
【００３７】
この方程式における他の項（示さず）は、極めて高周波数でフィルタされ、検出できない。
【００３８】
正弦波の入力信号Ｖ0ｓｉｎωtの動作では、出力信号は、入力信号の角周波数ωと、方程式の固有解の角周波数ω0の差、即ちω−ω0に反比例し、かつω0ＬＣにも反比例する。これは、本発明において大変重要な特徴を決定する。即ち、周波数差が小さい値に近づくと、能動ＬＣバンドパスフィルタ１０は、極めて大きい出力を有し、その結果電圧増幅パワー及びＱ値は、極めて大きくなる。
【００３９】
このことは、単一の共振ループを有する図１に示す能動ＬＣバンドパスフィルタ１０の実施例の応答特性を示す。回路中に、複数の共振ループが存在する場合には、この応答のルールは、回路中の各ループに当てはまる。各共振ループは、その同じループのパラメータに対応する周波数を有する。これらの周波数は、同じであっても、異なっていても良い。複数の共振ループの共振周波数が相互に異なる場合には、回路の出力波形は、これら異なる周波数の全ての波形の重ね合わせとなる。
【００４０】
同じＬＣペアを使用するＬＣバンドパスフィルタに対応する数の２次ループを加えるために、付加的な能動コンポーネントを使用することが可能である。また、直列／並列能動ＬＣフィルタ回路を形成するために、多くの能動素子構成が利用可能である。正弦波入力に応答するループの共振周波数は、上記の［数１０］の方程式で決定される。根内の第２項の絶対値は、第１項より大きく、出力正弦波の周波数は、主として第２項により決定される。Ｋ1、α1、Ｋ2、α2及びα3を含むその他のパラメータは、Ｌ及びＣより遥かに大きいので、周波数は、主としてＬ及びＣの値により決定される。しかし、Ｋ1、α1、Ｋ2、α2及びα3を含むパラメータにより僅かに影響を受ける。それ故に、各共振ループに対応する周波数は、同じであっても、或いは異なっていても良い。
【００４１】
以上は、図１に示すフィルタ１０の実施例に示す直列能動ＬＣフィルタの理論解析である。次に、図２を参照して、本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタの他の実施例について説明する。この実施例のフィルタ１０´は、低周波数への応用に好適な並列能動ＬＣバンドパスフィルタである。
【００４２】
上述した［数４］に対応する微分方程式は、上述の説明に基づいて、図２に発展することができ、かつ対応する理論解析は、当業者には明らかであると思う。本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、直列共振に焦点を当てて開示され、並列共振を示すためには、単にバーチャートを必要とするのみであり、その動作メカニズムは、直列共振を参照して説明可能である。
【００４３】
更に、図５のフローチャートを参照すると、本発明により、以下のステップ（ａ）〜（ｅ）を含む新規な電気信号の処理方法４０が提供される。
（ａ）主共振周波数に共振するキャパシタに接続されたインダクタを有するＬＣペア、及びこのＬＣペアと組み合わせて接続され、かつ少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれ、少なくとも１つの共振ループを形成する複数の能動増幅器を含む回路構成を決定する。
（ｂ）各共振ループについて、バンドパスフィルタを説明する定計数線形非同次の１次微分方程式の次の［数１３］で表される２つの特性根を形成し、
【数１３】
2010512045.tif 000036
この「数１３」中のＦ2が１未満とならず、かつ次の「数１４」の固有解の所望周波数となるように、回路パラメータを選択する
【数１４】
2010512045.tif 000037
（ｃ）回路を構成する。
（ｄ）このバンドパスフィルタに電気信号を供給する。
（ｅ）バンドパスフィルタから出力信号を取り出す。
【００４４】
この電気信号処理方法は、抵抗素子を調節して、バンドパスフィルタの周波数応答特性を変更し、それにより、出力信号を変化させるステップを更に含んでいてもよい。
【００４５】
能動コンポーネントを使用して、ループのオーム損失を補償することにより、ループのＱ値を改善可能である。過度な補償を行うと、ループを自己駆動、又は発振させることになることを理解しうると思う。また、インダクタ及びキャパシタの抵抗は、この共振ループのＱ値に最早顕著な影響を及ぼすことはない。理論解析及び実験結果の双方により、この結論が正しいことが立証される。
【００４６】
理論解析から明らかな如く、共振回路に能動コンポーネントを挿入した結果、このループの共振周波数は、キャパシタ及びインダクタの値のみにより決定されず、ループ内の他のエレメントにより影響を受けることになる。ループ内の他の素子のパラメータを調節することにより、２次非同次方程式の解の周波数は、インダクタンス及びキャパシタンスの値を変更することなく、変更可能である。同じインダクタ及びキャパシタ（ＬＣ）にペアに接続された複数の異なるループを使用することにより、複数の異なる共振周波数が得られる。従って、同じＬＣペアを使用することにより、この能動ＬＣバンドパスフィルタは、デュアル共振又はマルチプル共振でシェイプファクタＳ（BW0.1／BW0.7）を低減し、電圧ゲインを増加し、受信デバイスの選択度を改善することが可能である。
【００４７】
実験結果により、上述した理論解析はサポートされる。図３は、市販されている薄いエナメル銅線のシングルストランドで形成された、通常の中空インダクタに直列接続された通常のテリレン製キャパシタを使用して、７６５ｋＨｚの主（共振）周波数におけるデュアル共振を示す実験周波数応答曲線を示す。これらは（約４３μＨのインダクタンスＬを有する）インダクタ１５及び（約１ｎＦのキャパシタンスを有する）キャパシタ１６として、図１に示す回路に含まれている。また、第１及び第２増幅器１２及び１９は、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）である。
【００４８】
上述の実験において、入力は、０．９５ｍＶであり、出力は、２７７６ｍＶであった。従って、電圧増幅パワーは、２９２２、即ち電圧ゲインは６９ｄＢである。測定帯域幅は、−３ｄＢでＢＷ0.7＝１２ｋＨｚであり、−２０ｄＢでＢＷ0.1＝１１７ｋＨｚである。このループゲインは、Ｑ値＝２３２、及びシェイプファクタＳ＝９．７であり、これは、１対の受動Ｌ及びＣにより構成される単一同調ループで実現するのは極めて困難である。周波数応答曲線の丸い頂部から、シングル同調との差は歴然としている。シングル同調の周波数応答曲線の場合には、尖った頂部を有する。
【００４９】
実験データは、このデュアル同調ループのＱ値が高過ぎないことが好ましいことを示している。ループのＱ値が高過ぎると、ループのシェイプファクタは増加する。その理由は、本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタでは、インダクタ及びキャパシタ自体は、最早ループのＱ値の決定要因ではないからである。受動ＬＣフィルタとは異なり、ＬＣループで直列接続されたインダクタ及びキャパシタ自体の抵抗、及びＬＣループに直列接続された抵抗は、ループゲインを決定する唯一のファクタではない。
【００５０】
また、実験データは、ループのＱ値が低過ぎてはいけないことを示している。低過ぎると、ループのシェイプファクタが増加するからである。ＬＣの値が不変であれば、共振ループのＱ値は種々の方法で容易に変更可能である。実験で示すように、もしＱ値が盲目的に増加し、共振周波数を１ＭＨｚに調節すると、第１段での電圧増幅パワーは、７３ｄＢ以上であるが、シェイプファクタが１０を超す。本発明によると、唯一のＬＣペアが、マルチプル共振システムを提供可能である。更に、そのように形成されたマルチプル共振の能動ＬＣバンドパスフィルタは、７３ｄＢを超える電圧増幅パワーを有することがある。
【００５１】
上記の［数１２］で表す方程式が示すように、出力電圧は、同次方程式の固有周波数に逆比例し、入力周波数の増加につれて、僅かに減少する。しかし、他方において、ω0（ω−ω0）が非常に小さい場合でも、高出力電圧が得られる。一方、出力電圧は、Ｋ1の値を調節すること、及び同調ループの数を増加することにより増加可能であり、非常に高い周波数でも、大きな出力電圧を得ることができる。Ｋ1の値は、第１増幅器１２に含まれる１以上の異なる能動素子を置換することにより、及び／又は増幅器の技術分野における当業者には周知の如く、増幅器に含まれているゲイン変更ポテンショメータ等の如き素子を調節することにより、変化させることができる。
【００５２】
受動シングル同調ＬＣ共振ループの過去の実験によると、ループのＱ値が高ければ高いほど、帯域幅は益々狭くなり、増幅パワーは大きくなる。しかし、高周波動作時には、動作周波数が高くなれば、共振ループの損失が増加するので、受動ＬＣバンドパスフィルタは、高いＱ値を有することができない。これに対し、本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、共振ループのエネルギー損失を能動コンポーネントにより補償し、この補償のレベルは、調節可能なループのパラメータにより決定されるので、異なる性質を有する。
【００５３】
これにより、ループの損失は減少し、かつ高い動作周波数でも、極めて高いゲインを有することが可能である。共振ループのＱ値の改善は、１つの目的のみではないことは勿論である。ループのＱ値、通過帯域幅、電圧増幅パワー、及びシェイプファクタを含むパラメータの全てを考慮する必要がある。システムを最適状態で使用するには、これらのパラメータがバランスしていることが重要である。
【００５４】
単一のＬＣペアを使用するデュアル共振能動バンドパスフィルタにおいて、２個の共振ループは、カップリング素子として同じインダクタ及びキャパシタのペアを使用する。従って、カップリングはタイトであり、かつ共振カーブはユニモダルである。上述した実験データによると、能動ＬＣフィルタは、単一共振受動ＬＣフィルタと比較して、遥かに高いパフォーマンスと、遥かに高い電圧ゲイン、及び一層低いシェイプファクタを有している。
【００５５】
本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタは、同じインダクタ及びキャパシタのペアを使用するとき、マルチプル共振ループを有することができ、各共振ループは対応する周波数に同調でき且つこれらの周波数は相互に異なる。従って、マルチチャネル同調、即ち同じキャパシタ及びインダクタのペアに基づくマルチプル同調が可能である。このことは、従来の受動ＬＣ共振回路では実現不可能である。
（潜在的なアプリケ−ション）
【００５６】
共振増幅ユニットは、信号処理システムの基本部分である。本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタには、能動コンポーネントが挿入されており、共振ループの品質は共振周波数が高くなっても、最早低下することはない。従って、本発明による能動ＬＣバンドパスフィルタ増幅ユニットは、機械的振動の如き極めて低周波数から、音響周波数乃至無線周波数の範囲にわたる種々の周波数バンドにおいて、広範囲のアプリケーションを有する。
【００５７】
例えば、本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタは、リアルタイム解析用の機械的振動スペクトラムにおける種々のセンサや水中検出アプリケーション用の超音波アプリケーションシステムに使用可能である。また、中波、短波及び超短波信号を受信する無線受信システム、移動通信受信システム、及びＴＶ受信アプリケーションにも使用可能である。
【００５８】
能動ＬＣバンドパスフィルタは、異なる周波数の入力信号に対して選択的な電圧ゲインを有し、そのゲインは、共振周波数で最大値になる。上述の実験結果から明らかな如く、増幅パワーは、最終的なベル形周波数応答カーブの両側で急激に減少する。
【００５９】
能動ＬＣバンドパスフィルタのスペクトラム増幅は、一般的に等しくなく重み付けされている。共振周波数で、増幅の重み付けは最大であり、かつ増幅パワーも最大である。利用可能な測定結果によると、能動ＬＣデュアル同調システムの電圧増幅パワーは、６０ｄＢを超えることを示している。共振の場合には、共振カーブのシェイプファクタは、６−１２又はそれ未満になり得る。かかる共振システムに共振素子として、同じＬＣペアを使用すると、２個の共振ループのカップリング又は結合は、極めてタイトであり、かつ周波数カーブは、頂部が丸みを帯びユニモダルである。これは、有線又は無線受信システムのオリジナル（従来の）ＬＣバンドパス入力ユニットと直接に置換可能であり、選択された周波数の入力信号を、高い増幅パワーで重み付け増幅を行うことが可能である。
【００６０】
次に、抵抗又は能動コンポーネントの回路網を使用して、周波数スペクトラムでフィルタからの信号出力を等しい重み付けパワーで抑圧又は圧縮し、かつこの抑圧された信号を周波数変換のための変換ステージへ供給する。能動ＬＣバンドパスフィルタユニットからの信号出力のレンジは、極めて広く、この大きな信号は、トランジスタ周波数変換ステージに直接供給できない。トランジスタ周波数変換ステージに供給される信号が大き過ぎると、適切な周波数変換が行えないことは、よく知られている。アナログマルチプライヤが使用される場合には、これは適用できないが、コストが著しく増加することを理解しうると思う。受信システムの後段のスーパーヘテロダイン受信レイアウトは、不変のままである。減衰抵抗又は能動コンポーネントの減衰器の回路網は、各周波数に対して、入力信号に等しい重み付けした減衰を与え、それにより、共振カーブの両側の信号は劇的に減少し、共振ループのシェイプファクタは低下する。従って、このシステムは、受信システムの感度及び選択度を著しく改善し、ノイズ干渉を低減させ、出力信号のＳＮＲ（信号対ノイズ比）を改善する。
【００６１】
本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタを採用する共振ユニットは、スーパーヘテロダイン受信システムの入力ユニット中の元の受動ＬＣ共振ユニットの代わりに、直接使用することが可能である。この簡単な交換により、スーパーヘテロダイン受信システムのもとのレイアウトを変更することなく、受信感度及び選択度、並びに受信システムのＳＮＲを著しく改善することが可能である。受信システムの受信感度は、システムのＳＮＲのみに依存し、これは、主として前段の受信システムの動作性能により決まる。
【００６２】
初段増幅ユニットの後の後段における増幅は、初段ユニットのＳＮＲの改善に大きな影響を及ぼすことはない。この簡単な変更により、スーパーヘテロダイン受信システムの受信動作性能は劇的に改善される。勿論、他のタイプの無線通信モバイルフォーンも、高周波増幅ユニットとして、能動ＬＣ共振器をアンテナの直ぐ後段に接続して使用し、受信選択度を著しく増加し、ネットワークステーション間の距離を狭くし、かつネットワークステーションの数を減少することが可能である。これらの全ては、きわめて簡単、簡便であり、かつ直接適用でき、最も容易に良好な結果が得られる。
【００６３】
当然ながら、既存のデュアル同調のように、キャパシタンス又は相互インダクタンスで、能動シングル同調の２個の独立したバンドパスフィルタユニットの、又は２個のインダクタ及びキャパシタのペアよりなる能動デュアル、又はマルチプル同調の共振ループをカップリングし、これら２つの間のカップリング度を低下させ、平坦な頂部（クリティカルカップリング）又はバイモダル（ルーズカップリング）共振カーブを得ることが可能である。これにより、更にシェイプファクタは低下し、かつ電圧ゲインは増加する。
【００６４】
最近の実験結果によると、このシステムは、受動デュアル同調システムよりも遥かに高い動作性能を有する。この能動ＬＣバンドパスフィルタによる中間周波数増幅器を使用することにより、現在使用されている典型的な中間周波数増幅器よりも、遥かに高い電圧ゲインが得られる。これは、有線及び無線受信システムの動作性能を改善する将来の方向を示すものと考えられる。
【００６５】
２次微分方程式の１次導関数の前の係数を変更することにより、定常及び発振解間のトランジションを、容易かつ迅速に実現可能である。この実験結果は、理論上の結果をサポートしている。単一の回路タイプにより、増幅及び発振の両方が効果的に提供できるのは、この回路である。
【００６６】
以上、本発明の能動ＬＣバンドパスフィルタ等を、好適な実施例に基づき詳述したが、これらは、本発明の単なる例示に過ぎず、種々の他のバージョンも可能である。従って、本発明の精神や要旨を逸脱することなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で、種々の変形変更が可能であることは、当業者には容易に理解できると思う。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０´  能動ＬＣバンドパスフィルタ（能動ＬＣフィルタ）
１２、１９    増幅器
１３、２０、２１    可変抵抗素子（ポテンショメータ）
１４          電流制限抵抗
１５          インダクタ（Ｌ）
１６          キャパシタ（Ｃ）
１７、１８    外部抵抗
２２          加算器
Ｖｓ          信号源
Ｖout      出力
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振用として相互に接続されたキャパシタ及びインダクタを含むＬＣペアと、
前記ＬＣペアに組み合わせて接続され、少なくとも１個の共振回路を形成する複数の能動増幅器と、
それぞれ、前記複数の増幅器の１つから出力が供給され、インダクタンス及びキャパシタンス素子を変化することなく、ゲイン、共振周波数及び／又はシェイプファクタを変化させる複数の可変抵抗素子
とを備えることを特徴とする能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項２】
前記ＬＣペアの高周波放射による共振エネルギー損失及びオーム損失は、前記能動増幅器により補償されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項３】
前記複数の可変抵抗素子の少なくとも１個は、ポテンショメータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項４】
前記増幅器及び対応する前記可変抵抗素子間に、電流制限抵抗を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項５】
前記増幅器は、唯一の前記ＬＣペアを使用して、複数の別の共振回路を形成していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項６】
前記別の共振回路は、異なる予め決められた周波数で共振可能であることを特徴とする請求項５に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項７】
前記異なる周波数は、前記ＬＣペアで加算されるとともに、前記ＬＣペアに接続され、次段回路に供給する演算増幅器を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項８】
前記複数の共振回路は、相互に接近した周波数であり、単一ピークを有する周波数応答カーブを形成していることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項９】
通過帯域幅を広帯域通信の受信ユニット用に適合されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１０】
通過帯域幅をマルチプルサブチャンネルを有するスペクトル拡散通信の受信ユニット用に適合されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１１】
前記ＬＣペアの前記インダクタ及び前記キャパシタは、直列接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１２】
前記ＬＣペアの前記インダクタ及び前記キャパシタは、並列接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１３】
シングル共振、ダブル共振及びマルチプル共振が可能であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１４】
動作周波数につれて増加する回路出力電圧増幅を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１５】
少なくとも２０００の電圧ゲインＧ、少なくとも２００のＱ値、及び１０を超えないシェイプファクタＳを有することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタを備えることを特徴とする受信システム。
【請求項１７】
相互に直列接続されたインダクタ及びキャパシタを有するＬＣペアと、
前記ＬＣペアに組み合わせて接続され、少なくとも１つの共振回路を形成する複数の能動増幅器と、
前記ＬＣペアの前記インダクタ及び前記キャパシタのインダクタンス、及びキャパシタンスを変化させることなく、共振周波数を変化させる共振周波数変化手段
とを備えることを特徴とする能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１８】
高周波放射による共振エネルギー損失及びオーム損失を、前記能動増幅器により補償するようになっていることを特徴とする請求項１７に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項１９】
前記共振周波数変化手段はポテンショメータにより構成されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項２０】
前記複数の能動増幅器の少なくとも１個は能動回路素子を備え、前記共振周波数変化手段は、前記能動回路素子とは別の能動回路素子を備えていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれかに記載の能動ＬＣバンドパスフィルタ。
【請求項２１】
主共振周波数で共振するインダクタ及びキャパシタを含むＬＣペア、前記ＬＣペアと組み合わせて接続され、少なくとも１個の抵抗素子が組み込まれた少なくとも１個の共振ループを形成する複数の能動増幅器よりなる能動ＬＣバンドパスフィルタを設けるステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタに電気信号を供給する供給ステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタから出力信号を取り出す取り出しステップと、
前記抵抗素子を調節して、前記能動ＬＣバンドパスフィルタの周波数応答特性を変化させて前記出力信号を変化させる調節ステップ
とを備えることを特徴とする電気信号処理方法。
【請求項２２】
前記電気信号は、周波数バンド内に複数の周波数チャンネルを有する無線信号であり、前記調節ステップは、前記複数のチャンネルから１つの特定チャンネルを選択することを特徴とする請求項２１に記載の電気信号処理方法。
【請求項２３】
前記能動ＬＣバンドパスフィルタは第１動作周波数で動作し、前記キャパシタを変化させて、異なる周波数で動作させるステップを更に備えることを特徴とする請求項２１又は２２に記載の電気信号処理方法。
【請求項２４】
主共振周波数で共振するキャパシタ及びインダクタのＬＣペア、及び前記ＬＣペアと組み合わせて接続され、少なくとも１個の抵抗素子を組み込んだ少なくとも１個の共振ループを形成する複数の能動増幅器よりなる能動ＬＣバンドパスフィルタの回路構成を決定するステップと、
前記各共振ループに対して、バンドパスフィルタを表す定係数線形の非同次１次微分方程式の特性方程式を形成し、前記微分方程式の次の［数１５］で表される２つの特性根を特定し、
【数１５】
2010512045.tif 000038
かつ［数１５］中のＦ2が次の［数１６］
【数１６】
2010512045.tif 000039
で表される固有解の所望周波数において、1未満にならないように回路パラメータを選択するステップと、
前記回路を構成するステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタに電気信号を供給するステップと、
前記能動ＬＣバンドパスフィルタから出力信号を取り出すステップ
とを備えることを特徴とする電気信号処理方法。
【請求項２５】
前記抵抗素子を調節して前記能動ＬＣバンドパスフィルタの周波数応答特性を変化させ、それに応じて、前記出力信号を変化させる調節ステップを更に備えることを特徴とする請求項２４に記載の電気信号処理方法。
【請求項２６】
前記電気信号は、周波数バンド内に複数の周波数チャンネルを有する無線信号であり、前記調節ステップは、前記複数の周波数チャンネルのうち特定のチャンネルを選択することを特徴とする請求項２５に記載の電気信号処理方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2010512045.tif 000040
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2010512045.tif 000041
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2010512045.tif 000042
【国際調査報告】
2010512045.tif 000043
2010512045.tif 000044