(57)【要約】【課題】  減衰特性に対する温度による影響を抑制した可変減衰器を提供する。【解決手段】  高周波信号の入力端子と出力端子の間に設けられたＰＩＮダイオードと、入力端子とＰＩＮダイオードの間に接続され、ＰＩＮダイオードに流れ込む電流を制御するための増幅器およびＰＩＮダイオードの温度による変動を抑制するためのサーミスタを備えた制御回路とを有する構成である。【選択図】  図１
2005286880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を減衰するための可変減衰器であって、
前記高周波信号の入力端子と出力端子の間に設けられたＰＩＮダイオードと、
前記入力端子と前記ＰＩＮダイオードの間に接続され、該ＰＩＮダイオードに流れ込む電流を制御するための第１の増幅器および該ＰＩＮダイオードの温度による変動を抑制するためのサーミスタを備えた制御回路と、
を有する可変減衰器。
【請求項２】
前記第１の増幅器は、
出力端子が前記高周波信号の入力端子と前記ＰＩＮダイオードの間に接続され、非反転入力端子には前記サーミスタを介して所定の電圧が印加される請求項１記載の可変減衰器。
【請求項３】
前記制御回路は、
出力端子が前記第１の増幅器の非反転入力端子に接続され、非反転入力端子に制御電圧が印加される第２の増幅器を有する請求項２記載の可変減衰器。
【請求項４】
前記第１の増幅器の出力端子が前記高周波信号の入力端子と前記ＰＩＮダイオードの間に接続され、
前記制御回路は、
出力端子が前記サーミスタを介して反転入力端子に接続され、該出力端子が前記第１の増幅器の非反転入力端子に接続された第２の増幅器を有する請求項１記載の可変減衰器。
【請求項５】
前記サーミスタは正の温度係数を有する請求項１から４のいずれか１項記載の可変減衰器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波信号を減衰するための可変減衰器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の可変減衰器の構成について説明する。
【０００３】
図４は従来の可変減衰器の一構成例を示す回路図である。
【０００４】
図４に示すように、可変減衰器は、減衰器として作用するＰＩＮダイオードＸ１と、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）成分をカットするためのコンデンサＣ１、Ｃ２と、ＰＩＮダイオードＸ１に流れ込む電流を制御するための制御回路とを有する構成である。可変減衰器は、高周波信号の入力端子ＲＦｉｎと出力端子ＲＦｏｕｔの間にコンデンサＣ１、Ｃ２が直列に接続され、コンデンサＣ１、Ｃ２間の第１の接続点１０１と接地（ＧＮＤ）との間にＰＩＮダイオードＸ１が接続されている。また、制御回路がコンデンサＣ１と第１の接続点１０１の間の第２の接続点１０２に接続されている。
【０００５】
制御回路は、演算増幅器ＩＣ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、ＰＮＰバイポーラトランジスタＴＲ１（以下、トランジスタＴＲ１と称する）とを有する構成である。トランジスタＴＲ１は、コレクタがコイル１０３を介して第２の接続点１０２に接続され、エミッタが演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子に接続され、ベースが抵抗１０４を介して演算増幅器ＩＣ１の出力端子に接続されている。
【０００６】
演算増幅器ＩＣ１の反転入力端子には抵抗Ｒ１を介して固定電圧Ｖｒｅｆが印加される。非反転入力端子は、固定電圧Ｖｒｅｆと制御電圧Ｖｃｏｎｔの電位差が抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３で分割された点に接続されている。
【０００７】
次に、図４に示した可変減衰器の動作について説明する。
【０００８】
演算増幅器ＩＣ１の入力バイアス電流は十分小さいとして、演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子の電圧Ｖａは、Ｖａ＝（Ｒ２×Ｖｃｏｎｔ＋Ｒ３×Ｖｒｅｆ）／（Ｒ２＋Ｒ３）となる。
【０００９】
仮想短絡により、反転入力端子の電圧もＶａとなる。これにより、抵抗Ｒ１に流れる電流I１は、Ｉ１＝（Ｖｒｅｆ−Ｖａ）／Ｒ１となる。トランジスタＴＲ１の電流増幅率βをβ≫1とすれば、この電流がＰＩＮダイオードＸ１に流れる。
【００１０】
一方、ＰＩＮダイオードの電圧電流特性は、電流をＩ、電圧をＶとすると、Ｉ＝Ｉ０（ｅｘｐ（ｑＶ／ｋＴ）−１）≒Ｉ０（ｅｘｐ（ｑＶ／ｋＴ））となる。ただし、Ｉ０：逆方向飽和電流、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度、ｑ：電子電荷量である。
【００１１】
これよりVは、Ｖ＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（Ｉ／Ｉ０）となり、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗Ｒは、Ｒ＝ｄＶ／ｄＩ＝（ｋＴ／ｑ）×（１／Ｉ）となる。
【００１２】
今、ＰＩＮダイオードにはＩ１が流れているので、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗Ｒは、
Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×（１／Ｉ１）        （１）
となる。
【００１３】
式（１）にＩ１＝（Ｖｒｅｆ−Ｖａ）／Ｒ１、Ｖａ＝（Ｒ２×Ｖｃｏｎｔ＋Ｒ３×Ｖｒｅｆ）／（Ｒ２＋Ｒ３）を代入することにより、
Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｒ１×（Ｒ２＋Ｒ３）／（Ｒ２×（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｎｔ））        （２）
と求まる。
【００１４】
式（２）から、Ｖｃｏｎｔ≒Ｖｒｅｆの場合にはＲは大きくなり、高周波信号の減衰量は小さくなる。一方、Ｖｃｏｎｔ≪Ｖｒｅｆの場合にはＲは小さくなり、高周波信号の減衰量は大きくなる。
【００１５】
次に、従来の可変減衰器の他の構成について説明する（例えば、特許文献１参照）。図５は従来の可変減衰器の他の構成例を示す回路図である。
【００１６】
図５に示すように、可変減衰器は、減衰器として作用するＰＩＮダイオードＸ３と、コンデンサＣ３、Ｃ４と、制御回路とを有する構成である。可変減衰器は、高周波信号の入力端子ＲＦｉｎと出力端子ＲＦｏｕｔの間にコンデンサＣ３、ＰＩＮダイオードＸ３およびコンデンサＣ４が直列に接続され、ＰＩＮダイオードＸ３とコンデンサＣ４の間の第１の接続点１０６とＧＮＤとの間にコイル１０７が接続されている。また、コンデンサＣ３とＰＩＮダイオードＸ３の間の第２の接続点１０８に可変減衰器の制御回路が接続されている。
【００１７】
制御回路は、演算増幅器ＩＣ２と、抵抗Ｒ４、Ｒ５と、ＰＩＮダイオードＸ２とを有する構成である。演算増幅器ＩＣ２の出力端子はコイル１０９を介して第２の接続点１０８に接続され、反転入力端子には抵抗Ｒ５を介して（−Ｖ１）の固定電圧が印加される。抵抗Ｒ５と反転入力端子の間には、フィードバック抵抗となる抵抗Ｒ４とＰＩＮダイオードＸ２を介して演算増幅器ＩＣ２の出力端子が接続されている。非反転入力端子はＧＮＤに接続されている。
【００１８】
次に、図５に示した可変減衰器の動作について説明する。ここで、ＰＩＮダイオードＸ２とＸ３は同様の特性を持つものとする。
【００１９】
演算増幅器ＩＣ２の非反転入力端子に電圧として（−Ｖ１）が加えられると、仮想短絡により抵抗Ｒ５にＩ２＝Ｖ１／Ｒ５の電流が流れる。
【００２０】
ここで、演算増幅器ＩＣ２の出力電圧をＶｂ、ＰＩＮダイオードＸ２にかかる電圧をＶ２とすると、Ｖｂ＝Ｖ２＋Ｉ２×Ｒ４となる。また、Ｖ２＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（Ｉ２／Ｉ０）で与えられることより、Ｖｂ＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（Ｉ２／Ｉ０）＋Ｒ４／Ｒ５×Ｖ１となる。
【００２１】
ダイオードＸ３に流れる電流Ｉ３は、Ｉ３＝Ｉ０（ｅｘｐ（（ｑ／ｋＴ）×Ｖｂ））となる。この式にＶｂ＝（ｋＴ／ｑ）ｌｎ（Ｉ２／Ｉ０）＋Ｒ４／Ｒ５×Ｖ１を代入して解くと、Ｉ３＝Ｖ１／Ｒ５×ｅｘｐ（（ｑ／ｋＴ）×（Ｒ４／Ｒ５）×Ｖ１））となる。
【００２２】
ダイオードＸ３の高周波抵抗Ｒは、式（１）から電流Ｉ３を用いて、Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×（１／Ｉ３）と表せることにより、
Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×１／（（Ｖ１／Ｒ５）×ｅｘｐ（（ｑ／ｋＴ）×（Ｒ４／Ｒ５）×Ｖ１））        （３）
となる。
【特許文献１】特開昭６２−５３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述の可変減衰器では、式（２）および（３）に示したようにＰＩＮダイオードの高周波抵抗の値を示す式に温度Ｔを含む項があるため、ＰＩＮダイオードの抵抗値が温度に対して変化することになる。そのため、ＰＩＮダイオードを用いた可変減衰器においては、減衰特性が温度により変化することが問題になる。この問題について、以下に詳細に説明する。
【００２４】
図６は図４で示した回路の減衰特性の温度変化を示すグラフである。グラフの縦軸は減衰量を示し、横軸は電圧（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｎｔ）の値を示す。温度が−１０、＋３０、および＋７０℃の場合のそれぞれについて、電圧（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｎｔ）を変化させたときの減衰量を測定した。
【００２５】
図６に示すように、同じ電圧（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｎｔ）でＰＩＮダイオードの減衰量を比較すると、減衰特性は一致せず、温度に依存して変化していることがわかる。このように、従来の可変減衰器は温度により減衰特性が一定にならず高周波信号がばらついてしまうという問題があった。
【００２６】
本発明は上述したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、減衰特性に対する温度による影響を抑制した可変減衰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】
【００２７】
上記目的を達成するための本発明の可変減衰器は、高周波信号を減衰するための可変減衰器であって、
前記高周波信号の入力端子と出力端子の間に設けられたＰＩＮダイオードと、
前記入力端子と前記ＰＩＮダイオードの間に接続され、該ＰＩＮダイオードに流れ込む電流を制御するための第１の増幅器および該ＰＩＮダイオードの温度による変動を抑制するためのサーミスタを備えた制御回路と、
を有する構成である。
【００２８】
本発明では、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗に対する温度による影響がサーミスタの抵抗値により抑制される。そのため、従来よりも減衰特性が温度変化に対して一定に保たれる。
【００２９】
また、上記本発明の可変減衰器において、前記第１の増幅器は、
出力端子が前記高周波信号の入力端子と前記ＰＩＮダイオードの間に接続され、非反転入力端子には前記サーミスタを介して所定の電圧が印加されることとしてもよい。
【００３０】
本発明では、第１の増幅器の非反転入力端子にサーミスタを介して電圧が印加されるため、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗を示す式でサーミスタの抵抗値と温度のうちいずれか一方が他方を除算する関係になり、減衰特性の温度の変化分がサーミスタの抵抗値の変化分で打ち消され、減衰特性が一定に保たれる。
【００３１】
また、上記本発明の可変減衰器において、前記制御回路は、
出力端子が前記第１の増幅器の非反転入力端子に接続され、非反転入力端子に制御電圧が印加される第２の増幅器を有することとしてもよい。本発明では、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗を示す式で電圧に関する値が制御電圧だけになるため、減衰特性の制御性がより向上する。
【００３２】
また、上記本発明の可変減衰器において、前記第１の増幅器の出力端子が前記高周波信号の入力端子と前記ＰＩＮダイオードの間に接続され、
前記制御回路は、
出力端子が前記サーミスタを介して反転入力端子に接続され、該出力端子が前記第１の増幅器の非反転入力端子に接続された第２の増幅器を有することとしてもよい。
【００３３】
本発明では、第２の増幅器の出力端子がサーミスタを介して反転入力端子に接続され、第２の増幅器の出力が第１の増幅器の非反転入力端子に入力される構成であるため、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗を示す式でサーミスタの抵抗値と温度のうちいずれか一方が他方を除算する関係になり、減衰特性の温度の変化分がサーミスタの抵抗値の変化分で打ち消され、減衰特性が一定に保たれる。
【００３４】
さらに、上記本発明の可変減衰器において、前記サーミスタは正の温度係数を有することとしてもよい。本発明では、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗を示す式でサーミスタの抵抗値と温度のうちいずれか一方が他方を除算する関係にあり、また、サーミスタは正の温度係数を有するため、温度が高くなるとサーミスタの抵抗値も大きくなる。そのため、温度が変わっても、減衰特性の温度の変化分がサーミスタの抵抗値の変化分で打ち消され、減衰特性が一定に保たれる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明では、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗について温度に伴って変化する分をサーミスタの抵抗値により打ち消し、広い温度範囲において可変減衰器の減衰特性を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明の可変減衰器は、ＰＩＮダイオードに流れ込む電流を制御するための制御回路に、増幅器と温度補償機能を有するサーミスタとを設けたものである。
（実施例１）
本実施例の構成について説明する。
【００３７】
図１は本実施例の可変減衰器の一構成例を示す回路図である。なお、図４に示した構成と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３８】
図１に示すように、可変減衰器は、図４に示した回路の固定抵抗の抵抗Ｒ２を温度によって抵抗値が変わるサーミスタＲT2にしたものである。このサーミスタＲT2は、正の温度係数を持つものであり、可変減衰器の温度による特性変動を軽減する。サーミスタＲT2は温度に対して抵抗値がリニアに変化するものが望ましい。
【００３９】
次に、本実施例の可変減衰器の動作について説明する。
【００４０】
ＰＩＮダイオードの高周波抵抗Ｒは、従来技術で説明した式（２）のＲ２をＲT2にして、
Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×Ｒ１×（ＲT2＋Ｒ３）／（ＲT2×（Ｖｒｅｆ−Ｖｃｏｎｔ））        （４）
となる。
【００４１】
この式（４）で、温度に関する項は[Ｔ×（ＲT2＋Ｒ３）／ＲT2]であり、サーミスタＲT2が温度Ｔの変化を吸収し、Ｒのばらつきを低減する。以下に具体例を説明する。
【００４２】
サーミスタＲT2に温度特性＋４０００ｐｐｍ／℃を用い、抵抗Ｒ３の抵抗値を＋３０℃でのＲT2の４．６倍に選ぶと、式（４）中の温度に関する項[Ｔ×（ＲT2＋Ｒ３）／ＲT2]のもつ温度特性は−１０℃から＋７０℃の範囲で、サーミスタを用いない場合の１／８０程度にまで縮小させることができる。
【００４３】
本発明では、ＰＩＮダイオードを有する可変減衰器において、制御回路の抵抗にサーミスタを用いることにより、温度変化によるＰＩＮダイオードの高周波抵抗の変動がサーミスタの温度による変化分で打ち消される。これにより、減衰特性に対する温度変化の影響を低減させることができ、減衰特性が従来よりも一定に保たれる。そのため、高周波信号のばらつきが従来よりも低減する。
（実施例２）
本実施例の構成について説明する。
【００４４】
図２は本実施例の可変減衰器の一構成例を示す回路図である。なお、図５に示した構成と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４５】
図２に示すように、可変減衰器は、図５に示した制御回路に演算増幅器ＩＣ３、抵抗ＲａおよびサーミスタＲTBを備えている。演算増幅器ＩＣ３の出力端子が抵抗５を介して演算増幅器ＩＣ２の反転入力端子に接続されている。演算増幅器ＩＣ３の反転入力端子には抵抗Ｒａを介して制御電圧Ｖｃｏｎｔが印加される。抵抗Ｒａと反転入力端子の間には、フィードバック抵抗となるサーミスタＲTBを介して出力端子が接続されている。非反転入力端子はＧＮＤに接続されている。
【００４６】
サーミスタＲTBは、実施例１と同様に、正の温度係数をもつものであり、可変減衰器の温度による特性変動を軽減する。また、温度に対して抵抗値がリニアに変化するものが望ましい。
【００４７】
次に、本実施例の可変減衰器の動作について説明する。
【００４８】
図２において、Ｖ１＝（ＲTB／Ｒａ）×Ｖｃｏｎｔとなり、ＰＩＮダイオードＸ３の高周波抵抗Ｒは式（３）に代入することにより以下のように求まる。
Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×１／（（（ＲTB／Ｒａ）×Ｖｃｏｎｔ／Ｒ５）×ｅｘｐ（（ｑ／ｋＴ）×（Ｒ４／Ｒ５）×（ＲTB／Ｒａ）×Ｖｃｏｎｔ））        （５）
本実施例では、式（５）からわかるように、温度に関する項は（Ｔ／ＲTB）とｅｘｐの括弧内では（ＲTB／Ｔ）となり、可変減衰器の減衰特性に対する温度変化による影響がサーミスタＲTBの抵抗値の変化に吸収される。そのため、減衰特性が従来よりも一定に保たれ、高周波信号のばらつきが従来よりも低減する。
（実施例３）
本実施例は、実施例１の演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子に印加される電圧の制御性をより向上させるための回路を設けたものである。
【００４９】
本実施例の構成について説明する。
【００５０】
図３は本実施例の可変減衰器の一構成例を示す回路図である。なお、図１に示した構成と同様な構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
制御回路の演算増幅器ＩＣ１の非反転入力端子にＮＰＮバイポーラトランジスタＴＲ２（以下、トランジスタＴＲ２と称する）のコレクタが接続されている。トランジスタＴＲ２のエミッタが抵抗Ｒ３を介してＧＮＤに接続され、ベースには抵抗１１１を介して演算増幅器ＩＣ４の出力端子が接続されている。演算増幅器ＩＣ４の反転入力端子はトランジスタＴＲ２のエミッタと抵抗Ｒ３の間に接続され、非反転入力端子には抵抗１１２を介して制御電圧Ｖｃｏｎｔが印加される。
【００５２】
次に、本実施例の可変減衰器の動作について説明する。
【００５３】
この回路において抵抗Ｒ３に流れる電流は（Ｖｃｏｎｔ／Ｒ３）になることから、Ｖａ＝Ｖｒｅｆ−（ＲT2／Ｒ３）×Ｖｃｏｎｔとなる。そして、ＰＩＮダイオードＸ１に流れる電流Ｉ１は、Ｉ１＝（Ｖｒｅｆ−Ｖａ）／Ｒ１＝（ＲT2／Ｒ３×Ｒ１）×Ｖｃｏｎｔとなる。
【００５４】
ＰＩＮダイオードＸ１の高周波抵抗は、式（１）からＲ＝（ｋＴ／ｑ）×（１／Ｉ１）となるので、Ｒ＝（ｋＴ／ｑ）×（（Ｒ１×Ｒ３）／（ＲT2×Ｖｃｏｎｔ））である。
【００５５】
本実施例では、温度に関する項は（Ｔ／ＲT2）となり、可変減衰器の減衰特性が温度Ｔの変化による影響がサーミスタＲT2の抵抗値の変化に吸収される。また、温度に関する項に、実施例１の場合に含まれていたＲ３の値がない。そのため、実施例１よりも減衰特性が一定に保たれ、高周波信号のばらつきがより低減する。
【００５６】
また、ＰＩＮダイオードＸ１の高周波抵抗を示す式に、電圧に関する値が制御電圧Ｖｃｏｎｔだけになるため、実施例１よりも減衰器の制御性がより向上し、減衰特性がより一定に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の可変減衰器の一構成例を示す回路図である。
【図２】実施例２の可変減衰器の構成を示す回路図である。
【図３】実施例３の可変減衰器の構成を示す回路図である。
【図４】従来の可変減衰器の一構成例を示す回路図である。
【図５】従来の可変減衰器の他の構成例を示す回路図である。
【図６】減衰特性の温度変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３    ＰＩＮダイオード
ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３、ＩＣ４    演算増幅器
ＴＲ１、ＴＲ２    トランジスタ
ＲT2、ＲTB    サーミスタ
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒａ    抵抗
【図１】
2005286880.tif 000003
【図２】
2005286880.tif 000004
【図３】
2005286880.tif 000005
【図４】
2005286880.tif 000006
【図５】
2005286880.tif 000007
【図６】
2005286880.tif 000008