(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号（Sin）を受信し、対応する増幅出力信号（Sout）を提供する増幅器回路（100）において、
（ａ）  信号通路に沿って直列に縦続されており、前記信号通路に沿って順方向に伝播する前記入力信号（Sin）を増幅し、それにより前記出力信号（Sout）を提供するために動作する複数の反射増幅器（110、120、130、140）と、
（ｂ）  前記信号通路を形成するために前記反射増幅器（110、120、130、140）を接続し、前記通路に沿って逆方向の信号伝播を防止し、前記回路の内部で定在波が発生するのを阻止する接続手段（150、160、170、180、200、210、220、230）と、各反射増幅器が前記通路に沿って前記順方向に伝播する信号を受信し、前記信号通路に沿って前記順方向にさらに伝播するよう前記信号を増幅後に前記通路に出力するために動作するために、前記接続手段が前記複数の反射増幅器（110、120、130、140）を交互にスイッチングするスイッチング手段（200、210、220、230）を備え、前記接続手段（150、160、170、180）が、反射増幅器（110、120、130、140）との間の信号伝播を遅延させる信号遅延手段を構成することを特徴とする前記回路（100）。
【請求項２】
遅延線が各反射増幅器（110、120、130、140）と前記スイッチング手段（200、210、220、230）との間に挿入されるよう、前記遅延手段が複数の遅延線から構成されることを特徴とする請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記遅延線が期間τの間信号を提供するために動作することと、前記スイッチング手段（200、210、220、230）が期間τの倍数である関連期間を有する速度で交互にスイッチングを行なうよう配設されることを特徴とする請求項２記載の回路。
【請求項４】
前記遅延線がＳＡＷ、ＢＡＷまたはセラミックデバイスからなることを特徴とする請求項２または３記載の回路。
【請求項５】
前記遅延線が帯域通過伝送を提供するために動作することを特徴とする請求項２、３または４記載の回路。
【請求項６】
前記スイッチング手段が前記信号通路を形成するために直列に縦続されている一連のスイッチ（200、210、220、230）からなり、隣接するスイッチが相互に反対の接続状態になり、前記遅延手段と共働して前記信号通路に沿って逆方向の信号伝播を防止するよう動作するよう、前記スイッチが動作することを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の回路。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の増幅器回路及びその関連フィルタを組込んだ中間周波数ストリップ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項記載の増幅器回路を組込んだ中間周波数受信機。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項記載の増幅器回路を組込んだ携帯電話。
【請求項１０】
入力信号（Sin）を受信し、対応する増幅出力信号（Sout）を提供する方法において、
（ａ）  信号通路に沿って直列に縦続されている複数の反射増幅器（110、120、130、140）と、前記反射増幅器（110、120、130、140）を前記信号通路に接続する接続手段（150、160、170、180、200、210、220、230）とを提供する段階と、前記接手段が前記通路に沿って順方向に信号伝播を促進し、前記通路に沿って逆方向に信号伝播を防止するために動作し、各反射増幅器が前記通路に沿って前記順方向に伝播する信号を受信し、前記信号通路に沿って前記順方向にさらに伝播するよう前記信号を増幅後に前記通路に出力するために、前記接続手段が前記複数の反射増幅器（110、120、130、140）を交互にスイッチングするスイッチング手段（200、210、220、230）を組込み、前記接続手段（150、160、170、180）が、反射増幅器（110、120、130、140）との間の信号伝播を遅延させる信号遅延手段を備え、
（ｂ）  入力信号（Sin）を信号通路において受信する段階と、
（ｃ）  増幅信号を提供するために前記入力信号を前記接続手段を通じて増幅のために前記反射増幅器の１つに誘導する段階と、
（ｄ）  さらなる増幅のために前記増幅信号を順方向に前記反射増幅器のもう１つに誘導する段階と、
（ｅ）  前記増幅信号が信号通路の出力（Sout）に達するまで前記増幅信号の順方向への前記誘導を繰返す段階と、
（ｆ）  前記増幅信号を前記信号通路からの前記出力信号として出力する段階とを含むことを特徴とする前記方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の概要】
本発明は増幅器回路に関するが、しかし特に無線受信機における中間周波数で帯域通過増幅を提供する増幅器回路だけに関するわけではない。
【０００２】
増幅器は従来の技術においては増幅出力信号を提供するために増幅器に適用された入力信号を増幅するために幅広く使用されている。これが特に重要であるのが、受信された放射が典型的には数マイクロボルトの振幅を有する対応アンテナ受信信号を発生させる無線受信機の場合である。かかる受信信号を数ミリボルトから数ボルト程度まで増幅し、例えば、スピーカーを駆動するために、無線受信機は内部で増幅器を使用する。無線周波数において増幅を行なうよう設計された増幅器は、特に、縦続利得提供段階からなる場合は、自然振動を防止するのが困難なので、受信信号を高度の増幅とより選択的な帯域通過信号濾波とをより簡単に行なうことができるより低い中間周波数にヘテロダインするのが通例である。
【０００３】
従って、従来の技術の無線受信機においては、中間周波数において、すなわち、受信された放射の周波数と音声または映像周波数との間にある周波数において要求される信号増幅の大部分を行なうのが通例である。例えば、無線受信機は放射を500MHzで受信し、対応アンテナ受信信号も500MHzで発生させる。受信機は受信信号をヘテロダインし、10.7MHz程度の周波数範囲で中間周波数信号を発生させ、この信号はさらに増幅され、濾波される。受信機は増幅中間信号を復調し、100Hz〜５kHzの周波数範囲に信号成分を有する対応音声出力信号を発生させる。
【０００４】
最近では、無線周波数スペクトルが次第に過密状態になりつつあるので、最新の通信システムにおいては超高周波（UHF）領域、すなわち、500MHz付近を使用する傾向がある。例えば１GHz〜30GHzのようなマイクロウェーブ周波数での伝送も現在では用いられている。これとの関連で、現代の無線受信機設計には、数10MHz以上での中間周波数増幅を用いる傾向がある。これを行なうのは、ヘテロダイン段階の使用との関連で適当なゴースト除去を行なうためである。
【０００５】
最新の携帯電話においては、大部分の信号増幅は内部に組込まれた中間周波数増幅器回路で行なわれる。狭帯域通過信号増幅特性を提供するために、これらの回路は伝送増幅器と関連表面弾性波（SAW）またはセラミックフィルタとからなる。回路とその関連フィルタは集合的に「中間周波数ストリップ」と呼ぶのが通例である。かかる伝送増幅器は動作中には相当量の電力を消費し、例えば、携帯電話に用いられる中間周波数増幅器回路は典型的には動作時に数100マイクロアンペア〜数mAの電流を消費する。
【０００６】
最新の携帯電話の関連の電池からの動作時間を延長するために、例えば再充電可能な金属水素化物およびリチウム電池のような、性能を高めるために電荷蓄積を強化する新しいタイプの電池の研究開発が行われてきた。
【０００７】
本発明者等は、電池技術の改良を重視するよりは、無線受信機の中間周波数増幅器回路の電流消費量削減が、電池動作時間の延長を実現するには望ましいとの判断を持っていた。従って、本発明は、例えば、無線受信機の中間周波数で使用するのに特に好適で、より少ない電力で動作することが可能な回路のような、代替的タイプの増幅器回路を提供するという試みとして行われたものである。
【０００８】
日本特許出願JP600127806Aに記載されているように、関連の反射増幅器および遅延回路に接続された一連の縦続中間アイソレータからなるマイクロウェーブ多段増幅器は公知技術である。
【０００９】
本発明によれば、入力信号を受信し、対応する増幅出力信号を提供する増幅器回路が提供され、この回路は、
（ａ）信号通路に沿って直列に縦続されており、信号通路に沿って順方向に伝播する入力信号を増幅し、それにより出力信号を提供するために動作する複数の反射増幅器と、
（ｂ）信号通路を形成するために反射増幅器を接続し、信号通路に沿って逆方向の信号伝播を防止し、前記回路の内部で自然振動が発生するのを阻止する接続手段とからなり、各反射増幅器が通路に沿って順方向に伝播する信号を受信し、信号通路に沿って順方向にさらに伝播するよう信号を増幅後に通路に出力動作できるようにするために、接続手段が複数の反射増幅器を交互にスイッチングするスイッチング手段を組込み、反射増幅器が、反射増幅器との間の信号伝播を遅延させる信号遅延手段を組込んでいることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、遅延手段の組込みにより、スイッチング手段が入力信号を遅延手段の内部に一定期間蓄積される不連続セグメントに分割することが可能になり、それにより、信号通路に沿って順方向にセグメントを誘導する時間をスイッチング手段に提供し、自然振動を発生させることになる通路に沿って逆方向のセグメントの流れを防止するという効果を提供する。
【００１１】
当業者であれば、動作中に自然干渉振動が発生するという理由から、複数の反射増幅器を相互に接続し、それにより安定した増幅を得ようとするのは実用的ではないと考えるであろう。この回路は、回路内での目的の信号増幅を促進し、内部に自然振動を発生させる信号増幅を防止する接続手段を組込むことにより、この問題に対処している。
【００１２】
自然振動とは、信号通路の周囲または内部で起こるフィードバックの結果としての自己誘導振動である。
【００１３】
従って、遅延手段は、遅延線が各反射増幅器とスイッチング手段との間に挿入されるよう、複数の遅延線からなることが便利である。これにより、不連続信号セグメントをスイッチングするという目的のために各反射増幅器をスイッチング手段により隔離することができるという効果が得られる。
【００１４】
好ましくは、遅延線は帯域通過信号伝送を提供するために動作する。これにより、増幅器回路が、例えば、無線受信機や携帯電話で使用するための中間周波数増幅器に適した帯域通過伝送特性を提供することができるという効果が得られる。
【００１５】
もう１つの形態においては、本発明は入力信号を増幅し、対応する増幅出力信号を提供する方法を提供し、この方法は、
（ａ）信号通路に沿って直列に縦続されている複数の反射増幅器と、反射増幅器を信号通路に接続する接続手段とを提供する段階と、接続手段が通路に沿って順方向に信号伝播を促進し、通路に沿って逆方向に信号伝播を防止するために動作し、各反射増幅器が通路に沿って順方向に伝播する信号を受信し、信号通路に沿って順方向にさらに伝播するよう信号を増幅後に通路に出力動作できるようにするために、接続手段が複数の反射増幅器を交互にスイッチングするスイッチング手段を組込、反射増幅器が、反射増幅器との間の信号伝播を遅延させる信号遅延手段を備え、
（ｂ）入力信号（Sin）を信号通路において受信する段階と、
（ｃ）増幅信号を提供するために入力信号を接続手段を通じて増幅のために反射増幅器の１つに誘導する段階と、
（ｄ）さらなる増幅のために増幅信号を順方向に反射増幅器のもう１つに誘導する段階と、
（ｅ）増幅信号が信号通路の出力に達するまで段階（ｄ）を繰返す段階と、
（ｆ）増幅信号を信号通路からの出力信号として出力する段階と
を含むことを特徴とする。
【００１６】
この方法は、信号が増幅中に信号通路に沿って順方向に増幅器から増幅器に選択的に誘導され、それにより、いずれかの増幅器が入力信号を再増幅するのを阻止し、従って、自然振動が内部に発生するフィードバックループの形成を防止するという効果を提供する。
【００１７】
【発明を実施するための最良の形態】
以下では、回路図に関して、実例により、本発明の実施の形態を説明する。
図１には、100で表示された本発明の実施例による増幅器回路が示されている。回路100は４つの反射増幅器110、120、130、140と、４つの帯域通過フィルタ遅延エレメント150、160、170、180と、４つのスイッチ200、210、220、230と、２つの論理インバータ250、260とからなる。その関連遅延エレメント150、160、170、180およびその関連スイッチ200、210、220、230と組合せられた増幅器110、120、130、140は、第1段、第2段、第3段、第4段をそれぞれ形成するために接続されている。第1段〜第4段はそれぞれ点線300−330の内側に示されている。第2段と第4段もインバータ250、260をそれぞれ組込んでいる。
【００１８】
各フィルタエレメント150、160、170、180は第1信号ポートT1と第2信号ポートT2とを組込んでいる。動作中には、フィルタエレメント150、160、170、180はそれぞれ帯域通過信号濾波と信号蓄積とを期間τの間行ない、それにより信号伝播を遅延させる。フィルタエレメントは相互に同一である、すなわち、相互に類似した中心周波数を有する同一の帯域通過伝送特性を提供し、それぞれを個別のデバイスとして提供することもできるし、単一の基板上に一体的に形成することもできる。
【００１９】
反射増幅器110、120、130、140は相互に同一であり、図2に示されたような回路構成を用いる。かかる反射増幅器は、引用によりここに組入れられる当方の英国特許GB228323Bにも記載されている。
【００２０】
各増幅器110、120、130、140は入出力ポートT3を組込んでおり、このポートT3においては、信号が受信され、さらに、動作中に負抵抗がここには発生するので、信号は振幅が増大した形で反射される。
【００２１】
スイッチ200、210、220、230も相互に同一である。各スイッチはワイパ端子Ａと、２つのスイッチポール端子ＢおよびＣと、動作中には論理状態０と論理状態1との間で交番する二進スイッチング信号を受信するスイッチ制御端子Ｄとを組込んでいる。二進信号が論理状態０にある時には、端子Ａは端子Ｂに接続されている。逆に、二進信号が論理状態１にある時には、端子Ａは端子Ｃに接続されている。
【００２２】
スイッチ210、230の端子Ｄはそれぞれインバータ250、260を通じてScで表示された適用制御線に接続されている。さらに、スイッチ200、220の端子ＤはScに直接接続されている。従って、動作中には、スイッチ200、220は相対ワイパ位置のためにスイッチ210、230に関して反対に接続されている。
【００２３】
第1〜第4段の各々において、端子ＡはポートT1に接続され、ポートT2はポートT3に接続されている。さらに、第1段の端子Ｂは入力信号Sinを受信するために接続され、し、第4段の端子Ｃは出力信号Soutを出力するために接続されている。さらに、第1〜第3段の端子Ｃはそれぞれ第2〜第4段の端子Ｂに接続されている。
【００２４】
以下では、回路100の動作を図1に関して説明する。最初に、時間ｔ＝０では、制御信号Scは論理状態０にあり、その結果、スイッチ200、220の端子Ａはその端子Ｂに接続されており、スイッチ210、230の端子Ａはその端子Ｃに接続されている。信号Sinはスイッチ200の端子Bに進み、そこを通って端子Ａからフィルタエレメント150のポートT1に達する。信号Sinはフィルタエレメント150を通って伝播するが、そこでは濾波され、時間ｔ＝τで第1遅延信号としてそこから現れる。第1信号は反射増幅器110により増幅され、その後にフィルタエレメント150の中に逆反射され、そこを通って伝播し、時間ｔ＝２τで第２遅延信号としてそこから現れる。
【００２５】
時間ｔ＝２τでは、信号Scは、スイッチ200、220の端子Ａをその端子Ｃに接続し、スイッチ210、230の端子Ａをその端子Ｂに接続する論理状態１に切換わる。第２信号は第１段の端末Ｃから第２段の端末Ｂに向かい、そこからフィルタエレメント160に伝播し、時間ｔ＝３τで第３遅延信号としてそこからそのポートT2に現れる。第３信号は反射増幅器120により増幅され、その後にフィルタエレメント160に戻り、そこを通って伝播し、時間ｔ＝４τで第４遅延信号としてポートT1から現れる。
【００２６】
時間ｔ＝４τでは、信号Scは、スイッチ200、220の端子Ａをその端子Ｃに再接続し、スイッチ210、230の端子Ａをその端子Ｂに接続する論理状態０に戻る。これにより、第1段と第2段が相互に隔離され、同様に第3段と第4段も相互に隔離され、それにより、信号が第1段の端末Ｂに向かって戻るのを防止し、それにより、１つの段とその前段との間での放射の反射が原因で起こる自然振動を阻止する。第４信号は、第１および第２段の場合と同様な状態で、第３および第４段を通って伝播し、結局は時間ｔ＝８τで第４段の端末Ｃに出力信号Soutとして出力される。
【００２７】
上記のように増幅器110、120、130、140を周期的に隔離するためにスイッチ200、210、220、230を組込むことにより、回路100の内部での定在波の形成を妨げ、それにより内部での自然振動を防止するという効果が得られる。これにより、例えば、各段について＋30dBに近い、より高度な信号増幅を実現することが可能になる。もしスイッチが省略され、共通の入出力接続点を形成するために、フィルタエレメントの端子T1が相互に接続されたとすると、段から段への間断のない信号反射が原因となり、厳しい振動の問題が回路100に発生することになろう。
【００２８】
従って、回路100は、４τの間隔で期間２τの間周期的に中断される擬似連続増幅を提供する。さらに、回路100を通って伝播するためには、信号は８τの期間を必要とする。回路が無線受信機に組込まれている場合は、出力信号Soutは後に復調され、それにより信号Soutの擬似連続的性質から生じる人為的高周波は濾波により除去される。
【００２９】
回路を変更するために、回路100は下記のような多数の方法により変更することができる。すなわち、
（ａ）フィルタエレメント150〜180は、たしかに全てが相互に類似した伝播遅延τを提供し、信号を伝送するために動作する時には組合せられるのではあるが、相互に異なる濾波特性を有することができる；
（ｂ）４つの段、すなわち、第1〜第４段が回路には含まれているが、２つ以上の段を使用することができる。
（ｃ）反射増幅器110‐140は相互に異なるものとし、相互に異なる信号増幅を行なうこ    とができ、例えば、第1段は第4段よりも多くの利得を提供することができる。
（ｄ）反射増幅器110、120、130、140は、そのバイアス電流が例えば自動利得制御（AGC）信号により調節されるよう配設することができ、その結果、増幅器回路100により行なわれる増幅を入力信号Sinの振幅に応じて動的に変更可能になる。
【００３０】
内部での公称増幅については、その供給電流が減らされるにつれて、その帯域幅が縮小するのが反射増幅器110‐140の特性である。例えば、回路100が50kHzの狭帯域幅増幅を500MHzおよび100dBの利得で増幅を行なう場合は、適用される電源電位が３ボルトであるとすると、回路の電流消費量を数10マイクロアンペアまで減らすことができる。これは、対応する増幅機能を提供するために、例えば、数mAの電流を消費することになる従来の技術の伝送増幅器回路の場合の電流消費量よりもかなり少ない。
【００３１】
以下では、図２に関して、反射増幅器110‐140をさらに説明する。各増幅器110‐140用の回路は400で表示されている。回路400は点線410の内側に含まれており、420で表示されたシリコンまたはガリウム砒素（GaAs）トランジスタと、コンデンサ430と、トランジスタ420用終端ネットワークを形成する抵抗器440と、フィードバックコンデンサ450と、インダクタ460と、バイアスネットワークを形成する抵抗器470と、電源480とからなる。回路400は、トランジスタ420のゲート電極420gとコンデンサ450の第1端末とに接続された入出力ポートT3を含んでいる。
【００３２】
回路400は回路に電力を供給する電源500に接続されており、電源500は他の反射増幅器110‐140にも接続されている。電源500はトランジスタ420のドレーン電極420dとコンデンサ430の第1端子にも接続されている。コンデンサ430の第2端子は通信用アースに接続されている。コンデンサ450は、トランジスタ420の電源電極420sに接続され、接地された抵抗器440に接続され、インダクタ460および抵抗器470を通じて直列に電源480に接続された第2端子を提供し、電源は通信用アースに接続されている。
【００３３】
回路400の動作中には、ゲート電極420gはポートT3を通じて適用される到来信号を受信する。到来信号は到来信号に対応する信号電流を電源電極420gとドレーン電極420dとの間に流す。信号電流はトランジスタ420のゲート・ドレーンおよびゲート・電源キャパシタンスと、さらにはコンデンサ450とを通じて結合され、それにより、到来信号の増幅バージョンである送出信号をゲート電極420gに発生させる。到来信号はゲート電極420gにおいて反射され、そこで、ポートT3を通じて伝播する送出信号と結合される。
【００３４】
到来信号を受信し、結合信号を１つの端子、すなわち、ポートT3を通じて戻すことから、回路400は反射負抵抗としての挙動を行なう。
【００３５】
回路400と点線410の内側に示された関連コンポーネントは、トランジスタ420を通るドレーン・電源電流が数10マイクロアンペア程度の場合、＋30dBに近い高出力利得を提供することが可能である。かかる高出力利得は、かかる低供給電流で動作する伝送増幅器の場合には実現不可能である。
【００３６】
中間周波数ストリップの一部として携帯電話に組込まれた場合、複数の回路400を組込んだ増幅器回路100は、従来の技術と比べて、中間周波数での内部における信号増幅との関連で電話の電力消費量を一桁減らすことが可能である。例えば再充電可能な電池から供給される電力による電話の動作期間が延長するという点で、これは相当な利益となる。
【００３７】
増幅器回路100は、入力信号増幅が行なわれる信号通路を形成するために接続された一連の縦続された反射増幅器を組込んでいる。増幅用通路に沿って順方向の信号伝播を容易にし、自然振動を発生させることがある通路に沿って逆方向の信号伝播を防止するために、反射増幅器は交換デバイスにより、例えば、スイッチ200、210、220、230とフィルタエレメント150、160、170、180とにより接続されている。これにより、匹敵する利得を提供する従来の技術の伝送増幅器の場合に必要とされるよりも少ない電力消費量で、増幅利得を高めることが可能になる。
【００３８】
当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに、回路100に変更を加えることができることが評価されよう。従って、回路100内のスイッチに対して類似の特性を示すのであれば、すなわち、スプリアス振動の発生を防止するために、代替のスイッチングデバイスまたは等価のデバイスを反射増幅器とともに使用することができる。
【００３９】
内部で中間周波数ストリップとして機能させるために、回路100は例えば携帯電話のような無線受信機に組込むことができる。さらに、信号出力を回路100から変換するために復調器を備えている場合は、回路はIF受信機として動作することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例による増幅器回路の概略図。
【図２】  図1の回路に組込むための反射増幅器の回路の概略図。
【図１】
0004498619.tif 000002
【図２】
0004498619.tif 000003