(57)【要約】【課題】構成が簡単で設計および製造コストが低いリミッタを提供する。【解決手段】トランジスタと、接地導体と、トランジスタのベース端子と接地導体との間にベースバイアス電圧を与えるベースバイアス部と、トランジスタのコレクタ端子と接地導体との間にコレクタバイアス電圧を与えるコレクタバイアス部と、トランジスタのエミッタ端子に接続されるインダクタと、インダクタのエミッタ端子が接続されていない側の端子と接地導体との間に基準となる電圧を与える基準電圧部と、エミッタ端子に接続される入力端子と、エミッタ端子に接続される出力端子と、を備え、入力端子と接地導体との間に印加された入力電圧の電圧値を制限し、出力端子と接地導体との間に出力電圧として出力することを特徴とする。【選択図】図１
2007306491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタと、
接地導体と、
前記トランジスタのベース端子と前記接地導体との間にベースバイアス電圧を与えるベースバイアス部と、
前記トランジスタのコレクタ端子と前記接地導体との間にコレクタバイアス電圧を与えるコレクタバイアス部と、
前記トランジスタのエミッタ端子に接続されるインダクタと、
前記インダクタの前記エミッタ端子が接続されていない側の端子と前記接地導体との間に基準となる電圧を与える基準電圧部と、
前記エミッタ端子に接続される入力端子と、
前記エミッタ端子に接続される出力端子と、
を備え、
前記入力端子と前記接地導体との間に印加された入力電圧の電圧値を制限し、前記出力端子と接地導体との間に出力電圧として出力することを特徴とするリミッタ。
【請求項２】
請求項１に記載のリミッタであって、
前記ベースバイアス部は、前記ベースバイアス電圧を変化させることが可能であり、前記出力電圧の電圧値が制限される程度を調整可能としたことを特徴とするリミッタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のリミッタであって、
前記エミッタ端子と前記接地導体との間に設けられ、前記トランジスタの温度の変化に対する、前記コレクタ端子と前記エミッタ端子との間の電気的特性の変化を補償する温度補償回路を備えることを特徴とするリミッタ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリミッタであって、
周波数が１０ＭＨｚ以上であり１ＧＨｚ以下である交流成分を含む入力電圧の電圧値を制限することを特徴とするリミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧の値を制限して出力するリミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信に用いられる受信装置には、アンテナで受信された信号を増幅する増幅器が備えられる。一般に、そのような増幅器の入力端子には、過大な信号がアンテナで受信された場合における増幅器の故障を防ぐため、入力端子の電圧を制限するリミッタが設けられる。リミッタとしては、増幅器の入力端子にアノード端子が接続され、接地導体にカソード端子が接続されたダイオードを用いることが知られている。このリミッタでは、入力端子の電圧がダイオードの障壁電圧を超えようとしたときにダイオードが順方向にバイアスされて導通し、増幅器に入力される信号の電圧値が障壁電圧を超えないよう制限される。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２３５６７７号公報
【特許文献２】特開２００１−３２０２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、リミッタに適用されるダイオードとしては、無線周波数帯域での順方向抵抗が小さいＰｉｎダイオードが用いられる。しかし、Ｐｉｎダイオードは、増幅器等に使用される他のデバイスに比して高価であるという欠点がある。
【０００５】
また、トランジスタを利用した特許文献２に記載されているリミッタは、可聴周波数帯域で用いられるものである。このリミッタは、値が制限された後の信号の波形の歪みを低減するために２個のトランジスタを備えている。しかし、受信装置に適用する場合のように波形歪みを許容することができるものである場合には、必ずしも２個のトランジスタを設ける必要はなく構成が複雑となる。本発明はこのような課題に対してなされたものであり、構成が簡単で設計および製造コストが低いリミッタを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るリミッタは、トランジスタと、接地導体と、前記トランジスタのベース端子と前記接地導体との間にベースバイアス電圧を与えるベースバイアス部と、前記トランジスタのコレクタ端子と前記接地導体との間にコレクタバイアス電圧を与えるコレクタバイアス部と、前記トランジスタのエミッタ端子に接続されるインダクタと、前記インダクタの前記エミッタ端子が接続されていない側の端子と前記接地導体との間に基準となる電圧を与える基準電圧部と、前記エミッタ端子に接続される入力端子と、前記エミッタ端子に接続される出力端子と、を備え、前記入力端子と前記接地導体との間に印加された入力電圧の電圧値を制限し、前記出力端子と接地導体との間に出力電圧として出力することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るリミッタにおいては、前記ベースバイアス部は、前記ベースバイアス電圧を変化させることが可能であり、前記出力電圧の電圧値が制限される程度を調整可能な構成とすることが好適である。
【０００８】
また、本発明に係るリミッタにおいては、前記エミッタ端子と前記接地導体との間に設けられ、前記トランジスタの温度の変化に対する、前記コレクタ端子と前記エミッタ端子との間の電気的特性の変化を補償する温度補償回路を備える構成とすることが好適である。
【０００９】
また、本発明に係るリミッタにおいては、周波数が１０ＭＨｚ以上であり１ＧＨｚ以下である交流成分を含む入力電圧の電圧値を制限する構成とすることが好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構成が簡単で設計および製造コストが低いリミッタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に本発明の実施形態に係る受信装置１００の構成を示す。受信装置１００は、アンテナ１０、第１増幅器１２、リミッタ１４、可変減衰器１６、第２増幅器１８、減衰制御器２０、接地導体Ｇ、および信号出力端子ＴＯを備えて構成される。
【００１２】
受信装置１００は、アンテナ１０で受信され第１増幅器１２で増幅された信号の値をリミッタ１４で制限し、可変減衰器１６および第２増幅器１８によって所定の値に調整した後、信号出力端子ＴＯから出力するものである。
【００１３】
リミッタ１４は、トランジスタＴＲ１、固定抵抗器Ｒ、可変抵抗器ＶＲ、インダクタＬ、直流電圧端子Ｔ１〜Ｔ３、入力キャパシタＣｐ１、出力キャパシタＣｐ２、直流電圧源Ｅ１およびＥ２を備えて構成される。
【００１４】
直流電圧源Ｅ１およびＥ２のそれぞれの片方の端子は接地導体Ｇに接続される。直流電圧端子Ｔ１は、接地導体Ｇに接続されていない側の直流電圧源Ｅ１の端子ＶＥ１に接続される。直流電圧端子Ｔ２およびＴ３は接地導体Ｇに接続されていない側の直流電圧源Ｅ２の端子ＶＥ２に接続される。なお、直流電圧端子Ｔ２およびＴ３を直流電圧源Ｅ２の端子ＶＥ２に接続する構成に替えて、直流電圧源Ｅ２を設けず、直流電圧端子Ｔ２およびＴ３を接地導体Ｇに接続する構成としてもよい。
【００１５】
トランジスタＴＲ１のコレクタ端子Ｃは直流電圧端子Ｔ１に接続される。エミッタ端子ＥはインダクタＬの片方の端子に接続される。エミッタ端子Ｅが接続されていない側のインダクタＬの端子は直流電圧端子Ｔ２に接続される。コレクタ端子Ｃとベース端子Ｂとの間には可変抵抗器ＶＲが接続される。固定抵抗器Ｒの片方の端子はベース端子Ｂに接続される。ベース端子Ｂが接続されていない側の固定抵抗器Ｒの端子は直流電圧端子Ｔ３に接続される。エミッタ端子Ｅには、入力キャパシタＣｐ１の片方の端子および出力キャパシタＣｐ２の片方の端子が接続される。
【００１６】
インダクタＬのインダクタンス値は、そのインピーダンスの大きさが、エミッタ端子Ｅから第１増幅器１２側をみたインピーダンスの大きさおよびエミッタ端子Ｅから可変減衰器１６側をみたインピーダンスの大きさのいずれよりも大きくなるよう設定される。
【００１７】
また、入力キャパシタＣｐ１の容量値は、そのインピーダンスの大きさが第１増幅器１２の出力インピーダンスよりも小さくなるよう設定され、出力キャパシタＣｐ２の容量値は、そのインピーダンスの大きさが可変減衰器１６の入力インピーダンスよりも小さくなるよう設定される。
【００１８】
トランジスタＴＲ１としてはＮＰＮ型またはＰＮＰ型のいずれを用いてもよいが、本実施形態ではＮＰＮ型を用いている。ＮＰＮ型を用いた場合、直流電圧源Ｅ１が出力する直流電圧Ｅ１が直流電圧源Ｅ２が出力する直流電圧Ｅ２よりも大きくなるよう、直流電圧Ｅ１およびＥ２を設定する。直流電圧Ｅ２は負の電圧であってもよい。
【００１９】
トランジスタＴＲ１のバイアス電圧について説明する。直流電圧源Ｅ１は直流電圧端子Ｔ１と接地導体Ｇとの間に直流電圧Ｅ１を印加する。直流電圧源Ｅ２は直流電圧端子Ｔ２およびＴ３と接地導体Ｇとの間に直流電圧Ｅ２を印加する。インダクタＬは、直流電圧端子Ｔ２に印加された直流電圧をエミッタ端子Ｅに印加する。入力キャパシタＣｐ１は、リミッタ１４と第１増幅器１２との間を直流的に絶縁し、出力キャパシタＣｐ２は、リミッタ１４と可変減衰器１６との間を直流的に絶縁する。これによって、コレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間には、直流電圧Ｅ１から直流電圧Ｅ２を減じたバイアス電圧ＤＶｃｅが印加され、ベース端子Ｂとエミッタ端子Ｅとの間には、固定抵抗器Ｒの抵抗値および可変抵抗器ＶＲの抵抗値によって定まるバイアス電圧ＤＶｂｅが印加される。
【００２０】
リミッタ１４では、バイアス電圧ＤＶｃｅを一定とし、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を変化させることでバイアス電圧ＤＶｂｅを調整することが可能である。
【００２１】
図２（ａ）に横軸にベース端子Ｂとエミッタ端子Ｅとの間の電圧Ｖｂｅをとり縦軸にコレクタ電流ＩｃをとったＩｃ対Ｖｂｅ特性を示す。可変抵抗器ＶＲの抵抗値は、バイアス電圧ＤＶｂｅが、コレクタ電流Ｉｃが所定の閾電流値Ｉｔｈとなるときの電圧Ｖｂｅであるベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈから所望のリミット電圧Ｖｍだけ低い電圧となるよう設定される。リミット電圧Ｖｍは、リミッタ１４が信号の値を制限する程度を示す電圧である。
【００２２】
このようにトランジスタＴＲ１のバイアス電圧を設定すると、横軸に接地導体Ｇの電位を基準としたエミッタ電位Ｖｅをとり縦軸にコレクタ電流ＩｃをとったＩｃ対Ｖｅ特性は、図２（ｂ）のようになる。すなわち、エミッタ電位Ｖｅが、バイアス電位として設定されている直流電圧Ｅ２からリミット電圧Ｖｍだけ低いエミッタ閾電位Ｖｅｔｈ以下となるときにコレクタ電流Ｉｃは閾電流Ｉｔｈ以上となる。
【００２３】
次に、受信装置１００の動作について説明する。アンテナ１０は、無線信号を受信し電気信号に変換して第１増幅器１２に出力する。第１増幅器１２は信号を増幅してリミッタ１４に出力する。
【００２４】
リミッタ１４では、入力キャパシタＣｐ１を介して、エミッタ端子Ｅと接地導体Ｇとの間に信号電圧ＳＶが印加される。インダクタＬは直流電圧に対してはインピーダンスの値が０であり、信号電圧ＳＶに対してはその周波数に応じたインピーダンスを示す。これによって、エミッタ電位Ｖｅは、信号電圧ＳＶによる変化分が直流電圧Ｅ２に加算された電位となる。
【００２５】
信号電圧ＳＶの値の変化によって、エミッタ電位Ｖｅがエミッタ閾電位Ｖｅｔｈ以下となるとき、コレクタ電流Ｉｃは閾値Ｉｔｈ以上となる。このとき、エミッタ電位Ｖｅに含まれる信号電圧ＳＶの成分に対してコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間の抵抗値が低下するため、信号電圧ＳＶの変化幅が制限される。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、横軸に変化幅が制限される前の仮想的な信号電圧ＳＶ０をとり縦軸にエミッタ電位Ｖｅをとると、信号電圧ＳＶ０とエミッタ電位Ｖｅとの関係はおおよそ線Ｃｈｒのようになる。線Ｃｈｒは、エミッタ電位Ｖｅがエミッタ閾電位Ｖｅｔｈを超えたときには、エミッタ電位Ｖｅが信号電圧ＳＶ０の変化に応じて線形に変化し、エミッタ電位Ｖｅがエミッタ閾電位Ｖｅｔｈ未満のときには、エミッタ電位Ｖｅが信号電圧ＳＶ０の変化に対して緩慢に変化する特性を示す。また、信号電圧ＳＶ０が０のときには、エミッタ電位Ｖｅが直流電圧Ｅ２と等しくなる特性を示す。図３（ｂ）は、縦軸に時間をとり横軸に信号電圧ＳＶ０をとることにより、信号電圧ＳＶ０の時間波形Ｓｔ０を示したものである。時間波形Ｓｔ０を線Ｃｈｒに投影し、さらに、横軸に時間をとり縦軸に信号電圧ＳＶの値をとった図３（ｃ）に示す平面にこれを投影すると、変化幅が制限された信号電圧ＳＶの時間波形Ｓｔが得られる。図３（ｃ）から判るように、信号電圧ＳＶは値が負になる期間において変化幅が制限を受ける。
【００２７】
信号電圧ＳＶの変化幅が制限される程度は、可変抵抗器ＶＲの抵抗値を変化させることによって、バイアス電圧ＤＶｂｅ、すなわちリミット電圧Ｖｍを変化させ、図３（ａ）の線Ｃｈｒが非線形となる領域を変化させることで調整することができる。
【００２８】
出力キャパシタＣｐ２は、エミッタ電位Ｖｅから信号電圧ＳＶを抽出し、制限後信号として可変減衰器１６に出力する。
【００２９】
可変減衰器１６は、減衰制御器２０が出力する減衰制御信号Ａｔｔによって規定される減衰量で制限後信号を減衰させて第２増幅器１８に出力する。第２増幅器１８は、制限後信号を増幅し信号出力端子ＴＯから出力する。
【００３０】
減衰制御器２０は、第２増幅器１８が出力する制限後信号を検波する。そして、検波値が所定の値を超えるときは、減衰量を増加させるための減衰制御信号Ａｔｔを出力し、検波値が所定の値を下回るときは減衰量を減少させるための減衰制御信号Ａｔｔを出力する。
【００３１】
減衰制御器２０が信号を検波し、検波値に基づいた減衰制御信号Ａｔｔが出力されるまでの時間が十分に短くない場合、可変減衰器１６の減衰量を変化させる制御を迅速に行うことができない。そのため、仮にリミッタ１４を設けないものとすると、可変減衰器１６に入力される信号の振幅が急激に増加した場合に、第２増幅器１８に過大な信号が入力され、第２増幅器１８が故障するおそれがある。
【００３２】
本実施形態に係る受信装置１００では、アンテナ１０で受信され第１増幅器１２から出力された信号は、リミッタ１４によってその変化幅が所定の範囲内に制限される。これによって、大きさが急激に増加した信号がアンテナ１０で受信されたとしても、入力信号が過大であることによって第２増幅器１８が故障することを回避することができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る受信装置１００では、周波数が１０ＭＨｚ以上１ＧＨｚ以下の無線信号を受信するものとした場合、インダクタＬを小型にすることができるという利点がある。例えば、第１増幅器１２の出力インピーダンスおよび可変減衰器１６の入力インピーダンスを１００Ω程度以下としたとき、インダクタＬとしては数ｎＨ〜数１０００ｎＨのインダクタンス値を有する、いわゆるチップ部品を適用することができる。
【００３４】
図４にリミッタ１４の応用例として、温度の変化によるトランジスタＴＲ１の特性の変化を補償することが可能なリミッタ１４Ａの構成を示す。図１のリミッタ１４と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
リミッタ１４Ａは、リミッタ１４における固定抵抗器Ｒと直流電圧端子Ｔ３との間に、ダイオードＤを挿入したものである。ダイオードＤのアノード端子は、ベース端子Ｂに接続されていない側の固定抵抗器Ｒの端子に接続され、ダイオードＤのカソード端子は直流電圧端子Ｔ３に接続される。ダイオードＤは、トランジスタＴＲ１と熱的に結合させて実装することが好ましい。ダイオードＤとしては、障壁電圧の温度の変化に対する変化率が、トランジスタＴＲ１のベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈの温度の変化に対する変化率に近似したものを適用することが好適である。
【００３６】
このような構成では、温度の変化によってベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈが低下したときには、ダイオードＤの障壁電圧もまた低下し、温度の変化によってベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈが上昇したときには、ダイオードＤの障壁電圧もまた上昇する。これによって、ベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈの変化とバイアス電圧ＤＶｂｅの変化とを等しくすることができ、リミット電圧Ｖｍの温度の変化に対する変動を抑圧することができる。したがって、信号電圧ＳＶの変化幅が制限される程度を一定に保つことができる。
【００３７】
図５は、リミッタ１４ＡのダイオードＤをトランジスタＴＲ２に置き換えたリミッタ１４Ｂの構成を示す。リミッタ１４Ａと同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。トランジスタＴＲ２のベース端子Ｂは、トランジスタＴＲ２のコレクタ端子Ｃに接続される。トランジスタＴＲ２のベース端子Ｂおよびコレクタ端子Ｃは、トランジスタＴＲ１のベース端子Ｂに接続されていない側の固定抵抗器Ｒの端子に接続され、トランジスタＴＲ２のエミッタ端子Ｅは直流電圧端子Ｔ３に接続される。トランジスタＴＲ２としては、ベース端子Ｂとエミッタ端子Ｅとの間のｐｎ接合における障壁電圧の温度の変化に対する変化率が、トランジスタＴＲ１のベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈの温度の変化に対する変化率に近似したものを適用することが好適である。
【００３８】
このような構成では、温度の変化によってトランジスタＴＲ１のベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈが低下したときには、トランジスタＴＲ２のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間の電圧もまた低下し、温度の変化によってベースエミッタ閾電圧Ｖｔｈが上昇したときには、トランジスタＴＲ２のコレクタ端子Ｃとエミッタ端子Ｅとの間の電圧もまた上昇する。これによって、リミッタ１４Ａと同様、信号電圧ＳＶの変化幅が制限される程度を一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る受信装置の構成を示す図である。
【図２】トランジスタＴＲ１のＩｃ対Ｖｂｅ特性およびＩｃ対Ｖｅ特性を示す図である。
【図３】仮想的な信号電圧ＳＶ０とエミッタ電位Ｖｅとの関係、信号電圧ＳＶ０の波形、および信号電圧ＳＶの波形を示す図である。
【図４】温度の変化によるトランジスタＴＲ１の特性の変化を補償することが可能なリミッタ１４Ａの構成を示す図である。
【図５】リミッタ１４ＡのダイオードＤをトランジスタＴＲ２に置き換えたリミッタ１４Ｂの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  アンテナ、１２  第１増幅器、１４，１４Ａ，１４Ｂ  リミッタ、１６  可変減衰器、１８  第２増幅器、２０  減衰制御器、Ｇ  接地導体、ＴＲ１，ＴＲ２  トランジスタ、ＶＲ  可変抵抗器、Ｒ  固定抵抗器、Ｌ  インダクタ、Ｃｐ１  入力キャパシタ、Ｃｐ２  出力キャパシタ、ＴＯ  信号出力端子、Ｔ１〜Ｔ３  直流電圧端子、Ｅ１,Ｅ２  直流電圧源、ＶＥ１，ＶＥ２  端子、Ｄ  ダイオード。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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