(57)【要約】【課題】高周波信号の雑音指数を低下させることなくアンテナから復調部までの間における非線形ひずみの発生を効果的に抑制する。【解決手段】被増幅信号を所定の増幅素子で増幅して増幅信号を出力する増幅器であって、増幅度を規定する出力抵抗の抵抗値を可変する可変手段と、出力抵抗に流れる出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の検出結果に基づいて可変手段を制御する制御手段とを備える。【選択図】図１
2007202069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被増幅信号を所定の増幅素子で増幅して増幅信号を出力する増幅器であって、
増幅度を規定する出力抵抗の抵抗値を可変する可変手段と、
前記出力抵抗に流れる出力電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段の検出結果に基づいて前記可変手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする増幅器。
【請求項２】
前記可変手段は、複数設けられた出力抵抗を切替えることにより出力抵抗の抵抗値を可変することを特徴とする請求項１記載の増幅器。
【請求項３】
受信アンテナからあるいは当該受信アンテナの後段に設けられた帯域通過フィルタから入力された位相変調信号としての受信信号を被増幅信号として増幅する初段増幅器であることを特徴とする請求項１または２記載の増幅器。
【請求項４】
前記制御手段は、前記電流検出手段の検出結果と外部から入力された受信信号の受信状態を示す受信情報とに基づいて前記可変手段を制御することを特徴とする請求項３記載の増幅器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記受信情報に基づいて、受信スロットを受信する間のタイミングで前記可変手段を制御することを特徴とする請求項４記載の増幅器。
【請求項６】
請求項３〜５いずれかに記載の増幅器を備えることを特徴とする受信装置。
【請求項７】
携帯通信端末あるいは基地局装置に組み込まれることを特徴とする請求項６記載のことを特徴とする受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器及び受信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１には、アンテナ、高周波帯域通過フィルタ、アッテネータ、高周波増幅器（ＬＮＡ）、ミキサ、中間周波数帯域通過フィルタ、ＡＧＣ増幅器及び復調部が当該順番で直列接続された受信装置において、ＲＳＳＩ回路（受信レベル指示回路）から出力されるＲＳＳＩ出力信号に基づいてアッテネータの減衰量、ＲＳＳＩ回路の入力レベル及びＡＧＣ増幅器の増幅度を制御することにより、アンテナが高強度の電波を補足した場合に発生し得るＲＳＳＩ回路の飽和や受信信号の歪みを低減する技術が開示されている。上記ＲＳＳＩ回路は、中間周波数帯域通過フィルタから出力される中間周波数信号（ＩＦ信号）を対数増幅する対数アンプである。
また、下記特許文献２には、低雑音増幅器から出力される高周波信号を検波器で検波し、当該検波器の出力信号に基づいて過入力（高受信レベル）時における低雑音増幅器の利得を減少させて相互変調の発生を防止する自動利得制御低雑音増幅器が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−０９４４０８号公報
【特許文献２】特開２００４−００７２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１の技術は中間周波数帯域通過フィルタから出力される中間周波数信号に基づいてアッテネータの減衰量等を調節するものなので、高周波帯域通過フィルタが複数の周波数の受信信号を通過し得る帯域に設定されていた場合、アンテナから復調部までの間における非線形ひずみの発生を効果的に抑制することができない。すなわち、中間周波数帯域通過フィルタから出力される中間周波数信号は、高周波帯域通過フィルタを通過して高周波増幅器で増幅される複数の周波数の受信信号のうち、受信対象として選択された特定周波数の受信信号（高周波信号）を低域変換した信号のみからなるので、当該特定周波数の受信信号受以外の受信信号の受信レベルが高レベルなために高周波増幅器が飽和しても、その影響は上記中間周波数信号には現れない。
一方、特許文献２には明記されていないが、特許文献２の自動利得制御低雑音増幅器では、低雑音増幅器から出力された高周波信号を検波器に入力させるために高電力分配器を用いて周波信号を分岐させる必要があり、この電力分配器を高周波信号の信号伝送路に挿入することによって高周波信号の雑音指数が低下するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、増幅信号の雑音指数を低下させることなく非線形ひずみの発生を効果的に抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明では、増幅器に係る第１の解決手段として、被増幅信号を所定の増幅素子で増幅して増幅信号を出力する増幅器であって、増幅度を規定する出力抵抗の抵抗値を可変する可変手段と、出力抵抗に流れる出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の検出結果に基づいて可変手段を制御する制御手段とを備えるという手段を採用する。
【０００６】
増幅器に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、可変手段は複数設けられた出力抵抗を切替えることにより出力抵抗の抵抗値を可変する、という手段を採用する。
【０００７】
増幅器に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、受信アンテナからあるいは当該受信アンテナの後段に設けられた帯域通過フィルタから入力された位相変調信号としての受信信号を被増幅信号として増幅する初段増幅器である、という手段を採用する。
【０００８】
増幅器に係る第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、制御手段は、電流検出手段の検出結果と外部から入力された受信信号の受信状態を示す受信情報とに基づいて可変手段を制御する、という手段を採用する。
【０００９】
増幅器に係る第５の解決手段として、上記第４の解決手段において、制御手段は、受信情報に基づいて、受信スロットを受信する間のタイミングで可変手段を制御する、という手段を採用する。
【００１０】
受信装置に係る第１の解決手段として、上記第１〜第５いずれかに記載の増幅器を備える、という手段を採用する。
【００１１】
受信装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、携帯通信端末あるいは基地局装置に組み込まれる、という手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る増幅器によれば、例えば被増幅信号の信号レベルが増大することによって出力電流の電流レベルが増大した場合に、この電流レベルの増大を検出して出力抵抗の抵抗値を低減させて増幅信号の信号レベルの増大を抑制することが可能であり、よって被増幅信号の信号レベルが増大することによって増幅信号が歪むことを効果的に抑制することができる。
したがって、このような増幅器を、受信アンテナからあるいは当該受信アンテナの後段に設けられた帯域通過フィルタから入力された受信信号（高周波信号）を増幅する初段増幅器に適用した場合には、出力抵抗の抵抗値を低減させることによって増幅度を低減するので高周波信号の雑音指数を低下させることがなく、かつ、受信信号の初段増幅において増幅信号の信号レベルの増大を抑制するので受信アンテナから復調部までの間における受信信号の非線形ひずみを効果的に低減することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る増幅器Ａの回路図である。この増幅器Ａは、例えば携帯通信端末あるいは基地局装置内に設けられる受信装置の初段増幅器（低雑音増幅器）であり、受信アンテナが補足した高周波かつ微弱な受信信号（非増幅信号）を低雑音増幅して増幅信号を出力するものである。このような携帯通信端末あるいは基地局装置用の受信装置の場合、受信信号は、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）方式等に基づいて位相変調された位相変調信号であり、その周波数帯域は数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚ、また電圧レベルは例えば数十〜数百ｍＶである。このような初段増幅器としての増幅器Ａには、設計要件として低ノイズ指数であることは勿論であるが、位相変調信号を増幅する関係で低ひずみであることが特に要求される。
【００１４】
高周波増幅素子１は、上述した高周波な入力信号を低ノイズ指数で増幅可能なＮチャネルの電界効果トランジスタ（半導体増幅素子）であり、例えばＨＥＭＴ(High electron mobility transistor：高電子移動度トランジスタ)である。高周波増幅素子１は、これに限定されることなく種々の半導体増幅素子を適用することができる。この高周波増幅素子１のゲート端子と本増幅器Ａの入力端子Ｔinとの間にはコンデンサ２（カップリングコンデンサ）が設けられ、高周波増幅素子１のソース端子とグランド（ＧＮＤ）との間には並列接続された抵抗器３とコンデンサ４とが設けられ、高周波増幅素子１のドレイン端子と本増幅器Ａの出力端子Ｔoutとの間にはコンデンサ５（カップリングコンデンサ）が設けられ、また、高周波増幅素子１のゲート端子とグランド（ＧＮＤ）との間には、並列接続された抵抗器６とコンデンサ７とに直列接続されたコイル８が設けられている。
【００１５】
また、高周波増幅素子１のドレイン端子には、本増幅器Ａの増幅度を規定するドレイン抵抗として、２つの抵抗器９，１０の一端がコイル１１を介して接続されている。この２つの抵抗器９，１０の他端のうち、一方の抵抗器９の他端は選択スイッチ１２の一方の選択端子に接続され、他方の抵抗器１０の他端は選択スイッチ１２の他方の選択端子に接続されている。選択スイッチ１２は、制御部１３から入力される切替信号に基づいて上記一方及び他方の選択端子の何れかを択一的に選択して抵抗器１４の一端に接続する。
【００１６】
また、図示するように上記コイル１１と抵抗器９，１０との接続点とグランド（ＧＮＤ）との間にはコイル１１と直列接続関係となるコンデンサ１５が、また選択スイッチ１２の共通端子と抵抗器１４の一端との接続点とグランド（ＧＮＤ）との間にはコンデンサ１６がそれぞれ設けられている。コンデンサ１５は、コイル１１と直列共振回路を構成することにより本増幅器Ａの増幅帯域を規定し、一方、コンデンサ１６は、高周波増幅素子１の出力電流であるドレイン電流を積分するためのものである。
【００１７】
上記抵抗器１４の他端には電源１７の正電極が接続され、高周波増幅素子１の作動用電力が供給されている。この抵抗器１４の一端は差動増幅器１８の正相入力端に接続され、一方、抵抗器１４の他端は差動増幅器１８の逆相入力端に接続されている。この抵抗器１４は、高周波増幅素子１の出力電流であるドレイン電流が積分されたものを電圧に変換するためのものである。差動増幅器１８は、ドレイン電流が積分されたものによって上記抵抗器１４の両端に発生した電圧を所定の増幅度で増幅しコンパレータ１９の正相入力端に検出電圧として出力する。
【００１８】
ここで、差動増幅器１８の逆相入力端は電源１７の正電極に接続されているので、差動増幅器１８の逆相入力端には固定電圧である電源１７の出力電圧Ｖdd（電源電圧）が印加される一方、差動増幅器１８の正相入力端にはドレイン電流の積分されたものによって変動する検出電圧が印加される。このドレイン電流の積分されたものは、ドレイン電流の高周波増幅素子１のドレイン電流に基づくものなので、当然に入力端子Ｔinにおける入力信号レベルの大小に応じて変動する。
【００１９】
電源１７は、例えば出力電圧Ｖddが安定した電池である。当該電源１７の正電極は、抵抗器２０を介して上記コンパレータ１９の逆相入力端に接続されている。また、当該コンパレータ１９の逆相入力端とグランド（ＧＮＤ）との間には、並列接続された抵抗器２１とコンデンサ２２とが設けられている。コンパレータ１９は、電源電圧Ｖddを抵抗器２０と抵抗器２１とで抵抗分圧した電圧（基準電圧）と上記差動増幅器１８の出力端から入力された検出電圧とを比較することにより、検出電圧が基準電圧よりも大きい場合にはＨ（ハイ）電圧を上記制御部１３に出力する一方、検出電圧が基準電圧よりも小さい場合にはＬ（ロー）電圧を制御部１３に出力する。
【００２０】
制御部１３は、コンパレータ１９から入力された電圧がＨ（ハイ）電圧であるかあるいはＬ（ロー）電圧であるか、及び受信装置の上位制御部から入力される受信情報に応じて切替信号を生成することにより上記選択スイッチ１２を制御する。
【００２１】
次に、このように構成された本増幅器Ａの動作について、図２及び図３を参照して詳しく説明する。
携帯無線端末と無線基地局装置とは周知のようにスロット単位で受信信号を送受信する。したがって、携帯無線端末用の受信装置における受信アンテナは無線基地局装置から送信されたスロット単位の受信信号を順次受信し、このような受信信号は帯域通過フィルタを通過することにより受信信号の周波数を含む所定の周波数帯域に制限された後に、本増幅器Ａの入力端子Ｔinに入力される。
【００２２】
図２（ａ）は、受信アンテナの受信レベル（つまり入力端子Ｔinの入力信号レベル）の時系列的変化を示す模式図である。入力端子Ｔinにはスロット単位の受信信号が順次入力されるが、受信アンテナが無線基地局からのスロット単位の送信波の周波数に隣接し帯域通過フィルタの通過帯域内となる周波数の外乱電波を補足した場合、外乱電波の受信信号（外乱信号）は、本来の受信対象であるスロット単位の受信信号に重畳された状態で入力端子Ｔinに入力される。すなわち、受信アンテナが外乱電波を補足すると、入力端子Ｔinの入力信号レベルは、図示するように増大することになる。
【００２３】
一方、本増幅器Ａの増幅度は、高周波増幅素子１の各種特性値、抵抗器３とコンデンサ４とによって規定されるソースインピーダンス、及び主に抵抗器９あるいは抵抗器１０等によって規定されるドレインインピーダンスによって決定される。すなわち、本増幅器Ａの増幅度は、選択スイッチ１２によって抵抗器９と抵抗器１０とを切り替えることによって変化する。例えば抵抗器９の抵抗値が抵抗器１０の抵抗値よりも大きい場合、本増幅器Ａの増幅度は、選択スイッチ１２が抵抗器１０を選択した場合よりも抵抗器９を選択した場合の方が大きくなる。
【００２４】
制御部１３が通常状態において抵抗器９を選択するように選択スイッチ１２を制御し、このような本増幅器Ａの入力端子Ｔinに上述した受信信号が入力した場合において、外乱信号がスロット単位の受信信号に重畳することによって入力端子Ｔinの入力信号レベルがしきい値Ｌtを超えると、高周波増幅素子１のドレイン電流が増大し、差動増幅器１８が出力する検出電圧は基準電圧Ｖddを超える。この結果、コンパレータ１９の出力状態は、図２（ｂ）に示すように、Ｌ（ロー）電圧からＨ（ハイ）電圧に変化する。
【００２５】
そして、制御部１３は、上記コンパレータ１９の出力状態の変化を検出し、抵抗器１０を選択するように選択スイッチ１２を制御することにより抵抗値を可変する。抵抗器１０の値が抵抗器９の値よりも小さいので、このように選択スイッチ１２が抵抗器９に代えて抵抗器１０を選択することによって、本増幅器Ａの増幅度は、図２（ｃ）に示すように、抵抗器９が選択されていたときの値よりも低下する。
【００２６】
ここで、上記コンパレータ１９の出力状態に受信装置の上位制御部から入力される受信情報を加味して切替信号を生成することにより、図３に示すように受信スロットの途中ではなく、受信スロットと受信スロットとの間に相当する切替タイミングで抵抗器９と抵抗器１０との切り替えが行われるように選択スイッチ１２を制御する。
【００２７】
すなわち、入力信号レベルがしきい値Ｌtを超えるような大レベルの受信信号が本増幅器Ａの入力端子Ｔinに入力したときに選択スイッチ１２が抵抗器９を選択する状態を維持した場合、高周波増幅素子１の動作領域が飽和領域に達し、よって高周波増幅素子１のドレイン端子における出力信号は非線形ひずみを受けるが、本増幅器Ａでは、抵抗器９に代えて抵抗器１０を選択することにより増幅度を低下させて高周波増幅素子１の動作領域を活性領域に維持するので、出力信号の非線形ひずみを効果的に防止する。
【００２８】
また、本増幅器Ａでは、受信スロットと受信スロットとの間に相当する切替タイミングで抵抗器９と抵抗器１０との切り替えを行うので、受信スロットに悪影響を与えることなく増幅度を切り替える。
【００２９】
さらに、受信アンテナが外乱波を補足しない状態となり、外乱信号がスロット単位の受信信号に重畳しない状態に復帰すると、上記ドレイン電流は低下するので、コンパレータ１９の出力状態はＨ（ハイ）電圧からＬ（ロー）電圧に復帰する。この結果、制御部１３は、抵抗器１０に代えて抵抗器９を選択するように選択スイッチ１２を制御するので、増幅度は元の定常状態に戻り、スロット単位の受信信号を高ＣＮ状態で増幅する。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では高周波増幅素子１としてＮチャネルの電界効果トランジスタ（半導体増幅素子）を用いたが、高周波増幅素子１はこれに限定されることなく、Ｐチャネルの電界効果トランジスタ、あるいはＰＮＰ型あるいはＮＰＮ型のバイポーラトランジスタを適用することができる。
【００３１】
（２）上記実施形態では抵抗器９と抵抗器１０とを切り替えることにより増幅度を可変しているが、本発明はこれに限定されない。入力信号レベルの変化つまりドレイン電流の変化に応じて可変抵抗器の設定を変更することにより増幅度を可変するようにしても良い。この場合には上記実施形態のように増幅度をステップ状ではなく連続的に可変することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態に係わる増幅器Ａの構成を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施形態に係わる増幅器Ａの動作を示す第１の模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係わる増幅器Ａの動作を示す第２の模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
Ａ…増幅器、１…高周波増幅素子、２，４，５，７，１５，１６，２２…コンデンサ、３，６，９，１０，１４，２０，２１…抵抗器、８，１１…コイル、１２…選択スイッチ、１３…制御部、１７…電源、１８…差動増幅器、１９…コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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