(57)【要約】【課題】段間整合回路の調整時間を短縮できる多段増幅器を得ること。【解決手段】多段増幅器は、縦続接続された複数段の単位増幅器と、前記複数段の単位増幅器の間に縦続接続され、電力の減衰量が調整可能な可変減衰器とを備え、前記可変減衰器は、前記可変減衰器による減衰量が第１の値である第１の状態と、前記可変減衰器による減衰量が前記第１の値より小さい第２の値である第２の状態とを切り替える切り替え部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦続接続された複数段の単位増幅器と、
前記複数段の単位増幅器の間に縦続接続され、電力の減衰量が調整可能な可変減衰器と、
を備え、
前記可変減衰器は、
前記可変減衰器による減衰量が第１の値である第１の状態と、前記可変減衰器による減衰量が前記第１の値より小さい第２の値である第２の状態とを切り替える切り替え部を有する
ことを特徴とする多段増幅器。
【請求項２】
前記可変減衰器は、減衰器をさらに有し、
前記切り替え部は、前記第１の状態において、前記複数段の単位増幅器が前記減衰器を介して縦続接続された状態にし、前記第２の状態において、前記複数段の単位増幅器が前記減衰器を介さずに縦続接続された状態にする
ことを特徴とする請求項１に記載の多段増幅器。
【請求項３】
前記可変減衰器と前記単位増幅器との間に縦続接続された位相調整線路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の多段増幅器。
【請求項４】
前記切り替え部は、段間の整合調整時に前記第１の状態に切り替え、段間の整合調整後に前記第２の状態に切り替える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の多段増幅器。
【請求項５】
縦続接続された複数段の単位増幅器と、前記複数段の単位増幅器の間に縦続接続され、電力の減衰量が調整可能な可変減衰器とを有する多段増幅器の調整方法であって、
段間の整合調整時に、前記可変減衰器による減衰量を第１の値にする第１のステップと、
段間の整合調整後に、前記可変減衰器による減衰量を前記第１の値より小さい第２の値にする第２のステップと、
を備えたことを特徴とする多段増幅器の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段増幅器、及び多段増幅器の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
増幅器の高利得化を図るため、単位増幅器を複数段縦続接続した多段増幅器が用いられている。単位増幅器を構成するトランジスタの特性や整合回路の特性が製造および組み立てばらつきにより設計値と異なった値になっても、多段増幅器における初段の入力側の整合回路および最終段の出力側の整合回路の特性は、外部から直接測定できるため、調整可能である。一方、単位増幅器間の段間整合回路の特性は外部から直接測定しにくく、相互に影響を与えるため、調整が難しい。
【０００３】
それに対して、非特許文献１にしめすようにカットアンドトライによる調整が行われている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「ＧＨｚ時代の高周波回路設計」、市川、青木、ＣＱ出版社、ｐ．１７５、２００３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に示す技術では、カットアンドトライによる調整が行われるので、設計時の特性を再現するための調整時間、すなわち、段間整合回路の調整時間が長くなる傾向にある。
【０００６】
ここで、仮に、段間整合回路の調整時間を短縮するために、周波数に対する利得特性の測定結果から計算機を用いて段間回路のインピーダンス整合状態を推測し、その推測結果に基づいた調整を行う方法を考える。この方法は、調整作業中に計算機を用いた推測作業を必要とするため、調整作業を一旦中断する必要がある。すなわち、調整の作業性が低いので、結果として、段間整合回路の調整時間を短縮することが困難な傾向にある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、段間整合回路の調整時間を短縮できる多段増幅器、及び多段増幅器の調整方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる多段増幅器は、縦続接続された複数段の単位増幅器と、前記複数段の単位増幅器の間に縦続接続され、電力の減衰量が調整可能な可変減衰器とを備え、前記可変減衰器は、前記可変減衰器による減衰量が第１の値である第１の状態と、前記可変減衰器による減衰量が前記第１の値より小さい第２の値である第２の状態とを切り替える切り替え部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、段間の整合調整時に切り替え部が第１の状態に切り替えることができ、段間のアイソレーションを向上でき、段間の前後の単位増幅器を設計状態に近づけるように、各整合回路を独立に調整することができる。また、段間の整合調整終了後に切り替え部が第２の状態に切り替えることができ、再調整の必要性を低減できる。これにより計算機を用いて調整を行ったときと同様の結果を、計算機を用いることなく容易に実現することができる。すなわち、段間整合回路の調整時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態１にかかる多段増幅器の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１における多段増幅器の調整方法を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図２のステップＳ１の動作を行ったときの特性を示す図である。
【図４】図４は、図２のステップＳ２の調整を行ったときの特性を示す図である。
【図５】図５は、図２のステップＳ３の調整を行ったときの特性を示す図である。
【図６】図６は、図２のステップＳ５及びステップＳ６の調整を行ったときの特性を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２にかかる多段増幅器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる多段増幅器、及び多段増幅器の調整方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１にかかる多段増幅器１００について図１を用いて説明する。図１は、多段増幅器１００の構成を示す図である。
【００１３】
多段増幅器１００では、多段増幅器１００の高利得化を図るため、入力端子及び出力端子の間に複数段の単位増幅器が縦続接続されている。多段増幅器１００では、例えば、図１に示すように、入力端子１及び出力端子２の間に単位増幅器３および単位増幅器５が縦続接続され、２段増幅器が構成されている。以下では、多段増幅器１００として２段増幅器が構成されている場合を例示的に説明するが、３段以上の増幅器が縦続接続された場合についても同様に適用できる。
【００１４】
多段増幅器１００における各単位増幅器３、５は、同様の内部構成を有している。
【００１５】
例えば、単位増幅器３では、整合回路６、トランジスタ・整合回路接続用の線路１４、トランジスタＴｒ１、トランジスタ・整合回路接続用の線路１５、及び整合回路７が、順に縦続接続されている。トランジスタＴｒ１は、単位増幅器３の入力端子３ａ、整合回路６及びトランジスタ・整合回路接続用の線路１４を介して高周波信号が入力され、入力された高周波信号を増幅して、増幅された高周波信号をトランジスタ・整合回路接続用の線路１５、及び整合回路７経由で単位増幅器３の出力端子３ｂから後段へ出力する。単位増幅器３では、単位増幅器３の入力端子３ａからトランジスタＴｒ１へ高周波信号に応じた電力を効率的に伝達するために、整合回路６がその入力側と出力側とのインピーダンスを整合させるように外部から整合回路６を調整する必要がある。また、トランジスタＴｒ１から単位増幅器３の出力端子３ｂへ高周波信号に応じた電力を効率的に伝達するために、整合回路７がその入力側と出力側とのインピーダンスを整合させるように外部から整合回路７を調整する必要がある。
【００１６】
同様に、例えば、単位増幅器５では、整合回路８、トランジスタ・整合回路接続用の線路１６、トランジスタＴｒ２、トランジスタ・整合回路接続用の線路１７、及び整合回路９が、順に縦続接続されている。トランジスタＴｒ２は、単位増幅器５の入力端子５ａ、整合回路８及びトランジスタ・整合回路接続用の線路１６を介して高周波信号が入力され、入力された高周波信号を増幅して、増幅された高周波信号をトランジスタ・整合回路接続用の線路１７、及び整合回路９経由で単位増幅器５の出力端子５ｂから後段へ出力する。単位増幅器５では、単位増幅器５の入力端子５ａからトランジスタＴｒ２へ高周波信号に応じた電力を効率的に伝達するために、整合回路８がその入力側と出力側とのインピーダンスを整合させるように外部から整合回路８を調整する必要がある。また、トランジスタＴｒ２から単位増幅器５の出力端子５ｂへ高周波信号に応じた電力を効率的に伝達するために、整合回路９がその入力側と出力側とのインピーダンスを整合させるように外部から整合回路９を調整する必要がある。
【００１７】
このとき、多段増幅器１００における初段の入力側の整合回路および最終段の出力側の整合回路の特性は、外部から直接測定できるため、調整可能である。すなわち、整合回路６の特性は、多段増幅器１００の入力端子１を介して外部から直接測定できるため、調整可能である。整合回路９の特性は、多段増幅器１００の出力端子２を介して外部から直接測定できるため、調整可能である。
【００１８】
一方、単位増幅器間の段間整合回路の特性は、外部から直接測定しにくく、相互に影響を与えるため、調整が難しい。すなわち、整合回路７の特性は、外部から直接測定しにくく、整合回路８との間で相互に影響を与え合うため、調整が難しい。整合回路８の特性は、外部から直接測定しにくく、整合回路７との間で相互に影響を与え合うため、調整が難しい。整合回路７の特性は、例えば、単位増幅器３におけるトランジスタＴｒ１の帯域内の周波数で小信号利得整合がとられるように調整する必要がある。整合回路８の特性は、例えば、単位増幅器５の雑音整合がとられるように調整する必要がある。
【００１９】
ここで、仮に、整合回路７及び整合回路８の特性を外部から調整するために、カットアンドトライによる調整を行う場合を考える。この場合、設計時の特性を再現するための調整時間、すなわち、段間整合回路の調整時間が長くなる傾向にある。
【００２０】
あるいは、仮に、段間整合回路の調整時間を短縮するために、周波数に対する利得特性の測定結果から計算機を用いて段間回路のインピーダンス整合状態を推測し、その推測結果に基づいた調整を行う方法を考える。この方法は、調整作業中に計算機を用いた推測作業を必要とするため、調整作業を一旦中断する必要がある。すなわち、調整の作業性が低いので、結果として、段間整合回路の調整時間を短縮することが困難な傾向にある。
【００２１】
そこで、本実施の形態では、図１に示すように、多段増幅器１００における複数段の増幅器の間（段間）に可変減衰器４を挿入してそれらを縦続接続し、段間の整合調整時に可変減衰器４による電力の減衰量を一時的に大きくすることで、段間整合回路の調整時間の短縮を図る。
【００２２】
具体的には、可変減衰器４の入力端子４ａは、単位増幅器３の出力端子３ｂに接続されている。可変減衰器４の出力端子４ｂは、単位増幅器５の入力端子５ａに接続されている。可変減衰器４は、電力の減衰量が調整可能なように構成されている。例えば、可変減衰器４は、切り替え部１１により第１の状態と第２の状態とを切り替え可能に構成されている。第１の状態は、可変減衰器４による減衰量が第１の値である状態である。第２の状態は、可変減衰器４による減衰量が第２の値である状態である。第２の値は、第１の値より小さい。
【００２３】
より具体的には、可変減衰器４は、線路１２、減衰器１３、及び切り替え部１１を有する。線路１２は、一端１２ａと他端１２ｂとの間を電気的に接続する。減衰器１３は、一端１３ａから入力された高周波信号に応じた電力を減衰させ、減衰された高周波信号を他端１３ｂから出力する。
【００２４】
切り替え部１１は、第１の状態と第２の状態とを切り替える。例えば、切り替え部１１は、第１の状態において、可変減衰器４の入力端子４ａと出力端子４ｂとの間に減衰器１３を挿入させた状態にする。これにより、切り替え部１１は、第１の状態において、複数の単位増幅器３、５が減衰器１３を介して縦続接続された状態にする。例えば、切り替え部１１は、第２の状態において、可変減衰器４の入力端子４ａと出力端子４ｂとの間に線路１２を挿入させた状態にする。これにより、切り替え部１１は、第２の状態において、複数の単位増幅器３、５が減衰器１３を介さずに縦続接続された状態にする。
【００２５】
例えば、切り替え部１１は、例えば、減衰器１３と線路１２とをスイッチ１１ａ、１１ｂで切り替えられるようになっている。すなわち、切り替え部１１は、スイッチ１１ａ及びスイッチ１１ｂを有する。切り替え部１１は、例えば、第１の状態において、スイッチ１１ａを線路１２の一端１２ａ側へ切り替え、スイッチ１１ｂを線路１２の他端１２ｂ側へ切り替える。これにより、可変減衰器４の入力端子４ａと出力端子４ｂとの間に減衰器１３を挿入させた状態にする。切り替え部１１は、例えば、第２の状態において、スイッチ１１ａを減衰器１３の一端１３ａ側へ切り替え、スイッチ１１ｂを減衰器１３の他端１３ｂ側へ切り替える。これにより、可変減衰器４の入力端子４ａと出力端子４ｂとの間に線路１２を挿入させた状態にする。
【００２６】
この多段増幅器１００では、入力端子１から入力された高周波信号が、単位増幅器３で増幅された後、増幅後の高周波信号が可変減衰器４に導かれる。可変減衰器４は段間の整合調整時に減衰器１３側に切り替えられており、段間の整合調整終了後に線路１２側に切り替えられる。そして、可変減衰器４を通った高周波信号は、単位増幅器５で増幅された後、出力端子２に導かれる。
【００２７】
次に、多段増幅器の調整方法について図２を用いて説明する。図２は、２段増幅器の調整方法を示すフローチャートである。以下では、多段増幅器１００の調整方法として２段増幅器の調整方法を例示的に説明するが、３段以上の増幅器が縦続接続された多段増幅器の調整方法についても同様に適用できる。
【００２８】
図２では、後段の単位増幅器５を雑音整合させる場合について示しており、減衰器１３を段間に接続（ステップＳ１）した上で２段増幅器（単位増幅器３、５）の入力側および出力側の整合回路６、９を調整（ステップＳ２）した後、段間の整合回路７、８の調整（ステップＳ３）を行っている。すなわち、多段増幅器１００では、段間の整合調整時に、図２に示すステップＳ１〜ステップＳ３の動作が行われ、段間の整合調整終了後に、図２に示すステップＳ４〜ステップＳ６の動作が行われる。
【００２９】
具体的には、ステップＳ１において、切り替え部１１が第１の状態に切り替え、複数の単位増幅器３、５が減衰器１３を介して縦続接続された状態にし、すなわち段間に減衰器１３が挿入された状態にし、各整合回路６〜９の各パラメータを設計値に設定する。
【００３０】
本発明者が、図１に示すような２段増幅器（単位増幅器３、５）を試作し、評価を行ったところ、減衰器１３を接続した２段増幅器（単位増幅器３、５）の特性は、図３に示すようになった。図３（ａ）は利得特性を示し、図３（ｂ）は雑音特性を示す。例えば、整合回路とトランジスタとを接続する図１中の線路１４〜１７の特性がばらつき整合がシフトし、減衰器１３を接続したときの設計時の利得１７．３ｄＢ、雑音指数１．４ｄＢに対し、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、利得１６．８ｄＢ、雑音指数４．８ｄＢと大幅に悪化している。本２段増幅器に対し、本実施の形態の調整方法（ステップＳ２、ステップＳ３）を適用する。
【００３１】
ステップＳ２では、整合回路６の特性を、多段増幅器１００の入力端子１を介して外部から直接測定し、雑音指数（ＮＦ）が整合するように調整する。整合回路９の特性を、多段増幅器１００の出力端子２を介して外部から直接測定し、反射整合（例えば、反射電力が小さくなるような整合）するように調整する。
【００３２】
本発明者が試作した２段増幅器（単位増幅器３、５）に対してこの調整を行ったときの２段増幅器（単位増幅器３、５）の特性は図４に示すようになった。図４（ａ）は利得特性を示し、図４（ｂ）は雑音特性を示す。この調整により、例えば、設計値の雑音指数１．４ｄＢに対し、図４（ｂ）に示すように雑音指数２．４ｄＢに改善することができた。
【００３３】
ステップＳ３では、整合回路８の特性を、多段増幅器１００の出力端子２を介して外部から測定し、雑音指数（ＮＦ）が適正範囲に収まるように（例えば、最も雑音指数（ＮＦ）が良くなるように）整合させ、調整する。整合回路７の特性を、多段増幅器１００の入力端子１を介して外部から測定し、利得が適正範囲に収まるように（例えば、利得が最も高くなるように）整合させ、調整する。
【００３４】
本発明者が試作した２段増幅器（単位増幅器３、５）に対してこの調整を行ったときの２段増幅器（単位増幅器３、５）の特性は図５に示すようになった。図５（ａ）は利得特性を示し、図５（ｂ）は雑音特性を示す。
【００３５】
ここで、仮に、単位増幅器３、５間に減衰器１３が挿入されていない場合、単位増幅器３、５間のアイソレーションがないため、２段目入力側の整合回路８と１段目出力側の整合回路７とが互いに影響を与え合いやすい。これにより、２段目入力側の整合回路８の特性と１段目出力側の整合回路７の特性とをそれぞれ外部から調整することが困難である。
【００３６】
それに対して、本実施の形態では、単位増幅器３、５間（段間）に減衰器１３を挿入したことにより、２段目入力側の整合回路８の特性と１段目出力側の整合回路７の特性とを、ほぼ独立してそれぞれ調整することができる。これにより調整時間を短縮できるとともに、図５（ｂ）、（ａ）に示すように、雑音指数１．６ｄＢ、利得１６．９ｄＢと、設計値に近い結果を得た。
【００３７】
ステップＳ４では、切り替え部１１が第２の状態に切り替え、複数の単位増幅器３、５が減衰器１３を介さずに縦続接続された状態にする。すなわち、段間から減衰器１３が取り除かれた状態にする。
【００３８】
ステップＳ５では、所望の帯域内で利得特性が平坦な特性になるように、単位増幅器３、５間（段間）の線路長を調整する。
【００３９】
ステップＳ６では、各整合回路６〜９の各パラメータを再度微調整する。
【００４０】
本発明者が試作した２段増幅器（単位増幅器３、５）に対してステップＳ５及びステップＳ６の調整を行ったときの２段増幅器の特性は図６に示すようになった。図６（ａ）は利得特性を示し、図６（ｂ）は雑音特性を示す。
【００４１】
減衰器１３は、スイッチ１１ａ、１１ｂを線路１２側に切り替え、単位増幅器３、５間（段間）から取り除いている。単位増幅器５は雑音整合となっているため、特性インピーダンスと異なった入力インピーダンスとなっているものの、単位増幅器３の出力側は増幅器の帯域内の周波数で小信号利得整合としているため、減衰器１３の有無による当該周波数における整合に影響を与えにくい。そのため、各単位増幅器３、５の整合は実質的に変化せず、上記ステップＳ２及びステップＳ３の整合調整結果が保持される。ステップＳ５及びステップＳ６の調整により、図６（ｂ）、（ａ）に示すように、雑音指数１．２ｄＢ、利得２０．５ｄＢを得た。これは、図１中の線路１４〜１７の設計時と試作時の特性差異とを考慮した２段増幅器の雑音指数１．１ｄＢ、利得２０．２ｄＢとほぼ同等の特性を実現できていることを示し、本実施の形態の有効性を確認できた。
【００４２】
以上のように、実施の形態１では、多段増幅器１００において、複数段の単位増幅器の間に縦続接続された可変減衰器４が切り替え部１１を有する。切り替え部１１は、可変減衰器４による減衰量が第１の値である第１の状態と、可変減衰器４による減衰量が第１の値より小さい第２の値である第２の状態とを切り替える。これにより、例えば、段間の整合調整時に切り替え部１１が第１の状態に切り替えることができ、段間回路（可変減衰器４）のインピーダンスをおおむね回路の特性インピーダンス（一般的には５０Ω）に固定できるとともに、段間回路に対して前段出力側の整合回路と後段入力側の整合回路との間（段間）のアイソレーションを向上でき、段間の前後の単位増幅器を設計状態に近づけるように、各整合回路を独立に調整することができる。また、例えば、段間の整合調整終了後に切り替え部１１が第２の状態に切り替えることができ、増幅器の帯域内の周波数において前段または後段の少なくとも一方が小信号利得整合されているため、当該周波数では整合が変化しにくく再調整の必要性を低減できる。これにより計算機を用いて調整を行ったときと同様の結果を、計算機を用いることなく容易に実現することができる。すなわち、段間整合回路の調整時間を短縮できる。
【００４３】
また、実施の形態１では、多段増幅器１００において、切り替え部１１が、第１の状態において、段間に減衰器１３を挿入して、複数の単位増幅器３、５が減衰器１３を介して縦続接続された状態にし、第２の状態において、段間から減衰器１３を取り除いて、複数の単位増幅器３、５が減衰器１３を介さずに縦続接続された状態にする。これにより、第１の状態において可変減衰器４による減衰量を第１の値にでき、第２の状態において可変減衰器４による減衰量を第１の値より小さい第２の値にできる。
【００４４】
また、実施の形態１では、多段増幅器１００において、切り替え部１１が、段間の整合調整時に第１の状態に切り替え、段間の整合調整後に第２の状態に切り替える。これにより、段間の整合調整時に段間整合回路を互いに独立してそれぞれ外部から調整でき、段間の整合調整後に多段増幅器１００が効率的に高周波信号の増幅動作を行うようにすることができる。
【００４５】
なお、多段増幅器１００において、複数段の単位増幅器３、５と可変減衰器４とが一体形成されていてもよい。
【００４６】
あるいは、実施の形態１ではスイッチを用いて減衰器と線路との切り替え機能を実現していたが、ジャンパ線による切替え等を用いて切り替え機能を実現してもよい。また、１／４波長線路の両端に抵抗体を設けた構成を有する減衰器において抵抗体を導体で覆うことで、減衰器と減衰のない線路の切り替え機能を実現しても良い。
【００４７】
あるいは、多段増幅器１００において、単位増幅器の段数が３段以上である場合、例えば、各段間に可変減衰器４を縦続接続し、実施の形態１と同様の切り替えを各段間の可変減衰器４に対して順次に行ってもよい。これにより、単位増幅器の段数が３段以上である場合に、各段間の整合回路を、実施の形態１と同様に調整できる。
【００４８】
実施の形態２．
次に、実施の形態２にかかる多段増幅器１００ｉについて図７を用いて説明する。図７は、多段増幅器１００ｉの構成を示す図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００４９】
実施の形態１では、図２に示すステップＳ５で単位増幅器３、５間（段間）の線路長を調整することで、所望の帯域内で利得特性が平坦な特性になるように調整しているが、実施の形態２では、単位増幅器３、５間（段間）に利得特性が平坦な特性になるための構成要素を追加する。
【００５０】
具体的には、多段増幅器１００ｉは、位相調整線路１８ｉをさらに備える。位相調整線路１８ｉは、例えば、可変減衰器４と単位増幅器５との間に縦続接続されている。このように、位相調整線路１８ｉを単位増幅器３、５間（段間）に縦続接続することで、位相調整線路１８ｉが段間の位相を調整しながら利得特性が平坦な特性になるように調整できるので、単位増幅器３、５間（段間）の線路長を低減しながら、帯域内の利得平坦性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる多段増幅器は、整合調整に有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１  入力端子
２  出力端子
３  単位増幅器
４  可変減衰器
５  単位増幅器
６  整合回路
７  整合回路
８  整合回路
９  整合回路
１１  切り替え部
１１ａ、１１ｂ  スイッチ
１２  線路
１３  減衰器
１４〜１７  線路
１８ｉ  位相調整線路
１００、１００ｉ  多段増幅器
【図１】
2013223026.tif 000003
【図２】
2013223026.tif 000004
【図３】
2013223026.tif 000005
【図４】
2013223026.tif 000006
【図５】
2013223026.tif 000007
【図６】
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【図７】
2013223026.tif 000009