(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミリ波の受信信号を入力とし、該入力のインピーダンス整合を行う第１の整合手段と、該第１の整合手段を通過した前記受信信号とローカル信号とによる周波数変換を行うミキサ手段と、該ミキサ手段によって作成される所定のマイクロ波帯周波数成分を含む複数の周波数成分のうち、該所定のマイクロ波帯周波数成分に整合させる第２の整合手段とが順次接続されたミリ波帯導波管ダイオードミキサと、  
前記ミリ波帯導波管ダイオードミキサの出力信号を所望のレベルに増幅して中間周波信号として出力する増幅手段と、該増幅手段を前記所望のレベルに制御する制御電圧を作成する受信レベル調整手段とが接続されたマイクロ波帯中間周波増幅器と、
前記ミリ波帯導波管ダイオードミキサの出力回路と前記マイクロ波帯中間周波増幅器とを接続する同軸線路と、
を備えた受信信号のレベル調整回路であって、
前記同軸線路に分岐接続され高周波を阻止する高インピーダンス手段とバイアス電圧発生手段とを有し、該バイアス電圧発生手段は、前記受信信号の過入力レベル時に受信レベル調整が行える直流のバイアス電圧を前記高インピーダンス手段を介して前記同軸線路に出力し、さらに前記出力回路に重畳して前記ミキサ手段に供給することを特徴とする受信信号のレベル調整回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器および周波数変換器のレベル制御に関し、特にミリ波受信機の中間周波増幅器の出力安定化回路に供して好適な受信信号のレベル調整回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波受信機に入力された受信信号のレベル調整回路が適用された無線通信システムには、例えば、複数の移動体のそれぞれに装備され、移動体間の半固定通信（移動後に固定して回線を仮設）として高速データ伝送が行える数１０ＧＨｚ帯無線伝送装置がある。
【０００３】
このミリ波の無線伝送装置は、無線機（送受信機）、アンテナおよび端末側インターフェースの各装置を有し、直線見通し距離にて互いにアンテナを対向させるようにして設置される。
【０００４】
通信を行うために展開される移動体間のアンテナ距離は、様々な距離となる。
【０００５】
従って、至近距離に展開されれば、一方の移動体からの送信波は、これに対向する他方の移動体の受信機において、強電界受信波となり、過入力となる場合がある。このような場合、ミリ波受信機の中間周波増幅回路の直線性確保が問題となる。
【０００６】
従来技術であるミリ波受信機に入力される受信信号のレベル調整回路のブロック図を図９に示し、概略の説明を行う。
【０００７】
この受信信号のレベル調整回路は、導波管整合器１１とミキサダイオード１２とミキサダイオード整合回路１３とが順次、直列に接続された回路としたミリ波帯導波管ダイオードミキサ１と、更に、該ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１に直列に接続される中間周波増幅器２１（複数段（Ａ）〜（Ｇ））と受信レベル調整回路２２とから成るマイクロ波帯中間周波増幅器２０により構成される。
【０００８】
その動作は、先ず、ミキサダイオード１２によって、入力された受信信号がマイクロ波帯中間周波信号ａに変換され、次に、変換された信号が、多段構成とした中間周波増幅器２１によって所定のレベルまで増幅される。
【０００９】
受信レベル調整回路２２は、受信レベル変化に応じた制御電圧ｂを発生させる。そこで、中間周波増幅器２１の利得制御端に制御電圧ｂを印加して、利得を制御して所定のレベルの中間周波信号を出力する。
【００１０】
受信信号の入力回路に過大なレベルの信号が入力された場合、ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の回路の直線性範囲に対して、マイクロ波帯中間周波増幅器２０の回路の直線性範囲は、一般に狭いので、マイクロ波帯中間周波増幅器２０側が先に歪みを発生させてしまう。
【００１１】
マイクロ波帯中間周波増幅器２０の出力信号の歪み発生を避けて所定の出力レベルを得るには、増幅器１段あたりの増幅度を抑えて、中間周波増幅器２１を多段接続（図９の例示では２１（Ａ）〜（Ｇ）の７段）することによって達成される。例えば、入力レベル変動範囲７０ｄＢに対応させるには、増幅器１段あたりの増幅度を１０ｄＢとし、７段とすればよい。
【００１２】
記載はしていないが、所定のマイクロ波帯中間周波の信号を得るために増幅器の入力側にフィルタを挿入させる必要がある。
【００１３】
このような回路構成では、回路規模が大きくなり、小型、軽量、低価格の装置の実現が難しくなる。
【００１４】
ミリ波帯ＦＭ送受信機において、受信機の周波数変換器の出力信号から送信周波数の直流誤差電圧を抽出して、送信周波数を安定化させるようにして、安価で小型なＡＦＣ回路を有する送信機の提案がある。（例えば、特許文献１  参照）
【特許文献１】特開平８−１８４０４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来技術では、受信信号の過入力に対して、所望の直線性、出力レベルを有する中間周波信号を得る手段として、マイクロ波帯中間周波増幅器を多段構成により実現されていた。
【００１６】
これでは、回路規模が大きくなり、小型化、軽量化、低価格化の面で問題であった。
【００１７】
更に、過入力が繰り返されることにより、増幅器トップの増幅素子の寿命が短くなることがあり、最悪の場合は、増幅素子の内部破壊に至るような信頼性上の問題もあった。
【００１８】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、回路規模を小さくし、小型、軽量、低価格の回路方式によって受信信号の過入力に対して所望の中間周波信号を得る受信信号のレベル調整回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的を達成するために、本発明の受信信号のレベル調整回路は、ミリ波の受信信号を入力とし、該入力のインピーダンス整合を行う第１の整合手段と、該第１の整合手段を通過した前記受信信号とローカル信号とによる周波数変換を行うミキサ手段と、該ミキサ手段によって作成される所定のマイクロ波帯周波数成分を含む複数の周波数成分のうち、該所定のマイクロ波帯周波数成分に整合させる第２の整合手段とが順次接続されたミリ波帯導波管ダイオードミキサと、  
前記ミリ波帯導波管ダイオードミキサの出力信号を所望のレベルに増幅して中間周波信号として出力する増幅手段と、該増幅手段を前記所望のレベルに制御する制御電圧を作成する受信レベル調整手段とが接続されたマイクロ波帯中間周波増幅器と、
前記ミリ波帯導波管ダイオードミキサの出力回路と前記マイクロ波帯中間周波増幅器とを接続する同軸線路と、
を備えた受信信号のレベル調整回路であって、
【００２０】
前記同軸線路に分岐接続され高周波を阻止する高インピーダンス手段とバイアス電圧発生手段とを有し、該バイアス電圧発生手段は、前記受信信号の過入力レベル時に受信レベル調整が行える直流のバイアス電圧を前記高インピーダンス手段を介して前記同軸線路に出力し、さらに前記出力回路に重畳して前記ミキサ手段に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ミリ波受信機における過大入力時において、中間増幅回路の増幅段数を削減し、かつ、増幅素子内部の特性劣化の進行による動作不安定性を防止できる。
【００２２】
例えば、移動体間の半固定通信として高速データ通信が行える数１０ＧＨｚ帯無線伝送装置システムに適用の際、個々の移動体に設置できるような小型、軽量、低消費電力であり、且つ、設備の展開が容易で、安価な装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施形態としてミリ波受信機に入力される受信信号のレベル調整回路のブロック図を図１に示し、説明を行う。
【００２４】
本発明のミリ波受信機における受信信号のレベル調整回路の実施例は、次の各ブロックによって構成されている。
【００２５】
導波管整合器１１（第１の整合手段）は、ミリ波の受信信号を入力とし、この入力回路のインピーダンス整合を行う立体回路である。
【００２６】
ミキサダイオード１２（ミキサ手段）は、導波管整合器１１を通過した受信信号と外部から入力され、導波管整合器１１を通過したローカル信号とを入力とし、この２つの信号によるミリ波の受信信号の周波数変換（ダウンコンバージョン）を行う回路素子である。
【００２７】
ミキサダイオード整合回路１３（第２の整合手段）は、ミキサダイオード１２によって作成される所定のマイクロ波帯周波数成分を含む複数個の周波数成分のうち、この所定のマイクロ波帯周波数成分に整合させて、マイクロ波帯中間周波信号ａを得て出力とする整合回路である。
【００２８】
このように、ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１は、導波管整合器１１、ミキサダイオード１２およびミキサダイオード整合回路１３が順次直列に接続されたブロック構成のモジュールユニットである。  
【００２９】
次に、中間周波増幅器２１（増幅手段）は、ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の出力信号であるマイクロ波帯中間周波信号ａを入力とし、これに帯域制限を加え、所望のレベルとなるような利得で増幅し、増幅された中間周波信号を出力とする増幅回路である。
【００３０】
なお、増幅回路の増幅素子の段数は、１段または、記載はないが複数段を直列に接続してもよい。
【００３１】
受信レベル調整回路２２（受信レベル調整手段）は、中間周波増幅器２１の増幅動作に対し、ミリ波の受信信号の入力レベル変化に応じ、所望の出力レベルとなるような利得に制御する制御電圧ｂを作成する制御回路である。
【００３２】
このように、マイクロ波帯中間周波増幅器２は、中間周波増幅器２１と受信レベル調整回路２２とから成る自動利得制御が行われる増幅回路であり、受信機に入力される受信信号から所定の出力レベルの中間周波信号を得るブロック構成のモジュールユニットである。
【００３３】
なお、記載はしていないが、マイクロ波帯中間周波増幅器２の出力以降は、中間周波信号に対し、所定の信号処理が行われ、得られた信号（データ）は、高速データ端末および画像装置などにインターフェースされる。
【００３４】
次に、本発明では、高インピーダンス線路３１（高インピーダンス手段）が、ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の出力回路に分岐接続され、マイクロ波帯中間周波信号ａである高周波成分に対し高インピーダンスとなり、高周波を阻止し、ＤＣ成分を通過させる回路となる。
【００３５】
バイアス電圧発生器３２（バイアス電圧発生手段）は、その出力が高インピーダンス線路３１に接続され、中間周波信号を分岐して入力とし、これによって受信信号の過入力レベルを検出し、前記入力をＤＣレベルに変換し、バイアス電圧ｃとして高インピーダンス線路３１を経由してミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の出力回路に供給する制御回路である。
【００３６】
このように、バイアス電圧発生回路３は、高インピーダンス線路３１とバイアス電圧発生器３２とから成る回路であり、バイアス電圧ｃをマイクロ波帯中間周波信号ａの信号線に重畳して、ミキサダイオード整合回路１３を経由してミキサダイオード１２に対して与えられ、受信信号の過入力時に入力レベルを低減させるように受信レベル調整を行うバイアス電圧ｃを供給するブロック構成のモジュールユニットである。
【００３７】
次に、図２に本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路図の実施例を示し、説明する。
【００３８】
本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の回路は、外部からミリ波の受信信号とローカル信号が供給される導波管結合によってそれぞれ入力され、導波管による入力回路のインピーダンス整合が行われる導波管整合器１１と、受信信号とローカル信号とのミキシングを行い、マイクロ波帯の周波数成分を得る周波数変換（ダウンコンバータ）を行う導波管整合器１１の導波管内に配置されたミキサダイオード１２と、ミキサダイオード１２のアノードに直列接続され、所望のマイクロ波帯中間周波信号でインピーダンス整合がとれるようにするミキサダイオード整合回路１３およびミキサダイオード整合回路１３の出力である同軸の出力端子とを具備したモジュール構造回路である。
【００３９】
なお、同軸の出力端子からミキサダイオード１２のアノードまでの回路は、高周波回路としての機能に加え、バイアス電圧経路としても用いられるように、バイアス電圧ｃを通過させ、ミキサダイオード１２のアノードに印加するＤＣ電圧経路を形成している。
【００４０】
次に、図３に本発明のバイアス電圧発生回路図の実施例を示し、説明する。
【００４１】
本発明のバイアス電圧発生回路３は、ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１とマイクロ波帯中間周波増幅器２との接続回路に一方の端子３３が分岐接続され、他方の端子３４がマイクロ波帯中間周波増幅器２の出力に分岐接続されている。
【００４２】
上記一方の端子３３は、高インピーダンス線路３１に接続されている。
【００４３】
上記他方の端子３４は、バイアス電圧発生器３２に接続され、その出力が、高インピーダンス線路３１に接続されている。
【００４４】
バイアス電圧発生回路３は、高周波を阻止し、ＤＣを通過させる例えばストリップラインなどで構成したインダクタによって実現される高インピーダンス線路３１と、高インピーダンス線路３１に接続されてバイアス電圧ｃを出力する回路となる一方の端子３３と、マイクロ波帯中間周波増幅器２の出力線に接続されてマイクロ波帯中間周波信号ａの一部のレベルを分岐入力する回路である他方の端子３４と、受信信号の入力レベルが定常範囲であればバイアス電圧を発生せず、過入力であれば任意のバイアス電圧ｃを発生するバイアス電圧発生器３２とを具備した回路構成である。
【００４５】
なお、マイクロ波帯中間周波増幅器２の信号入力回路において、マイクロ波帯中間周波信号ａを通過させ、ＤＣを阻止するため、中間周波増幅器２１の入力側に直列にコンデンサ２３が接続されている。
【００４６】
従って、バイアス電圧ｃは、マイクロ波帯中間周波信号ａと逆方向の経路によってミキサダイオード１２へ供給される。
【００４７】
更に、バイアス電圧発生器３２は、マイクロ波帯中間周波増幅器２の出力である中間周波信号を分岐入力して、これを検波して得られるＤＣ電圧に対して、過入力と判定する任意のしきい値と比較し、越えていればバイアス電圧ｃを発生し、出力とする信号処理回路を有する。
【００４８】
次に、図４に本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の変換損失特性図を例示し、説明する。
【００４９】
この特性図は、受信信号の入力レベルに対応して作成されるバイアス電圧対ミキサの変換損失を特性図にしたものである。
【００５０】
受信信号の入力レベルが「定常入力」レベルであれば、ミキサダイオード１２に対し、受信レベル調整用のバイアス電圧の発生はない。（図４の黒丸点；バイアス電圧０Ｖ、変換損失；−５ｄＢ）。即ち、変換損失が最小であり、所望の変換周波数信号成分が最小減衰でミリ波帯導波管ダイオードミキサ１から出力される。
【００５１】
次に、受信信号の入力レベルが「過入力」レベルであれば、ミキサダイオード１２に対する受信レベル調整用のバイアス電圧の発生がある。（図４の矢印方向；最大バイアス電圧＋２．５Ｖ、最大変換損失；−５５ｄＢ）。即ち、変換損失が最大値であり、所望の変換周波数が５０ｄＢだけ減衰されてミリ波帯導波管ダイオードミキサ１から出力される。
【００５２】
なお、実際に想定される入力変化範囲（７０ｄＢ）に対して設定される制御量は、マイクロ波帯中間周波増幅器２の制御量負担分（３０ｄＢ）を考慮し、ミキサ側の制御量負担分は、４０ｄＢ程度（バイアス電圧；０〜２．４Ｖ、変換損失；−５ｄＢ〜−４５ｄＢ）とする。
【００５３】
これにより、後段のマイクロ波帯中間周波増幅器２の自動利得制御量を３０ｄＢに抑えられるので、受信信号の過入力による増幅素子での歪み発生を防止させ、中間周波増幅段での直線性が確保される。
【００５４】
次に、図５に本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の入出力波形図を例示し、説明する。
【００５５】
通常レベルの入力信号波形（正弦波に模式化）がバイアス電圧０Ｖのミキサダイオードに入力され、その出力信号波形はダイオード特性（実際は非直線特性）により半波波形分が出力に現れるので、高調波を含んだ歪み波となり、各種の周波数成分が得られる。
【００５６】
図示されてはいないが、通常レベルの２つの信号が入力されれば、図６のミキサダイオード特性により２つの周波数の和、差（本発明回路で必要とするマイクロ波信号成分）および高次周波数成分が発生する。（ミキサ機能）。
【００５７】
次に、図６に本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路にバイアス電圧が与えられた場合の入出力波形図を例示し、説明する。
【００５８】
過入力レベルの入力信号波形（正弦波に模式化）が、バイアス電圧として正電圧（＋数Ｖ）にシフト（矢印方向）されて、ミキサダイオードに入力され、その出力信号波形はダイオード特性（実際は非直線特性）により半波分とはならず、概ね、入力波形に類似するような波形が出力に現れるので、高調波を含んだ歪み波分が少なくなり、ミキサで得られる各種の周波数成分のレベルも減衰される。
【００５９】
図示されてはいないが、過入力の入力信号を含む２つの信号が図６のミキサダイオードに入力されれば、バイアスされたダイオードの特性により、和、差（本発明回路で必要とするマイクロ波信号成分）および高次周波数成分が発生するものの、そのレベルが図５のミキサダイオードの特性に比べて抑えられる。（ミキサ変換損失の増加）
【００６０】
次に、図７に本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の入出力特性図を例示し、説明する。
【００６１】
横軸をミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の入力レベル（ｄＢｍ）、縦軸をミリ波帯導波管ダイオードミキサ１の出力レベル（ｄＢｍ）とした入出力特性カーブである。実線の特性が通常入力レベルとしてバイアス設定（０Ｖ）された入出力特性図であり、実線上の黒丸点は、歪まない最大入力点（入力；０ｄＢｍ、出力；−５ｄＢｍ）である。この黒丸点以上の入力レベルでは、ダイオードのクリッピングによる飽和特性が現れ、出力に歪みが発生する。
【００６２】
次に、破線の特性が過入力レベルとしてバイアス設定（＋Ｖ）されてレベル低減を行った入出力特性図例であり、波線上の黒丸点は、入力０ｄＢｍ点において、実線の特性に比較し出力を１０ｄＢｍ減衰させた点である。
【００６３】
これは、出力値が（実線上の黒丸点；−５ｄＢｍ）から（破線上の黒丸点；−１５ｄＢｍ）にシフトされた特性（イ→ロ）であり、歪を起こさない最大入力が１０ｄＢ分だけ過入力側にシフト（入力；＋１０ｄＢｍ、出力；−５ｄＢｍ）される。即ち、入力信号の過入力レベルとして＋１０ｄＢｍまで歪まない特性が得られる。このことは、ミキサ入出力特性として、入出力の直線性の範囲を拡大しつつ、ダイオード素子固有の非直線カーブに載せて周波数変換を行うことである。
【００６４】
実際面では、４０ｄＢ分の減衰量（シフト量）を得るようにする。
【００６５】
次に、図８に本発明のマイクロ波帯中間周波増幅器２の入出力特性図を例示し、説明する。
【００６６】
図８は、ミキサの出力、即ち、中間周波増幅器の入力に対する同出力の特性カーブである。この特性図は、カーブの左側（黒丸点Ｘより更に左側）が直線性を確保した領域である。
【００６７】
ところが、特性カーブ上での黒丸点Ｘより右側カーブ範囲になると、その出力信号に歪み分が含まれるようになり、信号復調に際し、信号対雑音比の劣化を招き、データに誤りなどを発生させてしまう。
【００６８】
即ち、ミキサへの通常入力レベルのカーブにおける最大入力点（図７、入力；０ｄＢｍ）での出力（図７実線カーブ、−５ｄＢｍ）点（イ）は、中間周波増幅器の入力点（図８，黒丸点Ｙ）であり、ここでは、直線増幅が要求される中間周波増幅器の出力信号に非直線歪みを起こす領域に入ってしまう。このことは、ミキサ段階では、直線領域であっても、増幅器段階で歪ませてしまう。
【００６９】
そこで、前記のミキサ段階で１０ｄＢｍ減衰点（図７，ロ：−１５ｄＢｍ）への減衰動作によって、中間周波増幅器の入力点を１０ｄＢｍ分だけマイナス側にシフトして、黒丸点Ｘとすることにより、中間周波増幅器の出力信号に直線性を確保する領域にできる。
【００７０】
入力レベル変動範囲７０ｄＢに対応させるには、先に、ミリ波帯導波管ダイオードミキサ１で４０ｄＢ分のシフト量を得ているので、マイクロ波帯中間周波増幅器２での自動利得制御の範囲を３０ｄＢ分にすればよく、中間周波増幅器２１の増幅素子の回路は、段数を削減した３段構成以下で済まされる。（従来構成に対し、少なくとも４段分が削減された。）
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、移動通信に用いられる無線通信システムに適用されて、一例として、仮設された移動体間のデータ通信等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明であるミリ波受信機の受信信号のレベル調整回路のブロック図である。
【図２】本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路図である。
【図３】本発明のバイアス電圧発生回路図である。
【図４】本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の変換損失特性図である。
【図５】本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の入出力波形図である。
【図６】本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の入出力波形図である。
【図７】本発明のミリ波帯導波管ダイオードミキサ回路の入出力特性図である。
【図８】本発明のマイクロ波帯中間周波増幅器の入出力特性図である。
【図９】従来技術であるミリ波受信機の受信信号のレベル調整回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ミリ波帯導波管ダイオードミキサ
２、２０  マイクロ波帯中間周波増幅器
３  バイアス電圧発生回路
１１  導波管整合器
１２  ミキサダイオード
１３  ミキサダイオード整合回路
２１  中間周波増幅器
２２  受信レベル調整回路
２３  直流阻止コンデンサ
３１  高インピーダンス線路
３２  バイアス電圧発生器
３３，３４  端子
ａ  マイクロ波帯中間周波信号
ｂ  制御電圧
ｃ  バイアス電圧
【図１】
0005029899.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0005029899.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005029899.tif 000007
【図７】
0005029899.tif 000008
【図８】
0005029899.tif 000009
【図９】
0005029899.tif 000010