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技術 周波数・帯域幅切り換え増幅器

出願人 三菱電機株式会社
発明者 小倉健太郎山内和久森一富中山正敏
出願日 2006年6月7日 (14年6ヶ月経過) 出願番号 2006-158354
公開日 2007年12月20日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2007-329641
状態 拒絶査定
技術分野 フィルタ・等化器 遅延・整合・分波・合波回路 増幅器一般
主要キーワード 狭帯域増幅器 出力マッチング回路 入力マッチング回路 整合回路素子 周波数切り換え 整合周波数 実数インピーダンス 並列インダクタ
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図面 (17)

課題

周波数帯域幅を変化させることができ、かつ大きなRF信号が入力される場合でも素子値が一定で歪まない周波数帯域幅切り換え増幅器を得る。

解決手段

入力整合回路網100と、FET200と、出力整合回路網300とを設けた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、入力整合回路網100、出力整合回路網300の少なくとも一方は、縦続接続された第1及び第2のハイパスフィルタ回路網10、20を有し、第1及び第2のハイパスフィルタ回路網10、20は、信号線路に対して直列接続された容量11、21と、信号線路に対して並列接続されたインダクタ13、23とをそれぞれ含み、第1のハイパスフィルタ回路網10は、容量11に並列接続された第1のスイッチ12をさらに含み、第2のハイパスフィルタ回路網20は、前記信号線路及びインダクタ23の間に接続された第2のスイッチ22をさらに含む。

概要

背景

単一の携帯端末で、無線LANやWCDMAやBlueTooth等の複数の通信ステムを利用するためには、端末用高周波アナログ回路(例えば増幅器)には各々の通信システムの周波数(高周波)で動作することが要求されている。現状では、単一の携帯端末で、動作周波数が異なる複数の増幅器をスイッチ等で切り換えることにより、各通信システム用として動作させることが行われている。しかしながら、通信システムの数が多くなると、必要となる増幅器の数も多くなり、全体としてのサイズが大きくなる欠点がある。この欠点を解決するため、複数の周波数で動作する増幅器として、一つの広帯域増幅器を用いることが考えられる。端末装置に占める増幅器の占有面積の点では、周波数の異なる複数の狭帯域増幅器を使用するよりも、一つの広帯域増幅器を使用するほうが好ましい。

しかしながら、広帯域増幅器ではその帯域内で妨害波が入力された場合、所望の通信システムの信号とともに妨害波も増幅してしまうため、通信システムの利用に悪影響を及ぼすという欠点がある。以上の欠点に対応するために、単一の増幅器において整合回路内に設けたスイッチやバラクタダイオードオンオフ切り換えや容量を可変することで、動作周波数を変える周波数切り換え増幅器が提案されている。これらの増幅器は、一般には狭帯域であり、使用する通信システムの数(周波数の数)に応じてスイッチで整合回路を切り換えるため、スイッチ等の数が多くなる。これはスイッチによる損失を増大させることにつながり、増幅器の効率低下やサイズが大きくなるという問題がある。

通信の耐妨害性の向上と、装置の小型化を両立するためには、動作周波数を切り換えると共に、動作する帯域幅広帯域にしたり狭帯域にしたりすることが可能な周波数ならびに帯域幅を切り換える増幅器が必要になる。重要度の高い通信システムを利用する場合は、妨害波の影響を小さくするために狭帯域特性を用いて、他の通信システムを利用する場合は、広帯域特性を用いるとよい。

従来の周波数切り換え増幅器について図面を参照しながら説明する。図15は、従来の周波数切り換え増幅器の構成を示す図である(例えば、特許文献1参照)。

図15に示すように、従来の周波数切り換え増幅器は、トランジスタ増幅回路)、入力マッチング回路入力整合回路)、出力マッチング回路出力整合回路)、帯域(周波数)切換信号生成回路、及び帯域(周波数)表示部で構成されている。出力マッチング回路には、可変容量可変インダクタを設置している。

帯域(周波数)切換信号生成回路は、トランジスタの出力信号の一部が入力され、その周波数に応じて2つの出力信号(線)を、いずれか一方あるいは両方のオン/オフを切り換える。これにより、2つのピンダイオードのオン/オフが切り換わり、整合回路における並列接続された3つのコンデンサ(3つのコンデンサのうち、2つのコンデンサがそれぞれ2つのピンダイオードに直列に接続されている)の合成容量が変化する。これにより、増幅器の動作周波数が切り換わる。

他の従来の周波数切り換え増幅器について図面を参照しながら説明する。図16は、他の従来の周波数切り換え増幅器の構成を示す図である(例えば、特許文献2参照)。

図16に示すように、他の従来の周波数切り換え増幅器の出力整合回路において、出力整合回路の信号線路並列に接続されている容量に直列に接続された可変容量ダイオードを接続し、抵抗を介して電源に接続されている。また、出力整合回路の信号線路のインダクタに並列に可変容量ダイオードを接続し、抵抗を介して電源に接続されている。

他の従来の周波数切り換え増幅器の出力整合回路において、可変容量ダイオードD1の容量を調整して整合回路の容量値を可変して、可変容量ダイオードD2の容量を調整して整合回路のインダクタンスを可変することにより、周波数可変を実現している。

特開平11−97945号公報
特開平10−224157号公報

概要

周波数帯域幅を変化させることができ、かつ大きなRF信号が入力される場合でも素子値が一定で歪まない周波数・帯域幅切り換え増幅器を得る。入力整合回路網100と、FET200と、出力整合回路網300とを設けた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、入力整合回路網100、出力整合回路網300の少なくとも一方は、縦続接続された第1及び第2のハイパスフィルタ回路網10、20を有し、第1及び第2のハイパスフィルタ回路網10、20は、信号線路に対して直列接続された容量11、21と、信号線路に対して並列接続されたインダクタ13、23とをそれぞれ含み、第1のハイパスフィルタ回路網10は、容量11に並列接続された第1のスイッチ12をさらに含み、第2のハイパスフィルタ回路網20は、前記信号線路及びインダクタ23の間に接続された第2のスイッチ22をさらに含む。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
4件

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請求項1

増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを備えた周波数帯域幅切り換え増幅器であって、前記入整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続された第1及び第2のハイパスフィルタ回路網を有し、前記第1及び第2のハイパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続された容量と、前記信号線路に対して並列接続されたインダクタとをそれぞれ含み、前記第1のハイパスフィルタ回路網は、前記容量に並列接続された第1のスイッチをさらに含むとともに、前記第2のハイパスフィルタ回路網は、前記信号線路及び前記インダクタの間に接続された第2のスイッチをさらに含むことを特徴とする周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項2

増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを備えた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、前記入力整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続された第1及び第2のローパスフィルタ回路網を有し、前記第1及び第2のローパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続されたインダクタと、前記信号線路に対して並列接続された容量とをそれぞれ含み、前記第1のローパスフィルタ回路網は、前記インダクタに並列接続された第1のスイッチをさらに含むとともに、前記第2のローパスフィルタ回路網は、前記信号線路及び前記容量の間に接続された第2のスイッチをさらに含むことを特徴とする周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項3

増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを備えた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、前記入力整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続されたハイパスフィルタ回路網及びローパスフィルタ回路網を有し、前記ハイパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続された第1の容量と、前記信号線路に対して並列接続された第1のインダクタとを含むとともに、前記ローパスフィルタ回路網は、前記信号線路に対して直列接続された第2のインダクタと、前記信号線路に対して並列接続された第2の容量と、前記信号線路及び前記第2の容量の間に接続されたスイッチとを含むことを特徴とする周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項4

増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを備えた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、前記入力整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続されたハイパスフィルタ回路網及びローパスフィルタ回路網を有し、前記ハイパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続された第1の容量と、前記信号線路に対して並列接続された第1のインダクタと、前記第1の容量に並列接続されたスイッチとを含むとともに、前記ローパスフィルタ回路網は、前記信号線路に対して直列接続された第2のインダクタと、前記信号線路に対して並列接続された第2の容量とを含むことを特徴とする周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項5

増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを備えた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、前記入力整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続されたローパスフィルタ回路網及びハイパスフィルタ回路網を有し、前記ローパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続された第1のインダクタと、前記信号線路に対して並列接続された第1の容量とを含むとともに、前記ハイパスフィルタ回路網は、前記信号線路に対して直列接続された第2の容量と、前記信号線路に対して並列接続された第2のインダクタと、前記信号線路及び前記第2のインダクタの間に接続されたスイッチとを含むことを特徴とする周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項6

増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを備えた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、前記入力整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続されたローパスフィルタ回路網及びハイパスフィルタ回路網を有し、前記ローパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続された第1のインダクタと、前記信号線路に対して並列接続された第1の容量と、前記第1のインダクタに並列接続されたスイッチとを含むとともに、前記ハイパスフィルタ回路網は、前記信号線路に対して直列接続された第2の容量と、前記信号線路に対して並列接続された第2のインダクタとを含むことを特徴とする周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項7

前記第1のスイッチ、前記第2のスイッチ、又は前記スイッチは、メカニカルスイッチ半導体スイッチのいずれか一方であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかに記載の周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項8

前記インダクタ、前記第1のインダクタ、又は前記第2のインダクタは、線路ワイヤのいずれか一方であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかに記載の周波数・帯域幅切り換え増幅器。

請求項9

前記容量、前記第1の容量、又は前記第2の容量は、スタブ結合線路のいずれか一方であることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかに記載の周波数・帯域幅切り換え増幅器。

技術分野

0001

この発明は、周波数帯域幅を変化させることができ、かつ大きなRF信号が入力される場合でも素子値が一定で歪まない周波数帯域幅切り換え増幅器に関するものである。

背景技術

0002

単一の携帯端末で、無線LANやWCDMAやBlueTooth等の複数の通信ステムを利用するためには、端末用高周波アナログ回路(例えば増幅器)には各々の通信システムの周波数(高周波)で動作することが要求されている。現状では、単一の携帯端末で、動作周波数が異なる複数の増幅器をスイッチ等で切り換えることにより、各通信システム用として動作させることが行われている。しかしながら、通信システムの数が多くなると、必要となる増幅器の数も多くなり、全体としてのサイズが大きくなる欠点がある。この欠点を解決するため、複数の周波数で動作する増幅器として、一つの広帯域増幅器を用いることが考えられる。端末装置に占める増幅器の占有面積の点では、周波数の異なる複数の狭帯域増幅器を使用するよりも、一つの広帯域増幅器を使用するほうが好ましい。

0003

しかしながら、広帯域増幅器ではその帯域内で妨害波が入力された場合、所望の通信システムの信号とともに妨害波も増幅してしまうため、通信システムの利用に悪影響を及ぼすという欠点がある。以上の欠点に対応するために、単一の増幅器において整合回路内に設けたスイッチやバラクタダイオードオンオフ切り換えや容量を可変することで、動作周波数を変える周波数切り換え増幅器が提案されている。これらの増幅器は、一般には狭帯域であり、使用する通信システムの数(周波数の数)に応じてスイッチで整合回路を切り換えるため、スイッチ等の数が多くなる。これはスイッチによる損失を増大させることにつながり、増幅器の効率低下やサイズが大きくなるという問題がある。

0004

通信の耐妨害性の向上と、装置の小型化を両立するためには、動作周波数を切り換えると共に、動作する帯域幅広帯域にしたり狭帯域にしたりすることが可能な周波数ならびに帯域幅を切り換える増幅器が必要になる。重要度の高い通信システムを利用する場合は、妨害波の影響を小さくするために狭帯域特性を用いて、他の通信システムを利用する場合は、広帯域特性を用いるとよい。

0005

従来の周波数切り換え増幅器について図面を参照しながら説明する。図15は、従来の周波数切り換え増幅器の構成を示す図である(例えば、特許文献1参照)。

0006

図15に示すように、従来の周波数切り換え増幅器は、トランジスタ増幅回路)、入力マッチング回路入力整合回路)、出力マッチング回路出力整合回路)、帯域(周波数)切換信号生成回路、及び帯域(周波数)表示部で構成されている。出力マッチング回路には、可変容量可変インダクタを設置している。

0007

帯域(周波数)切換信号生成回路は、トランジスタの出力信号の一部が入力され、その周波数に応じて2つの出力信号(線)を、いずれか一方あるいは両方のオン/オフを切り換える。これにより、2つのピンダイオードのオン/オフが切り換わり、整合回路における並列接続された3つのコンデンサ(3つのコンデンサのうち、2つのコンデンサがそれぞれ2つのピンダイオードに直列に接続されている)の合成容量が変化する。これにより、増幅器の動作周波数が切り換わる。

0008

他の従来の周波数切り換え増幅器について図面を参照しながら説明する。図16は、他の従来の周波数切り換え増幅器の構成を示す図である(例えば、特許文献2参照)。

0009

図16に示すように、他の従来の周波数切り換え増幅器の出力整合回路において、出力整合回路の信号線路並列に接続されている容量に直列に接続された可変容量ダイオードを接続し、抵抗を介して電源に接続されている。また、出力整合回路の信号線路のインダクタに並列に可変容量ダイオードを接続し、抵抗を介して電源に接続されている。

0010

他の従来の周波数切り換え増幅器の出力整合回路において、可変容量ダイオードD1の容量を調整して整合回路の容量値を可変して、可変容量ダイオードD2の容量を調整して整合回路のインダクタンスを可変することにより、周波数可変を実現している。

0011

特開平11−97945号公報
特開平10−224157号公報

発明が解決しようとする課題

0012

上述したような従来の周波数切り換え増幅器では、増幅器の整合回路の段数が変わっていないために帯域幅が変化せず、広帯域特性と狭帯域特性を切り替えることができないという問題点があった。

0013

また、他の従来の周波数切り換え増幅器の出力整合回路では、可変容量ならびに可変インダクタは、RF信号により容量値ならびにインダクタンスが変化して、高周波信号が歪むなどの問題点があった。

0014

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、周波数帯域幅を変化させることができ、かつ大きなRF信号が入力される場合でも素子値が一定で歪まない周波数・帯域幅切り換え増幅器を得るものである。

課題を解決するための手段

0015

この発明に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器は、増幅回路と、前記増幅回路の入力側に接続された入力整合回路網と、前記増幅回路の出力側に接続された出力整合回路網とを設けた周波数・帯域幅切り換え増幅器であって、前記入整合回路網、前記出力整合回路網の少なくとも一方は、縦続接続された第1及び第2のハイパスフィルタ回路網を有し、前記第1及び第2のハイパスフィルタ回路網は、信号線路に対して直列接続された容量と、前記信号線路に対して並列接続されたインダクタとをそれぞれ含み、前記第1のハイパスフィルタ回路網は、前記容量に並列接続された第1のスイッチをさらに含むとともに、前記第2のハイパスフィルタ回路網は、前記信号線路及び前記インダクタの間に接続された第2のスイッチをさらに含むものである。

発明の効果

0016

この発明に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器は、周波数帯域幅を変化させることができ、かつ大きなRF信号が入力される場合でも素子値が一定で歪まないという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態

0017

実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の回路構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

0018

図1において、この実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器は、入力整合回路網100と、FET(増幅回路)200と、出力整合回路網300とが設けられている。

0019

入力端子1及び出力端子2間に接続された出力整合回路網300は、第1のハイパスフィルタ回路網10と、第2のハイパスフィルタ回路網20とが設けられている。

0020

第1のハイパスフィルタ回路網10は、第1の直列容量11と、第1のスイッチ12と、第1の並列インダクタ13とが設けられている。

0021

第2のハイパスフィルタ回路網20は、第2の直列容量21と、第2のスイッチ22と、第2の並列インダクタ23とが設けられている。

0022

第1の直列容量11の容量値はC1、第1の並列インダクタ13のインダクタンスはL1、第2の直列容量21の容量値はC2、第2の並列インダクタ23のインダクタンスはL2である。また、入力端子1からFET200側を見た実数インピーダンスはZL、出力端子2から出力側を見た実数インピーダンスはZ0である。

0023

なお、入力整合回路網100は、回路構成が図示されていないが、出力整合回路網300と同じである。

0024

つぎに、この実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。

0025

この実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器は、図2に示すように、広帯域特性と狭帯域特性を有する。周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合には、入力整合回路網100と出力整合回路網300の2つの第2のスイッチ22をオン状態にして、2つの第1のスイッチ12をオフ状態にすることにより、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、入力整合回路網100と出力整合回路網300の2つの第2のスイッチ22をオフ状態にして、2つの第1のスイッチ12をオン状態にすることにより、狭帯域特性を得ることができる。

0026

この実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器において、広帯域特性と狭帯域特性が切り替わることを確認する。図2に、ZL=5Ω、Z0=50Ωとした場合に、広帯域特性として周波数帯域3.2GHz〜4.0GHzまでの広帯域にわたって整合がとれるように、また、狭帯域特性として1.9GHzで整合がとれるように設計した出力整合回路網300の出力反射を示す。

0027

このとき、周波数・帯域幅切り換え増幅器の出力整合回路網300の回路素子11、13、21、23の値は、式(1)、(2)、(3)、(4)を満たし、C1=1.53pF、L1=1.41nH、C2=5.69pF、L2=0.38nHとなる。また、狭帯域特性の整合周波数f2と広帯域特性の整合周波数f1は式(5)を満たす。

0028

図2に示すように、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、第2のスイッチ22がオン状態であり、かつ第1のスイッチ12がオフ状態である時、整合回路素子11、13、21、23は、−20dBで、3.13GHzから4.10GHzまでの広帯域のRF信号を通過させている。また、第2のスイッチ22をオン状態からオフ状態にして、かつ第1のスイッチ12をオフ状態からオン状態にすると、1.87GHzの狭帯域の信号のみを通過させている。

0029

これにより、第2のハイパスフィルタ回路網20の並列インダクタ23と直列に挿入した第2のスイッチ22と、かつ第1のハイパスフィルタ回路網10の直列容量11と並列に挿入した第1のスイッチ12のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わっていることが確認できる。なお、入力整合回路網100と出力整合回路網300の両方が、図1の右側の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図1の右側の回路構成を有していても同様の効果を奏する。

0030

0031

実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図3及び図4を参照しながら説明する。図3は、この発明の実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0032

図3において、この実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のローパスフィルタ回路網30と、第2のローパスフィルタ回路網40とが設けられている。

0033

第1のローパスフィルタ回路網30は、第1の直列インダクタ31と、第1のスイッチ32と、第1の並列容量33とが設けられている。

0034

第2のローパスフィルタ回路網40は、第2の直列インダクタ41と、第2のスイッチ42と、第2の並列容量43とが設けられている。

0035

第1の並列容量33の容量値はC1、第1の直列インダクタ31のインダクタンスはL1、第2の並列容量43の容量値はC2、第2の直列インダクタ41のインダクタンスはL2である。また、入力端子1から入力側を見た実数インピーダンスはZL、出力端子2から出力側を見た実数インピーダンスはZ0である。

0036

つぎに、この実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図4は、この発明の実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。

0037

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、第2のスイッチ42をオン状態にして、第1のスイッチ32をオフ状態にすることにより、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、第2のスイッチ42をオフ状態にして、第1のスイッチ32をオン状態にすることにより、狭帯域特性を得ることができる。

0038

この実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が切り替わることを確認する。図4に、ZL=5Ω、Z0=50Ωとした場合に、広帯域特性として周波数帯域1.8GHz〜3.0GHzまでの広帯域にわたって整合がとれるように、狭帯域特性として4.0GHzで整合がとれるように設計した整合回路の出力反射を示す。

0039

このとき、周波数・帯域可変増幅器の整合回路の回路素子33、31、43、41の値は、式(6)、(7)、(8)、(9)を満たし、C1=2.32pF、L1=1.70nH、C2=6.74pF、L2=0.60nHとなる。また、狭帯域特性の整合周波数f2と広帯域特性の整合周波数f1は式(10)を満たす。

0040

図4に示すように、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、第2のスイッチ42がオン状態であり、かつ第1のスイッチ32がオフ状態である時、整合回路素子33、31、43、41は、−10dBで、1.70GHzから3.18GHzまでの広帯域のRF信号を通過させている。また、第2のスイッチ42をオン状態からオフ状態にして、かつ第1のスイッチ32をオフ状態からオン状態にすると、4.0GHzの狭帯域の信号のみを通過させている。

0041

これにより、第2のローパスフィルタ回路網40の第2の並列容量43と直列に挿入した第2のスイッチ42と、かつ第1のローパスフィルタ回路網30の第1の直列インダクタ31と並列に挿入した第1のスイッチ32のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わっていることが確認できる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図3の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図3の回路構成を有していても同様の効果を奏する。

0042

0043

実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図5及び図6を参照しながら説明する。図5は、この発明の実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0044

図5において、この実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のハイパスフィルタ回路網10と、第2のローパスフィルタ回路網40とが設けられている。

0045

第1のハイパスフィルタ回路網10は、第1の直列容量11と、第1の並列インダクタ13とが設けられている。

0046

第2のローパスフィルタ回路網40は、第2の直列インダクタ41と、第2のスイッチ42と、第2の並列容量43とが設けられている。

0047

第1の直列容量11の容量値はC1、第1の並列インダクタ13のインダクタンスはL1、第2の並列容量43の容量値はC2、第2の直列インダクタ41のインダクタンスはL2である。また、入力端子1から入力側を見た実数インピーダンスはZL、出力端子2から出力側を見た実数インピーダンスはZ0である。

0048

つぎに、この実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。

0049

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、第2のスイッチ42をオン状態にすることにより、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、第2のスイッチ42をオフ状態にすることにより、狭帯域特性を得ることができる。

0050

図6は、この実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が切り替わることを確認することを目的として、ZL=15Ω、Z0=50Ωとした場合に、広帯域特性として周波数帯域2.0GHz〜3.5GHzまでの広帯域にわたって整合がとれるように、狭帯域特性として1.8GHzで整合がとれるように設計した整合回路の出力反射を示す。

0051

このとき、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路の回路素子11、13、43、41の値は、式(11)、(12)、(13)、(14)を満たし、C1=3.06pF、
L1=3.27nH、C2=1.79pF、L2=0.55nHとなる。また、狭帯域特性の整合周波数f2と広帯域特性の整合周波数f1は式(15)を満たす。

0052

図6に示すように、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、第2のスイッチ42がオン状態である時、整合回路素子11、13、43、41は、−15dBで、1.8GHzから3.6GHzまでの広帯域のRF信号を通過させている。また、第2のスイッチ42をオン状態からオフ状態にすると、1.8GHzの狭帯域の信号のみを通過させている。

0053

これにより、第2のローパスフィルタ回路網40の並列容量43と直列に挿入した第2のスイッチ42のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わっていることが確認できる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図5の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図5の回路構成を有していても同様の効果を奏する。

0054

0055

実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図7及び図8を参照しながら説明する。図7は、この発明の実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0056

図7において、この実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のハイパスフィルタ回路網10と、第2のローパスフィルタ回路網40とが設けられている。

0057

第1のハイパスフィルタ回路網10は、第1の直列容量11と、第1のスイッチ12と、第1の並列インダクタ13とが設けられている。

0058

第2のローパスフィルタ回路網40は、第2の直列インダクタ41と、第2の並列容量43とが設けられている。

0059

第1の直列容量11の容量値はC1、第1の並列インダクタ13のインダクタンスはL1、第2の並列容量43の容量値はC2、第2の直列インダクタ41のインダクタンスはL2である。また、入力端子1から入力側を見た実数インピーダンスはZL、出力端子2から出力側を見た実数インピーダンスはZ0である。

0060

つぎに、この実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図8は、この発明の実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。

0061

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、第1のスイッチ12をオフ状態にすることにより、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、第1のスイッチ12をオン状態にすることにより、狭帯域特性を得ることができる。

0062

図8は、この実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が切り替わることを確認することを目的として、ZL=15Ω、Z0=50Ωとした場合に、広帯域特性として周波数帯域1.8GHz〜3.0GHzまでの広帯域にわたって整合がとれるように、狭帯域特性として3.2GHzで整合がとれるように設計した整合回路の出力反射を示す。

0063

このとき、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路の回路素子11、13、43、41の値は、式(16)、(17)、(18)、(19)を満たし、C1=2.63pF、L1=4.08nH、C2=1.96pF、L2=1.07nHとなる。また、狭帯域特性の整合周波数f2と広帯域特性の整合周波数f1は、式(20)を満たす。

0064

図8に示すように、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、第1のスイッチ12がオフ状態である時、整合回路素子11、13、43、41は、−15dBで、1.72GHzから3.1GHzまでの広帯域のRF信号を通過させている。また、第1のスイッチ12をオフ状態からオン状態にすると、3.2GHzの狭帯域の信号のみを通過させている。

0065

これにより、第1のハイパスフィルタ回路網10の直列容量11と並列に挿入した第1のスイッチ12のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わっていることが確認できる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図7の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図7の回路構成を有していても同様の効果を奏する。

0066

0067

実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図9及び図10を参照しながら説明する。図9は、この発明の実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0068

図9において、この実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のローパスフィルタ回路網30と、第2のハイパスフィルタ回路網20とが設けられている。

0069

第1のローパスフィルタ回路網30は、第1の直列インダクタ31と、第1の並列容量33とが設けられている。

0070

第2のハイパスフィルタ回路網20は、第2の直列容量21と、第2のスイッチ22と、第2の並列インダクタ23とが設けられている。

0071

第1の並列容量33の容量値はC1、第1の直列インダクタ31のインダクタンスはL1、第2の直列容量21の容量値はC2、第2の並列インダクタ23のインダクタンスはL2である。また、入力端子1から入力側を見た実数インピーダンスはZL、出力端子2から出力側を見た実数インピーダンスはZ0である。

0072

つぎに、この実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図10は、この発明の実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。

0073

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、第2のスイッチ22をオン状態にすることにより、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、第2のスイッチ22をオフ状態にすることにより、狭帯域特性を得ることができる。

0074

図10は、この実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が切り替わることを確認することを目的として、ZL=20Ω、Z0=50Ωとした場合に、広帯域特性として周波数帯域1.0GHz〜2.2GHzまでの広帯域にわたって整合がとれるように、狭帯域特性として2.4GHzで整合がとれるように設計した整合回路の出力反射を示す。

0075

このとき、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路の回路素子33、31、21、23の値は、式(21)、(22)、(23)、(24)を満たし、C1=1.63pF、L1=2.20nH、C2=8.04pF、L2=4.80nHとなる。また、狭帯域特性の整合周波数f2と広帯域特性の整合周波数f1は、式(25)を満たす。

0076

図10に示すように、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、第2のスイッチ22がオン状態である時、整合回路素子33、31、21、23は、−20dBで、1.0GHzから2.2GHzまでの広帯域のRF信号を通過させている。また、第2のスイッチ22をオン状態からオフ状態にすると、2.4GHzの狭帯域の信号のみを通過させている。

0077

これにより、第2のハイパスフィルタ回路網20の並列インダクタ23と直列に挿入した第2のスイッチ22のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わっていることが確認できる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図9の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図9の回路構成を有していても同様の効果を奏する。

0078

0079

実施の形態6.
この発明の実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図11及び図12を参照しながら説明する。図11は、この発明の実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0080

図11において、この実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のローパスフィルタ回路網30と、第2のハイパスフィルタ回路網20とが設けられている。

0081

第1のローパスフィルタ回路網30は、第1の直列インダクタ31と、第1のスイッチ32と、第1の並列容量33とが設けられている。

0082

第2のハイパスフィルタ回路網20は、第2の直列容量21と、第2の並列インダクタ23とが設けられている。

0083

第1の並列容量33の容量値はC1、第1の直列インダクタ31のインダクタンスはL1、第2の直列容量21の容量値はC2、第2の並列インダクタ23のインダクタンスはL2である。また、入力端子1から入力側を見た実数インピーダンスはZL、出力端子2から出力側を見た実数インピーダンスはZ0である。

0084

つぎに、この実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。図12は、この発明の実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。

0085

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、第1のスイッチ32をオフ状態にすることにより、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、第1のスイッチ32をオン状態にすることにより、狭帯域特性を得ることができる。

0086

図12は、この実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が切り替わることを確認することを目的として、ZL=15Ω、Z0=50Ωとした場合に、広帯域特性として周波数帯域1.5GHz〜2.4GHzまでの広帯域にわたって整合がとれるように、狭帯域特性として1.37GHzで整合がとれるように設計した整合回路の出力反射を示す。

0087

このとき、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路の回路素子33、31、21、23の値は、式(26)、(27)、(28)、(29)を満たし、C1=1.33pF、L1=2.41nH、C2=5.30pF、L2=2.93nHとなる。また、狭帯域特性の整合周波数f2と広帯域特性の整合周波数f1は、式(30)を満たす。

0088

図12に示すように、周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、第1のスイッチ32がオフ状態である時、整合回路素子33、31、21、23は、−15dBで、1.5GHzから2.4GHzまでの広帯域のRF信号を通過させている。また、第1のスイッチ32をオフ状態からオン状態にすると、1.37GHzの狭帯域の信号のみを通過させている。

0089

これにより、第1のローパスフィルタ回路網30の直列インダクタ31と並列に挿入した第1のスイッチ32のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器において広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わっていることが確認できる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図11の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図11の回路構成を有していても同様の効果を奏する。

0090

0091

実施の形態7.
この発明の実施の形態7に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図13を参照しながら説明する。図13は、この発明の実施の形態7に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0092

図13において、この実施の形態7に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のハイパスフィルタ回路網10と、第2のハイパスフィルタ回路網20と、信号線路に対して並列接続された抵抗4と直列接続された電源3とが設けられている。

0093

第1のハイパスフィルタ回路網10は、第1の直列容量11と、第1のピンダイオード14と、第1の並列インダクタ13とが設けられている。

0094

第2のハイパスフィルタ回路網20は、第2の直列容量21と、第2のピンダイオード24と、第2の並列インダクタ23とが設けられている。

0095

この実施の形態7は、上記実施の形態1の周波数・帯域切り換え増幅器の整合回路のスイッチに、ピンダイオードを適用したものである。第2のピンダイオード24は、第2の並列インダクタ23と直列に、かつグランドから信号線路への方向が順方向になるように接続する。また、第1のピンダイオード14は、第1の直列容量11と並列に、かつ整合回路の入力端子1から整合回路の出力端子2への方向が順方向になるように接続する。

0096

つぎに、この実施の形態7に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。

0097

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、電源3より整合回路にマイナス電圧印加することにより、第2のピンダイオード24がオン状態になり、第1のピンダイオード14がオフ状態になるので、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、電源3より整合回路にプラスの電圧を印加することにより、第2のピンダイオード24がオフ状態になり、第1のピンダイオード14がオン状態になるので、狭帯域特性を得ることができる。

0098

これにより、第2のハイパスフィルタ回路網20の第2の並列インダクタ23と直列に挿入した第2のピンダイオード24、並びに第1のハイパスフィルタ回路網10の第1の直列容量11と並列に挿入した第1のピンダイオード14のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図13の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図13の回路構成を有していても同様の効果を奏する。また、この実施の形態7は、上記の実施の形態2〜6にも適用できることは言うまでもない。さらに、スイッチとしてピンダイオードだけでなく、ピンダイオード、MEMSスイッチなどのメカニカルスイッチや、トランジスタ(FET)スイッチなどの半導体スイッチを用いてもよく、FETスイッチを用いた例は次の実施の形態8で説明する。

0099

実施の形態8.
この発明の実施の形態8に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器について図14を参照しながら説明する。図14は、この発明の実施の形態8に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。

0100

図14において、この実施の形態8に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の整合回路は、入力端子1と出力端子2の間に、第1のハイパスフィルタ回路網10と、第2のハイパスフィルタ回路網20と、第1の電源3に接続されたインバータ回路網50とが設けられている。

0101

第1のハイパスフィルタ回路網10は、第1の直列容量11と、第1のFET15と、第1の並列インダクタ13とが設けられている。

0102

第2のハイパスフィルタ回路網20は、第2の直列容量21と、第2のFET25と、第2の並列インダクタ23とが設けられている。

0103

インバータ回路網50は、pMOSトランジスタ51と、nMOSトランジスタ52と、第2の電源5とが設けられている。

0104

この実施の形態8は、上記実施の形態1の周波数・帯域切り換え増幅器の整合回路のスイッチに、FETを適用したものである。第2の電源5は、常に、pMOSトランジスタ51と、nMOSトランジスタ52の動作電圧を印加する。

0105

つぎに、この実施の形態7に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の動作について図面を参照しながら説明する。

0106

周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性を使用する場合、第1の電源3よりpMOSトランジスタ51とnMOSトランジスタ52にマイナスの電圧を印加することにより、pMOSトランジスタ51はオン状態になり、nMOSトランジスタ52はオフ状態になり、同時に第2のFET25はオン状態になり、第1のFET15はオフ状態になるため、広帯域特性を得ることができる。また、周波数・帯域幅切り換え増幅器の狭帯域特性を使用する場合、第1の電源3よりpMOSトランジスタ51とnMOSトランジスタ52にプラスの電圧を印加することにより、pMOSトランジスタ51はオフ状態になり、nMOSトランジスタ52はオン状態になり、同時に第2のFET25はオフ状態になり、第1のFET15はオン状態になるため、狭帯域特性を得ることができる。

0107

これにより、第2のハイパスフィルタ回路網20の第2の並列インダクタ23と直列に挿入した第2のFET25、並びに第1のハイパスフィルタ回路網10の第1の直列容量11と並列に挿入した第1のFET15のオン/オフを切り換えることで、周波数・帯域幅切り換え増幅器の広帯域特性と狭帯域特性が効果的に切り替わる。なお、入力整合回路網と出力整合回路網の両方が、図14の回路構成を有していることが理想的であるが、片方だけが図14の回路構成を有していても同様の効果を奏する。また、各実施の形態では、インダクタとして線路あるいはワイヤなどを用いることができるともに、容量としてスタブあるいは結合線路などを用いることができる。

図面の簡単な説明

0108

この発明の実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態1に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。
この発明の実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態2に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。
この発明の実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態3に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。
この発明の実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態4に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。
この発明の実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態5に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。
この発明の実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態6に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の広帯域特性と狭帯域特性を示す図である。
この発明の実施の形態7に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
この発明の実施の形態8に係る周波数・帯域幅切り換え増幅器の入力整合回路網及び出力整合回路網の回路構成を示す図である。
従来の周波数切り換え増幅器の構成を示す図である。
他の従来の周波数切り換え増幅器の構成を示す図である。

符号の説明

0109

1入力端子、2出力端子、3電源、第1の電源、4抵抗、5 第2の電源、10 第1のハイパスフィルタ回路網、11 第1の直列容量、12 第1のスイッチ、13 第1の並列インダクタ、14 第1のピンダイオード、20 第2のハイパスフィルタ回路網、21 第2の直列容量、22 第2のスイッチ、23 第2の並列インダクタ、24 第2のピンダイオード、30 第1のローパスフィルタ回路網、31 第1の直列インダクタ、32 第1のスイッチ、33 第1の並列容量、40 第2のローパスフィルタ回路網、41 第2の直列インダクタ、42 第2のスイッチ、43 第2の並列容量、50インバータ回路網、51pMOSトランジスタ、52nMOSトランジスタ、100入力整合回路網、200FET、300出力整合回路網。

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