JP2000511739A - 無線受信機及び可制御増幅回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 無線受信機は無線信号増幅用の可制御増幅回路（７）を具えている。この増幅回路（７）は入力電極（５７）を有する増幅素子（５９，６７）及びこれに結合される分圧器を有している。この分圧器はインピーダンス（３，６５）及び制御素子（４９）を具えている。増幅回路（７）は約２００ｋＨｚの周波数を有する信号を増幅するのに適切に使用することができる。制御素子（４９）はＰＩＮダイオード（４９）で構成する。このようにすれば、制御素子（４９）を作動させるのに必要な電力が比較的少なくて済むと云う利点がある。

Description

【発明の詳細な説明】 無線受信機及び可制御増幅回路 本発明は、入力電極を有する増幅素子と、この増幅素子に結合されるインピー ダンス及び制御素子を有する分圧器とを含み、無線信号を増幅する制御回路を具 えている無線受信機に関するものである。 本発明は無線信号を増幅するための可制御増幅回路及び増幅回路における制御 素子としての３層半導体素子の利用法にも関するものである。 斯種の無線受信機はＵＳ−Ａ−２４１７８４４から既知である。無線受信機は 無線信号を増幅するための自動利得制御回路（ＡＧＣ回路）をよく具えている。 このようなＡＧＣ回路の目的は、アンテナによって供給される入力信号の振幅が 極めて変化し、しかも特に、無線受信機と無線送信機との間の距離によって左右 されるから、出力端子に供給される信号の振幅をアンテナにより供給される入力 信号の振幅にほぼ無関係とすることにある。 ＡＧＣ回路は一般に、増幅素子及びこれに接続される制御素子を含む増幅回路 を具えている。増幅回路の利得は入力信号の振幅に応じて、増幅回路の出力端子 に振幅が一定の信号が現われるように制御素子を介して選択される。 上述した米国特許明細書に開示されている無線受信機では、制御素子を温度− 感応抵抗と加熱素子との組合わせから成る間接的に加熱されるサーミスタとして いる。温度−感応抵抗の抵抗値は加熱素子に流す電流を変えることによって間接 的に制御することができる。このようなサーミスタの使用には、このサーミスタ を制御するのに比較的多くの電力を必要とすると云う欠点がある。このために、 従来の無線受信機は、供給電圧を例えばバッテリ又は蓄電池から取り出すように する例の用法にはあまり適していない。従来の無線受信機の他の欠点は、サーミ スタの応答性が低くて、抵抗値を制御するのにかなりの遅延をまねくと云うこと にある。 本発明の目的は、制御素子を作動させるのに比較的少ない電力で済む冒頭にて 述べた種類の無線受信機を提供することにある。 この目的を達成するために、本発明による無線受信機は、前記増幅回路を周波 数が約２００ｋＨｚの信号を増幅するのに適切に使用でき、且つ前記制御素子が ＰＩＮダイオードを含むようにしたことを特徴とする。 制御素子としてＰＩＮダイオードを用いることの利点は、抵抗値を制御するの に必要な電力が比較的少なくて済むと云うことにある。追加の利点は、このよう な構成では、ＰＩＮダイオードの抵抗値を迅速に制御することができると云うこ とにある。 ＰＩＮダイオードは、或る特定の制限周波数以上の全ての周波数に対して、ほ ぼ直線的な伝達特性を呈する制御素子として作用する。抵抗値はＰＩＮダイオー ドを順方向に流れる電流に反比例する。 関連出願ノート９０４（１９６６年２月１５日）には、ＰＩＮダイオードを制 御素子として用いることが記載されている。この報告書には、ＰＩＮダイオード は、このダイオードの少数−キャリヤの寿命が、供給される信号の周波数の逆数 値をかなり越える場合にだけ線形制御素子のように作用すると云うことも記載さ れている。さらにこの出願ノートには、ＰＩＮダイオードを可変抵抗として好適 に使用し得るのはマイクロ波のアプリケーションにおいてだけであると指摘され ている。この場合には、処理すべき信号の周波数は少なくとも１０ＭＨｚとしな ければならない。 ＤＥ−Ｂ−１１３５９６８には、可制御増幅回路が記載されており、これでも ダイオードを制御素子として用いている。しかし、この増幅回路と本発明による 増幅回路とは多数の点で相違する。先ず、使用するダイオードがＰＩＮダイオー ドでなく、第２の相違点は、この増幅回路では普通のダイオードの特性を制御特 性として用いている点にある。さらに前記特許明細書に記載されている方法では 、前記制御特性の非線形特性をトランジスタの非線形伝達特性によって補償し得 るようにしている。 本発明による無線受信機の好適例によれば、ＰＩＮダイオードの少数キャリヤ の寿命を少なくとも２０マイクロ秒とする。このようにすれば、周波数が約２０ ０ｋＨｚの信号をほぼひずみなく転送することができる。 本発明による無線受信機の他の好適例によれば、ＰＩＮダイオードを順方向並 びに逆方向に作動させるように無線受信機を実現する。このようにすることの利 点は、ＰＩＮダイオードのインピーダンスを比較的広範囲にわたって制御し得る ことにある。このために、この例の無線受信機は、出力インピーダンスが実質上 異なる多数の種々のタイプのアンテナと一緒に適切に使用することができる。 以下本発明を実施例につき説明するに、図面中： 図１は本発明による無線受信機のブロック図を示し、 図２は本発明による増幅回路の実施例の回路図を示し、 図３は本発明による増幅回路の他の例の回路図を示し、 図４は本発明による無線受信機に用いる３層半導体素子の製法およ構成を示し ている。 図１に示すような無線受信機は、特に長波及び中波のＡＭ信号（１５０ｋＨｚ 〜１．７ＭＨｚの周波数範囲）を受信するためのものである。このために、前記 無線受信機は無線信号受信用のアンテナ１を具えている。これにて受信した無線 信号は第１帯域通過フィルタ３を経て第１増幅回路７の入力端子５に供給される 。第１帯域通過フィルタ３は、指定された周波数範囲内の信号だけを通して、不 所望な周波数を十分に減衰させるようにする。こうした不所望な周波数は、例ば ＦＭ送信機や、又は幹線の妨害源から生じたりする。 第１増幅回路７によって増幅した信号は、この第１増幅回路の出力端子１１を 経て第２帯域通過フィルタ１３へ供給される。この第２帯域通過フィルタ１３は １００ｋＨｚ〜１．７ＭＨｚの通過範囲を有し、このフィルタは所謂影像周波数 を抑圧する。 第２帯域通過フィルタ１３によってろ波した信号はミクサ１９にて、局部発振 器２１からの信号と混合される。これにて得られる混合信号は１０．７ＭＨｚの 周波数を有する。この混合信号は第３帯域通過フィルタ２３を経て第２増幅回路 ２５へ供給される。前記第３帯域通過フィルタ２３は１０．５５〜１０．８５Ｍ Ｈｚ（１０ｄＢ）の通過範囲を有する。復調器２７では、先ず第２増幅回路２５ によって増幅した信号が４５０ｋＨｚの周波数にミクス−ダウンされ、その後（ ４４５〜４５５ｋＨｚの通過範囲、１０ｄＢで）ろ波されてから復調される。次 いでこの復調信号は第３増幅回路２９によってもう一度増幅されて、最後にスピ ーカ３１へ供給される。 図１に示した無線受信機は、受信した無線信号の利得を自動制御する機構を具 えている。この目的のために、ＡＧＣ検波器１５が第２帯域通過フィルタ１３の 出力端子１７に接続されている。このＡＧＣ検波器１５では、出力信号１７の振 幅を基準信号と比較する。この比較結果に応じて、ＡＧＣ検波器１５は増幅回路 ７の利得を再調整する制御信号９の値を決定する。 ＡＧＣ検波器１５は、出力信号１７の振幅が或る特定のしきい値に達したとき にだけ作動する。出力信号１７の振幅が斯かるしきい値以上となる場合に、この 出力信号１７の振幅はＡＧＣ検波器１５と増幅回路７とによって一定値に維持さ れる。しかし、出力信号１７の振幅が前記しきい値以下の場合には、増幅回路７ はＡＧＣ検波器１５の影響を受けない。 なお、上述した概念は、可同調の入力フィルタを必要とすることなく、周波数 範囲が１５０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの無線受信機を実現するのに適切に用いること ができる。しかし、この場合には、第１中間周波数を上述した無線受信機に用い られるような１０．７ＭＨｚよりも遙かに高い周波数に選定する必要がある。例 えば７０ＭＨｚの第１中間周波数を用いることができる。 図２は図１に示した増幅回路７の一例の回路図を示し、この図２には増幅回路 ７以外に、アンテナ１及び第１帯域通過フィルタ３の回路図も示してある。 帯域通過フィルタ３は、抵抗３３及び４５と、コイル３５、３７、４１及び４ ３と、コンデンサ３９及び４７を組合わせて形成する。図１につき説明したよう に、前記フィルタ３の構成部品の値は、周波数が１５０ｋＨｚ〜１．７ＭＨｚの 範囲内にある信号だけをこのフィルタが通すように選択する。 図２に示した増幅回路７は電界効果トランジスタ形態の増幅素子５９を具えて いる。この増幅素子は、例えばバイポーラトランジスタのような別のもので構成 することもできることは勿論である。ＰＩＮダイオード４９及び可変電流源５１ は相俟って制御素子を形成する。可変電流源５１の制御入力端子９はＡＧＣ検波 器（図１参照）の出力端子に接続する。制御入力端子９における信号の振幅に応 じて、多量又は少量の直流電流が電流源５１によって供給される。このためＰＩ Ｎダイオード４９に流れる電流も変化する。使用される（１５０ｋＨｚ以上の） 信号周波数で、ＰＩＮダイオード４９は可制御抵抗のように作動し、その抵抗値 はＰＩＮダイオード４９に順方向に流れる電流に反比例する。 ＰＩＮダイオード４９と帯域通過フィルタ３の出力インピーダンスとが相俟っ て分圧器を形成する。この分圧器はコンデンサ５３を経て増幅素子５９の入力電 極５７に接続される。コンデンサ５３は、増幅素子５９の入力電極５７が前記分 圧器の両端間にかかる直流電圧から減結合されるようにする。 電界効果トランジスタ５９のバイアス点は抵抗５５によって決定される。増幅 素子５９の入力電極５７に現われる信号は、この増幅素子によって増幅信号に変 換されて、増幅素子の出力端子１１に現われる。増幅回路７にはコイル６１を組 込んで、電界効果トランジスタ５９のドレインにまとまった供給電圧が与えられ るようにする。抵抗６３は増幅回路７の信号周波数に対する利得率を決定する作 用をする。 増幅回路７におけるＰＩＮダイオード４９は順方向並びに逆方向に作動する。 ＡＧＣ検波器１５が不作動状態にある場合には、電流源５１によって電流が供給 れなくなる。正の供給電圧Ｖ２は正の供給電圧Ｖ１よりも大きいので、この場合 におけるＰＩＮダイオード４９は抵抗５０を経て逆方向に作動する。 ＡＧＣ検波器１５がアクティブとなり、作動状態にある場合には、制御信号９ の値に応じた電流が電流源５１によって供給される。この電流が十分に大きい場 合には、抵抗５０間の電圧降下がＰＩＮダイオード４９を順方向に作動させるよ うな大きさとなる。しかし、この電流がＰＩＮダイオード４９を順方向に作動さ せるのには小さ過ぎる場合には、ＰＩＮダイオード４９は逆方向に作動する。 ＡＧＣ検波器１５とＰＩＮダイオード４９とを結合させることにより、ＰＩＮ ダイオードは出力信号１１の振幅をほぼ一定とするように制御される。 図３は図１に示した増幅回路７の他の例の回路図を示し、この図３における増 幅素子は反転増幅器６７により形成する。インピーダンス６５及びＰＩＮダイオ ード４９は分圧器を構成する。増幅素子６７の入力電極５７をこの分圧器に接続 する。この場合にもＰＩＮダイオード４９は制御素子を成し、ＰＩＮダイオード の抵抗値を可変電流源５１を経て制御することができる。この電流源５１はＡＧ Ｃ検波器の出力９によって制御される。 増幅回路７の利得率はインピーダンス６５とＰＩＮダイオード４９の抵抗値と の比によって決定される。 図４は３層半導体素子の製法及び構成を示す。出発材料としては、１１００Ω ｃｍの固有抵抗を有する３８０μｍの厚さのホウ素−ドープシリコンウェハ（Ｐ^- 材料）を用いる。このウェハの片側にホウ素を拡散させる。これによりＣ_s（＝ 表面濃度）が１０¹⁹ｃｍ^-3以上のＰ⁺層６９を形成する。 ウェハの反対側にはリンを３０μｍの深さに拡散する。これによりＣ_sが２・ １０₁₉ｃｍ^-3以上のＮ層７３を形成する。Ｐ⁺層６９とＮ層７３との間に残存す る出発材料のＰ^-層はＩ層とも称される。なお、Ｐ^-層７１の代わりにＮ^-層を用 いることもできる。 前記拡散処理の後に、ウェハを直径が約１ｍｍの結晶体に分割する。適当なエ ッチング処理を用いることによりウェハの上側を下側よりも小さくする。結晶体 の上側と下側の双方は電気接続するために金属化する。 この３層半導体素子の利点は抵抗値の制御範囲が大きくなることにある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．入力電極（５７）を有する増幅素子（５９，６７）と、この増幅素子に結合 されるインピーダンス（３，６５）及び制御素子（４９）を有する分圧器とを 含み、無線信号を増幅する制御回路（７）を具えている無線受信機において、 前記増幅回路（７）を周波数が約２００ｋＨｚの信号を増幅するのに適切に使 用でき、且つ前記制御素子がＰＩＮダイオード（４９）を含むようにしたこと を特徴とする無線受信機。 ２．前記ＰＩＮダイオード（４９）の少数キャリヤの寿命を少なくとも２０マイ クロ秒としたことを特徴とする請求の範囲１に記載の無線受信機。 ３．前記無線受信機を、前記ＰＩＮダイオード（４９）を順方向並びに逆方向に て作動させるように実現したことを特徴とする請求の範囲１又は２に記載の無 線受信機。 ４．入力電極（５７）を有する増幅素子（５９，６７）と、この増幅素子に結合 されるインピーダンス（３，６５）及び制御素子（４９）を有する分圧器とを 具え、無線信号を増幅する可制御増幅回路（７）において、前記増幅回路（７ ）を周波数が約２００ｋＨｚの信号を増幅するのに適切に使用でき、且つ前記 制御素子がＰＩＮダイオード（４９）を含むようにしたことを特徴とする可制 御増幅回路。 ５．前記ＰＩＮダイオード（４９）の少数キャリヤの寿命を少なくとも２０マイ クロ秒としたことを特徴とする請求の範囲４に記載の可制御増幅回路。 ６．前記増幅回路（７）を、前記ＰＩＮダイオード（４９）を順方向並びに逆方 向にて作動させるように実現したことを特徴とする請求の範囲４又は５に記載 の可制御増幅回路。 ７．周波数が約２００ｋＨｚの信号を増幅する増幅回路における制御素子として の３層半導体素子の利用法であって、該半導体素子がＰ層（６９）及びＮ層（ ７３）を具え、これらの層が、これらＰ層及びＮ層における電荷キャリヤの濃 度よりも十分に低い電荷キャリヤ濃度を有する層（７１）によって互いに離間 されるようにした３層半導体素子の、制御素子としての利用法。