JPH09266427A - 多段増幅器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線形動作とリミッティング動作との切り替え
による周波数特性の変動を抑え、かつ低コストな多段増
幅器を実現する。 【解決手段】 増幅器５のバイアス電圧をバイアス電圧
制御回路７により制御可能とし、この増幅器５のバイア
ス電圧と入力用可変減衰器３の減衰量とを互いに同じ方
向に制御することにより、線形動作とリミッティング動
作の切り替えを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、線形動作とリミ
ッティング動作の切り替え機能を持つ多段増幅器におけ
る、特性改善及び低コスト化に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の多段増幅器の一例を示した
ものである。この図において、１は信号入力端子、２は
信号出力端子、３は入力用可変減衰器、４は出力用可変
減衰器、５は増幅器、６は可変減衰器制御回路である。

【０００３】次に動作について説明する。多段増幅器の
入力端子１に印加される入力電力に対し出力端子２から
出力される出力電力の特性は、可変減衰器制御回路６に
より制御される入力用可変減衰器３および出力用可変減
衰器４の減衰量により、図８に示すような特性となる。
まず、入力用可変減衰器３の減衰量が大きく、かつ出力
用可変減衰器４の減衰量が小さい場合、ある特定の入力
電力範囲では複数の増幅器５は飽和せず線形動作を行う
ため、多段増幅器全体としても線形動作を行う。一方、
入力用可変減衰器３の減衰量が小さく、かつ出力用可変
減衰器４の減衰量が大きい場合、上記と同じ入力電力範
囲では複数の増幅器５は完全に飽和しているため、多段
増幅器全体としては出力電力が一定となるリミッティン
グ動作を行う。このように可変減衰器制御回路６により
入力用可変減衰器３および出力用可変減衰器４の減衰量
を制御することにより、線形動作とリミッティング動作
とを切り替えている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の多段増幅器は、
以上のように二つの可変減衰器を制御し線形動作とリミ
ッティング動作とを切り替えていた。一般的に可変減衰
器はピンダイオード等の電圧によりインピーダンスが変
化する素子を用いて構成されることが多いが、減衰量を
切り替えたときに周波数特性が変化してしまうという問
題がある。そのため、前後の回路との整合条件を調整し
周波数特性変動が許容値以下になるように調整する必要
がある。入力用可変減衰器は増幅器の前段に位置するた
め、線形動作時でもリミッティング動作時でも前後に接
続される回路のインピーダンスは一定であり比較的整合
の調整が容易である。一方、出力用可変減衰器は増幅器
の後段に位置し、線形動作時とリミッティング動作時と
では増幅器の出力側インピーダンスが変化するため、両
方の場合に整合を取ることは非常に困難である。結果と
して線形動作時とリミッティング動作時とで周波数特性
が変動するという課題があった。またピンダイオードは
他のトランジスタ等の半導体と比較して高価であるた
め、多段増幅器のコストが高くなるという課題もあっ
た。

【０００５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、線形動作とリミッティング動作と
の切り替えによる周波数特性の変動を抑え、かつ低コス
トを実現することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第一の発明による多段増
幅器は、増幅器のバイアス電圧をバイアス電圧制御回路
により制御可能とし、この増幅器のバイアス電圧制御と
入力用可変減衰器の減衰量制御とを互いに同じ方向に制
御することにより、線形動作とリミッティング動作の切
り替えを行うものである。

【０００７】また、第二の発明による多段増幅器は、利
得可変増幅器とそれを制御する利得可変増幅器制御回
路、およびバイアス電圧制御回路によりバイアス電圧を
制御可能な増幅器を有し、この利得可変増幅器の利得お
よび増幅器のバイアス電圧を互いに逆の方向に制御する
ことにより線形動作とリミッティング動作の切り替えを
行うものである。

【０００８】また、第三の発明による多段増幅器は、等
電力分配器と、入力に固定減衰器が接続された線形用増
幅器と、出力に固定減衰器が接続されたリミッティング
用増幅器と、等電力合成器とを有し、バイアス制御回路
により線形用増幅器及びリミッティング用増幅器に供給
するバイアス電圧を切り替えることにより、線形動作と
リミッティング動作の切り替えを行うものである。

【０００９】また、第四の発明による多段増幅器は、非
等分電力分配器と、線形用増幅器と、リミッティング用
増幅器と、非等分電力合成器とを有し、バイアス制御回
路により線形用増幅器及びリミッティング用増幅器に供
給するバイアス電圧を切り替えることにより、線形動作
とリミッティング動作の切り替えを行うものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１を示した
ものであり、図において１は信号入力端子、２は信号出
力端子、３は入力用可変減衰器、４は出力用可変減衰
器、５は増幅器、６は可変減衰器制御回路、７はバイア
ス電圧制御回路である。

【００１１】一般的なトランジスタ増幅器の入力電力に
対する出力電力の関係を図２に示す。ここで示すバイア
ス電圧とはバイポーラトランジスタの場合はコレクタ電
圧を意味し、電界効果トランジスタの場合はドレイン電
圧を意味する。バイアス電圧が高いほど飽和出力電力が
高くなり増幅器の線形性は強くなる。逆にバイアス電圧
を下げれば飽和出力電力は低くなり、低い入力電力で増
幅器の出力は飽和し出力電力は一定となる。

【００１２】この特性を応用し、可変減衰器３の減衰量
を大きくし増幅器５の入力電力を下げ、かつバイアス電
圧制御回路７により増幅器５のバイアス電圧を高くする
ことにより、多段増幅器に線形動作を行わせることが可
能である。逆に、可変減衰器３の減衰量を小さくし増幅
器５の入力電力を上げ、かつバイアス電圧制御回路７に
より増幅器５のバイアス電圧を低くすることにより、多
段増幅器にリミッティング動作を行わせることが可能で
ある。結果として、多段増幅器の入力端子１に印加され
る入力電力に対し出力端子２から出力される出力電力
は、図８と同様の特性を得ることができる。

【００１３】以上のとおり、本発明では出力用可変減衰
器を用いる必要がないため、線形動作とリミッティング
動作との切り替えによる周波数特性の変動を抑えること
が可能であり、また可変減衰器の個数が一つで済むため
低コストを実現することが可能である。さらに利得を減
衰する部分が一箇所しかないため、同じ利得を得るため
に必要な増幅器の段数を減らすことが可能となり、回路
の小型化、消費電力の低減等の機能改善、およびコスト
のさらなる削減が可能である。

【００１４】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示したものであり、図において８は利得可変増幅
器、９は利得可変増幅器制御回路である。図において図
１と同一番号のものは同一のものを示す。図４はデュア
ルゲートＦＥＴ等を用いた一般的な利得可変増幅器の入
力電力に対する出力電力の関係を示す。利得制御電圧を
外部から制御することにより、増幅器の利得を制御する
ことが可能である。

【００１５】この特性を応用し、利得可変増幅器８の利
得を小さくし後段に接続される増幅器５の入力電力を下
げ、かつバイアス電圧制御回路７により増幅器５のバイ
アス電圧を高くすることにより、多段増幅器に線形動作
を行わせることが可能である。逆に、利得可変増幅器８
の利得を大きくし後段に接続される増幅器５の入力電力
を上げ、かつバイアス電圧制御回路７により増幅器５の
バイアス電圧を低くすることにより、多段増幅器にリミ
ッティング動作を行わせることが可能である。結果とし
て、多段増幅器の入力端子１に印加される入力電力に対
し出力端子２から出力される出力電力は、図８と同様の
特性を得ることができる。

【００１６】以上のとおり、本発明では出力用可変減衰
器を用いる必要がないため、線形動作とリミッティング
動作との切り替えによる周波数特性の変動を抑えること
が可能である。また高価なピンダイオード等をもちいた
可変減衰器を使用しないで済むため低コストを実現する
ことが可能である。さらに利得を減衰する部分がないた
め、同じ利得を得るために必要な増幅器の段数を実施の
形態１よりもさらに減らすことが可能となり、回路の小
型化、消費電力の低減等の機能改善、およびコストのさ
らなる削減が可能である。

【００１７】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３を示したものであり、図において１０は等電力分配
器、１１は等電力合成器、１２はリミッティング用固定
減衰器、１３は線形用固定減衰器、１４はバイアス制御
回路、１５はリミッティング用増幅器、１６は線形増幅
用増幅器である。図において図１と同一番号のものは同
一のものを示す。リミッティング用増幅器１５及び線形
増幅用増幅器１６はバイアス制御回路１４によりどちら
か片方のみ選択され動作状態となる。線形増幅用増幅器
１６が動作状態に設定されている場合、入力信号は等電
力分配器１０により分配された後、線形用固定減衰器１
３で減衰される。その後線形増幅用増幅器１６により線
形増幅され、等電力合成器１１を経由して出力される。
一方、リミッティング用増幅器１５が動作状態に設定さ
れている場合、入力信号は等電力分配器１０により分配
された後、リミッティング用増幅器１５により飽和出力
電力まで増幅され、リミッティング用固定減衰器１２及
び等電力合成器１１を経由して出力される。結果とし
て、バイアス制御回路１４により線形増幅用増幅器１６
及びリミッティング用増幅器１５の動作を切り替えるこ
とにより、多段増幅器の入力端子１に印加される入力電
力に対し出力端子２から出力される出力電力は、図８と
同様の特性を得ることができる。

【００１８】以上のとおり、本発明では可変減衰器を用
いる必要がなく、リミッティング用増幅器と線形増幅用
増幅器とをそれぞれ独立して調整可能なため、線形動作
とリミッティング動作との切り替えによる周波数特性の
変動を抑えることが可能である。また高価なピンダイオ
ード等をもちいた可変減衰器を使用しないで済むため低
コストを実現することが可能である。

【００１９】実施の形態４．図６はこの発明の実施の形
態４を示したものであり、図において１７は非等分電力
分配器、１８は非等分電力合成器である。図において図
５と同一番号のものは同一のものを示す。実施の形態３
と同様に、リミッティング用増幅器１５及び線形増幅用
増幅器１６はバイアス制御回路１４によりどちらか片方
のみ選択され動作状態となる。線形増幅用増幅器１６が
動作状態に設定されている場合、入力信号は非等分電力
分配器１７より分配された後、線形増幅用増幅器１６に
より線形増幅され、非等分電力合成器１８を経由して出
力される。一方、リミッティング用増幅器１５が動作状
態に設定されている場合、入力信号は非等分電力分配器
１７を通過後、リミッティング用増幅器１５により飽和
出力電力まで増幅され、非等分電力合成器１８を経由し
て出力される。結果として、バイアス制御回路１４によ
り線形増幅用増幅器１６及びリミッティング用増幅器１
５の動作を切り替えることにより、多段増幅器の入力端
子１に印加される入力電力に対し出力端子２から出力さ
れる出力電力は、図８と同様の特性を得ることができ
る。

【００２０】以上のとおり、本発明では可変減衰器を用
いる必要がなく、リミッティング用増幅器と線形増幅用
増幅器とをそれぞれ独立して調整可能なため、線形動作
とリミッティング動作との切り替えによる周波数特性の
変動を抑えることが可能である。さらに高価なピンダイ
オード等をもちいた可変減衰器を使用しないで済むため
低コストを実現することが可能である。また非等分電力
分配器および非等分電力合成器により信号を分岐してい
るため、レベル調整用の固定減衰器を用いる必要がない
うえ、同じ利得を得るために必要な増幅器の段数を実施
の形態３と比較して減らし、回路を簡略化することが可
能である。

【００２１】

【発明の効果】第一の発明によれば、可変減衰器の減衰
量と増幅器のバイアス電圧とを互いに同じ方向に制御し
線形動作とリミッティング動作の切り替えを行うことに
より、切り替え時の周波数特性の変動を抑えることが可
能である。また回路の簡略化が実現でき、低コスト化を
実現することが可能である。

【００２２】第二の発明によれば、利得可変増幅器の利
得と増幅器のバイアス電圧とを互いに逆の方向に制御し
線形動作とリミッティング動作の切り替えを行うことに
より、切り替え時の周波数特性の変動を抑えることが可
能である。また回路の簡略化が実現でき、低コスト化を
実現することが可能である。

【００２３】第三の発明によれば、可変減衰器を用いる
必要がなく、リミッティング用増幅器と線形増幅用増幅
器とをそれぞれ独立して調整可能なため、線形動作とリ
ミッティング動作との切り替えによる周波数特性の変動
を抑えることが可能である。また高価なピンダイオード
等をもちいた可変減衰器を使用しないで済むため低コス
トを実現することが可能である。

【００２４】第四の発明によれば、可変減衰器を用いる
必要がなく、リミッティング用増幅器と線形増幅用増幅
器とをそれぞれ独立して調整可能なため、線形動作とリ
ミッティング動作との切り替えによる周波数特性の変動
を抑えることが可能である。さらに高価なピンダイオー
ド等をもちいた可変減衰器を使用しないで済むため低コ
ストを実現することが可能である。また、レベル調整用
の固定減衰器を用いる必要がなく回路の簡略化が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による多段増幅器の実施の形態１を
示す図である。

【図２】 一般的なトランジスタ増幅器の入力電力に対
する出力電力の関係を示す図である。

【図３】 この発明による多段増幅器の実施の形態２を
示す図である。

【図４】 一般的な利得可変増幅器の入力電力に対する
出力電力の関係を示す図である。

【図５】 この発明による多段増幅器の実施の形態３を
示す図である。

【図６】 この発明による多段増幅器の実施の形態４を
示す図である。

【図７】 従来の多段増幅器を示す図である。

【図８】 多段増幅器の入力電力に対する出力電力の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１ 信号入力端子、２ 信号出力端子、３ 入力用可変
減衰器、４ 出力用可変減衰器、５ 増幅器、６ 可変
減衰器制御回路、７ バイアス電圧制御回路、８ 利得
可変増幅器、９ 利得可変増幅器制御回路、１０ 等電
力分配器、１１等電力合成器、１２ リミッティング用
固定減衰器、１３ 線形用固定減衰器、１４ バイアス
制御回路、１５ リミッティング用増幅器、１６ 線形
増幅用増幅器、１７ 非等分電力分配器、１８ 非等分
電力合成器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦列接続された複数個の増幅器と、それ
   らの増幅器のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御
   回路と、前段の増幅器の入力電力を可変可能な可変減衰
   器と、上記可変減衰器の減衰量を設定する可変減衰器制
   御回路とから構成される多段増幅器において、上記増幅
   器のバイアス電圧と可変減衰器の減衰量とを互いに同じ
   方向に制御することにより、線形動作とリミッティング
   動作とを切り替える機能を持つことを特徴とする多段増
   幅器。
2. 【請求項２】 縦列接続された複数個の増幅器と、それ
   らの増幅器のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御
   回路と、前段の増幅器の入力電力を可変可能な利得可変
   増幅器と、上記利得可変増幅器の利得を設定する利得可
   変増幅器制御回路とから構成される多段増幅器におい
   て、上記増幅器のバイアス電圧と利得可変増幅器の利得
   とを互いに逆の方向に制御することにより、線形動作と
   リミッティング動作とを切り替える機能を持つことを特
   徴とする多段増幅器。
3. 【請求項３】 入力電力を等分配する等電力分配器と、
   分配された信号を減衰する線形用固定減衰器と、上記線
   形用固定減衰器の出力を増幅する縦列接続された複数の
   線形増幅用増幅器と、上記等電力分配器の他方の出力信
   号を増幅する縦列接続された複数のリミッティング用増
   幅器と、上記リミッティング用増幅器の出力電力を減衰
   させるリミッティング用固定減衰器と、上記線形増幅用
   増幅器とリミッティング用固定減衰器との出力電力を合
   成する等電力合成器と、上記線形増幅用増幅器及びリミ
   ッティング用増幅器に供給するバイアス電圧を切り替え
   るバイアス制御回路とにより構成される多段増幅器にお
   いて、上記バイアス制御回路により上記線形増幅用増幅
   器とリミッティング用増幅器とを交互に作動させ、線形
   動作とリミッティング動作とを切り替える機能を持つこ
   とを特徴とする多段増幅器。
4. 【請求項４】 入力電力を非等分に分配する非等分電力
   分配器と、分配された片方の信号を増幅する縦列接続さ
   れた複数の線形増幅用増幅器と、上記非等分電力分配器
   の他方の出力信号を増幅する縦列接続された複数のリミ
   ッティング用増幅器と、上記線形増幅用増幅器とリミッ
   ティング用増幅器との出力電力を非等分に合成する非等
   分電力合成器と、上記線形増幅用増幅器及びリミッティ
   ング用増幅器に供給するバイアス電圧を切り替えるバイ
   アス制御回路とにより構成される多段増幅器において、
   上記バイアス電圧制御回路により上記線形増幅用増幅器
   とリミッティング用増幅器とを交互に作動させ、線形動
   作とリミッティング動作とを切り替える機能を持つこと
   を特徴とする多段増幅器。