JP2005072866A - 温度補償可変減衰器とそれを用いた高周波増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】温度補償特性と所定温度の利得を同時に調整できる温度補償可変減衰器、及びこれを備えた高周波増幅器を提供する。
【解決手段】特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する常温基準バイアス発生部２と、温度補償特性に対応するバイアス電圧を出力する温度補償回路１と、同温度補償回路１と常温基準バイアス発生部２とからの出力をそれぞれ入力して演算し、特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部３と、同バイアス電圧減算部３からの信号を増幅する温度特性調整部５と、任意の利得と対応する電圧を出力する常温利得調整部４と、温度特性調整部５と常温利得調整部４とからの出力電圧を加算し、同加算された電圧を出力するバイアス電圧加算部６と、同バイアス電圧加算部６からの電圧により、入力高周波信号の減衰量を制御する可変減衰器１３２とで温度補償可変減衰器を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、数百メガヘルツ以上の高周波信号を周囲の温度変化に対応して所定の値に減衰させる温度補償可変減衰器と、それを用いた高周波増幅器に関する。

従来の技術を図面を用いて説明する。

図４は従来例の温度補償可変減衰器を示すブロック図、図５は高周波増幅回路の温度−利得特性を示すグラフ、図６は温度に対する可変減衰器のバイアス電圧と減衰量を示すグラフ、図７は高周波増幅回路の理想的な温度−利得特性を示すグラフ、図８は温度補償回路を用いた温度−バイアス電圧特性を示すグラフ、図９は温度補償回路を用いた温度−減衰量特性を示すグラフをそれぞれ示している。

従来、数百メガヘルツ以上の高周波信号を増幅するために用いられている高周波増幅器は、一般的に周囲温度の変化による増幅利得安定性が悪く、例えば図５に示すように周囲温度が高くなるにつれて利得が減少する特性を持っている。このため、−４０℃で所定の利得（３２．５ｄＢ）を得るように設計すると６０℃の場合に約２９ｄＢとなり、３．５ｄＢも出力が低下してしまう問題があり、図７に示すように、全ての温度帯域でフラットとなるような理想的な増幅利得特性にはほど遠い状態であった。

低周波増幅器の場合、増幅器の出力をフィードバックすることにより、増幅回路の利得を一定のレベルに制御可能であるが、数百メガヘルツ以上の比較的高い周波数を取り扱う高周波増幅器は、信号の回り込みに伴う自己発振や、フィードバック信号の検出誤差が大きいため、安価な量産品では実質的に対応できなかった。

このため、温度補償機能を備えた高周波増幅器が考案されており、この高周波増幅器は図４のブロック図で示すように、温度補償回路１３１と可変減衰器１３２と高周波増幅回路１３０とで構成されている。

この可変減衰器１３２は入力端子１０１と出力端子１０２との間にコンデンサ１１１、ＰＩＮダイオ−ド１１２及びコンデンサ１１４の直列回路を接続し、ＰＩＮダイオ−ド１１２とコンデンサ１１４の間とグランドの間に抵抗器１１３を接続し、入力信号Ｖi をＰＩＮダイオ−ド１１２の高周波抵抗値と抵抗器１１３の抵抗値で分割し出力信号Ｖo を出力端子１０２から出力するように構成されている。そして出力信号Ｖo は次段の高周波増幅回路１３０へ入力される。

ＰＩＮダイオ−ド１１２の高周波順抵抗は、順方向に流す制御電流Ｉc （直流）で決まり、制御電流Ｉc の増加に対して高周波抵抗値が減少する特性を示す。従ってＰＩＮダイオ−ド１１２の高周波抵抗値を制御電流Ｉc （直流）の増減で制御し、結果的に高周波増幅回路１３０への高周波入力の信号のレベルを制御するようになっている。

一方、温度補償回路１３１は制御電圧Ｖc が印加された制御端子１０３に、サ−ミスタ１２５と抵抗器１２４の並列回路、可変抵抗器１２３、コンデンサ１２１とをそれぞれ直列に接続して構成されており、可変抵抗器１２３とコンデンサ１２１との接続点から可変減衰器１３２の抵抗器１２２を通してＰＩＮダイオ−ド１１２に制御電流Ｉc を流し、可変抵抗器１２３で制御電流Ｉc を制御することにより、出力信号Ｖo のレベルを制御している。

ここで使用するサ−ミスタの温度−抵抗特性は、負の温度係数を有し温度上昇に対して抵抗値が下がる特性を有している。従って可変減衰器１３２において、サ−ミスタ１２５の特性によりＰＩＮダイオ−ド１１２の高周波抵抗値は、図６のグラフで示すように温度上昇に伴って減少、可変抵抗器１２３で設定した制御電流Ｉc （ＰＩＮダイオ−ド１１２のバイアス電圧）は温度上昇に伴って増加する。これにより、ＰＩＮダイオ−ド１１２の高周波抵抗が減少、出力信号Ｖ０のレベルが増加するので、次段以降に接続された高周波増幅回路の温度上昇に伴う利得の低下が補償される（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、例えば図８のグラフに示すように、温度補償回路１３１の可変抵抗器１２３を調整してＰＩＮダイオ−ド１１２に印加するバイアス電圧( 制御電流Ｉc)を変化させ、所定の温度、例えば２５℃（常温）で所定のバイアス電圧に合わせ込むと、温度特性自体のカーブも変化するため、結果的に図９のグラフに示すように、温度による減衰特性も意図した調整範囲を越えて変化していた。

このため、温度補償特性と所定温度（例えば２５℃）の利得を同時に調整できる温度補償可変減衰器、及びこれを備えた高周波増幅器が求められていた。
特開平１０−３２４４２号公報（第２−３頁、図１）

本発明は以上述べた問題点を解決し、温度補償特性と所定温度（例えば２５℃）の利得を同時に調整できる温度補償可変減衰器、及びこれを備えた高周波増幅器を提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するため、温度補償特性に対応するバイアス電圧を出力する温度補償回路と、前記バイアス電圧に対応して減衰量を可変する可変減衰器を備えた温度補償可変減衰器において、
特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する基準バイアス発生部と、前記温度補償回路と前記基準バイアス発生部とからの出力をそれぞれ入力して演算し、前記特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部と、同バイアス電圧減算部からの信号を増幅する温度特性調整部と、任意に調整された電圧を出力する利得調整部と、前記温度特性調整部と前記利得調整部からの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧により前記減衰量を制御するバイアス電圧加算部とを設ける。

また、前記温度特性調整部の増幅率を任意に変更可能とする。

一方、温度補償特性に対応するバイアス電圧を出力する温度補償回路と、前記バイアス電圧に対応して減衰量を可変する可変減衰器と、同可変減衰器と接続され、高周波信号を増幅する高周波増幅回路とを備えた高周波増幅器において、
特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する基準バイアス発生部と、前記温度補償回路と前記基準バイアス発生部とからの出力をそれぞれ入力して演算し、前記特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部と、同バイアス電圧減算部からの信号を増幅する温度特性調整部と、任意に調整された電圧を出力する利得調整部と、前記温度特性調整部と前記利得調整部からの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧により前記減衰量を制御するバイアス電圧加算部とを設ける。

以上の手段を用いることにより、本発明による温度補償可変減衰器によれば、請求項１に係わる発明は、特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する基準バイアス発生部と、前記温度補償回路と前記基準バイアス発生部とからの出力をそれぞれ入力して演算し、前記特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部と、同バイアス電圧減算部からの信号を増幅する温度特性調整部と、任意に調整された電圧を出力する利得調整部と、前記温度特性調整部と前記利得調整部からの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧により前記減衰量を制御するバイアス電圧加算部とを設けてなることにより、
フィードバック制御による問題点を解決し、所定の温度で所定のバイアス電圧に温度補償特性を変化させずに合わせ込むことができるため、生産工程で所定の減衰量に容易に調整できるので生産性が向上する。

請求項２に係わる発明は、前記温度特性調整部の増幅率を任意に変更可能としているため、回路に使用される部品の温度補償特性の誤差が大きい場合でも、生産工程で簡単に調整できるので生産性が向上する。

一方、本発明による高周波増幅器によれば、請求項３に係わる発明は、特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する基準バイアス発生部と、前記温度補償回路と前記基準バイアス発生部とからの出力をそれぞれ入力して演算し、前記特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部と、同バイアス電圧減算部からの信号を増幅する温度特性調整部と、任意に調整された電圧を出力する利得調整部と、前記温度特性調整部と前記利得調整部からの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧により前記減衰量を制御するバイアス電圧加算部とを設けてなることにより、
温度−利得特性が均一でない高周波増幅回路を用いて高周波増幅器を組み立てても、所定の温度で所定のバイアス電圧に温度補償特性を変化させずに合わせ込むことができるため、生産工程で高周波増幅器を所定の利得に容易に調整できるので生産性が向上する。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。

図１は本発明による温度補償可変減衰器及びこれを備えた高周波増幅器の実施例を示すブロック図、図２は本発明による温度特性調整部によるバイアス電圧特性のグラフ、図３は本発明による温度補償可変減衰器の温度−減衰量の特性を示すグラフである。

図１には高周波信号を入力する温度補償可変減衰器８と、同温度補償可変減衰器８からの信号を増幅する高周波増幅回路１３０とが記載されている。なお従来例と同じ部分については同じ番号を付与し、詳細な説明を省略する。

温度補償可変減衰器８は、特定の温度である常温（２５℃）時に基準となるバイアス電圧（Ｖ１）を出力する常温基準バイアス発生部２と、温度補償特性に対応するバイアス電圧を出力する温度補償回路１と、同温度補償回路１と常温基準バイアス発生部２とからの出力をそれぞれ入力して演算し、特定の温度、例えば常温の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部３と、同バイアス電圧減算部３からの信号を増幅する温度特性調整部５と、任意の利得と対応するように調整された電圧を出力する常温利得調整部４と、温度特性調整部５と常温利得調整部４とからの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧を出力するバイアス電圧加算部６と、同バイアス電圧加算部６からの電圧により、入力された高周波信号の減衰量を制御して出力する可変減衰器１３２とで構成されている。

本願は次の２つの要素から成り立っている。一番目は、特定の温度、例えば常温（２５℃）において減衰量を任意に調整するための回路であり、二番目はこの特定の温度での減衰量を基準として温度補償特性の傾斜を任意に調整するための回路である。

本願では一番目の要素を実現するため、常温時に温度補償回路１からのバイアス電圧をゼロボルトにする差動アンプを用いたバイアス電圧減算部３を備えている。このバイアス電圧減算部３は、端子１ａに印加された定電圧を抵抗１ｂ、抵抗１ｃとサーミスタ１ｄとの並列回路、接地された抵抗１ｅで決定される負の温度特性を備えたバイアス電圧を緩衝増幅するオペアンプ１ｆの出力電圧（Ｖｔｈ）と、端子２ａに印加された定電圧を抵抗２ｂと抵抗２ｃとで決定される常温での基準電圧を緩衝増幅するオペアンプ２ｄの出力電圧（Ｖｏｆｆ）との差を増幅している。

抵抗２ｂと抵抗２ｃとは予めバイアス電圧減算部３の出力電圧が常温時にゼロボルトとなるように決定されている。従って仮に温度特性調整部５の増幅率（α）が１倍とすると、常温時のバイアス電圧加算部６の出力電圧は、端子４ａに印加された定電圧を可変抵抗４ｂと抵抗４ｃとで決定される電圧を緩衝増幅するオペアンプ４ｄの出力電圧（Ｖ１）そのものとなる。

つまり、常温利得調整部４の可変抵抗４ｂの調整により、図２の常温のバイアス電圧ａを任意に上下させることができ、この結果、図３の常温の減衰量ｂを上下させて高周波増幅回路へ入力する高周波信号の大きさを任意に調整することができる。

従って所定の温度で所定のバイアス電圧に温度補償特性を変化させずに合わせ込むことができるため、生産工程で所定の減衰量に容易に調整できるので生産性が向上する。

なお、本実施例では、オペアンプ４ｄとオペアンプ５ｄとがバッファアンプとして動作するため、オペアンプ６ｅの非反転入力にＶ１とＶ２とを入力して加算回路を構成しているが、一般的に使用されるように、オペアンプ６ｅの反転入力にＶ１とＶ２とを入力し、オペアンプ６ｅの後に反転増幅器を追加しても同様の効果が得られる。

次に、本願では二番目の要素を実現するため、バイアス電圧減算部３からの出力を増幅する温度特性調整部５は、増幅率調整用の可変抵抗５ａと信号増幅用のオペアンプ５ｄとを備えている。

可変抵抗５ａを変化させて、増幅率が１倍、２倍、４倍とした場合に、図２及び図３のように、常温の時を中心にして温度補償特性のグラフの傾きが増幅率に対応して変化する。つまり、可変抵抗５ａの調整により、温度補償特性の傾きを任意に調整することができる。

このとき、常温利得調整部４の可変抵抗４ｂによる常温のバイアス電圧ａ及び減衰量ｂと温度補償特性のグラフの傾きとは独立して調整できるため、生産工程での調整が容易となり、生産性が向上する。

図１は本発明による温度補償可変減衰器及びこれを備えた高周波増幅器の実施例を示すブロック図である。なお従来例と同じ部分については同じ番号を付与し、詳細な説明を省略する。

この高周波増幅器は、高周波信号を入力する温度補償可変減衰器８と、同温度補償可変減衰器８からの信号を増幅する高周波増幅回路１３０とで構成されている。

温度補償可変減衰器８は実施例１で説明したものである。このように温度補償可変減衰器８と高周波増幅回路１３０とを組み合わせて使用することにより、温度−利得特性が均一でない高周波増幅回路を用いて高周波増幅器を組み立てても、所定の温度で所定の利得に温度補償特性を変化させずに合わせ込むことができるため、生産工程で高周波増幅器を容易に調整できるので生産性が向上する。

なお、本願は以上の実施例に限るものではなく、可変減衰器や温度補償回路は他の構成でも同様の効果を得ることが出来る。また、可変減衰器を接続する位置は、高周波増幅回路の前だけでなく、後でも、他段接続の段間でも同様の効果を得ることが出来る。

本発明による温度補償可変減衰器及びこれを備えた高周波増幅器の実施例を示すブロック図である。 本発明による温度特性調整部によるバイアス電圧特性のグラフである。 本発明による温度補償可変減衰器の温度−減衰量の特性を示すグラフである。 従来例の温度補償可変減衰器を示すブロック図である。 高周波増幅回路の温度−利得特性を示すグラフである。 温度に対する可変減衰器のバイアス電圧と減衰量を示すグラフである。 高周波増幅回路の理想的な温度−利得特性を示すグラフである。 温度補償回路を用いた温度−バイアス電圧特性を示すグラフである。 温度補償回路を用いた温度−減衰量特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 温度補償回路
１ａ 端子
１ｂ 抵抗
１ｃ 抵抗
１ｄ サーミスタ
１ｅ 抵抗
１ｆ オペアンプ
２ 常温基準バイアス発生部
２ａ 端子
２ｂ 抵抗
２ｃ 抵抗
２ｄ オペアンプ
３ バイアス電圧減算部
３ｅ オペアンプ
４ 常温利得調整部
４ａ 端子
４ｂ 可変抵抗
４ｃ 抵抗
４ｄ オペアンプ
５ 温度特性調整部
５ａ 可変抵抗
５ｂ 抵抗
５ｄ オペアンプ
６ バイアス電圧加算部
６ｅ オペアンプ
８ 温度補償可変減衰器
１３０ 高周波増幅回路
１３２ 可変減衰器

Claims (3)

1. 温度補償特性に対応するバイアス電圧を出力する温度補償回路と、前記バイアス電圧に対応して減衰量を可変する可変減衰器を備えた温度補償可変減衰器において、
   特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する基準バイアス発生部と、前記温度補償回路と前記基準バイアス発生部とからの出力をそれぞれ入力して演算し、前記特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部と、同バイアス電圧減算部からの信号を増幅する温度特性調整部と、任意に調整された電圧を出力する利得調整部と、前記温度特性調整部と前記利得調整部からの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧により前記減衰量を制御するバイアス電圧加算部とを設けてなることを特徴とする温度補償可変減衰器。
2. 前記温度特性調整部の増幅率を任意に変更可能としてなることを特徴とする請求項１記載の温度補償可変減衰器。
3. 温度補償特性に対応するバイアス電圧を出力する温度補償回路と、前記バイアス電圧に対応して減衰量を可変する可変減衰器と、同可変減衰器と接続され、高周波信号を増幅する高周波増幅回路とを備えた高周波増幅器において、
   特定の温度で基準となるバイアス電圧を出力する基準バイアス発生部と、前記温度補償回路と前記基準バイアス発生部とからの出力をそれぞれ入力して演算し、前記特定の温度の時に出力電圧がゼロボルトとなるバイアス電圧減算部と、同バイアス電圧減算部からの信号を増幅する温度特性調整部と、任意に調整された電圧を出力する利得調整部と、前記温度特性調整部と前記利得調整部からの出力電圧をそれぞれ入力して加算し、同加算された電圧により前記減衰量を制御するバイアス電圧加算部とを設けてなることを特徴とする高周波増幅器。

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