JP2006121514A - 高周波無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】 受信系のローノイズアンプ(LNA)と送信系のパワーアンプ(PA)として同一構成のアンプを使用して部品種類を削減し、各アンプでの部品の共通化を図ることで、セットの部品点数を削減した高周波無線機を提供する。
【解決手段】 PA１２のバイアス端子には、バイアス設定用電源が直接接続され、LNA１１のバイアス端子には、バイアス用の固定抵抗素子１０１を介してバイアス設定用電源が接続される。これにより、LNAのバイアス端子には、PAのバイアス端子に印加される電源電圧よりも低い電圧が印加され、LNAのアイドル電流は、PAのアイドル電流よりも少なくなり、各アンプのアイドル電流を最適に設定することができ、同一構成のアンプの使用が可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波無線機に関し、特により低価格化なセットを実現する技術に関するものである。

高周波無線機の高周波ブロックにおいては、幾つかのアンプが使用される。送信系のアンプとしては、パワーアンプ（以下、ＰＡと略称する）等、受信系のアンプとしては、ローノイズアンプ（以下、ＬＮＡと略称する）等が挙げられる。これらアンプの取り扱う信号電力Ｐは、Ｐ（ＰＡ）＞Ｐ（ＬＮＡ）であり、消費電流Ｉも通常これに比例してＩ（ＰＡ）＞Ｉ（ＬＮＡ）となる。送信系と受信系とで、アンプの信号電力Ｐおよび消費電流Ｉに差があるため、異なるアンプを用いるのが一般的である。

図６は、従来の高周波無線機における高周波部の概略回路構成図である。図６において、１１０はＬＮＡ、１２０はＰＡ、１３は受信ミキサ、１４は送信ミキサ、１５はアンテナスイッチ、１６は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１７はアンテナフィルタ、１８はアンテナ、２１はＬＮＡバイアス端子、２２はＰＡバイアス端子、２３は中間周波数（ＩＦ）信号出力端子、２４は変調波入力端子である。

次に、このように構成された高周波部における信号の流れについて簡単に説明する。

まず、受信時には、アンテナ１８から信号が受信され、アンテナフィルタ１７、アンテナスイッチ１５を通ってＬＮＡ１１０に入力され、ＬＮＡ１１０で増幅された後、受信ミキサ１３でＶＣＯ１６からの局所発振周波数信号と受信信号がミキシングされ、ダウンコンバートされたＩＦ信号がＩＦ出力端子２３から出力される。

一方、送信時には、変調波入力端子２２から変調波が入力され、送信ミキサ１４でＶＣＯ１６からの局所発振周波数信号と変調波がミキシングされ、アップコンバートされた信号がＰＡ１２０に入力され、ＰＡ１２０でアンテナ出力まで増幅された後、アンテナスイッチ１５、アンテナフィルタ１７を通って、アンテナ１８から出力される。

ＰＡ１２０は、アンテナ１８から空中に電波を放出するため、大信号を取り扱う必要があり、一方、ＬＮＡ１１０は、空中の微弱電力を増幅するため、小信号を取り扱う必要がある。この電力の差のため、一般的にはＬＮＡ１１０とＰＡ１２０として別種の２種類のアンプが使用される。

また、各アンプとして、ゲインが送信系、受信系のレベルダイアを満足する最適なものを選定することができ、レベル調整のためのアッテネータは特に配置する必要がない。
Agilent MGA-61563 Current-Adjustable, Low Noise Amplifier (Data Sheet) 特開平６−１４０８５２号公報

従来の高周波無線機の高周波部には、別構成の２種類のアンプが用いられるため、各アンプを構成する部品は異なり部品点数が多くなる、という問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、受信系のＬＮＡと送信系のＰＡとして同一構成のアンプを使用して部品種類を削減し、各アンプでの部品の共通化を図ることで、セットの部品点数を削減した高周波無線機を提供することにある。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の高周波無線機は、送信系に設けられ、アイドル電流を設定するためにバイアス設定用電源に直接接続されたバイアス端子を有するパワーアンプと、受信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有し、パワーアンプと同一構成を有するローノイズアンプと、一端がローノイズアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子とを備えたものである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第２の高周波無線機は、送信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有するパワーアンプと、一端がパワーアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の可変抵抗素子と、受信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有し、パワーアンプと同一構成を有するローノイズアンプと、一端がローノイズアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子とを備えたものである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る第３の高周波無線機は、送信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有するパワーアンプと、一端がパワーアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子と、パワーアンプのバイアス端子に一端が接続された固定抵抗素子と並列に接続されたバイアス切替用のスイッチと、受信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有し、パワーアンプと同一構成を有するローノイズアンプと、一端がローノイズアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子とを備えたものである。

また、前記の目的を達成するため、本発明に係る第４の高周波無線機は、本発明に係る第１の高周波無線機において、パワーアンプの入力側またはローノイズアンプの出力側に配置されたアッテネータをさらに備えたものである。

さらに、前記の目的を達成するため、本発明に係る第５の高周波無線機は、本発明に係る第１から第４の高周波無線機において、パワーアンプおよびローノイズアンプは、それぞれ直列に接続されて多段構成をなす複数の増幅素子と、入力端がパワーアンプおよびローノイズアンプのバイアス端子に共通に接続され、出力端が各段の増幅素子のバイアス端子に接続された複数のバイアス回路とを備えたものである。この場合、増幅素子ならびにバイアス回路は、バイポーラトランジスタまたは電界効果型トランジスタで構成される。

上記の構成によれば、ローノイズアンプのバイアス端子に接続されるバイアス用の固定抵抗素子のみにより、またはローノイズアンプのバイアス端子に接続されるバイアス用の固定抵抗素子とパワーアンプのバイアス端子に接続されるバイアス用の可変抵抗素子の両方により、あるいはパワーアンプのバイアス端子に接続されるバイアス切替用のスイッチにより、各アンプのアイドル電流をそれぞれ設定することで、出力電力の異なる各アンプを同一構成にすることができる。

本発明によれば、受信系のＬＮＡと送信系のＰＡとして同一構成のアンプを使用して部品種類を削減し、各アンプでの部品の共通化を図ることで、セットの部品点数を削減した高周波無線機を提供することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図である。なお、図１において、従来例の説明で参照した図６と同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

図１において、ＬＮＡ１１とＰＡ１２は同一構成のアンプでバイアス端子を備えており、１０１はＬＮＡ１１のバイアス用の固定抵抗素子であり、固定抵抗素子１０１の一端は、ＬＮＡ１１のバイアス端子に接続され、その他端は、ＬＮＡ外部バイアス端子２１を介してバイアス設定用電源に接続される。その他の構成は、従来例の構成を示す図６と同一である。

ＰＡ１２のバイアス端子には、ＰＡ外部バイアス端子２２を介してバイアス設定用電源が直接接続されるため、電源電圧がそのまま印加される。

ＬＮＡ１１のバイアス端子には、バイアス用の固定抵抗素子１０１が直列に外付けされており、これを介してバイアス設定用電源が接続されるため、電源電圧よりも低い電圧が印加される。つまり、ＬＮＡ１１のバイアス端子には、ＰＡ１２のバイアス端子に印加される電源電圧よりも低い電圧が印加されるため、ＬＮＡ１１のアイドル電流は、ＰＡ１２のアイドル電流よりも少なくなり、ＬＮＡとして必要なより少ないアイドル電流に適合させることが可能である。

また、さらにＬＮＡ１１のバイアス端子にバイアス用の固定抵抗素子１０１を外付けすることにより、バイアス設定用電源（定電圧源）が、定電流源的な特性を有することになり、温度特性の低温時において、ＬＮＡ１１のゲインの低下を防止することもできる。

以上のように、本実施形態の構成によれば、ＬＮＡとＰＡに同一構成のアンプを用いても、各アンプのアイドル電流を最適に設定することができ、部品共通化によるセットの部品点数の削減を実現することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図である。なお、図２において、第１の実施形態の説明で参照した図１と同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１の実施形態のようにＰＡ１２のバイアス端子にバイアス設定用電源を直接接続するのではなく、ＰＡ１２のバイアス端子に一端が接続され、他端がＰＡ外部バイアス端子２２を介してバイアス設定用電源に接続されるバイアス用の可変抵抗素子１０２を設けている。その他の構成は、第１の実施形態の構成を示す図１と同一である。

本実施形態は、通信機器として送信出力を可変設定するシステムの場合に有効である。

本実施形態では、ＰＡ１２のバイアス用の可変抵抗素子１０２を送信出力に応じて可変設定することにより、ＰＡ１２のアイドル電流を可変設定することが可能となる。これにより、各送信出力においてアイドル電流を可変設定させることができ、各々の送信出力でＰＡ１２の効率を最適化する機能を付加することが可能となる。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図である。なお、図３において、第１の実施形態の説明で参照した図１と同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１の実施形態のようにＰＡ１２のバイアス端子にバイアス設定用電源を直接接続するのではなく、ＰＡ１２のバイアス端子に一端が接続され、他端がＰＡ外部バイアス端子２２を介してバイアス設定用電源に接続されるバイアス用の固定抵抗素子１０３と、バイアス用の固定抵抗素子１０３と並列に接続されたバイアス切替用のスイッチ１０４とを設けている。その他の構成は、第１の実施形態の構成を示す図１と同一である。

本実施形態においては、第２の実施形態におけるＰＡ１２のバイアス用の可変抵抗素子１０２の機能を、バイアス用の固定抵抗素子１０３とバイアス切替用のスイッチ１０４で実現する。

つまり、ＰＡ１２のバイアス切替用のスイッチ１０４をオンにした場合、ＰＡ１２のバイアス端子にはバイアス設定用電源が直接接続されるが、バイアス切替用のスイッチ１０４をオフにした場合、ＰＡ１２のバイアス端子には、バイアス用の固定抵抗素子１０３を介してバイアス設定用電源が接続される。

本実施形態によれば、ＰＡ１２のバイアス切替用のスイッチ１０４をオン／オフすることにより、ＰＡ１２のバイアス端子とＰＡ外部バイアス端子２２との間の抵抗値を変化させることができ、第２の実施形態と同等の機能を実現することができる。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図である。なお、図４において、第１の実施形態の説明で参照した図１と同じ構成および機能を有する部分については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態は、第１の実施形態の構成に加えて、受信側アッテネータ１９または送信側アッテネータ２０を設けたものである。

ここで、アッテネータを設ける理由について説明する。

本発明では、ＬＮＡ１１とＰＡ１２に同一構成のアンプを使用する。ＬＮＡ１１のバイアス端子には、バイアス用の固定抵抗素子を接続することにより、アイドル電流を低下させて出力電力を低下させる。各アンプのゲインは、同一構成のアンプを使用しているため、アイドル電流により一義的に決定される。

この際、各アンプのゲインがシステム要望値を満足していれば、特にアッテネータを設ける必要はない。しかし、システムによっては、ＬＮＡ１１のゲインまたはＰＡ１２のゲインが高すぎる場合が想定される。

ＬＮＡ１１のゲインが高すぎる場合には、受信側アッテネータ１９をＬＮＡ１１の出力側に配置してレベル調整することが望ましい。ここで、受信側アッテネータ１９をＬＮＡ１１の出力側に配置する理由としては、ＬＮＡ１１の入力側にアッテネータを配置すると、システム全体としてみた際の雑音指数（ＮＦ）が劣化するためである。

一方、ＰＡ１２のゲインが高すぎる場合には、送信側アッテネータ２０をＰＡ１２の入力側に配置してレベル調整することが望ましい。ここで、送信側アッテネータ２０をＰＡ１２の入力側に配置する理由としては、ＰＡ１２の出力側にアッテネータを配置すると、ＰＡ１２の効率が大きく低下してしまうためである。

以上のように、本実施形態によれば、適切な箇所に適切な量の減衰率を有するアッテネータを配置することにより、ＬＮＡとＰＡに同一構成のアンプを用いた際に発生する可能性のあるレベルダイアの不具合を回避することが可能となる。

（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係る高周波無線機における高周波部のアンプの概略回路構成図である。第５の実施形態は、上記第１から第４の実施形態におけるＬＮＡ１１とＰＡ１２として、多段の増幅素子からなるアンプを用い、図５は、一例として２段の増幅素子からなるアンプ１の内部構成を示している。なお、図５では、アンプ１のバイアス端子９１にバイアス用の固定抵抗素子１１１を接続して、アンプ１をＬＮＡ１１として用いる場合を例示しているが、アンプ１はＰＡ１２としても用いられる。

図５において、アンプ１は、１段目の増幅素子３１と、１段目の増幅素子３１に直列に接続された２段目の増幅素子３２と、１段目の増幅素子３１のバイアス端子とアンプ１のバイアス端子との間に接続された１段目のバイアス回路４１と、２段目の増幅素子３２のバイアス端子とアンプ１のバイアス端子との間に接続された２段目のバイアス回路４２と、アンプ１の入力端子７１と、アンプ１の出力端子８１と、アンプ１のバイアス端子９１と、１段目の増幅素子３１の電源端子９２と、２段目の増幅素子３２の電源端子９３と、１段目の増幅素子３１の接地端子５１と、２段目の増幅素子３２の接地端子５２とで構成される。

また、６１は１段目の増幅素子３１の電源端子９２に接続された１段目のチョークコイルで、６２は２段目の増幅素子３２の電源端子９３に接続された２段目のチョークコイルで、７２は入力整合回路で、７３は入力整合回路７２の入力端子で、８２は出力整合回路で、８３は出力整合回路８２の出力端子で、１１１はバイアス用の固定抵抗素子である。

高周波アンプにおいて、入出力は整合がとれているとは限らないため、アンプ１の入力側と出力側にそれぞれ入力整合回路７２と出力整合回路８２を設けることで５０Ω整合をとっている。

バイアス端子９１に固定抵抗素子１１１を接続するか、しないかにより、１段目のバイアス回路４１と２段目のバイアス回路４２のバイアス状態が共に変化し、１段目の増幅素子３１と２段目の増幅素子３２のアイドル電流が共に均等に変化する。これにより、出力電力に応じてアイドル電流を効率的に制御することが可能となる。

本発明に係る高周波無線機は、受信系のＬＮＡと送信系のＰＡとして同一構成のアンプを使用して、部品種類を削減することができ、各アンプでの部品の共通化によりセットの部品点数を削減して小型化を実現することができるという利点を有し、低価格の携帯通信機器等に適用可能である。

本発明の第１の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図 本発明の第２の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図 本発明の第３の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図 本発明の第４の実施形態に係る高周波無線機における高周波部の概略回路構成図 本発明の第５の実施形態に係る高周波無線機における高周波部のアンプの概略回路構成図 従来の高周波無線機における高周波部のアンプの概略回路構成図

符号の説明

１ 多段構成のアンプ
１１ ローノイズアンプ（ＬＮＡ）
１２ パワーアンプ（ＰＡ）
１３ 受信ミキサ
１４ 送信ミキサ
１５ アンテナスイッチ
１６ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１７ アンテナフィルタ
１８ アンテナ
１９ 受信側アッテネータ
２０ 送信側アッテネータ
２１ ＬＮＡ外部バイアス端子
２２ ＰＡ外部バイアス端子
２３ ＩＦ信号出力端子
２４ 変調波入力端子
１０１ ＬＮＡのバイアス用の固定抵抗素子
１０２ ＰＡのバイアス用の可変抵抗素子
１０３ ＰＡのバイアス用の固定抵抗素子
１０４ ＰＡのバイアス切替用のスイッチ
３１ １段目の増幅素子
３２ ２段目の増幅素子
４１ １段目のバイアス回路
４２ ２段目のバイアス回路
９１ アンプ１のバイアス端子

Claims (7)

1. 送信系に設けられ、アイドル電流を設定するためにバイアス設定用電源に直接接続されたバイアス端子を有するパワーアンプと、
   受信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有し、前記パワーアンプと同一構成を有するローノイズアンプと、
   一端が前記ローノイズアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子とを備えた高周波無線機。
2. 送信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有するパワーアンプと、
   一端が前記パワーアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の可変抵抗素子と、
   受信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有し、前記パワーアンプと同一構成を有するローノイズアンプと、
   一端が前記ローノイズアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子とを備えた高周波無線機。
3. 送信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有するパワーアンプと、
   一端が前記パワーアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子と、
   前記パワーアンプのバイアス端子に一端が接続された固定抵抗素子と並列に接続されたバイアス切替用のスイッチと、
   受信系に設けられ、アイドル電流を設定するためのバイアス端子を有し、前記パワーアンプと同一構成を有するローノイズアンプと、
   一端が前記ローノイズアンプのバイアス端子に接続され、他端がバイアス設定用電源に接続されたバイアス用の固定抵抗素子とを備えた高周波無線機。
4. 前記パワーアンプの入力側または前記ローノイズアンプの出力側に配置されたアッテネータをさらに備えた請求項１記載の高周波無線機。
5. 前記パワーアンプおよび前記ローノイズアンプは、
   それぞれ直列に接続されて多段構成をなす複数の増幅素子と、
   入力端が前記パワーアンプおよび前記ローノイズアンプのバイアス端子に共通に接続され、出力端が各段の前記増幅素子のバイアス端子に接続された複数のバイアス回路とを備えた請求項１から４のいずれか一項記載の高周波無線機。
6. 前記増幅素子ならびに前記バイアス回路は、バイポーラトランジスタで構成される請求項５記載の高周波無線機。
7. 前記増幅素子ならびに前記バイアス回路は、電界効果型トランジスタで構成される請求項５記載の高周波無線機。

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