JP2007251395A

JP2007251395A - 利得可変型高周波増幅装置

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Publication number: JP2007251395A
Application number: JP2006069552A
Authority: JP
Inventors: Kiyoharu Suda; 清晴須田; Kiyoshi Suga; 潔須賀
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: JP4795059B2

Abstract

【課題】簡易な回路構成でＣ／Ｎを改善し得る利得可変型高周波増幅装置を提供する。
【解決手段】下り入力／上り出力端子３１と下り出力／上り入力端子３２との間に下り増幅部４０及び上り増幅部５０を設ける。上り増幅部５０は、ローパスフィルタ５１、入力側利得調整器５２、第１及び第２の上り増幅器５３ａ、５３ｂ、出力側利得調整器５４、ローパスフィルタ５５及び第１の上り増幅器５３ａを迂回する迂回スイッチ回路５６により構成する。上り増幅部５０への信号入力レベルが例えば９０ｄＢμ以下では、迂回スイッチ回路５６を非迂回側とし、入力側利得調整器５２を調整して第１の上り増幅器５３ａの信号入力レベルを所定値に保持し、信号入力レベルが９５ｄＢμ以上となった場合に迂回スイッチ回路５６を迂回側として第１の上り増幅器５３ａを迂回させ、Ｃ／Ｎを改善する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＣＡＴＶシステムの伝送線路に設けられる利得可変型高周波増幅装置に関する。

従来、ＣＡＴＶシステムでは、伝送線路に双方向ＣＡＴＶ用増幅装置として利得可変型高周波増幅装置を設けて下り信号及び上り信号を増幅している（例えば、特許文献１〜３参照。）。

図５は、従来用いられている双方向の利得可変型高周波増幅装置の基本構成を示すブロック図である。図５において、１はＣＡＴＶ放送センタ側に設けられる下り入力／上り出力端子で、この下り入力／上り出力端子１に入力されるＣＡＴＶ放送センタからの下り信号は、下り増幅部１０により増幅される。

上記下り増幅部１０は、一般的に７０〜７７０ＭＨｚの周波数帯域を使用する下り信号を選択するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１１、入力側利得調整器１２、下り信号を増幅する下り増幅器１３、出力側利得調整器１４及び下り信号を通過させるハイパスフィルタ１５からなり、このハイパスフィルタ１５の出力信号が下り出力／上り入力端子２へ送られる。

上記下り出力／上り入力端子２からは下り信号が出力され、ＣＡＴＶ加入者宅のテレビ受像機等へ送られる。
又、上記下り出力／上り入力端子２には、ＣＡＴＶ加入者宅の端末装置からの上り信号が入力される。この上り信号は、一般的に１０〜５５ＭＨｚの周波数帯域が使用される。上記端末装置から下り出力／上り入力端子２に入力された上り信号は、上り増幅部２０により増幅される。

上記上り増幅部２０は、上り信号を通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）２１、入力側利得調整器２２、上り信号を増幅する上り増幅器２３、出力側利得調整器２４及び上り信号を通過させるローパスフィルタ２５からなり、このローパスフィルタ２５の出力信号（上り信号）が下り入力／上り出力端子１を介して伝送線路へ出力され、ＣＡＴＶ放送センタへ送られる。

上記のように構成された利得可変型高周波増幅装置は、ＣＡＴＶ下り信号と上り信号の分離をハイパスフィルタ１１、１５及びローパスフィルタ２１、２５により行なっている。そして、下り増幅部１０の入力部と出力部に利得調整器１２、１４を設けると共に、上り増幅部２０の入力部と出力部に利得調整器２２、２４を設け、入力信号のレベル幅に対して柔軟に対応できるようにしている。又、下り増幅部１０の利得調整器１２、１４間に信号を増幅する下り増幅器１３を設けると共に、上り増幅部２０の利得調整器２２、２４間に信号を増幅する上り増幅器２３を設け、微弱な信号を増幅している。上記下り信号側の利得調整器１２、１４及び上り信号側の利得調整器２２、２４は、下り増幅器１３、上り増幅器２３に適正なレベルの信号を入力すると共に、出力信号のレベルを適正な値に保ち、信号の伝送品質を向上させる役割を担っている。
特開２００４−２００８７４号公報特開２００４−３４３５４５号公報特開２００５−１３６６１９号公報

しかし、上記従来の利得可変型高周波増幅装置では、内部の増幅器の利得は変えず、増幅器に入力される信号を利得調整器で減衰させているため、利得調整器を入力側に配置して信号を減衰させた場合、Ｃ／Ｎの劣化を招きやすく、又利得調整器を増幅器間や出力側に設けた場合、歪妨害が発生し易くなってしまい、何れの場合でも伝送信号の品質を劣化させる原因の一つにもなっている。

増幅装置のＣ／Ｎ特性は、下式で表される。

Ｃ／Ｎ＝入力レベル−雑音指数−１
例えば入力レベル：８０ｄＢμ、増幅装置の雑音指数：６ｄＢの場合、
Ｃ／Ｎ＝８０−６−１
＝７３（ｄＢ）となる。

又、上記の雑音指数が６ｄＢである増幅装置を図６に示すように伝送路上に２台、それぞれ増幅装置２６、２７として配置した場合、入力された８０ｄＢμの信号は、他のＣ／Ｎ劣化要因が存在しない最良状態でも増幅装置２７の出力においてＣ／Ｎ値は、
２台合成Ｃ／Ｎ＝７３ｄＢ−３ｄＢ
＝７０（ｄＢ）
となる。

テレビ信号伝送路上に増幅装置を複数台設置した場合、設置した台数分テレビ信号の品質が劣化していくことになるため、増幅装置は可能な限り１台あたりの性能を向上させておく必要がある。

又、ＣＡＴＶ伝送路上には、ＣＡＴＶ放送センタからの下り信号成分と端末からＣＡＴＶ放送センタへの上り信号成分が存在しており、下り信号と上り信号周波数の違いや、伝送線路ケーブルや伝送線路上に挿入されている各種機器の条件から下り信号と上り信号の伝送損失に違いが発生し、それぞれ下り信号と上り信号間でレベル差が生じてしまう。

又、近年、ＣＡＴＶ上り信号帯域を利用したインターネット接続が多くなってきており、各端末からのノイズ成分がＣＡＴＶ放送センタに集中することで、通信障害を引き起こす例が増加している。

伝送線路のＣ／Ｎを改善又は劣化させない方法として、次に示す２つの方法が考えられる。

（１）増幅装置の利得を変えないで済む最大の入力レベルを入力する。

（２）増幅装置の雑音指数を改善する。

例として上記図５に示した利得可変型高周波増幅装置について下記条件で入力レベルを７０〜９５ｄＢμとしてシミュレーションし、Ｃ／Ｎを求めた結果を図７に示す。

増幅装置利得：３０ｄＢ
雑音指数：利得最大時６ｄＢ
定格出力レベル：１１０ｄＢμ
増幅装置の出力レベルは入力レベルが大きい場合でも、歪の発生を規定値以下に抑えるため定格最大出力レベル以下としなければならないので、利得最大時の入力レベルを超えたレベルが入力された場合、入力利得調整器でアンプ部への入力レベルを一定にしなければならない。そのため、入力信号レベルを大きくしても増幅装置出力端子でのＣ／Ｎ値は、図７のシミュレーション結果を見て分かるように、入力信号レベル８０ｄＢμ以上（＝定格最大出力レベル（１１０ｄＢμ）−増幅装置の利得（３０ｄＢ））では入力信号レベルを増加させても変化しない。すなわち、入力信号レベルを高める方法では、Ｃ／Ｎの改善に限界がある。その他のＣ／Ｎ改善策として、増幅装置を構成する増幅回路の雑音指数を良くすること、出力信号レベルを高くすることがあるが、いずれも技術的に困難であり、コストがかかり、大幅な改善効果は得られない。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡易な回路構成でＣ／Ｎを改善し得る利得可変型高周波増幅装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る利得可変型高周波増幅装置は、複数段の増幅器と、前記増幅器の入力信号レベルを調整する利得調整器と、前記複数段の増幅器のうち任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を切替えて接続する迂回スイッチ回路とを具備し、前記複数段の増幅器の入力信号が所定レベルに達するまでは、前記迂回スイッチ回路は前記複数段の増幅器の経路を維持し、前記入力信号が所定レベル以上の状態では前記迂回スイッチ回路を切替えて前記任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を接続することを特徴とする。

第２の発明に係る利得可変型高周波増幅装置は、複数段の増幅器と、前記増幅器の入力信号レベルを調整する利得調整器と、前記複数段の増幅器のうち任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を切替えて接続する迂回スイッチ回路とを具備し、前記迂回スイッチ回路をスライドスイッチにより構成し、前記複数段の増幅器への入力信号が所定レベルに達するまでは、前記迂回スイッチ回路を介して前記対応する増幅器に電源を供給して動作させると共に、前記複数段の増幅器の経路を維持し、前記入力信号が所定レベル以上の状態では前記迂回スイッチ回路を切替えて前記任意の段の対応する増幅器の電源を遮断すると共に前記任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を接続することを特徴とする。

本発明によれば、増幅器に並列に設けた迂回スイッチ回路を入力信号のレベルに応じて迂回側／非迂回側として入力信号を切替えることにより、簡易な回路構成で利得可変型高周波増幅装置のＣ／Ｎを改善することができる。また、迂回スイッチ回路をスライドスイッチにより構成し、入力信号が所定レベル以上の場合に迂回スイッチ回路を切替えて入力信号を迂回すると共に対応する増幅器への電源を遮断することにより、簡易な回路構成でＣ／Ｎを改善でき、且つ無駄な消費電力を抑えると共に入出力間の結合による増幅器の異常発振を確実に防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る利得可変型高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。図１において、３１はＣＡＴＶ放送センタ側に設けられる下り入力／上り出力端子で、この下り入力／上り出力端子３１に入力されるＣＡＴＶ放送センタからの下り信号は、下り増幅部４０に入力されて増幅される。

上記下り増幅部４０は、一般的に７０〜７７０ＭＨｚの周波数帯域を使用する下り信号を選択するハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４１、利得調整器４２、下り信号を増幅する複数段例えば第１、第２の下り増幅器４３ａ、４３ｂ、利得調整器４４及び下り信号を通過させるハイパスフィルタ４５からなり、このハイパスフィルタ４５の出力信号が下り出力／上り入力端子３２へ送られる。上記利得調整器４２、４４には、例えば可変抵抗減衰器が使用される。

上記下り出力／上り入力端子３２から出力される下り信号は、ＣＡＴＶ加入者宅のテレビ受像機等へ送られる。

又、上記下り出力／上り入力端子３２には、ＣＡＴＶ加入者宅の端末装置からの上り信号が入力される。この上り信号は、一般的に１０〜５５ＭＨｚの周波数帯域が使用される。上記端末装置から下り出力／上り入力端子３２に入力された上り信号は、上り増幅部５０に入力されて増幅される。

上記上り増幅部５０は、上り信号を通過させるローパスフィルタ５１、入力側利得調整器５２、上り信号を増幅する複数段例えば第１及び第２の上り増幅器５３ａ、５３ｂ、出力側利得調整器５４、上り信号を通過させるローパスフィルタ５５及び上記第１の上り増幅器５３ａを迂回する迂回スイッチ回路５６からなり、このローパスフィルタ２５の出力信号（上り信号）が下り入力／上り出力端子３１を介して伝送線路へ出力され、ＣＡＴＶ放送センタへ送られる。上記利得調整器４２、４４には、例えば可変抵抗減衰器が使用される。

上記のように構成された利得可変型高周波増幅装置では、上り増幅部５０への信号入力レベルが例えば９０ｄＢμ以下では、迂回スイッチ回路５６を非迂回側としている状態、すなわち第１の上り増幅器５３ａが増幅動作を行なっている状態で、入力側利得調整器５２を調整して第１の上り増幅器５３ａの信号入力レベルを所定値に保持し、信号入力レベルが９０ｄＢμを超えて例えば９５ｄＢμとなった場合に迂回スイッチ回路５６を迂回側として上り信号が第１の上り増幅器５３ａを迂回するようにする。このように信号入力レベルが所定値を超えたときに迂回スイッチ回路５６を迂回側とし、第１の上り増幅器５３ａを迂回させることにより、Ｃ／Ｎを改善することが可能になる。

図２は、上記のように構成された利得可変型高周波増幅装置において、上り増幅部５０に対し、図５に示した従来の利得可変型高周波増幅装置と同じ条件、すなわち、
増幅器利得：３０ｄＢ
（第１の上り増幅器５３ａ：１５ｄＢ、第２の上り増幅器５３ｂ：１５ｄＢ）
雑音指数：利得最大時６ｄＢ、増幅器迂回時９ｄＢ
定格出力レベル：１１０ｄＢμ
とし、入力レベルを７０〜１０５ｄＢμとしてシミュレーションし、Ｃ／Ｎを求めた結果を示したものである。

上記図２から分かるように、入力レベル８０〜９０ｄＢμ間では、従来の利得可変型高周波増幅装置と同様に入力レベルを高くしても、増幅装置自体の雑音指数の悪化によりＣ／Ｎは７３ｄＢ一定の値となっている。

しかし、入力レベルが第１の上り増幅器５３ａを迂回できる９５ｄＢμ以上になるとＣ／Ｎは８５ｄＢとなり、従来装置の７３ｄＢと比較すると１２ｄＢも改善できることが分かる。

次に、上記上り増幅部５０における第１の上り増幅器５３ａ及び迂回スイッチ回路５６の具体的な構成例について図３を参照して説明する。図３に示すように入力端子６１と出力端子６２との間にコンデンサ６３、迂回スイッチ回路５６、コンデンサ６４が直列に設けられる。上記迂回スイッチ回路５６は、例えば２回路を切替えるスライドスイッチで、共通接点ａ、ｂに対し、第１の回路接点ａ１、ｂ１と第２の回路接点ａ２、ｂ２とを可動接点ｃにより切替接続するようになっている。上記第１の回路接点ａ１、ｂ１間は、短絡回路５７により短絡接続される。

また、上記第２の回路接点ａ２、ｂ２間には、第１の上り増幅器５３ａが接続される。この第１の上り増幅器５３ａは、例えばＮＰＮ形のトランジスタ７１を主体として構成され、上記第２の回路接点ａ２がコンデンサ７２を介してトランジスタ７１のベースに接続される。このトランジスタ７１のベースは、抵抗７３を介して接地される。また、トランジスタ７１のエミッタは、抵抗７４を介して接地されると共にコンデンサ７５及び抵抗７６を直列に介して接地される。トランジスタ７１のコレクタは、迂回スイッチ回路５６の第２の回路接点ｂ２に接続されると共に高周波コイル７７及びコンデンサ７８を直列に介して接地される。更に、トランジスタ７１のコレクタとベースとの間に抵抗７９、８０が直列に接続されると共に、抵抗７９にコンデンサ８１が並列に接続される。

また、上記迂回スイッチ回路５６の出力端子（共通接点ｂ）とコンデンサ６４との間を接続する信号線６５には、第１の上り増幅器５３ａの動作電源が電源端子６６より高周波コイル６７を介して供給される。上記電源端子６６と高周波コイル６７と接続点は、コンデンサ６８を介して接地される。

上記の構成において、迂回スイッチ回路５６の可動接点ｃを第２の回路接点ａ２、ｂ２側、すなわち第１の上り増幅器５３ａ側に切替えた場合には、動作電源が電源端子６６より高周波コイル６７、信号線６５、迂回スイッチ回路５６を介してトランジスタ７１のコレクタに供給されると共に、このコレクタから抵抗７９、８０を介してベースに供給され、トランジスタ７１が動作状態となる。

この結果、図１の下り出力／上り入力端子３２からローパスフィルタ５１及び入力側利得調整器５２を介して図２の入力端子６１に送られてきた上り信号は、第１の上り増幅器５３ａに入力され、トランジスタ７１で増幅された後、迂回スイッチ回路５６、信号線６５、コンデンサ６４及び出力端子６２を介して出力され、図１における第２の上り増幅器５３ｂへ送られて増幅される。そして、この第２の上り増幅器５３ｂで増幅された信号は、出力側利得調整器５４及び下り入力／上り出力端子３１を介して伝送線路へ出力され、ＣＡＴＶ放送センタへ送られる。

また、上記迂回スイッチ回路５６の可動接点ｃを第１の回路接点ａ１、ｂ１側に切替えると、第１の上り増幅器５３ａが第２の回路接点ａ２、ｂ２から分離されて電源の供給が遮断されると共に、第１の回路接点ａ１、ｂ１間が短絡回路５７により短絡される。この結果、下り出力／上り入力端子３２からローパスフィルタ５１及び入力側利得調整器５２を介して入力端子６１に送られてきた上り信号は、第１の上り増幅器５３ａを迂回して第２の上り増幅器５３ｂへ送られるようになる。

第１の上り増幅器５３ａ及び迂回スイッチ回路５６を上記のように構成することにより、迂回スイッチ回路５６を信号迂回側、すなわち短絡回路５７側に切替えることにより、同時に第１の上り増幅器５３ａの電源を遮断でき、無駄な消費電力を抑えると共に増幅器の異常発振を防止することができる。

図４は、上記図３に示した第１の上り増幅器５３ａ及び迂回スイッチ回路５６に対し、トランジスタ７１の入力側（ベース側）に高周波コイル８２及びコンデンサ８３、８４からなるπ形のローパスフィルタ（ＬＰＦ）８５を挿入した場合の例を示したものである。上記ローパスフィルタ８５としては、例えば５５ＭＨｚ以下の周波数を通過させるものが使用される。

上記のように第１の上り増幅器５３ａに対してローパスフィルタ８５を設けることにより、高周波信号分離性能の良好でない安価なスライドスイッチを用いた場合に生じる可能性のある、入出力間の結合による増幅器の異常発振を防止することができる。なお、上記ローパスフィルタ８５は、トランジスタ７１の出力側（コレクタ側）に挿入しても同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の一実施形態に係る利得可変型高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。同実施形態における利得可変型高周波増幅装置のＣ／Ｎをシミュレーションにより求めた結果を示す図である。同実施形態における上り増幅器の構成例を示す図である。同実施形態における上り増幅器の他の構成例を示す図である。従来の利得可変型高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。伝送路上に２台の増幅装置を配置した場合の例を示す図である。従来の利得可変型高周波増幅装置におけるＣ／Ｎをシミュレーションにより求めた結果を示す図である。

符号の説明

３１…下り入力／上り出力端子、３２…下り出力／上り入力端子、４０…下り増幅部、４１、４５…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、４２、４４…利得調整器、４３ａ…第２の下り増幅器、５０…上り増幅部、５１、５５…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５２…入力側利得調整器、５３ａ…第１の上り増幅器、５３ｂ…第２の上り増幅器、５４…出力側利得調整器、５５…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５６…迂回スイッチ回路、５７…短絡回路、６１…入力端子、６２…出力端子、６３、６４…コンデンサ、６５…信号線、６６…電源端子、６７、７７、８２…高周波コイル、６８、７２…コンデンサ、７１…トランジスタ、７３、７４、７６…抵抗、７５、７８、８１、８３、８４…コンデンサ、７９、８０、…抵抗、８５…ローパスフィルタ

Claims

複数段の増幅器と、前記増幅器の入力信号レベルを調整する利得調整器と、前記複数段の増幅器のうち任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を切替えて接続する迂回スイッチ回路とを具備し、前記複数段の増幅器の入力信号が所定レベルに達するまでは、前記迂回スイッチ回路は前記複数段の増幅器の経路を維持し、前記入力信号が所定レベル以上の状態では前記迂回スイッチ回路を切替えて前記任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を接続することを特徴とする利得可変型高周波増幅装置。
複数段の増幅器と、前記増幅器の入力信号レベルを調整する利得調整器と、前記複数段の増幅器のうち任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を切替えて接続する迂回スイッチ回路とを具備し、前記迂回スイッチ回路をスライドスイッチにより構成し、前記複数段の増幅器への入力信号が所定レベルに達するまでは、前記迂回スイッチ回路を介して前記対応する増幅器に電源を供給して動作させると共に、前記複数段の増幅器の経路を維持し、前記入力信号が所定レベル以上の状態では前記迂回スイッチ回路を切替えて前記任意の段の対応する増幅器の電源を遮断すると共に前記任意の段の増幅器の経路を迂回し、次段の増幅器に入力信号を接続することを特徴とする利得可変型高周波増幅装置。