JP2007281912A - アンテナアンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】電界変動に伴って発生する出力信号レベルの低下を抑制して、出力音声の異常発生を防止することができるアンテナアンプを提供する。
【解決手段】アンテナ2により受信された高周波信号を増幅するアンプ回路40と、前記高周波信号を前記アンプ回路40を通さずにバイパスするバイパス回路41と、前記アンプ回路40及び前記バイパス回路41の後段に設けられた一対のスイッチ回路42と、前記アンプ回路40の出力に基づいて前記スイッチ回路42を切り替えて何れか一方の出力信号を後段に出力する出力切替回路43を備えてなるアンテナアンプ4であって、前記アンプ回路40と前記バイパス回路41の各出力信号の位相を整合させる位相調整回路45を備え、前記スイッチ回路42の切替作動時に生じる信号レベルの変動を抑制するように構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】アンテナ2により受信された高周波信号を増幅するアンプ回路40と、前記高周波信号を前記アンプ回路40を通さずにバイパスするバイパス回路41と、前記アンプ回路40及び前記バイパス回路41の後段に設けられた一対のスイッチ回路42と、前記アンプ回路40の出力に基づいて前記スイッチ回路42を切り替えて何れか一方の出力信号を後段に出力する出力切替回路43を備えてなるアンテナアンプ4であって、前記アンプ回路40と前記バイパス回路41の各出力信号の位相を整合させる位相調整回路45を備え、前記スイッチ回路42の切替作動時に生じる信号レベルの変動を抑制するように構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、アンテナに受信される高周波信号を、アンテナに近接する位置で増幅するアンテナアンプに関する。
アンテナアンプはアンテナにより受信された微弱な高周波信号を増幅させるもので、アンテナの近傍で高周波信号を増幅させることによってノイズの影響を低く抑えることができる。
一般的なアンテナアンプは、図9に示すように、アンテナにより受信された高周波信号から所定帯域成分のみを通過させるバンドパスフィルタと、前記高周波信号を減衰させる減衰回路と、前記高周波信号を増幅させるアンプと、前記減衰回路における減衰率を制御することによって、前記アンテナアンプ全体の利得を制御する自動利得制御回路を備えて構成されており、前記アンプの出力信号レベルが大きくなると、前記自動利得制御回路が前記減衰回路の減衰率を低下させることで、前記アンテナアンプの利得を低下させていた。その結果、出力信号レベルの増大による歪の発生を防止していたのである。
しかし、上述のようなアンテナアンプにおいて、減衰回路で信号を減衰させても、受信を希望する信号(希望波)の周波数近傍に他の信号(妨害波)が存在する場合、妨害波がアンプで増幅されてしまうことから、出力信号レベルの増大による歪が発生する。また、希望波の周波数近傍に妨害波が存在して、希望波に対する妨害波の割合が大きくなると、希望波と妨害波との間で生じる相互変調による歪が発生する。
上述の歪の発生を防止するために、特許文献1には、アンテナアンプに入力した高周波信号を、アンプを通さずに導くスルー回路とアンプを通して導く回路(アンプ回路)の何れかに切替可能な出力切替回路を含むアンテナアンプが提案されており、前記出力切替回路は、電界変動に起因してアンテナより入力した高周波信号の信号レベルが変化した場合に、信号レベルを所定レベルと比較したときの大小に基づいて回路の切替を行う。
つまり、入力した高周波信号レベルが小さい場合は、アンプを介して信号を導くことで信号増幅による利益を享受しつつも、電界変動によって前記高周波信号レベルが大きくなった場合は、スルー回路を介して信号を導くことでアンプを介して出力信号が大きくなり過ぎることによる歪の発生を防止している。
しかし、上述の先行技術によれば、電界変動に伴って、入力高周波信号をスルー回路からアンプ回路に、またはアンプ回路からスルー回路に切り換える際に、前記高周波信号がスルー回路とアンプ回路の両方を通るタイミングを発生させる場合がある。前記高周波信号がスルー回路とアンプ回路の何れも通らないタイミングが僅かでも存在すると音切れが生じるからである。
しかし、前記高周波信号がスルー回路とアンプ回路の両方を通るタイミングにおいて、スルー回路を通った信号とアンプ回路を通った信号の位相がずれていると、2つの信号の合成波である出力信号の出力レベルが低下することから、出力音声に異常が発生し、聴者に不快な思いをさせるという問題があった。
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、電界変動に伴って発生する出力信号レベルの低下を抑制して、出力音声の異常発生を防止することができるアンテナアンプを提供する点にある。
上述の目的を達成するため、本発明によるアンテナアンプの第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項1に記載した通り、アンテナに近接して設置され、アンテナにより受信された高周波信号を増幅するアンプ回路と、前記高周波信号を前記アンプ回路を通さずにバイパスするバイパス回路と、前記アンプ回路及び前記バイパス回路の後段に夫々設けられた一対のスイッチ回路と、前記アンプ回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を排他的に切り替えて何れか一方の出力信号を後段に出力する出力切替回路を備えてなるアンテナアンプであって、前記アンプ回路の出力信号と前記バイパス回路の出力信号の位相を整合させる位相調整回路を備え、前記出力切替回路により切り替えられる前記スイッチ回路の切替作動時に生じる信号レベルの変動を抑制するように構成されている点にある。
上述の構成によれば、位相調整回路によってアンプ回路の出力信号とバイパス回路の出力信号の位相を同位相に調整することで、両信号の位相のずれに起因して生じていた両信号の出力信号レベルの相殺による信号レベルの低下が解消されるので、出力音声の異常発生を防止することができるのである。
同第二の特徴構成は、同請求項2に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、リアクタンスを調整することにより位相を整合させるリアクタンス素子を備えて構成されている点にある。
上述の構成によれば、回路の伝送線路に接続する素子の値によって位相を変えることが可能であることから、複雑な回路を必要とすること無く位相の調整ができるのである。
同第三の特徴構成は、同請求項3に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記スイッチ回路からの出力信号に基づいて前記位相調整回路の位相調整特性を補正する位相補正回路を備えている点にある。
上述の構成によれば、位相にずれが生じた場合の出力信号の信号レベルと位相にずれが生じていない場合の出力信号の信号レベルとの差分によって、位相のずれが何度であるか明らかとなるので適正に位相を調整することができる。また、出力信号に表れた位相のずれを、位相調整回路にフィードバックして補正することで、早期の補正が可能となるのである。
以上説明した通り、本発明によれば、電界変動に伴って発生する出力信号レベルの低下を抑制して、出力音声の異常発生を防止することができるアンテナアンプを提供することができるようになった。
以下、本発明によるアンテナアンプを、車両の後部ガラスに搭載されたアンテナに適用した実施形態について説明する。
アンテナが車両に搭載される形態としては、図2に示すように、車両1において、アンテナ2を構成する線状のアンテナエレメント20がフィルム3の上に導体パターンとして形成され、前記フィルム3が前記車両1の後部ガラス5に貼り付けられて構成されている。また、前記アンテナ2の近傍である前記車両の屋根内部にアンテナアンプ4が搭載されて構成されている。
前記アンテナアンプ4は、図1に示すように、前記アンテナ2に近接して設置され、前記アンテナ2により受信された高周波信号から所定帯域成分のみを通過させるバンドパスフィルタ47と、前記高周波信号を増幅するアンプ回路40と、前記高周波信号を前記アンプ回路40を通さずにバイパスするバイパス回路41と、前記アンプ回路40及び前記バイパス回路41の後段に夫々設けられた一対のスイッチ回路42とを備えている。
さらに、前記アンプ回路40の出力に基づいて前記スイッチ回路42を排他的に切り替えて何れか一方の出力信号を後段に出力する出力切替回路43と、前記アンプ回路40の内部に備えられている後述するアンプへの入力を切り替える入力切替回路44と、前記バイパス回路41に備えられており前記バイパス回路41の出力信号を前記アンプ回路40の出力信号の位相と整合させる位相調整回路45と、前記スイッチ回路42からの出力信号に基づいて前記位相調整回路45の位相調整特性を補正する位相補正回路46を備えて構成されている。
前記アンプ回路40は、前記アンテナ2に近接して設置され、前記アンテナ2により受信された高周波信号を増幅するように構成されており、減衰回路400、入力スイッチ回路401、アンプ402、そして出力レベル検出部403を備えて構成されている。
前記減衰回路400は、前記アンテナ2により受信された高周波信号を減衰させる回路で、例えば、2個の抵抗R1とR2を備えて構成され、前記抵抗R1とR2の分圧によって前記高周波信号を減衰させる。
前記入力スイッチ回路401は、前記アンテナ2により受信された高周波信号と後述するアンプ402の間に設けられており、接点401Aが選択されている場合は、前記高周波信号は前記減衰回路400を介することなく前記アンプ402へと導かれるが、接点401Bが選択されている場合は、前記高周波信号は前記減衰回路400を介して前記アンプ402へと導かれる。
前記アンプ402は、前記高周波信号を増幅させるように構成されている。
前記出力レベル検出部403は、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルを検出するように構成されている。
また、前記出力レベル検出部403は、前記出力レベルを所定値と比較して、所定値以上であれば、前記高周波信号が前記バイパス回路41を介して前記位相補正回路46へ至るように構成されており、所定値より小さければ、前記高周波信号が前記アンプ回路40を介して前記位相補正回路46へ至るように前記出力切替回路43を切り替えさせるように構成されている。
さらに、前記出力レベル検出部403は、前記出力レベルを所定値と比較して、所定値以上であれば、前記バンドパスフィルタ40からの高周波信号が前記減衰回路400を介して前記アンプ402へ至るように、また、所定値より小さければ、前記バンドパスフィルタ40からの高周波信号が前記スイッチ回路401を介して前記アンプ402へ至るように前記入力切替回路44を切り替えさせるように構成されている。
尚、前記出力レベル検出部403は、前記所定値を可変に設定するように構成されていてもよく、例えば、前記所定値を可変に設定するための可変抵抗や可変コンデンサを備えた構成が挙げられる。
前記バイパス回路41は、前記バンドパスフィルタ40からの高周波信号を、前記アンプ回路40を通さずにバイパスするように構成されており、上述のように前記位相調整回路45を備えて構成されている。尚、前記位相調整回路45については後述する。
前記スイッチ回路42は、前記アンプ回路40を通って増幅された高周波信号か、あるいは前記アンプ回路40を通らずに前記バイパス回路41を通った高周波信号の何れかの信号を選択するように構成されており、後述する出力切替回路43によって切り替えられる。
また、前記スイッチ回路42は、前記アンプ回路40を通って増幅された高周波信号と、前記アンプ回路40を通らずに前記バイパス回路を通った高周波信号の両信号が共に出力されない状態となることを防止するために、選択する信号を切り替える際、両方の信号を選択するタイミングが存在するように構成されている。
前記出力切替回路43は、前記アンプ回路40の出力に基づいて前記スイッチ回路42を排他的に切り替えて何れか一方の出力信号を後段に出力するように構成されている。また、前記入力切替回路44は、前記アンプ回路40の出力に基づいて前記アンプ402への入力を排他的に切り替えるように構成されている。
詳述すると、前記スイッチ回路42と前記入力スイッチ回路401は、PINダイオードを用いて切替動作を行っており、前記出力切替回路43と前記入力切替回路44は、前記PINダイオードのバイアスを制御することで、前記スイッチ回路42と前記入力スイッチ回路401の切替動作を制御している。
例えば、図3に示すように、前記スイッチ回路42は、前記アンプ回路40の後段に配置されているPINダイオードD1と、前記バイパス回路41の後段に配置されているPINダイオードD2を備えて構成されており、前記入力スイッチ回路401は、前記減衰回路400と並列に接続されたPINダイオードD3を備えて構成されている。
また、前記PINダイオードD1は、カソードを前記位相補正回路46の側に、アノードを前記アンプ回路40の側にして配置されており、前記PINダイオードD2は、カソードを前記位相補正回路46の側に、アノードを前記バイパス回路41の側にして配置されており、前記PINダイオードD3は、カソードを前記バンドパスフィルタ40の側に、アノードを前記アンプ402の側にして配置されている。
さらに、前記出力切替回路43は、前記出力レベル検出部403からの信号を前記バイパス回路41と前記PINダイオードD2の間へ出力するバッファ430と、前記出力レベル検出部403からの信号を前記アンプ回路40と前記PINダイオードD1の間へ出力するインバータ431を備えて構成されており、前記入力切替回路44は、前記出力レベル検出部403からの信号を前記アンプ402と前記PINダイオードD3の間へ出力するインバータ440を備えて構成されている。
尚、前記出力切替回路43と入力切替回路44を正常に動作させるために、前記アンプ回路40において、前記高周波信号が前記アンプ回路40と前記バイパス回路41の何れを介して前記位相補正回路46へ至っていようとも、前記出力レベル検出部403は、前記出力高周波信号の信号レベルを検出する必要がある。
よって、前記アンテナアンプ4は、前記スイッチ回路42によって前記アンプ回路40と前記位相補正回路46との間が遮断されている場合も、前記アンプ回路40における前記出力レベル検出部403へ至る経路には前記出力高周波信号が通るように構成されている。
前記出力切替回路43の動作としては、例えば、前記出力レベル検出部403において、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルが所定値Vout以上であれば、前記出力レベル検出部403は前記出力切替回路43に直流電圧(例えば10V)をかけて、所定値Voutより小さければ、前記直流電圧と極性が逆の直流電圧をかける。
その結果、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルが所定値Vout以上であり、前記出力切替回路43に正の電圧がかけられた場合には、前記バッファ430を介した正の電圧による順方向バイアスが前記PINダイオードD2にかかることで前記PINダイオードD2のインピーダンスが低くなり、前記インバータ431を介した負の電圧による逆方向バイアスが前記PINダイオードD1にかかることで前記PINダイオードD1のインピーダンスが高くなるので、前記高周波信号は前記バイパス回路41を介して前記位相補正回路46へ至るのである。
一方、前記出力レベル検出部403において、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルが所定値Voutより小さければ、前記PINダイオードD1とD2には上述とは逆のバイアスがかかり、前記高周波信号は前記アンプ回路40を介して前記位相補正回路46へ至るのである。
前記入力切替回路44の動作としては、例えば、前記出力レベル検出部403において、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルが所定値Vin以上であれば、前記出力レベル検出部403は前記入力切替回路44に直流電圧(例えば10V)をかけて、所定値より小さければ、前記直流電圧と極性が逆の直流電圧をかける。
その結果、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルが所定値Vin以上であり、前記入力切替回路44に正の電圧がかけられた場合には、前記インバータ440を介した負の電圧による逆方向バイアスが前記PINダイオードD3にかかることでインピーダンスが高くなり、前記入力スイッチ回路401は遮断され、前記バンドパスフィルタ40からの高周波信号は前記減衰回路400を介して前記アンプ回路402へ至るのである。
一方、前記出力レベル検出部403において、前記アンプ402から出力された高周波信号の出力レベルが所定値Vinより小さければ、前記PINダイオードD3には上述とは逆のバイアスがかかり、前記高周波信号は前記入力スイッチ回路401を介して前記アンプ回路402へ至るのである。
図4に示すように、前記アンプ回路40へ入力させる図3における地点cの高周波信号(入力高周波信号)の信号レベルを増加させていった場合の、前記アンプ回路40から出力された図3における地点dの高周波信号(出力高周波信号)の信号レベルは、前記所定値VinとVoutにおいて低下する。
詳述すると、前記出力高周波信号が前記所定値Vinより小さい場合は、前記PINダイオードD3に順方向バイアスがかかることから、前記入力高周波信号は前記入力スイッチ回路401を通るが、前記所定値Vinに達した場合は、前記PINダイオードD3に逆方向バイアスがかかることから、前記入力高周波信号は前記入力スイッチ回路401ではなく前記減衰回路400を通ることとなり、前記減衰回路400によって信号が減衰される結果、図4におけるa点に示すように、前記入力高周波信号の信号レベルに対する前記出力高周波信号の信号レベルが低下する。
尚、a点においては、前記出力高周波信号の信号レベルが前記所定値Voutより小さいことから、前記PINダイオードD1には順方向バイアス、前記PINダイオードD2には逆方向バイアスがかかっており、前記入力高周波信号は前記アンプ回路40を通っている。
さらに、前記入力高周波信号の信号レベルを増加させて、前記出力高周波信号が前記所定値Voutに達した場合は、前記PINダイオードD1に逆方向バイアスがかかり、前記PINダイオードD2に順方向バイアスがかかることから、前記入力高周波信号は前記アンプ回路40ではなく前記バイパス回路41を通ることとなり、図4におけるb点に示すように、前記入力高周波信号の信号レベルに対する前記出力高周波信号の信号レベルが低下する。
前記位相調整回路45は、前記バイパス回路41に含まれており前記アンプ回路40の出力信号と前記バイパス回路41の出力信号の位相を整合させるように構成されている。尚、このような位相の整合が必要となる理由は、前記スイッチ回路42は、前記アンプ回路40を通って増幅された高周波信号と、前記アンプ回路40を通らずに前記バイパス回路を通った高周波信号を切り替える際に、両方の信号を選択しているタイミング、つまり前記ダイオードD1とD2の両方に順方向バイアスがかかっているタイミングが存在するように構成されており、前記タイミングにおける両信号の位相のずれによる出力信号レベルの低下を防止するためである。
前記位相調整回路45について詳述すると、前記位相調整回路45は、図3に示すように、固定値の抵抗と、リアクタンスを調整することにより位相を整合させるリアクタンス素子を備えて構成されており、前記リアクタンス素子は、例えば、値を可変することができる容量性リアクタンス素子450で構成されている。前記位相調整回路45は、前記容量性リアクタンス素子450の値を変化させることで、前記バイパス回路41を通る信号の位相を前記アンプ回路40を通る信号の位相と一致させるように構成されている。
前記位相補正回路46は、前記スイッチ回路42からの出力信号に基づいて前記位相調整回路45の位相調整特性を補正するように構成されている。以下、前記位相補正回路46の動作について、図5に示すような、信号が前記バイパス回路41を通る状態から前記アンプ回路40を通る状態へと遷移する場合における、前記PINダイオードD1とD2のバイアスの状態に対応する図3における地点dの高周波信号(出力高周波信号)の信号レベルを示したグラフに基づいて説明する。
詳述すると、高周波信号が前記バイパス回路41を通っており前記PINダイオードD2に順方向バイアスがかかっている状態(図5におけるオフ状態)から、高周波信号が前記アンプ回路40を通っており前記PINダイオードD1に順方向バイアスがかかっている状態(図5におけるオン状態)に切り替わる際、前記スイッチ回路42の切り替え時における両方の高周波信号を選択している状態、つまり前記PINダイオードD1とD2の両方に順方向バイアスがかかっている状態(図5における中間状態)が存在している。
前記中間状態において、前記アンプ回路40を介した高周波信号と前記バイパス回路41を介した高周波信号との間で位相のずれが生じていると、図5に示すように、2つの高周波信号の合成波の信号レベルが低下する。前記位相補正回路46は、この信号レベルの低下値AまたはBの大きさに基づいて、2つの高周波信号の位相のずれの大きさを算出する。その上で、前記位相補正回路46は、前記位相調整回路45の前記容量性リアクタンス450の値を、前記位相のずれを零にするような値に可変させる。
以上より、前記アンテナアンプ4は、前記出力切替回路43により切り替えられる前記スイッチ回路42の切替作動時に生じる信号レベルの変動を抑制するように構成されているのである。
以下、別実施形態について説明する。上述の実施形態では、位相調整回路45はバイパス回路41に含まれる構成について説明したが、前記位相調整回路45はアンプ回路40に含まれる構成であってもよい。例えば、図6に示すように、前記位相調整回路45をアンプ402の後段に挿入する構成が挙げられる。
上述の実施形態では、位相調整回路45において、容量性リアクタンス450を可変させることによって位相を調整する構成について説明したが、前記容量性リアクタンス450以外の素子等を用いて位相を調整する構成であってもよい。例えば、前記容量性リアクタンス450の代わりに誘導性リアクタンスを可変させて位相を調整する構成や、伝送線路の長さを変化させることによって位相を調整する構成が挙げられる。
上述の実施形態では、可変式のリアクタンス素子によって位相を調整する構成について説明したが、前記リアクタンス素子を可変させる方法として、値の異なる複数のリアクタンス素子を並列に接続してスイッチで切り替える方式であってもよい。例えば、図7に示すように、容量の異なる複数の容量性リアクタンス素子C1からCnを並列に接続して、容量切替スイッチ451で切り替える構成が挙げられる。
上述の実施形態では、出力切替回路43や入力切替回路44が、アンプ回路40の出力に基づいてスイッチ回路42や入力スイッチ回路401を排他的に切り替える構成について説明したが、出力切替回路43や入力切替回路44が、アンプ回路40の入力に基づいてスイッチ回路42や入力スイッチ回路401を排他的に切り替える構成であってもよい。
詳述すると、本実施形態では、アンテナアンプ4は、アンプ402からの出力信号を入力とする出力レベル検出部403の代わりに、前記アンプ402への入力信号を入力とする入力レベル検出部を備えて構成されており、前記入力レベル検出部は、前記アンプ402への入力レベルを所定値と比較することによって、スイッチ回路42や入力スイッチ回路401の切り替えを行う。
上述の実施形態では、位相補正回路46は、2つの高周波信号の合成波の信号レベルの低下値に基づいて、2つの高周波信号の位相のずれの大きさを算出する構成について説明したが、位相のずれを算出する方法として、2つの信号の位相を各々測定して差を求める構成であってもよい。
詳述すると、図8に示すように、2つの高周波信号が合流する前段に位相測定回路48Aと48Bを備えて構成されており、前記位相測定回路48Aにおいてアンプ回路40を通ってきた高周波回路を測定し、前記位相測定回路48Bにおいてバイパス回路41を通ってきた高周波信号を測定し、位相調整回路45において測定した2つの高周波信号を比較することで、2つの高周波信号の位相のずれの大きさを算出するのである。
尚、上述した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等を適宜変更設計できることは言うまでもない。
2:アンテナ
4:アンテナアンプ
40:アンプ回路
400:減衰回路
401:入力スイッチ回路
402:アンプ
403:出力レベル検出部
41:バイパス回路
42:スイッチ回路
43:出力切替回路
44:入力切替回路
45:位相調整回路
450:容量性リアクタンス素子
46:位相補正回路
4:アンテナアンプ
40:アンプ回路
400:減衰回路
401:入力スイッチ回路
402:アンプ
403:出力レベル検出部
41:バイパス回路
42:スイッチ回路
43:出力切替回路
44:入力切替回路
45:位相調整回路
450:容量性リアクタンス素子
46:位相補正回路
Claims (3)
- アンテナに近接して設置され、アンテナにより受信された高周波信号を増幅するアンプ回路と、前記高周波信号を前記アンプ回路を通さずにバイパスするバイパス回路と、前記アンプ回路及び前記バイパス回路の後段に夫々設けられた一対のスイッチ回路と、前記アンプ回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を排他的に切り替えて何れか一方の出力信号を後段に出力する出力切替回路を備えてなるアンテナアンプであって、
前記アンプ回路の出力信号と前記バイパス回路の出力信号の位相を整合させる位相調整回路を備え、前記出力切替回路により切り替えられる前記スイッチ回路の切替作動時に生じる信号レベルの変動を抑制するように構成されているアンテナアンプ。 - 前記位相調整回路は、リアクタンスを調整することにより位相を整合させるリアクタンス素子を備えて構成されている請求項1記載のアンテナアンプ。
- 前記スイッチ回路からの出力信号に基づいて前記位相調整回路の位相調整特性を補正する位相補正回路を備えている請求項1または2記載のアンテナアンプ。
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