JP2009218659A - 高周波レベル調整回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ＲＦ多重伝送機器において高周波用の特殊部品を用いることなく、汎用品であるスイッチングダイオードを使用することにより安価で減衰量が歪特性に影響しない高周波レベル調整回路を提供する。
【解決手段】第１のスイッチングダイオードのバイアス回路からのＲＦ信号を可変に調整して出力端子に出力する第１のレベル調整部と、第２のスイッチングダイオードのバイアス回路からのＲＦ信号を可変に調整するπ型アッテネータの中に配置された第２のレベル調整部と、第２のレベル調整部からのＲＦ信号を出力端子に出力する第３のスイッチングダイオードのバイアス回路と、第１乃至第３のスイッチングダイオードのバイアス回路を切替えるための切替え部を備え、ＲＦ信号の高周波調整を行う経路を切替えることにより減衰量を信号経路の特性を組合せまで確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＡＴＶ用伝送機器等のＲＦ多重伝送機器に使用される高周波レベル調整回路に関するものである。

ＲＦ多重伝送はＣＡＴＶ伝送を中心に、携帯電話等の無線基地局伝送や宅内の電力線や同軸ケーブルを用いた機器間伝送等幅広く用いられている。特にＣＡＴＶ伝送は世界中に幅広く普及しておりその重要度が高い。

現在ＣＡＴＶのインフラとして光同軸ハイブリッド型システムが広く使われてきている。更には将来を見越して放送の超多チャンネル化や通信の超高速化を可能とすることを目的としたＦｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ型システムも徐々にウェイトを占め始めてきている。またそこで流す情報として、従来のアナログ多チャンネル放送に加えて、各種デジタル放送の再送信や電話、インターネットといったフルサービスへの対応が主流となってきている。これらの情報に対して上記システムを用いて質の良い伝送を行うにはシステムを構築する各伝送機器を定格レベルで運用する必要がある。またそれを具現化するための機器は分波回路、ボンやイコライザといった傾斜補正回路、ロスを補正するための高周波増幅器及び定格レベルに設定するための高周波レベル調整回路などの各機能ブロックで構成されている。

従来の高周波レベル調整回路は、名称は異なるが高周波用アッテネータＭ２００１シリーズ（例えば非特許文献１）やＰＩＮダイオード減衰器（例えば特許文献１）が知られている。以下図面を参照しながら、従来例について説明する。図３、図４は非特許文献１に記載された従来の高周波アッテネータの回路図及び外観図である。図５、図６は特許文献１に記載された従来のＰＩＮダイオード減衰器の回路図と減衰特性図である。

まず、従来の高周波用アッテネータについて説明する。図３において、第１の抵抗体１０１は摺動素子１０４を介して第２の抵抗体１０２及び第３の抵抗体１０３とでＴ字型アッテネータを構成している。入力端子１１１は第１の抵抗体１０１に、出力端子１１２は第２の抵抗体１０２に、ＧＮＤ端子１１３は第３の抵抗体１０３にそれぞれ接続されている。そして、その高周波用アッテネータの概観は図４のように、回転用つまみ１２０が摺動素子１０４を連動させて動かす構造となっている。そのため、図３の回路構成が本体ケース１２１に組み込まれることで一つの部品を成している。

以上のように構成された高周波用アッテネータにおいて、入力端子１１１から入ったＲＦ信号は第１の抵抗体１０１、第２の抵抗体１０２、第３の抵抗体１０３、摺動素子１０４から成るＴ字型アッテネータを経由して出力端子１１２に出力される。また摺動素子１０４は回転用つまみ１２０と連動して動く構造となっているため、回転用つまみ１２０を回す事で摺動素子１０４の位置が本体ケース１２１の中で上下する。その動作によりＴ型アッテネータの減衰量が変化し、出力端子１１２に出力されるＲＦ信号のレベルが調整される。この時、第１の抵抗体１０１、第２の抵抗体１０２、第３の抵抗体１０３に対して調整された摺動素子１０４の位置で規定される各抵抗値の関係は、以下の式で表される。

（数１）
第３の抵抗値＝１５０×１０^{（Ｌ／２０）}／（１０^{（Ｌ／１０）}−１）
第１の抵抗値＝７５×（１０^{（Ｌ／１０）}＋１）／（１０^{（Ｌ／１０）}−１）−第３の抵抗値
＝第２の抵抗値
Ｌ：減衰量（ｄＢ）
Ｔ型アッテネータは、摺動素子１０４の可動範囲に亘って上記抵抗値の相対関係を維持することにより、減衰量約２０ｄＢという幅広いレベル調整を可能としている。

次に従来のＰＩＮダイオード減衰器について説明する。図５において、入力端子２００に供給されたＲＦ信号は結合コンデンサ２０１を経由して第１のＰＩＮダイオード２０２及び第２のＰＩＮダイオード２０３を含むブリッジＴ型アッテネータに入力される。結合コンデンサ２０４、２０５はＤＣ分離用であり、抵抗２０６、２０７は回路に適切なインピーダンス（例えば７５Ω）を与える役目をするものである。ブリッジＴ型アッテネータからのＲＦ信号は結合コンデンサ２０８を経由して出力端子２０９に出力される。直流電圧印加端子２２０はバイアス抵抗２２１及びバイアス抵抗２２２と第１のツェナーダイオード２２３の直列回路より第１のＰＩＮダイオード２０２を駆動するための電圧を印加している。同様に、可変電圧印加端子２３０はバイアス抵抗２３１及びバイアス抵抗２３２と第２のツェナーダイオード２３３の直列回路より第２のＰＩＮダイオード２０３を駆動するための電圧を印加している。チョークコイル２４０は望ましくないＡＣ信号成分を阻止するために設けてある。

以上のように構成されたＰＩＮダイオード減衰器において、以下その動作を説明する。入力端子２００から入ったＲＦ信号は、結合コンデンサ２０１を経由して第１のＰＩＮダイオード２０２と第２のＰＩＮダイオード２０３を含むブリッジＴ型アッテネータに供給され、ブリッジＴ型アッテネータによって減衰されたＲＦ信号が結合コンデンサ２０８を経由して出力端子２０９より出力される。ブリッジ型アッテネータの減衰量を決定する各ＰＩＮダイオードの制御電流は、第１のＰＩＮダイオード２０２側については直流電圧印加端子２２０よりバイアス抵抗２２１及びバイアス抵抗２２１と並列に配置されたバイアス抵抗２２２と第１のツェナーダイオード２２３の直列回路より供給される。第１のツェナーダイオード２２３に印加される電圧（直流電圧印加端子２２０と可変電圧印加端子２３０とで決定される電位差）がツェナーダイオードの閾値電圧を超えるまでは第１のＰＩＮダイオード２０２に供給される電流はバイアス抵抗２２１を通じてのみ流れる。次に第１のツェナーダイオード２２３に印加される電圧がツェナーダイオードの閾値電圧を越えた時点で第１のツェナーダイオード２２３が導通状態になり、バイアス抵抗２２１と並列のバイアス抵抗２２２が加わり電流が流れる。

同様に第２のＰＩＮダイオード２０３側については可変電圧印加端子２３０よりバイアス抵抗２３１及びバイアス抵抗２３１と並列に配置されたバイアス抵抗２３２と第２のツェナーダイオード２３３の直列回路より供給される。第２のツェナーダイオード２３３に印加される電圧がツェナーダイオードの閾値電圧を超えるまでは第２のＰＩＮダイオード２０３に供給される電流はバイアス抵抗２３１を通じてのみ流れる。可変電圧印加端子２３０から印加される電圧がツェナーダイオードの閾値電圧を越えた時点で第２のツェナーダイオード２３３が導通状態になり、バイアス抵抗２３１と並列のバイアス抵抗２３２が加わり電流が流れる。

図６は可変電圧印加端子からの電圧に対する減衰特性を記載したものである。グラフ２５０は上記回路構成における減衰特性を示しているが、可変電圧印加端子からの電圧可変範囲が２１Ｖで約１０ｄＢの減衰量を得ている。
Ｖｉｓｈａｙ製カタログ 特開平４−２３３８１４号公報

しかしながら上記図３及び図４で示すような高周波アッテネータにおいては、減衰量は２０ｄＢ近くを確保できるが回転つまみによってＴ字型アッテネータの抵抗比率を維持しながら可変させていく特殊な機構にする必要があることと、一度設定された減衰量を１０年以上という長期間に亘って維持するには３つの抵抗体をサーメット系で製造する必要があるため、高周波アッテネータ自体が大変高価になるという問題点を有していた。

また、上記図５で示すようなＰＩＮダイオード減衰器においては、下り帯域に用いるＰＩＮダイオード自体が高周波部品で汎用性がないために部品単価が高いということ、ＰＩＮダイオードの歪特性を良くするには一般的には信号が通過する側に配置されたＰＩＮダイオードをｎ段構成とし、同じ減衰量を維持するために流す電流を増加させる必要があるため回路全体が高価になる（但し、ＰＩＮダイオード減衰器＜高周波アッテネータ）。更に、ＰＩＮダイオードのバイアスを可変して減衰量を決定するためにＰＩＮダイオードの歪特性が減衰量によって変わるという問題点を有していた。

本発明は、従来の課題を解決するもので、スイッチングダイオードを用いることにより安価で減衰量が歪特性に影響しない高周波レベル調整回路を提供するものである。

上記問題点を解決するために本発明の高周波レベル調整回路は、入力端子から入力したＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチングダイオードのバイアス回路と、第１のスイッチングダイオードのバイアス回路からのＲＦ信号を可変に調整して出力端子に出力する第１のレベル調整部と、入力端子から入力したＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦする第２のスイッチングダイオードのバイアス回路と、第２のスイッチングダイオードのバイアス回路からのＲＦ信号を可変に調整するπ型アッテネータの中に配置された第２のレベル調整部と、第２のレベル調整部からのＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦして出力端子に出力する第３のスイッチングダイオードのバイアス回路と、第１のスイッチングダイオード、第２のスイッチングダイオード及び第３のスイッチングダイオードのバイアス回路を切替えるための切替え部を備え、切替え部によりＲＦ信号の高周波調整を行うスイッチングダイオードのバイアス回路を切替える。

本構成によって、スイッチングダイオードはＲＦ信号に合わせて経路を切替えるために使用し、減衰量は信号経路の各レベル調整部の特性を組み合わせて確保する。そのため、安価な部品を用いた回路構成で歪特性が減衰量に対して一定な高周波レベル調整回路を実現できる。

本発明の高周波レベル調整回路によれば、複数個のスイッチングダイオードとそのバイアス回路を切替える制御部を有し各信号経路にレベル調整部を設けることで、安価なスイッチングダイオードを用いて８ｄＢ以上の減衰量を確保できると共に減衰量が歪特性に影響しない高周波レベル調整回路を提供する事ができる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施例における高周波レベル調整回路の回路図で、図２はその減衰特性である。図１において、入力端子１０に供給されたＲＦ信号は結合コンデンサ１１を経由して第１のスイッチングダイオード１２に入力される。第１のスイッチングダイオード１２を通過したＲＦ信号は第１のレベル調整ボリウム１３の可動端子よりレベル調整されて取り出され、結合コンデンサ１４、１５を経由して出力端子１６に出力される。また、入力端子１０に供給されたＲＦ信号は結合コンデンサ１１を経由して第２のスイッチングダイオード２０にも入力される。第２のスイッチングダイオード２０を通過したＲＦ信号は結合コンデンサ２１を経由して、抵抗２２、第２のレベル調整ボリウム２３、抵抗２４で構成されたπ型アッテネータに供給される。

この時、抵抗２２、２４及び第２のレベル調整ボリウム２３で構成されたπ型アッテネータは、回路に適切なインピーダンス（例えば、７５Ω）を与える役目をする。次にπ型アッテネータに供給されたＲＦ信号は第２のレベル調整ボリウム２３の可動端子よりレベル調整されて取り出され、結合コンデンサ２５、第３のスイッチングダイオード２６、結合コンデンサ１５を経由して出力端子１６に出力される。直流電圧印加端子３０はバイアス抵抗３１、３２と第１の調整ボリウム１３により第１のスイッチングダイオード１２を駆動させるための電圧を印加する。また、直流電圧印加端子３０はバイアス抵抗３１とバイアス抵抗３３により第２のスイッチングダイオード２０を、またバイアス抵抗３４、３５によりスイッチングダイオード２６をそれぞれ駆動させるための電圧を印加する。

系統切替えスイッチ４０は、第１の切替え端子部４１、第２の切替え端子部４２、第３の切替え端子部４３で構成される。第１の切替え端子部４１はバイアス抵抗３２に、第２の切替え端子部４２はバイアス抵抗３３に、第３の切替え端子部４３はバイアス抵抗３５にそれぞれ接続される。バイパスコンデンサ５０は直流電圧印加端子３０に接続され、直流電圧印加端子３０から供給される電圧に重畳されているリップル成分を除去するために設けてある。バイパスコンデンサ５１、５２、５３はそれぞれ切替え端子部４１、４２、４３に接続され、第１のスイッチングダイオード１２、第２のスイッチングダイオード２０、第３のスイッチングダイオード２６のバイアス回路に重畳されている高調波成分を除去するために設けてある。

以上のように構成された高周波レベル調整回路において、以下その動作を説明する。例えば、系統切替えスイッチ４０の第１の切替え端子部４１を閉じる、第２の切替え端子部４２及び第３の切替え端子部４３を開くに設定すると（以下この設定状態をステージ１と呼ぶ）、直流電圧印加端子３０からの直流電圧＋Ｂはバイアス抵抗３１、第１のスイッチングダイオード１２、第１のレベル調整ボリウム１３、バイアス抵抗３２に加わり、第１のスイッチングダイオード１２がオンし、第２、第３のスイッチングダイオード２０、２６がオフとなる。そのため入力端子１０から入ったＲＦ信号は結合コンデンサ１１、第１のスイッチングダイオード１２、第１のレベル調整ボリウム１３の可動端子、結合コンデンサ１４、１５を経由して出力端子１６に出力される。このとき第１のレベル調整ボリウム１３の可変範囲がステージ１の減衰量となり、第１のスイッチングダイオード１２のロスと第１のレベル調整ボリウム１３の残留抵抗が挿入損失（＝最小減衰量）となる。

次に、系統切替えスイッチ４０の第１の切替え端子部４１を開く、第２の切替え端子部４２及び第３の切替え端子部４３を閉じるに設定すると（以下この設定状態をステージ２と呼ぶ）、直流電圧印加端子３０からの直流電圧＋Ｂはバイアス抵抗３１、第２のスイッチングダイオード２０、バイアス抵抗３３及びバイアス抵抗３４、第３のスイッチングダイオード２６、バイアス抵抗３５にそれぞれ加わり、第２、第３のスイッチングダイオード２０、２６がオンし、第１のスイッチングダイオード１２がオフとなる。そのため入力端子１０から入ったＲＦ信号は結合コンデンサ１１、第２のスイッチングダイオード２０、結合コンデンサ２１、第２のレベル調整ボリウム２３の可動端子、結合コンデンサ２５、第３のスイッチングダイオード２６、結合コンデンサ１５を経由して出力端子１６に出力される。この時第２のレベル調整ボリウム２３の可変範囲がステージ２の減衰量となり、第２のレベル調整ボリウム２３の抵抗値が最大の時に本回路の最大減衰量となる。

図２は上記回路構成による高周波レベル調整回路の減衰特性図を示すもので、（ａ）にレベル調整ボリウムの可変範囲に対する減衰特性を、（ｂ）に周波数に対する減衰特性を記載する。図２（ａ）において、グラフ６０はステージ１の可変範囲７０における減衰特性を、グラフ６１はステージ２の可変範囲７１に対する減衰特性をそれぞれ示すものである。このときの各々の減衰量７２、７３を縦軸に表している。また図２（ａ）において２．５〜３．５ｄＢ付近がステージ１とステージ２による減衰特性の切替えポイントで、二つの特性を重ねることにより減衰特性の連続性を確保すると共に最大減衰量として約９ｄＢを確保している。この特性は、図６に示す従来のＰＩＮダイオード減衰器の減衰特性であるグラフ２５０とほぼ同等の減衰量を確保する。更に、この減衰量は、図２（ｂ）の周波数に対する減衰特性に示すように、ＣＡＴＶの下り帯域（７０〜７７０ＭＨｚ）において確保されている。

かかる構成によれば入力したＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチングダイオードのバイアス回路から出力端子にＲＦ信号を連続的に可変して取り出す第１のレベル調整部と、π型アッテネータを挟んで入力したＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦする第２及び第３のスイッチングダイオードをお互いの極性が相対する方向に接続し、π型アッテネータから出力端子にＲＦ信号を連続的に可変して取り出す第２のレベル調整部とを備えることにより、第１のスイッチングダイオード１２の順方向電流はバイアス抵抗３１、３２と第１のレベル調整ボリウム１３の抵抗値の総和で、第２のスイッチングダイオード２０の順方向電流はバイアス抵抗４、１６の抵抗値の総和で、第３のスイッチングダイオード２６の順方向電流はバイアス抵抗３４、３５の抵抗値の総和でそれぞれ決定される事となり、回路の歪特性は減衰量とは無関係となると共に安価なスイッチングダイオードを用いて高周波レベル調整回路を構成することができる。

なお、本実施の形態において、直流電圧印加端子のリップル除去用としてバイパスコンデンサ５０を、またバイアス回路の高調波成分除去用としてバイパスコンデンサ５１、５２、５３を設けたが、バイパスコンデンサ５０〜５１はなくても高周波レベル調整回路の基本機能に影響はしない。

本発明の高周波レベル調整回路は、例えばＣＡＴＶ用伝送機器の下り帯域（７０〜７７０ＭＨｚ）において１０ｄＢ近い減衰量が必要なレベル調整箇所に適用することができる。また実施例においては、ＣＡＴＶ応用を中心にして記載したが、ＲＦ多重伝送を用いる無線基地局や宅内伝送での同様の構成の機器においても適用できうるものである。

本発明の一実施例における高周波レベル調整回路図 本発明の一実施例における減衰特性図 従来の高周波アッテネータの回路図 従来の高周波アッテネータの外観図 従来のＰＩＮダイオード減衰器の回路図 従来のＰＩＮダイオード減衰器の減衰特性図

符号の説明

１０ 入力端子
１１、１４、１５、２１、２５ 結合コンデンサ
１２ 第１のスイッチングダイオード
１３ 第１のレベル調整ボリウム
１６ 出力端子
２０ 第２のスイッチングダイオード
２２、２４ 抵抗
２３ 第２のレベル調整ボリウム
２６ 第３のスイッチングダイオード
３０ 直流電圧印加端子
３１、３２、３３、３４、３５ バイアス抵抗
４０ 系統切替えスイッチ
４１ 第１の切替え端子部
４２ 第２の切替え端子部
４３ 第３の切替え端子部
５０、５１、５２、５３ バイパスコンデンサ
６０ ステージ１の減衰特性
６１ ステージ２の減衰特性
７０ ステージ１の可変範囲
７１ ステージ２の可変範囲
７２ ステージ１の減衰量
７３ ステージ２の減衰量

Claims (1)

1. 入力端子から入力したＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦする第１のスイッチングダイオードのバイアス回路と、
   前記第１のスイッチングダイオードのバイアス回路からのＲＦ信号を可変に調整して出力端子に出力する第１のレベル調整部と、
   前記入力端子から入力したＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦする第２のスイッチングダイオードのバイアス回路と、
   前記第２のスイッチングダイオードのバイアス回路からのＲＦ信号を可変に調整するπ型
   アッテネータの中に配置された第２のレベル調整部と、
   前記第２のレベル調整部からのＲＦ信号をＯＮ／ＯＦＦして前記出力端子に出力する第３のスイッチングダイオードのバイアス回路と、
   前記第１のスイッチングダイオード、第２のスイッチングダイオード及び第３のスイッチングダイオードのバイアス回路を切替えるための切替え部を備えたことを特徴とする高周波レベル調整回路。

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