JP2015171081A - 可変利得増幅器、それを用いた送信機および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高利得動作と低利得動作の切り替え時に通信信号の瞬断が発生する。【解決手段】入力した信号を少なくとも第１の信号経路と第２の信号経路に分配して出力する分配器と、入力した信号を増幅または減衰して出力する能動素子と、第１の信号経路と第２の信号経路から入力した信号を合成して出力する合成器と、能動素子の駆動電力を制御する制御部とを含み、能動素子は第１の信号経路にのみ配置されている。【選択図】 図９

Description

本発明は、可変利得増幅器、それを用いた送信機および制御方法に関し、特に、高周波帯の高出力な無線通信装置に用いられる可変利得増幅器、それを用いた送信機およびその制御方法に関する。

マイクロ波無線装置など、高周波帯の高出力な無線通信装置において、送信電力の調整が必要な場合がある。可変利得増幅器は、そのような電力調整の場面等に用いられ、増幅利得を変化することができる増幅器である。可変利得増幅器においては、消費電力を低減するための種々の工夫がなされている。低消費電力化を図った可変利得増幅器が、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の関連する可変利得増幅器は、増幅器と並列にバイパス線路を設け、必要な利得に合わせて増幅器側とバイパス線路側とを切り替えるとしている。この回路構成によれば、バイパス線路を使用している場合に増幅器の電源を切断し、その消費電力を低減することができるとしている。より詳細には次のとおりである。

図１２は、関連する可変利得増幅器の構成を示すブロック図である。この可変利得増幅器は、１入力２出力の切り替えを行うスイッチ５０、増幅器５３およびバイパス線路５４を備えている。この他にも、増幅器５３に電力を供給する電源回路５７、電源回路５７から増幅器５３への接続と遮断を行う電源スイッチ５８、２入力１出力の切り替えスイッチ５０および電源スイッチ５８のスィッチ動作を制御するスイッチ制御部５９を備えている。ここで、図１２に示すスイッチの状態は、必要な利得が高利得の場合の切り替え例である。続いて、高利得の場合、低利得の場合、の各場合についてその動作を説明する。

まず高利得の場合、スイッチ５０はスイッチ制御部５９の制御によって増幅器５３側に切り替えられる。この信号経路によって、入力端から入力する信号は、増幅器５３により増幅され、出力端に出力する。なお、電源スイッチ５８は、増幅器５３を動作させるため、接続状態となるようにスイッチ制御部５９によって制御される。

他方、低利得の場合、スイッチ５０はスイッチ制御部５９の制御によって、高利得の場合とは逆にバイパス線路５４側に切り替えられる。この信号経路においては、入力端から入力する入力信号はバイパス線路を経由して、入力端での信号そのままに出力端から出力する。そのため、低利得時の出力信号は、増幅器５３を経由して増幅される高利得時の出力信号と比較して小さくなる。なお、電源スイッチ５８は、低利得時においては増幅器５３の動作が不要であるため、遮断状態となるようにスイッチ制御部５９によって制御される。その結果、低利得時においては、増幅器５３への電源供給を行わないことによって、消費電力を抑えることができるとしている。

特開２００７−８１５３５号公報 特開２００９−１２４１８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の関連する可変利得増幅器には次のような問題があった。図１３は、関連する可変利得増幅器の利得の時間変化を示す特性図である。縦軸は利得であり、高利得時にはＧ＿Ｈ、低利得時にはＧ＿Ｌの利得となる。図１３が示すように、高利得時と低利得時との経路切り替えを行っている途上において、利得が無い時間帯（領域Ｂ）が存在する。

利得が無い時間帯の存在は、信号経路の物理的な遮断と接続が切り替えスイッチによって行われるため、高利得時から低利得時に切り替える際、信号経路が増幅器側の線路にもバイパス線路にも接続されていない状態が発生するからである。すると、可変利得増幅器の入力端から入力した入力信号は、利得が無い時間帯において、出力端から出力されなくなる。つまり、高周波無線通信等において信号が途切れる時間帯が発生することになる。その結果、通信信号のビット誤りが発生し、要求された通信品質を達成できない原因となる。

以上のように、関連する可変利得増幅器は、高利得と低利得の利得切り替え機能を有し、低利得時には増幅器の電源を遮断して消費電力の低減効果があるものの、利得切り替えの際に通信信号の瞬断が発生する問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、高利得と低利得の利得切り替えにおいて瞬断が発生する、という課題を解決する可変利得増幅器、それを用いた送信機および制御方法を提供することにある。

本発明の可変利得増幅器は、入力した信号を少なくとも第１の信号経路と第２の信号経路に分配して出力する分配器と、入力した信号を増幅または減衰して出力する能動素子と、第１の信号経路と第２の信号経路から入力した信号を合成して出力する合成器と、能動素子の駆動電力を制御する制御部とを含み、能動素子は第１の信号経路にのみ配置されている。

本発明の可変利得増幅器の制御方法は、入力した信号を少なくとも第１の信号と第２の信号に分岐し、第１の信号の利得を増幅または減衰して出力し、第２の信号の利得を略変化させずに出力し、第１の信号と第２の信号の出力を合成して出力する。

本発明の可変利得増幅器によれば、通信信号の瞬断を生じることなく、利得切り替えによる低消費電力化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器の高利得時の動作を説明するための特性図である。 本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器の低利得時の動作を説明するための特性図である。 本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器の利得の遷移状態における動作を説明するための特性図である。 本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器の利得の時間変化を示す特性図である。 本発明の第２の実施形態に係る可変利得増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る可変利得増幅器の動作を説明するための特性図であり、（ａ）は高利得時、（ｂ）は低利得時、（ｃ）は高利得から低利得への遷移時である。 本発明の第２の実施形態に係る可変利得増幅器の利得の時間変化を示す特性図である。 本発明の第３の実施形態に係る可変利得増幅器の構成を示すブロック図である。 本発明の可変利得増幅器の制御を説明するフローチャートである。 本発明の送信機の構成を示すブロック図である。 関連する可変利得増幅器の構成を示すブロック図である。 関連する可変利得増幅器の利得の時間変化を示す特性図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号をつけ、その説明を省略する場合がある。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器の構成を示すブロック図である。図１の可変利得減衰器１００は次のような回路素子から構成される。すなわち、入力する信号を複数の経路に分配して出力する電力分配器１１、入力する信号を減衰させて出力し、減衰させる量を変化することができる可変減衰器１２、入力する信号を増幅して出力する増幅器１３がある。また、入力する信号をそのまま出力するバイパス線路１４、複数の経路から入力する信号を合成して出力する電力合成器１５がある。ここでは複数の経路として、第１の信号経路と第２の信号経路とからなる場合を一例として取り上げる。複数の経路の前段には電力分配器１１を接続し、複数の経路の後段には電力合成器１５を接続する。第１の信号経路は可変減衰器１２および増幅器１３を含み、第２の信号経路はバイパス線路１４を含む。

この他にも、可変減衰器１２を制御する減衰器制御部１６、増幅器１３に電源電力を供給する電源回路１７、増幅器１３への電力供給を遮断する電源スイッチ１８、電源スイッチ１８を制御するスイッチ制御部１９が含まれる。次に動作について説明する。最初に高利得動作の場合について説明する。
（動作）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器１００において、高利得動作の場合における入力端から出力端までの各段の信号の利得を示す特性図である。実線は増幅器側、破線はバイパス側、の各経路における各段の信号の変化を示す。高利得動作の場合、増幅器１３を動作させるため、電源スイッチ１８は接続状態となるようにスイッチ制御部１９によって制御される。また、可変減衰器１２は、減衰量が小さくなるように減衰器制御部１６によって制御される。

入力端から入力された信号は、電力分配器１１によって２経路に分配され、一つは可変減衰器１２へ、他方はバイパス線路１４側にそれぞれ入力される。本実施形態においては、２経路への分配はそれぞれ略等電力に分配されるものとする。すると、入力端における入力信号を基準としてゼロデシベル（０ｄＢ）と置くと、２経路への電力はそれぞれ半分ずつとなり、デシベル表記で−３ｄＢとなる（図２の横軸：分配器における利得）。

まず、増幅器側へ分配された信号は、可変減衰器１２ではほとんど減衰されない状態で、増幅器１３に入力される。増幅器１３に入力した信号（−３ｄＢ）は、増幅器１３において例えば１００倍（＋２０ｄＢ）に増幅される。すると、図２に示すように、−３ｄＢから少し利得が低減した後（図２の横軸：減衰器における利得）、＋１７ｄＢまで利得が増える（図２の横軸：増幅器における利得）。その後、この＋１７ｄＢの信号が電力合成器１５に入力される。

他方、バイパス線路１４側に分配された信号は、その利得に変化がないまま（−３ｄＢ）、電力合成器１５に入力される。分配器と合成器との間が直結状態となっているからである。

電力結合器１５において、増幅器側の信号利得＋１７ｄＢとバイパス側の信号利得−３ｄＢとが合成され、出力端から出力される（図２の横軸：合成器における利得）。すなわち、高利得時の可変利得増幅器の利得であるＧ＿Ｈは、本実施形態の例においては約１７ｄＢとなる。このように、電力合成器１５に入力される信号利得は、増幅器側の経路の方がバイパス線路側の経路よりも大きく（約２０ｄＢの差）、合成値においてはバイパス線路側の信号の寄与はほとんど無視できる。次に低利得動作の場合の動作について説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器１００において、低利得動作の場合における入力端から出力端までの各段の信号の利得を示す特性図である。低利得動作の場合、増幅器１３の動作が不要であるため、電源スイッチ１８は遮断状態となるようにスイッチ制御部１９によって制御される。また、可変減衰器１２は、減衰量が大きくなるように減衰器制御部１６によって制御される。

入力端から入力された信号は、電力分配器１１によって２経路に分配され、一つは可変減衰器１２へ、他方はバイパス線路１４側にそれぞれ入力する。高利得の場合と同様、本実施形態においては２経路に略等分配されるので、２経路への信号の電力値はそれぞれ−３ｄＢとなる（図３の横軸：分配器における利得）。

まず、増幅器側へ分配された信号（−３ｄＢ）は、可変減衰器１２で例えば−３０ｄＢの大きな減衰を受け−３３ｄＢまで低減する（図３の横軸：減衰器における利得）。次に、可変減衰器１２を出力して増幅器１３に入力した信号は、増幅器１３の電源スイッチ１８は遮断状態であるので、増幅器１３において増幅ではなく減衰を受けることなる（例えば−１５ｄＢの減衰）。すると、増幅器１３に入力した信号（−３３ｄＢ）は、増幅器１３の出力端においては−４８ｄＢとなって、ほとんど出力されないレベルとなる（図３の横軸：増幅器における利得）。その後、この−４８ｄＢの信号が電力合成器１５に入力される。

他方、バイパス線路１４側に分配された信号（−３ｄＢ）は、高利得の場合と同様に、その利得のまま電力合成器１５に入力される。

電力結合器１５において、増幅器側の信号利得−４８ｄＢとバイパス側の信号利得−３ｄＢとが合成され、出力端から出力される（図２の横軸：合成器における利得）。すなわち、低利得時の可変利得増幅器の利得であるＧ＿Ｌは、本実施形態の例においては約−３ｄＢとなる。このように、電力合成器１５に入力される信号は、バイパス線路側の経路の方が増幅器側の経路よりも大きく（約４５ｄＢの差）、合成値においては増幅器側の信号の寄与は完全に無視できる。なお、低利得の場合において留意すべきことは、電源スイッチ１８を遮断にして増幅器１３への電源供給を行わないため、増幅器１３における消費電力の発生を抑えていることにある。最後に、高利得動作と低利特動作の切り替えについて、高利得動作から低利得動作に遷移する場合を例にとって説明する。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器１００の利得の遷移状態における動作を説明するための特性図である。また、図５は、本発明の第１の実施形態に係る可変利得増幅器１００の利得の時間変化を示す特性図である。

高利得動作の場合、電源スイッチ１８は接続状態となるように、そして、可変減衰器１２において信号はほとんど減衰されないように制御がなされる。上述したように増幅器側の動作は、減衰器において−３ｄＢから少し利得が低減した後、増幅器において＋１７ｄＢまで利得が増えることとなる。すなわち、高利得動作時の利得Ｇ＿Ｈであり、ここが出発点となる（図５の領域Ａ）。

切り替えの際の次段階として、可変減衰器１２による減衰量を最大レベルの−３０ｄＢまで大きくする（図５の領域Ｂ）。すると、可変減衰器１２からの出力は−３３ｄＢとなる（図４の横軸：減衰器における利得）。その後に増幅器１３により増幅（＋２０ｄＢ）されるので、増幅器の出力における利得は、−１３ｄＢ（−３３ｄＢ＋２０ｄＢ）となる（図４の横軸：増幅器における利得）。つまり、可変減衰器１２による減衰量が最大レベル、かつ、増幅器１３の電源が接続状態であることから、増幅器側に入力した信号は減衰した後に増幅することになる。

一方、バイパス線路側の信号は、上述したように、分配されたときの利得信号のまま（−３ｄＢ）、電力合成器１５の入力端に向かう。そうすると、電力合成器１５に入力される増幅器側の信号の利得（−１３ｄＢ）は、バイパス線路側の信号の利得である−３ｄＢよりも小さいレベルまで減衰された状態となる（図４の横軸：増幅器における利得）。その後段の電力結合器１５において、増幅器側の利得−１３ｄＢとバイパス側の利得−３ｄＢとが合成され、出力端から約−２．６ｄＢの利得が出力する（図４の横軸：合成器における利得）。このように、電力合成器１５に入力される信号は、バイパス線路側の信号の方が増幅器側の経路を通った信号よりも大きく（約１０ｄＢの差）、合成値においては増幅器側の寄与分はほぼ無視できると言える。

この状態の後、スイッチ制御部１９が、増幅器１３への駆動電力が遮断となるように電源スイッチ１８を制御する。すると、増幅器１３の増幅作用が無くなり、増幅器に入力する信号は逆に減衰を受けて出力される。その結果、増幅器側の信号の利得は、−１３ｄＢから−４８ｄＢまで下がって、完全に無視できる値となる。そのため、合成器（出力端）における信号の利得は−２．６ｄＢから、バイパス線路側の信号のみによる−３ｄＢに変化する（図５の領域Ｃ）。

その後、可変減衰器１２による減衰量が最大レベル、かつ、増幅器１３の電源が遮断状態という、低利得時の状態となる（図５の領域Ｄ）。つまり、増幅器１３への電源供給を行わないため、増幅器１３における消費電力の発生が抑えられた状態となる。

以上のように、高利得時の利得Ｇ＿Ｈから開始して低利得時の利得Ｇ＿Ｌまで、可変減衰器の制御および電源スイッチの制御を逐次行うことによって、利得が無い時間帯が発生することなく高利得動作から低利得動作に遷移することができる（図５の領域Ａ〜Ｄ）。
（制御方法）
本実施形態係る可変利得増幅器１００の制御方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、増幅器側に入力された信号に対する増幅器および可変減衰器の制御を示す。まず、高利得状態においては、増幅器を動作状態とし（電源オン）、入力された信号を増幅する（ステップＳ１０）。続いて、可変減衰器における減衰動作を開始し、増幅器側に入力された信号が所望の出力レベルとなるように、可変減衰器における減衰量を制御する（ステップＳ２０）。このように、増幅器と可変減衰器の動作を組み合わせて、増幅器側に入力された信号に対する利得を変化させる（可変利得）。そして、可変減衰器における減衰量が、略最大の減衰量であるか否かを監視し（ステップＳ３０）、その減衰量が略最大でない場合にはステップＳ２０に戻る。一方、可変減衰器における減衰量が略最大である場合、すなわち、低利得状態に準じる場合には、減衰量設定を略最大に維持したまま、増幅器が動作しない（電源オフ）の状態となるように制御する（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の終了後、切替状態が終了し、低利得状態が始まる。以上のように、増幅器側に入力された信号に対して増幅を行っている場合に減衰を略最小から略最大まで変化させ、増幅器側に入力された信号に対して減衰を略最大に行っている場合に増幅に用いられる電力を略最小にしている。
（効果）
以上説明したように本実施形態の可変利得増幅器では、通信信号の瞬断を生じることなく、利得切り替えによる低消費電力化を図ることができる。続いて、関連する利得制御技術との比較検討を行い、本願の効果をさらに説明する。

特許文献２には、受信信号の利得を自動制御する利得制御技術が記載されている。特許文献２に記載の自動利得制御回路は、第１の信号パスと第２の信号パスとを並列に接続し、第１の信号パスにはＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を備え、第２の信号パスには可変減衰器とＬＮＡを備えている。そして、この関連する利得制御技術は、受信信号の利得をいずれかの信号パスを使って制御するとしている。すなわち、インターフェース回路より供給される自動利得制御信号に応じて各ＬＮＡの利得を可変設定することとしている。より具体的には、受信信号のレベルが第１の閾値より大きい場合には、第２の信号パスを利用して可変減衰器によって受信信号のレベルを減衰させた後、ＬＮＡによって必要量だけレベルを増幅する。このように減衰と増幅の両機能を使って受信信号全体の利得を調整する作用によって、ＬＮＡに入力される信号のレベルを小さくし、増幅時に信号の歪みが生じにくくなる効果が得られるとしている。

このように、特許文献２に記載の自動利得制御回路は、感度抑圧の改善と歪特性の改善の両立が目的であって、消費電力の低減は主目的ではない。このことは、特許文献２に記載の関連技術が、主として受信した微弱な信号を増幅する受信機用途であって、いずれの信号パスにも増幅器を備えていることからも明らかと言える。一方、本実施形態の可変利得増幅器は、上述のように、いずれかの信号経路にバイパス線路を備えるものである。このバイパス線路のみの信号経路を備えている構成によって、低利得時の状態において増幅器での消費電力の発生を抑える効果がある。従って、本実施形態は、この関連技術とは違って、利得切り替えにおける消費電力の低減と瞬断の無発生の両立という顕著な効果を奏している。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る可変利得増幅器２００の構成を示すブロック図である。図６に示す可変利得増幅器２００の構成と図１に示す可変利得増幅器１００の構成との差異は、１入力２出力の電力分配器２１および２入力１出力の電力合成器２５にある。端的には、電力分配器２１の電力分配比はＮ：１（Ｎは２以上）であり、電力分配比が１：１である電力分配器１１と分配比が異なる。このように、電力分配器２１および電力合成器２５は、電力の非対称分配および非対称合成を行う。その他の構成については、図１に示す構成と同様である。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る可変利得増幅器２００における入力端から出力端までの各段の信号の利得を示す特性図であり、（ａ）は高利得時、（ｂ）は低利得時、（ｃ）は高利得から低利得への遷移時である。実線は増幅器側、破線はバイパス側、の各経路における各段の信号の変化を示す。入力端から入力する信号は、電力分配器によって２経路に分配され、一つは可変減衰器へ、他方はバイパス線路側にそれぞれ入力する。本実施形態における２経路への電力分配は、増幅器側とバイパス線路側とを９：１に分配する場合を取り上げる。すると、入力端における入力信号を基準として１．０（０ｄＢ）と置くと、増幅器側の経路には０．９、バイパス線路側の経路には０．１の電力となり、デシベル表記でそれぞれ−０．５ｄＢ、−１０ｄＢとなる（図７（ａ）他の横軸：分配器における利得）。まず、高利得動作の場合について説明する。

高利得動作の場合、増幅器側へ分配された信号は、可変減衰器１２ではほとんど減衰されない状態で、増幅器１３に入力する。増幅器１３に入力する信号（−０．５ｄＢ）は、増幅器１３で例えば１００倍（＋２０ｄＢ）に増幅される。すると、図７（ａ）に示すように、−０．５ｄＢから少し利得が低減した後（図７（ａ）の横軸：減衰器における利得）、＋１９．５ｄＢまで利得が増える（図７（ａ）の横軸：増幅器における利得）。その後、この＋１９．５ｄＢの信号が電力合成器１５に入力する。

他方、バイパス線路１４側に分配された信号は、その利得に変化がないまま（−１０ｄＢ）、電力合成器１５に入力する。

電力結合器１５において、増幅器側の信号利得＋１９．５ｄＢとバイパス側の信号利得−１０ｄＢとが合成され、出力端から出力する（図７（ａ）の横軸：合成器における利得）。すなわち、高利得時の可変利得増幅器の利得であるＧ＿Ｈは、本実施形態の例においては約１９．５ｄＢとなる。このように、電力合成器１５に入力する信号利得は、増幅器側の経路の方がバイパス線路側の経路よりも大きく（約３０ｄＢの差）、合成値においてはバイパス線路側の信号の寄与はほとんど無視できる。次に低利得動作の場合について説明する。

低利得動作の場合、増幅器１３の動作が不要であるため、電源スイッチ１８は遮断状態となるようにスイッチ制御部１９によって制御される。また、可変減衰器１２は、減衰量が大きくなるように減衰器制御部１６によって制御される。

入力端から入力する信号は、高利得の場合と同様、９：１に電力分配されるので、２経路への信号の電力値はそれぞれ−０．５ｄＢ、−１０ｄＢとなる（図７（ｂ）他の横軸：分配器における利得）。

まず、増幅器側へ分配された信号（−０．５ｄＢ）は、可変減衰器１２で例えば−３０ｄＢの大きな減衰を受け、−３０．５ｄＢまで低減する（図７（ｂ）の横軸：減衰器における利得）。次に、可変減衰器１２を出力して増幅器１３に入力する信号は、電源供給が遮断状態である増幅器１３において減衰を受けることなる（例えば−１５ｄＢの減衰）。すると、増幅器１３に入力する信号（−３０．５ｄＢ）は、増幅器１３の出力においては−４５．５ｄＢとなって、ほとんど出力しないレベルとなる（図７（ｂ）の横軸：増幅器における利得）。その後、この−４５．５ｄＢの信号が電力合成器１５に入力する。

他方、バイパス線路１４側に分配された信号（−１０ｄＢ）は、高利得の場合と同様に、その利得のまま電力合成器１５に入力する。

電力結合器１５において、増幅器側の信号利得−４５．５ｄＢとバイパス側の信号利得−１０ｄＢとが合成され、出力端から出力する（図７（ｂ）の横軸：合成器における利得）。すなわち、低利得時の可変利得増幅器の利得であるＧ＿Ｌは、本実施形態の例においては約−１０ｄＢとなる。このように、電力合成器１５に入力する信号は、バイパス線路側の経路の方が増幅器側の経路よりも大きく（約３６ｄＢの差）、合成値においては増幅器側の信号の寄与はほとんど無視できる。なお、低利得の場合において留意すべきことは、電源スイッチ１８を遮断にして増幅器１３への電源供給を行わないため、増幅器１３における消費電力の発生を抑えていることにある。最後に、高利得動作と低利特動作の切り替えについて、高利得動作から低利得動作に遷移させる場合を例にとって説明する。

図８は、本発明の第２の実施形態に係る可変利得増幅器２００の利得の時間変化を示す特性図である。高利得の場合、電源スイッチ１８は接続状態となるように、そして、可変減衰器１２において信号はほとんど減衰されないように制御がなされる。上述したように増幅器側の動作は、減衰器において−０．５ｄＢから少し利得が低減した後、増幅器において＋１９．５ｄＢまで利得が増えることとなる。すなわち、高利得動作時の利得Ｇ＿Ｈであり、ここが出発点となる（図８の領域Ａ）。

切り替えの際の次段階として、可変減衰器１２による減衰量を最大レベルの−３０ｄＢまで大きくする（図８の領域Ｂ）。すると、可変減衰器１２からの出力は−３０．５ｄＢとなる（図７（ｃ）の横軸：減衰器における利得）。その後に増幅器１３により増幅（＋２０ｄＢ）されるので、増幅器の出力における利得は、−１０．５ｄＢ（−３０．５＋２０ｄＢ）となる（図７（ｃ）の横軸：増幅器における利得）。つまり、増幅器側に入力した信号は、減衰した後に増幅することになる。

一方、バイパス線路側の信号は、上述したように、分配されたときの利得（−１０ｄＢ）のまま、電力合成器１５の入力端に向かう。すると、電力合成器１５に入力される増幅器側の信号（−１０．５ｄＢ）は、バイパス線路側の信号の利得である−１０ｄＢに対して、略同等レベルにまで減衰した状態にある（図７（ｃ）の横軸：増幅器における利得）。その後段の電力結合器１５において、増幅器側の信号−１０．５ｄＢとバイパス側の信号−１０ｄＢとが合成され、出力端から約−７．２ｄＢの利得が出力する（図７（ｃ）の横軸：合成器における利得）。

この状態の後、スイッチ制御部１９が、増幅器１３への駆動電力が遮断となるように電源スイッチ１８を制御する。すると、すると、増幅器１３の増幅作用が無くなり、増幅器に入力する信号は逆に減衰を受けて出力される。その結果、増幅器側の信号の利得は、−１０．５ｄＢから−４５．５ｄＢまで下がって、完全に無視できる値となる。そのため、合成器（出力端）における信号の利得は−７．２ｄＢから、バイパス線路側の信号のみによる−１０ｄＢに変化する（図８の領域Ｃ）。

その後、可変減衰器１２による減衰量が最大レベル、かつ、増幅器１３の電源が遮断状態という、低利得時の状態となる（図８の領域Ｄ）。つまり、増幅器１３への電源供給を行わないため、増幅器１３における消費電力の発生が抑えられた状態となる。

以上のように、高利得時の利得Ｇ＿Ｈから開始して低利得時の利得Ｇ＿Ｌまで、可変減衰器の制御および電源スイッチの制御を逐次行うことによって、利得が無い時間帯が発生することなく高利得動作から低利得動作に遷移することができる（図８の領域Ａ〜Ｄ）。
（効果）
以上説明したように本実施形態の可変利得増幅器においても、第１の実施形態と同様、通信信号の瞬断を生じることなく、利得切り替えによる低消費電力化を図ることができる。

さらに、分配器の分岐比を非対称にして、例えば本実施形態のように９：１分岐とした場合には、Ｇ＿ＨとＧ＿Ｌの差（可変利得増幅器のダイナミックレンジ）は２９．５ｄＢとなる。すなわち、分配器の分岐比が対称な場合（第１の実施形態の場合）のＧ＿ＨとＧ＿Ｌの差である２０ｄＢよりも、可変利得増幅器のダイナミックレンジが広がる効果を奏する。

（第３の実施形態）
（構成）
本発明の最小構成に係る可変利得増幅器の構成について、図９を用いて説明する。図９の可変利得減衰器３００は次のような回路素子から構成される。すなわち、入力する信号を少なくとも２つの経路に分配して出力する分配器３１、入力する信号を増減して出力する能動素子１０、複数の経路から入力する信号を合成して出力する電力合成器３５、能動素子１０の駆動電力を制御する制御部２０がある。

２つの経路のうち、一つの経路は能動素子１０を配置し、他の経路はバイパス線路１４を配置して分配器１１と合成器１５との間を直結状態とする。電力分配器３１の電力分配比はＭ：１（Ｍは１以上）であり、電力分配器３１および電力合成器３５は、対称および非対称を含めた電力の分配および合成を行う。
（動作）
本実施形態においては、入力する信号を少なくとも第１の信号と第２の信号に分岐し、第１の信号の利得を増減して出力し、第２の信号の利得を変化させずに出力し、第１の信号と第２の信号の出力を合成して出力する動作を行う。

高利得動作の場合は能動素子１０が出力する信号利得がバイパス線路１４における信号利得よりも大きい場合であり（能動素子の増幅作用）、能動素子１０側の経路を通った信号の方が合成器（出力端）において支配的となる。

また、低利得動作の場合は能動素子１０が出力する信号利得がバイパス線路１４における信号利得よりも小さい場合であり（能動素子の減衰作用）、バイパス線路１４を通った信号の方が合成器（出力端）において支配的となる。そして、低利得動作の場合には、制御部２０は能動素子１０の駆動電力が最小となるように制御する。例えば、能動素子１０のバイアス電圧やバイアス電流を下げる、あるいは、能動素子１０への電源供給を遮断するような制御を制御部２０は行う。これによって、低利得動作において能動素子１０における消費電力の発生が抑えられる。

そして、高利得動作から低利得動作に遷移する場合、能動素子１０は入力する信号に対する増幅作用を抑えていき、続いて減衰作用を発生させる。これによって、２つの経路を通る信号に対して、どちらの経路を通る信号が合成器（出力端）において支配的になるかが切り替わる。加えて、利得が無い時間帯が発生することなく高利得動作から低利得動作に遷移することができる。また、制御部２０は、能動素子１０が入力する信号を最大に減衰している状態において、能動素子１０の駆動電力が最小となるように制御する。これによって、能動素子１０における消費電力の発生が抑えられる。
（効果）
以上説明したように本実施形態係る最小構成の可変利得増幅器３００においても、第１の実施形態と同様、通信信号の瞬断を生じることなく、利得切り替えによる低消費電力化を図ることができる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る送信機の構成について、図１１を用いて説明する。図１１の送信機１０００は、入力した入力信号のベースバンド処理を行うベースバンド部５００、ベースバンド信号の変調を行う変調部６００、変調された信号の送信を行う送信部７００から構成される。これらの機能は公知の技術を適宜採用できる。この送信機はマイクロ波通信、ポイントトゥポイント通信などいろいろな用途に適用することができる。そして、送信機１０００は、実施形態１乃至３に係る可変利得増幅器１００、２００、３００などを含むことによって、送信信号の瞬断を生じることなく、利得切り替えによる低消費電力化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば、次のような変形も可能である。複数の経路について、第１の信号経路と第２の信号経路とからなる場合を例として取り上げたが、信号経路は３つ以上あってもよく、信号経路の少なくとも一つにはバイパス線路を備える構成とすればよい。

また、２経路への非対称分配について、増幅器側とバイパス線路側とを９：１に電力分配する場合を例として取り上げたが、分岐比はこの例に限らない。

また、バイパス線路について、分配器と合成器の間が直結状態である場合を例として取り上げたが、分配器と合成器の間に能動素子が配置されずに受動素子が配置されていても構わない。

また、本発明の可変利得増幅器は、無線通信装置、特に送信機に適用し、電力調整を含むさまざまな用途に用いることが可能である。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。

１０ 能動素子
１１ １入力２出力の電力分配器（１：１分配）
１２ 可変減衰器
１３、５３ 増幅器
１４、５４ バイパス線路
１５ ２入力１出力の電力合成器（１：１合成）
１６ 減衰器制御部
１７、５７ 電源回路
１８、５８ 電源スイッチ
１９、５９ スイッチ制御部
２０ 制御部
２１ １入力２出力の電力分配器（Ｎ：１分配、Ｎは２以上）
２５ ２入力１出力の電力合成器（Ｎ：１合成、Ｎは２以上）
３１ １入力２出力の電力分配器（Ｍ：１分配、Ｍは１以上）
３５ ２入力１出力の電力合成器（Ｍ：１合成、Ｍは１以上）
１００、２００、３００ 可変利得増幅器
５００ ベースバンド部
６００ 変調部
７００ 送信部
１０００ 送信機

Claims (10)

1. 入力した信号を少なくとも第１の信号経路と第２の信号経路に分配して出力する分配器と、
   入力した信号を増幅または減衰して出力する能動素子と、
   前記第１の信号経路と第２の信号経路から入力した信号を合成して出力する合成器と、
   前記能動素子の駆動電力を制御する制御部とを含み、
   前記能動素子は前記第１の信号経路にのみ配置されている
   ことを特徴とする可変利得増幅器。
2. 前記能動素子が前記信号を略最大に減衰している状態において、前記制御部は前記能動素子の駆動電力を略最小に制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変利得増幅器。
3. 前記能動素子は、
   入力した信号を可変に減衰して出力する可変減衰器と、
   入力した信号を増幅して出力する増幅器と
   を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の可変利得増幅器。
4. 前記制御部が前記増幅器に駆動電力を供給する制御を行っている場合に、前記可変減衰器は前記減衰量を変化させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の可変利得増幅器。
5. 前記可変減衰器と前記増幅器は、前記第１の信号経路において直列接続されている
   ことを特徴とする請求項３乃至４のいずれか１項に記載の可変利得増幅器。
6. 前記分配器が前記第１の信号経路に分配する電力と、前記第２の信号経路に分配する電力とが略等しい
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可変利得増幅器。
7. 前記分配器が前記第１の信号経路に分配する電力は、前記第２の信号経路に分配する電力よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可変利得増幅器。
8. 入力した入力信号のベースバンド処理を行うベースバンド部と、
   前記ベースバンド処理された信号の変調を行う変調部と、
   前記変調された信号の送信を行う送信部とを備え、
   前記送信部は、請求項１乃至７に記載の可変利得増幅器を含む
   ことを特徴とする送信機。
9. 入力した信号を少なくとも第１の信号と第２の信号に分岐し、
   前記第１の信号の利得を増幅または減衰して出力し、
   前記第２の信号の利得を略変化させずに出力し、
   前記第１の信号と第２の信号の出力を合成して出力する
   ことを特徴とする可変利得増幅器の制御方法。
10. 前記第１の信号に対して前記増幅を行っている場合に、前記減衰を略最小から略最大まで変化させ、
    前記第１の信号に対して前記減衰を略最大に行っている場合に、前記増幅に用いられる電力を略最小にする
    ことを特徴とする請求項９に記載の可変利得増幅器の制御方法。

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