JP2660936B2 - 低雑音増幅装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は通信装置の受信機に用い、受信波を増幅す
るための低雑音増幅装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は例えば「昭和59年度電子通信学会総合全国大
会、講演番号911」に示された従来の低雑音増幅装置を
示す等価回路であり、公知資料では３段構成について示
しているが、ここでは説明を簡単にするために２段構成
の場合について示す。

図において、初段のFET（1a）のソース端子には接続
回路（2a）が接続され、このFET（1a）のゲート端子に
は入力整合回路（３）が接続されている。また、この初
段のFET（1a）のドレイン端子と後段のFET（1b）のゲー
ト端子間には段間整合回路（４）が接続され、このFET
（1b）のソース端子には接続回路（2b）が接続され、ド
レイン端子には出力整合回路（５）が接続されている。

上記FET（1a），（1b）は非常に微弱な受信波を増幅
するために、非常に低雑音特性を有するものが用いられ
る。このFET（1a），（1b）のソース端子に接続された
接続回路（2a），（2b）はコンデンサと抵抗との並列回
路からなり、FET（1a），（1b）を単一電源で動作させ
るために用いている。

入力整合回路（３）は初段のFET（1a）の雑音最小と
なる入力インピーダンスと電源インピーダンスとを、ま
た段間整合回路（４）は初段のFET（1a）の出力インピ
ーダンスと後段のFET（1b）の入力インピーダンスとを
それぞれ整合させるように設計されている。さらに、出
力整合回路（５）は後段のFET（1b）の出力インピーダ
ンスと負荷インピーダンスとを整合するように設計され
ている。

上記の各整合回路（３），（４），（５）は、主線路
と先端短絡の伝送線路とで構成されており、狭帯域なフ
ィルタ回路を用いていないため、通常、低雑音増幅装置
の比帯域は約15％の比較的広帯域な特性が得られる。

次に動作について説明する。段間整合回路（４）のａ
点および出力整合回路（５）のｂ点から所望のバイアス
を供給すれば、初段のFET（1a）および後段のFET（1b）
は動作状態となる。このような状態において、入力整合
回路（３）の左端から入射した受信波は、入力整合回路
（３）の主線路を通って初段のFET（1a）に供給され
る。そこで増幅された受信波は段間整合回路（４）の主
線路を通って、後段のFET（1b）に供給され、さらにそ
こで増幅された後、出力整合回路（５）の主線路を通っ
て出力整合回路（６）の右端に出力される。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の低雑音増幅装置は以上のように構成されている
ので、受信機、受信機およびアンテナ等から構成される
通信用マイクロ波機器において、アンテナのビームの方
向を変えて通信するような場合、ビームの方向によって
はアンテナのVSWRが劣化し、送信機から出力される送信
波の一部が受信機の方へ漏洩することがある。

また、送信波と受信波の周波数帯が接近している場合
では送信波と受信波を同時に増幅するようになり、送信
波の漏れ電力が比較的大きな場合、送信波により低雑音
増幅器が飽和し、低雑音増幅器の雑音指数が著しく劣化
し、場合によっては低雑音増幅器が破損してしまうなど
の問題点があった。

また、特公昭63−4978号公報には、増幅器の前後に濾
波器を設けることが示されている。しかし、この公報に
記載の濾波器においては、混合器で発生したイメージ信
号が濾波器で反射され、反射されたイメージ信号が妨害
信号として混合器に入力されてしまい、雑音指数が劣化
してしまうという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消することを課題
になされたもので、漏洩した送信波を著しく吸収し、受
信波のみ増幅する低雑音増幅装置を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る低雑音増幅装置は、衛星通信用マイク
ロ波通信装置に用いられる多段構成の低雑音増幅器であ
って、その段間におけるマイクロ波が伝搬する主線路と
接地間に、容量性素子（C₀）と第１の誘電性素子（L₁）
の直列接続と、前記容量性素子（C₀）と第２の誘導性素
子（L₂）の並列接続と、これら両接続に直列接続される
抵抗素子（Ｒ）とからなるフィルタ回路であって、これ
ら各素子の定数が、送信波に対しては前記容量性素子
（C₀）と前記第１の誘導性素子（L₁）の直列接続が直列
共振、受信波に対しては前記容量性素子（C₀）と前記第
２の誘導性素子（L₂）の並列接続が並列共振となる値で
あるフィルタ回路を有することを特徴とする。

〔作用〕

この発明における低雑音増幅装置は、共振周波数を受
信波に対して並列共振、送信波に対して直列共振となる
ようにフィルタ回路の定数を選定することにより、受信
波に影響を与えることなく送信波のみ吸収できるため、
送信波の一部が漏れ込んでも低雑音増幅器が飽和するこ
となく低雑音特性が得られる。また、過大な送信波の漏
れ込みがあった場合でも低雑音増幅器を保護する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
１図はこの発明の低雑音増幅装置の等価回路である。前
記第1b図と同一部分に同一符号を付して重複説明を省略
した。第１図において、（10）はフィルタ回路であり、
このフィルタ回路（10）は抵抗（６）と第１の誘導性素
子（７）と第２の誘導性素子（８）との直列回路と該第
２の誘導性素子（８）に並列に接続された容量性素子
（９）とで構成されており、低雑音増幅器の入力端子と
接地間に抵抗（６）の一端が低雑音増幅器の主線路に接
続されるように設けられている。ここでは、第１の誘導
性素子（７）と第２の誘導性素子（８）としてインダク
タ、容量性素子（９）としてキャパシタを用いた場合を
示している。

上記フィルタ回路（10）を構成する抵抗（６）、第１
の誘導性素子（７）、第２の誘導性素子（８）および容
量性素子（９）の値をそれぞれR,L₁,L₂,C₀とすれば、Ａ
点から接地側を見たインピーダンスＺは（１）式で与え
られる。

（ここで、ωは角周波数） 受信波の角周波数をω_Ｒ、送信波の角周波数をω_Ｔと
し、ω_Ｒで並列共振、ω_Ｔで直列共振するようなL₁,L₂
は（１）式より次の（２）式，（３）式のように求ま
る。

ここで、容量性素子（９）の値C₀を与えることによ
り、L₁,L₂を決めることができる。

このようにC₀,L₁,L₂を決定することにより、フィルタ
回路（10）のインピーダンスＺは受信波に対して無限
大、送信波に対してＲとなる。このため送信波帯では低
雑音増幅器の入力端子と接地間に抵抗（６）が装荷され
たことになる。即ち、アンテナで受信した受信波はフィ
ルタ回路（10）に影響されることがないが、アンテナ等
からの反射により漏れ込んだ送信波は著しくフィルタ回
路（10）の抵抗（６）で吸収される。

以上のようにこの発明の低雑音増幅装置では低雑音増
幅器の入力側にフィルタ回路（10）を設けられることに
より、受信波はフィルタ回路（10）に影響されることな
く低雑音増幅器で増幅される。これに対し、漏れ込んだ
送信波は著しくフィルタ回路（10）の抵抗（６）で吸収
されるため、送信波によって低雑音増幅器が飽和し、雑
音指数が劣化するのを防ぐことができるとともに送信波
を他に反射させて他の回路に悪影響を与えることがな
い。また、比較的大きな送信波が漏れ込んでもそれによ
る低雑音増幅器の破損を防ぐこともできる利点がある。

また、送信波の周波数帯でも十分高い利得があるよう
な低雑音増幅器であっても、送信波の周波帯で低雑音増
幅器の入力端子が抵抗（６）で終端となるため、低雑音
増幅器が不安定動作することもない。さらに、フィルタ
回路（10）の構成が簡単であり、フィルタ回路（10）と
低雑音増幅器とをモノリシック集積回路により一体形成
することも可能で、導波管形のフィルタ回路を用いるよ
りは受信機を著しく小さくすることもできる。

なお、上記実施例ではフィルタ回路（10）を低雑音増
幅器の入力側に設けた場合を示したが、第２図に示すよ
うにフィルタ回路（10）を前段のFET（1a）と後段のFET
（1b）間の段間に設けた場合であってもよい。この場合
は、漏れ込む送信波が比較的小さく、前段のFET（1a）
は飽和しないが後段のFET（1b）が飽和してしまうよう
な場合、後段のFET（1b）の飽和を防ぐのに有利であ
る。また、送信波の漏れ込みが比較的大きい場合でも、
入力側には前段のFET（1a）の飽和を防ぐための段数の
少ない外部フィルタを設けることにより、低雑音増幅器
の飽和を防ぐことができる。これに対して、通常の受信
機のように入力側にのみ外部フィルタを設ける場合、低
雑音増幅器の各段での飽和を防ぐには段数の多い外部フ
ィルタが必要になる。一般に外部フィルタの損失は段数
に比例するため、入力側にのみ外部フィルタを設けるよ
りは、本実施例のように低雑音増幅器の段間にもフィル
タ回路（10）を設けることにより、入力側の低損失化が
図られ、より雑音の低い低雑音増幅装置を得ることがで
きる効果がある。

また、フィルタ回路（10）として、第１の誘導性素子
（７）と第２の誘導性素子（８）とをそれぞれインダク
タ、容量性素子（９）をキャパシタを用いて構成した場
合を示したが、第３図に示すように第１の誘導性素子
（７）、第２の誘導性素子（８）および容量性素子
（９）をそれぞれ1/4波長より短い線路（17）〜（19）
で構成した場合であってもよい。

この第３図に示す構成のフィルタ回路（10）は、第１
図、第２図に示した構成のフィルタ回路（10）に比べて
やや形状が大きくなるが、抵抗（６）と線路（17）〜
（19）のみで構成できるため、マイクロ波集積回路等で
非常に簡単に実現できる。

上記各実施例では第２の誘導性素子（８）としての線
路（18）の一端を直接設置したフィルタ回路（10）を用
いた場合について示したが、マイクロ波帯でリアクタン
スが十分小さくなるような値を持つキャパシタ（11）を
介して、第４図（ａ）に示すように、第２の誘導性素子
（８）の一端を設置したフィルタ回路（10）または第４
図（ｂ）に示すように、第２の誘導性素子（８）として
の線路（18）の一端を設置したフィルタ回路（10）であ
ってもよい。これにより、フィルタ回路（10）を直流的
に解放することができ、直流的に短絡のできないところ
へのフィルタ回路（10）の使用が可能となる。

また、低雑音増幅装置に使用する半導体素子としてFE
Tを用いた場合について示したが、HEMT等を用いてもよ
い。

さらに、フィルタ回路（10）の抵抗（６）の一端を低
雑音増幅器の主線路に接続した場合について示したが、
第２の誘導性素子（８）の一端を主線路に、抵抗（６）
の一端をマイクロ波的に接地するようにしてもよい。

なお、上記フィルタ回路（10）をミキサ等の前段に設
けることで、上記実施例と同様の効果があることは容易
に推考し得るものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、容量性素子（C₀）
と第１の誘電性素子（L₁）の直列接続と、容量性素子
（C₀）と第２の誘導性素子（L₂）の並列接続と、これら
両接続に直列接続される抵抗素子（Ｒ）とからなるフィ
ルタ回路であって、これら各素子の定数が、送信波に対
してはC₀とL₁の直列接続が直列共振、受信波に対しては
C₀とL₂の並列接続が並列共振となる値であるフィルタ回
路を、低雑音増幅器の段間の主線路と接地間に設けるよ
うに構成したので、受信波はフィルタ回路に影響される
ことなく増幅され、アンテナ等での反射で漏れ込んだ送
信波は大部分フィルタ回路で吸収される。この結果、送
信波による低雑音増幅器の飽和を避けることができ、低
雑音特性を得ることができるとともに、低雑音増幅装置
の破損も防ぐことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による低雑音増幅装置を示
す等価回路図、第２図及び第３図はこの発明の他の実施
例による低雑音増幅装置を示す等価回路図、第４図はこ
の発明装置に用いるフィルタ回路、第５図は従来の低雑
音増幅装置の等価回路図である。 図において、（６）は抵抗、（７）は第１の誘導性素
子、（８）は第２の誘導性素子、（９）は容量性素子、
（10）はフィルタ回路、（11）はキャパシタ、（17）〜
（19）は1/4波長より短い線路である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 直 神奈川県鎌倉市大船５丁目１番１号 三 菱電機株式会社電子システム研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−60025（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−131627（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】衛星通信用マイクロ波通信装置に用いられ
   る多段構成の低雑音増幅器であって、その段間における
   マイクロ波が伝搬する主線路と接地間に、容量性素子
   （C₀）と第１の誘電性素子（L₁）の直列接続と、前記容
   量性素子（C₀）と第２の誘導性素子（L₂）の並列接続
   と、これら両接続に直列接続される抵抗素子（Ｒ）とか
   らなるフィルタ回路であって、これら各素子の定数が、
   送信波に対しては前記容量性素子（C₀）と前記第１の誘
   導性素子（L₁）の直列接続が直列共振、受信波に対して
   は前記容量性素子（C₀）と前記第２の誘導性素子（L₂）
   の並列接続が並列共振となる値であるフィルタ回路を有
   することを特徴とする低雑音増幅装置。