JP3924151B2 - アンテナアンプ、共用アンテナアンプおよびアンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに受信される微弱な信号を、アンテナに近い位置で増幅するアンテナアンプ、共用アンテナアンプおよびアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来からのアンテナアンプ１の概略的な電気的構成を示す。アンテナアンプ１は、アンテナに電波が受信されて誘起される微弱な高周波信号を、アンテナに近い位置で増幅し、信号対雑音（ＳＮ）比を高めるために使用される。微弱な高周波信号は、ローノイズのアンプ２で増幅され、アンプ２の入力側には、周波数帯域を制限するバンドパスフィルタ（以下、「ＢＰＦ」と略称する）３およびアッテネータ（以下、「ＡＴＴ」と略称する）回路４が設けられている。ＡＴＴ回路４は、アンプ２の出力が大きくなると、自動利得制御（以下、「ＡＧＣ」と略称する）回路５がＡＴＴ回路４の信号減衰率を低下させ、アンテナアンプ１全体としての利得を低下させる。アンテナアンプ１は、アンプ２の出力とチューナなどの受信装置との間を接続する信号ケーブルの影響がアンテナに及ばないようにする効果もある。
【０００３】
アンテナとチューナとの間に増幅回路を設けることに関する先行技術は、たとえば特開平１１−４１１２７号公報などにも開示されている。この先行技術では、アンテナとチューナとの間に、広帯域増幅器と減衰回路との並列回路を接続し、広帯域増幅器に供給する電源を制御して、広帯域増幅器を動作させるときは増幅器で信号を増幅し、広帯域増幅器を動作させないときは減衰回路で信号を減衰させるように切換えている。特開平７−３２１６８５号公報には、チューナのフロントエンドで高周波から変換される中間周波の増幅回路でアンプとアッテネータとを切換えて、強電界強度時にアンプが飽和する影響を避けて、電界強度を正確に検出しようとする先行技術が開示されている。
【０００４】
図１２のＡＧＣ回路５を設ける理由は、強電界強度時にアンプ２が歪むのを避けることにもある。特開平１１−１４５８５８号公報には、相互変調妨害による感度劣化が起きているときのみ、利得を低下させるＡＧＣについての先行技術が開示されている。特開平１１−３１２９３８号公報には、電界強度に応じてＡＧＣの時定数を変え、通常はフェージングに追従しやすいように時定数を小さくしておき、強電界環境下では時定数を大きくして安定性を改善する先行技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示すようなアンテナアンプ１では、目的の受信信号に近い周波数に過大な他の信号が存在するような場合、ＡＴＴ回路４を切換えて信号を減衰させても、アンプ２に対する入力が過大となって、アンプ２の非比直線性で目的の受信信号が歪んだり、抑圧されたりするおそれがある。ＡＴＴ回路４の減衰率を大きくすると、目的の信号も大きく減衰されてしまい、ＳＮ比が低下してしまう。
【０００６】
特開平１１−４１１２７号公報の先行技術は、増幅回路を設置する位置については必ずしも明確ではない。発明の実施の形態での説明で、広帯域増幅器、減衰回路およびチューナの全体をチューナ回路としているので、アンテナの近傍ではなく、チューナ側に設置するものと考えられる。もしアンテナアンプとしてチューナから離れたアンテナの近傍に配置するとすれば、ＯＮ／ＯＦＦ制御される電源ケーブルを、信号ケーブルとともにアンテナアンプとチューナとの間に接続しなければならない。また、電源の制御は、後段側のチューナ以降の信号レベルに基づいて行われている。この信号レベルには、広帯域増幅器のＯＮ／ＯＦＦ制御が影響する。すなわち、広帯域増幅器のＯＮ状態で過大な信号レベルと判断されてＯＦＦ状態になると、信号レベルが低下し、過大ではないと判断されて、再び広帯域増幅器がＯＮになることを繰返すおそれがある。
【０００７】
また、アンテナアンプにＡＧＣ動作を行わせる場合、受信を希望する周波数の近くに妨害信号がある場合の相互変調や混変調による歪みや信号抑圧が問題となる。このような場合の対策について、特開平１１−１４５８５８号公報や特開平１１−３１２９３８号公報には何も示されていない。特に、アンテナエレメントを広帯域で使用しようとすると、相互変調や混変調の対象となる信号の範囲も広がるので、広い周波数帯域でアンテナエレメントを共用するための共用アンテナアンプでは、適切な対策が必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、微弱な信号を高感度で受信し、強い妨害信号が存在するときには、歪みや信号抑圧を低減することができるアンテナアンプ、共用アンテナアンプおよびアンテナ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプにおいて、
高周波信号の増幅を行うアンプと、
アンプに入力される高周波信号を、該アンプを通さずに導くスルー回路と、
アンプから出力される高周波信号、およびスルー回路を通して導かれる高周波信号を切換えるスイッチ回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力の予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換える出力切換回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力が前記切換基準よりも高出力側に予め設定される減衰基準を超えると、アンプの利得を減少させる利得制御回路と、を備えることを特徴とするアンテナアンプである。
【００１０】
本発明に従えば、アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプは、アンプと、スルー回路と、スイッチ回路と、出力切換回路と、利得制御回路とを備える。スイッチ回路は、高周波信号を増幅するアンプの出力と、アンプを通さずにスルー回路から導かれるアンプの入力とを、出力切換回路によって切換える。出力切換回路は、アンプからの出力に応答して、予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換えるように制御する。アンテナに誘起される微小な高周波信号をアンプで増幅すれば、高感度で受信することができる。相互変調などの妨害信号が存在しているときには、高周波信号をアンプを通さずにスルー回路から後段側に導くので、歪みや信号抑圧などを避けることができる。スイッチ回路を切換える出力切換回路には、常にアンプから信号が与えられるので、スイッチ回路の切換を適切に行うことができる。アンプからの出力が過大になり、切換基準よりも高く設定される減衰基準を超えると、利得制御回路によってアンプの利得を減少させるので、アンプの飽和や入力側での歪みがスイッチ回路の切換えに影響しないようにすることができる。
【００１５】
また本発明で、前記利得制御回路は、前記アンプの入力側に信号減衰回路を付加して、前記利得を減少させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、過大な入力時にアンプの入力側に信号減衰回路を付加してアンプの利得を減少させることができるので、アンプの入力側で発生する歪みを減少させることができるとともに、発生する歪みがスルー回路を介して出力側に漏れにくくすることができる。
【００１７】
さらに本発明は、前述のいずれかに記載のアンテナアンプを複数含む共用アンテナアンプであって、
各アンテナアンプは、異なる周波数帯域の高周波信号を増幅し、
各アンテナアンプの前記切換基準は、周波数帯域に応じて異なる値に設定されることを特徴とする共用アンテナアンプである。
【００１８】
本発明に従えば、アンプから出力される高周波信号の強度が過大になると、高周波信号がアンプを通らずにスルー回路を通って後段側に至るように切換えるアンテナアンプを、異なる周波数帯域に分けて複数用い、アンテナアンプの切換基準を、各アンテナアンプが受持つ周波数帯域に応じて異ならせて、それぞれ適切な動作を行わせることができる。
【００１９】
また本発明で、前記複数のアンテナアンプは、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送受信用およびテレビジョン放送受信用と、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送受信用とにそれぞれ設けておき、
前記切換基準は、ＶＨＦ周波数帯域側の方を小さくしておくことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送およびテレビジョン放送と、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送とを、アンプを通すか否かの切換基準を異ならせて、ＶＨＦ周波数帯域側では強入力時の歪み特性を重視し、ＵＨＦ周波数帯域側では感度を重視するように、それぞれ適切に使い分けることができる。
また本発明は、アンテナと、
前記アンテナに近接して設置され、前記アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプとを備え、
前記アンテナアンプは、
高周波信号の増幅を行うアンプと、
アンプに入力される高周波信号を、該アンプを介さずに導くスルー回路と、
アンプから出力される高周波信号、およびスルー回路を通して導かれる高周波信号を切換えるスイッチ回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力の予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換える出力切換回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力が前記切換基準よりも高出力側に予め設定される減衰基準を超えると、アンプの利得を減少させる利得制御回路と、を備えることを特徴とするアンテナ装置である。
本発明に従えば、アンテナ装置は、アンテナと、アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプとを備える。アンテナアンプは、アンプと、スルー回路と、スイッチ回路と、出力切換回路と、利得制御回路とを備える。スイッチ回路は、高周波信号を増幅するアンプの出力と、アンプを通さずにスルー回路から導かれるアンプの入力とを、出力切換回路によって切換える。出力切換回路は、アンプからの出力に応答して、予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換えるように制御する。アンテナに誘起される微小な高周波信号をアンプで増幅すれば、高感度で受信することができる。相互変調などの妨害信号が存在しているときには、高周波信号をアンプを通さずにスルー回路から後段側に導くので、歪みや信号抑圧などを避けることができる。スイッチ回路を切換える出力切換回路には、常にアンプから信号が与えられるので、スイッチ回路の切換を適切に行うことができる。アンプからの出力が過大になり、切換基準よりも高く設定される減衰基準を超えると、利得制御回路によってアンプの利得を減少させるので、アンプの飽和や入力側での歪みがスイッチ回路の切換えに影響しないようにすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基礎となる形態として、アンテナ１０に近接して設置され、アンテナ１０が受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプ１１の概略的な電気的構成を示す。アンテナアンプ１１には、アンプ１２と、ＢＰＦ１３と、スルー回路１４と、出力切換回路１５と、スイッチ回路１６とが含まれる。アンプ１２は、高周波信号の増幅を行う。ＢＰＦ１３は、アンテナ１０からアンプ１２に入力される高周波信号の周波数帯域を選択する。ＢＰＦ１３によって選択される周波数帯域は、広帯域化され、受信目標の信号ばかりではなく、妨害を与えるよう信号も通過させてしまう。アンテナアンプ１１の後段側では、たとえば中間周波数に変換した後で、フィルタなどを用いて目標信号のみを選択する。アンテナアンプ１１の段階では、周波数が高いので、目標信号のみを選択するように選択度を高めることは不可能に近く、また選択度を高めると、広帯域をカバーするために中心周波数を受信周波数に応じて変化させなければならなくなる。
【００２２】
図２は、図１のアンテナアンプ１１の利得の周波数特性を示す。実線はスイッチ回路１６をアンプ１２の出力側に切換えている状態を示し、２点鎖線はスイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えている状態を示す。スルー回路１４は、高周波信号をアンプ１２の入力側からアンプ１２を通さずにスイッチ回路１６に導く。出力切換回路１５は、アンプ１２からの出力に応答して、予め定める切換基準に対する出力の大小関係に従い、スイッチ回路１６を、出力が小さいときはアンプ１２の出力側に、出力が大きいときはスルー回路１４側に、それぞれ切換える。スイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えると、アンプ１２の利得分だけ、アンテナアンプ１１としての利得が低下する。しかしながら、高周波信号は、アンプ１２を通さないで後段側に導かれる。
【００２３】
アンプ１２の利得は、たとえば１０ｄＢとする。アンプ１２の入力側でのＳＮ比と、出力側でのＳＮ比との比であるノイズ・フィギュアＮＦは、３ｄＢ以下である。アンプ１２は一定の直流電圧が電源電圧として供給され、その電圧範囲内で動作する。電源電圧を完全に利用することができる理想的な場合でも、電源電圧を最大振幅として、それを利得で除算して得られる最大入力電圧を超える入力電圧に対しては出力が飽和してしまう。実際のアンプ１２では、入力電圧が高くなると利得も変化し、また入力側でも歪みを発生するような非直線性を、理想的な場合に比べて有している。このため、受信目標の信号自体は微小な信号レベルでも、近接して受信する信号が大きな信号レベルであれば、後段側ではフィルタなどで信号を分離することができても、アンテナアンプ１１の段階で、微小な目標信号が歪んだり、抑圧されてしまう相互変調や混変調などの影響を受ける。本実施形態では、ＶＨＦ帯域でＦＭ放送やＴＶ放送を受信する場合を想定し、たとえば受信目標の周波数を約１００ＭＨｚ程度とし、その受信強度が３０ｄＢμＶ以下のときにスイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えることによって、電界強度が１１０ｄＢμＶの４ＭＨｚ程度づつ低い信号が相互変調を生じさせないようにすることができる。
【００２４】
すなわち、図１の出力切換回路１５は、アンプ１２からの出力が大きく、相互変調などの妨害信号が存在しているときには、高周波信号をアンプを１２通さずにスルー回路１４から後段側に導くので、歪みや信号抑圧などを避けることができる。スイッチ回路１６を切換える出力切換回路１５には、常にアンプ１２から信号が与えられるので、スイッチ回路１６の切換を行う条件の変動を少なくして、切換えを適切に行うことができる。なお、スルー回路１４は、単なる導線で実現するだけではなく、減衰回路などで実現することもできる。
【００２５】
図３は、本発明の基礎となる形態であるアンテナアンプ２１の概略的な電気的構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態ではアンプ１２の入力側にＡＴＴ回路２２を挿入して信号を減衰させ、ＡＴＴ回路２２およびアンプ１２を組合わせた全体の利得を減少させることができる。ＡＴＴ回路２２は、たとえば抵抗２３および抵抗２４との分圧比に基づいて信号を減衰させる。入力信号レベルが小さいときは、入力切換回路２５がスイッチ回路２６をアンプ１２の入力側に切換え、抵抗２３は短絡される状態となる。この状態で、入力信号は減衰されずにアンプ１２に入力される。入力切換回路２５がスイッチ回路２６をアンプ１２の入力側から切離すように切換えると、入力信号はＡＴＴ回路２２で減衰されてからアンプ１２に入力するようになる。入力切換回路２５がスイッチ回路２６の切換えを行う閾値Ｖｔｈｙは、出力切換回路１５がスイッチ回路１６を切換える閾値Ｖｔｈｘよりも大きくしておく。すなわち、Ｖｔｈｙ ＞ Ｖｔｈｘとする。また、これらの閾値Ｖｔｈｘ，Ｖｔｈｙにはそれぞれヒステリシスを持たせておく。
【００２６】
図４は、図３の形態での入出力特性を、アンテナ１０からの入力信号レベルが上昇するときを（ａ）で、下降するときを（ｂ）でそれぞれ示す。図３のアンプ１２の入力側で、スイッチ回路２６の個別接点のアンプ側をＡ点とし、アンプ１２の出力側でスイッチ回路１６の共通接点側をＢ点とする。アンプ１２の利得を１０ｄＢとし、ＡＴＴ回路２２の減衰度を−２０ｄＢとする。Ａ点での信号レベルは破線で示し、Ｂ点での信号レベルは実線で示す。
【００２７】
図４（ａ）で示すように、入力信号レベルが小入力状態から上昇して７０ｄＢを超えると、出力切換回路１５によってスイッチ回路１６がアンプ１２の出力側からスルー回路１４側に切換えられ、Ｂ点での信号レベルは１０ｄＢ低下する。さらに入力信号レベルが上昇して１００ｄＢを超えると、入力切換回路２５によってスイッチ回路２６がアンプ１２の入力側に接続する状態から無接続の状態に切換えられ、Ｂ点の信号レベルはＡＴＴ回路２２による減衰を受けて２０ｄＢ低下する。
【００２８】
図４（ｂ）で示すように、入力信号レベルが大入力状態から下降して８０ｄＢ以下になると、入力切換回路２５がスイッチ回路２６を無接続の状態からアンプ１２の入力側に接続する状態に切換得るので、Ａ点の信号レベルはＡＴＴ回路２２の減衰度２０ｄＢだけ上昇する。さらに入力信号レベルが低下して、４０ｄＢ以下になると、出力切換回路１５がスイッチ回路１６をスルー回路１４側からアンプ１２の出力側に切換えるので、Ｂ点の信号レベルは、アンプ１２の利得の１０ｄＢだけ上昇する。
【００２９】
図４の動作では、出力切換回路１５がスイッチ回路１６の切換えを行う検出開始点は、入力信号レベルが７０ｄＢのときであり、一旦スルー回路１４側に切換えられると、３０ｄＢのヒステリシスが付加されて、４０ｄＢまで低下しないとアンプ１２の出力側への切換えは起らなくなる。入力切換回路２５がスイッチ回路２６の切換えを行う検出開始点は、入力信号レベルが１００ｄＢのときであり、一旦無接続側に切換えられると、２０ｄＢのヒステリシスが付加されて、８０ｄＢまで低下しないとアンプ１２の入力側への切換えは起らなくなる。外部からの制御信号に応じて、利得を少なくとも２段階に切換えることができる。
【００３０】
図５は、図３のアンテナアンプ２１の回路構成を示す。出力切換回路１５および入力切換回路２５には、図４に示すようなヒステリシス特性を有するヒステリシス付レベル検出回路２７からの出力が与えられる。ヒステリシス付レベル検出回路２７は、アンプ１２の出力レベルを検出する。ヒステリシス付レベル検出回路２７の動作特性は、外付けの抵抗２８およびコンデンサ２９で調整することができる。抵抗２８は、閾値Ｖｔｈｘ，Ｖｔｈｙを決定する。コンデンサ２９は、レベル検出の時定数を決定する。レベル検出の過度特性は、アタックが速く、リリースが遅くなるようにする。アンプ１２の利得は、外付けの抵抗３０によって、たとえ３〜１５ｄＢの範囲で調整することができる。出力切換回路１５は、ＰＩＮドライバ３１，３２を有する。ＰＩＮドライバ３１は、出力論理が正論理であるバッファであり、ＰＩＮドライバ３２は出力論理が負論理であるインバータである。入力切換回路２５もインバータとしてのＰＩＮドライバを含む。
【００３１】
スイッチ回路１６は、スイッチング素子として、ＰＩＮダイオード３３，３４を含む。ＰＩＮダイオード３３，３４のカソード側は共通に、出力端子ＯＵＴに接続される。ＰＩＮダイオード３３のアノード側にはスルー回路１４が接続される。ＰＩＮダイオード３４のアノード側には、直流カット用のコンデンサ３５を介してアンプ１２の出力が接続される。ＰＩＮダイオード３３のアノードには、抵抗３６を介してＰＩＮドライバ３１の出力が与えられる。ＰＩＮドライバ３１の出力には、切換ショック防止用のコンデンサ３７も接地との間に接続される。ＰＩＮダイオード３４のアノードには、抵抗３８を介してＰＩＮドライバ３２の出力が与えられる。ＰＩＮドライバ３２の出力には、切換ショック防止用のコンデンサ３９も接地との間に接続される。ＰＩＮダイオード３３，３４のカソード側には、直流電流の経路となるコイル４０が接地との間に接続されている。
【００３２】
スイッチ回路２６は、スイッチング素子として、ＰＩＮダイオード４１を含む。ＰＩＮダイオード４１のカソードは、ＢＰＦ１３の出力から直流カット用のコンデンサ４２を介してスルー回路１４に分岐する点に接続される。ＰＩＮダイオード４１のアノード側は、直流カット用のコンデンサ４３を介して、アンプ１２の入力側に接続される。アンプ１２の入力側は、直流カット用のコンデンサ４４を介して、抵抗２３と抵抗２４との接続点にも接続される。ＰＩＮダイオード４１のカソードには、直流電流の経路となるコイル４５が接地との間に接続される。ＰＩＮダイオード４１のアノードには、切換ショック防止用のコンデンサ４６が接地との間に接続される入力切換回路２５の出力が、抵抗４７を介して接続される。ＰＩＮダイオード３３，３４，４１は、直流電流を流すとインピーダンスが低くなり、スイッチの接点を閉じた状態になる。ＰＩＮダイオード３３，３４，４１に直流電流を流さないと、インピーダンスが高くなり、スイッチの接点を開いた状態になる。なお、本実施形態では、アンプ１２、出力切換回路１５、入力切換回路２５およびヒステリシス付レベル検出回路２７は、ＩＣ５０として集積される。
【００３３】
図６は、本発明の実施の第１形態であるアンテナアンプ５１の概略的な電気的構成を示す。アンテナアンプ５１は、アンテナとともにアンテナ装置を構成する。本実施形態で、図１または図３の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態のアンプ５２は、外部からの制御信号に応じて、利得を少なくとも２段階に切換えることができる。利得の切換えは、アンプ５２自体のゲインを段階的あるいは連続的に変化させてもよく、アンプ５２のゲインは一定として、図３の実施形態と同様に入力側のＡＴＴ回路などで信号減衰度を変化させてもよい。
【００３４】
前述のように、アンプ５２の出力には相互変調や混変調による歪成分が含まれる。歪成分は、アンプ５２からの出力のうちの低域成分に反映される。低域成分は、ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と略称する）５３で低域濾波され、歪アンプ５４で増幅される。歪アンプ５４の出力レベルは、レベル検出回路５５で絶対値として検出され、ヒステリシスコンパレータ５６およびコンパレータ５７で予め設定される閾値Ｖｔｈａ，Ｖｔｈｂとそれぞれ比較される。閾値相互間の関係は、Ｖｔｈｂ≫Ｖｔｈａとなるように設定する。
【００３５】
ヒステリシスコンパレータ５６は、レベル検出回路５５が検出する歪成分の信号レベルがＶｔｈａを超えると、スイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換える。このような機能に関して、ＬＰＦ５３、歪アンプ５４、レベル検出回路５５およびヒステリシスコンパレータ５６は、図１の出力切換回路１５と同等である。ＬＰＦ５３によって低域の歪成分を選択し、相互変調や混変調を与える妨害信号が存在するときに、高周波信号がアンプ５２を通らないでスルー回路５４を通るように切換えることができるので、妨害信号が存在しないときは高周波信号がアンプ５２を通り、妨害信号が存在するときのみアンプ５２を通さないような適切な切換えを行うことができる。
【００３６】
なお、ヒステリシスコンパレータ５６では、スイッチ回１６をスルー回路１４側に切換えた後では、レベル検出回路５５からの出力電圧がＶｔｈａ以下になるだけではスイッチ回路１６の切換えを行わない。スイッチ回路１６の切換えを行う閾値はＶｔｈａからΔＶだけ低く変化し、レベル検出回路２５からの出力電圧が低く変化した閾値Ｖｔｈａ−ΔＶ以下になってからスイッチ回路１６をアンプ５２の出力側に切換える。この切換えが行われると、閾値はＶｔｈａに戻る。このようなヒステリシスを閾値に持たせているので、レベル検出回路５５からの出力電圧がＶｔｈａ付近で変動しても、スイッチ回路１６の切換えが頻繁に行われないようにすることができる。本実施形態でのスイッチ回路１６の切換えに関連する部分は、図１や図３の実施形態にも同様に適用することができる。
【００３７】
本実施形態では、レベル検出回路５５からの出力電圧がコンパレータ５７の閾値Ｖｔｈｂを超えると、アンプ５２の利得を低下させる。このような過大入力時にアンプ５２の利得を低下させることによって、アンプ５２で発生する歪みを抑制することができる。アンプ２２で発生する歪みが大きくなると、歪み成分が入力側からスルー回路１４側に漏れ出し、スイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えても、相互変調や混変調の影響を受けてしまうのを防ぐことができる。この影響を防ぐためにアンプ５２の入力側に単にスイッチなどを設けると、アンプ５２への入力が遮断され、切換えのための信号が得られなくなってしまう。本実施形態によれば、アンプ５２からの出力が過大になると、スイッチ回路１６の切換えを行うヒステリシスコンパレータ５６の閾値Ｖｔｈａである切換基準よりも高く設定されるコンパレータ５７の閾値Ｖｔｈｂを超えるようになる。減衰基準である閾値Ｖｔｈｂを超えると、利得制御回路としてのコンパレータ５７によってアンプ５２の利得を減少させるので、アンプ５２の飽和や入力側での歪みがスイッチ回路１６の切換えに影響しないようにすることもできる。
【００３８】
図７は、図６の実施形態による入力歪低減の考え方を示す。ＢＰＦ１３の通過周波数帯域は広帯域であるので、帯域ないで電界強度が大きい妨害信号も通過させてしまったり、帯域外でもあまり大きな減衰を与えることができない。強電界強度の妨害信号が２波あれば、その差の周波数成分が歪成分となり、アンプ５２の非直線性に基づく相互変調を引き起す。また強電界強度の妨害信号がスペクトラム拡散（ＳＳ）変調方式などの広帯域信号であるときは、１波でも低域の歪成分を発生させる。妨害２波や広帯域１波の妨害信号は、混変調（Inter Modulation）による歪みとしてＩＭ成分も発生する。ＩＭ成分でも、受信目的の信号レベルに比較して信号レベルがかなり大きい可能性がある。また、ＩＭ成分の周波数は、受信目的の周波数に近く、後段側のフィルタを通過し、ＡＧＣ回路などを動作させ、受信目的の信号を抑圧してしまうおそれがある。本実施形態では、ＢＰＦ１３の低域側カットオフ周波数よりも低い範囲の歪成分をＬＰＦ５３で抽出し、相互変調の発生を相関性が高い状態で検出し、適切な切換えを行って、入力歪みを低減することができる。
【００３９】
図８は、本発明の実施の第２形態として、図１または図６のようなアンテナアンプを自動車に複数個搭載するアンテナに適用する例を示す。ガラスアンテナ６０は、複数のアンテナエレメント６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８がフィルムベース６９上の導体パターンとして形成され、車両７０のたとえばリアガラス７１の内側から貼付けられる。ガラスアンテナ６０を貼付ける位置は、たとえばリアガラス７１で屋根７２に近い上縁部分とし、屋根７２側にはアンテナアンプを搭載するアンプモジュール８０を設置する。
【００４０】
図９は、図８のアンプモジュール８０の概略的な電気的構成を示す。アンプモジュール８０には、図１、図３または図６のアンテナアンプ１１，２１，５１と同等なＡＧＣアンプ８１，８２，８３と、広帯域で低雑音なアンプ８４，８５とがアンテナエレメント６１〜６８に受信される信号を増幅するアンテナアンプとして搭載される。アンテナエレメント６１，６２に受信される信号は、アンプ８４，８５でそれぞれ増幅され、デジタルテレビジョン（ＤＴＶ）信号として後段側に出力される。アンテナエレメント６３，６４，６５，６６に受信される信号は、セレクタ８６で選択され、ＡＧＣアンプ８３で増幅されてアナログテレビジョン（ＡＴＶ）信号として後段側に出力される。セレクタ８６の切換えは、後段側からデコーダ８７に与えられる制御信号に基づいて行われ、ダイバシティ方式による受信感度の向上などが図られる。アンテナエレメント６７，６８で受信される信号は、ＡＧＣアンプ８１，８２でそれぞれ増幅されて、ＦＭのメインおよびサブ信号として後段側に出力される。後段側では、メイン信号とサブ信号とを切換えて、ダイバシティ方式などによる音質改善などを図ることができる。
【００４１】
図１０は、本発明の実施の第３形態として、共用アンテナアンプ９０の概略的な電気的構成を湿す。本実施形態の共用アンテナアンプ９０は、図１、図３または図６のアンテナアンプ１１，２１，５１をＡＧＣアンプ９１，９２として複数含む。ＡＧＣアンプ９１には、ＵＨＦ帯のうち、たとえば４７０ＭＨｚの周波数帯域を選択的に通過させるＢＰＦ９３からの高周波信号が入力される。ＡＧＣアンプ９２には、ＶＨＦ帯のうち、たとえば７６ＭＨｚ〜２２２ＭＨｚの周波数帯域を選択的に通過させるＢＰＦ９４からの高周波信号が入力される。
【００４２】
図１１は、図１０のＢＰＦ９３，９４による通過帯域特性を概略的に示す。ＢＰＦ９４によるＶＨＦ帯の通過帯域には、ＦＭラジオ放送などのＦＭ信号とテレビジョン放送などのＴＶ信号とが含まれる。ＢＰＦ９３によるＵＨＦ帯の通過帯域にはテレビジョン放送などのＴＶ信号が主として含まれる。ＡＧＣアンプ９２に入力される高周波信号には、ＦＭ信号とＴＶ信号とが含まれるので、図１０では分波回路９５で分離する。図１０に示すように、分波回路９５で高域側として分波されるＴＶ信号は、ＦＭトラップ回路９６を経てアンプ９７に入力される。ＦＭトラップ回路９６は、ＦＭ信号の周波数帯域を減衰させ、アンプ９７は、ＴＶ信号の出力レベルを、ＡＧＣアンプ９１からのＴＶ信号の出力レベルに合わせるための増幅を行う。ＡＧＣアンプ９１から出力されるＴＶ信号と、アンプ９７から出力されるＴＶ信号とは、合成回路９８で合成され、後段側のテレビジョン受像装置に出力される。
【００４３】
本実施形態の共用アンテナアンプ９０では、アンテナアンプであるＡＧＣアンプ９１，９２は、ＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との異なる周波数帯域の高周波信号を増幅する。各ＡＧＣアンプ９１，９２での切換基準は、周波数帯域に応じて異なる値に設定される。ＡＧＣアンプ９１は、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送受信用に設定される。ＡＧＣアンプ９２は、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送受信用およびテレビジョン放送受信用に設定される。切換基準を、ＶＨＦ周波数帯域用のＡＧＣアンプ９２側を小さくしておくことによって、ＶＨＦ周波数帯域側では強入力時の歪み特性を重視し、ＵＨＦ周波数帯域側では感度を重視するように、それぞれ適切に使い分けることができる。
【００４４】
すなわち本実施形態では、アンプから出力される高周波信号の強度が過大になると、高周波信号がアンプを通らずにスルー回路を通って後段側に至るように切換えるアンテナアンプを、異なる周波数帯域に分けて複数用る。アンプを通すか否かの切換基準を、各アンテナアンプが受持つ周波数帯域に応じて異ならせて、それぞれ適切な動作を行わせることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンプからの出力について、予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換えるように制御する。アンテナに誘起される微小な高周波信号をアンプで増幅すれば、高感度で受信することができ、相互変調などの妨害信号が存在しているときには、歪みや信号抑圧などを避けることができる。
また、アンプからの出力が切換基準よりも高く設定される減衰基準を超えるとアンプの利得を減少させるので、アンプの飽和や入力側での歪みがスイッチ回路の切換えに影響しないようにすることができる。
【００４８】
また本発明によれば、過大な入力時にアンプの入力側で発生する歪みを減少させることができるとともに、発生する歪みがスルー回路を介して出力側に漏れにくくすることができる。
【００４９】
さらに本発明によれば、アンプの出力が過大になると、高周波信号がアンプを通らずに後段側に至るように切換えるアンテナアンプを、異なる周波数帯域に分けて複数用い、各アンテナアンプの受持つ周波数帯域に応じて切換基準を異ならせるので、周波数帯域毎に適切な動作を行わせることができる。
【００５０】
また本発明によれば、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送およびテレビジョン放送では強入力時の歪み特性を重視し、ＵＨＦ周波数帯域側では感度を重視するように、それぞれ適切に使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基礎となる形態であるアンテナアンプ１１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の形態でスイッチ回路１６を切換えに伴う利得の周波数特性の変化を示すグラフである。
【図３】 本発明の基礎となる形態であるアンテナアンプ２１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】 図３のアンテナアンプ２１の動作のヒステリシス特性を示すグラフである。
【図５】 図３のアンテナアンプの電気回路図である。
【図６】 本発明の実施の第１形態であるアンテナアンプ５１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図７】 図６の実施形態での入力歪低減の考え方を示すグラフである。
【図８】 本発明の実施の第２形態として、複数のアンテナアンプを含むアンプモジュール８０を自動車に搭載する状態を概略的に示す斜視図である。
【図９】 図８のアンプモジュール８０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の第３形態である共用アンテナアンプ９０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】 図１０の実施形態での周波数帯域の組合わせを示すグラフである。
【図１２】 従来技術によるアンテナアンプの概略的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ アンテナ
１１，２１，５１ アンテナアンプ
１２，５２，８４，８５，９７ アンプ
１３，９３，９４ ＢＰＦ
１４ スルー回路
１５ 出力切換回路
１６，２６ スイッチ回路
２２ ＡＴＴ回路
２５ 入力切換回路
２７ ヒステリシス付レベル検出回路
３３，３４，４１ ＰＩＮダイオード
５３ ＬＰＦ
５４ 歪アンプ
５５ レベル検出回路
５６ ヒステリシスコンパレータ
５７ コンパレータ
６０ ガラスアンテナ
６１〜６８ アンテナエレメント
８０ アンプモジュール
８１，８２，８３，９１，９２ ＡＧＣアンプ
９０ 共用アンテナアンプ
９５ 分波回路
９８ 合成回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに受信される微弱な信号を、アンテナに近い位置で増幅するアンテナアンプ、共用アンテナアンプおよびアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来からのアンテナアンプ１の概略的な電気的構成を示す。アンテナアンプ１は、アンテナに電波が受信されて誘起される微弱な高周波信号を、アンテナに近い位置で増幅し、信号対雑音（ＳＮ）比を高めるために使用される。微弱な高周波信号は、ローノイズのアンプ２で増幅され、アンプ２の入力側には、周波数帯域を制限するバンドパスフィルタ（以下、「ＢＰＦ」と略称する）３およびアッテネータ（以下、「ＡＴＴ」と略称する）回路４が設けられている。ＡＴＴ回路４は、アンプ２の出力が大きくなると、自動利得制御（以下、「ＡＧＣ」と略称する）回路５がＡＴＴ回路４の信号減衰率を低下させ、アンテナアンプ１全体としての利得を低下させる。アンテナアンプ１は、アンプ２の出力とチューナなどの受信装置との間を接続する信号ケーブルの影響がアンテナに及ばないようにする効果もある。
【０００３】
アンテナとチューナとの間に増幅回路を設けることに関する先行技術は、たとえば特開平１１−４１１２７号公報などにも開示されている。この先行技術では、アンテナとチューナとの間に、広帯域増幅器と減衰回路との並列回路を接続し、広帯域増幅器に供給する電源を制御して、広帯域増幅器を動作させるときは増幅器で信号を増幅し、広帯域増幅器を動作させないときは減衰回路で信号を減衰させるように切換えている。特開平７−３２１６８５号公報には、チューナのフロントエンドで高周波から変換される中間周波の増幅回路でアンプとアッテネータとを切換えて、強電界強度時にアンプが飽和する影響を避けて、電界強度を正確に検出しようとする先行技術が開示されている。
【０００４】
図１２のＡＧＣ回路５を設ける理由は、強電界強度時にアンプ２が歪むのを避けることにもある。特開平１１−１４５８５８号公報には、相互変調妨害による感度劣化が起きているときのみ、利得を低下させるＡＧＣについての先行技術が開示されている。特開平１１−３１２９３８号公報には、電界強度に応じてＡＧＣの時定数を変え、通常はフェージングに追従しやすいように時定数を小さくしておき、強電界環境下では時定数を大きくして安定性を改善する先行技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示すようなアンテナアンプ１では、目的の受信信号に近い周波数に過大な他の信号が存在するような場合、ＡＴＴ回路４を切換えて信号を減衰させても、アンプ２に対する入力が過大となって、アンプ２の非比直線性で目的の受信信号が歪んだり、抑圧されたりするおそれがある。ＡＴＴ回路４の減衰率を大きくすると、目的の信号も大きく減衰されてしまい、ＳＮ比が低下してしまう。
【０００６】
特開平１１−４１１２７号公報の先行技術は、増幅回路を設置する位置については必ずしも明確ではない。発明の実施の形態での説明で、広帯域増幅器、減衰回路およびチューナの全体をチューナ回路としているので、アンテナの近傍ではなく、チューナ側に設置するものと考えられる。もしアンテナアンプとしてチューナから離れたアンテナの近傍に配置するとすれば、ＯＮ／ＯＦＦ制御される電源ケーブルを、信号ケーブルとともにアンテナアンプとチューナとの間に接続しなければならない。また、電源の制御は、後段側のチューナ以降の信号レベルに基づいて行われている。この信号レベルには、広帯域増幅器のＯＮ／ＯＦＦ制御が影響する。すなわち、広帯域増幅器のＯＮ状態で過大な信号レベルと判断されてＯＦＦ状態になると、信号レベルが低下し、過大ではないと判断されて、再び広帯域増幅器がＯＮになることを繰返すおそれがある。
【０００７】
また、アンテナアンプにＡＧＣ動作を行わせる場合、受信を希望する周波数の近くに妨害信号がある場合の相互変調や混変調による歪みや信号抑圧が問題となる。このような場合の対策について、特開平１１−１４５８５８号公報や特開平１１−３１２９３８号公報には何も示されていない。特に、アンテナエレメントを広帯域で使用しようとすると、相互変調や混変調の対象となる信号の範囲も広がるので、広い周波数帯域でアンテナエレメントを共用するための共用アンテナアンプでは、適切な対策が必要となる。
【０００８】
本発明の目的は、微弱な信号を高感度で受信し、強い妨害信号が存在するときには、歪みや信号抑圧を低減することができるアンテナアンプ、共用アンテナアンプおよびアンテナ装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプにおいて、
高周波信号の増幅を行うアンプと、
アンプに入力される高周波信号を、該アンプを通さずに導くスルー回路と、
アンプから出力される高周波信号、およびスルー回路を通して導かれる高周波信号を切換えるスイッチ回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力の予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換える出力切換回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力が前記切換基準よりも高出力側に予め設定される減衰基準を超えると、アンプの利得を減少させる利得制御回路と、を備えることを特徴とするアンテナアンプである。
【００１０】
本発明に従えば、アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプは、アンプと、スルー回路と、スイッチ回路と、出力切換回路と、利得制御回路とを備える。スイッチ回路は、高周波信号を増幅するアンプの出力と、アンプを通さずにスルー回路から導かれるアンプの入力とを、出力切換回路によって切換える。出力切換回路は、アンプからの出力に応答して、予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換えるように制御する。アンテナに誘起される微小な高周波信号をアンプで増幅すれば、高感度で受信することができる。相互変調などの妨害信号が存在しているときには、高周波信号をアンプを通さずにスルー回路から後段側に導くので、歪みや信号抑圧などを避けることができる。スイッチ回路を切換える出力切換回路には、常にアンプから信号が与えられるので、スイッチ回路の切換を適切に行うことができる。アンプからの出力が過大になり、切換基準よりも高く設定される減衰基準を超えると、利得制御回路によってアンプの利得を減少させるので、アンプの飽和や入力側での歪みがスイッチ回路の切換えに影響しないようにすることができる。
【００１５】
また本発明で、前記利得制御回路は、前記アンプの入力側に信号減衰回路を付加して、前記利得を減少させることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、過大な入力時にアンプの入力側に信号減衰回路を付加してアンプの利得を減少させることができるので、アンプの入力側で発生する歪みを減少させることができるとともに、発生する歪みがスルー回路を介して出力側に漏れにくくすることができる。
【００１７】
さらに本発明は、前述のいずれかに記載のアンテナアンプを複数含む共用アンテナアンプであって、
各アンテナアンプは、異なる周波数帯域の高周波信号を増幅し、
各アンテナアンプの前記切換基準は、周波数帯域に応じて異なる値に設定されることを特徴とする共用アンテナアンプである。
【００１８】
本発明に従えば、アンプから出力される高周波信号の強度が過大になると、高周波信号がアンプを通らずにスルー回路を通って後段側に至るように切換えるアンテナアンプを、異なる周波数帯域に分けて複数用い、アンテナアンプの切換基準を、各アンテナアンプが受持つ周波数帯域に応じて異ならせて、それぞれ適切な動作を行わせることができる。
【００１９】
また本発明で、前記複数のアンテナアンプは、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送受信用およびテレビジョン放送受信用と、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送受信用とにそれぞれ設けておき、
前記切換基準は、ＶＨＦ周波数帯域側の方を小さくしておくことを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送およびテレビジョン放送と、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送とを、アンプを通すか否かの切換基準を異ならせて、ＶＨＦ周波数帯域側では強入力時の歪み特性を重視し、ＵＨＦ周波数帯域側では感度を重視するように、それぞれ適切に使い分けることができる。
また本発明は、アンテナと、
前記アンテナに近接して設置され、前記アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプとを備え、
前記アンテナアンプは、
高周波信号の増幅を行うアンプと、
アンプに入力される高周波信号を、該アンプを介さずに導くスルー回路と、
アンプから出力される高周波信号、およびスルー回路を通して導かれる高周波信号を切換えるスイッチ回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力の予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換える出力切換回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力が前記切換基準よりも高出力側に予め設定される減衰基準を超えると、アンプの利得を減少させる利得制御回路と、を備えることを特徴とするアンテナ装置である。
本発明に従えば、アンテナ装置は、アンテナと、アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプとを備える。アンテナアンプは、アンプと、スルー回路と、スイッチ回路と、出力切換回路と、利得制御回路とを備える。スイッチ回路は、高周波信号を増幅するアンプの出力と、アンプを通さずにスルー回路から導かれるアンプの入力とを、出力切換回路によって切換える。出力切換回路は、アンプからの出力に応答して、予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換えるように制御する。アンテナに誘起される微小な高周波信号をアンプで増幅すれば、高感度で受信することができる。相互変調などの妨害信号が存在しているときには、高周波信号をアンプを通さずにスルー回路から後段側に導くので、歪みや信号抑圧などを避けることができる。スイッチ回路を切換える出力切換回路には、常にアンプから信号が与えられるので、スイッチ回路の切換を適切に行うことができる。アンプからの出力が過大になり、切換基準よりも高く設定される減衰基準を超えると、利得制御回路によってアンプの利得を減少させるので、アンプの飽和や入力側での歪みがスイッチ回路の切換えに影響しないようにすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基礎となる形態として、アンテナ１０に近接して設置され、アンテナ１０が受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプ１１の概略的な電気的構成を示す。アンテナアンプ１１には、アンプ１２と、ＢＰＦ１３と、スルー回路１４と、出力切換回路１５と、スイッチ回路１６とが含まれる。アンプ１２は、高周波信号の増幅を行う。ＢＰＦ１３は、アンテナ１０からアンプ１２に入力される高周波信号の周波数帯域を選択する。ＢＰＦ１３によって選択される周波数帯域は、広帯域化され、受信目標の信号ばかりではなく、妨害を与えるよう信号も通過させてしまう。アンテナアンプ１１の後段側では、たとえば中間周波数に変換した後で、フィルタなどを用いて目標信号のみを選択する。アンテナアンプ１１の段階では、周波数が高いので、目標信号のみを選択するように選択度を高めることは不可能に近く、また選択度を高めると、広帯域をカバーするために中心周波数を受信周波数に応じて変化させなければならなくなる。
【００２２】
図２は、図１のアンテナアンプ１１の利得の周波数特性を示す。実線はスイッチ回路１６をアンプ１２の出力側に切換えている状態を示し、２点鎖線はスイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えている状態を示す。スルー回路１４は、高周波信号をアンプ１２の入力側からアンプ１２を通さずにスイッチ回路１６に導く。出力切換回路１５は、アンプ１２からの出力に応答して、予め定める切換基準に対する出力の大小関係に従い、スイッチ回路１６を、出力が小さいときはアンプ１２の出力側に、出力が大きいときはスルー回路１４側に、それぞれ切換える。スイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えると、アンプ１２の利得分だけ、アンテナアンプ１１としての利得が低下する。しかしながら、高周波信号は、アンプ１２を通さないで後段側に導かれる。
【００２３】
アンプ１２の利得は、たとえば１０ｄＢとする。アンプ１２の入力側でのＳＮ比と、出力側でのＳＮ比との比であるノイズ・フィギュアＮＦは、３ｄＢ以下である。アンプ１２は一定の直流電圧が電源電圧として供給され、その電圧範囲内で動作する。電源電圧を完全に利用することができる理想的な場合でも、電源電圧を最大振幅として、それを利得で除算して得られる最大入力電圧を超える入力電圧に対しては出力が飽和してしまう。実際のアンプ１２では、入力電圧が高くなると利得も変化し、また入力側でも歪みを発生するような非直線性を、理想的な場合に比べて有している。このため、受信目標の信号自体は微小な信号レベルでも、近接して受信する信号が大きな信号レベルであれば、後段側ではフィルタなどで信号を分離することができても、アンテナアンプ１１の段階で、微小な目標信号が歪んだり、抑圧されてしまう相互変調や混変調などの影響を受ける。本実施形態では、ＶＨＦ帯域でＦＭ放送やＴＶ放送を受信する場合を想定し、たとえば受信目標の周波数を約１００ＭＨｚ程度とし、その受信強度が３０ｄＢμＶ以下のときにスイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えることによって、電界強度が１１０ｄＢμＶの４ＭＨｚ程度づつ低い信号が相互変調を生じさせないようにすることができる。
【００２４】
すなわち、図１の出力切換回路１５は、アンプ１２からの出力が大きく、相互変調などの妨害信号が存在しているときには、高周波信号をアンプを１２通さずにスルー回路１４から後段側に導くので、歪みや信号抑圧などを避けることができる。スイッチ回路１６を切換える出力切換回路１５には、常にアンプ１２から信号が与えられるので、スイッチ回路１６の切換を行う条件の変動を少なくして、切換えを適切に行うことができる。なお、スルー回路１４は、単なる導線で実現するだけではなく、減衰回路などで実現することもできる。
【００２５】
図３は、本発明の基礎となる形態であるアンテナアンプ２１の概略的な電気的構成を示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態ではアンプ１２の入力側にＡＴＴ回路２２を挿入して信号を減衰させ、ＡＴＴ回路２２およびアンプ１２を組合わせた全体の利得を減少させることができる。ＡＴＴ回路２２は、たとえば抵抗２３および抵抗２４との分圧比に基づいて信号を減衰させる。入力信号レベルが小さいときは、入力切換回路２５がスイッチ回路２６をアンプ１２の入力側に切換え、抵抗２３は短絡される状態となる。この状態で、入力信号は減衰されずにアンプ１２に入力される。入力切換回路２５がスイッチ回路２６をアンプ１２の入力側から切離すように切換えると、入力信号はＡＴＴ回路２２で減衰されてからアンプ１２に入力するようになる。入力切換回路２５がスイッチ回路２６の切換えを行う閾値Ｖｔｈｙは、出力切換回路１５がスイッチ回路１６を切換える閾値Ｖｔｈｘよりも大きくしておく。すなわち、Ｖｔｈｙ ＞ Ｖｔｈｘとする。また、これらの閾値Ｖｔｈｘ，Ｖｔｈｙにはそれぞれヒステリシスを持たせておく。
【００２６】
図４は、図３の形態での入出力特性を、アンテナ１０からの入力信号レベルが上昇するときを（ａ）で、下降するときを（ｂ）でそれぞれ示す。図３のアンプ１２の入力側で、スイッチ回路２６の個別接点のアンプ側をＡ点とし、アンプ１２の出力側でスイッチ回路１６の共通接点側をＢ点とする。アンプ１２の利得を１０ｄＢとし、ＡＴＴ回路２２の減衰度を−２０ｄＢとする。Ａ点での信号レベルは破線で示し、Ｂ点での信号レベルは実線で示す。
【００２７】
図４（ａ）で示すように、入力信号レベルが小入力状態から上昇して７０ｄＢを超えると、出力切換回路１５によってスイッチ回路１６がアンプ１２の出力側からスルー回路１４側に切換えられ、Ｂ点での信号レベルは１０ｄＢ低下する。さらに入力信号レベルが上昇して１００ｄＢを超えると、入力切換回路２５によってスイッチ回路２６がアンプ１２の入力側に接続する状態から無接続の状態に切換えられ、Ｂ点の信号レベルはＡＴＴ回路２２による減衰を受けて２０ｄＢ低下する。
【００２８】
図４（ｂ）で示すように、入力信号レベルが大入力状態から下降して８０ｄＢ以下になると、入力切換回路２５がスイッチ回路２６を無接続の状態からアンプ１２の入力側に接続する状態に切換得るので、Ａ点の信号レベルはＡＴＴ回路２２の減衰度２０ｄＢだけ上昇する。さらに入力信号レベルが低下して、４０ｄＢ以下になると、出力切換回路１５がスイッチ回路１６をスルー回路１４側からアンプ１２の出力側に切換えるので、Ｂ点の信号レベルは、アンプ１２の利得の１０ｄＢだけ上昇する。
【００２９】
図４の動作では、出力切換回路１５がスイッチ回路１６の切換えを行う検出開始点は、入力信号レベルが７０ｄＢのときであり、一旦スルー回路１４側に切換えられると、３０ｄＢのヒステリシスが付加されて、４０ｄＢまで低下しないとアンプ１２の出力側への切換えは起らなくなる。入力切換回路２５がスイッチ回路２６の切換えを行う検出開始点は、入力信号レベルが１００ｄＢのときであり、一旦無接続側に切換えられると、２０ｄＢのヒステリシスが付加されて、８０ｄＢまで低下しないとアンプ１２の入力側への切換えは起らなくなる。外部からの制御信号に応じて、利得を少なくとも２段階に切換えることができる。
【００３０】
図５は、図３のアンテナアンプ２１の回路構成を示す。出力切換回路１５および入力切換回路２５には、図４に示すようなヒステリシス特性を有するヒステリシス付レベル検出回路２７からの出力が与えられる。ヒステリシス付レベル検出回路２７は、アンプ１２の出力レベルを検出する。ヒステリシス付レベル検出回路２７の動作特性は、外付けの抵抗２８およびコンデンサ２９で調整することができる。抵抗２８は、閾値Ｖｔｈｘ，Ｖｔｈｙを決定する。コンデンサ２９は、レベル検出の時定数を決定する。レベル検出の過度特性は、アタックが速く、リリースが遅くなるようにする。アンプ１２の利得は、外付けの抵抗３０によって、たとえ３〜１５ｄＢの範囲で調整することができる。出力切換回路１５は、ＰＩＮドライバ３１，３２を有する。ＰＩＮドライバ３１は、出力論理が正論理であるバッファであり、ＰＩＮドライバ３２は出力論理が負論理であるインバータである。入力切換回路２５もインバータとしてのＰＩＮドライバを含む。
【００３１】
スイッチ回路１６は、スイッチング素子として、ＰＩＮダイオード３３，３４を含む。ＰＩＮダイオード３３，３４のカソード側は共通に、出力端子ＯＵＴに接続される。ＰＩＮダイオード３３のアノード側にはスルー回路１４が接続される。ＰＩＮダイオード３４のアノード側には、直流カット用のコンデンサ３５を介してアンプ１２の出力が接続される。ＰＩＮダイオード３３のアノードには、抵抗３６を介してＰＩＮドライバ３１の出力が与えられる。ＰＩＮドライバ３１の出力には、切換ショック防止用のコンデンサ３７も接地との間に接続される。ＰＩＮダイオード３４のアノードには、抵抗３８を介してＰＩＮドライバ３２の出力が与えられる。ＰＩＮドライバ３２の出力には、切換ショック防止用のコンデンサ３９も接地との間に接続される。ＰＩＮダイオード３３，３４のカソード側には、直流電流の経路となるコイル４０が接地との間に接続されている。
【００３２】
スイッチ回路２６は、スイッチング素子として、ＰＩＮダイオード４１を含む。ＰＩＮダイオード４１のカソードは、ＢＰＦ１３の出力から直流カット用のコンデンサ４２を介してスルー回路１４に分岐する点に接続される。ＰＩＮダイオード４１のアノード側は、直流カット用のコンデンサ４３を介して、アンプ１２の入力側に接続される。アンプ１２の入力側は、直流カット用のコンデンサ４４を介して、抵抗２３と抵抗２４との接続点にも接続される。ＰＩＮダイオード４１のカソードには、直流電流の経路となるコイル４５が接地との間に接続される。ＰＩＮダイオード４１のアノードには、切換ショック防止用のコンデンサ４６が接地との間に接続される入力切換回路２５の出力が、抵抗４７を介して接続される。ＰＩＮダイオード３３，３４，４１は、直流電流を流すとインピーダンスが低くなり、スイッチの接点を閉じた状態になる。ＰＩＮダイオード３３，３４，４１に直流電流を流さないと、インピーダンスが高くなり、スイッチの接点を開いた状態になる。なお、本実施形態では、アンプ１２、出力切換回路１５、入力切換回路２５およびヒステリシス付レベル検出回路２７は、ＩＣ５０として集積される。
【００３３】
図６は、本発明の実施の第１形態であるアンテナアンプ５１の概略的な電気的構成を示す。アンテナアンプ５１は、アンテナとともにアンテナ装置を構成する。本実施形態で、図１または図３の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。本実施形態のアンプ５２は、外部からの制御信号に応じて、利得を少なくとも２段階に切換えることができる。利得の切換えは、アンプ５２自体のゲインを段階的あるいは連続的に変化させてもよく、アンプ５２のゲインは一定として、図３の実施形態と同様に入力側のＡＴＴ回路などで信号減衰度を変化させてもよい。
【００３４】
前述のように、アンプ５２の出力には相互変調や混変調による歪成分が含まれる。歪成分は、アンプ５２からの出力のうちの低域成分に反映される。低域成分は、ローパスフィルタ（以下、「ＬＰＦ」と略称する）５３で低域濾波され、歪アンプ５４で増幅される。歪アンプ５４の出力レベルは、レベル検出回路５５で絶対値として検出され、ヒステリシスコンパレータ５６およびコンパレータ５７で予め設定される閾値Ｖｔｈａ，Ｖｔｈｂとそれぞれ比較される。閾値相互間の関係は、Ｖｔｈｂ≫Ｖｔｈａとなるように設定する。
【００３５】
ヒステリシスコンパレータ５６は、レベル検出回路５５が検出する歪成分の信号レベルがＶｔｈａを超えると、スイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換える。このような機能に関して、ＬＰＦ５３、歪アンプ５４、レベル検出回路５５およびヒステリシスコンパレータ５６は、図１の出力切換回路１５と同等である。ＬＰＦ５３によって低域の歪成分を選択し、相互変調や混変調を与える妨害信号が存在するときに、高周波信号がアンプ５２を通らないでスルー回路５４を通るように切換えることができるので、妨害信号が存在しないときは高周波信号がアンプ５２を通り、妨害信号が存在するときのみアンプ５２を通さないような適切な切換えを行うことができる。
【００３６】
なお、ヒステリシスコンパレータ５６では、スイッチ回１６をスルー回路１４側に切換えた後では、レベル検出回路５５からの出力電圧がＶｔｈａ以下になるだけではスイッチ回路１６の切換えを行わない。スイッチ回路１６の切換えを行う閾値はＶｔｈａからΔＶだけ低く変化し、レベル検出回路２５からの出力電圧が低く変化した閾値Ｖｔｈａ−ΔＶ以下になってからスイッチ回路１６をアンプ５２の出力側に切換える。この切換えが行われると、閾値はＶｔｈａに戻る。このようなヒステリシスを閾値に持たせているので、レベル検出回路５５からの出力電圧がＶｔｈａ付近で変動しても、スイッチ回路１６の切換えが頻繁に行われないようにすることができる。本実施形態でのスイッチ回路１６の切換えに関連する部分は、図１や図３の実施形態にも同様に適用することができる。
【００３７】
本実施形態では、レベル検出回路５５からの出力電圧がコンパレータ５７の閾値Ｖｔｈｂを超えると、アンプ５２の利得を低下させる。このような過大入力時にアンプ５２の利得を低下させることによって、アンプ５２で発生する歪みを抑制することができる。アンプ２２で発生する歪みが大きくなると、歪み成分が入力側からスルー回路１４側に漏れ出し、スイッチ回路１６をスルー回路１４側に切換えても、相互変調や混変調の影響を受けてしまうのを防ぐことができる。この影響を防ぐためにアンプ５２の入力側に単にスイッチなどを設けると、アンプ５２への入力が遮断され、切換えのための信号が得られなくなってしまう。本実施形態によれば、アンプ５２からの出力が過大になると、スイッチ回路１６の切換えを行うヒステリシスコンパレータ５６の閾値Ｖｔｈａである切換基準よりも高く設定されるコンパレータ５７の閾値Ｖｔｈｂを超えるようになる。減衰基準である閾値Ｖｔｈｂを超えると、利得制御回路としてのコンパレータ５７によってアンプ５２の利得を減少させるので、アンプ５２の飽和や入力側での歪みがスイッチ回路１６の切換えに影響しないようにすることもできる。
【００３８】
図７は、図６の実施形態による入力歪低減の考え方を示す。ＢＰＦ１３の通過周波数帯域は広帯域であるので、帯域ないで電界強度が大きい妨害信号も通過させてしまったり、帯域外でもあまり大きな減衰を与えることができない。強電界強度の妨害信号が２波あれば、その差の周波数成分が歪成分となり、アンプ５２の非直線性に基づく相互変調を引き起す。また強電界強度の妨害信号がスペクトラム拡散（ＳＳ）変調方式などの広帯域信号であるときは、１波でも低域の歪成分を発生させる。妨害２波や広帯域１波の妨害信号は、混変調（Inter Modulation）による歪みとしてＩＭ成分も発生する。ＩＭ成分でも、受信目的の信号レベルに比較して信号レベルがかなり大きい可能性がある。また、ＩＭ成分の周波数は、受信目的の周波数に近く、後段側のフィルタを通過し、ＡＧＣ回路などを動作させ、受信目的の信号を抑圧してしまうおそれがある。本実施形態では、ＢＰＦ１３の低域側カットオフ周波数よりも低い範囲の歪成分をＬＰＦ５３で抽出し、相互変調の発生を相関性が高い状態で検出し、適切な切換えを行って、入力歪みを低減することができる。
【００３９】
図８は、本発明の実施の第２形態として、図１または図６のようなアンテナアンプを自動車に複数個搭載するアンテナに適用する例を示す。ガラスアンテナ６０は、複数のアンテナエレメント６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８がフィルムベース６９上の導体パターンとして形成され、車両７０のたとえばリアガラス７１の内側から貼付けられる。ガラスアンテナ６０を貼付ける位置は、たとえばリアガラス７１で屋根７２に近い上縁部分とし、屋根７２側にはアンテナアンプを搭載するアンプモジュール８０を設置する。
【００４０】
図９は、図８のアンプモジュール８０の概略的な電気的構成を示す。アンプモジュール８０には、図１、図３または図６のアンテナアンプ１１，２１，５１と同等なＡＧＣアンプ８１，８２，８３と、広帯域で低雑音なアンプ８４，８５とがアンテナエレメント６１〜６８に受信される信号を増幅するアンテナアンプとして搭載される。アンテナエレメント６１，６２に受信される信号は、アンプ８４，８５でそれぞれ増幅され、デジタルテレビジョン（ＤＴＶ）信号として後段側に出力される。アンテナエレメント６３，６４，６５，６６に受信される信号は、セレクタ８６で選択され、ＡＧＣアンプ８３で増幅されてアナログテレビジョン（ＡＴＶ）信号として後段側に出力される。セレクタ８６の切換えは、後段側からデコーダ８７に与えられる制御信号に基づいて行われ、ダイバシティ方式による受信感度の向上などが図られる。アンテナエレメント６７，６８で受信される信号は、ＡＧＣアンプ８１，８２でそれぞれ増幅されて、ＦＭのメインおよびサブ信号として後段側に出力される。後段側では、メイン信号とサブ信号とを切換えて、ダイバシティ方式などによる音質改善などを図ることができる。
【００４１】
図１０は、本発明の実施の第３形態として、共用アンテナアンプ９０の概略的な電気的構成を湿す。本実施形態の共用アンテナアンプ９０は、図１、図３または図６のアンテナアンプ１１，２１，５１をＡＧＣアンプ９１，９２として複数含む。ＡＧＣアンプ９１には、ＵＨＦ帯のうち、たとえば４７０ＭＨｚの周波数帯域を選択的に通過させるＢＰＦ９３からの高周波信号が入力される。ＡＧＣアンプ９２には、ＶＨＦ帯のうち、たとえば７６ＭＨｚ〜２２２ＭＨｚの周波数帯域を選択的に通過させるＢＰＦ９４からの高周波信号が入力される。
【００４２】
図１１は、図１０のＢＰＦ９３，９４による通過帯域特性を概略的に示す。ＢＰＦ９４によるＶＨＦ帯の通過帯域には、ＦＭラジオ放送などのＦＭ信号とテレビジョン放送などのＴＶ信号とが含まれる。ＢＰＦ９３によるＵＨＦ帯の通過帯域にはテレビジョン放送などのＴＶ信号が主として含まれる。ＡＧＣアンプ９２に入力される高周波信号には、ＦＭ信号とＴＶ信号とが含まれるので、図１０では分波回路９５で分離する。図１０に示すように、分波回路９５で高域側として分波されるＴＶ信号は、ＦＭトラップ回路９６を経てアンプ９７に入力される。ＦＭトラップ回路９６は、ＦＭ信号の周波数帯域を減衰させ、アンプ９７は、ＴＶ信号の出力レベルを、ＡＧＣアンプ９１からのＴＶ信号の出力レベルに合わせるための増幅を行う。ＡＧＣアンプ９１から出力されるＴＶ信号と、アンプ９７から出力されるＴＶ信号とは、合成回路９８で合成され、後段側のテレビジョン受像装置に出力される。
【００４３】
本実施形態の共用アンテナアンプ９０では、アンテナアンプであるＡＧＣアンプ９１，９２は、ＵＨＦ帯とＶＨＦ帯との異なる周波数帯域の高周波信号を増幅する。各ＡＧＣアンプ９１，９２での切換基準は、周波数帯域に応じて異なる値に設定される。ＡＧＣアンプ９１は、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送受信用に設定される。ＡＧＣアンプ９２は、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送受信用およびテレビジョン放送受信用に設定される。切換基準を、ＶＨＦ周波数帯域用のＡＧＣアンプ９２側を小さくしておくことによって、ＶＨＦ周波数帯域側では強入力時の歪み特性を重視し、ＵＨＦ周波数帯域側では感度を重視するように、それぞれ適切に使い分けることができる。
【００４４】
すなわち本実施形態では、アンプから出力される高周波信号の強度が過大になると、高周波信号がアンプを通らずにスルー回路を通って後段側に至るように切換えるアンテナアンプを、異なる周波数帯域に分けて複数用る。アンプを通すか否かの切換基準を、各アンテナアンプが受持つ周波数帯域に応じて異ならせて、それぞれ適切な動作を行わせることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンプからの出力について、予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換えるように制御する。アンテナに誘起される微小な高周波信号をアンプで増幅すれば、高感度で受信することができ、相互変調などの妨害信号が存在しているときには、歪みや信号抑圧などを避けることができる。
また、アンプからの出力が切換基準よりも高く設定される減衰基準を超えるとアンプの利得を減少させるので、アンプの飽和や入力側での歪みがスイッチ回路の切換えに影響しないようにすることができる。
【００４８】
また本発明によれば、過大な入力時にアンプの入力側で発生する歪みを減少させることができるとともに、発生する歪みがスルー回路を介して出力側に漏れにくくすることができる。
【００４９】
さらに本発明によれば、アンプの出力が過大になると、高周波信号がアンプを通らずに後段側に至るように切換えるアンテナアンプを、異なる周波数帯域に分けて複数用い、各アンテナアンプの受持つ周波数帯域に応じて切換基準を異ならせるので、周波数帯域毎に適切な動作を行わせることができる。
【００５０】
また本発明によれば、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送およびテレビジョン放送では強入力時の歪み特性を重視し、ＵＨＦ周波数帯域側では感度を重視するように、それぞれ適切に使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の基礎となる形態であるアンテナアンプ１１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の形態でスイッチ回路１６を切換えに伴う利得の周波数特性の変化を示すグラフである。
【図３】 本発明の基礎となる形態であるアンテナアンプ２１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図４】 図３のアンテナアンプ２１の動作のヒステリシス特性を示すグラフである。
【図５】 図３のアンテナアンプの電気回路図である。
【図６】 本発明の実施の第１形態であるアンテナアンプ５１の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図７】 図６の実施形態での入力歪低減の考え方を示すグラフである。
【図８】 本発明の実施の第２形態として、複数のアンテナアンプを含むアンプモジュール８０を自動車に搭載する状態を概略的に示す斜視図である。
【図９】 図８のアンプモジュール８０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１０】 本発明の実施の第３形態である共用アンテナアンプ９０の概略的な電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】 図１０の実施形態での周波数帯域の組合わせを示すグラフである。
【図１２】 従来技術によるアンテナアンプの概略的な構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０ アンテナ
１１，２１，５１ アンテナアンプ
１２，５２，８４，８５，９７ アンプ
１３，９３，９４ ＢＰＦ
１４ スルー回路
１５ 出力切換回路
１６，２６ スイッチ回路
２２ ＡＴＴ回路
２５ 入力切換回路
２７ ヒステリシス付レベル検出回路
３３，３４，４１ ＰＩＮダイオード
５３ ＬＰＦ
５４ 歪アンプ
５５ レベル検出回路
５６ ヒステリシスコンパレータ
５７ コンパレータ
６０ ガラスアンテナ
６１〜６８ アンテナエレメント
８０ アンプモジュール
８１，８２，８３，９１，９２ ＡＧＣアンプ
９０ 共用アンテナアンプ
９５ 分波回路
９８ 合成回路
Claims (5)
- アンテナに近接して設置され、アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプにおいて、
高周波信号の増幅を行うアンプと、
アンプに入力される高周波信号を、該アンプを通さずに導くスルー回路と、
アンプから出力される高周波信号、およびスルー回路を通して導かれる高周波信号を切換えるスイッチ回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力の予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換える出力切換回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力が前記切換基準よりも高出力側に予め設定される減衰基準を超えると、アンプの利得を減少させる利得制御回路と、を備えることを特徴とするアンテナアンプ。 - 前記利得制御回路は、前記アンプの入力側に信号減衰回路を付加して、前記利得を減少させることを特徴とする請求項１記載のアンテナアンプ。
- 請求項１または２に記載のアンテナアンプを複数含む共用アンテナアンプであって、
各アンテナアンプは、異なる周波数帯域の高周波信号を増幅し、
各アンテナアンプの前記切換基準は、周波数帯域に応じて異なる値に設定されることを特徴とする共用アンテナアンプ。 - 前記複数のアンテナアンプは、ＶＨＦ周波数帯域のＦＭラジオ放送受信用およびテレビジョン放送受信用と、ＵＨＦ周波数帯域のテレビジョン放送受信用とにそれぞれ設けておき、
前記切換基準は、ＶＨＦ周波数帯域側の方を小さくしておくことを特徴とする請求項３記載の共用アンテナアンプ。 - アンテナと、
前記アンテナに近接して設置され、前記アンテナが受信する微弱な高周波信号を増幅するアンテナアンプとを備え、
前記アンテナアンプは、
高周波信号の増幅を行うアンプと、
アンプに入力される高周波信号を、該アンプを介さずに導くスルー回路と、
アンプから出力される高周波信号、およびスルー回路を通して導かれる高周波信号を切換えるスイッチ回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力の予め定める切換基準に対する大小関係に従い、スイッチ回路を、出力が小さいときはアンプの出力側に、出力が大きいときはスルー回路側に、それぞれ切換える出力切換回路と、
アンプからの出力に応答して、該出力が前記切換基準よりも高出力側に予め設定される減衰基準を超えると、アンプの利得を減少させる利得制御回路と、を備えることを特徴とするアンテナ装置。
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