JP4193424B2 - 高周波検波装置および高周波検波方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高周波検波方法に関し、特に、マイクロ波及びミリ波帯で用いられる検波用回路の高周波検波方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の高周波検波方法は、マイクロ波・ミリ波送受信装置において、出力電力を高精度にかつ、広ダイナミックレンジで制御する手段が必要とされる。図７は従来の検波器の一例を示す回路図である。従来例は図７に示すように、高周波信号が信号入力端子２６から入力され、信号入力端子２６に、検波ダイオード２１と、ローパスフィルター回路２５とが接続される。ローパスフィルター回路２５はインダクタンスＬおよびキャパシターＣとを有し、その出力は検波出力端子７に接続される。この検波器では、図４に示されるように、入力電力-２０から３０（ｄＢｍ）と、検波電圧（Ｖ）とは、ほぼ線形な検波電圧特性を示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の高周波検波方法において、通常想定される入力電力範囲では、直流出力検波電圧として、数Ｖ〜１ｍＶ以下というような高精度な外部検出回路が要求され、信号入力の上限に関して、検波ダイオードは、一般にショットキー接合されたダイオードであるため、逆方向の耐圧が存在し、ある信号入力特性を越えると、図４に示すように、入力電力に対して検波電圧が２０ｄＢ以上では点線で示すように飽和してしまい、検波器としての動作不良を起こす可能性あり、かつ、その飽和点は、ダイオード素子個別の耐圧のバラツキによって支配されるため制御が難しい。
【０００４】
また、そのような大信号を入力したときに、検波ダイオード自体の過飽和、及び消費電力の観点から信頼性を大幅に損なうことになってしまう。つまり、飽和する入力電力が、動作不良を起こす検波器入力電力の上限になると考えられる。
【０００５】
他方、信号入力の下限に関して、１ｍＶ以下のような微少な検波出力電圧を制御するために検波器外部に微少な電圧を増幅できる演算増幅回路等を用いる。しかし、演算増幅器は、それ自体にオフセット電流と電圧が存在するため、微少な信号電力入力時に検波ダイオードから出力される微少な検波電圧とオフセット電圧のＳ／Ｎ比が十分得られず、検波誤差を大きく生じさせてしまう。ここで、検波電圧の出力が適当に高くなるように入力信号電力の下限が決定される。
【０００６】
本発明の目的は、広範囲な信号入力レベルに対して良好な検波特性が得られるように、入力低電力信号時には、少しでも高い検波電圧が、高入力電力時には少しでも低い電圧が得られるように信号入力対検波電圧の特性曲線を制御できる高周波検波方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波検波装置は、信号入力端子と、検波ダイオードと、検波曲線補正回路と、ローパスフィルター回路と、第１の検波電圧出力端子とを備えた高周波検波装置であって、検波曲線補正回路は、直列に接続された検波曲線補正抵抗と検波曲線補正ダイオードとからなり、検波曲線補正ダイオードの極性が検波ダイオードと逆になるように、検波ダイオードに対して並列に接続され、検波ダイオードのカソードに、信号入力端子と、ローパスフィルター回路の入力と、が接続され、ローパスフィルター回路の出力に、第１の検波電圧出力端子が接続されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の高周波検波方法は、検波曲線補正ダイオードと検波曲線補正抵抗とが直列に接続された検波曲線補正回路を、検波曲線補正ダイオードの極性が検波ダイオードと逆になるように、検波ダイオードに対して並列に接続し、入力信号を、検波ダイオードのカソードと、ローパスフィルター回路の入力と、が接続された接続点に供給し、ローパスフィルター回路の出力から検波電圧を出力することを特徴とする。
【００１３】
（作用）
本発明の高周波検波装置および高周波検波方法は、アノードとカソードの極性が検波ダイオードと反転された検波曲線補正ダイオードと、それと直列接続された検波曲線補正抵抗を有する検波曲線補正回路が、検波ダイオードと並列接続され、検波曲線制御用抵抗を適当に設定することで、所望の信号入力範囲に対する直流出力電圧の曲線を適当に設定できる回路を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例の回路図である。図１に示す本実施例は、通常用いられる検波ダイオード１と、検波曲線補正回路３を備えている。検波曲線補正回路３は、検波ダイオード１と並列接続された検波曲線補正ダイオード２と、検波曲線補正ダイオード２に直列接続された検波曲線補正抵抗４とを有する。ここで、検波曲線補正ダイオード２は、検波ダイオード１に対してアノードとカソードの極性が反転されて並列接続されていなければならない。
【００１５】
次に、本実施例の動作について、図３及び図４を用いて説明する。通常用いられる検波器の入力電力対出力電圧の特性を図４に示す。この曲線の形は、検波ダイオードの物理的性質である、ビルトインポテンシャル、接合容量、内部抵抗、ショットキー耐圧等が支配的要因になって決定される。つまり、この曲線の形状は、使用する検波ダイオードによって個別に決定されてしまい、外部に付加回路を接続しない限り、その曲線自体の大幅な変更は期待できない。そこで、検波曲線補正用ダイオード２と検波曲線補正用抵抗４を図１に示すように付加した回路を考える。検波曲線補正ダイオード２は、検波ダイオード１に対してアノードとカソードの極性が反転されている。図３は本実施例の動作を説明のための相関図であり、図３は本実施例の代表的なシミュレーションデータを示す。
【００１６】
はじめに図３の検波曲線を３つの領域にわけて考える。検波領域１の時は、入力信号電圧振幅が、検波曲線補正ダイオード２のＶｆ（順方向立ち上がり電圧）よりも低いため、検波曲線補正回路３には電流が流れず、すなわち、検波曲線補正回路３が働かず、検波ダイオード１のみの図４に示す一般的な検波特性を示す。さらに、入力信号振幅が検波曲線補正ダイオードのＶｆを越えるような高周波信号電圧が入力され始める検波領域２では、検波曲線補正回路３には徐々に高周波電流が流れはじめ、そのことで、検波ダイオード１に流れる電流が減少し、検波電圧曲線の傾きが鈍ることになる。
【００１７】
さらに、入力電圧振幅が、Ｖｆを大きく超えるような検波領域３になると検波曲線補正抵抗４の寄与が大きくなり、入力信号に対して一定の損失回路のように働き、検波曲線の傾きは本来の特性よりも鈍るものの入力電力に対して線形な領域になる。つまり、検波領域２、３の効果で検波電圧曲線は入力信号に対して感度が鈍くなり、この結果、より広い範囲の入力信号によっても検波電圧が、高くなりすぎること（飽和）を抑制できる。
【００１８】
さらに、図５に検波曲線補正用抵抗４の抵抗値をパラメーターにした結果を示すが、抵抗値０−１００オームによって、検波電圧曲線を制御できることを示している。ここで、入力電力対検波電圧の特性は、線形から大きくはずれることになるが、よく用いられるように検波曲線の補正値をＲＯＭテーブルに記憶させて入出力特性を補正することで、高精度に入力電力を直流電圧に換算できる。
【００１９】
また、図６に示すように、従来の検波ダイオード２１にて消費される電力は、本実施例では、検波ダイオード１にて消費される電力は、検波曲線補正ダイオード２と、検波曲線補正用抵抗４とで分散して消費されることで減少し、信頼性向上を可能にすることができる。
【００２０】
図２は本発明の他の実施例を示す回路図である。図２に示す他の実施例においては、信号入力端子６に、検波ダイオード１のカソードと、検波曲線補正回路３の検波曲線補正抵抗４の一端が接続され、検波曲線補正抵抗４の他端に検波曲線補正ダイオード２のアノードが接続され、信号入力端子６からローパスフィルター回路５を通して一方の検波電圧出力端子８が接続される。一方の検波電圧出力端子８には、第一の抵抗９を通して第一のバイアス電圧Ｅ１が印加される。
【００２１】
リファレンス回路１０の他方の検波出力端子８には、第二の抵抗１３を通して第二のバイアス電圧Ｅ２が印加され、差動用のダイオード１１のカソードが第三の抵抗１２の一端に接続され、第二の抵抗１２の他端が他方の検波出力端子８に接続される。このようにすると、温度特性を考慮した、差動検波出力回路にも適用できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高周波で用いられる検波用回路の検波ダイオードと、この検波ダイオードに対してアノードとカソードの極性が反転された検波曲線補正ダイオードとを並列接続することにより、検波特性曲線を制御し、より広い信号入力範囲に対して、より狭い直流出力電圧の範囲を容易に設定できる効果がある。
【００２３】
また、検波ダイオードにて消費される電力は、検波曲線補正ダイオードと、検波曲線補正抵抗とで分散して消費されることで減少し、信頼性向上を可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の回路図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す回路図である。
【図３】本実施例の動作を説明するための入力電力と検波電圧との相関図である。
【図４】従来例の動作を説明するための入力電力と検波電圧との相関図である。
【図５】本実施例の検波曲線補正抵抗による動作を説明するための入力電力と検波電圧との相関図である。
【図６】本実施例の各素子の消費電力を説明するための入力電力と検波電圧との相関図である。
【図７】従来の検波器の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 検波ダイオード
２ 検波曲線補正ダイオード
３ 検波曲線補正回路
４ 検波曲線補正抵抗
５ ローパスフィルター回路
６ 信号入力端子
７、８ 検波電圧出力端子
９、１２ 抵抗
１０ リファレンス回路
１１ ダイオード

Claims (4)

1. 信号入力端子と、検波ダイオードと、検波曲線補正回路と、ローパスフィルター回路と、第１の検波電圧出力端子とを備えた高周波検波装置であって、
   前記検波曲線補正回路は、直列に接続された検波曲線補正抵抗と検波曲線補正ダイオードとからなり、前記検波曲線補正ダイオードの極性が前記検波ダイオードと逆になるように、前記検波ダイオードに対して並列に接続され、
   前記検波ダイオードのカソードに、
   前記信号入力端子と、
   前記ローパスフィルター回路の入力と、
   が接続され、
   前記ローパスフィルター回路の出力に、前記第１の検波電圧出力端子が接続されていることを特徴とする高周波検波装置。
2. 請求項１に記載の高周波検波装置であって、
   第１の抵抗と、第１のバイアス電源と、第２の抵抗と、第２のバイアス電源と、第２の検波電圧出力端子と、第３の抵抗と、差動用のダイオードとをさらに備え、
   前記ローパスフィルター回路の出力に前記第１の抵抗の一端が接続され、
   前記第１のバイアス電源は、前記第１の抵抗の他端に第１のバイアス電圧を印加し、
   前記第２の検波電圧出力端子には、前記第２の抵抗の一端と、前記第３の抵抗の一端とが接続され、
   前記第３の抵抗の他端には前記差動用のダイオードのカソードが接続され、
   前記第２のバイアス電源は、前記第２の抵抗の他端に第２のバイアス電圧を印加し、
   前記第１の検波電圧出力端子の電圧と前記第２の検波電圧出力端子の電圧との電圧差を、差動検波出力として出力することを特徴とする、高周波検波装置。
3. 検波曲線補正ダイオードと検波曲線補正抵抗とが直列に接続された検波曲線補正回路を、前記検波曲線補正ダイオードの極性が検波ダイオードと逆になるように、前記検波ダイオードに対して並列に接続し、
   入力信号を、
   前記検波ダイオードのカソードと、
   ローパスフィルター回路の入力と、
   が接続された接続点に供給し、
   前記ローパスフィルター回路の出力から、検波電圧を出力することを特徴とする高周波検波方法。
4. 請求項３に記載の高周波検波方法であって、
   前記ローパスフィルター回路の出力に第１の抵抗を接続し、
   前記第１の抵抗を介して前記ローパスフィルター回路の出力に第１のバイアス電圧を印加し、
   第２の抵抗の一端に第２のバイアス電圧を印加し、
   第３の抵抗の一端に差動用のダイオードのカソードを接続し、
   前記検波電圧と、前記第２の抵抗の他端と前記第３の抵抗の他端との接続点の電圧との電圧差を、差動検波出力として出力することを特徴とする、高周波検波方法。

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