JP4612136B2

JP4612136B2 - 増幅器

Info

Publication number: JP4612136B2
Application number: JP32395799A
Authority: JP
Inventors: 敏明城阪; 武川原
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 1999-11-15
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2019-11-15
Also published as: JP2001144564A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅器に関し、特にパイロット信号を用いて自動利得制御を行う増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動利得制御付きの増幅器としては、例えば図５に示すようなものがあった。この増幅器では、入力端子２からの入力信号と、パイロット信号発生器４からのパイロット信号とを、方向性結合器６を介して可変利得増幅器８に供給する。可変利得増幅器８の出力信号を分岐器１０によって分岐し、この分岐信号をパイロット信号レベル検出器１２に供給して、パイロット信号のレベルを検出する。基準電圧発生器１４からの基準電圧と、パイロット信号レベル検出器１２の出力とを比較器１６において比較し、その比較出力信号に基づいて可変利得増幅器８の利得を、パイロット信号のレベルが一定になるように制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この利得制御付き増幅器では、パイロット信号が入力信号を妨害することを防止するために、パイロット信号の周波数は、入力信号の周波数帯域外或いは、入力信号の周波数帯域のうち未使用の周波数に設定する必要がある。しかし、可変利得増幅器８において、一定レベルの出力信号として出力する必要があるのは入力信号であるので、入力信号の使用されている周波数帯域のパイロット信号を使用することが望ましい。また、パイロット信号と基準電圧とは別個に発生しているので、パイロット信号のレベルがなんらかの原因で変化した場合、可変利得増幅器８の利得が所望の値と異なる値に制御される。なお、パイロット信号を用いずに、可変利得増幅器８の出力信号のレベルを検出し、これに基づいて可変利得増幅器８の利得を制御することも提案されているが、これでは、入力信号の供給が停止されたとき、可変利得増幅器８の利得が最大となり、大きく増幅されたノイズを出力することになり、望ましくない。
【０００４】
本発明は、増幅器内に使用周波数帯内にパイロット信号を設定することができ、かつパイロット信号が本来増幅されるべき信号に妨害を与えない自動利得制御付き増幅器を提供することを目的とする。また、パイロット信号のレベルに変動があっても、入力信号が停止しても、利得を安定して一定とすることができる自動利得制御付き増幅器を提供することも目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による増幅器は、増幅手段と、パイロット信号発生手段と、位相追従ループと、打ち消し手段と、レベル調整手段と、制御手段とを備えている。増幅手段は、利得調整手段を備え、入力信号を増幅する。パイロット信号発生器は、前記入力信号の周波数帯内の周波数であって、所定レベルのパイロット信号を発生する。位相追従ループは、前記パイロット信号発生手段からの前記パイロット信号が供給される可変位相手段を備え、この可変位相手段の出力信号の位相と前記増幅手段の出力信号中のパイロット信号との位相差を表す信号を位相比較手段が発生し、前記位相比較手段の出力信号をローパスフィルタを介して前記可変位相手段に供給して、前記可変位相手段の出力信号を前記増幅手段の出力信号中のパイロット信号と逆相とする。打ち消し手段は、前記可変位相手段の出力信号と前記増幅手段の出力信号とを入力し、前記増幅手段の出力信号と前記可変位相手段の出力信号とを加算して、前記増幅手段の出力信号中のパイロット信号を打ち消す打ち。レベル調整手段は、前記パイロット信号発生手段からのパイロット信号のレベルを調整して前記増幅手段における前記利得調整手段の前段に供給する。制御手段は、前記可変位相手段の出力信号と前記増幅手段の出力信号とをレベル比較手段に供給して、前記増幅手段の出力信号中に含まれているパイロット信号と前記可変位相手段の出力信号とのレベルの絶対値の差を表す出力信号を、前記レベル比較手段が生成し、このレベル比較手段の出力信号をレベル制御用ローパスフィルタを介して前記利得調整手段に利得調整用として供給する。
【０００８】
さらに、前記レベル比較手段は、前記可変位相手段の出力信号と前記増幅手段の出力信号とを合成する合成器と、この合成器の出力信号と前記可変位相手段の出力信号とが供給されるダブルバランスドミキサとを、有している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施の形態の増幅器２０は、例えば図３に示すように、無線中継局に使用されるものである。即ち、無線中継局では、放送衛星や通信衛星２２から送信された電波を受信用アンテナ２４で受信し、この受信用アンテナ２４からのアンテナ受信信号をそのままの周波数で増幅器２０において増幅し、その増幅出力を再送信用アンテナ２６によって再送信する。
【００２２】
本増幅器２０は、図１に示すように、入力端子３０を有し、この入力端子３０には、上述したように受信用アンテナ２４からのアンテナ受信信号が供給されている。このアンテナ受信信号は、例えば１２ＧＨｚ帯のものである。
【００２３】
このアンテナ受信信号は、方向性結合器３２を介して増幅手段、例えば可変利得増幅手段、具体的には高周波増幅器３４に供給されている。高周波増幅器３４は、複数段、例えば２段の高周波増幅段３６、３８を縦続接続したもので、それらの間に利得調整手段、例えば可変減衰器４０を備えている。この可変減衰器４０は、例えばＰＩＮダイオードを用いたもので、制御信号の値に応じて減衰量が変化する。
【００２４】
この増幅器３４の入力側には、方向性結合器３２を介してパイロット信号が供給されている。従って、増幅器３４の出力信号は、アンテナ受信信号とパイロット信号とを増幅したものである。このパイロット信号は、アンテナ受信信号の周波数帯内の周波数を有するもので、パイロット信号供給手段、例えばパイロット信号供給回路４１から供給されている。このパイロット信号供給回路４１は、パイロット信号を発生するパイロット信号発生手段、例えばパイロット信号発生器４２を有している。このパイロット信号は２分配器４４によって２分配され、その一方の分配出力信号が、レベル調整手段、例えば基準減衰器４６によって所定レベル、例えばＲｄＢ減衰させられて、方向性結合器３２に供給されている。なお、基準減衰器４６は、減衰量を固定したものとすることもできるし、減衰量を可変するものとすることもできる。
【００２５】
２分配器４４を介してパイロット信号発生器４２から供給されている他方のパイロット信号と、増幅器３４の出力信号を１分岐器４８を介して分岐した分岐信号とが、位相追従ループ５０に供給されている。即ち、２分配器４４からの分配出力信号は、可変位相器５２によって、位相調整が行われた後、２分配器５４を介して位相比較器５６に供給されている。この位相比較器５６には、１分岐器４８を介して高周波増幅器３４の出力信号が供給されている。位相比較器５６は、これに入力された２つの信号の位相差を表す信号を発生し、これがローパスフィルタ５８、増幅器６０を介して可変位相器５２に供給される。従って、２分配器５４の分配出力信号、即ち位相追従ループ５０の出力信号は、高周波増幅器３４の出力信号に含まれているパイロット信号の位相と逆相のパイロット信号を発生する。
【００２６】
ここで、なんらかの原因でパイロット信号発生器４２からのパイロット信号のレベルが変動した場合、高周波増幅器３４に供給されるパイロット信号も、位相追従ループ５０は、可変位相器５２、分配器５４、位相比較器５６、ローパスフィルタ５８及び増幅器６０で構成され、このループ５０の出力信号である逆相パイロット信号も同じようにレベル変動している。また、高周波増幅器３４において増幅される間に、温度変化等によってパイロット信号に位相の変動が生じていると、同様な位相の変動が位相追従ループ５０の出力信号にも生じている。
【００２７】
２分配器５４からの位相追従ループ５０の出力信号、即ち逆相パイロット信号は、基準信号として制御部６２に供給されている。この制御部６２は、逆相パイロット信号が基準信号として供給されるレベル比較手段、例えば振幅比較器６４を備えている。この振幅比較器６４には、１分岐器６６を介して高周波増幅器３４の出力信号が供給されている。振幅比較器６４は、高周波増幅器３４の出力信号に含まれているパイロット信号と逆相パイロット信号とのレベルの絶対値の差を表す信号を生成し、この信号がレベル制御ローパスフィルタ６８、増幅器７０を介して可変減衰器４０に供給される。振幅比較器６４、レベル制御ローパスフィルタ６８、増幅器７０、可変減衰器４０、高周波増幅器３４及び位相追従ループ５０によって、レベル追従ループが構成されている。このレベル追従ループが制御手段を構成している。
【００２８】
従って、高周波増幅器３４の出力信号中のパイロット信号のレベルの絶対値は、可変位相追従ループ５０の逆相パイロット信号のレベルの絶対値と等しくなる。即ち、基準減衰器４６によってパイロット信号を減衰させた減衰量を補償するように、高周波増幅器３４の増幅度が調整されている。従って、基準減衰器４６による減衰量を調整することによって、高周波増幅器３４の増幅度を決定することができる。
【００２９】
振幅比較器６４を介して逆相パイロット信号は、合成手段、例えば合成回路７２に供給されている。１分岐器６６を介して高周波増幅器３４の出力信号が合成回路７２に供給されている。即ち、振幅比較器６４からの逆相パイロット信号は、微調減衰器７４及び微調位相器７６を介して合成器７８に供給されている。また、１分岐器６６を介しての高周波増幅器３８の出力信号も合成器７８に供給されている。合成器７８では、微調減衰器７４及び微調位相器７６を介しての逆相パイロット信号と、１分岐器６６を介しての高周波増幅器３４の出力信号とを加算するので、この合成器７８の出力信号には、パイロット信号が含まれていない。この合成器７８の出力信号は、出力端子８０を介して再送信用アンテナ２６に供給される。位相追従ループ５０と合成回路７２とが打ち消し手段を構成している。
【００３０】
なお、微調減衰器７４は、逆相パイロット信号のレベルの絶対値と、高周波増幅器３４の出力信号中のパイロット信号の絶対値とが完全に一致していない場合に、これを補正するためのもので、微調位相器７６は、逆相パイロット信号の位相と、高周波増幅器３４の出力信号中のパイロット信号の位相とが完全に逆相となっていない場合に、これを補正するためのものである。従って、場合によっては、微調減衰器７４及び微調位相器７６は、省略することもできる。
【００３１】
この増幅器２０によれば、入力信号の周波数帯内の周波数を有するパイロット信号を用いて、高周波増幅器３４の増幅度を入力信号の周波数帯内において予め定めた値となるように自動利得制御をすることができる上に、位相追従ループ５０と合成回路７２とからなる打ち消し手段を設けているので、入力信号の周波数帯内の周波数を有するパイロット信号を、増幅器２０から出力することがない。しかも、自動利得制御を行うための基準信号は、パイロット信号発生器４２からのパイロット信号を基に生成されているので、なんらかの原因でパイロット信号のレベルに変動があっても、高周波増幅器３４の増幅度を予め定めた値に維持することができる。また、位相追従ループ５０を使用しているので、温度変化等によって高周波増幅器３４中でパイロット信号の位相の変動があっても、確実にパイロット信号を除去して、増幅器２０の出力信号を出力できる。パイロット信号を基準減衰器４６によって減衰させて、高周波増幅器３４に入力させているので、基準信号として使用するためにパイロット信号を増幅する必要がなく、構成を簡略化することができる。
【００３２】
図２に振幅比較器６４の詳細なブロック図を示す。この振幅比較器６４は、２分配器５４からの逆相パイロット信号が供給される２分配器８２を含み、この２分配器８２の２つの分配出力信号の一方は、方向性結合器８４において１分岐器６６からの分岐信号（高周波増幅器３４の出力信号）と結合され、ミキサー８６に供給される。ミキサー８６には、２分配器８２の他方の分配出力を２分配器８８でさらに２分配した一方の分配出力が供給されている。ミキサー８６の出力としては、逆相パイロット信号と高周波増幅器３４の出力信号中のパイロット信号とのレベル差に比例した信号が出力されている。なお、２分配器８８の他方の分配出力は、微調調整器７４に供給されている。
【００３３】
ミキサー８６は、ダブルバランスドミキサーを使用したものであり、２分配器８２、８８や方向性結合器８４は、受動素子のみで構成されている。即ち、この振幅比較器６４は、殆ど受動素子によって構成されているので、能動素子によって構成された振幅比較器と比較して、温度変化等に基づく減衰量の変動が少ないので、増幅器３４の増幅度を高安定とすることができる。なお、２台の分配器８２、８８を使用したが、これに代えて１台の分配器を使用することもできる。
【００３４】
この増幅器２０は、種々に変更可能である。例えば、図４に示すように、位相追従ループ５０を除去し、２分配器４４で分配したパイロット信号を振幅比較器６４に供給する。即ち、振幅比較器６４の２分配器８８から出力されるパイロット信号は、位相反転されていない。この位相反転されていないパイロット信号を位相反転器５０ａによって位相反転し、合成器７８に供給して、パイロット信号を打ち消している。
【００３５】
上記の実施の形態及び変形例では、逆相パイロット信号を生成し、これと増幅器３４の出力信号とを加算したが、パイロット信号発生器４２からのパイロット信号の位相を、増幅器３４の出力信号中のパイロット信号の位相に位相追従ループ５０または位相反転回路５０ａによって揃え、この位相が揃えられたパイロット信号を増幅器３４の出力信号から減算してもよい。
【００３６】
また、上記の実施の形態及び変形例では、パイロット信号発生器４２のパイロット信号の位相を、増幅器３４の出力信号中のパイロット信号の位相と同相または逆相としたが、逆に増幅器３４の出力側に位相追従ループを設け、増幅器３４の出力信号中のパイロット信号の位相をパイロット信号発生器４２のパイロット信号の位相と同相または逆相として、この増幅器３４の出力信号とパイロット信号発生器３４のパイロット信号とを減算または加算してもよい。
【００３７】
上記の実施の形態及び変形例では、高周波増幅器３４として２段の高周波増幅段３６、３８を備えるものを示したが、これに代えて、単一の高周波増幅段を有するものを使用することもできる。この場合、可変減衰器４０は、単一の高周波増幅段の入力側または出力側に設けることができる。無論、複数段の高周波増幅段を備える高周波増幅器３４においても、入力側または出力側に可変減衰器４０を設けてもよい。また、可変減衰器４０に代えて、高周波増幅段を構成するバイポーラトランジスタ、ＦＥＴ等の半導体装置のバイアスを変化させるバイアス変化手段を利得調整手段として使用することもできる。
【００３８】
なお、パイロット信号として入力信号の周波数帯外の周波数或いは入力信号の周波数帯内の未使用周波数とする場合、打ち消し回路７２は不要である。また、この場合、位相追従ループ５０に代えて、位相反転回路５０ａを使用することもできる。また、上記の実施の形態では、振幅比較器６４を使用したが、これに代えて、例えば高周波増幅器３４の出力信号からパイロット信号抽出手段によってパイロット信号を抽出し、そのレベルをレベル検出手段によって検出し、このレベル検出手段の出力信号を、逆相パイロット信号のレベル検出手段の出力信号または別個に設定した基準信号と比較するように構成してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、増幅器の入力信号の周波数帯内のパイロット信号を使用しても、パイロット信号による妨害を出力信号に与えることなく、増幅器の利得を入力信号の周波数帯において所定の利得に制御することができる。また、本発明によれば、上記のような効果を奏する上に、パイロット信号発生手段のパイロット信号のレベルが変動したり、増幅手段における増幅中にパイロット信号の位相が変動したりしても、その影響を受けずに、自動利得制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の増幅器のブロック図である。
【図２】図１の増幅器の振幅比較器のブロック図である。
【図３】図１の増幅器を使用した無線中継器のブロック図である。
【図４】図１の増幅器の変形例のブロック図である。
【図５】従来の増幅器のブロック図である。
【符号の説明】
３４高周波増幅器
４０可変減衰器（利得調整手段）
４１パイロット信号供給回路（パイロット信号供給手段）
４２パイロット信号発生器（パイロット信号発生手段）
４６基準減衰器（減衰手段）
５０位相追従ループ
６２制御回路（制御手段）
７２合成手段（合成回路）

Claims

利得調整手段を備え、入力信号を増幅する増幅手段と、
前記入力信号の周波数帯内の周波数であって、所定レベルのパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段と、
前記パイロット信号発生手段からの前記パイロット信号が供給される可変位相手段を備え、この可変位相手段の出力信号の位相と前記増幅手段の出力信号中のパイロット信号との位相差を表す信号を位相比較手段が発生し、前記位相比較手段の出力信号をローパスフィルタを介して前記可変位相手段に供給して、前記可変位相手段の出力信号を前記増幅手段の出力信号中のパイロット信号と逆相とする位相追従ループと、
前記可変位相手段の出力信号と前記増幅手段の出力信号とを入力し、前記増幅手段の出力信号と前記可変位相手段の出力信号とを加算して、前記増幅手段の出力信号中のパイロット信号を打ち消す打ち消し手段と、
前記パイロット信号発生手段からのパイロット信号のレベルを調整して前記増幅手段における前記利得調整手段の前段に供給するレベル調整手段と、
前記可変位相手段の出力信号と前記増幅手段の出力信号とをレベル比較手段に供給して、前記増幅手段の出力信号中に含まれているパイロット信号と前記可変位相手段の出力信号とのレベルの絶対値の差を表す出力信号を、前記レベル比較手段が生成し、このレベル比較手段の出力信号をレベル制御用ローパスフィルタを介して前記利得調整手段に利得調整用として供給する制御手段とを、
具備する増幅器。
請求項１記載の増幅器において、前記レベル比較手段は、前記可変位相手段の出力信号と前記増幅手段の出力信号とを合成する合成器と、この合成器の出力信号と前記可変位相手段の出力信号とが供給されるダブルバランスドミキサとを、有する増幅器。