JP5646417B2

JP5646417B2 - リミッター回路

Info

Publication number: JP5646417B2
Application number: JP2011191776A
Authority: JP
Inventors: 治夫小島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: JP2013055475A

Description

本発明の実施形態は、低雑音増幅器に接続されるリミッター回路に関する。

マイクロ波レーダ装置やマイクロ波送受信装置では、微小な信号を高感度で受信する必要がある反面、比較的大きな送信電力が入ってくることもあるので、低雑音増幅器の保護のためにリミッター回路が必要となる。このようなリミッター回路では、ＰＩＮダイオードを接続した構成を取ることが多い。

この従来のリミッター回路の構成例を図３に示す。このリミッター回路は、高周波入力端子３１と、高周波出力端子３２の間に、低雑音増幅器３３を設ける。この低雑音増幅器３３の入力側において、並列にλ／４長の伝送線路３４とＰＩＮダイオード３５を接地との間に設けたものである。ＰＩＮダイオード３５のアノードを低雑音増幅器３３の入力側に、カソードを接地する。

このリミッター回路において、高周波入力端子３１に、ＰＩＮダイオード３５の閾値を越える大きい電力の高周波信号が入力されると、ＰＩＮダイオード３５の高周波インピーダンスがほぼゼロとなり、ＰＩＮダイオード３５において高周波信号の大部分は高周波入力端子側に反射される。したがって、低雑音増幅器３３に入力される電力は低減され、この増幅器が破壊されることを防止している。

しかし、低雑音増幅器３３の動作可能な電力が入力した場合にもこの増幅器は飽和してしまい、正常動作が困難であった。

上記ＰＩＮダイオード３５に低電力型のものを用いた場合、通常、そのスレッショルドレベル（保護電力レベル）は＋６ｄＢｍ〜＋７ｄＢｍ程度であるので、低雑音増幅器の破壊を防止することは可能である。しかし、低雑音増幅器の入力飽和電力は−１０ｄＢｍ〜０ｄＢｍ程度であるので、低雑音増幅器の飽和を防ぐことは困難である。

特開２００４−４０１７３号公報

本発明は、上述のような点に着目してなされたもので、接続される低雑音増幅器の破壊を防止すると共に、この増幅器の飽和の範囲を狭くし正常動作の範囲を広くすることが可能なリミッター回路を提供するものである。

一実施形態のリミッター回路は、高周波入力端子に接続された低雑音増幅器の入力端子と接地との間に接続されたＰＩＮダイオードと、前記低雑音増幅器の入力端子に一端を接続され他端は接地される、所定周波数の１／４波長の長さの伝送線路と、この伝送線路の他端と接地との間に接続された高周波短絡用キャパシタと、前記伝送線路の他端に入力端子を接続され、第１の出力端子及び接地された第２の出力端子を有する切替スイッチと、前記第１の出力端子に一端を接続され、接地との間に直列に接続された電力設定用抵抗器及び定電圧電源と、前記低雑音増幅器の入力端子にこの入力端子を接続され、入力される電力により前記切替スイッチの入力端子を前記第１の出力端子又は前記第２の入力端子に接続するように制御する切替制御部と、を備え、前記低雑音増幅器の入力端子に、前記ＰＩＮダイオードの保護電力レベルを超える信号が入力されたとき、前記切替制御部は、前記切替スイッチの入力端子を前記第２の出力端子に接続するように制御することを特徴とする。

一実施形態のリミッター回路の電気的構成を示す図である。一実施形態における切替制御部の構成例を示す図である。従来のリミッター回路の一例を示す図である。

この実施形態のリミッター回路の電気的構成を、図１に示す。リミッター回路１０は、高周波入力端子１１ａと高周波出力端子１１ｂの間に設けられた低雑音増幅器１２の入力端子と接地の間に接続されたＰＩＮダイオード１３と、一端を低雑音増幅器１２の入力端子に接続された所定周波数で１／４波長の長さとなる伝送線路１４と、この伝送線路１４に一端を接続され、他端を接地された高周波短絡用キャパシタ１５と、上記伝送線路１４と高周波短絡用キャパシタ１５の接続点に一端を接続された１入力２出力の切替スイッチ１６と、この切替スイッチ１６を制御する切替制御部１７と、切替スイッチ１６の一方の第１の出力端子１６ａに接続された電流設定用抵抗器１８と、この電流設定用抵抗器１８の他端にプラス側を接続され、マイナス側を接地された定電圧電源１９とを有する。切替スイッチ１６の他方の第２の出力端子１６ｂは接地されている。

電流設定用抵抗器１８は、ＰＩＮダイオードを短絡するための順方向電流を決定するためのものであり、定電圧源１９はＰＩＮダイオードを短絡するために正の電流を供給するためのものである。

低雑音増幅器１２の入力電力が例えば−２０ｄＢｍ〜−５ｄＢｍの範囲内にある場合には特性は飽和しないが、−５ｄＢｍを越えると飽和するものとする。また、ＰＩＮダイオード１３のスレッショルドレベル（保護電力レベル）を＋１０ｄＢｍとし、挿入損失を−１５ｄＢｍとする。

要するに、低雑音増幅器１２の入力信号範囲は、ＰＩＮダイオードの保護電力レベルより電力の小さい範囲において、この増幅器が飽和する特性を示す飽和入力電力範囲と、更にこれより電力が小さい正常入力電力範囲がある。飽和入力電力範囲とは低雑音増幅器１２の出力が飽和特性を示す入力信号の範囲であり、正常入力電力範囲とは低雑音増幅器１２の出力が正常な特性を示す入力信号の範囲である。

切替制御部１７は、例えば図２に示すように検波ダイオードにより構成される。低雑音増幅器１２の入力端子に検波ダイオード２２のアノードが接続され、そのカソードは接地される。検波ダイオード２２のアノードは切替スイッチ１６の制御入力端子に接続されている。検波ダイオード２２により入力される電力が検知される。

切替制御部１７による、切替スイッチ１６の出力端子の選択の電力設定レベルは、例えば−５ｄＢｍ、＋１０ｄＢｍに予め設定される。この設定値は変更可能に設計できる。切替制御部１７、即ち低雑音増幅器１２に−５ｄＢｍより小さい電力が入力するときには、切替スイッチ１６の入力端子は出力端子１６ｂに接続されているが、−５ｄＢｍ以上の電力が入るときには、切替スイッチ１６の入力端子は切り替えられて出力端子１６ａに接続される。また、低雑音増幅器１２に＋１０ｄＢｍより大きい電力が入力するときにも、切替スイッチ１６の入力端子は出力端子１６ｂに接続される。

なお、高周波短絡用キャパシタ１５は、切替スイッチ１６の入力端子が出力端子１６ｂに接続されているときに、伝送線路の一端を高周波的に確実に接地させるためにある。

切替スイッチ１６の入力端子が出力端子１６ｂに接続されているときには、所定高周波のλ／４波長の伝送線路１４は接地されることになり、図３に示した従来のリミッター回路と同様になる。

次にこの実施形態の動作を、高周波入力信号が−５ｄＢｍより小さい場合と、−５Ｂｍから＋１０ｄＢｍの場合と、＋１０ｄＢｍを越える場合に分けて説明する。

＜（１）高周波入力信号が−５ｄＢｍより小さいとき＞
この場合に高周波入力端子１１ａ入ってくる最も大きい電力は−５ｄＢｍより小さい値となる。低雑音増幅器の入力電力は同じ−５ｄＢｍより小さくなって、飽和することはなく、正常動作できる。
＜（２）高周波入力信号が−５ｄＢｍから＋１０ｄＢｍのとき＞
この場合には、切替制御部１７の入力が−５ｄＢｍであるので、切替スイッチ１６の入力端子は出力端子１６ａに切り替わり、伝送線路１４は電力設定用抵抗器１８と定電圧電源１９を介して接地される形となる。
ＰＩＮダイオード１２の挿入損失は−１５ｄＢｍであるので、この場合には、低雑音増幅器１２への入力電力は、−２０ｄＢｍから−５ｄＢｍの範囲内になる。低雑音増幅器１２は−５ｄＢｍを越えると飽和するが、この場合には、この値を越えていないので、低雑音増幅器１２は飽和しないで正常動作させることができる。
＜（３）高周波入力信号が＋１０ｄＢｍを越えるとき＞
この場合、切替制御部１７の入力端子には、＋１０ｄＢｍを越える電力が入るから、切替制御部１７は切替スイッチ１６の入力端子を出力端子１６ｂに接続するように制御する。
伝送線路１４の一端と低雑音増幅器１２の入力端子の接続点から伝送線路１４を見るとオープンとなる。したがって、この場合には、ＰＩＮダイオード１３の高周波インピーダンスはほぼゼロとなって、高周波入力端子１１ａから入力された高周波信号は入力端子側に反射され、低雑音増幅器１２への入力は小さくなって、この増幅器１２を保護することができる。この場合には、低雑音増幅器１２の特性は飽和するが、大電力の入力に対してこの増幅器を破壊から保護することができる。
このように、高周波入力信号が＋１０ｄＢｍを越えるときに、切替スイッチ１６の入力端子の接続を出力端子１６ｂに戻すのは、入力端子が出力端子１６ａに接続されているときよりも、この方が破壊に対する耐性が強いからである。

この実施形態によれば、低雑音増幅器１２の飽和電力−５ｄＢｍを越える電力が高周波入力端子１１ａに入力された場合にも、低雑音増幅器１２を飽和させることなく正常動作させることができる。このようにして、飽和しない範囲を広げることによりリミッター回路を含む低雑音増幅装置としての入力信号のダイナミックレンジを広げることが可能となる。

実施形態によれば、ＰＩＮダイオードの保護電力レベルより低い電力レベルにおいて後に接続される低雑音増幅器の飽和特性を有する飽和入力電力範囲の入力信号に対して電力を下げて、正常入力電力範囲の信号とし、この低雑音増幅器に正常動作させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０・・・・リミッター回路、
１１ａ・・・・高周波入力端子、
１１ｂ・・・・高周波出力端子、
１２・・・・低雑音増幅器、
１３・・・・ＰＩＮダイオード、
１４・・・・伝送線路、
１５・・・・高周波短絡用キャパシタ、
１６・・・・切替スイッチ、
１７・・・・切替制御部、
１８・・・・電流設定用抵抗器、
１９・・・・定電圧電源。

Claims

高周波入力端子に接続された低雑音増幅器の入力端子と接地との間に接続されたＰＩＮダイオードと、
前記低雑音増幅器の入力端子に一端を接続され他端は接地される、所定周波数の１／４波長の長さの伝送線路と、
この伝送線路の他端と接地との間に接続された高周波短絡用キャパシタと、
前記伝送線路の他端に入力端子を接続され、第１の出力端子及び接地された第２の出力端子を有する切替スイッチと、
前記第１の出力端子に一端を接続され、接地との間に直列に接続された電力設定用抵抗器及び定電圧電源と、
前記低雑音増幅器の入力端子にこの入力端子を接続され、入力される電力により前記切替スイッチの入力端子を前記第１の出力端子又は前記第２の入力端子に接続するように制御する切替制御部と、を備え、
前記低雑音増幅器の入力端子に、前記ＰＩＮダイオードの保護電力レベルを超える信号が入力されたとき、前記切替制御部は、前記切替スイッチの入力端子を前記第２の出力端子に接続するように制御することを特徴とするリミッター回路。
前記低雑音増幅器の入力端子にこの低雑音増幅器が飽和特性を示す入力範囲である飽和入力電力範囲に入る信号が入力されたとき、前記切替制御部は、前記切替スイッチの入力端子を前記第１の出力端子に接続するように制御することを特徴とする請求項１記載のリミッター回路。