JP6649217B2 - Received signal amplifier and transceiver - Google Patents

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  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)

Description

本発明の実施形態は、受信信号増幅器及び送受信装置に関する。   Embodiments of the present invention relate to a reception signal amplifier and a transmission / reception device.

送受信モジュールの受信系の機能を有したまま雑音指数を向上し、加えて回路自体を小型化することを目的とした送受信モジュールが提案されている(例えば、特許文献1)。   There has been proposed a transmission / reception module aiming at improving the noise figure while having the function of the transmission / reception module of the transmission / reception module and further downsizing the circuit itself (for example, Patent Document 1).

特開2007−074420号公報JP 2007-074420 A

図3は、パッシブレーダ用の受信モジュールに使用されるマイクロ波低雑音増幅器の回路構成を示す図である。同図において、アンテナ11の出力を第1のRFスイッチ12に入力する。第1のRFスイッチ12は、SPDT(Single Pole,DUal Throw)構造を有する高周波スイッチであり、2出力を選択的に切換える。   FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of a microwave low-noise amplifier used for a passive radar receiving module. In the figure, the output of an antenna 11 is input to a first RF switch 12. The first RF switch 12 is a high-frequency switch having an SPDT (Single Pole, Dual Throw) structure, and selectively switches between two outputs.

第1のRFスイッチ12の第1の出力は、低雑音増幅器13とリミッタダイオード14のアノードに与えられる。同リミッタダイオード14のカソードは接地される。第1のRFスイッチ12の第2の出力は第2のRFスイッチ15に与えられる。   A first output of the first RF switch 12 is provided to the low noise amplifier 13 and the anode of the limiter diode 14. The cathode of the limiter diode 14 is grounded. The second output of the first RF switch 12 is provided to the second RF switch 15.

低雑音増幅器13は、ヒ化ガリウム(GaAs)を使用し、増幅した出力を上記第2のRFスイッチ15に与える。第2のRFスイッチ15は、SPDT(Single Pole,DUal Throw)構造を有する高周波スイッチであり、前記2入力を選択的に切換えて出力する。   The low noise amplifier 13 uses gallium arsenide (GaAs) and supplies an amplified output to the second RF switch 15. The second RF switch 15 is a high-frequency switch having an SPDT (Single Pole, Dual Throw) structure, and selectively switches the two inputs to output.

前述した回路構成にあって、アンテナ11がRF信号を受信すると、第1のRFスイッチ12を介して低雑音増幅器13に入力される電力は、図4(A)に示すように一定のレベルまで上昇するが、リミッタダイオード14のリミッティングレベル付近で前記第1のRFスイッチ12が拡張系に切り替わって、「0(ゼロ)」となる。   In the circuit configuration described above, when the antenna 11 receives an RF signal, the power input to the low-noise amplifier 13 via the first RF switch 12 reaches a certain level as shown in FIG. Although rising, the first RF switch 12 switches to the expansion system near the limiting level of the limiter diode 14, and becomes "0 (zero)".

一方で、第1のRFスイッチ12から第2のRFスイッチ15へ出力される拡張系のRF信号は、図4(B)に示すように前記リミッタダイオード14のリミッティングレベルで立ち上がって以降、飽和することなくアンテナ入力電力の上昇に比例して上昇する。   On the other hand, the extension-system RF signal output from the first RF switch 12 to the second RF switch 15 rises at the limiting level of the limiter diode 14 as shown in FIG. And rises in proportion to the rise in antenna input power.

このように図3に示した回路では、低雑音増幅器13による低雑音性能を確保すると共に、RF信号の上昇に伴う飽和を回避するような構成を採っている。   As described above, the circuit shown in FIG. 3 employs a configuration that ensures low-noise performance of the low-noise amplifier 13 and avoids saturation due to an increase in the RF signal.

しかしながら、前記図3の回路構成では、アンテナ11で受信したRF信号が拡張系に切り替わることで、低雑音増幅器13を迂回する経路を通ることとなる。そのため、回路全体でのアンテナ入力に対応したS/N比は、図4(C)に示すように前記リミッタダイオード14のリミッティングレベル以上で悪化するという不具合を生じる。   However, in the circuit configuration of FIG. 3, the RF signal received by the antenna 11 is switched to the extension system, so that the RF signal passes through a path bypassing the low noise amplifier 13. Therefore, the S / N ratio corresponding to the antenna input in the entire circuit deteriorates at a level higher than the limiting level of the limiter diode 14 as shown in FIG. 4C.

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、アンテナが受信するRF信号のレベルの高低に拘わらず、常に高いS/N比を維持することが可能な受信信号増幅器及び送受信装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to maintain a high S / N ratio regardless of the level of an RF signal received by an antenna. An object of the present invention is to provide a reception signal amplifier and a transmission / reception device.

実施形態の受信信号増幅器は、入力されるRF信号を増幅して出力する第1の低雑音増幅器と、前記第1の低雑音増幅器の入力端子にアノードが接続され、カソードが接地されたリミッタダイオードと、入力されるRF信号を増幅して出力する第2の低雑音増幅器と、アンテナで受信したRF信号を第1の端子に入力し、前記第1の低雑音増幅器の入力端子を第2の端子に接続し、前記第2の低雑音増幅器の入力端子を第3の端子に接続したサーキュレータと、前記第1の低雑音増幅器及び第2の低雑音増幅器の各出力を合成する合成器とを備える。   A reception signal amplifier according to an embodiment includes a first low noise amplifier that amplifies and outputs an input RF signal, a limiter diode having an anode connected to an input terminal of the first low noise amplifier, and a cathode grounded. And a second low-noise amplifier for amplifying and outputting an input RF signal, and an RF signal received by an antenna being input to a first terminal, and an input terminal of the first low-noise amplifier being connected to a second terminal. A circulator connected to an input terminal of the second low-noise amplifier and an input terminal of the second low-noise amplifier connected to a third terminal; and a combiner for combining outputs of the first low-noise amplifier and the second low-noise amplifier. Prepare.

一実施形態に係るパッシブレーダ用受信モジュールに使用されるマイクロ波低雑音増幅器に適用した場合の回路構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration when applied to a microwave low-noise amplifier used in a passive radar receiving module according to one embodiment. 同実施形態に係る図1の回路の各信号波形を示す図。FIG. 2 is a diagram showing signal waveforms of the circuit of FIG. 1 according to the first embodiment. パッシブレーダ用受信モジュールに使用されるマイクロ波低雑音増幅器の回路構成を示す図。The figure which shows the circuit structure of the microwave low noise amplifier used for the receiver module for passive radar. 図3の回路の各信号波形を示す図。FIG. 4 is a diagram illustrating signal waveforms of the circuit in FIG. 3.

以下、パッシブレーダ用の受信モジュールに使用されるマイクロ波低雑音増幅器に適用した場合の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment applied to a microwave low-noise amplifier used in a receiving module for a passive radar will be described in detail with reference to the drawings.

[構成]
図1は、マイクロ波低雑音増幅器の回路構成を示す図である。同図において、アンテナ21の出力をサーキュレータ22の第1の端子に入力する。同サーキュレータ22の第2の端子が、リミッタダイオード23のアノードと低雑音増幅器24の入力端に接続される。同リミッタダイオード23のカソードは接地される。
[Constitution]
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration of a microwave low noise amplifier. In the figure, an output of an antenna 21 is input to a first terminal of a circulator 22. A second terminal of the circulator 22 is connected to an anode of the limiter diode 23 and an input terminal of the low noise amplifier 24. The cathode of the limiter diode 23 is grounded.

低雑音増幅器24は、ヒ化ガリウム(GaAs)を使用し、入力されるRF信号を増幅して合成器26に出力する。   The low noise amplifier 24 uses gallium arsenide (GaAs) to amplify an input RF signal and output the amplified RF signal to the combiner 26.

前記サーキュレータ22の第3の端子が、低雑音増幅器25の入力単に接続される。この低雑音増幅器25は、窒化ガリウム(GaN)を使用し、前記低雑音増幅器24に比して耐電力特性が高く設定されるもので、入力されるRF信号を増幅して前記合成器26に出力する。   A third terminal of the circulator 22 is simply connected to the input of the low noise amplifier 25. The low-noise amplifier 25 uses gallium nitride (GaN) and has higher power handling characteristics than the low-noise amplifier 24. The low-noise amplifier 25 amplifies an input RF signal and sends the amplified RF signal to the combiner 26. Output.

合成器26は、低雑音増幅器24及び低雑音増幅器25の各出力を合成して、図示しない次段の受信回路系に出力する。   The combiner 26 combines the outputs of the low-noise amplifier 24 and the low-noise amplifier 25 and outputs the combined output to the next-stage receiving circuit system (not shown).

[動作]
前述した回路構成にあって、アンテナ21がマイクロ波のRF信号を受信すると、サーキュレータ22を介してリミッタダイオード23、低雑音増幅器24に与えられる入力電力V21は、図2(A)中に破線で示すように一定レベルまでは上昇するが、リミッタダイオード23のリミッティングレベルを超えると、リミッタダイオード23により一定に抑制される。
[motion]
In the circuit configuration described above, when the antenna 21 receives a microwave RF signal, the input power V21 given to the limiter diode 23 and the low-noise amplifier 24 via the circulator 22 is indicated by a broken line in FIG. As shown, the level rises to a certain level, but when the level exceeds the limiting level of the limiter diode 23, it is suppressed to a certain level by the limiter diode 23.

こうして入力電力V21がリミッタダイオード23のリミッティングレベルを超えた状態からさらに上昇する際、リミッタダイオード23のインピーダンスがRF信号に応じて短絡状態に変化するが、その過程でRF信号のアンテナ21方向への反射量が増大することになる。   When the input power V21 further rises from a state exceeding the limiting level of the limiter diode 23, the impedance of the limiter diode 23 changes to a short-circuit state in accordance with the RF signal. Is increased.

しかしながら、リミッタダイオード23とアンテナ21間に配置されたサーキュレータ22により、反射した信号成分は、アンテナ21ではなく低雑音増幅器25の入力端子側に出力されることとなり、低雑音増幅器25の入力電力V22がその分だけ増大することとなる。   However, the signal component reflected by the circulator 22 disposed between the limiter diode 23 and the antenna 21 is output not to the antenna 21 but to the input terminal side of the low noise amplifier 25, and the input power V22 of the low noise amplifier 25 is output. Will increase by that amount.

すなわち、リミッタダイオード23で反射し、サーキュレータ22を介して低雑音増幅器25側に印加される入力電力V22は、図2(A)に実線で示すように増加する。したがって、前記リミッタダイオード23のリミッティングレベルを超えた領域でも、前述した如く窒化ガリウム(GaN)を使用した耐電力特性の高い低雑音増幅器25により、図2(B)の実線部で示すように低雑音での増幅動作は継続して実施され、S/N比が低下するような事態は確実に回避できる。   That is, the input power V22 reflected by the limiter diode 23 and applied to the low-noise amplifier 25 via the circulator 22 increases as shown by the solid line in FIG. Therefore, even in a region exceeding the limiting level of the limiter diode 23, as described above, the low-noise amplifier 25 using gallium nitride (GaN) having high power handling characteristics as shown by a solid line in FIG. The amplification operation with low noise is continuously performed, and a situation in which the S / N ratio decreases can be reliably avoided.

なお同図2(B)中、波線部は、前記図4(C)でも示した、リミッタダイオード23のリミッティングレベルを超えた領域で低雑音増幅の処理を実行しない場合のS/N比を参考として示すものである。   In FIG. 2B, the wavy line indicates the S / N ratio when the low noise amplification process is not performed in the region exceeding the limiting level of the limiter diode 23, also shown in FIG. 4C. It is shown for reference.

[作用効果]
このように本実施形態に係る回路では、受信により得られるRF信号が、リミッタダイオード23のリミッティングレベルを超える領域でも、第1の低雑音増幅器24と併設する第2の低雑音増幅器25側で引き続いて低雑音での増幅動作を実行するため、RF信号のレベル全域に応じて高いS/N比を維持することが可能となる。
[Effects]
As described above, in the circuit according to the present embodiment, even in a region where the RF signal obtained by reception exceeds the limiting level of the limiter diode 23, the RF signal obtained on the side of the second low-noise amplifier 25 provided together with the first low-noise amplifier 24 is used. Subsequently, since the amplification operation with low noise is performed, it is possible to maintain a high S / N ratio according to the entire level of the RF signal.

加えて本実施形態では、リミッタダイオード23で生じた反射波がアンテナ21にではなく低雑音増幅器25に出力されることとなるので、アンテナ21でのVSWR(電圧定在波比)を良好なものとして、アンテナ21での入力電圧によってアンテナ21が劣化するのを防止できる。   In addition, in the present embodiment, the reflected wave generated by the limiter diode 23 is output not to the antenna 21 but to the low noise amplifier 25, so that the VSWR (voltage standing wave ratio) at the antenna 21 is improved. As a result, it is possible to prevent the antenna 21 from deteriorating due to the input voltage at the antenna 21.

なお、低雑音増幅器24に比して、より大きいレベルの電力が与えられる低雑音増幅器25を、前記低雑音増幅器24より耐電力特性の高い窒化ガリウム(GaN)を使用したもので構成することにより、回路全体での動作を安定化させることができる。   The low-noise amplifier 25 to which a higher level of power is provided as compared with the low-noise amplifier 24 is configured by using gallium nitride (GaN) having higher power resistance than the low-noise amplifier 24. The operation of the entire circuit can be stabilized.

また前記図1に示した回路を受信系回路の一部とし、前記アンテナ21を共用する送信系回路とを含めた送受信回路を構築する場合であっても、受信系の一部で発生する反射波がアンテナ21に至ることがなく、低雑音の受信信号として処理される。   In addition, even when the circuit shown in FIG. 1 is used as a part of a receiving circuit and a transmitting / receiving circuit including a transmitting circuit sharing the antenna 21 is constructed, the reflection generated in a part of the receiving system can be realized. The wave does not reach the antenna 21 and is processed as a low-noise reception signal.

このことにより、結果として前記受信系で発生した反射波がアンテナ21を経由して送信系の回路に伝播することもないため、アンテナ21の送受信動作相互でのVSWRを良好に保ち、アンテナ21を劣化することなく運用することが可能となる。   As a result, since the reflected wave generated in the receiving system does not propagate to the circuit of the transmitting system via the antenna 21 as a result, the VSWR between the transmitting and receiving operations of the antenna 21 is kept good, and the antenna 21 is It is possible to operate without deterioration.

なお前記実施形態では、パッシブレーダ用の受信モジュールに使用されるマイクロ波低雑音増幅器に適用した場合について説明したが、対象とするRF信号の周波数帯域や、低雑音増幅器24,25を構成する材料等を限定するものではない。   In the above embodiment, the case where the present invention is applied to the microwave low noise amplifier used for the passive radar receiving module has been described. However, the frequency band of the target RF signal and the material forming the low noise amplifiers 24 and 25 are described. It is not limited.

なお前記一実施形態を説明したが、前記実施形態は、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。   Although one embodiment has been described, the embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and their equivalents.

21…アンテナ、22…サーキュレータ、23…リミッタダイオード、24…(第1の)低雑音増幅器、25…(第2の)低雑音増幅器。 21: antenna, 22: circulator, 23: limiter diode, 24: (first) low-noise amplifier, 25 ... (second) low-noise amplifier.

Claims (3)

入力されるRF信号を増幅して出力する第1の低雑音増幅器と、
前記第1の低雑音増幅器の入力端子にアノードが接続され、カソードが接地されたリミッタダイオードと、
入力されるRF信号を増幅して出力する第2の低雑音増幅器と、
アンテナで受信したRF信号を第1の端子に入力し、前記第1の低雑音増幅器の入力端子を第2の端子に接続し、前記第2の低雑音増幅器の入力端子を第3の端子に接続したサーキュレータと、
前記第1の低雑音増幅器及び第2の低雑音増幅器の各出力を合成する合成器と
を備える受信信号増幅器。
A first low noise amplifier that amplifies and outputs an input RF signal;
A limiter diode having an anode connected to an input terminal of the first low noise amplifier and a cathode grounded;
A second low-noise amplifier that amplifies and outputs an input RF signal;
An RF signal received by an antenna is input to a first terminal, an input terminal of the first low-noise amplifier is connected to a second terminal, and an input terminal of the second low-noise amplifier is connected to a third terminal. Connected circulator,
A combiner that combines the outputs of the first low-noise amplifier and the second low-noise amplifier.
前記第2の低雑音増幅器は、前記第1の低雑音増幅器よりも耐電力特性の高い増幅器を用いる請求項1記載の受信信号増幅器。   2. The reception signal amplifier according to claim 1, wherein the second low noise amplifier uses an amplifier having higher power handling characteristics than the first low noise amplifier. 3. 前記請求項1記載の受信信号増幅器を受信系回路に備え、前記アンテナを共用する送信系回路をさらに備える送受信装置。   A transmission / reception device comprising the reception signal amplifier according to claim 1 in a reception system circuit, and further comprising a transmission system circuit sharing the antenna.
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