JPH11330991A - 出力整合切換増幅回路およびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の周波数に切り換えて整合し、不要信号
を低減することのできる出力整合切換増幅回路およびそ
れを用いた電子装置を提供する。 【解決手段】 トランジスタＱ１と電源との間に接続さ
れたチョーク回路１２を構成するインダクタＬ１にイン
ダクタンス切換回路１３を設け、トランジスタＱ１の出
力に接続された出力整合回路１４に整合切換回路１５と
周波数可変帯域除去回路１６を設けて出力整合切換増幅
回路１１とする。 【効果】 複数の周波数の信号を切り換えて扱う際に、
各周波数において最適な整合回路を実現し、不要な信号
の低減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は出力整合切換増幅回
路およびそれを用いた電子装置、特に移動体通信機器の
ＲＦ段などの高周波帯で用いられる出力整合切換増幅回
路およびそれを用いた電子装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の移動体通信システムの発展にとも
なって、１つのエリアにおいて使用周波数帯域の異なる
複数の移動体通信システムが共存するという状況が生じ
てきている。そのため、１つの通信機で複数の移動体通
信システムに対応する必要が生じ、通信機内に複数の周
波数の局部発振信号源が必要になってきている。

【０００３】このような要求に対して、各移動体通信シ
ステムに対応した複数の局部発振器を使ったり、１つの
局部発振器から複数の周波数の信号をスイッチで切り換
えて出力するようにして対応している。

【０００４】図７に、従来の電子装置として、発振周波
数の異なる２つの局部発振器から１つの周波数の信号を
スイッチで切り換えて出力する発振器を示す。なお、こ
こでは直流バイアス回路の一部を省略し、主として交流
信号に関する素子のみを示している。

【０００５】図７において、発振器１は発振周波数の異
なる２つの局部発振器ＯＳＣ１およびＯＳＣ２と、２つ
の入力端子が局部発振器ＯＳＣ１およびＯＳＣ２に接続
されたスイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ１の出力端子に
接続された増幅回路２とで構成されている。また、増幅
回路２は、能動素子であるトランジスタＱ１と、トラン
ジスタＱ１のベースとスイッチＳＷ１との間に直列に接
続されたコンデンサＣ１と、トランジスタＱ１のエミッ
タとグランドとの間に接続されてエミッタを高周波的に
接地するためのコンデンサＣ２と、トランジスタＱ１の
コレクタと電源端子５との間に接続されたチョーク回路
３と、電源端子５とグランドとの間に接続されたコンデ
ンサＣ３と、トランジスタＱ１の出力端を兼ねるコレク
タに接続された出力整合回路４と、出力整合回路４と出
力端子６との間に接続されたコンデンサＣ５とで構成さ
れている。ここで、チョーク回路３は、たとえばプリン
ト基板上に形成された幅の狭い一定長さの電極からな
り、高周波においてインダクタＬ１として機能する。ま
た、出力整合回路４はトランジスタＱ１のコレクタとグ
ランドとの間に接続されたコンデンサＣ４からなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】２つの局部発振器ＯＳ
Ｃ１とＯＳＣ２の発振周波数が比較的接近している場合
には、図７に示す発振器１の構成でも特に問題はない。
しかしながら、２つの局部発振器ＯＳＣ１とＯＳＣ２の
発振周波数が大きく離れている場合、たとえば２倍の差
がある場合には、増幅回路４に広帯域の整合回路を必要
とするが、一般に広帯域になるほど整合回路を構成する
のが難しいという問題がある。しかも、低い周波数の信
号を出力したいときに、不要信号、具体的には高調波の
うちの特に２次高調波を同時に出力してしまうなどの不
都合が生じる。

【０００７】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とするもので、複数の周波数に切り換えて整合し、不
要信号を低減することのできる出力整合切換増幅回路お
よびそれを用いた電子装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の出力整合切換増幅回路は、能動素子と、該
能動素子と電源との間に接続されたチョーク回路と、前
記能動素子の出力に接続された出力整合回路を有し、前
記チョーク回路はインダクタンス素子とインダクタンス
切換回路とを有し、前記出力整合回路は整合切換回路と
周波数切換帯域除去回路とを有することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の出力整合切換増幅回路は、
前記インダクタンス切換回路が、容量素子とダイオード
を直列に接続してなり、その一端を前記インダクタンス
素子の中間に接続し、他端をグランドに接続するととも
に、前記容量素子と前記ダイオードとの接続部を第１の
切換端子に接続したことを特徴とする。

【００１０】また、本発明の出力整合切換増幅回路は、
前記整合切換回路をダイオードで構成し、該ダイオード
を前記出力整合回路に直列に接続するとともに、前記ダ
イオードのいずれかの端子を第２の切換端子に接続した
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の出力整合切換増幅回路は、
前記周波数切換帯域除去回路が、インダクタンス素子と
容量素子とダイオードを直列に接続してなり、その一端
を前記出力整合回路に接続し、他端をグランドに接続す
るとともに、前記容量素子と前記ダイオードの接続部を
前記第１の切換端子に接続したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の電子装置は、上記の出力整
合切換増幅回路を用いたことを特徴とする。

【００１３】このように構成することにより、本発明の
出力整合切換増幅回路においては、複数の周波数の信号
を切り換えて出力するときに、不要信号を低減すること
ができる。

【００１４】また、本発明の電子装置においては、外部
回路を簡略化し、電子装置を用いたシステム全体として
コストダウンを図ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の出力整合切換増
幅回路を有する電子装置である発振器の一実施例を示
す。図１で、図７と同一もしくは同等の部分には同じ記
号を付す。

【００１６】図１において、発振器１０は発振周波数の
異なる２つの局部発振器ＯＳＣ１およびＯＳＣ２と、２
つの入力端子が局部発振器ＯＳＣ１およびＯＳＣ２に接
続されたスイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ１の出力端子
に接続された出力整合切換増幅回路１１とで構成されて
いる。また、出力整合切換増幅回路１１は、能動素子で
あるトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１のベースと
スイッチＳＷ１との間に直列に接続されたコンデンサＣ
１と、トランジスタＱ１のエミッタとグランドとの間に
接続されてエミッタを高周波的に接地するためのコンデ
ンサＣ２と、トランジスタＱ１のコレクタと電源端子５
との間に接続されたチョーク回路１２と、電源端子５と
グランドとの間に接続されたコンデンサＣ３と、トラン
ジスタＱ１の出力端を兼ねるコレクタに接続された出力
整合回路１４と、出力整合回路１４と出力端子６との間
に接続されたコンデンサＣ５とで構成されている。

【００１７】ここで、チョーク回路１２は、たとえばプ
リント基板上に形成された幅の狭い一定長さの電極から
なるインダクタＬ１と、インダクタＬ１の中間とグラン
ドとの間に接続されたインダクタンス切換回路１３を有
する。また、出力整合回路１４は、トランジスタＱ１の
コレクタとグランドとの間に接続されたコンデンサＣ４
と、トランジスタＱ１のコレクタとコンデンサＣ５との
間に直列に接続された整合切換回路１５とコンデンサＣ
６とを有し、さらに、コンデンサＣ６とコンデンサＣ５
との接続部とグランドとの間に接続された周波数切換帯
域除去回路１６を有している。そして、インダクタンス
切換回路１３、出力整合回路１４、周波数切換帯域除去
回路１６は、それぞれ内蔵する２つのインピーダンス素
子ａとｂ、ｃとｄ、ｅとｆを切り換えることができる。

【００１８】さらにここでは、局部発振器ＯＳＣ１は周
波数ｆ１で発振し、局部発振器ＯＳＣ２は周波数ｆ２で
発振し、周波数ｆ２は周波数ｆ１の２倍に設定されてい
ると仮定する。

【００１９】このように構成された発振器１０におい
て、スイッチＳＷ１によって２つの局部発振器ＯＳＣ
１、ＯＳＣ２のいずれかを選択すると同時に、出力整合
切換増幅回路１１を構成するインダクタンス切換回路１
３、整合切換回路１５、周波数切換帯域除去回路１６に
おいてもそれぞれ２つのインピーダンス素子のいずれか
を選択する。その結果、インダクタンス切換回路１３は
チョーク回路１２のインダクタンス値を変更する。整合
切換回路１５はトランジスタＱ１のコレクタと出力端子
６との間のインピーダンスを変更する。そして、周波数
切換帯域除去回路１６は不要な周波数の信号に対するト
ラップ（帯域除去フィルタ）として機能する。これによ
って、周波数ｆ１および周波数ｆ２のそれぞれに応じて
最適な整合回路を実現し、不要な信号の低減を図ること
ができる。

【００２０】図２に、インダクタンス切換回路１３と、
整合切換回路１５と、周波数切換帯域除去回路１６を具
体的な回路で構成した場合の発振器１０を示す。

【００２１】まず、チョーク回路１２において、インダ
クタンス切換回路１３はインダクタＬ１の中間とグラン
ドとの間に直列に接続された容量素子であるコンデンサ
Ｃ７とダイオードＤ１、および、コンデンサＣ７とダイ
オードＤ１との接続部と第１の切換端子１７との間に接
続された抵抗Ｒ１で構成されている。ここで、コンデン
サＣ７は局部発振器ＯＳＣ２の発振周波数である周波数
ｆ２において十分低いインピーダンスになるような値に
設定されている。

【００２２】また、整合切換回路１５は、トランジスタ
Ｑ１のコレクタとコンデンサＣ６の間に接続されたダイ
オードＤ２と、ダイオードＤ２のアノードと第２の切換
端子１８の間に接続された抵抗Ｒ２で構成されている。

【００２３】そして、周波数切換帯域除去回路１６は、
コンデンサＣ６とＣ５の接続部とグランドとの間に直列
に接続されたインダクタンス素子であるインダクタＬ２
と、容量素子であるコンデンサＣ８と、ダイオードＤ３
と、コンデンサＣ８とダイオードＤ３の接続部と第１の
切換端子１７との間に接続された抵抗Ｒ３とで構成され
ている。ここで、コンデンサＣ８は局部発振器ＯＳＣ１
の発振周波数である周波数ｆ１において十分低いインピ
ーダンスになるような値に設定されている。

【００２４】このように構成された発振回路１０におい
て、局部発振器ＯＳＣ１から低い周波数ｆ１を出力する
ようにスイッチＳＷ１を切り換えた場合を考える。この
時、第１の切換端子１７には電圧を加えず、第２の切換
端子１８には電圧を加える。

【００２５】インダクタンス切換回路１３においては、
ダイオードＤ１に順方向の電圧が加わらないため、ダイ
オードＤ１は非導通状態となり、微少な内部容量を有す
るコンデンサとして働く。コンデンサＣ７とダイオード
Ｄ１は直列接続されているため、インダクタンス切換回
路１３全体が微少な容量のコンデンサ、すなわち高いイ
ンピーダンスの負荷となり、インダクタＬ１はインダク
タンス切換回路１３が接続されていない状態とほぼ等し
くなる。つまり、チョーク回路１２はインダクタＬ１の
みから構成されているのと同じ状態となる。

【００２６】一方、整合切換回路１５においてはダイオ
ードＤ２に順方向の電圧が加わり導通状態となるため、
整合切換回路１５のインピーダンスはほとんど０にな
る。

【００２７】そして、周波数切換帯域除去回路１６にお
いては、ダイオードＤ３に順方向の電圧が加わらないた
め、ダイオードＤ３は非導通状態となり、微少な内部容
量を有するコンデンサとして働く。その結果、周波数切
換帯域除去回路１６は、インダクタＬ２と、コンデンサ
Ｃ８とダイオードＤ３の直列接続による微少な容量との
直列共振回路となり、共振周波数は高くなる。この周波
数切換帯域除去回路１６の共振周波数を周波数ｆ１の２
倍の周波数（周波数ｆ２）に設定しておく。

【００２８】この結果、出力整合切換増幅回路１１は低
い周波数ｆ１における整合回路として機能する。そして
その２次高調波の信号は周波数切換帯域除去回路１６で
低減され出力端子６にはほとんど出力されない。

【００２９】逆に、局部発振器ＯＳＣ２から高い発振周
波数ｆ２を出力するようにスイッチＳＷ１を切り換えた
場合を考える。この場合は、第１の切換端子１７には電
圧を加え、第２の切換端子１８には電圧を加えない。

【００３０】インダクタンス切換回路１３においては、
ダイオードＤ１に順方向の電圧が加わるため、ダイオー
ドＤ１は導通状態となり、インダクタンス切換回路１３
全体がコンデンサＣ７と等価になる。コンデンサＣ７は
周波数ｆ２で十分に低いインピーダンスになるような値
に設定されているため、インダクタンス切換回路１３が
全体として非常に低いインピーダンスで接地された状態
となる。その結果、チョーク回路１２においては、イン
ダクタＬ１がインダクタンス切換回路１３の接続された
位置で接地された状態、すなわちインダクタンス値が小
さくなった状態とほぼ等しくなる。

【００３１】一方、整合切換回路１５において、ダイオ
ードＤ２には順方向の電圧が加わらないため非導通状態
となり、ダイオードＤ２は微少な内部容量を有するコン
デンサとして働く。

【００３２】そして、周波数切換帯域除去回路１６にお
いて、ダイオードＤ３には順方向の電圧が加わるため、
ダイオードＤ３は導通状態となる。その結果、周波数切
換帯域除去回路１６はインダクタＬ２とコンデンサＣ８
との直列共振回路となり、共振周波数は低くなる。この
周波数切換帯域除去回路１６の共振周波数を周波数ｆ２
の半分の周波数（周波数ｆ１）に設定しておく。

【００３３】この結果、出力整合切換増幅回路１１は高
い周波数である周波数ｆ２における整合回路として機能
する。

【００３４】なお、周波数ｆ１と周波数ｆ２をスイッチ
によって切り換える場合で、周波数ｆ２を出力する場合
は、周波数切換帯域除去回路１６はなんの働きもしない
が、たとえば１つの局部発振器で基本波である周波数ｆ
１と２次高調波である周波数ｆ２を同時に出力するよう
な回路の場合には、周波数ｆ２を出力するときに不要な
周波数ｆ１を周波数切換帯域除去回路１６で低減するこ
とができ、不要な周波数ｆ１は出力端子６にはほとんど
出力されない。

【００３５】なお、インダクタンス切換回路１３、整合
切換回路１５、周波数切換帯域除去回路１６を構成する
各ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３の非導通状態における内
部容量が小さすぎて上記の作用効果を得にくい場合に
は、各ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３に並列に適当な容量
のコンデンサを設けても構わないものである。

【００３６】図３に、図２の発振器１０の出力整合切換
増幅回路１１を周波数ｆ１に合わせた時の挿入損失を示
す。図３において、Ａはインダクタンス切換回路１３と
整合切換回路１５のみを有する場合の挿入損失を、Ｂは
周波数切換帯域除去回路１６のみを有する場合の挿入損
失を、Ｃはインダクタンス切換回路１３と整合切換回路
１５と周波数切換帯域除去回路１６の全てを有する場合
の挿入損失を示す。挿入損失Ａに示すように、出力整合
切換増幅回路１１の挿入損失が周波数ｆ１でもっとも小
さくなるようにインダクタンス切換回路１３と整合切換
回路１５が設定されている。また、挿入損失Ｂに示すよ
うに、出力整合切換増幅回路１１の挿入損失が周波数ｆ
２でもっとも大きくなるように周波数切換帯域除去回路
１６が設定されている。そのため、その全てを有する場
合は挿入損失Ｃに示すように、出力整合切換増幅回路１
１の挿入損失が周波数ｆ１で小さく、周波数ｆ２で大き
くなって、必要な信号を通し、不要な信号を低減するよ
うになっている。

【００３７】また、図４に、同じく図２の発振器１０の
出力整合切換増幅回路１１を周波数ｆ２に合わせた時の
挿入損失を示す。図４において、Ｄはインダクタンス切
換回路１３と整合切換回路１５のみを有する場合の挿入
損失を、Ｅは周波数切換帯域除去回路１６のみを有する
場合の挿入損失を、Ｆはインダクタンス切換回路１３と
整合切換回路１５と周波数切換帯域除去回路１６の全て
を有する場合の挿入損失を示す。挿入損失Ｄに示すよう
に、出力整合切換増幅回路１１の挿入損失が周波数ｆ２
でもっとも小さくなるようにインダクタンス切換回路１
３と整合切換回路１５が設定されている。また、挿入損
失Ｅに示すように、出力整合切換増幅回路１１の挿入損
失が周波数ｆ１でもっとも大きくなるように周波数切換
帯域除去回路１６が設定されている。そのため、その全
てを有する場合は挿入損失Ｆに示すように、出力整合切
換増幅回路１１の挿入損失が周波数ｆ１で大きく、周波
数ｆ２で小さくなって、必要な信号を通し、不要な信号
を低減するようになっている。

【００３８】なお、図３および図４に示した挿入損失を
測定した回路は、特に図示していないが、出力整合切換
増幅回路１１以外の要素を一部含んでいるため、インダ
クタンス切換回路１３と整合切換回路１５のみを有する
場合の挿入損失と、周波数切換帯域除去回路１６のみを
有する場合の挿入損失を合成しても、インダクタンス切
換回路１３と整合切換回路１５と周波数切換帯域除去回
路１６の全てを有する場合の挿入損失とは必ずしも完全
には一致しない。

【００３９】図５および図６に、発振器１０の信号源と
して、２つの局部発振器ＯＳＣ１、ＯＳＣ２をスイッチ
ＳＷ１によって切り換える回路を、１つの局部発振器で
基本波として周波数ｆ１を、２次高調波として周波数ｆ
２を同時に出力する回路に交換した場合の、出力信号の
スペクトルを示す。図５は周波数ｆ１を、図６は周波数
ｆ２をそれぞれ出力するように出力整合切換増幅回路１
１を制御した場合のスペクトルである。図５において
は、２次高調波である周波数ｆ２が大きく低減されて基
本波である周波数ｆ１が主となり、図６においては、基
本波である周波数ｆ１が大きく低減されて２次高調波で
ある周波数ｆ２が主となっている。これより、出力整合
切換増幅回路１１が有効に機能していることが分かる。

【００４０】以上のように、本発明の出力整合切換増幅
回路においては、複数の周波数の信号を切り換えて扱う
際に、各周波数において最適な整合回路を実現し、不要
な信号の低減を図ることができる。

【００４１】また、本発明の電子装置においては、上記
の出力整合切換増幅回路を用いることによって不要な信
号が出力しないため、外部にフィルタが不要になるなど
外部回路を簡略化することができ、電子装置を用いたシ
ステム全体としてコストダウンを図ることができる。

【００４２】なお、上記の実施例においては、能動素子
としてトランジスタを用いたが、ＦＥＴや真空管などの
他の能動素子を用いても構わないものである。また、チ
ョーク回路１２を構成するインダクタＬ１を、たとえば
プリント基板上に形成された幅の狭い一定長さの電極に
より構成したが、インダクタの構成はこれに限るもので
はなく、中間タップを有するコイルや、２つ以上のチッ
プインダクタを直列に接続して、その接続部に端子を設
けたものなど、インダクタンス素子として機能するもの
であればどのようなものでも構わないものである。

【００４３】なお、上記の実施例においては、２つの周
波数を切り換える場合について説明したが、切り換える
周波数の数は２つに限るものではなく、３つ以上の周波
数を切り換える場合でも、インダクタンス切換回路や整
合切換回路や周波数切換帯域除去回路を複数設ける等し
て対応することができる。

【００４４】また、上記の実施例においては電子装置と
して発振器を示したが、これは単なる発振器に限るもの
ではなく、電圧制御発振器でも構わない。さらには、発
振器以外のものでも、２つ以上の異なる周波数、あるい
は異なる周波数帯域の信号を切り換えて扱うものであれ
ば、どのような電子装置にも応用可能である。

【００４５】

【発明の効果】本発明の出力整合切換増幅回路によれ
ば、能動素子と電源との間のチョーク回路にインダクタ
ンス切換回路を設け、能動素子の出力に接続した出力整
合回路に整合切換回路と周波数切換帯域除去回路を設け
ることによって、複数の周波数の信号を切り換えて扱う
際に、各周波数において最適な整合回路を実現し、不要
な信号の低減を図ることができる。

【００４６】また、本発明の電子装置によれば、本発明
の出力整合切換増幅回路を用いることによって、外部回
路を簡略化することができ、電子装置を用いたシステム
全体としてコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の出力整合切換増幅回路を用いた電子装
置の一実施例を示す回路図である。

【図２】図１の出力整合切換増幅回路の具体的な構成を
示す回路図である。

【図３】図１の電子装置の出力整合切換増幅回路を周波
数ｆ１に合わせた場合の挿入損失を示すグラフである。

【図４】図１の電子装置の出力整合切換増幅回路を周波
数ｆ２に合わせた場合の挿入損失を示すグラフである。

【図５】図１の電子装置で基本波の周波数を出力する場
合のスペクトルを示すグラフである。

【図６】図１の電子装置で２次高調波の周波数を出力す
る場合のスペクトルを示すグラフである。

【図７】従来の電子装置を示す回路図である。

【符号の説明】

５…電源端子 ６…出力端子 １０…発振器 １１…出力整合切換増幅回路 １２…チョーク回路 １３…インダクタンス切換回路 １４…出力整合回路 １５…整合切換回路 １６…周波数切換帯域除去回路 １７…第１の切換端子 １８…第２の切換端子 ＯＳＣ１、ＯＳＣ２…局部発振器 ＳＷ１…スイッチ Ｑ１…トランジスタ Ｌ１、Ｌ２…インダクタ Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８…コ
ンデンサ Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３…抵抗 Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…ダイオード ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ…インピーダンス素子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 能動素子と、該能動素子と電源との間に
   接続されたチョーク回路と、前記能動素子の出力に接続
   された出力整合回路を有し、前記チョーク回路はインダ
   クタンス素子とインダクタンス切換回路とを有し、前記
   出力整合回路は整合切換回路と周波数切換帯域除去回路
   とを有することを特徴とする出力整合切換増幅回路。
2. 【請求項２】 前記インダクタンス切換回路は、容量素
   子とダイオードを直列に接続してなり、その一端を前記
   インダクタンス素子の中間に接続し、他端をグランドに
   接続するとともに、前記容量素子と前記ダイオードとの
   接続部を第１の切換端子に接続したことを特徴とする、
   請求項１に記載の出力整合切換増幅回路。
3. 【請求項３】 前記整合切換回路をダイオードで構成
   し、該ダイオードを前記出力整合回路に直列に接続する
   とともに、前記ダイオードのいずれかの端子を第２の切
   換端子に接続したことを特徴とする、請求項１または２
   に記載の出力整合切換増幅回路。
4. 【請求項４】 前記周波数切換帯域除去回路は、インダ
   クタンス素子と容量素子とダイオードを直列に接続して
   なり、その一端を前記出力整合回路に接続し、他端をグ
   ランドに接続するとともに、前記容量素子と前記ダイオ
   ードの接続部を前記第１の切換端子に接続したことを特
   徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の出力整
   合切換増幅回路。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の出
   力整合切換増幅回路を用いたことを特徴とする電子装
   置。