周波数可変回路及び周波数可変増幅器
【課題】信号の周波数特性を適宜切り替え可能であり、かつ簡易な構成で小型化を図ることができる周波数可変回路及びこれを用いた周波数可変増幅器を提供する。
【解決手段】入力端子１に一端が接続した第１の容量３と、入力端子１に一端が接続した第１のインダクタ４と、第１の容量３に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２のインダクタ６と、第１のインダクタ４に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２の容量５と、一端が接地された第３の容量７と、第３の容量７と一端が接続するとともに、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点に他端が接続した第３のインダクタ８とを備え、第１の容量３と第２のインダクタ６の接続点と、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点とを、第１のスイッチ１０で接続又は非接続を切り替えることにより、信号の周波数帯域の通過又は遮断を行う。
【解決手段】入力端子１に一端が接続した第１の容量３と、入力端子１に一端が接続した第１のインダクタ４と、第１の容量３に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２のインダクタ６と、第１のインダクタ４に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２の容量５と、一端が接地された第３の容量７と、第３の容量７と一端が接続するとともに、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点に他端が接続した第３のインダクタ８とを備え、第１の容量３と第２のインダクタ６の接続点と、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点とを、第１のスイッチ１０で接続又は非接続を切り替えることにより、信号の周波数帯域の通過又は遮断を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主にＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で用いられる周波数可変回路及びこれを用いた周波数可変増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１８は、非特許文献１に記載される従来の周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１８において、従来の周波数可変増幅器は、入力端子１００、半導体素子１０１、第１の伝送線路１０２、第２の伝送線路１０３、第１のスイッチ１０４、第２のスイッチ１０５、第１のオープンスタブ１０６及び第２のオープンスタブ１０７を備える。これらのうち増幅用の半導体素子１０１を除く要素から従来の周波数可変回路１０８が構成される。
【０００３】
第１の伝送線路１０２と第２の伝送線路１０３は、入力端子１００とＦＥＴ等の半導体素子１０１との間に直列に接続されている。第１のスイッチ１０４は、その一端が第１の伝送線路１０２と第２の伝送線路１０３の間に並列接続し、他端が第１のオープンスタブ１０６に直列接続している。この第１のスイッチ１０４によって、第１のオープンスタブ１０６と、第１の伝送線路１０２及び第２の伝送線路１０３の接続点との電気的な接続がオン、オフされる。
【０００４】
また、第２のスイッチ１０５は、その一端が入力端子１００と第２の伝送線路１０３の間に並列接続し、他端が第２のオープンスタブ１０７に直列接続している。この第２のスイッチ１０５によって、第２のオープンスタブ１０７と、入力端子１００及び第２の伝送線路１０３の接続点との電気的な接続がオン、オフされる。なお、図１８では、説明を簡単にするため、オープンスタブの本数が２本の場合について示している。
【０００５】
次に動作について説明する。
入力端子１００を介して入力された信号は、周波数可変回路１０８を通って半導体素子１０１に入力され増幅される。整合する周波数の切り替えは、第１のスイッチ１０４と第２のスイッチ１０５のオンとオフの切り替えにより行われる。
【０００６】
図１９は、図１８中の第１のスイッチをオフとし、第２のスイッチをオンにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。図１９において、周波数可変回路は、伝送線路１０２，１０３が直列接続した伝送線路１０９と１本の並列接続したオープンスタブ１０７とで構成される。
【０００７】
また、図２０は、図１８中の第１のスイッチをオンとし、第２のスイッチをオフにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。図２０における周波数可変回路も、直列接続した伝送線路１０２，１０３と、伝送線路１０２，１０３間に並列接続した第１のオープンスタブ１０６とで構成される。
【０００８】
図２１は、図１８中の半導体素子のある高域の周波数での入力インピーダンスと、ある低域の周波数での入力インピーダンスとを、入力端子のインピーダンスに変成する場合を示すスミスチャートの簡略図である。図２１に示すように、低域の周波数では、第２のスイッチ１０５をオン、第１のスイッチ１０４をオフにすることにより、入力端子１００のインピーダンスへの整合が実現される。また、高域の周波数では、第２のスイッチ１０５をオフ、第１のスイッチ１０４をオンにすることにより、入力端子１００のインピーダンスへの整合が実現され、周波数可変増幅器として動作する。
【０００９】
【非特許文献１】A. Fukuda, T. Furuta, H. Okazaki and S. Narahashi:“A 0.9−5−GHz Wide−Range 1W−Class Reconfigurable Power Amplifier Employing RF−MEMS Switches,”IEEE IMS2006, THPD−05, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来では、伝送線路１０２，１０３とオープンスタブ１０６，１０７を用いて、インピーダンス変成及び周波数切り替えの機能を兼ねた周波数可変回路１０８を構成し、スイッチ１０４，１０５のオン、オフで増幅すべき信号の周波数を切り替えている。このため、集中定数素子を用いた場合と比較して回路のサイズが大きくなるという課題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、信号の周波数特性を適宜切り替え可能であり、かつ簡易な構成で小型化を図ることができる周波数可変回路及びこれを用いた周波数可変増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る周波数可変回路は、入力端子に一端が接続した第１の容量と、前記入力端子に一端が接続した第１のインダクタと、前記第１の容量に一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２のインダクタと、前記第１のインダクタに一端が接続し、前記出力端子に他端が接続した第２の容量と、一端が接地された第３の容量と、前記第３の容量と一端が接続するとともに、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点に他端が接続した第３のインダクタと、前記第１の容量と前記第２のインダクタの接続点と、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点との接続又は非接続を切り替えるスイッチとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、入力端子に一端が接続した第１の容量と、入力端子に一端が接続した第１のインダクタと、第１の容量に一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２のインダクタと、第１のインダクタに一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２の容量と、一端が接地された第３の容量と、第３の容量と一端が接続するとともに、第１のインダクタと第２の容量の接続点に他端が接続した第３のインダクタとを備え、第１の容量と第２のインダクタの接続点と、第１のインダクタと第２の容量の接続点とを、スイッチにより接続又は非接続を切り替えることによって、信号の周波数帯域の通過又は遮断を行う。このように構成することで、信号の周波数特性を適宜切り替え可能であり、かつ簡易な構成で小型化を図れる周波数可変回路を実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による周波数可変回路の構成を示す図である。図１において、実施の形態１による周波数可変回路１１は、入力端子１と出力端子２の間に構成され、第１の容量３、第１のインダクタ４、第２の容量５、第２のインダクタ６、第３の容量７、第３のインダクタ８、第１のグランド９、及び第１のスイッチ１０を備える。
【００１５】
周波数可変回路１１において、第１の容量３と第２のインダクタ６が、接点１２を介して直列に接続しており、第１のインダクタ４と第２の容量５が、第１のスイッチ１０の接点１３を介して直列に接続している。また、第１の容量３と第２のインダクタ６の接点１２と、第１のインダクタ４と第２の容量５の接点１３との間に第１のスイッチ１０が接続されている。
【００１６】
第１の容量３の接点１２側でない一端と、第１のインダクタ４の接点１３側でない一端は、ともに入力端子１に接続している。また、第２の容量５の接点１３側でない一端と、第２のインダクタ６の接点１２側でない一端は、ともに出力端子２に接続している。
【００１７】
また、第３の容量７と第３のインダクタ８は直列に接続しており、第３のインダクタ８の第３の容量７側でない一端が接点１３に接続し、第３の容量７の第３のインダクタ８側でない一端が第１のグランド９に接続している。
【００１８】
次に動作について説明する。
入力端子１から入力された信号は、周波数可変回路１１を通過して出力端子２に出力される。このとき、第１のスイッチ１０がオン、すなわち接点１２と接点１３が接続される場合と、第１のスイッチ１０がオフ、すなわち接点１２と接点１３が接続されない場合とで、信号の通過特性が変わる。
【００１９】
（１）第１のスイッチ１０がオンの場合
第１のスイッチ１０がオンであると、周波数可変回路１１は、図２に示すような回路構成となる。ここで、周波数可変回路１１には、第１の容量３と第１のインダクタ４からなる第１の並列共振回路１４と、第２の容量５と第２のインダクタ６からなる第２の並列共振回路１５と、第３の容量７と第３のインダクタ８からなる直列共振回路１６が構成される。このような回路は、帯域遮断回路として知られており、各容量及びインダクタの回路パラメータで決定される周波数の信号の通過を遮断する。
【００２０】
図３は、図２中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。図３（ａ）は、図２中の周波数可変回路１１の具体的な態様を示しており、入力端子１と出力端子２のインピーダンス１ａ，２ａを、ともに同一の５０Ωとしている。また、第１の容量３と第２の容量５、第１のインダクタ４と第２のインダクタ６の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）をそれぞれ同一としている。
【００２１】
図３（ｂ）は、図３（ａ）中の回路における周波数特性を示すグラフである。図３（ｂ）において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図３（ｂ）に示すように、１２ＧＨｚを中心にして１０〜１５ＧＨｚ帯の信号が遮断されていることがわかる。
【００２２】
（２）第１のスイッチ１０がオフの場合
第１のスイッチ１０がオフであると、周波数可変回路１１は、図４に示すような回路構成となる。ここで、周波数可変回路１１には、第１の容量３と第２のインダクタ６からなる直列共振回路１７が構成され、各容量及びインダクタの回路パラメータによって決定される周波数の信号が通過する。
【００２３】
図５は、図４中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。図５（ａ）は、図４中の周波数可変回路１１の具体的な態様を示しており、入力端子１と出力端子２のインピーダンス１ａ，２ａを、ともに同一の５０Ωとしている。また、第１の容量３と第２の容量５、第１のインダクタ４と第２のインダクタ６の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）をそれぞれ図３と同一にしている。
【００２４】
図５（ｂ）は、図５（ａ）中の回路における周波数特性を示すグラフである。図５（ｂ）において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図５（ｂ）に示すように、１２ＧＨｚを中心にして１０〜１５ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、入力端子１に一端が接続した第１の容量３と、入力端子１に一端が接続した第１のインダクタ４と、第１の容量３に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２のインダクタ６と、第１のインダクタ４に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２の容量５と、一端が接地された第３の容量７と、第３の容量７と一端が接続するとともに、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点に他端が接続した第３のインダクタ８とを備え、第１の容量３と第２のインダクタ６の接続点と、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点とを、第１のスイッチ１０のオンオフで接続又は非接続を切り替えることにより、信号の周波数帯域の通過又は遮断を行う。
このように構成することで、入力信号から特定の周波数の信号成分を遮断したり通過させたりすることができ、かつ容量やインダクタ等の集中定数素子を用いた簡易な構成で小型化を図ることが可能である。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、入力端子１と出力端子２のインピーダンスを同一にした場合について示したが、異なるインピーダンスにしてインピーダンス変成機能を持たせてもよい。このように、異なるインピーダンス間に適用してそれぞれのインピーダンス間の変成を行うことにより、インピーダンス不整合による反射損を低減でき、通過損失の低減を図ることができる。
【００２７】
例えば、周波数可変回路１１を用いた増幅器を構成する場合、入力端子１と増幅用の半導体素子とのインピーダンスが異なり、また複数のデバイス等で構成されるモジュール内（５０Ωでない導波管／マイクロストリップ変換器と５０Ωで設計した増幅器の間）に、より効果的に適用することができる。
【００２８】
また、上記実施の形態１では、各容量及び各インダクタの回路パラメータを同一にした場合について示したが、同一でなくともよい。
【００２９】
さらに、上記実施の形態１では、第１のスイッチ１０をオフにしたときに、周波数可変回路１１が、容量とインダクタからなる並列共振回路が２個と、容量とインダクタからなる直列共振回路が１個とで構成されるＴ形の帯域遮断回路となる場合について示したが、並列共振回路１個と直列共振回路２個からなるパイ形の帯域遮断回路が形成されるように構成しても原理的に同様の効果が得られる。
【００３０】
周波数可変回路１１を構成する第１のスイッチ１０としては、ダイオードスイッチやＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）スイッチ等でよい。また、容量やインダクタは、ディスクリート部品でもＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC）であってもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による周波数可変回路の構成を示す図である。図６において、実施の形態２による周波数可変回路は、第１の周波数可変回路１１−１、第２の周波数可変回路１１−２、及び第３の周波数可変回路１１−３を直列に接続して構成される。
【００３２】
周波数可変回路１１−１〜１１−３において、第１の容量３−１〜３−３と第２のインダクタ６−１〜６−３がそれぞれ直列に接続しており、第１のインダクタ４−１〜４−３と第２の容量５−１〜５−３がそれぞれ直列に接続している。また、第１の容量３−１〜３−３と第２のインダクタ６−１〜６−３の接点と、第１のインダクタ４−１〜４−３と第２の容量５−１〜５−３の接点との間に、スイッチ１０−１〜１０−３がそれぞれ接続されている。
【００３３】
第１の周波数可変回路１１−１において、第１の容量３−１の上記接点側でない一端と、第１のインダクタ４−１の上記接点側でない一端は、ともに入力端子１に接続している。また、第２の容量５−１の上記接点側でない一端と、第２のインダクタ６−１の上記接点側でない一端は、ともに端子１８に接続している。
【００３４】
第２の周波数可変回路１１−２において、第１の容量３−２の上記接点側でない一端と、第１のインダクタ４−２の上記接点側でない一端は、ともに端子１８に接続している。また、第２の容量５−２の上記接点側でない一端と、第２のインダクタ６−２の上記接点側でない一端は、ともに端子１９に接続している。
【００３５】
第３の周波数可変回路１１−３において、第１の容量３−３の上記接点側でない一端と、第１のインダクタ４−３の上記接点側でない一端は、ともに端子１９に接続している。また、第２の容量５−３の上記接点側でない一端と、第２のインダクタ６−３の上記接点側でない一端は、ともに出力端子２に接続している。
【００３６】
また、第３の容量７−１〜７−３と第３のインダクタ８−１〜８−３は、それぞれ直列に接続しており、第３のインダクタ８−１〜８−３の第３の容量７−１〜７−３側でない一端が、スイッチ１０−１〜１０−３の各接点にそれぞれ接続し、第３の容量７−１〜７−３の第３のインダクタ８−１〜８−３側でない一端が、それぞれ第１のグランド９に接続している。
【００３７】
第１の周波数可変回路１１−１、第２の周波数可変回路１１−２及び第３の周波数可変回路１１−３は、それぞれ異なる周波数を通過させたり遮断したりする機能を持たせている。
【００３８】
次に動作について説明する。
（１）スイッチ１０−１がオフでスイッチ１０−２，１０−３がオンの場合
スイッチ１０−１がオフでスイッチ１０−２，１０−３がオンであると、実施の形態２による周波数可変回路は、図７に示す回路構成となる。図７において、入力端子１と出力端子２のインピーダンス１ａ，２ａはともに同一の５０Ωである。
【００３９】
また、周波数可変回路１１−１において、第１の容量３−１と第２の容量５−１、第１のインダクタ４−１と第２のインダクタ６−１の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ同一である。
【００４０】
周波数可変回路１１−２において、第１の容量３−２と第２の容量５−２、第１のインダクタ４−２と第２のインダクタ６−２の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ同一である。
【００４１】
周波数可変回路１１−３において、第１の容量３−３と第２の容量５−３、第１のインダクタ４−３と第２のインダクタ６−３の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ同一である。
【００４２】
一方、図７において、第１の容量３−１〜３−３、第１のインダクタ４−１〜４−３の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ異なる。これにより、第１の周波数可変回路１１−１、第２の周波数可変回路１１−２及び第３の周波数可変回路１１−３は、それぞれ異なる周波数を通過させたり遮断したりする。
【００４３】
図８は、図７中の回路における周波数特性を示すグラフである。図８において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図８に示すように、約８ＧＨｚを中心にして５〜１０ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００４４】
このように、第１の周波数可変回路１１−１のスイッチ１０−１をオフにし、第２及び第３の周波数可変回路１１−２，１１−３のスイッチ１０−２，１０−３をオンにした場合、第１の周波数可変回路１１−１で決定される周波数の信号のみが通過する。
【００４５】
（２）スイッチ１０−２がオフでスイッチ１０−１，１０−３がオンの場合
図９は、スイッチ１０−２がオフでスイッチ１０−１，１０−３がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。図９において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図９に示すように、約１２ＧＨｚを中心にして１０〜１５ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００４６】
このように、第２の周波数可変回路１１−２のスイッチ１０−２をオフにし、第１及び第３の周波数可変回路１１−１，１１−３のスイッチ１０−１，１０−３をオンにした場合、第２の周波数可変回路１１−２で決定される周波数の信号のみが通過する。
【００４７】
（３）スイッチ１０−３がオフでスイッチ１０−１，１０−２がオンの場合
図１０は、スイッチ１０−３がオフでスイッチ１０−１，１０−２がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。図１０において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図１０に示すように、約１７ＧＨｚを中心にして１５〜２０ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００４８】
このように、第３の周波数可変回路１１−３のスイッチ１０−３をオフにし、第１及び第２の周波数可変回路１１−１，１１−２のスイッチ１０−１，１０−２をオンにした場合、第３の周波数可変回路１１−３で決定される周波数の信号のみが通過する。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２によれば、周波数可変回路１１−１〜１１−３を直列接続して周波数可変回路を構成したので、各周波数可変回路のスイッチ１０−１〜１０−３のオンとオフの組み合わせにより、周波数可変回路１１−１〜１１−３による３つの周波数のうち、特定の周波数の信号を通過させることができる。また、オンとオフの組み合わせによって、帯域遮断回路として急峻な通過特性を得ることができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態２では、通過する低域、中心、高域の周波数に応じて、それぞれの周波数を決定する周波数可変回路１１−１〜１１−３順に接続した場合を示したが、周波数はどの回路で決定してもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態２では、周波数可変回路を３個接続する場合について示したが、２個以上の複数個であってもよい。
【００５２】
さらに、上記実施の形態２において、隣り合う周波数の信号を通過させる複数の周波数可変回路のスイッチをまとめてオフにしたり、まとめてオフとする回路数を減らすことで通過信号の帯域幅を変更するようにしてもよい。
【００５３】
図１１は、上記実施の形態２と同様に、複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図であり、スイッチのオン、オフの組み合わせで帯域幅を変化させた場合を示している。図１１に示すように、隣り合う周波数の信号を通過させる複数の周波数可変回路のスイッチをまとめてオフにすることで、帯域幅の広い信号を通過させることができる。
【００５４】
また、この状態から１つの周波数可変回路１１のスイッチをオンにすることで、帯域幅の狭い信号を通過させる場合に切り替えることができる。このように、スイッチのオンとオフの組み合わせで、通過させる信号の帯域幅を変えることができる。
【００５５】
一方、上記実施の形態２において、隣り合わない周波数の信号を通過させる複数の周波数可変回路のスイッチをまとめてオフにすることで、複数の周波数の信号を通過させてもよい。図１２は、上記実施の形態２と同様に、複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図であり、スイッチのオン、オフの組み合わせで複数の周波数の信号を通過させた場合を示している。
【００５６】
図１２に示す例では、隣り合わない周波数の信号を通過させる周波数可変回路のスイッチをオフすることで、２つの周波数の信号を通過させている。このように、上記実施の形態２では、隣り合わない複数の周波数の信号を通過させることができる。なお、図１２では、２つの周波数の信号を通過させる場合について示したが、隣り合わない２個以上の複数個の周波数の信号を通過させるように構成してもよい。
【００５７】
実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１３において、実施の形態３による周波数可変増幅器は、入力端子１と出力端子２１の間に設けられ、上記実施の形態１の図１に示す周波数可変回路１１及び増幅回路２０を備える。増幅回路２０は、入力が周波数可変回路１１の出力端子２に接続し、出力が出力端子２１に接続しており、周波数可変回路１１から入力した信号の電力を増幅する。
【００５８】
次に動作について説明する。
入力端子１から入力された信号は、周波数可変回路１１で選択された周波数の信号成分のみが通過して増幅回路２０に入力される。増幅回路２０では、周波数可変回路１１から入力した信号を増幅して出力端子２１から出力する。出力端子２１を介して出力される信号の周波数は、上記実施の形態で説明したように、周波数可変回路１１のスイッチのオンとオフの切り替えにより選択する。
【００５９】
以上のように、この実施の形態３によれば、周波数可変増幅器が、周波数可変回路１１と、入力が周波数可変回路１１の出力端子２に接続し、周波数可変回路１１からの信号を入力して増幅する増幅回路２０とを備えたので、周波数可変回路１１のスイッチ１０のオンとオフの切り替えで選択した周波数の信号を増幅したり遮断したりすることができる。
【００６０】
また、上記実施の形態３において、周波数可変回路１１の出力端子２のインピーダンスを増幅回路２０の入力端子２のインピーダンスと同一にすることで、設計の自由度が大きくなり、通過損失の小さい回路を形成することができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態３では、１個の周波数可変回路１１を増幅回路２０に接続して増幅器を構成する場合を示したが、周波数可変回路と増幅回路は複数個でもよく、それぞれで通過する信号の周波数は同一でなくてもよい。
【００６２】
実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１４において、上記実施の形態１の図１に示す周波数可変回路１１の出力端子２を低雑音用増幅回路２２の入力に接続することで、実施の形態４による周波数可変増幅器を低雑音増幅器２３として構成している。低雑音用増幅回路２２は、例えば微弱な信号を低雑音で増幅する半導体素子からなる増幅回路である。
【００６３】
このように、周波数可変回路１１を低雑音用増幅回路２２の入力側に配置することで、周波数可変回路１１で選択した周波数ごとに雑音整合を実現できる。また、低雑音用増幅器２２は不要な周波数の信号が入力すると、内部の半導体素子が飽和して特性が劣化することがある。そこで、図１５に示すように、増幅回路２２の入力側に配置した周波数可変回路１１で不要な周波数の信号を遮断することにより、特性劣化を低減できる。
【００６４】
実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１６において、高出力用増幅回路２５の出力端子２４を、上記実施の形態１の図１に示す周波数可変回路１１の入力に接続することで、実施の形態５による周波数可変増幅器を高出力増幅器２６として構成している。
【００６５】
このように、周波数可変回路１１を高出力用増幅回路２５の出力側に配置することで、周波数可変回路１１で選択した周波数ごとに出力整合を実現できる。また、高出力増幅器は、高出力用増幅回路から出力される２倍波や３倍波等の高調波の終端条件により、効率や歪みの特性が劣化することがある。そこで、図１７に示すように、増幅回路２５の入力側に配置した周波数可変回路１１で不要な２倍波や３倍波を遮断することにより、特性劣化を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の実施の形態１による周波数可変回路の構成を示す図である。
【図２】第１のスイッチがオンの場合における周波数可変回路の構成を示す図である。
【図３】図２中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。
【図４】第１のスイッチがオフの場合における周波数可変回路の構成を示す図である。
【図５】図４中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２による周波数可変回路の構成を示す図である。
【図７】第１のスイッチ１０−１がオフ、第１のスイッチ１０−２，１０−３がオンの場合における周波数可変回路の構成を示す図である。
【図８】図７中の周波数可変回路における周波数特性の計算結果を示す図である。
【図９】スイッチ１０−２がオフでスイッチ１０−１，１０−３がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。
【図１０】スイッチ１０−３がオフでスイッチ１０−１，１０−２がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。
【図１１】複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１２】複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１５】図１４中の周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１７】図１６中の周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１８】従来の周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１９】図１８中の第１のスイッチをオフとし、第２のスイッチをオンにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。
【図２０】図１８中の第１のスイッチをオンとし、第２のスイッチをオフにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。
【図２１】従来の周波数可変回路におけるインピーダンス整合を説明するためのスミスチャートの簡略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 入力端子、２，２１，２４ 出力端子、１ａ，２ａ インピーダンス、３，３−１〜３−３ 第１の容量、４，４−１〜４−３ 第１のインダクタ、５，５−１〜５−３ 第２の容量、６，６−１〜６−３ 第２のインダクタ、７，７−１〜７−３ 第３の容量、８，８−１〜８−３ 第３のインダクタ、９ 第１のグランド、１０，１０−１〜１０−３ スイッチ、１１，１１−１〜１１−３ 周波数可変回路、１２，１３ 接点、１４，１５ 並列共振回路、１６，１７ 直列共振回路、１８，１９ 端子、２０ 増幅回路、２２ 低雑音用増幅回路、２３，２５ 低雑音増幅器、２６ 高出力増幅器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主にＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯、マイクロ波帯及びミリ波帯で用いられる周波数可変回路及びこれを用いた周波数可変増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１８は、非特許文献１に記載される従来の周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１８において、従来の周波数可変増幅器は、入力端子１００、半導体素子１０１、第１の伝送線路１０２、第２の伝送線路１０３、第１のスイッチ１０４、第２のスイッチ１０５、第１のオープンスタブ１０６及び第２のオープンスタブ１０７を備える。これらのうち増幅用の半導体素子１０１を除く要素から従来の周波数可変回路１０８が構成される。
【０００３】
第１の伝送線路１０２と第２の伝送線路１０３は、入力端子１００とＦＥＴ等の半導体素子１０１との間に直列に接続されている。第１のスイッチ１０４は、その一端が第１の伝送線路１０２と第２の伝送線路１０３の間に並列接続し、他端が第１のオープンスタブ１０６に直列接続している。この第１のスイッチ１０４によって、第１のオープンスタブ１０６と、第１の伝送線路１０２及び第２の伝送線路１０３の接続点との電気的な接続がオン、オフされる。
【０００４】
また、第２のスイッチ１０５は、その一端が入力端子１００と第２の伝送線路１０３の間に並列接続し、他端が第２のオープンスタブ１０７に直列接続している。この第２のスイッチ１０５によって、第２のオープンスタブ１０７と、入力端子１００及び第２の伝送線路１０３の接続点との電気的な接続がオン、オフされる。なお、図１８では、説明を簡単にするため、オープンスタブの本数が２本の場合について示している。
【０００５】
次に動作について説明する。
入力端子１００を介して入力された信号は、周波数可変回路１０８を通って半導体素子１０１に入力され増幅される。整合する周波数の切り替えは、第１のスイッチ１０４と第２のスイッチ１０５のオンとオフの切り替えにより行われる。
【０００６】
図１９は、図１８中の第１のスイッチをオフとし、第２のスイッチをオンにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。図１９において、周波数可変回路は、伝送線路１０２，１０３が直列接続した伝送線路１０９と１本の並列接続したオープンスタブ１０７とで構成される。
【０００７】
また、図２０は、図１８中の第１のスイッチをオンとし、第２のスイッチをオフにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。図２０における周波数可変回路も、直列接続した伝送線路１０２，１０３と、伝送線路１０２，１０３間に並列接続した第１のオープンスタブ１０６とで構成される。
【０００８】
図２１は、図１８中の半導体素子のある高域の周波数での入力インピーダンスと、ある低域の周波数での入力インピーダンスとを、入力端子のインピーダンスに変成する場合を示すスミスチャートの簡略図である。図２１に示すように、低域の周波数では、第２のスイッチ１０５をオン、第１のスイッチ１０４をオフにすることにより、入力端子１００のインピーダンスへの整合が実現される。また、高域の周波数では、第２のスイッチ１０５をオフ、第１のスイッチ１０４をオンにすることにより、入力端子１００のインピーダンスへの整合が実現され、周波数可変増幅器として動作する。
【０００９】
【非特許文献１】A. Fukuda, T. Furuta, H. Okazaki and S. Narahashi:“A 0.9−5−GHz Wide−Range 1W−Class Reconfigurable Power Amplifier Employing RF−MEMS Switches,”IEEE IMS2006, THPD−05, 2006.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来では、伝送線路１０２，１０３とオープンスタブ１０６，１０７を用いて、インピーダンス変成及び周波数切り替えの機能を兼ねた周波数可変回路１０８を構成し、スイッチ１０４，１０５のオン、オフで増幅すべき信号の周波数を切り替えている。このため、集中定数素子を用いた場合と比較して回路のサイズが大きくなるという課題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、信号の周波数特性を適宜切り替え可能であり、かつ簡易な構成で小型化を図ることができる周波数可変回路及びこれを用いた周波数可変増幅器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る周波数可変回路は、入力端子に一端が接続した第１の容量と、前記入力端子に一端が接続した第１のインダクタと、前記第１の容量に一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２のインダクタと、前記第１のインダクタに一端が接続し、前記出力端子に他端が接続した第２の容量と、一端が接地された第３の容量と、前記第３の容量と一端が接続するとともに、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点に他端が接続した第３のインダクタと、前記第１の容量と前記第２のインダクタの接続点と、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点との接続又は非接続を切り替えるスイッチとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、入力端子に一端が接続した第１の容量と、入力端子に一端が接続した第１のインダクタと、第１の容量に一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２のインダクタと、第１のインダクタに一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２の容量と、一端が接地された第３の容量と、第３の容量と一端が接続するとともに、第１のインダクタと第２の容量の接続点に他端が接続した第３のインダクタとを備え、第１の容量と第２のインダクタの接続点と、第１のインダクタと第２の容量の接続点とを、スイッチにより接続又は非接続を切り替えることによって、信号の周波数帯域の通過又は遮断を行う。このように構成することで、信号の周波数特性を適宜切り替え可能であり、かつ簡易な構成で小型化を図れる周波数可変回路を実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による周波数可変回路の構成を示す図である。図１において、実施の形態１による周波数可変回路１１は、入力端子１と出力端子２の間に構成され、第１の容量３、第１のインダクタ４、第２の容量５、第２のインダクタ６、第３の容量７、第３のインダクタ８、第１のグランド９、及び第１のスイッチ１０を備える。
【００１５】
周波数可変回路１１において、第１の容量３と第２のインダクタ６が、接点１２を介して直列に接続しており、第１のインダクタ４と第２の容量５が、第１のスイッチ１０の接点１３を介して直列に接続している。また、第１の容量３と第２のインダクタ６の接点１２と、第１のインダクタ４と第２の容量５の接点１３との間に第１のスイッチ１０が接続されている。
【００１６】
第１の容量３の接点１２側でない一端と、第１のインダクタ４の接点１３側でない一端は、ともに入力端子１に接続している。また、第２の容量５の接点１３側でない一端と、第２のインダクタ６の接点１２側でない一端は、ともに出力端子２に接続している。
【００１７】
また、第３の容量７と第３のインダクタ８は直列に接続しており、第３のインダクタ８の第３の容量７側でない一端が接点１３に接続し、第３の容量７の第３のインダクタ８側でない一端が第１のグランド９に接続している。
【００１８】
次に動作について説明する。
入力端子１から入力された信号は、周波数可変回路１１を通過して出力端子２に出力される。このとき、第１のスイッチ１０がオン、すなわち接点１２と接点１３が接続される場合と、第１のスイッチ１０がオフ、すなわち接点１２と接点１３が接続されない場合とで、信号の通過特性が変わる。
【００１９】
（１）第１のスイッチ１０がオンの場合
第１のスイッチ１０がオンであると、周波数可変回路１１は、図２に示すような回路構成となる。ここで、周波数可変回路１１には、第１の容量３と第１のインダクタ４からなる第１の並列共振回路１４と、第２の容量５と第２のインダクタ６からなる第２の並列共振回路１５と、第３の容量７と第３のインダクタ８からなる直列共振回路１６が構成される。このような回路は、帯域遮断回路として知られており、各容量及びインダクタの回路パラメータで決定される周波数の信号の通過を遮断する。
【００２０】
図３は、図２中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。図３（ａ）は、図２中の周波数可変回路１１の具体的な態様を示しており、入力端子１と出力端子２のインピーダンス１ａ，２ａを、ともに同一の５０Ωとしている。また、第１の容量３と第２の容量５、第１のインダクタ４と第２のインダクタ６の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）をそれぞれ同一としている。
【００２１】
図３（ｂ）は、図３（ａ）中の回路における周波数特性を示すグラフである。図３（ｂ）において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図３（ｂ）に示すように、１２ＧＨｚを中心にして１０〜１５ＧＨｚ帯の信号が遮断されていることがわかる。
【００２２】
（２）第１のスイッチ１０がオフの場合
第１のスイッチ１０がオフであると、周波数可変回路１１は、図４に示すような回路構成となる。ここで、周波数可変回路１１には、第１の容量３と第２のインダクタ６からなる直列共振回路１７が構成され、各容量及びインダクタの回路パラメータによって決定される周波数の信号が通過する。
【００２３】
図５は、図４中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。図５（ａ）は、図４中の周波数可変回路１１の具体的な態様を示しており、入力端子１と出力端子２のインピーダンス１ａ，２ａを、ともに同一の５０Ωとしている。また、第１の容量３と第２の容量５、第１のインダクタ４と第２のインダクタ６の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）をそれぞれ図３と同一にしている。
【００２４】
図５（ｂ）は、図５（ａ）中の回路における周波数特性を示すグラフである。図５（ｂ）において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図５（ｂ）に示すように、１２ＧＨｚを中心にして１０〜１５ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、入力端子１に一端が接続した第１の容量３と、入力端子１に一端が接続した第１のインダクタ４と、第１の容量３に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２のインダクタ６と、第１のインダクタ４に一端が接続し、出力端子２に他端が接続した第２の容量５と、一端が接地された第３の容量７と、第３の容量７と一端が接続するとともに、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点に他端が接続した第３のインダクタ８とを備え、第１の容量３と第２のインダクタ６の接続点と、第１のインダクタ４と第２の容量５の接続点とを、第１のスイッチ１０のオンオフで接続又は非接続を切り替えることにより、信号の周波数帯域の通過又は遮断を行う。
このように構成することで、入力信号から特定の周波数の信号成分を遮断したり通過させたりすることができ、かつ容量やインダクタ等の集中定数素子を用いた簡易な構成で小型化を図ることが可能である。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では、入力端子１と出力端子２のインピーダンスを同一にした場合について示したが、異なるインピーダンスにしてインピーダンス変成機能を持たせてもよい。このように、異なるインピーダンス間に適用してそれぞれのインピーダンス間の変成を行うことにより、インピーダンス不整合による反射損を低減でき、通過損失の低減を図ることができる。
【００２７】
例えば、周波数可変回路１１を用いた増幅器を構成する場合、入力端子１と増幅用の半導体素子とのインピーダンスが異なり、また複数のデバイス等で構成されるモジュール内（５０Ωでない導波管／マイクロストリップ変換器と５０Ωで設計した増幅器の間）に、より効果的に適用することができる。
【００２８】
また、上記実施の形態１では、各容量及び各インダクタの回路パラメータを同一にした場合について示したが、同一でなくともよい。
【００２９】
さらに、上記実施の形態１では、第１のスイッチ１０をオフにしたときに、周波数可変回路１１が、容量とインダクタからなる並列共振回路が２個と、容量とインダクタからなる直列共振回路が１個とで構成されるＴ形の帯域遮断回路となる場合について示したが、並列共振回路１個と直列共振回路２個からなるパイ形の帯域遮断回路が形成されるように構成しても原理的に同様の効果が得られる。
【００３０】
周波数可変回路１１を構成する第１のスイッチ１０としては、ダイオードスイッチやＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）スイッチ等でよい。また、容量やインダクタは、ディスクリート部品でもＭＭＩＣ（Microwave Monolithic IC）であってもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による周波数可変回路の構成を示す図である。図６において、実施の形態２による周波数可変回路は、第１の周波数可変回路１１−１、第２の周波数可変回路１１−２、及び第３の周波数可変回路１１−３を直列に接続して構成される。
【００３２】
周波数可変回路１１−１〜１１−３において、第１の容量３−１〜３−３と第２のインダクタ６−１〜６−３がそれぞれ直列に接続しており、第１のインダクタ４−１〜４−３と第２の容量５−１〜５−３がそれぞれ直列に接続している。また、第１の容量３−１〜３−３と第２のインダクタ６−１〜６−３の接点と、第１のインダクタ４−１〜４−３と第２の容量５−１〜５−３の接点との間に、スイッチ１０−１〜１０−３がそれぞれ接続されている。
【００３３】
第１の周波数可変回路１１−１において、第１の容量３−１の上記接点側でない一端と、第１のインダクタ４−１の上記接点側でない一端は、ともに入力端子１に接続している。また、第２の容量５−１の上記接点側でない一端と、第２のインダクタ６−１の上記接点側でない一端は、ともに端子１８に接続している。
【００３４】
第２の周波数可変回路１１−２において、第１の容量３−２の上記接点側でない一端と、第１のインダクタ４−２の上記接点側でない一端は、ともに端子１８に接続している。また、第２の容量５−２の上記接点側でない一端と、第２のインダクタ６−２の上記接点側でない一端は、ともに端子１９に接続している。
【００３５】
第３の周波数可変回路１１−３において、第１の容量３−３の上記接点側でない一端と、第１のインダクタ４−３の上記接点側でない一端は、ともに端子１９に接続している。また、第２の容量５−３の上記接点側でない一端と、第２のインダクタ６−３の上記接点側でない一端は、ともに出力端子２に接続している。
【００３６】
また、第３の容量７−１〜７−３と第３のインダクタ８−１〜８−３は、それぞれ直列に接続しており、第３のインダクタ８−１〜８−３の第３の容量７−１〜７−３側でない一端が、スイッチ１０−１〜１０−３の各接点にそれぞれ接続し、第３の容量７−１〜７−３の第３のインダクタ８−１〜８−３側でない一端が、それぞれ第１のグランド９に接続している。
【００３７】
第１の周波数可変回路１１−１、第２の周波数可変回路１１−２及び第３の周波数可変回路１１−３は、それぞれ異なる周波数を通過させたり遮断したりする機能を持たせている。
【００３８】
次に動作について説明する。
（１）スイッチ１０−１がオフでスイッチ１０−２，１０−３がオンの場合
スイッチ１０−１がオフでスイッチ１０−２，１０−３がオンであると、実施の形態２による周波数可変回路は、図７に示す回路構成となる。図７において、入力端子１と出力端子２のインピーダンス１ａ，２ａはともに同一の５０Ωである。
【００３９】
また、周波数可変回路１１−１において、第１の容量３−１と第２の容量５−１、第１のインダクタ４−１と第２のインダクタ６−１の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ同一である。
【００４０】
周波数可変回路１１−２において、第１の容量３−２と第２の容量５−２、第１のインダクタ４−２と第２のインダクタ６−２の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ同一である。
【００４１】
周波数可変回路１１−３において、第１の容量３−３と第２の容量５−３、第１のインダクタ４−３と第２のインダクタ６−３の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ同一である。
【００４２】
一方、図７において、第１の容量３−１〜３−３、第１のインダクタ４−１〜４−３の回路パラメータ（容量値、インダクタンス）はそれぞれ異なる。これにより、第１の周波数可変回路１１−１、第２の周波数可変回路１１−２及び第３の周波数可変回路１１−３は、それぞれ異なる周波数を通過させたり遮断したりする。
【００４３】
図８は、図７中の回路における周波数特性を示すグラフである。図８において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図８に示すように、約８ＧＨｚを中心にして５〜１０ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００４４】
このように、第１の周波数可変回路１１−１のスイッチ１０−１をオフにし、第２及び第３の周波数可変回路１１−２，１１−３のスイッチ１０−２，１０−３をオンにした場合、第１の周波数可変回路１１−１で決定される周波数の信号のみが通過する。
【００４５】
（２）スイッチ１０−２がオフでスイッチ１０−１，１０−３がオンの場合
図９は、スイッチ１０−２がオフでスイッチ１０−１，１０−３がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。図９において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図９に示すように、約１２ＧＨｚを中心にして１０〜１５ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００４６】
このように、第２の周波数可変回路１１−２のスイッチ１０−２をオフにし、第１及び第３の周波数可変回路１１−１，１１−３のスイッチ１０−１，１０−３をオンにした場合、第２の周波数可変回路１１−２で決定される周波数の信号のみが通過する。
【００４７】
（３）スイッチ１０−３がオフでスイッチ１０−１，１０−２がオンの場合
図１０は、スイッチ１０−３がオフでスイッチ１０−１，１０−２がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。図１０において、実線で示すＳパラメータデータがＳ２１（通過特性）であり、破線で示すＳパラメータデータがＳ１１（反射特性）である。図１０に示すように、約１７ＧＨｚを中心にして１５〜２０ＧＨｚ帯の信号が通過していることがわかる。
【００４８】
このように、第３の周波数可変回路１１−３のスイッチ１０−３をオフにし、第１及び第２の周波数可変回路１１−１，１１−２のスイッチ１０−１，１０−２をオンにした場合、第３の周波数可変回路１１−３で決定される周波数の信号のみが通過する。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２によれば、周波数可変回路１１−１〜１１−３を直列接続して周波数可変回路を構成したので、各周波数可変回路のスイッチ１０−１〜１０−３のオンとオフの組み合わせにより、周波数可変回路１１−１〜１１−３による３つの周波数のうち、特定の周波数の信号を通過させることができる。また、オンとオフの組み合わせによって、帯域遮断回路として急峻な通過特性を得ることができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態２では、通過する低域、中心、高域の周波数に応じて、それぞれの周波数を決定する周波数可変回路１１−１〜１１−３順に接続した場合を示したが、周波数はどの回路で決定してもよい。
【００５１】
また、上記実施の形態２では、周波数可変回路を３個接続する場合について示したが、２個以上の複数個であってもよい。
【００５２】
さらに、上記実施の形態２において、隣り合う周波数の信号を通過させる複数の周波数可変回路のスイッチをまとめてオフにしたり、まとめてオフとする回路数を減らすことで通過信号の帯域幅を変更するようにしてもよい。
【００５３】
図１１は、上記実施の形態２と同様に、複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図であり、スイッチのオン、オフの組み合わせで帯域幅を変化させた場合を示している。図１１に示すように、隣り合う周波数の信号を通過させる複数の周波数可変回路のスイッチをまとめてオフにすることで、帯域幅の広い信号を通過させることができる。
【００５４】
また、この状態から１つの周波数可変回路１１のスイッチをオンにすることで、帯域幅の狭い信号を通過させる場合に切り替えることができる。このように、スイッチのオンとオフの組み合わせで、通過させる信号の帯域幅を変えることができる。
【００５５】
一方、上記実施の形態２において、隣り合わない周波数の信号を通過させる複数の周波数可変回路のスイッチをまとめてオフにすることで、複数の周波数の信号を通過させてもよい。図１２は、上記実施の形態２と同様に、複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図であり、スイッチのオン、オフの組み合わせで複数の周波数の信号を通過させた場合を示している。
【００５６】
図１２に示す例では、隣り合わない周波数の信号を通過させる周波数可変回路のスイッチをオフすることで、２つの周波数の信号を通過させている。このように、上記実施の形態２では、隣り合わない複数の周波数の信号を通過させることができる。なお、図１２では、２つの周波数の信号を通過させる場合について示したが、隣り合わない２個以上の複数個の周波数の信号を通過させるように構成してもよい。
【００５７】
実施の形態３．
図１３は、この発明の実施の形態３による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１３において、実施の形態３による周波数可変増幅器は、入力端子１と出力端子２１の間に設けられ、上記実施の形態１の図１に示す周波数可変回路１１及び増幅回路２０を備える。増幅回路２０は、入力が周波数可変回路１１の出力端子２に接続し、出力が出力端子２１に接続しており、周波数可変回路１１から入力した信号の電力を増幅する。
【００５８】
次に動作について説明する。
入力端子１から入力された信号は、周波数可変回路１１で選択された周波数の信号成分のみが通過して増幅回路２０に入力される。増幅回路２０では、周波数可変回路１１から入力した信号を増幅して出力端子２１から出力する。出力端子２１を介して出力される信号の周波数は、上記実施の形態で説明したように、周波数可変回路１１のスイッチのオンとオフの切り替えにより選択する。
【００５９】
以上のように、この実施の形態３によれば、周波数可変増幅器が、周波数可変回路１１と、入力が周波数可変回路１１の出力端子２に接続し、周波数可変回路１１からの信号を入力して増幅する増幅回路２０とを備えたので、周波数可変回路１１のスイッチ１０のオンとオフの切り替えで選択した周波数の信号を増幅したり遮断したりすることができる。
【００６０】
また、上記実施の形態３において、周波数可変回路１１の出力端子２のインピーダンスを増幅回路２０の入力端子２のインピーダンスと同一にすることで、設計の自由度が大きくなり、通過損失の小さい回路を形成することができる。
【００６１】
なお、上記実施の形態３では、１個の周波数可変回路１１を増幅回路２０に接続して増幅器を構成する場合を示したが、周波数可変回路と増幅回路は複数個でもよく、それぞれで通過する信号の周波数は同一でなくてもよい。
【００６２】
実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１４において、上記実施の形態１の図１に示す周波数可変回路１１の出力端子２を低雑音用増幅回路２２の入力に接続することで、実施の形態４による周波数可変増幅器を低雑音増幅器２３として構成している。低雑音用増幅回路２２は、例えば微弱な信号を低雑音で増幅する半導体素子からなる増幅回路である。
【００６３】
このように、周波数可変回路１１を低雑音用増幅回路２２の入力側に配置することで、周波数可変回路１１で選択した周波数ごとに雑音整合を実現できる。また、低雑音用増幅器２２は不要な周波数の信号が入力すると、内部の半導体素子が飽和して特性が劣化することがある。そこで、図１５に示すように、増幅回路２２の入力側に配置した周波数可変回路１１で不要な周波数の信号を遮断することにより、特性劣化を低減できる。
【００６４】
実施の形態５．
図１６は、この発明の実施の形態５による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。図１６において、高出力用増幅回路２５の出力端子２４を、上記実施の形態１の図１に示す周波数可変回路１１の入力に接続することで、実施の形態５による周波数可変増幅器を高出力増幅器２６として構成している。
【００６５】
このように、周波数可変回路１１を高出力用増幅回路２５の出力側に配置することで、周波数可変回路１１で選択した周波数ごとに出力整合を実現できる。また、高出力増幅器は、高出力用増幅回路から出力される２倍波や３倍波等の高調波の終端条件により、効率や歪みの特性が劣化することがある。そこで、図１７に示すように、増幅回路２５の入力側に配置した周波数可変回路１１で不要な２倍波や３倍波を遮断することにより、特性劣化を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この発明の実施の形態１による周波数可変回路の構成を示す図である。
【図２】第１のスイッチがオンの場合における周波数可変回路の構成を示す図である。
【図３】図２中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。
【図４】第１のスイッチがオフの場合における周波数可変回路の構成を示す図である。
【図５】図４中の周波数可変回路の具体的な態様及びその周波数特性の計算結果を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２による周波数可変回路の構成を示す図である。
【図７】第１のスイッチ１０−１がオフ、第１のスイッチ１０−２，１０−３がオンの場合における周波数可変回路の構成を示す図である。
【図８】図７中の周波数可変回路における周波数特性の計算結果を示す図である。
【図９】スイッチ１０−２がオフでスイッチ１０−１，１０−３がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。
【図１０】スイッチ１０−３がオフでスイッチ１０−１，１０−２がオンの場合の回路における周波数特性を示すグラフである。
【図１１】複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１２】複数の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態３による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１５】図１４中の周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態５による周波数可変回路を用いた周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１７】図１６中の周波数可変回路の通過特性を示す図である。
【図１８】従来の周波数可変増幅器の構成を示す図である。
【図１９】図１８中の第１のスイッチをオフとし、第２のスイッチをオンにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。
【図２０】図１８中の第１のスイッチをオンとし、第２のスイッチをオフにした場合の擬似的な等価回路を示す図である。
【図２１】従来の周波数可変回路におけるインピーダンス整合を説明するためのスミスチャートの簡略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 入力端子、２，２１，２４ 出力端子、１ａ，２ａ インピーダンス、３，３−１〜３−３ 第１の容量、４，４−１〜４−３ 第１のインダクタ、５，５−１〜５−３ 第２の容量、６，６−１〜６−３ 第２のインダクタ、７，７−１〜７−３ 第３の容量、８，８−１〜８−３ 第３のインダクタ、９ 第１のグランド、１０，１０−１〜１０−３ スイッチ、１１，１１−１〜１１−３ 周波数可変回路、１２，１３ 接点、１４，１５ 並列共振回路、１６，１７ 直列共振回路、１８，１９ 端子、２０ 増幅回路、２２ 低雑音用増幅回路、２３，２５ 低雑音増幅器、２６ 高出力増幅器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子に一端が接続した第１の容量と、
前記入力端子に一端が接続した第１のインダクタと、
前記第１の容量に一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２のインダクタと、
前記第１のインダクタに一端が接続し、前記出力端子に他端が接続した第２の容量と、
一端が接地された第３の容量と、
前記第３の容量と一端が接続するとともに、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点に他端が接続した第３のインダクタと、
前記第１の容量と前記第２のインダクタの接続点と、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点との接続又は非接続を切り替えるスイッチとを備えた周波数可変回路。
【請求項２】
複数個の請求項１記載の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路。
【請求項３】
複数個の周波数可変回路の各スイッチのオンオフ切り替えによって、通過信号の周波数帯域幅を制御することを特徴とする請求項２記載の周波数可変回路。
【請求項４】
複数個の周波数可変回路の各スイッチのオンオフ切り替えによって、通過信号の周波数帯域の個数を制御することを特徴とする請求項２記載の周波数可変回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の周波数可変回路と、
入力が前記周波数可変回路の出力端子に接続し、前記周波数可変回路からの信号を入力して増幅する増幅回路とを備えた周波数可変増幅器。
【請求項６】
周波数可変回路は、スイッチのオンオフ切り替えによって、増幅回路へ入力される信号のうち、所定の周波数の信号を遮断することを特徴とする請求項５記載の周波数可変増幅器。
【請求項７】
入力した信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力に入力端子が接続し、前記増幅器で増幅された信号を入力する請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の周波数可変回路とを備えた周波数可変増幅器。
【請求項８】
周波数可変回路は、スイッチのオンオフ切り替えによって、増幅回路から出力される信号のうち、所定の周波数の信号を遮断することを特徴とする請求項７記載の周波数可変増幅器。
【請求項１】
入力端子に一端が接続した第１の容量と、
前記入力端子に一端が接続した第１のインダクタと、
前記第１の容量に一端が接続し、出力端子に他端が接続した第２のインダクタと、
前記第１のインダクタに一端が接続し、前記出力端子に他端が接続した第２の容量と、
一端が接地された第３の容量と、
前記第３の容量と一端が接続するとともに、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点に他端が接続した第３のインダクタと、
前記第１の容量と前記第２のインダクタの接続点と、前記第１のインダクタと前記第２の容量の接続点との接続又は非接続を切り替えるスイッチとを備えた周波数可変回路。
【請求項２】
複数個の請求項１記載の周波数可変回路を直列に接続してなる周波数可変回路。
【請求項３】
複数個の周波数可変回路の各スイッチのオンオフ切り替えによって、通過信号の周波数帯域幅を制御することを特徴とする請求項２記載の周波数可変回路。
【請求項４】
複数個の周波数可変回路の各スイッチのオンオフ切り替えによって、通過信号の周波数帯域の個数を制御することを特徴とする請求項２記載の周波数可変回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の周波数可変回路と、
入力が前記周波数可変回路の出力端子に接続し、前記周波数可変回路からの信号を入力して増幅する増幅回路とを備えた周波数可変増幅器。
【請求項６】
周波数可変回路は、スイッチのオンオフ切り替えによって、増幅回路へ入力される信号のうち、所定の周波数の信号を遮断することを特徴とする請求項５記載の周波数可変増幅器。
【請求項７】
入力した信号を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力に入力端子が接続し、前記増幅器で増幅された信号を入力する請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の周波数可変回路とを備えた周波数可変増幅器。
【請求項８】
周波数可変回路は、スイッチのオンオフ切り替えによって、増幅回路から出力される信号のうち、所定の周波数の信号を遮断することを特徴とする請求項７記載の周波数可変増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００９−２３９６８２（Ｐ２００９−２３９６８２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８３９４２（Ｐ２００８−８３９４２）
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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