JPH0629753A - 高周波負帰還増幅器 - Google Patents

高周波負帰還増幅器

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JPH0629753A
JPH0629753A JP4178718A JP17871892A JPH0629753A JP H0629753 A JPH0629753 A JP H0629753A JP 4178718 A JP4178718 A JP 4178718A JP 17871892 A JP17871892 A JP 17871892A JP H0629753 A JPH0629753 A JP H0629753A
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和久 松毛
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波負帰還増幅器を構成する帯域通過フィ
ルタの比帯域が広がり、広帯域の高周波負帰還増幅器を
提供する。 【構成】 高周波増幅器と、この増幅器の入力側にに接
続された帯域通過フィルタと、前記増幅器の出力側から
前記帯域通過フィルタの入力側へ帰還をかける帰還回路
とを具備した高周波負帰還増幅器において、前記帯域通
過フィルタを、例えばインダクタLおよびキャパシタ
C、抵抗Rからなる直列共振回路の複数個を並列に接続
して構成し、かつ前記帯域通過フィルタを構成する複数
個の直列共振回路が複数個の共振周波数を持つようにす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、相互変調歪みの低減
や、利得の安定化のために負帰還回路を設けた高周波負
帰還増幅器に関する。
【0002】
【従来の技術】先ず、図7を参照して従来の高周波負帰
還増幅器について説明する。
【0003】INは信号の入力端で、ここから入力した
信号は帯域通過フィルタ71を通って増幅器72に加え
られる。増幅器72で増幅された信号は出力端OUTか
ら出力される。
【0004】また、点線で囲まれた73は帰還回路で、
帰還回路73は増幅器72の出力側に結合しており、出
力の一部を帯域通過フィルタ71の入力側に帰還してい
る。ここで増幅器72の伝達関数をA,また帰還回路7
3、帯域通過フィルタ71の各伝達関数をそれぞれB、
Cとすると、次の関係が得られる。
【0005】 A=a×exp(−jτΔω) ……(1) B=b×exp(−jτΔω) ……(2) C=c/(1+jTΔω) ……(3) なお帰還回路73の伝達関数Cには、その入、出力部の
結合器の特性を含んでいる。
【0006】上記の各式で、a…増幅器72の中心周波
数での利得、b…帰還回路73の中心周波数での挿入損
失、c…帯域通過フィルタ71の中心周波数での挿入損
失、τ…増幅器72の群遅延時間、τ…帰還回路7
3の群遅延時間、T…帯域通過フィルタ71の時定数、
Δω…中心周波数との偏差、である。
【0007】ここで、帯域通過フィルタ71の帯域内リ
ップルが3dB以下となる帯域幅をBとすると、 T=1/πB ……(4) となる。
【0008】上記の関係がある場合、出力電圧e0 は、
次のように表せる。
【0009】 e0 =(AC/1+ABC)・ei +(1/1+ABC)・eim …(5) ここで ei …入力電圧、eim…増幅器から発生した歪電圧、で
ある。
【0010】式(5)から、増幅器の利得は(AC/1
+ABC)倍に増大し、また歪電圧は(1/1+AB
C)倍に減少する。
【0011】また、開ループ利得ABCをGとする
と、高周波負帰還増幅器の安定性は開ループ利得G
決定される。そして高周波負帰還増幅器の安定性を表す
フェーズマージンθは、次の式(6)で表せる。
【0012】 θ=180°−|φ(ωc )| ……(6) ここで ωc …|ABC|=1となる角周波数、φ(ω)…角
(ABC)、である。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、高周波負帰
還増幅器においては、動作を安定にするため、増幅器の
入力側に帯域通過フィルタを接続し、その通過位相偏差
を帯域内で±90°の範囲になるようにしている。
【0014】また帰還回路の存在によって発振が起きな
いように、帯域通過フィルタとして、図8に示すような
インダクタLとキャパシタCとからなる1段形の直列共
振回路を使用している。
【0015】例えば、図8のように帯域通過フィルタを
インダクタLとキャパシタCで構成し、中心周波数F0
=1GHz 、帯域幅B=10MHz とすると、帯域通
過フィルタの挿入損失特性は図9(イ)のようになる。
【0016】なお、図9で横軸は周波数(GHz)、縦
軸は挿入損(dB)である。
【0017】また、そのときの帯域通過フィルタの伝達
関数を極座標で表示すると図10(イ)のようになるこ
こで、式(1)で示される増幅器の利得が48dB、式
(2)で示される帰還回路の損失が30dB、増幅器と
帰還回路の群遅延時間τ、τの和τ+τ=3n
Sとし、そして図9や図10の(イ)で示された特性の
帯域通過フィルタを用い、開ループ利得Gが0dBの
場合、つまり式(3)で表される帯域通過フィルタの損
失が18dBとなるとき、そのときの帯域通過フィルタ
の帯域幅に対する3dB帯域幅Bを比帯域と定義する
と、図9(イ)の特性の帯域通過フィルタは、比帯域=
12%となる。
【0018】このとき、高周波負帰還増幅器の発振を防
止するため、フェーズマージンを45°とすると、上記
のように増幅器の入力側に1段形直列共振回路の帯域通
過フィルタを接続した高周波負帰還増幅器では、帯域幅
内における歪改善量は図11(イ)のように単方性
で、比帯域も狭い。
【0019】なお、図11は横軸が周波数(GHz)、
縦軸が歪改善量(dB)である。
【0020】歪改善量特性が単方性の場合、上記のフェ
ーズマージンを保ったまま歪改善量の帯域を広げるに
は、増幅器の群遅延時間を小さくしなければならない。
【0021】本発明は、帯域通過フィルタの比帯域を大
きくし、歪改善量の帯域を広くでき、あるいは増幅器に
対する群遅延時間の配分を大きくできる高周波負帰還増
幅器を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明は、高周波増幅器
と、この増幅器の入力側に直列に接続された帯域通過フ
ィルタと、前記増幅器の出力側から前記帯域通過フィル
タの入力側へ帰還をかける帰還回路とを具備した高周波
負帰還増幅器において、前記帯域通過フィルタを、イン
ダクタおよびキャパシタ、抵抗からなる直列共振回路の
複数個を並列に接続して構成し、かつ前記帯域通過フィ
ルタを構成する複数個の直列共振回路が複数個の共振周
波数を持っている。
【0023】また、高周波増幅器と、この増幅器の入力
側に並列に接続された帯域通過フィルタと、前記増幅器
の出力側から前記帯域通過フィルタの入力側へ帰還をか
ける帰還回路とを具備した高周波負帰還増幅器におい
て、前記帯域通過フィルタを、インダクタおよびキャパ
シタ、抵抗からなる並列共振回路の複数個を直列に接続
して構成し、かつ前記帯域通過フィルタを構成する複数
個の並列共振回路が複数個の共振周波数を持っている。
【0024】また、前記帯域通過フィルタを構成する直
列あるいは並列の共振回路を、インダクタおよびキャパ
シタ、抵抗に代えて、分布定数線路あるいは誘電体を用
いた損失のある共振器で構成するか、または、インダク
タおよびキャパシタ、抵抗に代えて、インダクタおよび
キャパシタ、抵抗からなる共振回路と分布定数線路ある
いは誘電体を用いた損失のある共振器とで構成してい
る。
【0025】
【作用】上記の構成によれば、帯域通過フィルタを、共
振回路の複数個を直列あるいは並列に接続して構成し、
また共振周波数も複数個になるようにしている。したが
って、帯域通過フィルタの比帯域特性が改善する。ま
た、歪改善量の帯域が広く、あるいは増幅器の群遅延時
間の配分が大きくなり、安定な負帰還増幅器が構成でき
る。
【0026】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図1を参
照して説明する。
【0027】INは信号の入力端で、入力端INから導
入された信号は帯域通過フィルタ11に加えられる。帯
域通過フィルタ11は、2個の直列共振回路を並列に接
続して構成される。各直列共振回路は、それぞれインダ
クタLとキャパシタC,抵抗Rで構成され、また互いに
共振周波数が相違するように設定されている。帯域通過
フィルタ11を通った信号は、増幅器12で増幅され、
出力端OUTから出力される。
【0028】また増幅器12の出力側に帰還回路13が
結合しており、帰還回路13で取り出された出力の一部
は、帯域通過フィルタ11の入力側に戻される。
【0029】ここで、帯域通過フィルタ11の帯域内挿
入損失変動が3dBで、そこから15dB損失が増加す
る帯域幅が一定であるように、直列共振回路を構成する
インダクタL、キャパシタC、抵抗Rの各定数を定めた
場合、帯域通過フィルタの挿入損失特性は図9の
(ロ)、(ハ)のようになる。またそのときの伝達関数
を極座標で表示すると図10の(ロ)、(ハ)のように
なる。
【0030】図9や図10で、(ロ)は直列共振回路の
鋭さQ0 が、Q0 =350の場合で、(ハ)は直列共振
回路の鋭さQ0 が、Q0 =220の場合である。
【0031】図9(ロ)の場合、従来の1段形の直列共
振回路を用いた場合の(イ)に比較して挿入損失は6d
B増加するが、比帯域、すなわち挿入損が最小の点から
18dB増加している帯域幅に対する3dB帯域幅は、
30%改善される。
【0032】また図9(ハ)の場合は、(イ)と比較し
て挿入損失は12dB増加するが比帯域は40%改善さ
れる。
【0033】また、上記構成の高周波負帰還増幅器にお
いて、中心周波数F0 =1GHz 、式(2)の帰還回路
の損失=30dB、τ+τ=3nSとし、伝達関数
が図10(ロ)、(ハ)で示されるような特性を有する
帯域通過フィルタを用い、そしてフェーズマージンが4
5°となるように、増幅器の利得を式(1)で設計した
とき、得られる歪改善量特性は図11の(ロ)、(ハ)
で示される。
【0034】なお図11において、(イ)は、先に説明
したように従来の1段形の直列共振回路を用いた場合
で、(ロ)、(ハ)は本発明の高周波負帰還増幅器の特
性、すなわち、伝達関数が図10の(ロ)、(ハ)で示
されるような特性を有する帯域通過フィルタを用いた場
合である。
【0035】なお、伝達関数が図10の(ロ)、(ハ)
で示されるような特性を有する帯域通過フィルタを用い
る場合、伝達関数が図10(イ)で表される帯域通過フ
ィルタを用いる従来の高周波負帰還増幅器を用いた場合
に比較して、増幅器の利得を、それぞれ6dB,12d
B大きくしなければならない。
【0036】しかし、増幅器の利得はその前段に小信号
用の増幅器を付けることで容易に得られる。例えば1G
Hz 帯の場合、マイクロ波モノリシック集積回路(MM
IC)等を用いれば、群遅延時間が10dB当たり0.
1nS程度の十分小さな群遅延時間を持つ増幅器が容易
に実現できる。
【0037】したがって、増幅器の利得の増加は負帰還
増幅器を構成する場合、その消費電力や実現性等におい
てそれ程問題にならない。
【0038】また、図11で示される歪改善量につい
て、本発明の高周波負帰還増幅器(ロ)、(ハ)と、従
来の高周波負帰還増幅器(イ)とを比較すると、歪改善
量15dBのときで比帯域は本発明の方が、それぞれ3
0%、40%改善されている。
【0039】なお上記の実施例では、負帰還増幅器を構
成する帯域通過フィルタを、インダクタ、キャパシタ、
抵抗からなり、互いに異なる共振周波数を有する2つの
直列共振回路を並列に接続して構成し、そして、その帯
域通過フィルタを増幅器の入力側に直列に接続した場合
で説明した。
【0040】しかし、帯域通過フィルタとして、インダ
クタ、キャパシタ、抵抗からなる直列共振回路を3個以
上並列に接続して構成することもできる。この場合、帯
域通過フィルタを構成する直列共振回路が複数個の共振
周波数を持てばよく、また各直列共振回路の共振周波数
を全て異ならせてもよい。
【0041】また帯域通過フィルタとしては、図2のよ
うにインダクタL、キャパシタC、抵抗Rで並列共振回
路を構成し、この並列共振回路を複数個直列に接続した
ものも使用できる。なお、並列共振回路を使用する場合
は、増幅器の入力側に増幅器と並列に接続することにな
る。。
【0042】また帯域通過フィルタは、図3のようにマ
イクロストリップ線路で構成することもできる。例え
ば、マイクロストリップ線路31とキャパシタCで一つ
の共振回路を構成し、これを2個並列に接続する構成で
ある。
【0043】図3のマイクロストリップ線路で構成した
帯域通過フィルタの挿入損失特性を図4に、また伝達関
数の極座標表示を図5に示す。
【0044】図6は、帯域通過フィルタを構成する2つ
のインダクタLに相互インダクタMが存在する場合の回
路図である。この場合も比帯域を広げる効果がある。
【0045】また、帯域通過フィルタを構成する共振回
路には、マイクロストリップ線路に限らず、誘電体を用
いた損失のある共振器を用いることもできる。また、イ
ンダクタ、キャパシタ、抵抗からなる共振回路とマイク
ロストリップ線路や誘電体を用いた損失のある共振器と
を組み合わせて構成することもできる。
【0046】また、上記の実施例では、増幅器が1個で
説明しているが、帯域通過フィルタの入力側に増幅器を
接続し、帯域通過フィルタが増幅器の段間に直列または
並列に接続する構成にしてもよい。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、高周波負帰還増幅器を
構成する帯域通過フィルタの比帯域が広がり、広帯域の
高周波負帰還増幅器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路構成図である。
【図2】本発明に使用される帯域通過フィルタの一例を
示す回路図である。
【図3】本発明に使用される帯域通過フィルタの他の例
を示す回路図である。
【図4】本発明に使用される帯域通過フィルタの特性を
示す図である。
【図5】本発明に使用される帯域通過フィルタの特性を
示す図である。
【図6】本発明に使用される帯域通過フィルタの他の例
を示す回路図である。
【図7】従来の高周波負帰還増幅器を示す回路構成図で
ある。
【図8】従来の高周波負帰還増幅器に使用される帯域通
過フィルタの一例を示す回路図である。
【図9】本発明や従来装置に使用される帯域通過フィル
タの特性を示す図である。
【図10】本発明や従来装置に使用される帯域通過フィ
ルタの特性を示す図である。
【図11】本発明や従来装置の特性を示す図である。
【符号の説明】
11…帯域通過フィルタ 12…増幅器 13…帰還回路 IN…入力端 OUT…出力端 L…インダクタ C…キャパシタ R…抵抗

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高周波増幅器と、この増幅器の入力側に
    直列に接続された帯域通過フィルタと、前記増幅器の出
    力側から前記帯域通過フィルタの入力側へ帰還をかける
    帰還回路とを具備した高周波負帰還増幅器において、前
    記帯域通過フィルタを、インダクタおよびキャパシタ、
    抵抗からなる直列共振回路の複数個を並列に接続して構
    成し、かつ前記帯域通過フィルタを構成する複数個の直
    列共振回路が複数個の共振周波数を持つことを特徴とす
    る高周波負帰還増幅器。
  2. 【請求項2】 高周波増幅器と、この増幅器の入力側に
    並列に接続された帯域通過フィルタと、前記増幅器の出
    力側から前記帯域通過フィルタの入力側へ帰還をかける
    帰還回路とを具備した高周波負帰還増幅器において、前
    記帯域通過フィルタを、インダクタおよびキャパシタ、
    抵抗からなる並列共振回路の複数個を直列に接続して構
    成し、かつ前記帯域通過フィルタを構成する複数個の並
    列共振回路が複数個の共振周波数を持つことを特徴とす
    る高周波負帰還増幅器。
  3. 【請求項3】 前記帯域通過フィルタを、インダクタお
    よびキャパシタ、抵抗からなる直列共振回路の複数個を
    並列に接続して構成することに代えて、分布定数線路あ
    るいは誘電体を用いた損失のある共振器の複数個を並列
    に接続して構成するか、または、前記帯域通過フィルタ
    を、インダクタおよびキャパシタ、抵抗からなる直列共
    振回路の複数個を並列に接続して構成することに代え
    て、インダクタおよびキャパシタ、抵抗からなる直列共
    振回路と分布定数線路あるいは誘電体を用いた損失のあ
    る共振器とを並列に接続して構成ことを特徴とする請求
    項1記載の高周波負帰還増幅器。
  4. 【請求項4】 前記帯域通過フィルタを、インダクタお
    よびキャパシタ、抵抗からなる並列共振回路の複数個を
    直列に接続して構成することに代えて、分布定数線路あ
    るいは誘電体を用いた損失のある共振器の複数個を直列
    に接続して構成するか、または、前記帯域通過フィルタ
    を、インダクタおよびキャパシタ、抵抗からなる並列共
    振回路の複数個を直列に接続して構成することに代え
    て、インダクタおよびキャパシタ、抵抗からなる並列共
    振回路と分布定数線路あるいは誘電体を用いた損失のあ
    る共振器とを直列に接続して構成ことを特徴とする請求
    項2記載の高周波負帰還増幅器。
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