JP5777652B2 - アンプ装置 - Google Patents

Description

本発明はアンテナからの受信信号を増幅するアンプ装置であって、特に、ＮＦ（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ：雑音指数）特性を改善したアンプ装置に関する。

近来、特に車載アンテナのアンテナ長やアンテナ高の縮小化の要求が増々高まってきている。物理的にアンテナ長を短くした結果、受信感度等のアンテナ特性が劣化するが、これを補うために一般的に増幅回路が用いられている。例えば特許文献１や特許文献２には、増幅回路を用いたアンテナ用のアンプ装置が開示されている。これらでは、増幅回路の入力側には、アンテナからの受信信号から必要な帯域の信号だけを選択するためのフィルタ回路が設けられている。そして、増幅回路の出力側には、不要な帯域の周波数成分が入らないようにするためのフィルタ回路が設けられている。また、増幅回路の出力側のフィルタ回路と増幅回路との間には、ＤＣカット用のコンデンサが設けられている。ＤＣカット用のコンデンサは、通常、ＦＭ帯域では１０００ｐＦ程度の容量のものが用いられる。通常、直流から低周波成分までをカットする必要はなく、使用帯域、例えばＦＭ帯域において十分小さなインピーダンスとなれば良いので、１０００ｐＦ以上の大きな容量を用いており、小さくする必要がないものであった。

特開平８−８４０２５号公報 国際公開公報第２０１１／０２４５９８号公報

アンテナ長の短いアンテナでは、ターゲット周波数帯となる帯域内における虚部のインピーダンス変動が大きい。このため、全帯域内で増幅回路とのインピーダンス調整を行うことは難しい。したがって、マッチング回路を用いてインピーダンス調整を行ったとしても、帯域中心のＮＦ特性は改善されるが帯域両端のＮＦ特性は悪化してしまう場合や、帯域両端のＮＦ特性は改善されるが帯域中心のＮＦ特性が悪化し、さらに感度も低下する場合もあった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、感度やＮＦ特性を改善したアンプ装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明によるアンプ装置は、アンテナからの受信信号が入力されＦＭ帯の信号を透過するための入力フィルタ回路と、入力フィルタ回路の出力信号を増幅するソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路と、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路の出力信号が入力されＦＭ帯の信号を透過するための出力フィルタ回路と、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路と出力フィルタ回路の間に挿入され、容量が１００ｐＦ未満であるＤＣカット用コンデンサと、を具備するものである。

ここで、入力フィルタ回路及び出力フィルタ回路は、ＤＣカット用コンデンサを含めてインピーダンス調整されれば良い。

また、ＤＣカット用コンデンサは、その容量がソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路の出力から見たインピーダンスにより決定されれば良い。

また、アンプ装置は、低背型アンテナからの受信信号を増幅するものであれば良い。

本発明のアンプ装置には、感度やＮＦ特性を改善可能であるという利点がある。

図１は、本発明のアンプ装置を説明するためのブロック図である。 図２は、本発明のアンプ装置のソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路を説明するための回路図である。 図３は、本発明のアンプ装置のＦＭ帯域に対するＮＦ特性である。 図４は、本発明のアンプ装置のＤＣカット用コンデンサの容量に対する感度特性及びＮＦ特性である。 図５は、本発明のアンプ装置のＤＣカット用コンデンサの容量に対する感度特性及びＮＦ特性の他の例である。 図６は、本発明のアンプ装置のＤＣカット用コンデンサの容量に対する感度特性及びＮＦ特性のさらに他の例である。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明のアンプ装置を説明するためのブロック図である。本発明のアンプ装置は、車載アンテナ等のアンテナ１からの受信信号を増幅するために用いられるものである。図示の通り、本発明のアンプ装置は、入力フィルタ回路１０と、増幅回路２０と、出力フィルタ回路３０と、ＤＣカット用コンデンサ４０とから主に構成されている。なお、アンテナ１は、ＦＭアンテナであれば良く、さらに、例えばアンテナ長を極端に短くしたもの等、理想的なアンテナと比べてアンテナ特性が十分に得られないものであっても良い。特に、低背型アンテナからの受信信号を増幅するのに適したものである。

入力フィルタ回路１０は、アンテナ１からの受信信号が入力されＦＭ帯の信号を透過するものである。通常、アンテナ１からの受信信号には、所望の周波数帯域以外の信号も含まれてしまっているため、入力フィルタ回路１０を介して増幅回路２０に受信信号が入力される。入力フィルタ回路１０は、例えばＬＣ回路によるバンドパスフィルタや整合回路が含まれるものであれば良い。また、入力フィルタ回路１０は、後述のＤＣカット用コンデンサ４０を含めてインピーダンス調整されれば良い。

増幅回路２０は、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路であり、入力フィルタ回路１０の出力信号を増幅するものである。図２は、本発明のアンプ装置のソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路を説明するための回路図である。図示の通り、本発明のアンプ装置のソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０は、デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ２１をソース接地で用いるものである。デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ２１のソースＳは、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の並列回路を介して接地されている。ゲートＧ１は抵抗Ｒ２を介して接地されると共に、入力フィルタ回路１０からの信号が入力される。また、抵抗Ｒ３を介してドレインＤに接続されている。ゲートＧ２は、抵抗Ｒ４を介して電源に接続されると共に、抵抗Ｒ５とコンデンサＣ２の並列回路を介して接地されている。ドレインＤは、ＤＣカット用コンデンサ４０への出力となると共に、抵抗Ｒ６とコイルＬを介して電源に接続されている。なお、図示例はあくまでも一般的なソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路の一例であり、本発明はこれに限定されず、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路であれば、如何なる回路構成であっても構わない。また、バイポーラトランジスタによるエミッタ接地型やベース接地型の増幅回路を用いた場合には、本発明の効果は得られなかった。

出力フィルタ回路３０は、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０の出力信号が入力され、ＦＭ帯の信号を透過するものである。これは、増幅回路等において混入するノイズ成分を除去するために用いられる。出力フィルタ回路３０も、例えばＬＣ回路によるバンドパスフィルタや整合回路が含まれるものであれば良い。また、出力フィルタ回路３０も、後述のＤＣカット用コンデンサ４０を含めてインピーダンス調整されれば良い。

そして、ＤＣカット用コンデンサ４０は、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０と出力フィルタ回路３０の間に挿入されるものである。これは、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０から出力フィルタ回路３０へ直流成分が流れるのを防止するためのものである。本願のアンプ装置のＤＣカット用コンデンサ４０は、容量が１００ｐＦ未満である。これは、通常のＤＣカット用コンデンサの容量に比べて非常に小さいものである。上述の背景技術の欄でも説明したが、ＤＣカット用のコンデンサは、通常、ＦＭ帯域では１０００ｐＦ程度の容量のものが用いられる。一般的には、直流から低周波成分までをカットする必要はなく、使用帯域、例えばＦＭ帯域において十分小さなインピーダンスとなれば良いので、１０００ｐＦ以上の大きな容量を用いており、小さくする必要がないものであった。しかしながら、本願発明者はこのＤＣカット用コンデンサに着目し、容量を可変してみたところ感度やＮＦ特性に改善が見られたので、今回の発明に至った。

ここで、ＤＣカット用コンデンサ４０は、その容量はソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０の出力から見て同一の容量であれば良い。即ち、図示例では１つのコンデンサで構成される例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば２つのコンデンサを並列接続や直列接続とし、その合計容量がソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０の出力から見て１００ｐＦ未満となるように構成されていれば良い。

図３に、本発明のアンプ装置のＦＭ帯域に対するＮＦ特性を示す。本願発明のＮＦ特性は■で示した。比較例として、従来技術のようにＤＣカット用コンデンサの容量が１０００ｐＦの場合で、入力フィルタ回路で帯域両端のマッチングを取らなかった場合を◆で表し、帯域両端のマッチングを取った場合を▲で表した。なお、同グラフの縦軸は最も低い感度、ＮＦの値を０ｄＢとして表している。また、アンテナ長は約６０ｍｍのものを用いた。図示の通り、従来技術では、帯域両端のマッチングを取らない場合には、帯域中心のＮＦ特性は良いが、帯域両端のＮＦ特性は悪化している。また、従来技術では、帯域両端のマッチングを取った場合であっても、帯域両端のＮＦ特性は改善されるが帯域中心のＮＦ特性が悪化してしまっている。しかしながら、本願発明のＮＦ特性は、帯域中心のＮＦ特性も悪くなく、さらに帯域両端のＮＦ特性も改善されていることが分かる。

次に、図４に、ＤＣカット用コンデンサの容量に対する感度特性及びＮＦ特性を示す。図４（ａ）が感度特性であり、図４（ｂ）がＮＦ特性である。このグラフは、ＤＣカット用コンデンサの容量を従来技術のように１０００ｐＦから１００ｐＦよりも小さいものに下げていった場合の特性である。また、ＤＣカット用コンデンサの容量が５ｐＦのときにおいて入力フィルタ回路１０及び出力フィルタ回路３０のインピーダンス調整を行い、その状態からＤＣカット用コンデンサの容量を変化させたものである。図中、アンテナからの受信信号が８８ＭＨｚの場合を◆で表し、９８ＭＨｚの場合を■で表し、１０８ＭＨｚの場合を▲で表した。また、平均を×で表した。なお、同グラフの縦軸は最も低い感度、ＮＦの値を０ｄＢとして表している。

図示の通り、ＤＣカット用コンデンサの容量を１００ｐＦ未満にすると、感度が急激に上がりだすことが分かる。また、ＮＦ特性についても、１００ｐＦ未満から徐々に下がっていくことが分かる。なお、この傾向は、ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路２０に用いられるデュアルゲートＭＯＳＦＥＴ２１を種々のメーカのものに変えても同様の傾向が見られた。

このように、本発明のアンプ装置によれば、ＤＣカット用コンデンサ４０の容量を１００ｐＦ未満とすることで、感度やＮＦ特性を改善することが可能である。

次に、図５に、ＤＣカット用コンデンサの容量に対する感度特性及びＮＦ特性の他の例を示す。図５（ａ）が感度特性であり、図５（ｂ）がＮＦ特性である。このグラフは、ＤＣカット用コンデンサの容量を従来技術のように１０００ｐＦから１００ｐＦよりも小さいものに下げていった場合の特性であるが、図４に示された例との違いは、この例ではＤＣカット用コンデンサの容量を変える度にそれに合わせて入力フィルタ回路１０及び出力フィルタ回路３０のインピーダンス調整を行ったものである。即ち、感度変動が小さくなるように調整を行ったものである。図中、アンテナからの受信信号が８８ＭＨｚの場合を◆で表し、９８ＭＨｚの場合を■で表し、１０８ＭＨｚの場合を▲で表した。また、平均を×で表した。なお、同グラフの縦軸は最も低い感度、ＮＦの値を０ｄＢとして表している。

図示の通り、ＤＣカット用コンデンサの容量を１００ｐＦ未満にすると、ＮＦ特性が急激に下がることが分かる。９８ＭＨｚの場合には若干上昇している部分があるが、平均すると大きく下がっていることが分かる。また、感度特性については９８ＭＨｚの場合に上昇していることも分かる。

さらに、図６に、ＤＣカット用コンデンサの容量に対する感度特性及びＮＦ特性のさらに他の例を示す。図６（ａ）が感度特性であり、図６（ｂ）がＮＦ特性である。このグラフは、ＤＣカット用コンデンサの容量を従来技術のように１０００ｐＦから１００ｐＦよりも小さいものに下げていった場合の特性であるが、図４に示された例との違いは、アンテナ長が長い（アンテナ感度良好な）場合、即ち、アンテナ長が約１８０ｍｍの場合の特性である。図中、アンテナからの受信信号が８８ＭＨｚの場合を◆で表し、９８ＭＨｚの場合を■で表し、１０８ＭＨｚの場合を▲で表した。また、平均を×で表した。なお、同グラフの縦軸は最も低い感度、ＮＦの値を０ｄＢとして表している。

図示の通り、ＤＣカット用コンデンサの容量を１００ｐＦ未満にすると感度が上がり、ＮＦ特性が急激に下がる傾向は、アンテナ長の長さに関わらず、図４と同様の傾向が見られることが分かる。

したがって、本発明のアンプ装置は、使用されるアンテナ長の長さの影響も受けず長くても短くても適用可能であり、また、特定のデュアルゲートＭＯＳＦＥＴにも依存せず、ＤＣカット用コンデンサの容量を１００ｐＦ未満にすることで、感度やＮＦ特性が改善されることが分かる。

なお、本発明のアンプ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上述の具体的な寸法や感度、ＮＦ特性等についても、あくまでも一例であり、これらに限定されるものではない。

１ アンテナ
１０ 入力フィルタ回路
２０ ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路
２１ デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ
３０ 出力フィルタ回路
４０ ＤＣカット用コンデンサ

Claims (3)

1. 低背型アンテナからの受信信号を増幅するアンプ装置であって、該アンプ装置は、
   低背型アンテナからの受信信号が入力されＦＭ帯の信号を透過するための入力フィルタ回路と、
   前記入力フィルタ回路の出力信号を増幅するソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路と、
   前記ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路の出力信号が入力されＦＭ帯の信号を透過するための出力フィルタ回路と、
   前記ソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路と出力フィルタ回路の間に挿入され、容量が１００ｐＦ未満であるＤＣカット用コンデンサと、
   を具備することを特徴とするアンプ装置。
2. 請求項１に記載のアンプ装置において、前記入力フィルタ回路及び出力フィルタ回路は、ＤＣカット用コンデンサを含めてインピーダンス調整されることを特徴とするアンプ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のアンプ装置において、前記ＤＣカット用コンデンサは、その容量がソース接地型デュアルゲートＭＯＳＦＥＴ増幅回路の出力から見たインピーダンスにより決定されることを特徴とするアンプ装置。