(57)【要約】【課題】負荷変動に対してなんら調整することなく、基本波の２倍波、π―１モード波などのスプリアス波を抑制できるレーダ装置を提供する。【解決手段】マグネトロンから励振されたマイクロ波をサーキュレータ、ロータリージョイントを介してアンテナから放出するレーダ装置において、４個以上の共振器を直列接続することによって構成された帯域通過フィルタをマグネトロン直後、もしくはサーキュレータ−アンテナ間に配置することによってスプリアス波を抑圧する。【選択図】  図３
2010091439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンにより発振されたマイクロ波をアンテナから放射する送信系を備えたレーダ装置において、
前記送信系は、
前記マグネトロンから前記アンテナまでのインピーダンス整合が、前記マグネトロンの発振するマイクロ波の中心周波数でとられ、且つ
前記マグネトロンから前記アンテナまでのいずれかの位置に、少なくとも４段以上の共振器を直列接続することによって構成した帯域通過フィルタが配置されていることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置において、
前記マグネトロンから前記アンテナまでのインピーダンス整合がとれている周波数帯域幅が、約３００ＭＨｚ以下であることを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーダ装置、特にマイクロ波伝送系において発生するスプリアス低減可能なレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に一般的なレーダ装置の構成を示す。
図１に示すレーダ装置は船舶等に搭載されるレーダ装置であり、水平方向にアンテナ１０４を回転させながら自船周囲を探索する。マグネトロン１０１はマイクロ波を発振する電子管である。レーダ装置の送信系ではマグネトロン１０１で発振されたマイクロ波が、サーキュレータ１０２およびロータリージョイント１０３を通ってアンテナ１０４へ供給され、アンテナ１０４からマイクロ波が空間に放射される。
【０００３】
一方で、レーダ装置の受信系ではアンテナ１０４から入射した受信波がサーキュレータ１０２からリミッタ回路１０５を通して受信回路１０６へ伝送される。受信回路１０６は受信波を増幅や周波数変換するものであり、リミッタ回路１０５は送信系からの大電力信号の漏れ込みによる影響を防止するために受信回路１０６の保護用として配置されている。
【０００４】
マグネトロン１０１は、低価格で大電力の信号を発振することが可能であることから、レーダ装置の信号発振源として広く利用されているが、マグネトロン１０１からは所望の発振周波数以外に、高次モードと呼ばれる２倍波等のスプリアス波やπ−１モードと呼ばれる所望の発振周波数近傍に発生するスプリアス波などが放射されるといった問題がある。特に近年では、周波数帯域の有効利用の観点からマグネトロンのスプリアス波に対する要求が高まっており、マグネトロンのスプリアス波に対する対策が急務となっている。
【０００５】
従来、上述のようなマグネトロンのスプリアス波を抑圧する技術として、例えば図２に示すような対策が行われている。図２は、従来のマグネトロンのスプリアス波を抑圧する技術を説明するための説明図である。
【０００６】
図２に示すように、従来のレーダ装置は、マグネトロン１０１の後段にスプリアス抑制用フィルタ２０２を設けている。これにより、２倍波等の高次モードやπ−１モード等のスプリアス波を抑圧している（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３―３３１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のレーダ装置では、マグネトロン１０１の後段に挿入したスプリアス抑制用フィルタ２０２をフィルタとして機能させるために、調整ネジ２０１、２０３を設ける必要がある。このような調整機構を設ける理由の一つとして、図２のＡ−Ａ’面から左側をみた回路（負荷回路）のインピーダンス整合がとれている帯域幅が非常に狭いことが挙げられる。
【０００８】
通常、レーダ装置に使用される一般的なロータリージョイントやアンテナは中心周波数でインピーダンス整合がとれるよう設計されているが、その帯域幅はせいぜい３００ＭＨｚと狭く、中心周波数以外では整合がとれていない。そのため、特定のインピーダンスで設計されたスプリアス抑制用フィルタ２０２をそのまま系全体に適用してもフィルタとしてうまく機能せず、調整ネジ２０１、２０２のような調整機構が必要となる。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、調整機構を設けることなく、簡易な構成によりスプリアス波を抑圧することができるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロ波発振器としてのマグネトロンとアンテナとの間に、４段以上の共振器を直列接続することによって構成された帯域通過フィルタを配置することを特徴とする。４段以上の共振器を直列接続した帯域通過フィルタは、４段よりも少ない段数の帯域通過フィルタに比べ、フィルタを構成する設計パラメータ数が多い。そのため、フィルタ特性に対して負荷変動が与える影響は小さく、負荷変動の影響を受けることなくほぼ設計通りに、帯域通過フィルタ本来の急峻な減衰特性を得ることができる。
【００１１】
特に、レーダ装置に使用される一般的なロータリージョイントやアンテナは中心周波数でインピーダンス整合がとれるよう設計されているが、マグネトロンからアンテナまでのインピーダンス整合がとれている周波数帯域幅はせいぜい３００ＭＨｚ以下と狭い。そのため、負荷変動の影響を受けやすいが、４段以上の共振器を直列接続した帯域通過フィルタをマグネトロンとアンテナとの間に挿入した場合には、負荷変動に対してなんら調整することなく、帯域通過フィルタをスプリアス抑圧フィルタとして機能させることができ、大変有用である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、負荷変動に対してなんら調整することなく、帯域通過フィルタをスプリアス抑圧フィルタとして機能させることが可能であり、簡易な設計により、スプリアス波を抑圧したレーダ装置を構成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明にかかるレーダ装置の構成を図３を参照して説明する。
本発明にかかるレーダ装置は、マグネトロン１０１と、共振器を４段以上直列に接続することによって構成される帯域通過フィルタ１１と、サーキュレータ１０２と、ロータリージョイント１０３と、アンテナ１０４と、リミッタ回路１０５と、受信回路１０６とからなる。なお、図１を用いて説明した従来のレーダ装置の構成と同じ構成要素については同一の符号を付し、ここでは説明を省略する。
【００１４】
帯域通過フィルタ１１は、複数個の共振器を直列接続することにより構成されており、少なくともその段数は４段以上である。このような帯域通過フィルタ１１は、共振器の数が増えるに従い、いわゆる負荷変動に対するバッファとしての機能が強くなる。そのため、４段以上直列に接続した帯域通過フィルタ１１をマグネトロン１０１とサーキュレータ１０２の間に配置した場合、従来必要であった調整機構を設ける必要がなくなる。
【００１５】
以下、その物理的意味を説明する。
図４（ａ）は２段の帯域通過フィルタの構成を示す図であり、図４（ｂ）は２段の帯域通過フィルタの等価回路を示す図である。また、図５（ａ）は４段の帯域通過フィルタの構成を示す図であり、図５（ｂ）は４段の帯域通過フィルタの等価回路を示す図である。
【００１６】
負荷変動は、図４及び図５においてＢ−Ｂ’面から左をみた回路のインピーダンスや位相が変化したものである。この負荷変動の影響を定性的にみると、負荷変動は、主に、２段フィルタでは共振器２の周波数変動量、４段フィルタでは共振器４の周波数変動量に影響を与えるとともに、同共振器とそこに付加された伝送線路との電磁界結合量にも影響を与える。これらの負荷変動による影響は、２段フィルタの場合には、フィルタを構成するパラメータ数が少ないため、負荷変動がフィルタ特性に対して与える影響は大きいが、４段フィルタの場合には、フィルタを構成するパラメータ数が多いため、負荷変動がフィルタ特性に対して与える影響は小さい。
【００１７】
以下、負荷変動がフィルタ特性に対して与える影響についての検証結果を図６から図９を用いて説明する。
図６（ａ）は一般的なレーダ装置の構成図であって、図６（ｂ）は図６（ａ）の点線枠内に示した部分を抜き出したものである。ここではマグネトロン１０１の代わりに端子Ａを、アンテナ１０４の代わりに端子Ｂを取り付けている。
【００１８】
図７は２段の帯域通過フィルタを挿入した場合のフィルタ特性を説明するための説明図であり、図７（ａ）は２段の帯域通過フィルタ本来のフィルタ特性を示し、図７（ｂ）は端子Ａとサーキュレータ１０２との間に２段の帯域通過フィルタを挿入したときのフィルタ特性を示す。なお、ここでは帯域通過フィルタとして帯域２５０ＭＨｚで０．０５ｄＢリップルのチェビシェフ型のものを使用している。
【００１９】
図７（ｂ）に示すように、端子Ａとサーキュレータ１０２との間に２段の帯域通過フィルタを挿入した場合、中心周波数である９．４ＧＨｚ近傍の周波数で負荷変動の影響を受け、本来の２段フィルタの減衰特性が得られていない。特に、９．２ＧＨｚ付近では大きな盛り上がりが見られ、２段の帯域通過フィルタの十分なフィルタ抑圧効果が得られていない。
【００２０】
一般にレーダ装置では、マグネトロンからアンテナまでの送信系で、マグネトロンが発振するマイクロ波の中心周波数（ここでは９．４ＧＨｚ）でインピーダンス整合をとっているが、送信系を構成する一般的なロータリージョイントやアンテナの帯域幅はせいぜい３００ＭＨｚと狭く、中心周波数以外の帯域ではインピーダンス整合がとれていない。そのため、調整機構等を設けて負荷の調整を行わない限り、２段の帯域通過フィルタは、図７（ｂ）に示すように、フィルタとしての機能を十分に発揮できず、スプリアス波の抑圧効果を十分に得ることができない。
【００２１】
次に、３段の帯域通過フィルタを挿入した場合のフィルタ特性を説明する。
図８は３段の帯域通過フィルタを挿入した場合のフィルタ特性を説明するための説明図であり、図８（ａ）は３段の帯域通過フィルタ本来のフィルタ特性を示し、図８（ｂ）は端子Ａとサーキュレータ１０２との間に３段の帯域通過フィルタを挿入したときのフィルタ特性を示す。なお、ここでは帯域通過フィルタとして帯域２５０ＭＨｚで０．０５ｄＢリップルのチェビシェフ型のものを使用している。
【００２２】
図８（ｂ）に示すように、端子Ａとサーキュレータ１０２との間に３段の帯域通過フィルタを挿入した場合には、２段の帯域通過フィルタを挿入した場合と同様に、中心周波数である９．４ＧＨｚ近傍の周波数で負荷変動の影響を受け、本来の３段フィルタの減衰特性が得られていない。特に、９．６ＧＨｚ付近では大きな盛り上がりが見られ、３段の帯域通過フィルタの十分なフィルタ抑圧効果が得られていない。
【００２３】
次に、４段の帯域通過フィルタを挿入した場合のフィルタ特性を説明する。
図９は４段の帯域通過フィルタを挿入した場合のフィルタ特性を説明するための説明図であり、図９（ａ）は４段の帯域通過フィルタ本来のフィルタ特性を示し、図９（ｂ）は端子Ａとサーキュレータ１０２との間に４段の帯域通過フィルタを挿入したときのフィルタ特性を示す。なお、ここでは帯域通過フィルタとして帯域２５０ＭＨｚで０．０５ｄＢリップルのチェビシェフ型のものを使用している。
【００２４】
図９（ｂ）に示すように、端子Ａとサーキュレータ１０２との間に４段の帯域通過フィルタを挿入した場合には、９ＧＨｚ以下、１０ＧＨｚ以上で減衰特性が劣化しているが、２段の帯域通過フィルタで見られた９．２ＧＨｚ付近の盛り上がりや、３段の帯域通過フィルタで見られた９．６ＧＨｚ付近の盛り上がりは抑圧され、ほぼ４段の帯域通過フィルタ本来の急峻な減衰特性が得られている。これは２段や３段の帯域通過フィルタに比べ４段の帯域通過フィルタの方がフィルタを構成するパラメータ数が多く、４段の帯域通過フィルタが負荷変動の影響を受けていないためである。
【００２５】
以上のように、中心周波数以外の周波数でインピーダンス整合が取れていないような一般的なレーダ装置であっても、帯域通過フィルタとして４段以上のものを用いれば、ほぼ帯域通過フィルタ本来の急峻な減衰特性が得られ、基本波の近傍やπ―１モード発振などのスプリアス波を抑圧することができる。
【００２６】
なお、本発明は、本発明の各実施の形態で説明した発明の本旨を逸しない範囲で自由に設計変更可能であり、本発明の各実施の形態で説明した内容に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の一般的なレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】特許文献１に記載の従来のレーダ装置の構成を示す図である。
【図３】本発明のレーダ装置の構成を示す図である。
【図４】（ａ）は２段の帯域通過フィルタの構成を示す図であり、（ｂ）は２段の帯域通過フィルタの等価回路を示す図である。
【図５】（ａ）は４段の帯域通過フィルタの構成を示す図であり、（ｂ）は４段の帯域通過フィルタの等価回路を示す図である。
【図６】（ａ）は一般的なレーダ装置の構成図であり、（ｂ）は図６（ａ）の点線枠内に示した部分を抜き出した図である。
【図７】（ａ）は２段の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示す図であり、（ｂ）は端子Ａとサーキュレータとの間に挿入した２段の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図８】（ａ）は３段の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示す図であり、（ｂ）は端子Ａとサーキュレータとの間に挿入した３段の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【図９】（ａ）は４段の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示す図であり、（ｂ）は端子Ａとサーキュレータとの間に挿入した４段の帯域通過フィルタのフィルタ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１    帯域通過フィルタ
１０１  マグネトロン
１０２  サーキュレータ
１０３  ロータリージョイント
１０４  アンテナ
１０５  リミッタ回路
１０６  受信回路
２０１、２０３  調整ネジ
２０２  スプリアス抑圧フィルタ
【図１】
2010091439.tif 000003
【図２】
2010091439.tif 000004
【図３】
2010091439.tif 000005
【図４】
2010091439.tif 000006
【図５】
2010091439.tif 000007
【図６】
2010091439.tif 000008
【図７】
2010091439.tif 000009
【図８】
2010091439.tif 000010
【図９】
2010091439.tif 000011