(57)【要約】【課題】  ガウシアン波形に変調されたタカン送信出力信号を高精度、且つ、容易に生成して放射できる、タカン地上装置およびタカン送信出力信号の波形制御方式を提供する。【解決手段】  本発明のタカン地上装置１０は、基準信号を発振する発振手段２０、発振された基準信号を分配して出力する分配手段３０、分配された基準信号を、フィードバックされた変調増幅信号に基づいて変調すると共にＡＢ級電力増幅方式を用いて増幅し、変調増幅信号をそれぞれ出力するＮ個の変調手段４１、４２、…、４Ｎ、それぞれ出力された変調増幅信号を合成してタカン送信出力信号を出力する合成手段５０、および、タカン送信出力信号を外部空間へ放射する放射手段６０、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準信号を発振する発振手段と、
発振された基準信号を分配して出力する分配手段と、
分配された基準信号を、フィードバックされた変調増幅信号に基づいて変調すると共にＡＢ級電力増幅方式を用いて増幅し、変調増幅信号をそれぞれ出力するＮ個の変調手段と、
それぞれ出力された変調増幅信号を合成してタカン送信出力信号を出力する合成手段と、
前記タカン送信出力信号を外部空間へ放射する放射手段と、
を備えるタカン地上装置。
【請求項２】
前記変調手段は、前記フィードバックされた変調増幅信号の波形に応じて前記分配された基準信号を変調する、請求項１記載のタカン地上装置。
【請求項３】
前記Ｎ個の変調手段はそれぞれ、
前記分配された基準信号を制御信号に基づいて変調し、変調信号を出力する変調回路と、
ＡＢ級電力増幅方式を用いて前記変調信号の電力を所定の電力値まで増幅し、変調増幅信号を出力する増幅回路と、
前記変調増幅信号の波形を検波し、検波電圧を出力する検波回路と、
前記検波電圧に基づいて前記制御信号を生成し、前記変調回路へ出力する制御回路と、
を備える、請求項２記載のタカン地上装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記変調増幅信号の波形をガウシアン波形に補償するための制御信号を生成する、請求項３記載のタカン地上装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記増幅回路の入出力特性を保持し、前記検波電圧および入出力特性に基づいて前記制御信号を生成する、請求項３または４記載のタカン地上装置。
【請求項６】
前記変調手段は、ＬＤＭＯＳ（Lateral double Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）型ＡＢ級ハイパワートランジスタを用いて変調された基準信号を増幅する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のタカン地上装置。
【請求項７】
基準信号を発振し、
発振された基準信号を分配して出力し、
分配された基準信号をそれぞれ、フィードバックされた変調増幅信号に基づいて変調すると共にＡＢ級電力増幅方式を用いて増幅して、変調増幅信号をそれぞれ出力し、
それぞれ出力された変調増幅信号を合成してタカン送信出力信号を出力し、
前記タカン送信出力信号を外部空間へ放射する、
タカン送信出力信号の波形制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機に方位および距離情報を与えるタカン（ＴＡＣＡＮ；Tactical Air Navigation）地上装置およびタカン送信出力信号の波形制御方式に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機航法援助システムの一つに、戦術航法装置（Tactical Air Navigation：以下、タカン装置と記載する。）を用いて航空機に方位および距離情報を与える電波航法（Radio navigation）がある。タカン装置は、例えば、特許文献１に開示されており、地上に設置されるタカン地上装置および航空機に搭載されるタカン機上装置から構成される。
【０００３】
タカン地上装置は、方位バーストパルス、局識別信号パルス、応答パルス、ランダムスキッタパルスから成る送信パルス信号を放射している。タカン地上装置は、１秒間で１５回転する指向性を持ったアンテナからランダムスキッタパルス、方位バーストパルスを放射することにより、方位情報を送信する。また、タカン地上装置は、タカン機上装置から質問パルスを受信した場合、質問パルスに対する応答パルスを所定のタイミングで返信する。
【０００４】
一方、タカン機上装置は、タカン地上装置から送信された方位情報を受信することにより、自身の方位を演算する。また、タカン機上装置は、タカン地上装置に質問パルスを送信し、質問パルスに対する応答パルスをタカン地上装置から受信することにより、自身とタカン地上装置との距離を演算する。 
ここで、航空法では、スペクトルを制御するために、送信パルス信号をガウシアン波形という特殊な波形のパルスに変調してタカン地上装置からタカン機上装置へ送信することが規定されている。具体的には、タカン地上装置は、パルス幅(3〜4μS)、パルス立ち上がり時間（2.5〜3μS）、パルス立下り時間（2.5〜3μS）に変調した送信パルス信号をタカン機上装置に向けて放射する必要がある。
【０００５】
一般的なタカン地上装置のブロック構成図を図４に示す。図４において、タカン地上装置９００は、ＲＦ発振器９１０、変調部９２０、分配器９３０、３系統の電力増幅器９４１、９４２、９４３、合成器９５０、空中線９６０および制御回路９７０を備える。
【０００６】
タカン地上装置９００は、ＲＦ発振器９１０において発振されたタカン送信出力信号の元になるＣＷ（Continuous Wave）のＲＦ（Radio Frequency）信号を、変調部９２０において制御回路９７０から入力した波形制御電圧に応じて変調する。変調されたＲＦ信号は、分配器９３０を介して各系統に分配され、電力増幅器９４１、９４２、９４３において所望の送信電力まで増幅された後、合成器９５０において合成されてタカン送信出力信号として空中線９６０から放射される。
【０００７】
ここで、タカン送信出力信号の送信電力を十分確保するため、一般的に、タカン地上装置には電力増幅器としてＣ級の電力増幅器が適用される。しかし、Ｃ級の電力増幅器は入出力特性の非線形性が高いため、入力波形と出力波形とが大きく異なる。図４に示したＣ級の電力増幅器を用いたタカン地上装置９００では、Ｃ級の各電力増幅器から出力された信号波形を個別に制御することが困難なことから、制御回路９７０において電力増幅器９４１、９４２、９４３からの出力に基づいて一つの波形制御電圧を生成し、３つの系統をトータル的に制御している。３つの系統をトータル的に制御する場合、タカン送信出力信号の波形制御の精度を高めることには限界がある。また、Ｃ級の電力増幅器ではトランジスタの熱変動により、送信電力が変動しやすく制御が難しいという問題がある。
【０００８】
上記の問題を解決するために、Ｃ級の電力増幅器を用いない航空機航法援助システムとして、例えば、特許文献２には、線形性が高い半導体電力増幅器等のＡ級の電力増幅器を用いた航空レーダ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１１７９５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２７７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２では、Ａ級の電力増幅器を用いた航空レーダ装置において、パルスごとに電力を制御することにより、航空レーダ装置の出力電力を安定化することが記載されている。しかし、特許文献２の航空レーダ装置は、送信電力の制御だけではなく出力の波形そのもの（出力パルス立ち上がり波形、パルス立下り波形）を制御する必要があるタカン装置を想定しているものではない。
【００１１】
本発明の目的は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、航空法を満足するタカン送信出力信号を高精度、且つ、容易に生成して放射できる、ＡＢ級の電力増幅器を適用したタカン地上装置およびタカン送信出力信号の波形制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係るタカン地上装置は、基準信号を発振する発振手段と、発振された基準信号を分配して出力する分配手段と、分配された基準信号をフィードバックされた変調増幅信号に基づいて変調すると共にＡＢ級電力増幅方式を用いて増幅し、変調増幅信号をそれぞれ出力するＮ個の変調手段と、それぞれ出力された変調増幅信号を合成してタカン送信出力信号を出力する合成手段と、タカン送信出力信号を外部空間へ放射する放射手段と、を備える。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係るタカン送信出力信号の波形制御方式は、基準信号を発振し、発振された基準信号を分配して出力し、分配された基準信号をそれぞれフィードバックされた変調増幅信号に基づいて変調すると共にＡＢ級電力増幅方式を用いて増幅して、変調増幅信号をそれぞれ出力し、それぞれ出力された変調増幅信号を合成してタカン送信出力信号を出力し、タカン送信出力信号を外部空間へ放射する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るタカン地上装置およびタカン送信出力信号の波形制御方式は、航空法を満足するタカン送信出力信号を高精度、且つ、容易に生成して放射できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るタカン地上装置１０のブロック構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る変調手段４ｋのブロック構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るタカン地上装置１００のブロック構成図である。
【図４】一般的なタカン地上装置９００のブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るタカン地上装置について説明する。本実施形態に係るタカン地上装置は地上に設置され、航空機に配置されたタカン機上装置に向けて方位バーストパルス、局識別信号パルス、応答パルス、ランダムスキッタパルスを含むタカン送信出力信号を放射する。
【００１７】
本実施形態に係るタカン地上装置のブロック構成図を図１に示す。図１において、本実施形態に係るタカン地上装置１０は、発振手段２０、分配手段３０、Ｎ（Ｎは２以上の整数）系統の変調手段４１、４２、…、４Ｎ、合成手段５０および放射手段６０を備える。変調手段の数（系統数）を変えることによって、タカン送信出力信号の送信電力を制御することができる。
【００１８】
発振手段２０は、タカン送信出力信号の元となる基準信号を発振する。分配手段３０は、発振手段２０から発振された基準信号を分割し、分割した基準信号をそれぞれ変調手段４１、４２、…、４Ｎへ出力する。
【００１９】
Ｎ系統の変調手段４１、４２、…、４Ｎはそれぞれ、分配手段３０から入力した基準信号を変調および増幅することによって変調増幅信号を生成し、合成手段５０へ出力する。本実施形態において、変調手段４１、４２、…、４Ｎはそれぞれ独立に機能すると共に、変調手段４１、４２、…、４ＮはそれぞれＡＢ級電力増幅方式を用いて基準信号を増幅する。変調手段については後述する。
【００２０】
合成手段５０は、変調手段４１、４２、…、４Ｎからそれぞれ出力された変調増幅信号を合成し、タカン送信出力信号として出力する。放射手段６０は、合成手段５０から出力されたタカン送信出力信号を外部空間へ放射する。さらに、放射手段６０は、タカン機上装置から出力された質問パルスを受信し、タカン地上装置１０の図示しない受信手段へ出力する。
【００２１】
ここで、背景技術に記載したＣ級の電力増幅器を適用した地上タカン装置９００の場合、Ｃ級の電力増幅器の入出力特性の非線形性のために各系統を個別に制御するには限界があり、タカン送信出力信号が最適波形となるようにＮ系統をトータル的に制御していた。これに対して、線形性の高いＡＢ級電力増幅方式を適用する場合、系統ごとに高精度に波形制御された変調増幅信号を得ることができ、合成手段５０においてそれらを合成することにより、航空法で規定された波形を満足するタカン送信出力信号を容易に生成することができる。
【００２２】
次に、変調手段４１、４２、…、４Ｎについて詳細に説明する。本実施形態に係る任意の変調手段４ｋ（ｋは２以上Ｎ以下の整数）のブロック構成図を図２に示す。なお、その他の変調手段も同様に構成される。図２において、本実施形態に係る変調手段４ｋは、変調回路４ａ、増幅回路４ｂ、検波回路４ｃおよび制御回路４ｄを備える。
【００２３】
変調回路４ａは、分配手段３０から入力した基準信号を制御回路４ｄから入力した制御信号に基づいて変調し、変調信号を後段に配置されている増幅回路４ｂへ出力する。
【００２４】
増幅回路４ｂは、変調回路４ａから入力した変調信号の電力をＡＢ級電力増幅方式を用いて所定の電力値まで増幅し、変調増幅信号を合成手段５０へ出力する。
【００２５】
検波回路４ｃは、増幅回路４ｂから出力された変調増幅信号を検波し、検波結果を検波電圧として制御回路４ｄへ出力する。本実施形態において、検波回路４ｃは、変調増幅信号の波形を検波して検波電圧として出力する。
【００２６】
制御回路４ｄは、検波回路４ｃから入力した検波電圧に基づいて、変調増幅信号の波形をガウシアン波形に補償するための制御信号を生成し、変調回路４ａへ出力する。本実施形態において、制御回路４ｄは、増幅回路４ｂの入出力特性を保持し、検波回路４ｃから出力された検波電圧（変調増幅信号の波形）および保持している増幅回路４ｂの入出力特性から制御信号を生成する。
【００２７】
ここで、前述のように、Ｃ級の電力増幅器は入出力特性の非線形性により入力波形と出力波形とが大きく異なる。従って、Ｃ級の電力増幅器の非線形性の課題から出力の波形そのもの（出力パルス立ち上がり波形、パルス立下り波形）を制御することが困難であるため、背景技術に記載したＣ級の電力増幅器を適用した地上タカン装置９００等では、一般的に、制御回路９７０において変調増幅信号のパルス幅やパルスピーク電力レベルに基づいて、波形補償用の制御信号を生成している（以下、間接制御と記載する。）。この場合、波形制御の精度を高めることが困難であると共に、周波数等の各種条件の変更時には波形制御条件も再調整する必要がある。
【００２８】
これに対して、本実施形態においては、増幅回路４ｂとして線形性が高いＡＢ級の増幅回路を適用していることから、制御回路４ｄは、増幅回路４ｂから出力された変調増幅信号の波形そのものに基づいて、変調増幅信号の波形を補償するための制御信号を容易に且つ高精度に生成することができる（以下、直接制御と記載する）。直接制御によって生成された制御信号に基づいて基準信号を変調することにより、高精度に波形補償されたガウシアン波形の変調増幅信号が増幅回路４ｂから出力される。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係るタカン地上装置１０においては、変調手段４１、４２、…、４Ｎがそれぞれ、分配手段３０から入力した基準信号を線形性の高いＡＢ級電力増幅方式を用いて独立に変調および増幅することにより、系統ごとに高精度に制御された変調増幅信号が生成される。そして、合成手段５０においてそれらを合成することにより、本実施形態に係るタカン地上装置１０は、航空法で規定された波形を満足するタカン送信出力信号、すなわち、ガウシアン波形に変調されたタカン送信出力信号を、高精度且つ容易に生成して放射することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態に係るタカン地上装置１０は、増幅回路４ｂから出力された変調増幅信号の波形そのものを用いて波形補償を行う。波形そのものに基づいて直接的に波形補償を行う場合、周波数等の各種条件が変更された時でも安定的に波形補償を継続することができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るタカン地上装置のブロック構成図を図３に示す。図３において、本実施形態に係るタカン地上装置１００は、ＲＦ（Radio Frequency）発振器２００、分配器３００、３つの変調部４１０、４２０、４３０、３つの電力増幅器５１０、５２０、５３０、合成器６００、空中線７００、および、３つの制御部８１０、８２０、８３０を備える。
【００３２】
ＲＦ発振器２００は、タカン機上装置に向けて放射されるタカン送信出力信号の元になるＣＷのＲＦ信号を発振する。ここで、タカン送信出力信号は、タカン機上装置が自装置の方位を取得するために用いられる方位バーストパルス、ランダムスキッタパルス、タカン地上局を識別するための局識別信号パルス、タカン機上装置が自装置とタカン地上装置１００との距離を取得するために用いられる応答パルスを含む。
【００３３】
分配器３００は、ＲＦ発振器２００から出力されたＣＷのＲＦ信号を、タカン機上装置に向けて放射されるタカン送信出力信号の送信電力に応じた系統数分に分配し、変調部４１０、４２０、４３０へ出力する。ＣＷのＲＦ信号が入力される系統数を変えることによって、タカン送信出力信号の送信電力を制御することができる。なお、本実施形態では、変調部、電力増幅器および制御部を含む３つの系統をタカン地上装置１００に配置したが、系統数は３つに限定されない。
【００３４】
変調部４１０、４２０、４３０はそれぞれ、分配器３００から入力したＣＷのＲＦ信号を、対応する制御部８１０、８２０、８３０から入力した波形制御電圧に応じてガウシアン波形に変調し、ガウシアン波形のＲＦ信号を対応する電力増幅器５１０、５２０、５３０へそれぞれ出力する。
【００３５】
電力増幅器５１０、５２０、５３０はＡＢ級の電力増幅器であり、対応する変調部４１０、４２０、４３０から入力したガウシアン波形に変調されたＲＦ信号の電力を所定の送信電力まで増幅し、ＲＦ増幅信号として出力する。本実施形態において、電力増幅器５１０、５２０、５３０は、入力したガウシアン波形のＲＦ信号の電力をＬＤＭＯＳ（Lateral double Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）型ＡＢ級ハイパワートランジスタを用いて増幅する。線形性が高いＡＢ級ハイパワートランジスタを用いることにより、ＲＦ信号はガウシアン波形を維持したまま所定の送信電力まで増幅される。
【００３６】
合成器６００は、電力増幅器５１０、５２０、５３０から出力されたガウシアン波形のＲＦ増幅信号を合成し、タカン送信出力信号として空中線７００へ出力する。各系統の電力増幅器から出力されるＲＦ増幅信号はそれぞれガウシアン波形を維持しているため、それらを合成したタカン送信出力信号もガウシアン波形となり、航空法の規定を満足する。
【００３７】
空中線７００は、合成器６００から入力したタカン送信出力信号を、タカン機上装置に向けて放射する。また、空中線７００は、タカン機上装置から出力された質問パルスを受信し、タカン地上装置１００の図示しない受信手段へ出力する。
【００３８】
制御部８１０、８２０、８３０はそれぞれ、図３に示すように、検波回路８１１、８２１、８３１および演算回路８１２、８２２、８３２を備え、電力増幅器５１０、５２０、５３０から出力されたＲＦ増幅信号に基づいて、ＲＦ増幅信号を高精度にガウシアン波形に補償するための波形制御電圧を演算し、変調部４１０、４２０、４３０をフィードバック制御する。以下、タカン送信出力信号がガウシアン波形となるように補償するシステムをフィードバック波形制御システムと記載する。
【００３９】
検波回路８１１、８２１、８３１は、対応する電力増幅器５１０、５２０、５３０から出力されたＲＦ増幅信号を検波し、検波結果を検波電圧として演算回路８１２、８２２、８３２へ出力する。本実施形態において、検波回路８１１、８２１、８３１は、ＲＦ増幅信号の波形そのものを検波し、ＲＦ増幅信号の波形に対応する検波電圧を生成する。
【００４０】
演算回路８１２、８２２、８３２は、検波回路８１１、８２１、８３１から入力した検波電圧に基づいて、ＲＦ増幅信号がガウシアン波形となるための電圧を演算し、波形制御電圧として変調部４１０、４２０、４３０へ出力する。本実施形態において、演算回路８１２、８２２、８３２は、対応する電力増幅器５１０、５２０、５３０の入出力特性をそれぞれ保持し、検波回路が検波した波形と保持している電力増幅器の入出力特性とに基づいて波形制御電圧を演算する。ここで、演算回路が請求項の制御回路に相当する。
【００４１】
以上のように構成されたタカン地上装置１００は、次のように動作する。すなわち、本実施形態に係るタカン地上装置１００は、ＲＦ発振器２００において発振したＣＷのＲＦ信号を、分配器３００において必要な系統数に分配して変調部４１０、４２０、４３０へ出力する。変調部４１０、４２０、４３０は、フィードバック波形制御システムにおいて生成された波形制御電圧を用いて、ＣＷのＲＦ信号をガウシアン波形となるように変調して出力する。ガウシアン波形に変調されたＲＦ信号は電力増幅器５１０、５２０、５３０において線形に電力増幅された後、合成器６００において合成され、タカン送信出力信号として空中線７００からタカン機上装置に向けて放射される。
【００４２】
以上のように、本実施形態に係るタカン地上装置１００は、ＡＢ級の電力増幅器５１０、５２０、５３０を適用すると共に、電力増幅器５１０、５２０、５３０から出力されたＲＦ増幅信号の検波結果に基づいてそれぞれ変調部４１０、４２０、４３０をフィードバック制御することにより、高精度にガウシアン波形に変調されたタカン送信出力信号を安定的に放射することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係るタカン地上装置１００において、ＡＢ級の電力増幅器５１０、５２０、５３０の線形性が高いことから、制御部８１０、８２０、８３０は電力増幅器５１０、５２０、５３０から出力されたＲＦ増幅信号の波形そのものを用いて波形補償を行う。波形そのものを用いて直接的に波形補償を行う場合、背景技術に記載したＣ級の電力増幅器を適用した地上タカン装置９００においてパルス幅やパルスピーク電力レベルに基づいて間接的に波形補償を行う場合と比較して、タカン送信出力信号の波形を高精度に補償することができる。さらに、本実施形態に係る地上タカン装置１００は、波形そのものに基づいて波形補償することから、周波数を変更した時でもフィードバック波形制御システムの再調整を行う必要がない。
【００４４】
また、タカン機上装置ではタカン地上装置から放射された方位バーストパルスに基づいて自身の方位を算出するため、方位バーストパルス出力時のタカン送信出力信号の送信電力が安定していない場合は方位誤差が大きくなる。背景技術に記載したように、Ｃ級の電力増幅器ではトランジスタの熱変動により送信電力が変動しやすいため、集中的に出力される方位バーストパルスの出力時には、Ｃ級の電力増幅器が急激に温度上昇してタカン送信出力信号の送信電力が不安定になる。これに対してＡＢ級の電力増幅器では、トランジスタが急激に温度上昇した場合でも、送信出力信号の送信電力を一定に維持することができる。従って、本実施形態に係るタカン地上装置１００は、方位バーストパルス出力時もタカン送信出力信号の送信電力を一定に維持することができ、タカン機上装置において方位誤差が発生することを低減することができる。
【００４５】
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１０    タカン地上装置
２０    発振手段
３０    分配手段
４１、４２、…、４Ｎ  変調手段
４ｋ    変調手段
４ａ    変調回路
４ｂ    増幅回路
４ｃ    検波回路
４ｄ    制御回路
５０    合成手段
６０    放射手段
１００    タカン地上装置
２００    ＲＦ発振器
３００    分配器
４１０、４２０、４３０    変調部
５１０、５２０、５３０    電力増幅器
６００    合成器
７００    空中線
８１０、８２０、８３０    制御部
８１１、８２１、８３１    検波回路
８１２、８２２、８３２    演算回路
９００    タカン地上装置
９１０    ＲＦ発振器
９２０    変調部
９３０    分配器
９４１、９４２、９４３    電力増幅器
９５０    合成器
９６０    空中線
９７０    制御回路
【図１】
2014137336.tif 000003
【図２】
2014137336.tif 000004
【図３】
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【図４】
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