(57)【要約】【課題】従来よりも安定したリミッティング特性が得られるダイオードリミッタを提供する。【解決手段】キャビティ１０は、中心軸に垂直な平面における断面形状を中心軸方向に沿って変化させた空洞部を有することを特徴とする。具体的には、キャビティ１０は、ステップ状に径が変化する２段の円筒形状となっている。断面形状（同軸外径）は、等価回路上の伝送線路と見たときのインピーダンスに相当するため、断面形状を変化させると、この伝送線路のインピーダンスが変化し、共振回路としてのインピーダンスを自在に調整することができる。特に、本発明のように、同軸外径が異なる箇所を設けると、伝送線路が複数であるとみなされ、従来よりも共振回路としてのインピーダンス調整範囲を広げることができる。よって、従来よりもダイオードの特性ばらつきに対する耐性が大きくなり、安定したリミッティング特性を得ることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力導波管に接続され電磁波が導入される電磁波導入部と、
出力導波管に接続され前記電磁波が導出される電磁波導出部と、
前記電磁波導入部と前記電磁波導出部の間に配置された第１の空洞部と、前記電磁波導入部から導入された電磁波の進行方向に対して垂直方向に配置され前記第１の空洞部と空間的に接続された第２の空洞部とを有する共振器と、
前記第１の空洞部と前記第２の空洞部に配置された中心導体と、
前記中心導体に接続して配置されたダイオードと、
を備えたダイオードリミッタであって、
前記第２の空洞部の前記中心導体に垂直な断面の断面積が、前記第１の空洞部の前記中心導体に垂直な断面の断面積と異なることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項２】
請求項１記載のダイオードリミッタにおいて、
前記第１の空洞部および前記第２の空洞部は、中心軸を共通にする円筒形状であって、
前記中心導体は、前記中心軸上に配置されていることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項３】
請求項２記載のダイオードリミッタにおいて、
前記第２の空洞部の内径が前記第１の空洞部の内径よりも小さいことを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記第２の空洞部は、前記垂直方向に断面積がステップ状に変化することを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記第２の空洞部は、垂直方向に断面積が徐々に変化することを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のダイオードリミッタにおいて、
前記電磁波導入部は、前記入力導波管と前記第１の空洞部とを空間的に接続する入力結合窓を有し、
前記入力結合窓の断面積を調整する入力結合窓調整部を備えている
ことを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項７】
請求項６記載のダイオードリミッタにおいて、
前記入力結合窓は、前記電磁波の導入方向に対して垂直な面の形状が矩形であって、前記中心導体に対して平行な辺が前記中心導体に垂直な方向の辺よりも短いことを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記電磁波導入部は、前記入力結合窓の内壁に向かって突出し、該突出長の調整可能な導入部調整ネジを有していることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項９】
前記導入部調整ネジの突出長が前記中心導体に平行な方向に調整可能なことを特徴とする請求項８記載のダイオードリミッタ。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のダイオードリミッタにおいて、
前記電磁波導出部は、前記出力導波管と前記第１の空洞部とを空間的に接続する出力結合窓を有し、
前記出力結合窓の断面積を調整する出力結合窓調整部を備えていることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記電磁波導出部は、前記出力結合窓の内壁に向かって突出し、該突出長の調整可能な導出部調整ネジを有していることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項１２】
前記導出部調整ネジの突出長が前記中心導体に平行な方向に調整可能なことを特徴とする請求項１１記載のダイオードリミッタ。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれかに記載のダイオードリミッタにおいて、
前記第２の空洞部は、前記第１の空洞部に対して反対側にある底面の前記第１の空洞部に対する距離を調整する底面位置調整部を備えていることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項１４】
請求項１３記載のダイオードリミッタにおいて、
前記ダイオードは、前記第１の空洞部の内部に配置されていることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のダイオードリミッタを複数備え、
前記ダイオードリミッタが互いに前記進行方向に空間的に接続されて配置されていることを特徴とするダイオードリミッタ装置。
【請求項１６】
請求項１５記載のダイオードリミッタ装置であって、
前記ダイオードリミッタが、互いに前記電磁波導入部と前記電磁波導出部を介して空間的に接続されていることを特徴とするダイオードリミッタ装置。
【請求項１７】
電磁波を発生するマグネトロンと、
前記マグネトロンが発生した電磁波を発射し、エコー信号を受信するアンテナと、
受信したエコー信号を信号処理する信号処理部とを備えたレーダ装置であって、
前記信号処理部と前記アンテナとの間に、
請求項１乃至請求項１４のいずれかに記載のダイオードリミッタ、または請求項１５もしくは請求項１６に記載のダイオードリミッタ装置が配置されていることを備えたレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高周波信号の最大電力を制限するダイオードリミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１に示すように、レーダ装置は、マグネトロン１から出力された高周波信号をサーキュレータ２を介してアンテナ３に導き、外部に発射する。外部からのエコー信号は、アンテナ３で受信され、サーキュレータ２およびリミッタ４を介して受信したエコー信号を信号処理する受信モジュール５に導かれる。リミッタ４は、受信モジュール５に大電力の高周波信号が入力されるのを防止するために設けられている。
【０００３】
従来、リミッタとしては、特許文献１、２に示すようなダイオードリミッタが用いられている。特許文献１，２に示すダイオードリミッタは、大電力の高周波信号が入力されたとき、ダイオードがオンして結合特性が変化し、入力電力を反射するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−２０６００１号公報
【特許文献２】特開２００８−３０６３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ダイオードは、耐電圧等の特性のばらつきが大きいため、ダイオードリミッタとして安定したリミッティング特性を実現することが難しい。特に、特許文献１，２に示すような半同軸共振回路を用いた場合、構造的に共振回路の特性を調整するための設計パラメータが少なく、所望のリミッティング特性が得られない場合があった。
【０００６】
そこで、この発明は、従来よりも安定したリミッティング特性が得られるダイオードリミッタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のダイオードリミッタは、電磁波導入部、電磁波導出部、共振器、中心導体、およびダイオードを備えている。電磁波導入部は、入力導波管に接続され電磁波が導入される。電磁波導出部は、出力導波管に接続され前記電磁波が導出される。共振器は、電磁波導入部と電磁波導出部の間に配置された第１の空洞部と、電磁波導入部から導入された電磁波の進行方向に対して垂直方向に配置され、第１の空洞部と空間的に接続された第２の空洞部とを有する。中心導体は、第１の空洞部と第２の空洞部に配置され、ダイオードが接続されている。本発明のダイオードリミッタは、第２の空洞部の中心導体に垂直な断面の断面積は、第１の空洞部の中心導体に垂直な断面の断面積と異なることを特徴とする。
【０００８】
例えば第１の空洞部および第２の空洞部の断面形状が円形である場合、断面形状（同軸外径）は、等価回路上の伝送線路と見たときのインピーダンスに相当するため、断面形状を変化させると、この伝送線路のインピーダンスが変化し、共振回路としてのインピーダンスを自在に調整することができる。特に、従来の様に断面形状が一様である場合、等価回路上の伝送線路が１つであるとみなされるため、この断面形状を変化させても共振回路としてのインピーダンスは大きく変化しないが、本発明のように、断面形状が異なる箇所を設けると、伝送線路が複数であるとみなされ、従来よりも共振回路としてのインピーダンス調整範囲を広げることができる。よって、従来よりもダイオードの特性ばらつきに対する耐性が大きくなり、安定したリミッティング特性を得ることができる。
【０００９】
また、複数のダイオードリミッタを互いに電磁波進行方向に空間的に接続して配置してもよい。この場合、それぞれのダイオードリミッタは、互いの入力結合窓と出力結合窓を介して接続される。複数のダイオードリミッタの結合特性を調整するには、これら入力結合窓、または出力結合窓の断面積を調整すればよい。断面積を変更するためには、例えば結合窓の内側に向かってネジを突出させ、このネジの突出長を変更することで実現できる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、従来よりも安定したリミッティング特性が得られるダイオードリミッタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係るダイオードリミッタの構造を示す透過斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係るダイオードリミッタの構造を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）は、従来の共振回路、および本発明の共振回路の等価回路図であり、図４（Ｂ）は、伝送線路のインピーダンスを変化させたときの共振回路のインピーダンス変化を示した図である。
【図５】図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、ロットの異なるＰＩＮダイオードにおける漏れ電力を比較した図であり、図５（Ｃ）は、同軸外径が異なる場合の漏れ電力を示した図である。
【図６】従来の共振回路のインピーダンスと、本発明の共振回路のインピーダンスをスミスチャート上に示した図である。
【図７】第２の実施形態に係るダイオードリミッタの構造を示す透過斜視図である。
【図８】第２の実施形態に係るダイオードリミッタの構造を示す断面図である。
【図９】変形例に係るダイオードリミッタの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
《第１の実施形態》
図２は、第１の実施形態に係るダイオードリミッタの透過斜視図である。また、図３（Ａ）は、第１の実施形態に係るダイオードリミッタの中央部の縦断面図であり、同図（Ｂ）および同図（Ｃ）は、中央部の横断面図（Ａ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図）である。本実施形態においては、電波進行方向をＺ方向とし、電波進行方向に向かって右側をＸ方向、向かって上側をＹ方向とする。
【００１３】
図２に示すダイオードリミッタ７は、図１に示したリミッタ４と同様に、サーキュレータと受信モジュールとの間に配置される。ダイオードリミッタ７は、直方体形状の導体部１３からなり、導体部１３には、入力側の導波管に接続される電磁波導入部である共振窓（入力結合窓）１１と、出力側の導波管に接続される電磁波導出部である共振窓（出力結合窓）１２が設けられている。
【００１４】
共振窓１１および共振窓１２は、導体部１３の側面を矩形状に開口した形状（後述の中心導体に対して平行な辺が中心導体に垂直な方向の辺よりも短い形状）となっているが、開口形状はこの例に限るものではない。共振窓１１および共振窓１２には、導体部１３内に設けられた円筒形状の空洞部からなるキャビティ（共振器）１０が接続されている。共振窓１１および共振窓１２には、それぞれ共振窓の内側に向かって（Ｙ方向に）突出する導入部調整ネジ１８および導出部調整ネジ１９が設けられている。これら導入部調整ネジ１８、導出部調整ネジ１９の突出長を変化させると共振窓１１、共振窓１２の周波数特性を変化させることができ、それぞれ入出力側の導波管との整合を取ることができる（入力結合窓調整部、出力結合窓調整部として機能する）。なお、突出方向は、図２および図３に示す方向に限るものではない。また、ネジは片側のみならず両側から突出する態様であってもよい。
【００１５】
キャビティ１０には、導体部１３の下側内壁１３ＡからＹ方向に突出するポスト（中心導体）１５が設けられている。ポスト１５の上端部にはＰＩＮダイオード１６が接合され、ＰＩＮダイオード１６の上端が導体部１３の上側内壁と接続されている。このように、ダイオードリミッタ７は、同軸に配置されたキャビティ１０とポスト１５およびＰＩＮダイオード１６とにより半同軸共振回路を構成し、導体部１３の内部が共振窓１１から共振窓１２まで電波を導波する導波部として機能する。なお、ＰＩＮダイオードは、ポスト１５の下端部とキャビティ１０の下側内壁１３Ａとの間に接続される態様であってもよい。
【００１６】
共振窓１１を介してキャビティ１０内に高電力のパルスが入力されると、ポスト１５と導体部１３との間に電圧が印加されてＰＩＮダイオード１６がオンする。ＰＩＮダイオード１６がオンして電流が流れると、上記共振回路の特性が大きく変わるため、入力側とのミスマッチが生じて入力電力を反射する。これにより、ダイオードリミッタ７は、高周波信号の最大電力を制限するものである。
【００１７】
キャビティ１０は、ステップ状に径が変化する２段の円筒形状となっている。すなわち、円筒形状の空洞部をＹ方向に２段設けた形状となっている。上側の空洞部の同軸外径はφ１であり、下側の空洞部の同軸外径はφ２である。キャビティ１０の垂直方向の長さＬは、共振回路としての共振長に対応し、例えば、周波数が９．４ＧＨｚでは、約１６ｍｍとなる。長さＬは、下側内壁１３ＡのＹ方向への高さを変化させることで調整できるようになっている。下側内壁１３Ａは、導体部１３およびポスト１５とネジで噛み合っており、この下側内壁１３Ａを回転させることで底面位置調整部として機能する。
【００１８】
同軸外径φ１、φ２は、図４（Ｂ）の等価回路図に示すように、共振回路中の伝送線路と見た場合の各インピーダンスＺ１，Ｚ２に相当する。同軸外径φ１，φ２を変化させることによって、伝送線路のインピーダンスＺ１，Ｚ２が変化し、共振回路としてのインピーダンスを調整することができる。
【００１９】
一般に、ＰＩＮダイオードは、耐電圧等の特性のばらつきが大きく、ロット毎に出力側への漏れ電力が変化する。例えば、図５（Ａ）に示すように、あるダイオードＡでは、耐電圧が規格値に近く、ある程度の入力電力で漏れ電力が低下し（例えば入力電力２０ｄＢｍで見て７ｄＢｍ程度の漏れ電力となり）、リミッタとして機能しているが、同図（Ｂ）に示すように、他のダイオードＢでは、耐電圧が規格値よりも高く、高い入力電力でもほぼリニアな出力がなされてしまう（例えば入力電力が３０ｄＢｍでも３０ｄＢｍに近い漏れ電力となっている）。
【００２０】
しかし、本実施形態のダイオードリミッタ７では、同軸外径φ１、φ２を調整することによりインピーダンスＺ１，Ｚ２を調整することができ、図５（Ｃ）に示すように、漏れ電力を制御することができる。図５（Ｃ）の例では、同軸外径φ１を１９，２０，２１ｍｍにそれぞれ変化させたときの漏れ電力の変化を示している。例えば、入力電力３０ｄＢにおいて、同軸外径φ１を１ｍｍ変化させると４ｄＢｍ程度漏れ電力が変化する。よって、ダイオードの特性がばらつく場合であっても、安定したリミッティング特性が得られる。
【００２１】
特に、従来のダイオードリミッタの様に同軸外径が一様である場合、図４（Ａ）に示すように、等価回路上の伝送線路が１つであるとみなされるため、図４（Ｃ）に示すように、同軸外径を変化させてインピーダンスＺ１を変化させても、共振回路中の入力インピーダンスＺｉｎは大きく変化しないが、本発明のように、ステップ状に同軸外径を変化させると、同図（Ｂ）に示すように等価回路上の伝送線路が複数であるとみなされるため、同図（Ｃ）に示すように従来よりも入力インピーダンスＺｉｎの調整範囲を広げることができる。
【００２２】
このようなインピーダンスの変化の差について、図６のスミスチャートを参照して説明する。従来の様に同軸外径が一様である共振回路の場合、同軸外径を変更して伝送線路のインピーダンスＺ１を変更したとしても、スミスチャート上で見てインピーダンスを大きく振ることができず、共振回路としてのインピーダンスは大きく変化しない（同図左欄、黒点を参照）。これに対し、本発明の共振回路では、インピーダンスの変更要素として、伝送線路が複数に増えるため、複数の伝送線路のうちいずれかのインピーダンス（同図の例では、インピーダンスＺ２）を変更するだけでも、スミスチャート上で見てインピーダンスを大きく振ることができ、共振回路としてのインピーダンスを大きく変化させることができる（入出力側との整合は、上記導入部調整ネジ１８、導出部調整ネジ１９で調整可能である）。
【００２３】
したがって、本発明の共振回路であれば、伝送線路のインピーダンスＺ１，Ｚ２をそれぞれ低く抑え、ダイオードがオンしたときに電流が流れやすくしつつも、所望の電力でオンするように共振回路としてのインピーダンスを調整することができる。よって、従来よりもダイオードの特性ばらつきに対する耐性が大きくなり、安定したリミッティング特性を得ることができる。
【００２４】
《第２の実施形態》
図７は、第２の実施形態に係るダイオードリミッタの透過斜視図である。図８（Ａ）は、第２の実施形態に係るダイオードリミッタの中央部の縦断面図であり、同図（Ｂ）は、中央部の横断面図（Ａ−Ａ断面図）である。第２の実施形態においても、電波進行方向をＺ方向とし、電波進行方向に向かって右側をＸ方向、上側をＹ方向とする。なお、第１の実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２５】
ダイオードリミッタ８は、ダイオードリミッタ７と同様に、サーキュレータと受信モジュールとの間に配置される。ダイオードリミッタ８は、直方体形状の導体部５３からなる。ダイオードリミッタ８の入力側の共振窓１１には、導体部５３内に設けられた円筒形状の空洞部からなるキャビティ５０Ａが接続される。また、出力側の共振窓１２には、導体部５３内に設けられた円筒形状の空洞部からなるキャビティ５０Ｂが接続される。キャビティ５０Ａとキャビティ５０Ｂは、導体部５３の中心付近で接続されており、接続される箇所である結合窓５７の断面（縦断面）は、矩形状になっている。すなわち、第１の実施形態に示したダイオードリミッタを複数空間的に接続させた形状となっており、それぞれのダイオードリミッタの入力結合窓と、出力結合窓を介して接続された形状となっている。この結合窓５７には、内側に向かって（Ｙ方向に）突出するネジ５７が設けられている。ネジ５７の突出長を変化させると結合窓５７の断面積を変化させることができ、２つのキャビティ５０Ａと５０Ｂの結合特性を調整することができる。
【００２６】
キャビティ５０Ａは、導体部５３の下側内壁５３ＡからＹ方向に突出するポスト５５Ａが設けられている。ポスト５５Ａの上端部にはＰＩＮダイオード５６Ａが接合され、ＰＩＮダイオード５６Ａの上端が導体部５３の上側内壁と接続されている。同様に、キャビティ５０Ｂは、導体部５３の下側内壁５３ＢからＹ方向に突出するポスト５５Ｂが設けられている。ポスト５５Ｂの上端部にはＰＩＮダイオード５６Ｂが接合され、ＰＩＮダイオード５６Ｂの上端が導体部５３の上側内壁と接続されている。キャビティ５０Ａの垂直方向の長さＬＡおよびキャビティ５０Ｂの垂直方向の長さＬＢは、それぞれ共振回路としての共振長に対応し、各長さは、第１の実施形態と同様に、それぞれ下側内壁５３Ａまたは５３ＢのＹ方向への高さを変化させることで調整できるようになっている。
【００２７】
キャビティ５０Ａおよびキャビティ５０Ｂは、ステップ状に径が変化する２段の円筒形状となっている。キャビティ５０Ａの上側の空洞部の同軸外径はφ３であり、下側の空洞部の同軸外径はφ４である。キャビティ５０Ｂの上側の空洞部の同軸外径はφ５であり、下側の空洞部の同軸外径はφ６である。同軸外径φ３と同軸外径φ５は、異なる外径となっており、同軸外径φ４と同軸外径φ６も異なる外径となっている。
【００２８】
つまり、キャビティ５０Ａおよびキャビティ５０Ｂの構成は、それぞれ第１の実施形態で示したキャビティ１０と基本的に同様であるが、キャビティ５０Ａおよびキャビティ５０Ｂは、内径（同軸外径）を互いに異なったものとしている。これは、それぞれの共振回路に用いるＰＩＮダイオードの特性のばらつきを吸収するためのものである。つまり、各ＰＩＮダイオードの特性によって、同軸外径をそれぞれ異なるものとしている。
【００２９】
このように、キャビティの内径寸法の異なる２つの半同軸共振回路を直列に接続し、結合窓に結合特性調整用のネジを設けることによって、共振回路としての特性を調整するためのパラメータがさらに増え、リミッティング特性をより広範囲に調整することが可能となる。
【００３０】
《変形例》
図９は、変形例に係るダイオードリミッタの構造を示す断面図である。なお、第２の実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示すダイオードリミッタ９のキャビティ７０Ａおよびキャビティ７０Ｂは、第２の実施形態で示した円筒形状のキャビティ５０Ａおよびキャビティ５０Ｂに代えて、上側の空洞部の形状が直方体形状となっているものである。このように、キャビティの形状は、円筒に限るものではなく、種々の変形例が可能である。
【００３１】
なお、上述の例では、いずれもステップ状に同軸外径が変化する例を示したが、中心軸に沿って徐々に変化する態様であってもよい。また、ステップ状に変化する場合においても２段に限らず、さらに多段階に同軸外径を変化する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０…キャビティ
１１…共振窓
１２…共振窓
１３…導体部
１３Ａ…下側内壁
１５…ポスト
１６…ＰＩＮダイオード
１８…導入部調整ネジ
１９…導出部調整ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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