(57)【要約】【課題】最大探知距離の劣化を抑制することができる送受信モジュールを提供すること。【解決手段】アンテナ１１と、アンテナ１１にサーキュレータ１２を介して接続され、送信系電力増幅器１５により電力が増幅された送信波をアンテナ１１に供給する送信回路１３と、アンテナ１１にサーキュレータ１２を介して接続され、アンテナ１１において受信した受信波を分岐し、その一方に基づいて制御信号を生成する検波回路１６と、検波回路１６に接続され、制御信号が入力されることによって、受信波のうち、分岐された他方の電力を抑圧するスイッチ１７と、スイッチ１７に接続され、スイッチ１７から出力された受信波の他方の電力をさらに抑圧する小信号高周波ダイオードリミタ回路１８と、小信号高周波ダイオードリミタ回路１８に接続され、小信号高周波ダイオードリミタ回路１８によって電力が抑圧された受信波の他方の電力を増幅する受信系低雑音増幅器１９と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非測定物に対して送信波を送信し、前記非測定物等に反射された受信波を受信するアンテナと、
このアンテナにサーキュレータを介して接続され、第１の電力増幅器により電力が増幅された前記送信波を前記アンテナに供給する送信回路と、
前記アンテナに前記サーキュレータを介して接続され、前記アンテナにおいて受信した前記受信波を分岐し、その一方に基づいて制御信号を生成する検波回路と、
この検波回路に接続され、前記制御信号が入力されることによって、前記受信波のうち、分岐された他方の電力を抑圧する高周波スイッチと、
この高周波スイッチに接続され、前記高周波スイッチから出力された前記受信波の他方の電力をさらに抑圧する小信号高周波ダイオードリミタ回路と、
この小信号高周波ダイオードリミタ回路に接続され、前記小信号高周波ダイオードリミタ回路によって電力が抑圧された前記受信波の他方の電力を増幅する第２の電力増幅器と、
を具備することを特徴とする送受信モジュール。
【請求項２】
前記検波回路は、入力端子および少なくとも２つの出力端子を有し、前記サーキュレータに入力端子が接続されるとともに、前記高周波スイッチの入力端子に出力端子の一方が接続され、前記入力端子から入力された前記受信波を分岐するカプラと、
このカプラの前記出力端子の他方に接続され、この出力端子から出力された前記受信波を整流するダイオードと、
このダイオードに接続され、整流された前記受信波の電力を増幅させる第３の電力増幅器と、
この第３の電力増幅器に接続され、この増幅器から出力された前記受信波の電圧と、定電圧源の電圧との差に基づいて前記制御信号を生成し、この制御信号を前記スイッチの制御端子に出力する比較駆動器と、
を具備することを特徴とする請求項１に記載の送受信モジュール。
【請求項３】
前記高周波スイッチは、ＧａＮ系の材料により形成されたＨＥＭＴであることを特徴とする請求項１または２に記載の送受信モジュール。
【請求項４】
前記高周波スイッチは、ＰＩＮダイオードであることを特徴とする請求項１または２に記載の送受信モジュール。
【請求項５】
小信号高周波ダイオードリミタ回路は、小電力用のＰＩＮダイオードおよびＤＣリターン回路を有し、これらは、この回路の入力端子若しくは出力端子に、並列に接続されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の送受信モジュール。
【請求項６】
前記第２の電力増幅器は、低雑音増幅器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の送受信モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ等に使用される送受信モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ等に使用される送受信モジュールは、所望の高周波をアンテナから比測定物に送信し、比測定物によって反射された高周波をアンテナにより受信することにより、比測定物までの距離を計測するものである。
【０００３】
通常の送受信モジュールは、高周波の送受信端であるアンテナと、このアンテナにサーキュレータを介してそれぞれ接続された送信回路および受信回路と、により構成される。
【０００４】
ここで、特にレーダにおいては、より遠方に高周波を送信することができること、比測定物に反射された微弱な反射波を受信することができること、が求められる。このため、送信回路および受信回路には、それぞれ増幅器が設けられている。
【０００５】
しかし、特に受信回路においては、例えば、極めて近距離に存在する比測定物、障害物等によって反射された高周波を受信する場合がある。このとき、受信回路に設けられた増幅器には、破壊電力を超えた大きな電力の高周波が入力される。この結果、受信回路の増幅器が故障してしまう。
【０００６】
さらに、比測定物が極めて近距離に存在する場合には、アンテナパターン等の乱れが発生し、送受信モジュールの送信時負荷ＶＳＷＲが著しく劣化してしまう。その場合、送信波はアンテナで反射してサーキュレータを介して受信回路に入力される。これによっても、受信回路に設けられた増幅器には、破壊電力を超えた大きな電力の高周波信号が入力される。この結果、受信回路の増幅器が故障してしまう。
【０００７】
従って、従来の送受信モジュールにおいて、サーキュレータと受信回路の増幅器との間には、ダイオードを用いたリミタ回路が設けられている（特許文献１参照）。このリミタ回路は、この回路に入力された高周波の電力を所望の電力にまで抑圧させる回路である。すなわち、送受信モジュールは、大電力の高周波を受信した場合であっても、リミタ回路によって所望の電力にまで電力を抑圧させた後に、増幅器に入力されるため、上述の問題を解決することができる。
【０００８】
なお、特許文献１には、一段のリミタ回路が設けられているが、より大電力に対応するために、通常は、複数段のリミタ回路が設けられる。具体的には、例えば、初段に大電力の受信波に対応することができる大電力高周波ダイオードリミタ回路が設けられ、その後に、小電力高周波ダイオードリミタ回路が設けられている。
【０００９】
しかし、大電力高周波ダイオードリミタ回路には、大電力に対応可能なダイオードが用いられるが、このダイオードの高周波損失は大きいため、大電力高周波ダイオードリミタ回路の高周波損失が大きくなるという性能上の問題がある。従って、このような大電力高周波ダイオードリミタ回路を有する受信回路は、雑音指数が劣化する。これにより、小電力の高周波を受信することができなくなるため、最大探知距離が劣化するという問題がある。
【００１０】
尚、近距離の被測定物を測定する際には、運用上の工夫として送信波のパルス幅を小さくして大電力高周波ダイオードリミタ回路を削除する方法もあるが、比測定物からのパルス幅の大きい電波妨害には対処出来ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１５３６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、最大探知距離の劣化を抑制することができる送受信モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による送受信モジュールは、非測定物に対して送信波を送信し、前記非測定物等に反射された受信波を受信するアンテナと、このアンテナにサーキュレータを介して接続され、第１の電力増幅器により電力が増幅された前記送信波を前記アンテナに供給する送信回路と、前記アンテナに前記サーキュレータを介して接続され、前記アンテナにおいて受信した前記受信波を分岐し、その一方に基づいて制御信号を生成する検波回路と、この検波回路に接続され、前記制御信号が入力されることによって、前記受信波のうち、分岐された他方の電力を抑圧する高周波スイッチと、この高周波スイッチに接続され、前記高周波スイッチから出力された前記受信波の他方の電力をさらに抑圧する小信号高周波ダイオードリミタ回路と、この小信号高周波ダイオードリミタ回路に接続され、前記小信号高周波ダイオードリミタ回路によって電力が抑圧された前記受信波の他方の電力を増幅する第２の電力増幅器と、を具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の送受信モジュールによれば、高周波特性に優れたスイッチによって、高周波受信回路に入力された信号の電力を、この回路に使用される増幅器の破壊電力以下に抑圧させることができる。従って、受信回路の雑音指数を劣化させることなく、大電力信号に対応可能な受信回路を実現することができるため、最大探知距離の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る送受信モジュールの要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の点Ａおよび点Ｂにおける各受信波のピーク電力とパルス幅との関係を示す説明図である。
【図３】図１の点Ｂおよび点Ｃにおける各受信波のピーク電力とパルス幅との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本実施形態の送受信モジュールについて詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態の送受信モジュールの要部の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態の送受信モジュールにおいて、高周波の送受信端であるアンテナ１１には、サーキュレータ１２の第１のポート１２−１が接続されている。そして、サーキュレータ１２の第２のポート１２−２には送信回路１３、サーキュレータ１２の第３のポート１２−３には受信回路１４がそれぞれ接続されている。
【００１８】
サーキュレータ１２は、第２のポート１２−２に入力された高周波が第１のポート１２−１に出力され、第１のポート１２−１に入力された高周波が第３のポート１２−３に出力されるものである。これにより、送信回路１３から出力された送信波はアンテナ１１に送られ、アンテナ１１が受信した受信波は受信回路１４に送られる。
【００１９】
送信回路１３には送信系電力増幅器１５が設けられている。そして、この増幅器１５の入力端子が、サーキュレータ１２の第２のポート１２−２に接続されている。送信系電力増幅器１５の出力端子は図示されない送信波生成回路に接続されている。
【００２０】
受信回路１４は、検波回路１６、大電力高周波スイッチ１７、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８および受信系低雑音増幅器１９を有する。このうち、検波回路１６の入力端子はサーキュレータ１２の第３のポート１２−３に接続される。そして、検波回路１６の第１の出力端子は大電力高周波スイッチ１７の入力端子に接続され、検波回路１６の第２の出力端子は大電力高周波スイッチ１７の制御端子に接続される。
【００２１】
大電力高周波スイッチ１７は、高周波特性に優れたスイッチであって、例えばＧａＮ系の材料により構成されたＨＥＭＴである。この場合、検波回路１６の第１の出力端子はＨＥＭＴのソース端子に接続され、検波回路１６の第２の出力端子はＨＥＭＴのゲート端子に接続される。
【００２２】
大電力高周波スイッチ１６の出力端子（例えばＨＥＭＴのドレイン端子）は、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８の入力端子に接続される。この小電力高周波ダイオードリミタ回路１８は、ＰＩＮダイオード１８−１およびＤＣリターン回路１８−２からなり、これらの一端は、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８の入力端子と出力端子とに共通に接続されている。そして、ＰＩＮダイオード１８−１およびＤＣリターン回路１８−２の他端は、ともに接地されている。なお、ＤＣリターン回路１８−２は、例えばλ／４短絡線路によって構成される。
【００２３】
小電力高周波ダイオードリミタ回路１８の出力端子は、受信系低雑音増幅器１９の入力端子に接続されている。この受信系低雑音増幅器１９の出力端子は、図示されない受信用の信号処理回路に接続される。
【００２４】
ここで、上述の検波回路１６の構成について説明する。検波回路１６は、電力モニタ回路２０、検波系電力増幅器２１、比較駆動器２２からなる。さらに電力モニタ回路２０は、カプラ２３、整流用ダイオード２４および抵抗２５からなる。
【００２５】
検波回路１６の入力端子は、カプラ２３の入力端子２３−１によって構成される。このカプラ２３は、入力端子２３−１の他に、第１乃至第３の出力端子２３−２、２３−３、２３−４を有するものであり、例えば、互いに近接された第１、第２のマイクロストリップライン２６−１、２６−２からなる。このうち第１のマイクロストリップライン２６−１の一端はカプラ２３の入力端子２３−１となり、他端はカプラ２３の第１の出力端子２３−２となる。また、第２のマイクロストリップライン２６−２の一端はカプラ２３の第２の出力端子２３−３となり、他端はカプラ２３の第３の出力端子２３−４となる。
【００２６】
ここで、カプラ２３の第１の出力端子２３−２は、大電力高周波スイッチ１７の入力端子に接続されている。すなわち、上述した検波回路１６の第１の出力端子は、カプラ２３の第１の出力端子２３−２よって構成される。また、カプラの第２の出力端子２３−３は、整流用ダイオード２４を介して検波系電力増幅器２１の入力端子に接続されており、カプラの第３の出力端子２３−４は、抵抗２５を介して接地されている。
【００２７】
検波系電力増幅器２１は、第１の差動増幅器２７、第１の増幅器用抵抗２８、第２の増幅器用抵抗２９および、第３の増幅器用抵抗３０を有する。このうち、第１の差動増幅器２７の非反転入力端子には、上述のカプラ２３の第２の出力端子２３−３と、一端が接地された第１の増幅器用抵抗２８の他端とが、共通に接続されている。また、第１の差動増幅器２７の反転入力端子は、第２の増幅器用抵抗２９を介して接地されている。さらに、第１の差動増幅器２７の出力端子と反転入力端子との間には、第３の増幅器用抵抗３０が接続されており、これによって負帰還回路が形成されている。
【００２８】
第１の差動増幅器２７の出力端子は、比較駆動器２２の入力端子に接続されている。この比較駆動器２２は、第２の差動増幅器３１および定電圧源３２によって構成されている。このうち、第２の差動増幅器３１の非反転入力端子には、上述の第１の差動増幅器２７の出力端子が接続されており、第２の差動増幅器２７の反転入力端子には、定電圧源３２が接続されている。また、第２の差動増幅器２７の出力端子は、上述の大電力高周波スイッチ１７の制御端子に接続されている。すなわち、第２の差動増幅器３１の出力端子は、上述の検波回路１６の第２の出力端子となっている。
【００２９】
このように構成された送受信モジュールにおいて、受信回路１４は、以下のように動作する。まず、アンテナ１１で受信した受信波は、検波回路２０を介して、その大部分を大電力高周波スイッチ１７に入力される。ここで、検波回路２０は、入力された受信波の一部を取り出し、これに基づいて大電力高周波スイッチ１７を制御する制御信号を生成する。大電力高周波スイッチ１７に入力された受信波は、スイッチ１７に制御信号が入力されることにより、その電力の一部が抑圧される。さらに、電力が抑圧された受信波は、大電力高周波スイッチ１７の後段の小電力高周波ダイオードリミタ回路１８により、受信系低雑音増幅器１９の破壊電力以下の電力に抑圧されて、受信系低雑音増幅器１９に入力される。
【００３０】
このように、受信回路１４は、高周波特性に優れた大電力高周波スイッチ１７によって、大電力の受信波の電力抑圧が可能な回路である。
【００３１】
以下、上述の受信回路１４の動作について、詳細に説明する。なお、説明においては、図１の他に、適宜図２、図３を参照して説明する。
【００３２】
図２は、図１の点Ａおよび点Ｂにおける各受信波のピーク電力とパルス幅との関係を示しており、横軸に時間幅、縦軸にピーク電力レベルを示している。また、図３は、図１の点Ｂおよび点Ｃにおける各受信波のピーク電力とパルス幅との関係を示しており、横軸に時間幅、縦軸にピーク電力レベルを示している。
【００３３】
まず、検波回路１６に入力された受信波は、カプラ２３によって分岐される。分岐された一方の受信波は、大電力高周波スイッチ１７の入力端子に入力される。また、分岐された他方の受信波（以下、検波信号と称す）は、カプラ２３の第２の出力端子２３−３に接続された整流用ダイオード２４によって整流されて直流に変換された後に、検波系電力増幅器２１に入力される。ここで、大電力高周波スイッチ１７に入力される一方の受信波は、図１の点Ａにおいて、図２のＡに示すような電力レベルＷＡと時間幅とを有する信号である。なお、検波信号の電力は、大電力高周波スイッチ１７の入力端子に入力される受信波の電力のおよそ１／１０乃至１／１００程度である。
【００３４】
ここで、カプラ２３による受信波の分岐は、以下のように分岐される。すなわち、第１のマイクロストリップライン２６−１に受信波が入力されると、これに近接された第２のマイクロストリップライン２６−２に誘導電流を発生させる。この誘導電流が検波信号としてカプラ２３の第２の出力端子２３−３から出力される。
【００３５】
整流用ダイオード２４によって直流に変換された検波信号（以下、ＤＣ検波信号と称す）は、検波系電力増幅器２１を構成する第１の差動増幅器２７の非反転入力端子に入力され、電力増幅される。増幅されたＤＣ検波信号は、この増幅器の出力端子に接続された比較駆動器２２に入力される。
【００３６】
増幅されたＤＣ検波信号は、比較駆動器２２を構成する第２の差動増幅器３１の非反転入力端子に入力される。ここで、第２の差動増幅器３１の反転入力回路には、定電圧源３２により所望の電圧が印加されている。この電圧は、大電力高周波スイッチ１７に入力される受信波の電力が、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８が有するＰＩＮダイオード１８−１の破壊電力以上であった場合に、大電力高周波スイッチ１７が動作するように定められた電圧である。これにより、増幅されたＤＣ検波信号の電力がＰＩＮダイオード１８−１の破壊電力以上であった場合には、増幅されたＤＣ検波信号の電圧と、定電圧源の電圧との差に応じた電圧を有する制御信号が、第２の差動増幅器３１から出力され、大電力高周波スイッチ１７の制御端子に入力される。
【００３７】
制御信号が、大電力高周波スイッチ１７の制御端子に入力されることにより、大電力高周波スイッチ１７の入力端子に入力された受信波は、図２のＢに示すように電力が抑圧される。従って、図１の点Ｂにおいて、受信波は、図２のＢのような電力を有する。
【００３８】
ここで、図２のＢに示される受信波は、はじめのΔｔの時間だけは電力が抑圧されず、これ以降のピーク電力はＷＢ（＜ＷＡ）まで抑制された受信波である。このように、はじめのΔｔの時間だけは電力が抑圧されないのは、以下の理由による。
【００３９】
このΔｔは、大電力高周波スイッチ１７の入力端子に受信波が入力された時間と、スイッチ１７の制御端子に制御信号が入力され、スイッチ１７が所望の動作を行うまでの時間との差を示し、例えば１〜２μｓ程度である。すなわち、スイッチ１７の入力端子に受信波が入力された段階では、まだ制御信号が制御端子に入力されていない、若しくは入力されていても、スイッチ１７の動作速度が遅いため、受信波の電力は抑圧されない。しかし、この後に、Δｔの時間だけ遅れて、制御信号が制御端子に入力され、スイッチ１７が制御されると、これ以降の電力は抑圧される。従って、図１の点Ｂにおいて、受信波は、図２のＢのような電力を有する信号となる。
【００４０】
なお、この時間Δｔは、理想的には０であることが好ましい。この理想的な時間を実現するためには、受信波が検波回路１６から大電力高周波スイッチ１７に伝達されるまでの間に、検波信号は、検波系電力増幅器２１および比較駆動器２２を介してスイッチ１７制御端子に入力され、さらにスイッチ１７が開いた状態になっている必要がある。
【００４１】
大電力高周波スイッチ１７を介して電力が抑圧された受信波は、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８に入力されると、図３のＣに示すように、この回路１８が有するＰＩＮダイオード１８−１によって規定される電力値Ｗｃにまでピーク電力が抑圧される。従って、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８から出力される受信信号は、図１の点Ｃにおいて、図３のＣに示される電力Ｗｃを有する受信波となる。ここで、電力Ｗｃは、受信系低雑音増幅器１９の破壊電力ＷＤ以下の電力である。
【００４２】
小電力高周波ダイオードリミタ回路１８は、以下のように動作することによりピーク電力を抑圧させる。小電力高周波ダイオードリミタ回路１８に入力された受信波は、はじめに、λ／４波長短絡線路からなるＤＣリターン回路１８−２に入力される。すると、ＰＩＮダイオード１８−１間には、入力された受信波に応じた直流の電圧が発生する。これにより、ＤＣリターン回路１８−２は、交流信号に対しては開放、直流信号に対しては短絡に見える回路となり、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８に入力される受信波を反射させる。これにより、小電力高周波ダイオードリミタ回路１８からは、受信系低雑音増幅器１９の破壊電力ＷＤ以下の電力レベルの受信信号が出力される。
【００４３】
なお、ＰＩＮダイオード１８−１の破壊電力がＷＡ以下であっても、このピーク電力が入力される時間Δｔは非常に短いため、ＰＩＮダイオード１８−１が破壊されることはない。
【００４４】
このように小電力高周波ダイオードリミタ回路１８によって、受信系低雑音増幅器１９の破壊電力ＷＤ以下の電力になるように受信波の電力が抑圧されると、受信系低雑音増幅器１９によって電力が増幅され、図示しない受信用の信号処理回路（図示せず）に入力される。
【００４５】
このように、本実施形態の送受信モジュールによれば、大電力高周波ダイオードリミタ回路を用いずに、高周波特性に優れた大電力高周波スイッチ１７を用いて、受信回路１４に入力された受信波の電力を、この回路に使用される受信系低雑音増幅器１９の破壊電力ＷＤ以下に抑圧させることができる。従って、受信回路１４の雑音指数を劣化させることなく、大電力に対応可能な受信回路１４を実現することができる。これにより、最大探知距離の劣化を抑制することができる。
【００４６】
以上に本実施形態の送受信モジュールについて説明した。しかし、本発明の送受信モジュールは、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、電力モニタ回路２０が内のカプラ２３は、一般に、入力された受信波を所望の分岐比で分岐できる構成であればよく、上述の構成に限定されるものではない。
【００４７】
また、大電力高周波スイッチ１７は、ＧａＮ系の材料を用いたＨＥＭＴ以外であってもよく、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系の材料を用いたＨＥＭＴ、これらの材料を用いたＭＥＳＦＥＴ、ＰＩＮダイオード等、高周波特性に優れたスイッチであれば適用可能である。
【００４８】
また、検波用増幅器２１は、上述した構成以外であってもよく、例えば、差動増幅器を複数段直列に接続する等、微弱な検波信号の電力を増幅可能な構成であれば、適用可能である。
【００４９】
また、上述の検波回路１６および大電力高周波スイッチ１７は、送受信モジュールの入力部に適用した場合でも同様の効果があることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１１・・・アンテナ
１２・・・サーキュレータ
１２−１・・・第１のポート
１２−２・・・第２のポート
１２−３・・・第３のポート
１３・・・送信回路
１４・・・受信回路
１５・・・送信系電力増幅器
１６・・・検波回路
１７・・・大電力高周波スイッチ
１８・・・小電力高周波ダイオードリミタ回路
１８−１・・・ＰＩＮダイオード
１８−２・・・ＤＣリターン回路
１９・・・受信系低雑音増幅器
２０・・・電力モニタ回路
２１・・・検波系電力増幅器
２２・・・比較駆動器
２３・・・カプラ
２３−１・・・カプラの入力端子
２３−２・・・カプラの第１の出力端子
２３−３・・・カプラの第２の出力端子
２３−４・・・カプラの第３の出力端子
２４・・・整流用ダイオード
２５・・・抵抗
２６−１・・・第１のマイクロストリップライン
２６−２・・・第２のマイクロストリップライン
２７・・・第１の差動増幅器
２８・・・第１の増幅器用抵抗
２９・・・第２の増幅器用抵抗
３０・・・第３の増幅器用抵抗
３１・・・第２の差動増幅器
３２・・・定電圧源
【図１】
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【図２】
2011058842.tif 000004
【図３】
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