(57)【要約】【目的】少ない段数と簡単な調整で広いレンジの電力制限特性が適正に得られることを課題とする。【構成】入力の高周波信号に対して並列に設けられたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路１ａ，１ｂ等が、略１／４波長の伝送線路２又はこれと等価な回路を介して直列に接続するリミッタ回路であって、各リミッタ要素回路１ａ，１ｂの電力制限開始レベルがリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けると共に、前段１ａの入力の高周波信号に所定の結合度で結合する結合回路３と、該結合回路３の高周波信号を検波整流して次段目１ｂ以降のＰＩＮダイオードに供給するバイアス回路４とを備える。【選択図】　図１
2004040173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力の高周波信号に対して並列に設けられたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路が、略１／４波長の伝送線路又はこれと等価な回路を介して直列に接続するリミッタ回路であって、
各リミッタ要素回路の電力制限開始レベルがリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けると共に、
前段の入力の高周波信号に所定の結合度で結合する結合回路と、
該結合回路の高周波信号を検波整流して次段目以降のＰＩＮダイオードに供給するバイアス回路とを備えることを特徴とするリミッタ回路。
【請求項２】
１又は２以上のリミッタ要素回路は、自己のＰＩＮダイオードの入力段に設けた第２の結合回路であって、リミッタ回路への実装段に応じて自己の入力の高周波信号に対する結合度を所要に選択又は調整されたものと、該第２の結合回路の高周波信号を検波整流して前記ＰＩＮダイオードに供給する第２のバイアス回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載のリミッタ回路。
【請求項３】
１又は２以上のリミッタ要素回路は、Ｉ層の厚みがリミッタ回路への実装段に応じて所要に選択されたＰＩＮダイオードと、該ＰＩＮダイオードで検波された高周波信号の整流電流を該ＰＩＮダイオードに帰還させるＤＣリターン回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載のリミッタ回路。
【請求項４】
入力の高周波信号に対して並列に設けられたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路が、略１／４波長の伝送線路又はこれと等価な回路を介して直列に接続するリミッタ回路であって、
各リミッタ要素回路は、自己のＰＩＮダイオードの入力段に設けられて入力の高周波信号に所定の結合度で結合する結合回路と、
該結合回路の高周波信号を検波整流して該ＰＩＮダイオードに供給するバイアス回路とを備え、
各段の結合回路の結合度がリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順に強くなるように構成されていることを特徴とするリミッタ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリミッタ回路に関し、更に詳しくは、入力の高周波信号に対して並列に設けたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路が、略１／４波長の伝送線路又はこれと等価な回路を介して直列に接続するリミッタ回路に関するものである。
【０００２】
例えば、マイクロ波レーダ装置やマイクロ波送受信装置では、比較的大きな送信電力を扱う一方、微小信号の高感度受信も必要となるため、しばしば高感度受信部に入力される不要な高周波信号電力を制限するためのリミッタ回路が使用される。
【０００３】
【従来の技術】
図５は従来技術を説明する図で、図５（Ａ）にＰＩＮダイオードを使用した従来のリミッタ回路の典型例を示す。図において、Ｄ１は入力の高周波信号（主信号伝送線路）に対して並列に設けられたＰＩＮダイオード、１１はＰＩＮダイオードＤ１で検波整流された電流を該ＰＩＮダイオードＤ１に帰還（自己バイアス）するための高周波信号阻止インダクタンス（ＤＣリターン回路）、Ｃ１，Ｃ２は直流阻止コンデンサである。
【０００４】
入力の高周波信号がＰＩＮダイオードＤ１に加わると、該ＰＩＮダイオードＤ１は、まずは検波器として動作し、その整流電流ＩＦが高周波信号阻止インダクタンス１１を介して該ＰＩＮダイオードＤ１に流れ（セルフバイアスされ）ることで、該ＰＩＮダイオードＤ１の高周波抵抗Ｒｓを低下させる。
【０００５】
ここで、一般にＰＩＮダイオードの高周波抵抗値Ｒｓは（１）式、
Ｒｓ＝Ｗ２／（μＮ＋μＰ）ＩＦ・τＬ　　　　　　　　　（１）
但し、Ｗ：Ｉ層の厚さ
μＮ：電子の移動度
μＰ：ホールの移動度
ＩＦ：順方向電流
τＬ：キャリア・ライフタイム
で表され、Ｉ層の厚さの自乗Ｗ２に比例し、順方向電流ＩＦに反比例する。
【０００６】
そして、この高周波抵抗Ｒｓの低下によってリミッタ回路を通過する高周波信号電力を減衰させ、出力ポートに導く。図５（Ａ）に示す回路は、構成簡単であるが、（１）式の中の各パラメータを夫々独立に制御（調整）することができないため、一段当たりの電力制限レベル（入出力電力の比）は１０〜２０ｄＢ程度にとどまり、あまり大きな値は得られない。
【０００７】
図５（Ｂ）に電力制限特性が改善された他のリミッタ回路の例を示す。図において、１２は入力の高周波信号に結合する結合回路（方向性結合器等）、Ｄ２は結合回路１２の高周波信号を検波整流してＰＩＮダイオードＤ１に順方向電流ＩＦを供給するための整流ダイオード（ショットキーバリアダイオード等）である。その他の部分は上記図５（Ａ）と同様でよい。
【０００８】
図５（Ｂ）に示す回路では、入力の高周波信号を検波整流する役割は、別途に設けた整流ダイオードＤ２が果しており、よって検波特性に優れた整流ダイオードＤ２を選択できる。また、ＰＩＮダイオードＤ１とは別個に、結合回路１２の結合度を所要に選択／調整できることで、高感度、比較的広範囲（２０〜３０ｄＢ程度）、かつ安定なリミッタ（電力制限）動作が得られる。一方、上記図５（Ａ）の回路と比べると、回路構成が複雑となる上、回路調整が煩雑となる難点もある。
【０００９】
従来、高周波入力信号の広いレベル範囲（レンジ）に亘って十分な電力制限特性を得るためには、上記のようなリミッタ要素回路を複数段使用することが行われる。例えば５０〜６０ｄＢの電力制限レベルを得るために、初段には図５（Ｂ）のリミッタ要素回路を用い、後段には図５（Ａ）のリミッタ要素回路を１段（全体で２段）又は２段（全体で３段）使用したものが知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記２段構成のリミッタ回路では電力制限レベルが不足となる場合があり、また十分な電力制限レベルを確保するために３段構成とした場合には、小レベルの入力高周波信号（本来の受信信号）に対する損失が増加してしまい、高感度受信の妨げとなる欠点があった。また、複数段からなるようなリミッタ回路の全体を所要の電力制限特性に作り込む（調整する）ことが、極めて困難であった。
【００１１】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的とする所は、少ない段数と簡単な調整で広いレンジの電力制限特性が適正に得られるリミッタ回路を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は例えば図１の構成により解決される。即ち、本発明（１）のリミッタ回路は、入力の高周波信号に対して並列に設けられたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路（例えば１ａ，１ｂ）が、略１／４波長の伝送線路２又はこれと等価な回路（インピーダンス変換回路等）を介して直列に接続するリミッタ回路であって、各リミッタ要素回路１ａ，１ｂの電力制限開始レベルがリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けると共に、前段１ａの入力の高周波信号に所定の結合度で結合する結合回路３と、該結合回路３の高周波信号を検波整流して次段目１ｂ以降のＰＩＮダイオードに供給するバイアス回路４とを備えるものである。なお、図１の構成は一例を模式的に示すものであり、本発明（１）はこれに限定されない。
【００１３】
本発明（１）においては、まず各リミッタ要素回路１ａ，１ｂの電力制限開始レベルがリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けることで、広いレンジの入力信号であっても、少ない段数のリミッタ要素回路１ａ，１ｂで効率よくレンジ（負荷）を分担し、有効に制限できる。
【００１４】
この場合に、本発明（１）では、前段のリミッタ要素回路１ａの出力が、次段のリミッタ要素回路１ｂの入力となるため、広いレンジの入力に対してリミッタ回路全体としての所要の安定した（滑らかな）減衰特性を得るためには、予め各リミッタ要素回路１ａ，１ｂの電力制限特性をよく合わせ込んでおく必要がある。これを逆に言えば、予め各リミッタ要素回路１ａ，１ｂの電力制限特性をよく合わせ込んでおかない場合は、今、次段のリミッタ要素回路１ｂが動作中に、前段１ａの電力制限動作が開始されると、該前段１ａの急峻な電力制限特性によって、次段１ｂの入力が急激に減少するため、このことが次段１ｂにおける電力制限動作、即ち、リミッタ回路全体としての電力制限動作（特性）に大きな影響を与え得る。
【００１５】
この点、本発明（１）によれば、前段１ａの入力の高周波信号の一部を検波整流してその整流電流（補助電流）ＩＳを次段１ｂ以降のＰＩＮダイオードに供給するため、前段１ａの電力制限特性が急峻であっても、後段１ｂへの影響は大幅に緩和され、よって広いレンジの入力に対してリミッタ回路全体としての所要の安定した（滑らかな）減衰特性が得られる。
【００１６】
本発明（２）では、上記本発明（１）において、１又は２以上のリミッタ要素回路は、自己のＰＩＮダイオードの入力段に設けた第２の結合回路であって、リミッタ回路への実装段に応じて自己の入力の高周波信号に対する結合度を所要に選択又は調整されたものと、該第２の結合回路の高周波信号を検波整流して前記ＰＩＮダイオードに供給する第２のバイアス回路とを備えるものである。
【００１７】
上記（１）式によれば、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗Ｒｓは該ＰＩＮダイオードに流れる順方向電流ＩＦに反比例するので、該順方向電流ＩＦが大きい（即ち、第２の結合回路の結合度が強い）ほど、高周波抵抗Ｒｓは小さくなり、よって電力制限の開始レベルが低い。そこで、例えば各段における第２の結合回路の結合度を順次強くすることで、電力制限の開始レベルを初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けることが容易に可能となる。また、このタイプのリミッタ要素回路を備えることで、１段当りに広いレンジの電力制限特性が得られる。なお、リミッタ回路の全体をこのタイプのリミッタ要素回路で構成してもよいし、他のタイプのリミッタ要素回路と混在させてもよい。
【００１８】
本発明（３）では、上記本発明（１）において、１又は２以上のリミッタ要素回路は、Ｉ層の厚みがリミッタ回路への実装段に応じて所要に選択されたＰＩＮダイオードと、該ＰＩＮダイオードで検波された高周波信号の整流電流を該ＰＩＮダイオードに帰還させるＤＣリターン回路とを備えるものである。
【００１９】
上記（１）式によれば、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗Ｒｓは該ＰＩＮダイオードのＩ層の厚みの自乗Ｗ２に比例するため、該Ｉ層の厚みＷが薄いほど、電力制限の開始レベルが低い。そこで、例えば各段のＰＩＮダイオードのＩ層の厚みＷを順次薄くすることで、電力制限の開始レベルを初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けることが容易に可能となる。また、このタイプのリミッタ要素回路を備えることで、回路構成が簡単になる。なお、リミッタ回路の全体をこのタイプのリミッタ要素回路で構成してもよいし、他のタイプのリミッタ要素回路と混在させてもよい。
【００２０】
また本発明（４）のリミッタ回路は、入力の高周波信号に対して並列に設けられたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路が、略１／４波長の伝送線路又はこれと等価な回路を介して直列に接続するリミッタ回路であって、各リミッタ要素回路は、自己のＰＩＮダイオードの入力段に設けられて入力の高周波信号に所定の結合度で結合する結合回路と、該結合回路の高周波信号を検波整流して該ＰＩＮダイオードに供給するバイアス回路とを備え、各段の結合回路の結合度がリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順に強くなるように構成されているものである。従って、広いレンジの入力信号であっても、少ない段数のリミッタ要素回路で効率よく負荷分担し、有効に制限できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
【００２２】
図２は第１の実施の形態によるリミッタ回路を説明する図で、各結合回路の結合度がリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順に強くなるように構成した場合を示している。図２（Ａ）にその回路図を示す。各段のリミッタ要素回路１０ａ，１０ｂの構造は基本的には上記図５（Ｂ）に示したものと同様でよい。即ち、Ｄ１はＰＩＮダイオード、１１は高周波信号阻止インダクタンス、Ｃ１，Ｃ２は直流阻止コンデンサ、１２は結合回路、Ｄ２は整流ダイオード、そして、３１は１／４波長線路である。
【００２３】
リミッタ要素回路１０ａにおいて、入力の高周波信号は、結合回路１２ａを通じてその一部が整流ダイオードＤ２ａに加えられ、その整流電流ＩＦａが高周波信号阻止インダクタンス１１ａを介してＰＩＮダイオードＤ１ａに流れることで、該ＰＩＮダイオードＤ１ａの高周波抵抗Ｒｓを低下させる。リミッタ要素回路１０ｂについても同様である。
【００２４】
図２（Ｂ）に各リミッタ要素回路１０ａ，１０ｂにおける電力制限特性（入出力特性）を示す。本第１の実施の形態では、結合回路１２ａ，１２ｂの結合度をリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順に強くなるように構成（調整）することで、図示のような電力制限特性Ｐａ，Ｐｂ（但し、夫々が単独で存在した場合）を得る。まず、後段のリミッタ要素回路１０ｂでは、結合回路１２ｂの結合度が前段に比べて強いため、入力の高周波信号が比較的低いレベルから整流電流ＩＦｂが得られる。これによりＰＩＮダイオードＤ１ｂの高周波抵抗Ｒｓが減少し、早めに電力制限動作を開始する。更に入力レベルが増すと、リミッタ要素回路１０ｂの入出力特性Ｐｂは直線Ａからずれて行くと共に、整流ダイオードＤ２ｂの整流特性の立ち上がりが急峻であること、及び整流電流ＩＦｂの増加に伴うＰＩＮダイオードＤ１ｂの高周波抵抗Ｒｓの低下が急であること、並びに１／４波長線路３１のインピーダンス変換作用もあって、その入出力特性Ｐｂはかなり急激な負の勾配を示すようになる。
【００２５】
因みに、今、１／４波長線路３１の特性インピーダンスＺ０、リミッタ要素回路１０ｂの入力インピーダンスＺｓ（Ｒｓに依存）とすると、１／４波長線路３１の入力からみた線路のインピーダンスＺ’は、Ｚ’＝Ｚ０２／Ｚｓで表され、Ｚｓ＜Ｚ０となるところで、入力の信号レベルが大きく減衰し（反射され）、出力ポートに出力される。そして，入力の高周波信号が更に増加すると、ＰＩＮダイオードＤ１ｂにおける高周波抵抗Ｒｓの低下が飽和する領域に近ずくため、その入出力特性Ｐｂは再び正の勾配を示すところの、所謂逆Ｓ字特性を示す。
【００２６】
一方、前段のリミッタ要素回路１０ａでは、結合回路１２ａの結合度が後段に比べて弱いため、入力の高周波信号が比較的高いレベル（例えば２０ｄＢｍ）から整流電流ＩＦａが得られる。これによりＰＩＮダイオードＤ１ａの高周波抵抗Ｒｓが減少し、後段よりも遅れて電力制限動作を開始する。図にその電力制限特性Ｐａを示す。
【００２７】
このタイプのリミッタ要素回路１０ａ，１０ｂを使用した場合は、１段で約３０ｄＢの電力制限レベルが得られるので、各段の電力制限特性Ｐａ，Ｐｂを適当に調整した２段式のリミッタ回路で、約６０ｄＢの電力制限レベルが得られる。図２（Ｂ）に電力制限特性Ｐａ，Ｐｂを合成した場合（即ち、リミッタ回路全体として）の電力制限特性Ｑを示す。図示の如く、電力制限特性Ｐｂの負の勾配を比較的滑らかに保ち、かつ電力制限特性Ｐａと適当に組み合わせることで、リミッタ回路全体としても、入力の広いレンジに亘って比較的安定（滑らか）な電力制限特性Ｑが得られている。
【００２８】
図３は第２の実施の形態によるリミッタ回路を説明する図で、前段で検波整流した電流の適当量を次段のＰＩＮダイオードをバイアスするための補助電流として供給する場合を示している。図３（Ａ）にその回路図、また図３（Ｂ）にその電力制限特性を示す。
【００２９】
ところで、本発明に係るリミッタ回路では、前段のリミッタ要素回路１０ａの出力が、次段のリミッタ要素回路１０ｂの入力となるため、上記の如く予め広い入力レンジに対する各段の電力制限特性Ｐａ，Ｐｂを適正に組み合わせた場合はよいが、もしそうでないと、リミッタ回路全体としての所要の安定した（滑らかな）減衰特性が得られない場合が生じ得る。以下、これを具体的に説明する。
【００３０】
図において、入力の高周波信号が低レベルから増加すると、まず後段のリミッタ要素回路１０ｂで電力制限動作が始まり、上記逆Ｓ字型の曲線Ｐｂとなるが、入力の信号レベルが更に増すと、前段のリミッタ要素回路１０ａでも電力制限動作が始まり、その結果、後段のリミッタ要素回路１０ｂへの高周波入力信号が減少する。このとき、前段１ａの電力制限特性Ｐａの降下部分が図示の如く急峻であると、この部分で後段の入力レベルが急激に減少するため、後段のリミッタ要素回路１０ｂでは電力制限動作を殆んど行わない状態となってしまう。この場合のリミッタ回路全体としての電力制限特性は、図３（Ｂ）の特性Ｑ’（補助電流なし）に示す如く、入力の信号レベルが最大値（例えば５０ｄＢｍ）に達する以前に、その出力レベルが急峻に上昇する領域（例えば３５〜４５ｄＢｍ）が存在し、リミッタ回路全体としての安定（滑らか）な電力制限特性が得られない。
【００３１】
そこで，本第２の実施の形態では、図３（Ａ）に示す如く、入力（前段）の高周波信号の一部を結合回路１２ａを介して整流ダイオードＤ３ａに導き、その整流電流ＩＳ（例えば前段の整流電流ＩＦａと同程度）を後段のＰＩＮダイオードＤ１ｂに供給する。その他の構成については上記図２（Ａ）で述べたものと同様でよい。
【００３２】
本第２の実施の形態によれば，後段のリミッタ要素回路１０ｂでは、その入力レベルの急激な減少により自己の整流電流ＩＦｂが減少しても、前段で別途に抽出された補助電流ＩＳが後段のＰＩＮダイオードＤ１ｂに加わることで、後段のリミッタ要素回路１０ｂでも引き続き安定（特性変化の滑らか）な電力制限動作を行える。
【００３３】
図３（Ｂ）に、この場合のリミッタ回路全体としての電力制限特性Ｑを示す。入力レベルに対する補助電流ＩＳの開始位置及び大きさを適切に選択（調整）することで、図示の如く、広いレンジの入力に対して、安定（滑らか）に変化するような入出力特性Ｑが得られている。
【００３４】
図４は他の実施の形態によるリミッタ回路を説明する図で、図４（Ａ）はＰＩＮダイオードのＩ層の厚みがリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順に薄くなるよう構成した場合を示している。上記（１）式によれば、ＰＩＮダイオードの高周波抵抗Ｒｓは該ＰＩＮダイオードのＩ層の厚みの自乗Ｗ２に比例するため、該Ｉ層の厚みＷが薄いほど、電力制限の開始レベルが低い。今、ＰＩＮダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂの各Ｉ層の厚みを夫々Ｗａ，Ｗｂとすると、ここではＷｂ＜Ｗａとしている。よって上記図２の第１の実施の形態で述べたと同様の作用効果が得られる。更に、入力（前段）の高周波信号の一部を結合回路１２ａを介して整流ダイオードＤ３ａに導き、その整流電流ＩＳを後段のＰＩＮダイオードＤ１ｂに供給している。よって上記図３の第２の実施の形態で述べたと同様の作用効果が得られる。また、図４（Ａ）のタイプのリミッタ要素回路１０ａ，１０ｂを備えることで、リミッタ回路全体の構成が簡単になる。なお、リミッタ回路の全体をこのタイプのリミッタ要素回路で構成してもよいし、他のタイプのリミッタ要素回路と混在させてもよい。
【００３５】
図４（Ｂ）は初段に上記図３（Ａ）のリミッタ要素回路１０ａを用い、２段目に上記図４（Ａ）のリミッタ要素回路１０ｂを用いた場合を示している。
【００３６】
なお、図示しないが、他にも様々なリミッタ要素回路の組合せが考えられ、夫々に本発明の作用効果が得られる。
【００３７】
また、上記実施の形態では、リミッタ要素回路が２段からなる場合を述べたが、これに限らない。リミッタ要素回路は３段以上であってもよい。この場合に、２段目が３段目に対する前段となり得ると共に、３段目が２段目（前段）に対する次段目以降となり得ることは言うまでも無い。
【００３８】
また、上記実施の形態では、整流電流ＩＦａ，ＩＦｂの大きさを結合回路１２ａ，１２ｂの結合度で制御したが、これに限らない。例えば結合回路１２ａ，１２ｂの結合度を同一にすると共に、整流ダイオードＤ２ａ，Ｄ２ｂで検波される電流の大きさ異ならしめるように構成してもよい。
【００３９】
また、本発明は、マイクロストリップ線路や導波管等を使用したリミッタ回路に適用可能である。
【００４０】
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で、各部の構成の様々な変更が行えることは言うまでも無い。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、少ない段数と簡単な調整で広いレンジの電力制限特性が適正に得られるため、リミッタ回路の小型化、高性能化に寄与するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】第１の実施の形態によるリミッタ回路を説明する図である。
【図３】第２の実施の形態によるリミッタ回路を説明する図である。
【図４】他の実施の形態によるリミッタ回路を説明する図である。
【図５】従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
１０　リミッタ要素回路
１１　高周波信号阻止インダクタンス
１２　結合回路
３１　１／４波長線路
Ｃ１，Ｃ２　直流阻止コンデンサ
Ｄ１　ＰＩＮダイオード
Ｄ２，Ｄ３　整流ダイオード
【図１】
2004040173.tif 000003
【図２】
2004040173.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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