(57)【要約】【課題】安定且つ応答特性に優れた高周波パルス出力回路を提供する。【解決手段】可変減衰器１１を制御して高周波パルスの出力を変化させる制御電圧をパルス毎に安定的に生成する回路である。方向性結合器１２から分岐出力され、検波器１３で検波され、前置増幅器１４で増幅されたパルス状の電圧Ｖ１のピーク値Ｖ２と一定値の基準電圧Ｖｒとの差電圧Ｖｄを求め、この差電圧Ｖｄで、１サイクル前のパルス信号に基づいて生成された制御電圧Ｖ４を補正し、これを次回出力用の新たな制御電圧として可変減衰器１１に供給する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号の出力電力を増減させる電力増減回路と、外部回路に出力されるパルス信号を分岐する分岐回路と、この分岐回路の出力信号を検波する検波器と、この検波器の出力電圧を増幅する増幅器と、前記出力電力値を変化させるための制御電圧を前記増幅器で増幅された電圧と一定値の基準電圧とに基づいてパルス信号出力毎に生成する制御回路とを有する高周波パルス出力回路において、
前記制御回路が、
前回出力されたパルス信号に基づいて生成した制御電圧を前記基準電圧と前記増幅器で増幅された電圧との差分値で補正して次回出力用のパルス信号の出力電力を増減するための新たな制御電圧を得るように構成されていることを特徴とする、
高周波パルス出力回路。
【請求項２】
前記制御回路は、
前記増幅器で増幅された電圧のピーク値を一定期間ホールドする第１サンプルホールド回路と、
この第１サンプルホールド回路でホールドされている電圧と前記基準電圧とを比較してその差分値を出力する比較器と、
この比較器から出力される差分値を前回生成された制御電圧から減算する減算回路と、
前記第１サンプルホールド回路と同じタイミング又はこのタイミングの直後で前記減算回路の出力電圧をホールドする第２サンプルホールド回路と、
この第２サンプルホールド回路から出力される電圧を再度ホールドしてこれを前記新たな制御電圧とするとともにこのホールドした電圧を前記減算回路にフィードバックする第３サンプルホールド回路と、を含むことを特徴とする、
請求項１記載の高周波パルス出力回路。
【請求項３】
パルス信号の出力電力を増減させる電力増減回路と、外部回路に出力されるパルス信号を分岐する分岐回路と、この分岐回路の出力信号を検波する検波器と、この検波器の出力電圧を増幅する増幅器と、前記出力電力値を変化させるための制御電圧を前記増幅器で増幅された電圧と一定値の基準電圧とに基づいてパルス信号出力毎に生成する制御回路とを有する高周波パルス出力回路において、
前記制御回路が、
前記基準電圧と前記増幅器で増幅された電圧との差分値をパルス出力が継続する期間又はその一部の期間累積させ、前回のパルス出力電力に基づいて生成した制御電圧をこの累積値で補正して次回のパルス出力電力の前記制御電圧を生成するように構成されていることを特徴とする、
高周波パルス出力回路。
【請求項４】
前記制御回路が、前記増幅器で増幅された電圧と前記基準電圧との差分値を出力する比較器と、パルス出力開始時点でＯｎとなりパルス出力が継続する期間又はその一部の期間だけＯｎ状態を継続するスイッチ回路と、このスイッチ回路がＯｎになっている時間前記比較器から出力される差分値を累積させる積分器を含んで構成されることを特徴とする、
請求項３記載の高周波パルス出力回路。
【請求項５】
前記制御回路が、前記増幅器で増幅された電圧と前記基準電圧との差分値を累積させる積分器と、この積分器と前記増幅器との間に挿入接続されたスイッチ回路とを含み、該スイッチ回路は、パルス出力開始時点でＯｎとなりパルス出力が継続する期間又はその一部の期間だけＯｎ状態を継続するように構成されることを特徴とする、
請求項３記載の高周波パルス出力回路。
【請求項６】
前記分岐回路の出力信号に基づいて前記制御電圧が生成され、この制御電圧が前記電力増減回路に供給される際に形成される閉ループの利得が−１又は−１に近い値であることを特徴とする、
請求項１ないし５のいずれかの項記載の高周波パルス出力回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波パルス信号を安定的に出力する高周波パルス出力回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高周波パルス信号を用いた電子機器、例えばパルス振動による医療を行う医療機器やパルス変調による通信を行う通信機器において、高周波パルス信号の繰り返し周波数が一定でないことに起因してその電子機器が不安定に動作する場合がある。そのため、高周波パルス信号を安定的な振幅で出力する高周波パルス出力回路が従来より望まれている。高周波パルス信号の出力電力を安定化するためには、出力電力の一部を検波して基準値と比較し、差の電圧によって出力電力を制御する手法が一般的である。
【０００３】
このような高周波パルス出力回路として、従来、図９のように構成されるものが知られている。
図９の高周波パルス出力回路は、パルス制御回路６０により制御される高周波パルス発振器５０と、この高周波パルス発振器５０から信号成分に応じて変調出力されるパルスの振幅を減衰する可変減衰器５１と、減衰された高周波パルス信号を後段回路等に出力するとともにその高周波パルス信号を分岐出力するための方向性結合器５２とを備えている。
【０００４】
方向性結合器５２から分岐出力された高周波パルス信号は、検波器５３で包絡線検波され、可変減衰器５１の減衰量を決定するための制御電圧を生成するために使用される。
すなわち、検波された信号成分は小さいので、それを前置増幅器５４で増幅する。増幅された信号成分の電圧値をＶ１’とする。この信号成分の波形はパルス状なので、そのピーク値をサンプルホールド回路（Ｓ／Ｈａ）５５でサンプルホールドする。このサンプルホールド回路５５の動作タイミングは、パルス制御回路６０によって、高周波パルス発振器５０から発振されるパルスに同期している。サンプルホールド回路５５でホールドされる電圧値をＶ２’とする。この電圧値Ｖ２’を、基準電圧発生回路５６に予め設定されている基準電圧Ｖｒ’と比較し、その比較結果を積分増幅器（Ｚ１）５７で、次のパルス出力までの期間、積分する。積分された電圧値をＶ３’とする。
【０００５】
積分増幅器５７は、サンプルホールド回路５５の出力電圧Ｖ２’と基準電圧Ｖｒ’とが一致していれば、コンデンサＣにより１サイクル前のパルス電圧をそのまま保持し、一致しなければ、その１サイクル前のパルス電圧に、サンプルホールド回路５５の出力電圧Ｖ２’と基準電圧Ｖｒ’の電圧差に比例した電圧を積分する。そして、これにより得られた電圧Ｖ３’を、可変減衰器５１に入力する。可変減衰器５１には、電圧によって減衰量例えば抵抗値が変化する素子が用いられているので、積分された電圧によって減衰量を制御し、方向性結合器５２から出力される高周波パルス信号の電力を安定的に出力する。
【０００６】
この高周波パルス回路では、サンプルホールド回路５５の出力電圧Ｖ２’と基準電圧Ｖｒ’との差があれば、１サイクル前のパルス電圧にサンプルホールド回路５５の出力電圧Ｖ２’と基準電圧Ｖｒ’の電圧差に比例した電圧が逐次積分されるので、パルス間隔が長くなるほど大きな積分値が加えられることになる。このことは、パルス間隔によってループ利得が変化することを意味する。すなわち、積分増幅器５７を使用することにより、雑音に強く、帰還系の利得が大きくなることから、誤差が限りなくゼロに近づくという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の高周波パルス出力回路では、パルス間隔によってループ利得が変化するため、ループ利得が大きすぎる場合には発振を起こしてパルスが不安定になるという問題がある。
一方、ループ利得が小さすぎる場合には、高周波パルス発振器５０から出力された出力信号の変化に対する応答が遅れたりするという問題がある。
また、前置増幅器５４は、パルス状の出力電力を正確に増幅するために帯域特性を大幅に拡げなければならない。一般に、増幅器の雑音電力は、その帯域幅に比例するので、広帯域増幅器からの出力に含まれる雑音も大きくなる。この雑音により、出力電力を制御する電圧にも雑音を含むこととなり、出力電力が不安定になる。そこで、ループ利得が過大になるのを防止するために積分増幅器５７の感度を落としてループ利得を小さくすることになるが、ループ利得が小さすぎる場合には高周波パルス発振器から出力された出力信号の変化に対する応答時間が長くなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するために、安定したパルス出力を得ることができ、且つ応答特性にも優れた高周波パルス出力回路を提供することを、その課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明が提供する第１の高周波パルス出力回路は、パルス信号の出力電力を増減させる電力増減回路と、外部回路に出力されるパルス信号を分岐する分岐回路と、この分岐回路の出力信号を検波する検波器と、この検波器の出力電圧を増幅する増幅器と、前記出力電力値を変化させるための制御電圧を前記増幅器で増幅された電圧と一定値の基準電圧とに基づいてパルス信号出力毎に生成する制御回路とを有する高周波パルス出力回路において、前記制御回路が、前回出力されたパルス信号に基づいて生成した制御電圧を前記基準電圧と前記増幅器で増幅された電圧との差分値で補正して次回出力用のパルス信号の出力電力を増減するための新たな制御電圧を得るように構成されているものである。
【００１０】
この第１の高周波パルス出力回路において、前記制御回路は、具体的には、前記増幅器で増幅された電圧のピーク値を一定期間ホールドする第１サンプルホールド回路と、この第１サンプルホールド回路でホールドされている電圧と前記基準電圧とを比較してその差分値を出力する比較器と、この比較器から出力される差分値を前回生成された制御電圧から減算する減算回路と、前記第１サンプルホールド回路と同じタイミング又はこのタイミングの直後で前記減算回路の出力電圧をホールドする第２サンプルホールド回路と、この第２サンプルホールド回路から出力される電圧を再度ホールドしてこれを前記新たな制御電圧とするとともにこのホールドした電圧を前記減算回路にフィードバックする第３サンプルホールド回路と、を含んで構成される。
【００１１】
本発明の第２の高周波パルス出力回路は、パルス信号の出力電力を増減させる電力増減回路と、外部回路に出力されるパルス信号を分岐する分岐回路と、この分岐回路の出力信号を検波する検波器と、この検波器の出力電圧を増幅する増幅器と、前記出力電力値を変化させるための制御電圧を前記増幅器で増幅された電圧と一定値の基準電圧とに基づいてパルス信号出力毎に生成する制御回路とを有する高周波パルス出力回路において、前記制御回路が、前記基準電圧と前記増幅器で増幅された電圧との差分値をパルス出力が継続する期間又はその一部の期間累積させ、前回のパルス出力電力に基づいて生成した制御電圧をこの累積値で補正して次回のパルス出力電力の前記制御電圧を生成するように構成されているものである。
【００１２】
この第２の高周波パルス出力回路において、前記制御回路は、例えば、前記増幅器で増幅された電圧と前記基準電圧との差分値を出力する比較器と、パルス出力開始時点でＯｎとなりパルス出力が継続する期間又はその一部の期間だけＯｎ状態を継続するスイッチ回路と、このスイッチ回路がＯｎになっている時間前記比較器から出力される差分値を累積させる積分器を含んで構成される。
あるいは、前記増幅器で増幅された電圧と前記基準電圧との差分値を累積させる積分器と、この積分器と前記増幅器との間に挿入接続されたスイッチ回路とを含み、該スイッチ回路は、パルス出力開始時点でＯｎとなりパルス出力が継続する期間又はその一部の期間だけＯｎ状態を継続するように構成される。
【００１３】
より好ましくは、第１及び第２の高周波パルス出力回路において、前記分岐回路から出力される信号が前記制御電圧として前記電力増減回路に供給される際に形成される閉ループの利得が−１又は−１に近い値になるようにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
［第１実施形態］
本発明を適用した第１実施形態による高周波パルス出力回路による構成例を図１に示す。
【００１５】
この実施形態の高周波パルス出力回路は、帰還系に積分増幅器を用いずに制御電圧を生成するもので、高周波パルス発振器１０、可変減衰器１１、方向性結合器１２、検波器１３、前置増幅器１４、第１サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈａ）１５、基準電圧発生回路１６、比較器１７、減算回路１８、第２サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈｂ）１９、第３サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈｃ）２０及びパルス制御回路２１を有する。
図９に示した従来の高周波パルス出力回路との関係では、高周波パルス発振器１０が高周波パルス発振器５０、可変減衰器１１が可変減衰器５１、方向性結合器１２が方向性結合器５２、検波器１３が検波器５３、前置増幅器１４が前置増幅器５４、第１サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈａ）１５がサンプルホールド回路５５、基準電圧発生回路１６が基準電圧発生回路５６、にそれぞれ対応する。
【００１６】
この実施形態の高周波パルス出力回路は、比較器１７、減算回路１８、第２サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈｂ）１９及び第３サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈｃ）２０及びパルス制御回路２１を有する点に主たる特徴がある。
パルス制御回路２１は、高周波パルス発振器１０、第１サンプルホールド回路１５、第２サンプルホールド回路１９及び第３サンプルホールド回路２０の動作タイミングを制御する。すなわち、パルス信号の出力タイミングと各サンプルホールド回路１５，１９，２０の動作タイミングとを同期させるものである。
【００１７】
高周波パルス発振器１０から出力される出力信号は、可変減衰器１１と方向性結合器１２を通じて後段回路に出力されると共に、分岐回路の一例となる方向性結合器１２によって分岐出力され、検波器１３で包絡線検波される。前置増幅器１４は、この検波出力を増幅する。このときの電圧値をＶ１とする。
増幅された電圧はパルス状なので、そのピーク値を第１サンプルホールド回路１５でホールドする。この値をＶ２とする。ホールドされた電圧値Ｖ２は、基準電圧発生回路１６から出力される基準電圧値Ｖｒと比較器１７で比較され、その差分値が誤差電圧Ｖｄとして出力される。比較器１７から出力される誤差電圧Ｖｄは、Ｖ２−Ｖｒとなる。
【００１８】
減算回路１８は、この誤差電圧Ｖｄを、その立ち上がりのタイミングで、１サイクル前（つまり、前回のパルス出力時）の制御電圧、すなわち、第３サンプルホールド回路２０から出力される電圧値Ｖ４から減算し、これを新たな制御電圧（Ｖ４−Ｖｄ）として出力する。
第２サンプルホールド回路１９は、第１サンプルホールド回路１５と同じタイミングで、又は、その直後のタイミングで、その制御電圧のピーク値をホールドする。このピーク値をＶ３とする。第３サンプルホールド回路２０は、第２サンプルホールド回路１９がホールドした直後のタイミングで、ピーク値Ｖ３をホールドする。このホールドされた電圧値（Ｖ４）が、補正された新たな制御電圧となり、可変減衰器１１に出力される。
【００１９】
各サンプルホールド回路１５，１９，２０の動作タイミングは図２に示されるとおりである。図２では、便宜上、電圧値の一例を数値で挙げてある。
図２から判るように、ホールドされた電圧値Ｖ３，Ｖ４のループは、毎回新しい誤差電圧Ｖｄが加算される。そのため、ループ利得は、長時間みれば、無限大となり、最終的に誤差電圧Ｖｄがゼロ値に近づく。
ここで、最小繰り返し回数で希望値に収束するためには、前置増幅器１４、第１サンプルホールド回路１５、比較器１７、減算回路１８、第２サンプルホールド回路１９、可変減衰器１１、方向性結合器１２、検波器１３の一巡のループ利得を動作点付近で−１又は−１に近い値にしておくことが好ましい。このようにすると、任意のサンプルホールド値からでも非常に少ないサイクル数で収束点に到達できるようになる。
【００２０】
このように、第１実施形態では、ループ利得がパルス繰り返し周波数に無関係になり、ループ利得を自由に設定することが可能になる。そのため、上述のようにループ利得を動作点付近で−１又は−１に近い値で一定にしておくことにより、出力電力に誤差があったときであっても、１サイクル目のパルス繰り返しでその誤差を除去することでき、また、出力電力を変えるために基準電圧Ｖｒを変えたときの応答も即時になり、非常に優秀な制御器となり得る。これにより、本発明を応用できる範囲を拡大できるようになり、その効果には絶大なものがある。
【００２１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は、サンプルホールド回路を用いずに、制御電圧を生成する場合の例を示すものである。
図３は、第２実施形態による高周波パルス出力回路の構成図である。図１に示した高周波パルス出力回路と同一の構成部品については同一符号を付してある。この実施形態による高周波パルス出力回路は、サンプルホールド回路を用いない構成となっている。すなわち、スイッチ回路（ＳＷ回路）３０と積分器３１とを用いて制御電圧を生成している。スイッチ回路３０は、パルス制御回路２２によって、高周波パルス発振器１０と同期してＯｎとなる。Ｏｎが継続する時間は、パルスの出力期間又はその一部の期間である。
【００２２】
高周波パルス発振器１０から出力され、方向性結合器１２によって分岐出力された信号は、検波器１３で包絡線検波され、前置増幅器１４で電圧値Ｖ１に増幅される。ここまでは、第１実施形態の場合と同じである。この実施形態では、増幅された電圧値Ｖ１と基準電圧発生回路１６から出力される基準電圧置Ｖｒとを比較器１７で比較し、両者の差電圧（誤差電圧）Ｖｄを出力する。
【００２３】
この誤差電圧Ｖｄをスイッチ回路３０でスイッチングして積分器３１に導き（この電圧をＶｄ’とする）、積分器３１でパルスの出力期間又はその一部の期間分だけ積分する。この積分された電圧値Ｖ２が可変減衰器１１に入力され、出力電力の減衰量が制御される。図４は、以上のような高周波パルス出力回路の動作タイミングを示している。
【００２４】
積分器３１の出力変化は、それに入力される誤差電圧Ｖｄに比例し、積分時間は一定である。すなわち、この積分器３１の出力は、保持していた電圧に、差電圧に比例した電圧を加えた（あるいは減じた）電圧となり、パルス繰り返し周波数とは無関係になる。
また、前置増幅器１４が広帯域であることにより、その出力電圧に雑音が含まれていたとしても、その積分によって平均化され、雑音の影響を受けないので、出力電力は安定化される。
図３のような構成においても、一巡のループ利得を動作点付近で−１又は−１に近い値にしておくことが好ましいことである。
【００２５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。この実施形態は、第２実施形態の構成をより簡略化したものである。
この第３実施形態による高周波パルス出力回路の構成図を図５に示す。図３に示した高周波パルス出力回路との関係では、比較器１７を除いた以外は、同一構成となっている。この実施形態におけるスイッチ回路３０と積分器３１は、具体的には図７又は図８のように構成される。図７は、スイッチ回路（ＳＷ）３０と積分器３１との間に抵抗Ｒが介在し、且つ、積分器３１の正端子に印加される基準電圧として、基準電圧発生回路１６の出力電圧Ｖｒが選定されている一般的な例であり、図８は、図７の構成の一部を変更し、積分器３１の正端子を接地電位とした場合の例を示すものである。
【００２６】
前置増幅器１４の出力電圧Ｖ１は積分器３１で積分されるが、そのときの積分時間は、スイッチ回路３０がＯｎの時間であり、積分される値は、前置増幅器１４の出力電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒとの差の値となる。スイッチ回路３０がＯｎになる時間は、パルス出力が継続される期間またはその一部の期間であって一定値である。パルス出力がない期間は、スイッチ回路３０がＯｆｆになっているので、積分された電圧値が積分器３１にそのまま保持（累積）される。
以上のような動作タイミングを図６に示す。
積分器３１に保持されている電圧値は、パルスの繰り返し周波数には無関係なので、この電圧値を制御電圧として用いることにより、出力電力の減衰量の制御が安定的に行われる。
【００２７】
このように、ループ利得がパルスの繰り返し周波数に無関係になり、前置増幅器１４の雑音にも影響されなくなったことにより、ループ利得を自由に設定することが可能になる。さらに、ループ利得を動作点付近で−１又は−１に近い値で一定にしておくことにより、出力電力に誤差があったときであっても、１サイクル目のパルス繰り返しでその誤差を除去することでき、また、出力電力を変えるために基準電圧Ｖｒを変えたときの応答も即時になるので、非常に優秀な制御器となり得る。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、高周波パルス電力を安定的に出力することができ、且つ応答特性にも優れた高周波パルス出力回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高周波パルス出力回路の構成図。
【図２】第１実施形態による動作タイミング図。
【図３】本発明の第２実施形態による高周波パルス出力回路の構成図。
【図４】第２実施形態による動作タイミング図。
【図５】本発明の第３実施形態による高周波パルス出力回路の構成図。
【図６】第３実施形態による動作タイミング図。
【図７】スイッチ回路と積分器の具体的な構成例を示す図。
【図８】スイッチ回路と積分器の他の構成例を示す図。
【図９】従来の高周波パルス出力回路の構成図。
【符号の説明】
１０，５０　高周波パルス発振器
１１，５１　可変減衰器
１２，５２　方向性結合器
１３，５３　検波器
１４，５４　前置増幅器
１５，１９，２０，５５　サンプルホールド回路
１６，５６　基準電圧発生回路
１７　　　　比較器
１８　　　　減算回路
２１，２２，６０　パルス制御回路
３０　　　　スイッチ回路（ＳＷ）
３１　　　　積分器
【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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