(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を出力制御信号に従って増幅し、増幅した信号を出力信号として出力する可変増幅器、
前記出力信号のレベルを一定の範囲とするために定められる基準値と前記出力信号のレベルとを比較して、前記出力信号のレベルの前記基準値に対する大小関係を示す比較結果を出力する信号レベル比較器、
前記比較結果が前記出力信号のレベルが前記基準値より小さいことを示す場合は前記出力信号のレベルを上昇させる値を有する制御値を、前記出力信号のレベルが前記基準値より大きいことを示す場合は前記出力信号のレベルを減少させる値を有する制御値を出力する制御回路、
前記可変増幅器の出力特性が過飽和特性とならない上限として設定された設定値と前記制御値とを比較し、前記制御値が前記設定値以下の場合は前記制御値を、前記制御値が前記設定値以上の場合は前記設定値を前記可変増幅器に対する前記出力制御信号として出力する信号選択器、を備え、
前記制御回路から出力される前記制御値の最大出力値をＰとして、前記制御回路における第（ｎ）番目の制御段階の前記制御値を、
第（ｎ）制御値＝第（ｎ−１）制御値＋Ｐ／２ｎ
とし、
前記制御回路は、第（ｎ＋１）番目の制御段階の前記制御値として、
前記出力信号のレベルを上昇させたい場合には、
第（ｎ＋１）制御値＝第ｎ制御値＋Ｐ／２ｎ＋１
前記出力信号のレベルを減少させたい場合には、
第（ｎ＋１）制御値＝第ｎ制御値−Ｐ／２ｎ＋１
（ここで、ｎは１以上の整数で、第０制御値は０とする。）
と出力する、
ことを特徴とするＡＬＣ回路。
【請求項２】
入力信号を出力制御信号に従って増幅し、増幅した信号を出力信号として出力する可変増幅器、
前記出力信号のレベルを一定の範囲とするために定められる基準値と前記出力信号のレベルとを比較して、前記出力信号のレベルの前記基準値に対する大小関係を示す比較結果を出力する信号レベル比較器、
前記比較結果が前記出力信号のレベルが前記基準値より小さいことを示す場合は前記出力信号のレベルを上昇させる値を有する制御値を、前記出力信号のレベルが前記基準値より大きいことを示す場合は前記出力信号のレベルを減少させる値を有する制御値を出力する制御回路、
前記可変増幅器の出力特性が過飽和特性とならない上限として設定された設定値と前記制御値とを比較し、前記制御値が前記設定値以下の場合は前記制御値を、前記制御値が前記設定値以上の場合は前記設定値を前記可変増幅器に対する前記出力制御信号として出力する信号選択器、
前記制御回路から出力される前記制御値、及び前記信号選択器から出力される前記出力制御信号がディジタル値であり、
前記出力制御信号をアナログ値に変換するＤ／Ａコンバータ、を備え、
前記Ｄ／Ａコンバータのビット数をｍとして、前記制御回路における第（ｎ）番目の制御段階の前記制御値を、
第（ｎ）制御値＝第（ｎ−１）制御値＋２ｍ−ｎ
とし、
前記制御回路は、第（ｎ＋１）番目の制御段階の前記制御値として、
前記出力信号のレベルを上昇させたい場合には、
第（ｎ＋１）制御値＝第（ｎ）制御値＋２ｍ−ｎ−１
前記出力信号のレベルを減少させたい場合には、
第（ｎ＋１）制御値＝第（ｎ）制御値−２ｍ−ｎ−１
（ここで、１≦ｎ≦ｍ、第（１）制御値は２ｍ−１とする。）
と出力する、
ことを特徴とするＡＬＣ回路。
【請求項３】
初期値０からカウント動作を開始して、カウンター値を出力するカウンターを有し、
前記信号選択器は、前記カウンター値を前記出力制御信号として出力し、
前記カウンターは、前記出力制御信号に従って前記可変増幅器から出力された前記出力信号のレベルと前記基準値との前記比較結果が前記制御回路に出力されるまでの応答時間よりも大きな更新時間で順次前記カウンター値を増加させ、
前記制御回路は、前記出力信号のレベルが前記基準値を超えたときの前記カウンター値を前記設定値とする、
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のＡＬＣ回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡＬＣ回路を用いたレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばレーダ装置に用いられる可変増幅器のＡＬＣ（Ａｕｔｏ  Ｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の、可変増幅器のＡＬＣ回路では、可変増幅器の出力をある基準値に収斂させるため、出力値と基準値とを比較し、出力値が基準値以下であれば可変増幅器の出力制御信号を増加させて出力値を増加させ、基準値を超える場合は出力値を減少させるように可変増幅器を制御している。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１２１１９号公報（第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に可変増幅器の入出力特性は、入力または出力制御信号の増加に伴って出力が線形的に増加する領域（リニア特性領域）、増加はするが線形的ではない領域（飽和特性領域）、更には出力が低下してしまう領域（過飽和特性領域）を持っている。これらの特性領域は可変増幅器の対象とする信号の周波数によって変化することがわかっている。
【０００５】
従来の可変増幅器のＡＬＣ回路では、前述のように単純に可変増幅器の出力値が基準値以下であれば出力値を増加、基準値を超える場合には出力値を減少させるように制御しているため、ある制御段階で可変増幅器が出力を増加しようとして逆に減衰してしまう過飽和特性領域に入った場合、その時の出力値が基準値以下であると、更に可変増幅器の出力を増加させるために可変増幅器の出力制御信号を増加させる。しかしながら、可変増幅器が過飽和特性領域にあるので出力制御信号を増加させても可変増幅器の出力は増加せず、逆に減少して益々基準値から離れてしまい、正常にＡＬＣ動作が遂行できないという課題があった。
【０００６】
例えば、目標を捕捉するレーダ装置では、受信時におけるＳ／Ｎ比（信号対雑音比）をあるレベル以上に保つ必要があり、そのため目標が遠い場合、出力電力を性能限界まで上げて運用することがある。
特に、航空機搭載用等のレーダ装置では装置の小型化、軽量化そして勿論低コスト化が要求され、可変増幅器に使用される部品の性能には限界がある。このような状況において、使用する信号の周波数範囲が広い場合（例えば、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚ等）使用する部品の周波数特性の制約によっては過飽和特性領域に入ってしまうことがあり、上記の課題が顕在化していた。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、可変増幅器が対象としている信号の周波数範囲によっては過飽和特性を有していてもＡＬＣ動作を正常に行うことのできるＡＬＣ回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わるＡＬＣ回路は、入力信号を出力制御信号に従って増幅し、増幅した信号を出力信号として出力する可変増幅器、前記出力信号のレベルを一定の範囲とするために定められる基準値と前記出力信号のレベルとを比較して、前記出力信号のレベルの前記基準値に対する大小関係を示す比較結果を出力する信号レベル比較器、前記比較結果が前記出力信号のレベルが前記基準値より小さいことを示す場合は前記出力信号のレベルを上昇させる値を有する制御値を、前記出力信号のレベルが前記基準値より大きいことを示す場合は前記出力信号のレベルを減少させる値を有する制御値を出力する制御回路、前記可変増幅器の出力特性が過飽和特性とならない上限として設定された設定値と前記制御値とを比較し、前記制御値が前記設定値以下の場合は前記制御値を、前記制御値が前記設定値以上の場合は前記設定値を前記可変増幅器に対する前記出力制御信号として出力する信号選択器を備え、前記制御回路から出力される前記制御値の最大出力値をＰとして、前記制御回路における第（ｎ）番目の制御段階の前記制御値を、
第（ｎ）制御値＝第（ｎ−１）制御値＋Ｐ／２ｎ
とし、前記制御回路は、第（ｎ＋１）番目の制御段階の前記制御値として、前記出力信号のレベルを上昇させたい場合には、
第（ｎ＋１）制御値＝第ｎ制御値＋Ｐ／２ｎ＋１
前記出力信号のレベルを減少させたい場合には、
第（ｎ＋１）制御値＝第ｎ制御値−Ｐ／２ｎ＋１
（ここで、ｎは１以上の整数で、第０制御値は０とする。）
と出力するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、対象としている信号の周波数範囲によっては過飽和特性を有する可変増幅器であってもＡＬＣ動作を常に正常に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＡＬＣ回路を示すブロック図である。可変増幅器１は入力信号１１が入力され、出力制御信号１３によって増幅された信号を出力する。信号分配器２は可変増幅器１の出力の一部を分岐し、信号レベル検出器３にてその大きさを検出する。信号レベル比較器４では、信号レベル検出器３の出力と予め設定される出力信号１２の目標値である基準値５を比較し、信号レベル検出器３の出力が基準値５以下の場合は制御回路６に対して可変増幅器１の出力増加指示（以下、＋指示という）を、基準値５を超える場合は出力減衰指示（以下、−指示という）を出力する。
【００１１】
制御回路６では、ＡＬＣ動作指示信号１５が有効となっている状態で信号レベル比較器４からの＋指示または−指示に従って後述する予め定められた演算により算出される制御値１４を出力する。信号選択器８は制御回路６からの制御値１４と設定値７の値を比較して小さい方を選択し、可変増幅器１に対する出力制御信号１３とするようにしている。
【００１２】
図２は可変増幅器１の出力特性カーブにおけるリニア特性領域から飽和特性領域、更には過飽和特性領域に変化する付近を示す図であり、Ｙ軸は出力信号１２の大きさ、Ｘ軸は出力信号１２を制御する出力制御信号１３の大きさである。例えば入力信号１１がある値をとる場合の出力制御信号１３をＸＡとすると出力信号１２はＹＡとなる。この状態で基準値をＹＣＥとしたＡＬＣ動作を行う場合、ＹＡはＹＣＥより小さいため出力信号１２を増加するように制御信号１３を増加させる。然して、制御信号１３が増加するに従って出力信号１２は増加するが、その増加は徐々に鈍化し、Ｄ点からは出力が減少する過飽和特性領域となることを示している。
【００１３】
次に動作について説明する。以下、可変増幅器１は、出力制御信号１３が増加すると出力が増加する特性を有するものとして説明する。図１において、ある基準値５とＡＬＣ動作指示信号１５が与えられたときに、このＡＬＣ回路は与えられた基準値５に出力信号１２を合わせるためのＡＬＣ動作を遂行するものである。分配器２の分配比は常に一定としているため信号レベル検出器３で検出される大きさは出力信号１２の大きさに相当することは言うまでもない。従って、信号レベル比較器４で信号レベル検出器３の出力と基準値５を比較することは出力信号１２と基準値５を比較することに他ならない。
【００１４】
今、ある制御段階を終了した状態が図２のＡ点であったとする。Ａ点の出力値ＹＡは基準値ＹＣＥより小さいため、図１の信号レベル比較器４では＋指示が制御回路６に対しなされる。制御回路６では＋指示に従って算出した制御値１４を出力するが、この制御値１４は、Ａ点での制御値に後述するような予め定められた演算で算出される値を加算して得られる。この制御値１４の算出には図２の現時点Ａ点と基準値Ｃ点の位置関係は条件に入っていないため、もし加算する値が図２のＸ軸上のＥ点とＡ点の差よりも大きい値となると、算出された制御値１４は過飽和特性領域にあるＥ点を超え、例えばＸＢになってしまう。従来のＡＬＣ回路ではこのＢ点により制御するため、図２のようにＢ点は基準値ＹＣＥよりも小さい値のため、次の制御段階でも信号レベル比較器４からは＋指示がなされ、更に基準値から遠ざかってしまうことになる。
【００１５】
しかしながら、本発明では信号選択器８において制御値１４と設定値７を比較し、小さい方を出力制御信号１３として選択するようにしている。ここで設定値７として図２のＸＣＥの範囲の任意の値を設定すると、上述のように制御値１４がＸＢである場合は、信号選択器８ではＸＢより小さい設定値７を出力制御信号１３として選択して可変増幅器１に入力することになる。この結果、設定値７を制御入力としたときの出力は図２の特性カーブ上のＣ点〜Ｅ点のいずれかとなる。
【００１６】
この範囲では基準値ＹＣＥを超えているため次の制御段階では信号レベル比較器４からは−指示がなされ、制御回路６では−指示に従った演算を行って制御値１４を出力する。このように制御回路６においてはある制御段階で出力した制御値１４によって可変増幅器１が過飽和特性領域に入って実際の出力が減少して基準値５以下になった場合でも、出力制御信号１３を基準値５を超える値に相当する値に設定することによりあたかも過飽和特性を有しないものとしてＡＬＣ動作を行うことができ、確実に基準値に収斂させることができる。
【００１７】
設定値７の求め方について以下に説明する。前述のように、設定値７は図２のＸＣＥの範囲の任意の値を設定すると良いが、基準値ＹＣＥは例えばレーダ装置を使用する場合によって異なるため、ＸＣＥも変化する。しかしながら、当該レーダ装置で使用する出力の最大値は当然ながら仕様として定められるものである。また、可変増幅器が飽和する点（図２のＤ点）は予め特性試験により得ることができるので、出力の最大値とＤ点の間の値を設定値７として定めると良い。Ｄ点より大きな出力を出すことは不可能であり、出力の最大値はＤ点以下に定められるものである。
【００１８】
尚、制御回路６で出力される制御値１４は、例えば以下のように算出することにより出力信号１２を基準値５に収斂させることができる。
制御回路６の出力のダイナミックレンジ（出力し得る最大出力幅）をＰとする。ＡＬＣ動作指示１５が制御回路６に入力されると、制御回路６は制御値１４の第１制御値（初期値）としてＰ／２を出力する。可変増幅器１ではこの値に対応した出力を行い、信号分配器２、信号レベル検出器３を経由して、信号レベル比較器４で基準値５と比較される。その比較結果に従って制御が行われるが、ある制御段階の制御値（これを第ｎ制御値という）を、
第（ｎ−１）制御値＋Ｐ／２ｎ          ・・・・・・・（１）
と表すと、信号レベル比較器４から＋指示があった場合の第（ｎ＋１）制御値は、
第（ｎ−１）制御値＋Ｐ／２ｎ＋Ｐ／２ｎ＋１     ・・・・（２）
または、信号レベル比較器４から−指示があった場合の第（ｎ＋１）制御値は、
第（ｎ−１）制御値＋Ｐ／２ｎ＋１        ・・・・・・・（３）
とする。但し、ｎは１以上の整数で、第０制御値は０とする。ＡＬＣ動作は、当然ながら出力信号１２が基準値５に収斂した段階で終了する。
【００１９】
以上の式の意味することは次のとおりである。
まず、ＡＬＣ動作を行う初期値（第１制御値）としては前述の通り、ｎ＝１として、（１）式より、Ｐ／２である。これは制御回路６の出力のダイナミックレンジの半分である。これを初期値とすると、次に可変増幅器１の出力を増加させるときは、第２制御値としては（２）式より、
第２制御値＝第０制御値＋Ｐ／２＋Ｐ／４
＝Ｐ／２＋Ｐ／４    （第０制御値＝０のため）
となる。即ち、初期値の半分を加算するものである。
もし基準値５がＰに相当する値に設定された場合は、可変増幅器１の出力を増加させる制御を継続することになりその制御値は、
Ｐ／２＋Ｐ／４＋Ｐ／８＋Ｐ／１６＋・・・Ｐ／２ｎ
となって、最終的にはＰに収斂する。この状況を図３に示す。
【００２０】
また、基準値５がＰに相当する値以下に設定された場合、途中で出力信号１２の値が基準値５を超え可変増幅器１の出力を減衰する必要のある場合は、（３）式に示すように基準値５を超える制御を行ったときに加算したＰ／２ｎの代わりにその半分の値であるＰ／２ｎ＋１を加算して比較演算を行う。初期値としてＰ／２を設定する理由は、可変増幅器１の出力値１２と基準値５は定められたものではなく、従ってまず中間値を設定して収斂演算を開始するのが最も合理的であるからである。当然ながら、制御回路６の出力部、信号選択器８の入出力部、可変増幅器１の出力制御信号１３の入力部のダイナミックレンジは各々整合性をとって設計することはいうまでもない。
以上の計算方法は逐次比較演算方式と呼ばれ、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換の基本演算方式として使用されているものであり、更なる詳細な説明は省略する。
【００２１】
この実施の形態１によれば、対象としている信号の周波数範囲によっては過飽和特性を有する可変増幅器であってもＡＬＣ動作を常に正常に行うことができる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１では制御回路６及び信号選択器８における信号及び演算をアナログ信号及びアナログ演算の場合を説明したが、ディジタル信号及びディジタル演算で実現してもよい。その実施の形態を図４に基づいて説明する。
図４において制御回路６は信号レベル比較器４からの指示に基づいて、制御値１４をディジタル値にて出力する。信号選択器８は制御回路６からの制御値１４と設定値７の値を比較して小さい方を選択してＤ／Ａコンバータ９にディジタル値で出力する。Ｄ／Ａコンバータ９は信号選択器８からのディジタル信号をアナログ信号に変換して得られる出力制御信号１３を可変増幅器１に入力している。
【００２３】
次に動作であるが、実施の形態１と異なる部分について説明する。制御回路６はＡＬＣ動作指示１５が入力されると、初期値（第１制御値）として、２ｍ−１を出力する。ここでｍはＤ／Ａコンバータ９のビット数を示す。Ｄ／Ａコンバータのビット数がｍの場合、このＤ／Ａコンバータ９の出力のダイナミックレンジは２ｍ−１で表される。例えば、４ビットＤ／Ａコンバータの場合、ダイナミックレンジは２４−１＝１５、即ち（１１１１）である。この場合、２４−１＝２３＝８は１５の半分である７．５に近い値となる。従って、２ｍ−１はダイナミックレンジの略半分に相当する。
【００２４】
信号選択器８は制御回路６の制御値１４と設定値７の小さい方を選択してＤ／Ａコンバータ９に出力する。Ｄ／Ａコンバータ９では入力されたディジタル値をアナログ値に変換して出力制御信号１３として可変増幅器１に入力する。その後の動作は実施の形態１と同様であるが、信号レベル比較器４における比較結果から＋指示が制御回路６に出されると、制御回路６では次の制御値（第２制御値）として、第１制御値（２ｍ−１）にその半分（２ｍ−２）を加えた値（２ｍ−１＋２ｍ−２）を、−指示の場合は、第１制御値（２ｍ−１）の半分である２ｍ−２を制御値として出力する。
【００２５】
その後継続して制御動作がなされるが、ｎ番目の制御段階の制御値（これを第ｎ制御値という）を、
（第（ｎ−１）制御値）＋２ｍ−ｎ 
として表した場合、第（ｎ＋１）制御値として、出力レベルを上昇させたい場合には、
（第（ｎ−１）制御値）＋２ｍ−ｎ＋２ｍ−ｎ−１
出力レベルを減少させたい場合には、
（第（ｎ−１）制御値）＋２ｍ−ｎ−１
と表すことができる。但し、ｎは１以上で、ｎ≦ｍの整数であり、第０制御値は０とする。即ち、ｎ＝１の制御値は初期値であり、前述のとおり２ｍ−１となる。
信号分配器２、信号レベル検出器３、信号レベル比較器４及び信号選択器８の動作並びに可変増幅器の過飽和特性領域における制御動作は実施の形態１と同様であるためここでは説明を省略する。
【００２６】
この実施の形態２によれば、対象としている信号の周波数範囲によっては過飽和特性を有する可変増幅器であってもＡＬＣ動作を常に正常に行うことができ、更に制御回路６及び信号選択器８における信号及び演算をディジタルにて実現するようにしたため、経年変化の少ない信頼性の高いＡＬＣ回路を得ることができる。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態１及び２では設定値７を予め定めてディップスイッチや、メモリに格納して設定する必要があるが、自動的に設定可能な実施の形態３を図５に基づいて説明する。
図５は実施の形態３を示すブロック図であり、制御回路６は入出力特性採取指示１６が有効になると、信号選択器８とカウンター１０にその旨を出力する。そうするとカウンター１０は初期値０から順次増加するようカウント動作を開始してカウント値を信号選択器８に出力し、かつ信号選択器８はカウンター１０からの信号を選択してＤ／Ａコンバ−タ９に出力する。このとき、カウント値の更新時間はＤ／Ａコンバータ９から信号レベル比較器４の結果が制御回路６に出力されるまでの応答時間より大きなものとする。この理由は、出力したカウンター値によってなされる制御結果が確実に制御回路６に入力するようにするためである。基準値５は、前述のように仕様で定められる出力の最大値に設定しておく。
【００２８】
可変増幅器１の出力が基準値５以下の状態、即ち信号レベル比較器４から＋指示がきている間は上記カウント動作を継続するが、−指示になったことを検出したとき、即ち可変増幅器１の出力１２が基準値５を超えたときにカウンター１０に対し、そのときのカウンター値を保持させ、設定値とする。この設定値は実施の形態１で説明したように図２のＣ点〜Ｅ点の範囲ＸＣＥの間であればいずれでも良いので、基準値５を超えたときのカウンター値を設定値とすることは妥当である。カウンター値のカウント幅は、出力信号１２が基準値５を超えたときにＥ点を超えないように十分細かく定めるとよい。制御回路６は設定値が検出された後、信号選択器８とカウンター１０への入出力特性採取指示を無効とし、この後ＡＬＣ動作信号１５が入力された場合には、前述の各実施の形態で説明したＡＬＣ動作が行われる。
【００２９】
以上説明した入出力特性採取動作は出力信号を基準値に向けて増加させるという意味ではＡＬＣ動作と同じであるが、出力制御信号１３をカウンター値で細かく設定する点が異なり、時間も当然多くかかるものである。
尚、上記の説明ではカウンターの初期値を０としたが、図２のＣ点より小さな値であればいずれでもよく、ＡＬＣ回路の入出力特性のばらつきを考慮して決定すればよい。
【００３０】
また、カウンターの出力を信号選択器８に入力して信号選択器８でカウンター値を強制的に選択するようにしたが、Ｄ／Ａコンバータ９の入力を切り替えるようにして、カウンターの出力を直接Ｄ／Ａコンバータ９に入力するようにしてもよい。
更に、上記の例ではカウンター１０のカウンター値がディジタル値である場合を示したが、カウンター値をアナログ値で出力することにより実施の形態１で示したようなアナログ回路に適用することも可能である。その場合は、Ｄ／Ａコンバータ９は不要である。
【００３１】
この実施の形態３によれば、経年変化、温度変化、部品の変更等により過飽和特性領域が変化した場合でも、入出力特性採取指示により容易に設定値の再設定を行うことができるＡＬＣ回路を得ることができる。
以上の実施の形態で説明したように、この発明のＡＬＣ回路は過飽和特性を有する可変増幅器においてＡＬＣ動作を常に正常に行うことができるものであるが、条件によって、例えば対象としている信号の周波数範囲によっては過飽和特性を呈しない場合があったとしても悪影響を与えるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１を示すＡＬＣ回路のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１の可変増幅器の入出力特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の制御値の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２を示すＡＬＣ回路のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３を示すＡＬＣ回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  可変増幅器、２  信号分配器、３  信号レベル検出器、４  信号レベル比較器、５  基準値、６  制御回路、７  設定値、８  信号選択器、９  Ｄ／Ａコンバータ、１０  カウンター、１１  入力信号、１２  出力信号、１３  出力制御信号、１４  制御値、１５  ＡＬＣ動作指示、  １６  入出力特性採取指示。
【図１】
0004780909.tif 000002
【図２】
0004780909.tif 000003
【図３】
0004780909.tif 000004
【図４】
0004780909.tif 000005
【図５】
0004780909.tif 000006