(57)【要約】【課題】マイクロ波帯あるいはミリ波帯で用いられる検波回路で、より広範囲な入力電力範囲に対して、高精度な検波出力電圧を得る。【解決手段】高周波スイッチ６は、検波ダイオード３の入力側に設けられ、入力される高周波入力信号ａを一定時間間隔でオン・オフする。Ａ／Ｄ変換器１０は演算増幅器９が出力した信号をデジタル信号列に変換する。ＣＰＵ１１は、Ａ／Ｄ変換器１０から入力された信号列の最大値・最小値をＣＰＵ１１の動作クロック毎に判別し、保持更新して所定の時間間隔内で最大値から最小値を差し引いた値を高周波検波電圧として出力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号をダイオードによって検波出力する検波回路であって、前記ダイオードへ入力される高周波信号を一定時間間隔でオン・オフする高周波スイッチ手段と、検波回路系全体から生じる誤差電圧の総和を算出し前記高周波信号が入力されたときの検波出力電圧から前記誤差電圧の総和を差し引き出力する制御手段とを備えることを特徴とする検波回路。
【請求項２】
前記高周波スイッチ手段は、スイッチのように動作させるため入力された高周波信号を最小減衰と最大減衰とにデジタル的に制御する可変減衰器、あるいは高周波信号をメカニカル且つデジタル的に制御する高周波スイッチを備えることを特徴とする請求項１記載の検波回路。
【請求項３】
マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号を検波出力するダイオードと、前記ダイオードが出力したマイクロ波あるいはミリ波を阻止する低域フィルタと、前記ダイオードに直流電力を供給する電源と、前記低域フィルタを通過した低電力入力時の信号を増幅する演算増幅器とを有する検波回路であって、前記ダイオードの入力側に設けられ入力される高周波信号を一定時間間隔でオン・オフする高周波信号スイッチ部と、前記演算増幅器が出力した信号をデジタル信号列に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から入力された信号列の最大値・最小値をＣＰＵの動作クロック毎に判別し保持更新して所定の時間間隔内で前記最大値から前記最小値を差し引いた値を高周波検波電圧として出力するＣＰＵとを備えることを特徴とする検波回路。
【請求項４】
高周波信号スイッチ部は、一定時間間隔のパルスを発生するパルス発生器と、前記パルス発生器の出力に基づき高周波スイッチを駆動させるスイッチ駆動回路と、前記スイッチ駆動回路により一定時間間隔でオン・オフする高周波スイッチとを備えることを特徴とする請求項３記載の検波回路。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか１項に記載の検波回路を備えることを特徴とする送受信装置。
【請求項６】
マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号をダイオードによって検波出力する検波方法であって、入力される高周波信号を高周波スイッチにより一定時間間隔でオン・オフさせて検波用のダイオードに入力し、前記ダイオードで検波出力された信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号列に変換し、前記Ａ／Ｄ変換器から入力された信号列の最大値・最小値をＣＰＵの動作クロック毎に判別し保持更新して所定の時間間隔内で前記最大値から前記最小値を差し引いた値を高周波検波電圧として出力することを特徴とする検波方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は検波回路に関し、特にマイクロ波帯あるいはミリ波帯に用いられる検波回路および検波方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダイオードを用いた高周波信号用検波器においては、入力電力に対する出力電圧は、理想的には差動型検波回路の特性を示す図４で曲線▲１▼に示されるように、ほぼ線形な検波電圧特性を示す。通常想定される入力電力範囲では、直流出力検波電圧として、数ｍＶ以下というような高精度な外部検出回路が要求される。従来から用いられてきた検波回路を図３に示す。図３を参照すると、検波ダイオード３は、温度変動に対して安定な高周波検波性能を実現すべく、直流バイアスである検波ダイオード用直流電源８を印加して使用される。そのため高周波信号未入力の状態でも、印加された直流バイアスによるデフォルト電圧が常に生じることになる。デフォルト電圧は検波ダイオード３の直流整流特性の温度変動に依存して変化するため、広ダイナミックレンジ、且つ、温度変動が最小の検波回路を実現するには、高周波入力電力によって生じた検波電圧出力から、デフォルト電圧を正確に差し引く必要がある。
【０００３】
このため従来から、高周波信号入力をさせない基準ダイオード１２を基準ダイオード用直流電源１３で直流バイアスし、検波ダイオード３と同様の環境下に設けて、検波ダイオード３からの出力電圧から、デフォルト電圧を差し引くこという差動型の検波回路が用いられてきた。検波ダイオード３からの出力電圧は、上述のように数ｍＶ以下になる場合が想定されるため、通常、演算増幅器９によって増幅され、差動演算増幅器１４から出力される。
【０００４】
また、公知技術として、パルス変調の高周波信号を検波した信号の高周波オフ時の信号を使用して補正する技術が開示され（例えば、特許文献１参照）、高周波電力を高周波スイッチを通して検波する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５７−００６３４６号公報（請求項１）
【特許文献２】
特開昭５８−０４８５３１号公報（請求項１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ波帯・ミリ波帯に用いられる送受信装置においては、出力電力を高精度に且つ、広ダイナミックレンジで制御する手段が求められており、このため広ダイナミックレンジで信号を検波できる回路が必要になっている。上述した従来の検波回路では、図５に示されるように、独立する２系統の演算増幅器から、それぞれ異なる温度特性をもったオフセット電流・電圧が生じ、高周波信号入力による所定の検波電圧の誤差になってしまう。更に、低オフセット電圧・電流の特殊な演算増幅器を用いたとしても、基準ダイオードと検波ダイオードの温度等の環境条件差、もしくは、ダイオードそのものの特性バラツキによって、デフォルト電圧のずれが生じ、それが誤差となってしまうという問題があった。結果的に、検波特性は、図４中の曲線▲２▼、曲線▲３▼に示すような特性になり、特に低入力電力時の誤差は非常に大きいものになってしまうという問題があった。つまり、演算増幅器等から生じるオフセット電流・電圧による誤差、２系統のダイオードの特性・環境条件の違いから生じる誤差を最小にし、高精度な検波特性が得られる検波回路が求められてきた。  本発明の目的は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯で用いられる検波用回路で、より広範囲な入力電力範囲に対して、高精度な検波出力電圧を得ることができる検波回路，検波方法および送受信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号をダイオードによって検波出力する検波回路であって、前記ダイオードへ入力される高周波信号を一定時間間隔でオン・オフする高周波スイッチ手段と、検波回路系全体から生じる誤差電圧の総和を算出し前記高周波信号が入力されたときの検波出力電圧から前記誤差電圧の総和を差し引き出力する制御手段とを備える。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、請求項１において、前記高周波スイッチ手段は、スイッチのように動作させるため入力された高周波信号を最小減衰と最大減衰とにデジタル的に制御する可変減衰器、あるいは高周波信号をメカニカル且つデジタル的に制御する高周波スイッチを備える。
【０００９】
請求項３記載の本発明は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号を検波出力するダイオードと、前記ダイオードが出力したマイクロ波あるいはミリ波を阻止する低域フィルタと、前記ダイオードに直流電力を供給する電源と、前記低域フィルタを通過した低電力入力時の信号を増幅する演算増幅器とを有する検波回路であって、前記ダイオードの入力側に設けられ入力される高周波信号を一定時間間隔でオン・オフする高周波信号スイッチ部と、前記演算増幅器が出力した信号をデジタル信号列に変換するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器から入力された信号列の最大値・最小値をＣＰＵの動作クロック毎に判別し保持更新して所定の時間間隔内で前記最大値から前記最小値を差し引いた値を高周波検波電圧として出力するＣＰＵとを備える。
【００１０】
請求項４記載の本発明は、請求項３において、高周波信号スイッチ部は、一定時間間隔のパルスを発生するパルス発生器と、前記パルス発生器の出力に基づき高周波スイッチを駆動させるスイッチ駆動回路と、前記スイッチ駆動回路により一定時間間隔でオン・オフする高周波スイッチとを備える。
【００１１】
請求項５記載の本発明は、請求項１〜４いずれか１項に記載の検波回路を備える。
【００１２】
請求項６記載の本発明は、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の高周波信号をダイオードによって検波出力する検波方法であって、入力される高周波信号を高周波スイッチにより一定時間間隔でオン・オフさせて検波用のダイオードに入力し、前記ダイオードで検波出力された信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号列に変換し、前記Ａ／Ｄ変換器から入力された信号列の最大値・最小値をＣＰＵの動作クロック毎に判別し保持更新して所定の時間間隔内で前記最大値から前記最小値を差し引いた値を高周波検波電圧として出力する。
【００１３】
本発明によれば、検波ダイオードの入力部に、入力される高周波信号をオン・オフ可能な高周波スイッチ、もしくは、高周波信号を最大減衰および最小減衰させることが可能な高周波可変減衰器を有する。高周波信号用スイッチは、定められた時間間隔でオン・オフが繰り返されるようにパルス発生器とその駆動回路から構成される。検波ダイオードに入力される高周波信号を、高周波スイッチによって一定時間間隔でオン・オフさせることで、検波ダイオードに信号入力と信号遮断の２状態を繰り返し作りだすことが可能になる。その結果、検波ダイオードからは、高周波信号電力に依存した検波電圧と、高周波信号入力無しのデフォルト電圧が、交互に、且つ連続的に変化する検波信号が生成される。その後の回路にて、検波信号には、演算増幅器等の周辺回路から生じる誤差電圧も加算されるが、これらの誤差を含んだパルス状の検波信号から、デジタル信号処理によって、高周波入力電力に依存する電圧のみを取り出して出力する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１を参照すると、マイクロ波帯あるいはミリ波帯の送受信装置に使用される検波回路は、検波ダイオード３、パルス発生器４、スイッチ駆動回路５、高周波スイッチ６、ローパスフィルタ７、検波ダイオード用直流電源８、演算増幅器９、Ａ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器１０、ＣＰＵ（中央演算処理装置：以降ＣＰＵと呼ぶ）１１を備える。検波ダイオード３は、温度変動に対して安定な高周波検波性能を実現すべく直流バイアスである検波ダイオード用直流電源８を印加して使用される。そのため高周波信号が未入力の状態でも、印加された直流バイアスによる電圧（以降、デフォルト電圧と呼ぶ。）が常に生じることになる。そのデフォルト電圧は、検波ダイオードの直流整流特性の温度変動に依存して変化する。つまり、広ダイナミックレンジ、且つ、温度変動が最小の検波回路を実現するには、高周波入力電力によって生じた検波電圧出力から、デフォルト電圧を正確に差し引く必要がある。
【００１６】
本発明では、検波用ダイオード３の入力部に、高周波信号入力端子１から入力される高周波信号をオン・オフさせることが可能な高周波信号用スイッチが直列に接続される。この高周波信号用スイッチは、定められた時間間隔でオン・オフを繰り返されるようにパルス発生器４と、このパルス発生器４が出力するパルスに基づき高周波スイッチ６を駆動するスイッチ駆動回路５とを備えて構成される。高周波スイッチ６は、スイッチのように動作させるため入力された高周波信号を最小減衰と最大減衰とにデジタル的に制御する可変減衰器、あるいは高周波信号をメカニカル且つデジタル的に制御するスイッチのいずれを用いてもよい。
【００１７】
検波ダイオード３への高周波信号入力を、高周波スイッチ６を使用して一定時間間隔でオン・オフさせることで、検波ダイオード３に信号入力と信号遮断の２状態を繰り返し作りだすことが可能になる。その結果、検波ダイオード３からは、高周波信号電力に応じた検波電圧と、高周波信号未入力時のデフォルト電圧とが、交互に且つ連続的に変化する検波信号が生成される。この検波信号は、マイクロ波あるいはミリ波を阻止するローパスフィルタ７を通して演算増幅器９によって所定のレベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１０を介してＣＰＵ１１に入力される。
【００１８】
ＣＰＵ１１は、その動作クロック毎に、入力された信号列の最大値・最小値を判別し、それを保持・更新する。そして、所定の時間間隔内、すなわち想定される入力高周波信号の変動、および、温度を含めた環境変動要素に追従可能な時間間隔内で最大値から最小値を差し引いた値を検波器出力端子２に出力する。更に、最大値・最小値は、この所定の時間間隔毎に、高周波スイッチ６と同期をとりながらリフレッシュされ、以降のサイクルでも最大値・最小値を保持・更新し、その差分出力を繰り返す。
【００１９】
次に、本発明の実施の形態の動作について図１および図２を参照して説明する。ここでは検波回路に入力される高周波信号電力が図２の高周波入力信号ａのように変動することを仮定する。
【００２０】
図１のパルス発生器４およびスイッチ駆動回路５によって、図２に示す高周波スイッチ駆動信号ｂを生成する。この信号によって、図１の高周波スイッチ６は、検波ダイオード３に入力される高周波電力信号を一定時間間隔でオン・オフさせる。その結果、検波ダイオード３からは、図２に示すように検波ダイオード出力ｃとして一定間隔毎に、高周波入力電力に応じた検波電圧と、高周波信号未入力のデフォルト電圧を交互に繰り返す検波信号が生成される。ここで、生成された検波信号は、低電力入力時には微少になるため、演算増幅器９によって増幅され、更に、Ａ／Ｄ変換器１０によってデジタル信号列に変換される。この過程によって、検波電圧信号に、演算増幅器９やＡ／Ｄ変換器１０によるオフセット電圧、量子化誤差が加算され、図２のＡ／Ｄ変換器出力ｄに示される波形が生成されることになる。この生成されたデジタル信号列は、ＣＰＵ１１にリアルタイムに入力される。
ＣＰＵ１１では、時系列のデジタル入力信号をそれぞれ比較し、入力された信号の最大値・最小値を判別し、保持または、更新する処理を行う。同時に、最大値から最小値を差し引いて、図２のＣＰＵ出力ｅを高周波検波電圧として出力する。この過程において、最小値は、デフォルト電圧、演算増幅器のオフセット誤差、Ａ／Ｄ変換の量子化誤差等、検波回路系から生じうる誤差の総和になる。つまり、最大値から最小値を差し引くことで、系全体から生じるすべての誤差が差し引かれて、高周波電力に応じた検波電圧のみを出力することが可能になる。最大値・最小値は、想定される高周波信号電力の変動、および温度を含めた環境変動に十分追従可能な時間間隔以下で、且つ、高周波スイッチ６と同期をとりながら、リフレッシュされ、上述した処理が繰り返されることになる。
【００２１】
ここで、上述した高周波信号の減衰について具体的に説明する。この減衰量に関しては、送受信装置上で許容される精度を実現可能な減衰量であり、例えば、信号を３０ｄＢだけ、高周波スイッチ６で遮断できたとすると、検波ダイオード３には、検波すべき高周波信号より３０ｄＢ低い高周波信号が入力され、それによって生じる検波電圧は本発明上の誤差になる。更に具体的に、上述した図４の曲線▲１▼で考えれば、２２ｄＢｍ入力時に検波電圧が１Ｖとなっている。そこで、それより３０ｄＢ低下させた−８ｄＢｍ入力では、０．００６Ｖとなる。つまり、０．００６Ｖ／１Ｖ分が誤差となる（理想的な曲線▲１▼に当てはめてみれば、入力電力で見て０．０５ｄＢ程度の誤差）。同様に、２０ｄＢ低下させて、＋２ｄＢｍで考えれば（０．０４５Ｖ）、０．４ｄＢ程度の誤差と考えることができる。精度の±１ｄＢを装置性能として必要とするのであれば、２０ｄＢ程度減衰させれば十分であり、高周波スイッチの性能として特別なものではない。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、検波すべき高周波信号電力変動時間や環境変動時間に比較して十分短い時間の中で、検波ダイオードへの高周波入力を一時的に遮断することで、検波回路系全体から生じる誤差電圧の総和を取り出し、高周波入力時の検波電圧から差し引くことによって、温度変動を初めとする環境要因に依存しない正確な検波電圧を出力することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態の動作を説明するための図である。
【図３】従来の差動型検波回路を示す構成図である。
【図４】差動型検波回路の特性を説明するための図である。
【図５】従来の差動型検波回路の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１    高周波信号入力端子
２    検波器出力端子
３    検波ダイオード
４    パルス発生器
５    スイッチ駆動回路
６    高周波スイッチ
７    ローパスフィルタ
８    検波ダイオード用直流電源
９    演算増幅器
１０    Ａ／Ｄ変換器
１１    ＣＰＵ
【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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