(57)【要約】【課題】送信出力信号を理想的な基準信号に容易に収束させることができる波形自動整形制御装置を提供する。【解決手段】連続波を出力する信号発生器１と、連続波を当該変調信号を用いてパルス変調し励振信号を出力する変調器２と、Ａ級増幅回路を含み励振信号の電力を増幅する電力増幅器５１〜５ｎと、電力が増幅された励振信号を２分岐し、一方を送信出力信号として外部に出力する方向性結合器７１〜７ｎと、分岐された励振信号の他方を検波してモニタ信号を出力する検波器８１〜８ｎと、モニタ信号と、予め設定した理想的な波形信号である基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分に基づいて変調信号を補正する波形制御回路１０１〜１０ｎとを備え、波形制御回路は、デバイス特性により発生する波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、および直流成分のうちの少なくとも一つに基づいて補正された変調信号を出力する。【選択図】図１
2013251823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続波を出力する信号発生器と、
変調信号を入力し、前記連続波を、当該変調信号を用いてパルス変調し、励振信号を出力する変調器と、
Ａ級増幅回路を含み、前記励振信号の電力を増幅する電力増幅器と、
電力が増幅された前記励振信号を２分岐し、一方を送信出力信号として外部に出力する方向性結合器と、
分岐された前記励振信号の他方を検波してモニタ信号を出力する検波器と、
前記モニタ信号と、予め設定した理想的な波形信号である基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分に基づいて前記変調信号を補正し、補正された前記変調信号を前記変調器に出力する波形制御回路とを備え、
前記波形制御回路は、デバイス特性により発生する波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、および直流成分のうちの少なくとも一つに基づいて補正された前記変調信号を出力する
ことを特徴とする波形自動整形制御装置。
【請求項２】
波形制御回路は、
基準波形信号を発生する基準波形発生器と、
モニタ信号と前記基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分を比較結果信号として出力する波形比較器と、
前記比較結果信号に基づいた誤差補正信号を出力する誤差補正量発生器と、
変調信号を記憶する変調信号発生器と、
直前に出力された前記変調信号と、前記誤差補正信号とを加算し、加算された信号を新たな変調信号として出力する加算器とを備えた
請求項１記載の波形自動整形制御装置。
【請求項３】
基準波形発生器は、
モニタ信号の出力値が最大となるピーク点の半分の出力値における当該モニタ信号のパルス幅の中心点を通り時間軸と直交する線を、当該モニタ信号の中心線とし、直前に出力された変調信号の中心線と当該モニタ信号の中心線との差分と、当該変調信号の中心線と基準波形信号の中心線との差分とが等しくなるタイミングで当該基準波形信号を出力する
請求項２記載の波形自動整形制御装置。
【請求項４】
誤差補正量発生器は、
比較結果信号の出力値が、予め定められた第１の所定値より大きい場合または予め定められた第２の所定値より小さい場合、当該比較結果信号の出力値の大きさに依存せず予め定められた補正量に基づいて誤差補正信号を出力する
請求項２または請求項３記載の波形自動整形制御装置。
【請求項５】
誤差補正量発生器は、
基準波形信号およびモニタ信号のパルスの端から所定範囲の部分に対応する誤差補正信号の出力値を、当該基準波形信号および当該モニタ信号の当該所定範囲以外の部分であって当該所定範囲の近傍の部分に対応する比較結果信号に基づいて設定する
請求項２から請求項４のうちのいずれか１項に記載の波形自動整形制御装置。
【請求項６】
誤差補正量発生器は、
基準波形信号およびモニタ信号の所定範囲における誤差補正信号の出力値を、当該基準波形信号および当該モニタ信号の当該所定範囲の前後であって近傍の部分に対応する比較結果信号に基づいて設定する
請求項２から請求項５のうちのいずれか１項に記載の波形自動整形制御装置。
【請求項７】
加算器は、
基準波形信号およびモニタ信号の比較により得られた比較結果信号に基づいた誤差補正信号を、直前に出力された前記変調信号より所定時間遅れた変調信号に加算し、加算された当該変調信号を新たな変調信号として出力する
請求項２から請求項６のうちのいずれか１項に記載の波形自動整形制御装置。
【請求項８】
波形比較器は、
直流成分をオフセットしたモニタ信号と基準波形信号とを比較し、差分を比較結果信号として出力する
請求項２から請求項７のうちのいずれか１項に記載の波形自動整形制御装置。
【請求項９】
連続波を出力し、
変調信号を入力し、前記連続波を、当該変調信号を用いてパルス変調し、励振信号を出力し、
Ａ級増幅回路により、前記励振信号の電力を増幅し、
電力が増幅された前記励振信号を２分岐し、一方を送信出力信号として外部に出力し、
分岐された前記励振信号の他方を検波してモニタ信号を出力し、
前記モニタ信号と、予め設定した理想的な波形信号である基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分、ならびにデバイス特性により発生する波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、および直流成分のうちの少なくとも一つに基づいて前記変調信号を補正し、補正された前記変調信号を出力する
ことを特徴とする波形自動整形制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波形自動整形制御装置および波形自動整形制御方法に関し、特に理想的な基準波形信号との比較を用いた波形自動整形制御装置および波形自動整形制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なパルス送信機は、送信出力信号のスペクトラムの拡がりを抑え不要輻射成分を低減するために、矩形波の立ち上がり、立ち下がりを滑らかにしたり、ガウシャン波形等で振幅変調を行ったりしている。
【０００３】
また、一般的なパルス送信機は、規定の送信出力を満足するため、Ｃ級動作の非線形回路を使用している。また、一般的なパルス送信機は、例えば、あらかじめ用意された数種類の変調波形パターンの中から、不要輻射成分、パルス幅の規格を満足する変調波形を選択し、送信出力とパルス幅が一定になるようにフィードバック回路を組んでいる。
【０００４】
図１４は、フィードバック方式を適用した一般的なパルス送信機の一例を示すブロック図である。図１４において、信号発生器１から出力された連続波は、パルス変調器２によりパルス変調され励振信号となり、プリアンプ３に送られる。プリアンプ３は、励振信号を、後段のｎ個（ｎは２以上の整数）の電力用半導体デバイスである電力増幅器５１〜５ｎの入力レベルまで増幅する。電力分配器４は、増幅された励振信号をｎ分配して、電力増幅器５１〜５ｎに並列に出力する。
【０００５】
電力合成器６は、電力増幅器５１〜５ｎの各々により別々に電力増幅されて取り出された励振信号を合成する。この例のように、パルス送信機が固体化送信機である場合、１個の電力用半導体デバイス（電力増幅器）の出力電力が小さい。そのため、多数（図１４ではｎ個）の電力用半導体デバイスが並列動作し、出力電力が合成されることにより、所望の出力電力が得られる。
【０００６】
そして、検波器８は、方向性結合器７から出力された合成送信信号を検波し、モニタ信号を発生させる。波形制御回路９は、モニタ信号を入力し、モニタ信号の送信出力およびパルス幅の値と、予め設定された値とを比較し、比較により得られた誤差および補正量を用いて、補正された次の変調信号波形を発生する。
【０００７】
また、例えば特許文献１には、駆動信号によりゲインが変化する増幅器と、この増幅器の出力と装置出力の波形を制御するための基準信号を比較して両信号の誤差信号を前記駆動信号として出力する比較回路とを備え、複数の基本波形を合成し前記基準信号として出力する出力波形制御装置が記載されている。また、特許文献１には、増幅器の出力波形が基準信号と相似となるように制御され、なめらかな立ち上がり立ち下がりを持つ波形となることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平３−２２４３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１４に示すような、非線形な特性のＣ級動作回路を使用する方法では、波形全体を補正するには非常に複雑な処理が必要であり、また、増幅前の信号波形の微少な変化でも出力が大幅に変化してしまうため、波形の立ち上がり、立ち下がりのエンベローブを詳細に補正することが困難である。そのため、波形制御回路９は、変調波形を数種類のパターンから選択し、送信電力とパルス幅のみを補正している。しかし、この方法では電力増幅器５１〜５ｎのロット差等によりばらつきが大きいと調整しきれない可能性がある。
【００１０】
また、図１４に示した方法では、使用者が、スペクトラムと波形を確認しながら変調波形パターン、送信電力及びパルス幅を設定する必要がある。また、電力増幅器５１〜５ｎの特性のばらつきがあるため、使用者は、不要輻射成分、送信電力及び、パルス幅の全ての規格を満足する設定をしなければならない。また、周波数の変更があった場合、または電力増幅器５１〜５ｎを入れ替えた際にも同様に、使用者が再設定を行う必要がある。そのため、使用者にとって微調整に大変な労力が必要であり、運用開始まで多大な時間を要していた。
【００１１】
また、特許文献１に記載された技術では、波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、直流成分等のデバイス特性による影響を考慮した補正を行っていないため、送信出力信号が理想的な基準信号に収束しない場合がある。そのため、送信出力信号のスペクトラムが拡がり、不要輻射成分が大幅に増加してしまう。また、デバイスの特性による影響を考慮した補正を行うためには使用者が労力を費やす必要がある。
【００１２】
そこで、本発明は、送信出力信号を理想的な基準信号に容易に収束させることができる波形自動整形制御装置および波形自動整形制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による波形自動整形制御装置は、連続波を出力する信号発生器と、変調信号を入力し、前記連続波を、当該変調信号を用いてパルス変調し、励振信号を出力する変調器と、Ａ級増幅回路を含み、前記励振信号の電力を増幅する電力増幅器と、電力が増幅された前記励振信号を２分岐し、一方を送信出力信号として外部に出力する方向性結合器と、分岐された前記励振信号の他方を検波してモニタ信号を出力する検波器と、前記モニタ信号と、予め設定した理想的な波形信号である基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分に基づいて前記変調信号を補正し、補正された前記変調信号を前記変調器に出力する波形制御回路とを備え、前記波形制御回路は、デバイス特性により発生する波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、および直流成分のうちの少なくとも一つに基づいて補正された前記変調信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
本発明による波形自動整形制御方法は、連続波を出力し、変調信号を入力し、前記連続波を、当該変調信号を用いてパルス変調し、励振信号を出力し、Ａ級増幅回路により、前記励振信号の電力を増幅し、電力が増幅された前記励振信号を２分岐し、一方を送信出力信号として外部に出力し、分岐された前記励振信号の他方を検波してモニタ信号を出力し、前記モニタ信号と、予め設定した理想的な波形信号である基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分、ならびにデバイス特性により発生する波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、および直流成分のうちの少なくとも一つに基づいて前記変調信号を補正し、補正された前記変調信号を出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、送信出力信号を理想的な基準信号に容易に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による自動パルス波形整形装置の実施形態の構成を示すプロック図である。
【図２】波形制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】波形制御回路において制御される信号のタイミングチャートである。
【図４】波形の比較処理を概略的に示す説明図である。
【図５】基準波形信号とモニタ信号とのタイミングを合わせる処理を概略的に示す説明図である。
【図６】波形の補正処理を示す説明図である。
【図７】基準波形信号とモニタ信号に含まれる重畳ノイズの例を示す説明図である。
【図８】基準波形信号とモニタ信号に含まれる重畳ノイズの対策例を示す説明図である。
【図９】デバイスの応答性よる影響を示す説明図である。
【図１０】波形のなまりの影響とその除去方法を示す説明図である。
【図１１】応答性による遅れの影響とその除去方法を示す説明図である。
【図１２】波形のなまりの影響および応答性による遅れの影響の除去方法を示す説明図である。
【図１３】直流成分のオフセット処理を示す説明図である。
【図１４】フィードバック方式を適用した一般的なパルス送信機の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による自動パルス波形整形装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による自動パルス波形整形装置の実施形態の構成を示すプロック図である。図１に示すように、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、信号発生器１と、変調器２と、プリアンプ３と、電力分配器４と、電力増幅器５１〜５ｎと、方向性結合器７１〜７ｎと、検波器８１〜８ｎと、電力合成器６と、波形制御回路１０１〜１０ｎとを備える。また、本実施形態の電力増幅器５１〜５ｎは、Ａ級増幅回路を有する。
【００１８】
信号発生器１は、連続波を出力する。変調器２は、信号発生器１が出力した連続波を、波形制御回路１０１〜１０ｎから得られた変調信号を用いてパルス変調し、励振信号を出力する。
【００１９】
プリアンプ３は、変調器２が出力した励振信号を入力し、後段のｎ個（ｎは２以上の整数）の電力用半導体デバイスである電力増幅器５１〜５ｎの入力レベルまで増幅する。電力分配器４は、増幅された励振信号をｎ分配して、電力増幅器５１〜５ｎに並列に出力する。電力増幅器５１〜５ｎは、入力した励振信号を増幅して出力する。
【００２０】
方向性結合器７１〜７ｎは、電力増幅器５１〜５ｎにより電力増幅された励振信号を入力し、電力合成器６に出力する。また、方向性結合器７１〜７ｎは、励振信号の一部を取り出して、検波器８１〜８ｎに出力する。
【００２１】
電力合成器６は、方向性結合器７１〜７ｎが出力した励振信号を合成して、送信出力信号として外部に出力する。検波器８１〜８ｎは、方向性結合器７１〜７ｎが出力した励振信号を検波し、モニタ信号を出力する。
【００２２】
波形制御回路１０１〜１０ｎは、それぞれ、基準波形発生器１７、波形比較器１８、誤差補正量発生器１３、加算器１４、変調信号発生器１９を有している。波形制御回路１０１〜１０ｎは、検波器８１〜８ｎから入力したモニタ信号における検波波形と基準波形信号とを比較し、比較結果に基づく誤差補正量を直近の変調信号に加算し、次の変調信号波形を発生する。
【００２３】
基準波形発生器１７は、予め設定した理想的な基準波形信号を波形比較器１８に出力する。波形比較器１８は、基準波形発生器１７から発生された基準波形信号と、検波器８１〜８ｎから出力されたモニタ信号波形（励振出力信号波形）とを比較し、その比較結果を比較結果信号として誤差補正量発生器１３に出力する。
【００２４】
誤差補正量発生器１３は、入力した比較結果信号に基づいて誤差補正信号を生成し、出力する。加算器１４は、変調信号発生器１９から出力された直近の変調信号と、誤差補正量発生器１３から出力された誤差補正信号とを加算して、変調信号として、変調器２に出力する。
【００２５】
次に、本実施形態の自動パルス波形整形装置の要部である波形制御回路１０１〜１０ｎの構成及び動作を、詳細に説明する。図２は、波形制御回路１０１〜１０ｎのうちの一つの波形制御回路１０ａの構成例を示すブロック図である。図２において、図１と同一構成部分には同一符号を付している。図３は、波形制御回路１０１〜１０ｎにおいて制御される信号のタイミングチャートである。図３において、図２と同一信号には同一符号を付してある。また、以下の動作説明において、図３に示すＮ発目の信号について説明する。
【００２６】
波形制御回路１０ａは、検波器８に接続するＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器２０と、変調器２に接続するＤ／Ａ変換器２１とを備える。波形制御回路１０ａ内の各信号は、Ａ／Ｄ変換器２０とＤ／Ａ変換器２１との間では、デジタルデータとして処理される。Ａ／Ｄ変換器２０は、検波器８ａから入力された信号をＡ／Ｄ変換し、モニタ信号１０２として、波形比較器１８に出力する。図３に示すように、モニタ信号１０２は、変調信号１０１に比べて、回路を通過したことにより遅延しており、変調信号１０１よりｔ１遅れて波形比較器１８に出力される。
【００２７】
基準波形発生器１７は、メモリ１１１を備えている。メモリ１１１は、予め定められた理想的な波形信号である基準波形信号１０３の元となる基準波形信号データを格納している。基準波形信号１０３は、例えば、不要輻射成分、送信電力、およびパルス幅等の全ての規格を満足する理想的な基準信号である。基準波形発生器１７は、遅延ｔ１を考慮して、モニタ信号１０２と同じタイミングで基準波形信号１０３を波形比較器１８に出力する。
【００２８】
波形比較器１８は、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２との比較を行い、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２との差分を比較結果信号１０４として誤差補正量発生器１３に出力する。
【００２９】
誤差補正量発生器１３は、比較結果信号１０４に基づき補正量を決定し、誤差補正信号１０５を加算器１４に出力する。このとき誤差補正信号１０５には、波形比較器１８および誤差補正量発生器１３での処理により、基準波形信号１０３およびモニタ信号１０２に比べて遅延する（図３に示す遅延ｔ２）。
【００３０】
変調信号発生器１９は、メモリ１２１を有しており、直近の変調信号１０８（Ｎ発目の変調信号（デジタル）１０７のデータ）が格納されている。変調信号発生器１９は、この直近の変調信号１０８を、波形比較器１８および誤差補正量発生器１３の処理による遅延ｔ２を考慮して、誤差補正信号１０５と同じタイミングで加算器１４へ出力する。
【００３１】
加算器１４は、直近の変調信号１０８と誤差補正信号１０５との加算を行い、加算結果を加算結果信号１０６として出力する。加算器１４による加算処理は、（Ｎ＋１）発目の変調信号１０１の出力タイミングよりも早く終了する。そのため、加算結果信号１０６は、メモリ１３１へ出力され、一時的に格納される。そして、格納された加算結果信号１０６は、（Ｎ＋１）発目の変調信号１０１を発生させるべきタイミングで変調信号（デジタル）１０７としてＤ／Ａ変換器２１へ出力される。
【００３２】
Ｄ／Ａ変換器２１は、変調信号（デジタル）１０７をＤ／Ａ変換し、変調信号１０１として変調器２へ出力する。また、変調信号（デジタル）１０７は、変調信号発生器１９にも出力され、変調信号発生器１９のメモリ１２１に格納される。そして、Ｎ＋１発目の変調信号（デジタル）１０７は、（Ｎ＋１）発目の誤差補正信号１０５が加算器１４に入力された際に、直近の変調信号１０８として加算器１４に出力される。
【００３３】
以上のように、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、Ａ級動作回路を有する電力増幅器５１〜５ｎを備え、補正された変調信号を用いて励振信号を生成し、その励振信号を検波して、更に補正を加えることを繰り返す。よって、本実施形態の自動パルス波形整形装置によれば、送信出力信号が、立ち上がり、立ち下がりのエンベローブを含め理想的な基準波形に収束し、また、常にその理想波形を維持することができる。
【００３４】
また、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、送信出力信号を基準波形に確実に収束させるために、基準波形の発生タイミング及び直流成分を自動で検出し、波形のゆがみ、重畳ノイズ、応答性、直流成分等のデバイスの特性を考慮した制御を行う。具体的には、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、励振信号をより精度良く基準波形に収束させるために、以下に説明する第１から第５の処理をさらに行う。
【００３５】
前述したように、検波器８１〜８ｎから出力された検波波形は、波形制御回路１０１〜１０ｎのＡ／Ｄ変換器２０でデジタルデータに変換される。そのため、以下に説明する、Ａ／Ｄ変換器２０とＤ／Ａ変換器２１との間の各信号は、クロック信号に同期したデジタルデータである。デジタルデータは、クロック信号の最小単位であるクロックパルス（以下、ＣＰと記載する。）毎に値の変わるデータである。なお、以下、時間の単位をＣＰとして説明する。
【００３６】
送信出力信号をより精度良く基準波形に収束させるための第１の処理として、基準波形信号１０３の発生タイミングを調節する処理を説明する。前述したように、波形比較器１８がモニタ信号１０２と基準波形信号１０３とを比較する際、この二つの信号のタイミングを合わせる必要がある。そのため、図３に示す回路による遅延ｔ１を正確に測定することが重要となる。なお、以下、基準波形発生器１７が遅延ｔ１の測定を行う例を説明するが、他の機器が遅延ｔ１の測定を行ってもよい。
【００３７】
図４は、波形の比較処理を概略的に示す説明図である。図４において、モニタ信号１０２を時間ｔで変化する関数ａ（ｔ）で表し、基準波形信号１０３を同じく時間ｔで変化する関数ｂ（ｔ）で表す。波形比較器１８は、モニタ信号１０２および基準波形信号１０３の対応する点同士を比較し、誤差補正量発生器１３は、各点の比較結果に基づいて誤差補正信号１０５を決める。そして、加算器１４は、誤差補正信号１０５を用いて、直近の変調信号１０８の該当箇所にフィードバックを行う。上記の波形比較器１８による比較の際に、モニタ信号１０２と基準波形信号１０３のタイミングがずれていると、誤差補正信号１０５が正しい値にならないため、送信出力信号の波形が理想的な基準波形に収束しなくなる。
【００３８】
回路による遅延ｔ１の測定は、例えば、電源投入後、送信開始の１発目及び２発目を使用して毎回自動で行われる。遅延量は、通常、回路構成が決定した後に値が変わるものではないので固定値でも問題ないが、このように電源投入後に毎回測定が行われることにより、回路上のデバイスの変更等があった場合でも、適切な値に自動で調節される。
【００３９】
図５は、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２とのタイミングを合わせる処理を概略的に示す説明図である。基準波形発生器１７は、電源投入後の送信開始後１発目のモニタ信号１０２の出力値が最大となるピーク点を検出する。図５（ａ）に示すｖは、モニタ信号１０２のピーク点における出力値である。基準波形発生器１７は、２発目ではそのピーク点の半分の出力値（図５（ａ）に示すｖ／２）におけるパルス幅を測定し、この半分の出力値におけるパルス幅の中心点を通り時間軸と直交する線Ｍ２をモニタ信号１０２の中心線とする。基準波形発生器１７は、モニタ信号１０２の中心線Ｍ２が変調信号１０１の中心線Ｍ１から何ＣＰ遅れているか算出することにより遅延ｔ１を測定する。
【００４０】
図５（ｂ）は、モニタ信号１０２と基準波形信号１０３のタイミングがずれた例を示している。例えば、モニタ信号１０２と基準波形信号１０３のピーク点同士の比較により遅延量が算出された場合、電源投入直後で回路が冷えていること等により波形のピーク点に歪みがあると、図５（ｂ）に示すようにモニタ信号１０２と基準波形信号１０３のタイミングがずれてしまう。
【００４１】
本実施形態の波形自動整形制御装置は、図５（ａ）に示すようにモニタ信号１０２の中心線を算出することにより、モニタ信号１０２の波形に歪みがあった場合でも正確に遅延ｔ１を検出し、遅延ｔ１を考慮して基準波形信号１０３を出力する。よって、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２のタイミングを合わせることができる。
【００４２】
以上の処理により、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２のタイミングを合わせることができたが、フィードバックされたモニタ信号１０２は波形制御回路９のクロック信号とは非同期の信号になるため、±１ＣＰのずれが生じる。この±１ＣＰのずれを吸収する方法は後述する。
【００４３】
励振信号をより精度良く基準波形に収束させるための第２の処理として、特定の補正量を用いた波形の補正処理を説明する。図６は、波形の補正処理を示す説明図である。また、図４と同様に、モニタ信号１０２を時間ｔで変化する関数ａ（ｔ）とし、基準波形信号１０３を時間ｔで変化する関数ｂ（ｔ）とする。また、比較結果信号１０４を時間ｔで変化する関数Δ（ｔ）とし、誤差補正信号１０５を時間ｔで変化する関数ｋ（ｔ）とし、直近の変調信号１０８を時間ｔで変化する関数ｃ（ｔ）とし、加算結果信号１０６を時間ｔで変化する関数ｄ（ｔ）とする。
【００４４】
波形比較器１８は、比較された時間ｔ点でのモニタ信号１０２（ａ（ｔ））と基準波形信号１０３（ｂ（ｔ））との差を計算し、計算結果を比較結果信号１０４（Δ（ｔ））として誤差補正量発生器１３に出力する（ステップＳ１）。
【００４５】
誤差補正量発生器１３は、Δ（ｔ）が閾値ＴＨよりも大きいかどうか判定し（ステップＳ２）、Δ（ｔ）が閾値ＴＨよりも大きい場合、ｋ（ｔ）を−１ＬＳＢとする（ステップＳ４）。誤差補正量発生器１３は、Δ（ｔ）が閾値ＴＨよりも大きくない場合、Δ（ｔ）が閾値ＴＨよりも小さいどうかを判定し（ステップＳ３）、Δ（ｔ）が閾値ＴＨよりも小さい場合、ｋ（ｔ）を＋１ＬＳＢとする（ステップＳ５）。なお、１ＬＳＢは、デジタルデータの最小単位である。また、ステップＳ３において、Δ（ｔ）が閾値ＴＨよりも小さくない場合、つまりΔ（ｔ）が閾値ＴＨと同値だった場合、誤差補正量発生器１３は、ｋ（ｔ）を０とする（ステップＳ６）。この場合、補正が行われない。なお、仮に閾値ＴＨを０とすれば、基準波形信号１０３より大きいか小さいかを判定できるが、閾値ＴＨにはある程度の幅を持たせている。この理由は後述することとする。
【００４６】
誤差補正量発生器１３は、ｋ（ｔ）を誤差補正信号１０５として加算器１４に出力する。加算器１４は、直近の変調信号１０８（ｃ（ｔ））にｋ（ｔ）を加算し、加算結果は、加算結果信号１０６（ｄ（ｔ））としてメモリ１３１に格納される。メモリ１３１に格納された加算結果信号１０６（ｄ（ｔ））は、変調信号１０１として変調器２に出力される。
【００４７】
ここで、補正量ｋ（ｔ）を、信号の差分Δ（ｔ）の値の大小に依存せずに最小単位（±ＬＳＢ）としている理由は、一回の補正で基準波形信号１０３を超えないようにするためである。もし、補正量ｋ（ｔ）の絶対値をΔ（ｔ）と等しくすれば、一回の補正で基準波形と等しくなるが、例えばＮ発目のモニタ信号１０２にのみ歪み等があった場合、Δ（ｔ）及びｋ（ｔ）の値が大きくなり過ぎてしまう。その場合、それ以降の送信出力信号が、パルス毎に振動し、スペクトラムの悪化に繋がってしまう。
【００４８】
よって、本実施形態の波形自動整形制御装置は、上記のような処理をすることで、特定のパルスに歪み等があったとしても、誤差補正信号１０５（ｋ（ｔ））に用いる補正値の絶対値が一定であるので、ｋ（ｔ）が増大してそれ以降の送信出力パルスがパルス毎に振動することを防ぐことができる。
【００４９】
励振信号をより精度良く基準波形に収束させるための第３の処理として、重畳ノイズの影響の除去について説明する。図７は、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２に含まれる重畳ノイズの例を示す説明図である。図７に示すように、モニタ信号１０２には、数ｍＶ程度のノイズが重畳している。このため、図６に示した閾値ＴＨを０とするとこのノイズの影響で常に補正を繰り返すことになり、誤差補正信号１０５の波形が上下動作を繰り返してしまう。前述したように閾値ＴＨに幅を持たせている理由は、この上下動作を回避するためである。
【００５０】
また、図７に示すように、波形のエンベローブの値の小さい領域、即ち波形の裾野の部分は白色雑音の影響も含んでおり、閾値ＴＨに幅を持たせてもその幅以上にノイズが重畳してしまい、誤差補正信号１０５の波形が上下動作を繰り返してしまう場合がある。また、場合によっては、変調信号１０１の波形が、上下動作だけではとどまらず、発散を起こしてしまい、完全に波形が崩れてしまうことがある。この裾野の部分の波形は、スペクトラムに特に影響を与えるため、特別な処理が必要となる。
【００５１】
図８は、基準波形信号１０３とモニタ信号１０２に含まれる重畳ノイズの対策例を示す説明図である。基準波形信号１０３とモニタ信号１０２における、裾野のノイズの影響の顕著な領域のパルスの開始位置からの時間を、時間ｔ以前及び、時間ｔ＋ｎ以後とする。裾野のノイズの影響の顕著な領域とは、例えば、パルスの端から所定範囲の部分であって約１０ｍＶ以下の領域と定義されるが、波形や検波器の特性等によって異なる。
【００５２】
誤差補正量発生器１３は、時間ｔ以前の補正値にはその近傍（例えば、次の時間ｔ＋１点）の基準波形信号１０３およびモニタ信号１０２に対応する補正値（比較結果信号１０４）を適用して誤差補正信号１０５の出力値を設定する。これにより、時間ｔ以前の波形全体は、時間ｔ＋１点に対応する補正値が用いられて一括で補正が行われる。同様に、誤差補正量発生器１３は、時間ｔ＋ｎ以後の補正値にはその近傍（例えば、直前の時間ｔ＋（ｎ−１）点）の基準波形信号１０３およびモニタ信号１０２に対応する補正値を適用して誤差補正信号１０５の出力値を設定する。これにより、時間ｔ＋ｎ以後の波形全体は、時間ｔ＋（ｎ−１）に対応する補正値が用いられて一括で補正が行われる。
【００５３】
時間ｔ＋１点および時間ｔ＋（ｎ−１）点は、ノイズの影響が少ない部分である。そのため、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、上記のような補正を行うことにより、パルスの裾野の波形を補正する際に受ける重畳ノイズの影響を低減することができる。
【００５４】
励振信号をより精度良く基準波形に収束させるための第４の処理として、デバイスの応答性の考慮した処理について説明する。この処理を行う理由は、デバイスの応答特性により、立ち上がり、立ち下がり特性に差異があるためである。
【００５５】
図９は、デバイスの応答性による影響を示す説明図である。なお、図９では、説明を分かりやすくするため、波形を矩形波で示している。図９に示すように入力信号としてあるデバイスに矩形波を入力した際、出力信号は、立ち上がり、立ち下がりともになまりが発生しており、さらに、立ち上がりと立ち下がりにおいて応答速度に差異がある。そのため、任意の１ＣＰ点について補正を行ったとしても、変調器２によって変調された励振信号波形は本来補正したかった点とは異なった点が補正された波形となってしまい、何度フィードバックを行っても基準波形には収束しない。
【００５６】
図１０は、波形のなまりの影響とその除去方法を示す説明図である。デバイスの応答性により、入力信号としてあるデバイスに矩形波を入力したときの出力信号は立ち上がり、立ち下がりともになまりが発生している。図１０（ａ）は、波形のなまりがない、理想的な波形変化を示している。波形比較器１８が、モニタ信号１０２のａ（ｔ）と基準波形信号１０３のｂ（ｔ）を比較し、比較結果を元に出力された誤差補正信号１０５が直近の変調信号１０８のｄ（ｔ）に加算されると送信出力信号のｅ（ｔ）が変化する。
【００５７】
図１０（ｂ）は、波形のなまりの影響がある場合の波形変化を示している。波形になまりがある場合、図１０（ｂ）に示すように本来補正をしたいｅ（ｔ）の前後ｎＣＰにまで補正の影響が出てしまう。このとき、補正をｔＣＰ点、（ｔ＋１）ＣＰ点、（ｔ＋２）ＣＰ点・・・と１ＣＰ毎に補正を行っていくと、隣接するＣＰ点同士影響してしまい、正しい補正ができず波形が収束しない。
【００５８】
図１０（ｃ）は、波形のなまりを除去した理想的な波形を示している。図１０（ｃ）では、誤差補正量発生器１３は、ｔ点で比較が行われたとき、そのｔ点における補正値（比較結果信号１０４）を前後の２ｎＣＰの誤差補正信号１０５に適用している。この誤差補正信号１０５を用いて直近の変調信号１０８の補正を行うことで、波形のなまりの影響を除去することができ、図１０（ｃ）に示すように、送信出力信号が、理想的な波形に収束する。また、補正範囲にｎＣＰの幅を持たせることにより、第１の処理の説明で述べた基準波形信号１０３のタイミングの±１ＣＰのずれを吸収することもできる。
【００５９】
図１１は、応答性による遅れの影響とその除去方法を示す説明図である。図１１（ａ）に示す波形変化は、図１０（ａ）に示す波形と同様になまりや応答性による遅れがない理想的な波形変化である。図１１（ｂ）は、応答性による影響がある場合の波形変化を示している。デバイスの応答性による遅れの影響がある場合、送信出力信号は図１１（ｂ）のように本来補正した時間ｔの点よりもｍＣＰ分遅れた点に変化が現れ、正しく補正が行われないため送信出力信号が理想的な波形に収束しない。
【００６０】
図１１（ｃ）は、応答性による遅れの影響を除去した理想的な波形を示している。図１１（ｃ）に示すように、加算器１４は、モニタ信号１０２のａ（ｔ）と基準波形信号１０３のｂ（ｔ）を比較して求めた誤差補正信号１０３を直近の変調信号１０８に加算する際に、ｍＣＰ前のｄ（ｔ―ｍ）点に加算する。この加算処理は、例えば、加算器１４に直近の変調信号１０８を出力するタイミングをｍＣＰ遅らせることで実現できる。これにより、応答性による遅れの影響を除去できるので送信出力信号の正しい位置に補正が行われ、波形が収束する。
【００６１】
図１２は、波形のなまりの影響および応答性による遅れの影響の除去方法を示す説明図である。図１２は、図１０に示した波形のなまりの影響を除去する処理と、図１１に示した応答性による遅れの影響を除去する処理をともに行った波形変化を示している。図１２では、モニタ信号１０２のａ（ｔ）と基準波形信号１０３のｂ（ｔ）を比較した結果に基づいて、直近の変調信号１０８のｄ（（ｔ−ｍ）−ｎ）からｄ（（ｔ−ｍ）＋ｎ）の部分が補正される。これにより、波形のなまりの影響および応答性による遅れの影響がともに除去される。
【００６２】
送信出力信号をより精度良く基準波形に収束させるための第５の処理として、直流成分の除去について説明する。図１３は、直流成分のオフセット処理を示す説明図である。図１３に示すように、モニタ信号１０２は、検波器８１〜８ｎの特性により直流成分を含んでいることがある。この直流成分を含んだまま補正を行っても、所望の送信出力信号を得ることができない。
【００６３】
そのため、波形比較器１８は、モニタ信号１０２のパルス波形の前の波形外領域の任意の期間の値の平均値を算出する。そして、波形比較器１８は、基準波形信号１０３との比較の前にモニタ信号１０２のパルス波形部分においてこの平均値をオフセットする。直流成分は温度等により、常に変化するのでパルス毎に毎回行う。なお、このオフセット処理は、必ずしも波形比較器１８が行わなくてもよい。例えば、波形比較器１８の前段に他の装置が設けられ、その装置がこのオフセット処理を行ってもよい。
【００６４】
本実施形態の自動パルス波形整形装置は、第５の処理を行うことにより、モニタ信号１０２の直流成分を除去して、モニタ信号１０２と基準波形信号１０３とを比較する。よって、モニタ信号１０２が直流成分を含んでいても所望の送信出力信号を得ることができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、Ａ級増幅回路を有し、モニタ信号と、予め設定した理想的な基準波形信号とを比較し、差分に基づいて補正された変調信号を用いて信号変調を行う。また、補正の際に、波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、直流成分等のデバイス特性による影響が考慮される。よって、送信出力信号を立ち上がり、立ち下がりのエンベローブを含め自動で理想的な基準信号に収束させることができるため、規格を満足した送信出力信号を無調整で容易に得ることができる。
【００６６】
また、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、送信出力信号が理想的な基準信号に収束するように、波形全体に補正を行うので電力増幅器のロット差等による特性のばらつきにより、規格を満足できなくなる可能性を無くすことができる。
【００６７】
また、本実施形態の自動パルス波形整形装置は、周波数を変更した際の周波数特性や、電力増幅器の入替えによる波形の変化に対しても自動で補正を行うので微調整のための大変な労力を無くすことができ、運用開始までの時間も大幅に削減することができる。
【００６８】
また、上記の実施形態では、以下の（１）〜（８）に示すような波形自動整形制御装置も開示されている。
【００６９】
（１）連続波を出力する信号発生器（例えば、信号発生器１）と、変調信号を入力し、連続波を、当該変調信号を用いてパルス変調し、励振信号を出力する変調器（例えば、変調器２）と、Ａ級増幅回路を含み、励振信号の電力を増幅する電力増幅器（例えば、電力増幅器５１〜５ｎ）と、電力が増幅された励振信号を２分岐し、一方を送信出力信号として外部に出力する方向性結合器（例えば、方向性結合器７１〜７ｎ）と、分岐された励振信号の他方を検波してモニタ信号を出力する検波器（例えば、検波器８１〜８ｎ）と、モニタ信号と、予め設定した理想的な波形信号である基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分に基づいて変調信号を補正し、補正された変調信号を変調器に出力する波形制御回路（例えば、波形制御回路１０１〜１０ｎ）とを備え、波形制御回路は、デバイス特性により発生する波形の歪み、重畳ノイズ、応答性、および直流成分のうちの少なくとも一つに基づいて補正された変調信号を出力することを特徴とする波形自動整形制御装置。
【００７０】
（２）波形自動整形制御装置は、波形制御回路が、基準波形信号を発生する基準波形発生器（例えば、基準波形発生器１７）と、モニタ信号と基準波形信号とを比較し、比較により得られた差分を比較結果信号として出力する波形比較器（例えば、波形比較器１８）と、比較結果信号に基づいた誤差補正信号を出力する誤差補正量発生器（例えば、誤差補正量発生器１３）と、変調信号を記憶する変調信号発生器（例えば、変調信号発生器１９）と、直前に出力された変調信号と、誤差補正信号とを加算し、加算された信号を新たな変調信号として出力する加算器（例えば、加算器１４）とを備えるように構成されていてもよい。
【００７１】
（３）波形自動整形制御装置は、基準波形発生器が、モニタ信号の出力値が最大となるピーク点の半分の出力値における当該モニタ信号のパルス幅の中心点を通り時間軸と直交する線を、当該モニタ信号の中心線とし、直前に出力された変調信号の中心線と当該モニタ信号の中心線との差分と、当該変調信号の中心線と基準波形信号の中心線との差分とが等しくなるタイミングで当該基準波形信号を出力するように構成されていてもよい。このような波形自動整形制御装置によれば、モニタ信号の波形に歪みがあった場合でも正確に基準波形信号とモニタ信号のタイミングを合わせることができる。
【００７２】
（４）波形自動整形制御装置は、誤差補正量発生器が、比較結果信号の出力値が、予め定められた第１の所定値より大きい場合または予め定められた第２の所定値より小さい場合、当該比較結果信号の出力値の大きさに依存せず予め定められた補正量に基づいて誤差補正信号を出力するように構成されていてもよい。このような波形自動整形制御装置によれば、モニタ信号のうち特定のパルスにのみ歪み等があった場合でも、誤差補正信号の値が大きくなり過ぎてそれ以降の送信出力パルスがパルス毎に振動することを防ぐことができる。
【００７３】
（５）波形自動整形制御装置は、誤差補正量発生器が、基準波形信号およびモニタ信号のパルスの端から所定範囲の部分に対応する誤差補正信号の出力値を、当該基準波形信号および当該モニタ信号の当該所定範囲以外の部分であって当該所定範囲の近傍の部分に対応する比較結果信号に基づいて設定するように構成されていてもよい。このような波形自動整形制御装置によれば、パルスの裾野の波形を補正する際に受ける重畳ノイズの影響を低減することができる。
【００７４】
（６）波形自動整形制御装置は、誤差補正量発生器が、基準波形信号およびモニタ信号の所定範囲における誤差補正信号の出力値を、当該基準波形信号および当該モニタ信号の当該所定範囲の前後であって近傍の部分に対応する比較結果信号に基づいて設定するように構成されていてもよい。このような波形自動整形制御装置によれば、波形のなまりの影響を除去することができる。
【００７５】
（７）波形自動整形制御装置は、加算器が、基準波形信号およびモニタ信号の比較により得られた比較結果信号に基づいた誤差補正信号を、直前に出力された変調信号より所定時間遅れた変調信号に加算し、加算された当該変調信号を新たな変調信号として出力するように構成されていてもよい。このような波形自動整形制御装置によれば、応答性による遅れの影響を除去できる。
【００７６】
（８）波形自動整形制御装置は、波形比較器が、直流成分をオフセットしたモニタ信号と基準波形信号とを比較し、差分を比較結果信号として出力するように構成されていてもよい。このような波形自動整形制御装置によれば、モニタ信号が直流成分を含んでいても所望の送信出力信号を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、航法援助装置およびパルスレーダ装置等に適用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  信号発生器
２  変調機
３  プリアンプ
４  電力分配器
５１〜５ｎ  電力増幅器
６  電力合成器
７１〜７ｎ  方向性結合器
８１〜８ｎ  検波器
１０１〜１０ｎ  波形制御回路
１３  誤差補正量発生器
１４  加算器
１７  基準波形発生器
１８  波形比較器
１９  変調信号発生器
【図１】
2013251823.tif 000003
【図２】
2013251823.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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