(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のミキサであって、該ミキサの各々が、ＲＦ信号ポート（２８ａ）と、局部発振（ＬＯ）信号ポート（２８ｂ）と、中間周波（ＩＦ）信号ポート（２８ｃ）とを有し、各々、１つ以上のミキサ・ダイオードを備える、ミキサと、
ＲＦエネルギを前記複数のミキサの各々のＲＦ信号ポートに結合する手段（２６）と、
複数の中間周波数増幅器（３０）であって、該中間周波数増幅器の各々が、前記複数のミキサのそれぞれの前記ＩＦ信号ポート（２８ｃ）に結合された増幅器入力ポートを有し、各々が増幅器出力ポートを有する、複数の中間周波数増幅器と、
複数のモノパルス回路入力ポート（４０ａ〜４０ｄ）と、複数のモノパルス回路出力ポート（４１ａ〜４１ｄ）とを有するモノパルス比較器ネットワーク（４０）であって、前記複数のモノパルス回路入力ポートの各々が、前記複数の中間周波数増幅器のそれぞれの前記出力ポートに結合されている、モノパルス比較器ネットワークと、
前記複数の中間周波数増幅器の出力ポート（２４ａ）と前記モノパルス比較器ネットワークの入力ポート（４０ａ）との間に結合された振幅および位相調節回路（３６）と、
前記振幅および位相調節回路（３６）に結合された較正回路（４２）と、
前記ミキサ・ダイオードを、所定の温度範囲内の所定の温度に冷却する内蔵極低温冷却システム（４９）と、
を備えたＲＦモノパルス受信機（２３）
【請求項２】
請求項１記載の受信機において、前記ＲＦエネルギを複数のミキサに結合する手段が、第１ポート（５２）および第２ポート（５７）を有するマルチモード・ホーン（５１）を備え、該マルチモード・ホーンが、前記複数のミキサに隣接して配置され、前記マルチモード・ホーンの第１ポートに供給されるＲＦ信号が前記マルチモード・ホーンの第２ポートに結合され、続いて前記複数のミキサに結合されるようにした、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の受信機において、
前記複数のミキサ回路の各々が、複数の逆並列ダイオード対から成る低調波励起ミキサであり、
前記複数の中間周波数増幅器の各々が、モノリシック・マイクロ波集積回路中間周波数増幅器であり、
前記モノパルス比較器ネットワークが、モノリシック・マイクロ波集積回路モノパルス比較器ネットワークであり、
好適には、前記複数の低調波励起ミキサの各々の前記ＩＦポートと前記モノリシック・マイクロ波集積回路モノパルス比較器ネットワークの前記出力ポートとの間の信号経路を較正する較正回路（４２）を更に備え、
オプションとして、前記逆並列ダイオード対の各々がＧａＡｓショットキ・ダイオードから成る、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項４】
請求項１記載の受信機において、更に、
（ａ）ハウジング（６４）と、
（ｂ）前記ハウジングに結合されたＲＦフィード回路と、
（ｃ）前記モノパルス比較器ネットワークがその上に集積回路として配置されたモノパルス基板（９４）と、
を備え、前記ミキサの各々が前記ハウジング内に配置された低調波励起ミキサ回路（６９）であり、
前記ミキサ回路の各々が、
（１）前記ハウジング内に配置された複数のミキサ・ダイオード基板（６８）であって、該基板の各々が、ミキサ・ダイオード・フィード領域内に突出するダイオード実装領域を有し、前記ミキサ・ダイオード・フィード領域が、前記複数の基板のダイオード実装領域上に配置されたカバー（６０）にＲＦ開口（６２）を設けることによって形成された、ミキサ・ダイオード基板と、
（２）前記複数の基板の各々の前記ダイオード実装領域上に配置された逆並列ダイオード対（１０４）と、
（３）フィード回路と、
（４）ＬＯ分配回路（１０６，１０８，１１０）と、
（５）ＩＦ分配回路と、
から成る、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項５】
請求項４記載の受信機において、前記集積回路モノパルス比較器ネットワークが、モノリシック・マイクロ波集積回路モノパルス比較器ネットワークとして設けられる、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項６】
請求項５記載の受信機において、
前記ハウジング（６４）が、前記複数の低調波励起ミキサ回路（６９）と、前記ＲＦフィード回路と、前記複数の低調波励起ミキサ回路の各々の前記ＲＦ信号ポートにＲＦエネルギを結合する手段と、前記モノパルス基板と、該モノパルス基板上に配置された集積回路モノパルス比較器ネットワークとを内部に配置したＲＦハウジングに対応し、
前記モノパルス基板および前記集積回路モノパルス比較器ネットワークが、複数のＩＦ入力ポートを有するとともに、複数のＩＦ出力ポート（９２ａ〜９２ｄ）を有するＩＦ回路アセンブリを形成し、該ＩＦ回路アセンブリが、
前記モノパルス基板（９４）および前記集積回路モノパルス比較器ネットワーク（４０）が配置され、前記複数のＩＦ入力ポートの各々が前記ＲＦ回路アセンブリの出力ポート（８８）のそれぞれに結合されているＩＦハウジング（９２）を備え、
好適には、前記ＲＦおよびＩＦハウジングが内部に開口を有し、前記受信機が、更に、複数のＩＦインターフェース・コネクタ（９０）を備え、該複数のＩＦインターフェース・コネクタの各々が、前記ＲＦハウジング内の開口（８８）のそれぞれに配置された第１部分を有するとともに、前記ＩＦハウジング（９２）内の開口のそれぞれに配置された第２部分を有し、前記ＲＦおよびＩＦハウジング間にＩＦ信号経路を提供する、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の受信機において、前記ＩＦ増幅器は、前記ＲＦ回路アセンブリ・ハウジング内に配置されたＩＦ増幅回路（３０）として設けられ、前記ＩＦ増幅器の出力ポートの各々が、前記集積回路モノパルス比較器ネットワークの前記複数の入力ポートの１つに結合され、
好適には、前記逆並列ダイオード対がモノリシック・マイクロ波集積回路として設けられ、
前記ＩＦ増幅回路がモノリシック・マイクロ波集積回路として設けられる、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項８】
請求項５記載の受信機において、
前記ＩＦ増幅器が、前記基板上に配置されたモノリシック・マイクロ波集積回路中間周波数増幅回路（１１２）として設けられる、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項９】
請求項５記載の受信機において、前記ミキサ・ダイオード基板が、
ミキサ整合回路が配置されたミキサ実装基板と、
ＬＯおよびＩＦ分配回路が配置されたミキサ・フィード信号分配基板（７５）と、を備え、前記ＬＯ分配回路が入力ポートおよび複数の出力ポートを有し、前記ＩＦ分配回路が複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを有する、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項１０】
請求項５記載の受信機において、更に、ＲＦエネルギを前記複数の低調波励起ミキサに結合するマルチモード・ホーン（５１）を備え、該マルチモード・ホーンが、第１ポート（５２）および第２ポート（５７）を有し、前記マルチモード・ホーンが前記複数のミキサに隣接して配置され、前記マルチモード・ホーンの第１ポートに供給されるＲＦ信号が、前記マルチモード・ホーンの第２ポートに結合され、続いて前記複数のミキサに結合される、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項１１】
請求項５記載の受信機において、前記極低温冷却システム（４９）が前記ＲＦハウジングに結合され、更に、前記マルチモード・ホーン（５１）内に配置され、前記マルチモード・ホーンに圧力封止を提供する圧力窓（５２）を備え、オプションとして、前記ＲＦ回路アセンブリ・ハウジングおよび前記ＩＦ回路アセンブリ・ハウジング内の各機械的インターフェースが、極低温冷却用排気を可能にする封止を提供するＯ−リングを含む、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の受信機において、
複数のアンテナ・ポート（１２ａ〜１２ｄ）を有するアンテナ（１２）であって、所定の周波数範囲内の周波数を有する信号に応答する、アンテナと、
複数の保護回路（１８）であって、該保護回路の各々は、前記複数のアンテナ・ポート（１２ａ〜１２ｄ）のそれぞれに直接結合された第１ポート（１９ａ）を有し、各保護回路は、第１制御信号に応答して、前記保護回路の第１ポート（１９ａ）および第２ポート（１９ｂ）間で第１の方向に信号を伝搬させ、第２制御信号に応答して、前記第１ポートおよび前記第２ポート間で第２の逆方向に信号を伝搬させ、前記第２ポートが前記それぞれのミキサの１つのＲＦ信号ポートに結合される、保護回路と、
を備えるＲＦモノパルス受信機。
【請求項１３】
請求項１２記載の受信機において、前記アンテナがコルゲート・ホーン（５１）を備えるＲＦモノパルス受信機。
【請求項１４】
請求項１３記載の受信機において、更に、前記コルゲート・ホーンのベース部（５３）に結合され、前記コルゲート・ホーンと前記複数の保護回路の各々の前記第１ポート（１９ａ）との間で信号を結合するモーディング構造（１４）を備え、好適には、前記複数の保護回路が、複数のアイソレータ（１８ａ〜１８ｄ）を含むラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスを備え、前記アイソレータの各々が、前記保護回路の第１ポート（１９ａ）に対応する第１ポート（１９ａ）と、前記保護回路の第２ポート（１９ｂ）に対応する第２ポート（１９ｂ）と、第３ポート（１９ｃ）とを有し、好適には、更に、前記保護回路に結合された較正信号注入回路（４４）を備え、該較正信号注入回路が較正信号を受信システムに注入する、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項１５】
請求項１２〜１４のいずれかに記載の受信機において、更に、前記複数の保護回路に結合された較正信号注入回路（４４）を備え、該較正信号注入回路が較正信号を前記受信システム（１０）に注入し、
好適には、前記複数の保護回路が、複数のアイソレータ（１８ａ〜１８ｄ）を含むラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスを備え、前記アイソレータの各々が、前記保護回路の第１ポートに対応する第１ポートと、前記保護回路の第２ポートに対応する第２ポートと、第３ポート（１９ｃ）とを有し、前記較正信号注入回路が前記複数のアイソレータ（１８）の各々の前記第３ポート（１９ｃ）に結合されている、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項１６】
請求項１２〜１５のいずれかに記載の受信機において、更に、
前記モノパルス・ネットワークに結合され、モノパルス較正信号を前記モノパルス・ネットワークに供給するモノパルス較正回路を備えるＲＦモノパルス受信機。
【請求項１７】
請求項１６記載の受信機において、更に、
第１複数の伝送線路（６２）であって、各々、第１媒体で構成され、前記複数のアンテナ・ポートのそれぞれに結合された第１端部を有し、前記複数の保護回路のそれぞれの前記第１ポートに結合された第２端部とを有する、第１複数の伝送線路と、
第２複数の伝送線路（７２）であって、該第２複数の伝送線路の各々は前記第１複数の伝送線路とは異なる媒体で構成され、各々、前記複数の保護回路のそれぞれの前記第２ポートに結合された第１端部と、前記複数のミキサのそれぞれの前記第１ポートに結合された第２端部とを有する、第２複数の伝送線路と、
前記第１複数の伝送線路と前記第２複数の伝送線路との間に配置され、前記第１伝送線路媒体内を伝搬する信号を、前記第２伝送線路媒体内を伝搬する信号に効率的に結合する手段（７０）と、
を備えるＲＦモノパルス受信機。
【請求項１８】
請求項１７記載の受信機において、更に、前記モノパルス・ネットワーク（４０）の前記第１複数の入力ポート（４０ａ〜４０ｄ）に結合された較正信号注入回路（４２，３６）を備え、該較正信号注入回路が、所定の周波数範囲内の周波数を有する較正信号を、前記第１複数の入力ポートを介して前記モノパルス・ネットワークに注入し、
好適には、前記複数の保護回路の各々が、ラッチング・フェライト・アイソレータ（１８ａ〜１８ｄ）として設けられ、
更に、オプションとして、前記保護回路に結合された較正信号注入回路（４４）を備え、該較正信号注入回路が較正信号を前記受信システムに注入する、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の受信機において、前記第１複数の伝送線路が導波路伝送線路（６２）として設けられる、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項２０】
請求項１９記載の受信機において、
前記第２伝送線路がマイクロストリップ伝送線路（７２）として設けられ、
前記第１伝送線路媒体（６２）内を伝搬する信号を前記第２伝送線路媒体（７２）内を伝搬する信号に効率的に遷移させる手段が、前記導波路伝送線路の壁から前記導波路伝送線路の中央長手方向軸に向かって突出する少なくとも１つのＥ−面プローブ（７０ａ）を備え、前記導波路伝送線路媒体からのエネルギを前記マイクロストリップ伝送線路媒体に効率的に遷移させる、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項２１】
請求項２０記載の受信機において、前記複数のミキサ（２８）の各々が、低調波励起逆並列ショットキ・ダイオード・ミキサとして設けられる、ＲＦモノパルス受信機。
【請求項２２】
請求項２１記載の受信機において、
前記アンテナがＷ−バンド周波数範囲内の信号を受信し、
前記ミキサの各々の前記第３ポート（２８ｃ）が、ＩＦ信号ポートに対応し、前記ミキサがＣ−バンド周波数範囲内のＩＦ信号を供給すし、
好適には、前記モノパルス・ネットワーク（４０）がモノリシック・マイクロ波集積回路として設けられる、
ＲＦモノパルス受信機。
【請求項２３】
請求項１６〜２２のいずれかに記載の受信機において、
前記ミキサの各々の前記第３ポート（２８ｃ）と前記モノパルス・ネットワーク（４０）の対応するポート（４０ａ〜４０ｄ）との間に配置され、前記ミキサの第３ポートと前記モノパルス・ポートとの間に結合される信号の振幅を調節する手段（３７）と、
前記ミキサの各々の前記第３ポートと前記モノパルス・ネットワークの対応するポートとの間に配置され、前記ミキサと前記モノパルス・ネットワークとの間に結合される信号の位相を調節する手段（３８ａ）と、
を備え、好適には、更に、
前記モノパルス・ネットワークの前に、較正信号を注入し、モノパルスの振幅および位相誤差を判定する手段（４２）を備える、
ＲＦモノパルス受信機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的には受信回路に関し、更に特定すれば、無線周波数（ＲＦ）受信回路に関する。
【０００２】
発明の背景
当技術分野では公知のように、レーダ・システムは、一般に、アンテナ、送信機および受信機を含む。大まかな概要としては、送信機は電磁信号を発生し、アンテナを介して発信即ち放射する。放射された電磁信号は、所定の空間領域を伝搬し、電磁放射経路内にある１つまたは複数の物体を途中で捕える。電磁放射線の一部は物体から反射し、レーダ・システムに向かって逆伝搬し、反射信号が受信機によって検出される。このような反射信号のことを場合によっては反射（リターン）信号またはエコー信号と呼ぶこともある。
【０００３】
レーダ・システムが指向性アンテナを用いている場合、比較的狭い電磁放射ビームが放出され、リターン信号が伝搬してくる方向、即ち、物体の方位を推定することができる。反射物体までの距離またはレンジ（距離範囲）は、信号パルスを送信し、送信パルスの送信とリターン信号の受信との間の時間間隔を測定することによって推定することができる。
【０００４】
レーダ・システムの特別の様式の１つにモノパルス・レーダ・システムがある。モノパルス・レーダ・システムとは、単一の信号パルスを送信し、対応するリターン・パルス即ちエコー・パルスを受信することによって、物体の角度位置の完全な測定値を得るレーダ・システムのことである。同じパルスによって行われるレンジ測定と共に、三次元の物体位置が完全に決定される。典型的に、一連のエコー・パルス即ちエコー・パルス列を用いて、多数の測定を繰り返し行い、物体の位置に関する精細な推定値を得る。
【０００５】
モノパルス受信システムは、典型的に、アンテナから信号を受信し、和および差モノパルス出力信号を形成するモノパルス回路を含む。和および差信号を形成するには、特定の方法で受信したアンテナ信号を組み合わせる。これらの信号は、ハイブリッド回路と呼ばれる回路を用いて、組み合わせることができる。ハイブリッド回路は、所謂、マジック−Ｔまたはラット・レース回路として備えることができ、これに供給された信号を受け取り、公知の方法で信号の加算および／または減算を行なう。かかるハイブリッド回路は、プリント回路または導波路伝送線路のいずれかを用いて製造することができる。
【０００６】
単一角座標（例えば、方位または仰角）における物体の位置を判定するには、モノパルス回路は、単一のハイブリッド回路を含みさえすればよく、したがって、モノパルス回路は比較的小型である。二角座標（例えば、方位および仰角双方）における物体の位置を判定するには、モノパルス回路は多数のハイブリッド回路を必要とする。したがって、二角座標における物体の位置を判定可能な従来のモノパルス回路は、比較的大型になる可能性がある。
【０００７】
モノパルス和および差信号は、送信信号の周波数、またはリターン信号のダウン・コンバート後の、低い周波数のいずれかで形成することができる。送信信号の周波数は、典型的に、マイクロ波またはミリメートル波周波数範囲である。送信信号の周波数でモノパルス和および差信号を形成する場合、典型的に、モノパルスを直接アンテナに結合し、アンテナの出力ポートとモノパルス入力ポートとの間には、回路を配するとしても、比較的数が少ない。モノパルス和および差信号を発生する動作は、ハイブリッド回路によって、マイクロ波またはミリメートル波周波数で行われる。ハイブリッド回路は、典型的に、プリント回路または導波路伝送線路のいずれかを用いて製造する。
【０００８】
送信信号の周波数で（即ち、あらゆるダウン・コンバートの前に）和および差信号を得るようにすれば、アンテナ出力ポートとモノパルス入力ポートとの間に結合される回路（例えば、ミキサ回路）によって、モノパルス信号を形成するために用いられる信号に混入する虞れがあるエラー（誤差）の増加量が少なくなる。例えば、リターン信号をより低い周波数へダウン・コンバートした後にモノパルス信号を形成するには、アンテナ出力ポートとモノパルス入力ポートとの間にミキサまたはその他の周波数変換デバイスを結合する必要がある。実際の周波数変換デバイス（例えば、ミキサ回路）は、信号に誤差が加わり、これがモノパルス出力信号を供給するモノパルス回路に結合される。
【０００９】
典型的に、モノパルス回路によって、単一の和チャネルおよび１対の差チャネルが形成され、二角度座標の分解（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を可能にする。従来の導波路マルチモード・ホーン・フィードを利用するシステムでは、導波路モノパルス・ネットワークがレーダ・リターン信号を処理してモノパルス和および差信号を発生し、これらが適切なモノパルス和および差チャネル内を伝搬する。モノパルス・チャネルを伝搬して通過する無線周波数（ＲＦ）信号は、導波路ミキサを用いて、中間周波数（ＩＦ）信号に変換される。ＩＦ信号は、ＩＦ受信機に供給され、追加の処理が行われる。
【００１０】
このモノパルス・ネットワークを実現するＲＦ導波路手法に伴う問題の１つに、モノパルス回路が比較的大きく、比較的費用および時間がかかる精密加工および電鋳技法を用いて製造しなければならないことがあげられる。これは、特に、ミリメートル波周波数範囲で動作するシステムにおいて当てはまる。この欠点を克服するために、ミリメートル波長周波数で動作するシステムは、モノパルス処理に先立って、受信信号を中間周波数にダウンコンバートすることができるようにしている。この手法では、高い基本周波数即ち送信周波数で行われるモノパルス処理の代わりに、中間周波数でモノパルス処理を行なうことができる。一般に周波数が低い程回路の製造許容差は緩和されるが、同時に導波路回路部品の大型化を招く。したがって、モノパルス情報（特にミリメートル波周波数における）を処理および変換するために導波路伝送線路を用いることは、大量生産に適した、実用的な低コスト案とはならない。
【００１１】
更に問題を複雑化するのは、比較的直径が小さいミサイルや小爆発体（ｓｕｂｍｕｎｉｔｉｏｎ）のような発射体は、目標の正確な追跡を可能とするには、比較的高い解像度のモノパルス受信機を必要とすることである。従来の１ギガヘルツ（ＧＨｚ）ないし２０ＧＨｚ周波数範囲において動作するモノパルス受信システムは、精度高く目標を追跡するのに必要な角度解像度を与えることができない。更に、１ＧＨｚないし２０ＧＨｚ範囲で動作するＲＦ回路部品のサイズは、物理的に大きくなり過ぎて扱いにくいため、多くの小型発射体内には搭載することができない。したがって、３０ＧＨｚよりも高いミリメートル波周波数における動作が必要となる。
【００１２】
比較的大きな直径を有するミサイル検知追尾システムは、典型的に、マイクロ波周波数で動作し、ストリップライン、同軸または導波路伝送媒体を用いて実現されたハイブリッド回路部品によって構成された比較器ネットワークによって、モノパルス出力受信信号を形成する。モノパルス出力信号は、典型的に、比較的大きな利得および比較的低い雑音指数を有する増幅器に供給される。増幅された信号は、次に、無線周波数（ＲＦ）マイクロ波ミキサ・モジュールによって、適切な中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされる。しかしながら、直径が比較的小さな発射体内にモノパルス受信機を配置しなければならない用途では、従来の受信システムの信号伝送損失および全体的なサイズが、検知追尾装置の性能に悪影響を及ぼす。ミリメートル波（ＭＭＷ）周波数というような高い周波数における動作は、要求解像度を達成するための必須事項であるが、かかる周波数バンド（帯域）で動作する受信装置の利用可能性には限界がある。例えば、ＭＭＷ周波数範囲において効率的な能動的検知追尾動作に必要とされる性能特性（例えば、雑音指数、電力処理、電力制限等）を有するＲＦ装置を供給することは、比較的困難でしかも費用がかかる。
【００１３】
例えば、９４ＧＨｚの動作周波数において、従来の矩形導波路の寸法が０．０５０ないし０．１００インチ程度であり、多くの重要なアセンブリでは０．００１インチよりも良好な許容差が要求されることを認識すれば、ミリメートル波周波数バンドにおいて動作するレーダ・システムの複雑性が認められよう。最新の製造技法を用いればいくらかコストを削減してかかるミリメートル波導波路構造を製造することは可能な場合もあろうが、かかる許容度が厳しいハードウエアの調整および検査に伴う費用は、多くの場合法外なコストとなる。
【００１４】
更に、導波路部品を利用してモノパルス追跡機能を有するモノパルス検知追尾装置が、送信機から来る信号および受信機に戻る信号の経路決定（ルーティング）および送受切換（デュプレクス：ｄｕｐｌｅｘｉｎｇ）を制御するには、２０個を超える異なる導波路部品が必要となるのが当然であることを認識すれば、従来の小爆発体にミリメートル波検知追尾装置を装備し調整することの問題も認められよう。モノパルス機能が必要な場合、振幅および位相双方をチャネル間で追跡するためには、前述の導波路全てが必要となろう。
【００１５】
９４ＧＨｚの動作周波数では、導波路伝送線路の各千分の１インチの長さが約２°の位相に匹敵する。したがって、種々の受信機チャネル間で必要な位相および振幅追跡を安価に得ることは比較的困難であることが認められよう。
【００１６】
導波路デバイスを利用したミリメートル波レーダ検知追尾装置に固有の別の問題として、送信機および受信機間を十分に分離することがあげられる。この問題は、比較的高い電力の送信信号に耐えることができ、比較的高い分離度を与えることができる導波路スイッチおよびサーキュレータが、一般には、比較的高い動作周波数では妥当なサイズでは入手できないという事実によって、更に深刻化する。
【００１７】
したがって、ミリメートル波周波数範囲において動作し、比較的高い電力レベルを有する信号を送信する送信機を含むシステムにおいて動作可能であり、しかも雑音指数が比較的低く、比較的小型のモノパルス受信機を提供することができれば望ましいであろう。
発明の概要
本発明によれば、無線周波数（ＲＦ）システムは、複数のアンテナ・ポートを有するアンテナと、複数の保護回路とを含み、保護回路の各々は、複数のアンテナ・ポートの各１つに直接結合された第１ポートと、第２ポートとを有する。第１制御信号に応答して、各保護回路は、アンテナ・ポートの各１つから各保護回路の第２ポートに、比較的低い挿入損失特性を有する信号経路に沿って信号を伝搬させる。また、各保護回路は、第２制御信号にも応答し、第１保護回路ポートおよび第２保護回路ポート間の第１方向において、第２制御信号に応答して第１保護回路ポートを第２保護回路ポートから分離する。この特定構成により、小型のＲＦシステムが得られる。アンテナ・ポートを保護回路のポートに直接結合することによって、ＲＦシステムは受信モードで動作し、送信動作モードの間送信回路が発生する高信号レベルを有する送信信号から保護することができる。受信モードで動作するには、保護回路にバイアスをかけ、アンテナ・ポートから保護回路ポートを介して伝搬する信号に、比較的低い挿入損失特性を有する信号経路を設ける。送信モードの間、保護回路にバイアスをかけ、アンテナ・ポートから伝搬する信号に、高い挿入損失特性を有する信号経路を設ける。一特定実施形態では、ＲＦシステムは更に複数のミキサを含み、その各々が、複数の保護回路ポートの各１つに結合された第１ポートと、ミキサ・バイアス信号を受け取る第２ポートと、周波数シフト信号を供給する第３ポートとを有する。ミキサを保護回路のポートに結合することにより、小型の受信機アセンブリが得られる。各ミキサの第３ポートに増幅器を結合することによって、比較的雑音指数が低いシステムを備えつつ、比較的高い利得特性を有するシステムを備えることが可能となる。また、増幅器の出力ポートにモノパルスを結合し、ＲＦモノパルス受信システムを得ることもできる。好適な実施形態では、ミキサ、増幅器、およびモノパルス回路は、モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として設けられ、したがってＲＦシステムは比較的狭い物理的面積を利用する。更に、アンテナは、ベース（基部）にモーディング（ｍｏｄｉｎｇ）構造を配置したコルゲート・ホーン（ｃｏｒｒｕｇａｔｅｄ  ｈｏｒｎ）として設け、コルゲート・ホーンのベース構造におけるアンテナ入力およびアンテナ・ポート間で信号を結合し、保護回路の各々の第１ポートに結合することができる。また、受信システムは、保護回路に結合された較正信号注入（流入）回路も含み、較正信号を受信システムに注入（流入）することも可能である。一特定実施形態では、保護回路は、複数のアイソレータを含むラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスであり、アイソレータの各々は、第１、第２および第３ポートを有し、較正信号注入回路が複数のアイソレータの各々の第３ポートに結合されている。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、無線周波数（ＲＦ）モノパルス受信機は、複数のミキサを含み、その各々が、ＲＦ信号ポートと、局部発振（ＬＯ）信号ポートと、中間周波数（ＩＦ）信号ポートとを有し、ミキサの各々は、１つ以上のミキサ・ダイオード逆並列対と、ＲＦエネルギを複数のミキサの各々のＲＦ信号ポートに結合する手段とを備えている。ＲＦモノパルス受信機は、更に、複数のＩＦ増幅器を含み、ＩＦ増幅器の各々は、複数のミキサの各１つのＩＦ信号ポートに結合された増幅入力ポートと、モノパルス比較器ネットワークの複数の入力ポートの各１つに結合された増幅出力ポートとを有する。供給される適切な入力信号に応答して、モノパルス比較器ネットワークは、その出力ポートにモノパルス出力信号を供給する。この特定技法により、比較的雑音指数が低い小型のミリメートル波モノパルス受信機が得られる。アンテナおよびミキサポート間にラッチング・フェライト・アイソレータ・ミキサ保護回路を配することにより、ＲＦモノパルス受信機を高電力送信信号から保護する。更に、ラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスにより、比較的高い送信電力を有するＲＦレーダ・システムにおいて小型のミリメートル波モノパルス受信回路を動作させることができる受信回路アーキテクチャの使用が可能となる。一実施形態では、ＲＦモノパルス受信機は、例えば、能動ミサイル検知追尾システムに用いるのに適している。ＲＦ受信機は、小型の爆発体に直接用いることができ、あるいは、より解像度が高い疑似（準）光学的に結合されたアンテナのモノパルス受信機として機能することができる。このアンテナは、ホーン・アンテナの直径よりもかなり大きなアパーチャを有する。一実施形態では、極低温冷却システムを受信機に結合し、受信機が周囲温度で動作するときに得られる雑音指数よりも低い受信機雑音指数を得る。
【００１９】
本発明の更に別の態様によれば、ＲＦモノパルス受信機は、複数のＲＦ入力ポートおよび複数のＩＦ出力ポートを有する回路アセンブリを含む。この回路アセンブリは、（ａ）ハウジングと、（ｂ）ハウジング内に配置された複数の低調波（分数調波）励起（ポンプ）ミキサ回路であって、ミキサ回路の各々が、ＲＦ信号ポートと、ＬＯ信号ポートとＩＦ信号ポートとを有し、ミキサ回路の各々が、（１）ハウジング内に配置された複数のミキサ・ダイオード基板であって、ミキサ・ダイオード基板の各々が、ダイオード実装領域と、ＲＦフィード領域内に突出する伝送結合領域とを有し、ＲＦフィード領域が、複数の基板のダイオード実装領域上に配置されたハウジング・カバーにＲＦ開口を設けることによって形成された、ミキサ・ダイオード基板と、（２）複数のミキサ・ダイオード基板の各々のダイオード実装領域上に配置された逆並列ダイオード対と、（３）各低調波励起ミキサ回路のＬＯ信号ポートとＬＯ信号源との間に結合されたＬＯ分配回路と、（４）各低調波励起ミキサ回路のＩＦ信号ポートとＲＦモノパルス受信機のＩＦ出力ポートとの間に結合されたＩＦ分配回路とから成る、ミキサ回路と、（ｃ）ハウジングに結合されたＲＦフィード回路と、（ｄ）ＲＦエネルギを複数の低調波励起ミキサ回路の各々のＲＦ信号ポートに結合する手段と、（ｅ）モノパルス基板と、（ｆ）モノパルス基板上に配置されたモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）モノパルス比較器ネットワークであって、複数のモノパルス回路入力ポートを有し、複数のモノパルス回路入力ポートの各々が、複数の低調波励起ミキサ回路のそれぞれのＩＦポートに結合され、モノパルス基板のＩＦ出力ポートに結合される複数のモノパルス回路出力ポートを有する、ＭＭＩＣモノパルス比較器ネットワークとを含む。この特定構成によって、Ｗ−バンド（帯域）周波数範囲における使用に適したＲＦモノパルス受信機が得られる。
【００２０】
このシステムは、更に、コルゲート・ホーン・アンテナを含むことができる。コルゲート・ホーン・アンテナは、そのベース部にモーディング構造を有し、４つの別個のアンテナ・ポートを備えている。アンテナ・ベース部は、ミキサ回路のＲＦポートに結合され、コルゲート・ホーンのベース構造内のアンテナ・ポートとミキサ回路のＲＦポートとの間に信号を供給する。アンテナ・ポートとミキサ回路のＲＦ入力ポートとの間に配置された導波路信号経路に、保護回路を含ませることができる。一特定実施形態では、保護回路は、ラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスとして設けられ、ラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスは複数のアイソレータを含み、その各々が第１、第２および第３ポートを有する。ＲＦモノパルス受信機は、更に、保護回路に結合された較正信号注入回路も含み、較正信号を受信機に注入することができる。保護回路をラッチング・フェライトアイソレータ・マトリクスとして設ける場合、較正信号注入回路は、複数のアイソレータの各々の第３ポートに結合することができる。第１制御信号に応答して、ラッチング・フェライト・アイソレータは、アイソレータ・ポートの第１対間を第１方向に信号を伝搬させ、第２制御信号に応答して、ラッチング・フェライト・アイソレータは、アイソレータ・ポートの第２対間を第２方向に信号を伝搬させる。かかる構成によって、ＲＦモノパルス受信機は、送信機を含むＲＦシステムにおいて損傷を受けることなく、動作することができる。更に、ハウジングは、ＭＭＩＣモノパルス比較器ネットワークを含む、ＲＦおよびＩＦ回路部品を配置した単一のハウジングとして設けることもできる。あるいは、ハウジングは、物理的および電気的に互いに結合されたＲＦハウジングおよびＩＦハウジングから構成することができる。ＲＦミキサおよび増幅器を含むＲＦ信号部品は、ＲＦハウジング内に配置され、ＭＭＩＣモノパルス比較器ネットワーク、振幅調節回路および移相器はＩＦハウジング内に配置され、複数のＲＦ相互接続信号経路が、ＲＦハウジングおよびＩＦハウジング間にＲＦ信号経路を設ける。ＭＭＩＣ  ＬＮＡおよび新規なＭＭＩＣモノパルスを用いることにより、低変換損失、低雑音指数のＷ−バンド・ミキサの開発と相まって、比較的小型で効率的なＷ−バンド・モノパルス受信機が得られる。これは小径ミサイルや小爆発体と両立し、感度が高くされるので、検知追尾装置は高精度で目標を追跡することが可能となる。この感度向上は、ミキサ・ダイオードを局部的に冷却するために用いる冷却ハードウエアを含ませることによって、達成される。
【００２１】
本発明の前述の特徴、および本発明自体は、以下の図面の詳細な説明から一層深く理解することができよう。
好適な実施形態の説明
これより図１を参照すると、無線周波数（ＲＦ）受信システム１０は、複数のアンテナ出力ポート１２ａ〜１２ｄを有するアンテナ１２を含む。アンテナ１２は、所望の周波数範囲内の信号を受信可能であれば、いずれの種類のアンテナとして設けてもよい。例えば、アンテナ１２は、ホーン・アンテナ、アレイ・アンテナ、または第１エンド（端部）１３においてＲＦ信号を受信し、アンテナ・ポート１２ａ〜１２ｄにおいて出力信号を供給することが可能な他のいずれの種類のアンテナとして設けることもできる。
【００２２】
アンテナ・ポート１２ａ〜１２ｄは、保護回路１６の各入力ポートに結合されている。一特定実施形態では、アンテナ１２は、Ｗ−バンド周波数範囲内の信号に応答し、その基部にモーディング構造（ｍｏｄｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を備えることにより別個のアンテナ・ポートを設けた、コルゲート導波路ホーンとして設けられている。アンテナ１２は、第１端部１３においてＲＦエネルギを受信し、モーディング構造１４が、ホーン１２内を伝搬するＲＦエネルギを分離し、４つの別個の伝送線路信号経路に沿って送信する。一実施形態では、伝送線路は、対象の周波数範囲内のＲＦ信号の効率的な伝搬が容易に行なえるように選択したサイズおよび形状を有する導波路伝送線路として設けられている。
【００２３】
保護回路１６は、比較的高い振幅レベルを有する信号が、システム１０のその他の回路部品に伝搬するのを防止することによって、過度の信号振幅を有する信号がかかる部品に損傷を与える可能性を低下させる。
【００２４】
一実施形態では、保護回路１６はラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクス（ｌａｔｃｈｉｎｇ  ｆｅｒｒｉｔｅ  ｉｓｏｌａｔｏｒ  ｍａｔｒｉｘ）として設けられ、全体として１８で示す、複数のラッチング・フェライト・アイソレータ１８ａ〜１８ｄを含む。アイソレータ１８の各々は、第１、第２および第３ポート１９ａ〜１９ｃを有し、終端２２がポート１９ｃに結合されている。バイアス・ライン２０を通じてアイソレータ１８ａ〜１８ｄに供給される第１制御信号に応答して、アイソレータ１８は偏波即ちバイアスされ、信号が第１方向に向かって伝搬しアイソレータ１８を通過する。例えば、アイソレータ１８に供給される第１制御信号に応答して、ポート１９ａに供給されるＲＦ信号は、時計回り方向にポート１９ｂに結合され、ポート１９ｃからは分離される。
【００２５】
アイソレータ１８に供給される第２制御信号に応答して、アイソレータ１８はバイアスされ、信号は第２の異なる方向に向かって伝搬しアイソレータ１８を通過する。例えば、ポート１９ｃに供給される信号は、反時計回り方向にアイソレータ１８を通ってポート１９ｂに結合され、ポート１９ａから分離される。第１および第２制御信号は、例えば、比較的短い時間に比較的高い振幅を有する電流信号（即ち、「信号スパイク」）として供給することができ、アイソレータ１８を第１および第２の対向する方向にバイアスする。
【００２６】
保護回路１６にバイアスをかけ、アンテナ・ポート１２ａ〜１２ｄのそれぞれから、ポート１９ａを通って、それぞれのアイソレータ１８ａ〜１８ｄのポート１９ｂに伝搬させることにより、信号はアンテナ１２から保護回路１６を介して受信機２３の入力ポート２３ａ〜２３ｄに伝搬する。この特定実施形態において、受信機２３はここではモノパルス受信機として示されている。
【００２７】
受信機２３は、４つの同様の受信チャネル２５ａ〜２５ｄを有するＲＦ回路モジュール２４を含む。受信チャネル２５ａが受信チャネル２５ｄ〜２５ｄを代表するものとすると、受信チャネル２５ａは、入力ポート２６ａが受信機入力ポート２３ａに結合され、出力ポート２６ｂがＲＦミキサ２８のＲＦポート２８ａに結合された遷移回路２６を含む。ミキサ・バイアス信号がＲＦ回路モジュール・ポート２７ａを介して、ミキサ・バイアス・ポート２８ｂに供給される。この特定実施形態では、ミキサ・バイアス信号は、局部発振（ＬＯ）バイアス信号として供給される。しかしながら、代替実施形態では、ＬＯ信号とは別個にミキサに供給可能なＤＣバイアス信号によって、ミキサをバイアスすることができる。ポート２８ａ、２８ｂにそれぞれ供給されるＬＯ信号およびＲＦ信号は、公知のように結合され、第３ミキサ・ポート２８ｃに中間周波数（ＩＦ）信号を供給する。
【００２８】
ミキサＩＦポート２８ｃは、ＩＦ増幅器３０の入力ポートに結合されている。ＩＦ増幅器３０は、これに供給されるＩＦ信号を受け取り、増幅した出力信号をその出力ポートに供給する。このように、受信チャネル２５ａ〜２５ｄの各々は、その出力ポートにＩＦ出力信号を供給する。
【００２９】
ＩＦ出力信号は、ＩＦモジュール３４の入力ポート３４ａ〜３４ｄのそれぞれに結合される。ＩＦモジュール３４は、それに供給されるＩＦ信号を受け取り、ＩＦ信号の各々を、それぞれの振幅および位相調節回路３６に供給する。一特定実施形態では、位相および振幅調節回路は、可変アッテネータ３７および６ビット移相器３８を含み、これらによって、振幅および位相の調節がそれぞれ行われる。設ける移相器３８は、６ビットよりも多くても少なくてもよいことを当業者は認めよう。移相器３８に含まれるビット数は、種々の要因にしたがって選択される。その要因には、所望の補正信号精度、移相器を動作させるために必要な制御線の数、パッケージ・サイズおよび重量等が含まれるが、これらに限定される訳ではない。６ビットの移相器では、最下位ビットは５度の値を有する。
【００３０】
振幅および移相を適切に調節された信号は、移相および振幅調節回路３６の各々から、モノパルス回路４０の入力ポート４０ａ〜４０ｄに結合される。モノパルス回路４０は、その入力ポート４０ａ〜４０ｄに供給された信号を結合し、ポート４１ａ〜４１ｄにモノパルス出力信号（Σ、ΔＥＬ、ΔＡＺ、ΔＱ）を供給する。
【００３１】
尚、好適な実施形態では、モノパルス４０は受動モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）モノパルス回路として設けることが可能であることを注記しておく。しかしながら、代替実施形態では、モノパルス回路４０は能動ＭＭＩＣ回路として設けることが望ましい場合もある。更に代替案として、モノパルス回路は、ＭＭＩＣ回路の製造に適した媒体以外の伝送媒体で構成してもよい。
【００３２】
図１Ａを簡単に参照すると、代替実施形態では、システム１０’は較正信号源４５を含む較正回路４４を含む。較正信号源４５は、例えば、アイソレータまたはスイッチとして設けることができる保護回路４６を介して、較正信号を供給する。好適な実施形態では、較正信号源４５によって供給される較正信号は、所定の信号振幅を有する実質的に純粋な正弦波信号に対応する。
【００３３】
較正信号は、保護回路４６を介して、電力分割器４８の入力ポート４７に結合される。この特定実施形態では、電力分割器４８は、出力ポート４８ａないし４８ｄを含み、その各々は、アイソレータ・ポート１９ｃにおいて、アイソレータ１８ａ〜１８ｄのそれぞれに結合されている。
【００３４】
ここでは、電力分割器４８は、受信チャネルの数に対応する数の出力ポートを有するものとして設けられている。しかしながら、用途によっては、受信チャネルの各々に較正信号を供給する必要がない場合もある。したがって、一般に、電力分割器４８は、較正すべき各受信チャネル２５毎に較正信号を供給する。
【００３５】
用途によっては、アイソレータ１８のポート１９ｃに結合されている終端２２（図１）を除去し、較正信号をそれに供給可能とすることが望ましい場合もあり、一方別の用途では、スイッチ（図示せず）を介して較正信号をアイソレータ・ポート１９ｃに結合することが望ましい場合もある。この手法では、スイッチの共通ポートをアイソレータ・ポート１９ｃに結合し、第１スイッチ・アームを終端に結合し、第２スイッチ・アームを、較正回路４４からの較正信号を受け取るように結合する。更に別の用途では、較正信号を受信チャネルの一部に結合することが望ましい場合もある。
【００３６】
受信システム１０は、較正モードまたは受信モードのいずれかで動作する。受信機を較正モードにするには、アイソレータ１８にバイアスをかけ、これを介して信号が反時計回り方向に伝搬し、信号がポート１９ｃからポート１９ｂに伝搬するようにする。保護回路４６は、信号源４５および電力分割回路４８間に比較的挿入損失が低い信号経路を備える。
【００３７】
較正モードでは、較正信号源４５が較正信号を各アイソレータ１８のポート１９ｃに供給する。較正信号は、アイソレータのポート１９ｃからポート１９ｂに結合され、入力信号として、ＲＦ回路モジュール２４のポート２３ａ〜２３ｄに供給される。ＲＦ回路モジュール２４は、較正信号に応答して、周波数変換した（即ち、ダウンコンバートした）較正信号を出力ポート２４ａ〜２４ｄに供給する。
【００３８】
ＩＦモジュール３４は、ＲＦモジュール・ポート２４ａ〜２４ｄからのダウンコンバート較正信号を受け取り、較正モノパルス出力信号をポート４１ａ〜４１ｄに供給する。較正出力信号出力４１ａ〜４１ｄの振幅および位相を監視（モニタ）し、予期されるチャネル間信号特性と相関付けることにより、測定出力信号に対して誤差補正を行なうことができる。予測チャネル間信号特性は、初期受信機統合（インテグレーション：ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）および整合（アライメント：ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）の間に、容認可能なモノパルス性能が得られることがわかっている動作状態に基づいて規定される。こうして、較正モードは、（非均一なモジュールの加熱）のように前もって予測できない動作環境によって生ずるチャネル間誤差の補正を可能とする。
【００３９】
較正信号をＩＦモジュール３４に導入する第２較正回路は、ＩＦ較正信号ポート４２を含み、これを介して較正信号をカプラ回路４３に供給する。カプラ回路４３は、較正信号の所定部分を、振幅および位相調節回路３６の入力に結合する。較正信号は、回路３６を通過してモノパルス４０まで伝搬し、較正出力信号がポート４１ａ〜４１ｄに供給される。ここでは、ＩＦ較正信号は、ＩＦモジュール３４の１つのチャネルのみに供給されるものとして示されている。しかしながら、ＩＦ較正信号はＩＦモジュール３４のいずれの信号チャネルにも供給可能であり、あるいはＩＦモジュールの各チャネルがカプラ４３を含むことも可能であり、ＩＦ較正信号をＩＦモジュール３４の全チャネルに（同時にまたは同時ではなく）供給可能であることは認められよう。
【００４０】
再度図１を参照し、用途によっては、受信システム１０を反射アンテナ用フィード回路として利用することが望ましい場合もあることを注記しておく。こうするには、マルチモード・フィード・ホーン１２および反射器の焦点面の整合（位置合わせ）を行う。しかしながら、別の用途では、マルチモード・フィード・ホーン１２はモノパルス・アンテナとして直接使用することも可能である。
【００４１】
オプションの冷却システム４９を、各受信チャネル２５内のミキサ２８および増幅器３０のような能動回路部品に結合し、部品２８内のミキサ・ダイオードや増幅器３０内の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような能動素子を冷却することにより、受信機２３の雑音指数を低下させることも可能である。冷却システム４９は、ミキサ２８および増幅器３０それぞれのいずれかまたは双方を冷却するために使用することができる。
【００４２】
小型サイズを有するシステム１０を提供するために、増幅器３０、振幅および位相調節回路３６、移相器３８ならびにモノパルス回路４０全てを、モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として供給することができる。かかるアセンブリの結果、受信機は常温において比較的低い雑音指数を有し、ミサイル、小爆発体、および比較的小さな直径を有する発射体内における受信システム１０の使用が可能となるサイズを有することになる。
【００４３】
これより図２を参照すると、ミリメートル波モノパルス受信機５０は、内部に圧力窓５２が配置された第１アパーチャを有する、コルゲート・ホーン・アセンブリ５１を含む。圧力窓５２は、受信機５０に密封機構を備える。その理由については、以下で更に詳しく説明する。コルゲート・ホーン５１の第２端部は、複数の取り付け孔５４が設けられている、ベースプレート５３を含む。
【００４４】
コルゲート・ホーン５１および圧力窓５２は、圧力窓５２を介して密封アパーチャを備えつつも、所定の周波数バンド内の周波数を有する信号に対して、比較的低い挿入損失特性を与える。一特定実施形態では、コルゲート・ホーン５１は、Ｗ−バンド準光学ガウス・ビーム（Ｗ−Ｂａｎｄ  Ｑｕａｓｉ−ｏｐｔｉｃａｌ  Ｇｕａｓｓｉａｎ  Ｂｅａｍ）入力信号に効率的に結合するのに適している。
【００４５】
図２Ａ、図２Ｂにおいて一層明確に見ることができるように、ホーン・フレアおよびベースプレート間の遷移領域には、モーディング構造も形成されており、捕捉したエネルギを４つの同一の導波路伝送線路５７に分離する。端的に図２Ｂを参照すると、フランジ５３内に形成されている導波路５７を明確に見ることができる。フランジ５３の表面からは、オプションの位置決めピン５４ａが突出しており、スイッチ・アセンブリ５５（図２）の表面にある対応の孔と係合することにより、フランジ５３内の導波路アパーチャ５７を、スイッチ・アセンブリ５５内の同様の形状のアパーチャ５７と整合させている。
【００４６】
再度図２を参照すると、導波路エネルギは、主に保護の目的で使用するラッチング・フェライト・アイソレータ（スイッチ）マトリクス５５を通過する。また、スイッチ・マトリクス５５は、図１のアイソレータ・ポート１９ｃに対応するアイソレータ（複数のアイソレータ）の１つ以上の信号ポートを介して、Ｗ−バンド周波数範囲内の周波数を有する較正信号を供給することによって、Ｗ−バンド較正トーン（ｔｏｎｅ）の注入も可能にする。
【００４７】
受信動作モードでは、ホーン５１はＲＦ信号を受信し、受信したＲＦエネルギを、モーディング構造を介して、コルゲート・ホーン５１の第２端部即ち基端（ベースエンド）にあるフランジ５３内に配置された４つの矩形状導波路伝送線路５７に結合する。フランジ５３は、整合孔およびピン５４，５４ａが、スイッチ・アセンブリ５５内の対応する孔５９と整合するようにスイッチ・アセンブリ５５の第１面上に配置されている。
【００４８】
スイッチ・アセンブリ５５は、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＥＭＳ）  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（エレクトロマグネティック・システムズ（ＥＭＳ）社）が供給し、型番４４９Ｄ−６８で識別される機種のラッチング・フェライト・アイソレータ・マトリクスとすればよい。受信機５０がミサイルまたは送信機を含むその他の発射体内に配置される場合、比較的高い電力漏れ信号は受信回路５６の回路部品に損傷を与える可能性があるので、スイッチ・アセンブリ５５は、ホーン５１に入射する送信機漏れ信号が受信回路５６に伝搬するのを防止する。
【００４９】
ＲＦ送信信号パルスがアンテナ５１に漏れ込む可能性がある時間がわかるので、スイッチ・アセンブリ５５を適切な時点で送信状態および受信状態間で能動的に切り替えることができる。スイッチ・アセンブリ５５をラッチング・フェライト・サーキュレータとして設ける場合、フェライト・コアを通過する絶縁ワイヤが、制御信号を搬送し、ラッチング・フェライト・アイソレータ５５内に磁界を形成することによってフェライトにバイアスをかけ、サーキュレータ信号経路のどれが比較的低い挿入損失特性を有し、どのサーキュレータ信号経路が比較的高い挿入損失特性（分離）を有するかを判定する。このように、ラッチング・フェライト・アイソレータの所定のポートをスルー・ポートと言い（即ち、あるポートから他のポートに特定の方向に向かって伝搬する信号は、信号減衰量が比較的少ない）、ラッチング・フェライト・アイソレータの所定のポートを分離ポートと言う（即ち、あるポートから他のポートに特定の方向に向かって伝搬する信号は、信号減衰量が比較的多い）。
【００５０】
一旦磁界がスイッチ・アセンブリ５５内に形成されると、これらは自己保持（即ち、ラッチ）し、ＤＣ電流を除去することができる。スイッチ・アセンブリ５５のポート間で挿入損失特性を変更することが望ましい場合、最小の所定電流レベルを有するＤＣ電流を印加し、既に印加した信号によって形成されているバイアス磁界をオフセットし、フェライト・コア内に磁界を形成し直し、これによって第２の所定の方法で種々のポート間における挿入損失のレベルを変更する。
【００５１】
こうして、この特定用途では、サーキュレータ５５は、受信機能および送信機能それぞれの間に、アンテナ５１と受信チャネルの１つまたは高電力終端（図１における終端２２のような）との間に比較的低い挿入損失特性を有する信号経路を選択するために用いられる。好適な実施形態では、スイッチ・アセンブリ５５は、２０デシベル（ｄＢ）以上の分離特性を有する分離信号経路、または約０．５ｄＢの挿入損失を有する比較的低損失の信号経路のいずれかを備える。
【００５２】
また、スイッチ・アセンブリ５５は、プレモノパルス（ｐｒｅ−ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ）ＲＦ較正信号の注入に便利な場所も提供する。即ち、図１Ａと関連付けて先に説明したように、終端が結合されているスイッチ・ポート（例えば、図１のポート１９ｃ）を、較正信号入力ポートとして用いることができる。
【００５３】
特定の用途に対して高電力保護が不要な場合、スイッチ・アセンブリ５５を受信機５０から省略することによって、受信機５０のサイズを縮小することも可能である。また、スイッチ５５はアンテナ５１から受信回路５６に伝搬する信号に追加の挿入損失をもたらすので、スイッチ・アセンブリ５５の除去即ち省略によって、システム５０全体の雑音指数も改善される。
【００５４】
スイッチ・アセンブリ５５は、ＲＦモジュール・カバー５８上に配置されている。モジュール・カバー５８は、その中にアパーチャ５８ａ、およびスイッチ・アセンブリ５５に設けられた装着孔５９と一致する複数の装着孔５９が設けている。ＲＦモジュール・カバー５８は、１つ以上の整合ピン５９ａも含み、スイッチ・アセンブリ５５の整合孔から突出することによって、ＲＦモジュール・カバー５８をスイッチ・アセンブリ５５に対して位置合わせする。
【００５５】
ＲＦモジュール・カバーのアパーチャ５８ａ内には、ＲＦ絶縁カバー６０が配置されている。ＲＦ絶縁カバー６０は、複数の導波路信号経路６２を含み、これらは、コルゲート・ホーン５１のベース部分５３およびスイッチ・アセンブリ５５の双方に設けられた導波路信号経路５７と整合する。ＲＦ絶縁カバー６０は、１つ以上のスロット６３も含み、これを以下に述べるように用いて、ホーン５１の導波路５７、スイッチ・アセンブリ５５および絶縁カバー６０内の導波路６２間における適正な位置合わせを確保する。
【００５６】
更に、受信機５０は、内部底面から突出する１対の整合ボス６６を有するＲＦハウジング６４も含む。整合ボス６６は、ＲＦ絶縁カバー６０内の対応するスロット６３と係合することにより、ＲＦ絶縁カバー６０のコルゲート・ホーン５１およびスイッチ５５内の導波路５７に対する適性な配向および位置決めを確保する。また、整合ボス６６は、基板をＲＦハウジング６４内に配置する際に、基板６８上に形成されているミキサ回路に対する導波路信号経路６２の正しい配向および位置決めも確保し、隣接する受信チャネル間の分離にも役立つ。
【００５７】
簡単に図２Ｃ、図２Ｄを参照すると、ＲＦモジュール・カバー５８をＲＦハウジング６４上に配置する前に、ＲＦハウジング６４の内側底面部に設けられた、適切な形状の凹部６４ａ（図２Ｄ）内に、複数のミキサ基板６８を配置する。図２Ｄにはその一部分のみを示す。基板６８上には、ミキサ回路６９（図２Ｄ）が配置されている。ミキサ基板６８の各々は、所謂Ｅ−面プローブを形成する突出部７０（図２Ｄ）を含み、ＴＥ１０導波路モードにおいてほぼ導波路６２内を伝搬する電界エネルギをマイクロストリップ・モードに結合することにより、ＲＦ分離カバー６０内のＷ−バンド導波路信号を、各受信チャネル内の低調波ミキサ（ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃ  ｍｉｘｅｒ）６９（図２Ｄ）に効率的に転移させる。このように、ミキサ基板の突出部７０およびその上に配置された関連の伝送線路は、導波路−マイクロストリップ遷移回路を形成する。
【００５８】
ミキサ基板６８上には、ミキサ・ダイオード７１および伝送線路７２が配置され、これらによりミキサ回路６９が形成される。導波路−マイクロストリップ遷移回路の性能は、導波路バックショート・アセンブリ（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｂａｃｋｓｈｏｒｔ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）７３によって最適化することができる。導波路バックショート・アセンブリ７３は、突出領域７０上に配置されたＥ−面プローブ７０ａから所定の距離だけ、突出領域７０の区域内の凹領域６４ａの底面を離間させることによって形成される。ここでは、基板７０の一部を取り去り、バック・ショート７３を露出させている。バックショート７３によって形成される電界形状は、シムまたはその他の適切な機構の使用によって調節することにより、電界信号を効率的にＥ−面プローブ７０ａに結合することが可能となる。理想的には、かかるバックショート・アセンブリは、導波路内の特定の物理的位置において、短絡回路インピーダンスを形成する。好適な実施形態では、バックショート・アセンブリは、突出プローブ７０ａから、１／４波長（導波路媒体における）の奇数倍に対応する距離のところに配置されている。
【００５９】
再度図２および図２Ｃを参照すると、ＲＦハウジング６４内には、ＬＯおよびＩＦ分配回路基板７５およびＩＦ整相基板（ｐｈａｓｉｎｇ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）７６も配置されている。ＬＯおよびＩＦ分配基板７５は、ＬＯおよびＩＦ分配回路を含み、局部発振信号および中間周波数信号を、ＲＦハウジング６４の適切なポートに分配する。
【００６０】
ＩＦ整相基板７６は、粗い位相補償を行い、受信チャネルの各々の位相を一致させ、ＩＦ信号を更に増幅するために用いられる。
一旦ミキサ基板６８、ＬＯおよびＩＦ分配基板７５、ならびにＩＦ整相基板７６をハウジング６４内に配置したなら、ＲＦ絶縁カバー６０をその上に配する。次いで、ＲＦモジュール・カバー５８、スイッチ５５およびホーン５１をＲＦモジュール・ハウジング６４に結合することができる。
【００６１】
また、ＲＦハウジング６４には、内部に複数の開口８８も設けられており、これらを通じて、ＩＦインターフェースのコネクタ９０の対応するものが配置され、ＲＦハウジング６４およびＩＦハウジング９２間にＲＦ接続を形成する。ＩＦハウジング９２は、内部にＩＦ基板９４が配置されている。ＩＦ基板９４上には、モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）モノパルス比較器ネットワークが配置されている。ここでは、ＭＭＩＣモノパルス比較器ネットワークは、それに供給される信号を受け取り、ＩＦハウジング９２の出力ポート９２ａ〜９２ｄにモノパルス出力信号を形成することを述べれば十分であろう。ＩＦモジュール・カバー９６が、ＩＦハウジング９２の開放面上に配置され、ＩＦ排気ハウジング（ＩＦ  ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ  ｈｏｕｓｉｎｇ）９８がＩＦハウジング９２の第２の対向面上に配置されている。ＩＦアセンブリは、ＩＦ排気ハウジング９８内に設けられた排気ポート９８ａを介して排気される。また、ＩＦモジュールは、図１および図１Ａとの関連で先に説明した振幅および位相調節回路３６と同様の振幅および位相調節回路を含むことも可能である。
【００６２】
ミキサ回路６９は、ＩＦ信号をＬＮＡ３０（図２Ｃ）の対応するものに供給し、一方ＬＮＡ３０は、フィードスルー回路９０を介して、増幅したＩＦ信号を振幅および位相調節回路３６（図２Ｃ）およびモノパルス回路４０（図２Ｃ）に供給する。
【００６３】
図２に見られるように、ＲＦハウジング６４は、その底面から突出した１対のクライオスタット・チューブ・ハウジング（ｃｒｙｏｓｔａｔ  ｔｕｂｅ  ｈｏｕｓｉｎｇ）８０を有する。クライオスタット・チューブ・ハウジング８０は、ミキサ・ダイオードおよび低雑音増幅器を冷却するために用いられるクライオスタット・アセンブリ８２を受容することにより、受信機アセンブリ５６の雑音指数を低下させる。ＲＦ排気ハウジング８４が、クライオスタット・チューブ・ハウジングおよびクライオスタット・アセンブリ８２上に配置され、ガスケット８６によって形成される気密封止を介して、ＲＦハウジング６４の底面に結合されている。ＲＦアセンブリは、ＲＦ排気ハウジング８４内に設けられた排気ポート８６ａを介して排気される。
【００６４】
一実施形態では、極低温冷却ハードウエアは、ステンレス鋼で製作する。２つのクライオスタットがアルゴン・ガスをＲＦハウジング６４の背面、ミキサ・ダイオード７１（図２Ｄ）の直下に送出する。２つのクライオスタットは、排出チェンバとしても機能するデューワ・アセンブリ（ｄｅｗａｒ  ａｓｓｅｍｂｙ）内部に配置される。デューワ／受信機アセンブリ全体に渡り、密閉ホーン・アセンブリまで部分真空に引かれる。ホーンおよびデューワ・アセンブリ間の機械的界面において、グリスを塗布したＯ−リングによって、真空密閉状態が維持される。
【００６５】
ホーンおよびスイッチ・アセンブリを含む完全に統合したＷ−バンド受信機５０の典型的な動作特性を表１に示す。この受信機特性は、ミキサ・ダイオードの冷却による改善を想定して決定された。
【００６６】
【表１】
0004298921.tif 000002
また、図２にも示すように、受信機５０は、２つの主要ハウジングに区分されている。この実施形態では、ＲＦハウジング６６がＲＦエネルギを捕獲し、捕獲したＲＦ信号を４つのチャネルに分割し、ＲＦ信号をＣ−バンド周波数範囲にダウンコンバートする。Ｃ−バンド周波数信号は、ＲＦモジュール内にある低雑音増幅器（ＬＮＡ）に供給され、低雑音増幅が行われる。増幅されたＣ−バンド周波数信号は、ＲＦハウジングの出力ポート８８からＩＦハウジング９２の入力ポートに、コネクタ９０を介して結合される。ＩＦハウジング９２は、図１に関連付けて先に説明した回路３６と同様の位相および振幅調節回路を含み、Ｃ−バンド周波数信号の振幅および位相を適切に調節するために用いられる。その後、４つの信号はモノパルス回路によって処理され、受信機５０のモノパルスＣ−バンド出力信号を発生する。
【００６７】
低温冷却、低雑音指数、ミリメートル波、モノパルス受信機５０は、大径反射アンテナのフィードを形成する準光学伝送線路に適合化するように構成することができる。かかるユニットは、反射器とは独立して使用することもでき、小型の発射体に対してはより広いビームのモノパルス・アンテナ性能を備え、またはレンズ・アセンブリの焦点面内に配して、適切なフィード照明特性を得ることができる。ミサイル・レーダ用途に加えて、基本的なミキサ・アーキテクチャ（冷却および非冷却）のその他の構成も、気象レーダ（ｗｅａｔｈｅｒ  ｒａｄａｒ）、宇宙空間放射計ならびに衛星および航空機搭載撮像システムのような、様々なその他の商用ミリメートル波用途にも使用可能である。
【００６８】
これより図３を参照すると、局部発振信号入力ポート１００ａ、較正信号入力ポート１００ｂ、ＩＦモノパルス信号出力ポート８８ａ〜８８ｄ、および１対のＤＣバイアス端子１００ｃを有する単一のモジュール・ミリメートル波集積回路（ＭＩＣ）として製作されたＲＦ受信機アセンブリ１００が示されている。ＲＦミキサ回路６９は、基板６８上に配置されている。基板６８は、ここでは、厚さ０．００５インチのアルミナまたはその他の適当なマイクロ波／ミリメートル波基板材料で構成され、クオーツ、融解シリカ、ガリウム砒素または当業者に公知の他の適当な材料であればいずれでもよい。基板６８は、その底面上に、接地面導体１０２が配置されている。基板６８は、その上面上に、複数の帯状導体１０５が配置され、これらがＲＦ信号経路および逆並列ダイオード対（ａｎｔｉ−ｐａｒａｌｌｅｌ  ｄｉｏｄｅ  ｐａｉｒ）１０４を形成する。
【００６９】
ＬＯ出力ポート１００ａに供給されるＬＯ信号は、電力分割器１０６を介して結合され、第２および第３電力分割器１０８、１１０に供給される。これらが更に電力を分割し、ＬＯ信号をミキサ回路６９ａ〜６９ｃの各ポートに供給する。ミキサを適性にバイアスすると、導波路を通じて逆並列ダイオード対１０４に供給されたＲＦ信号は、ミキサＩＦ出力ポートにおいて中間周波数信号を生成し、モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１２の入力ポートに結合される。ＬＮＡ１１２の各々は、それに供給されたＩＦ信号を、ＭＭＩＣモノパルス・ネットワーク比較器１１６の複数の入力ポートの内対応する１つに供給する。ＭＭＩＣモノパルス比較器は、モノパルス信号を形成し、このモノパルス信号をＩＦ出力ポート８８ａ〜８８ｄに供給する。
【００７０】
尚、この特定実施形態では、（図２に関連付けて先に説明した多数のハウジングを用いる手法とは対照的に）受信機１００は単一のハウジング１０１に配置されていることを注記しておく。
【００７１】
動作において、Ｗ−バンド信号は、金めっきしたステンレス鋼のカバー６０（図２）に設けたＷＲ１０導波路伝送線路のような、導波路伝送線路を通じてＲＦアセンブリに入力する。Ｑ−バンド周波数範囲内のＬＯ信号が、２．４ミリメートル（ｍＭ）同軸コネクタのようなＲＦコネクタを介して、入力ポート１００ａに供給される。ＬＯ信号は、一連のウィルキンソン型電力分割器１０６、１０８、１１０を介して結合され、ミキサ回路６９ａ〜６９ｄの各々に供給される。
【００７２】
ミキサ６９ａ〜６９ｄの各々は、ＩＦ信号をガリウム砒素（ＧａＡｓ）ＭＭＩＣ  ＬＮＡ１１２の入力に供給し、ＭＭＩＣ  ＬＮＡ１１２はＩＦ出力信号の各々を増幅する。増幅されたＩＦ出力信号は、ＬＮＡ１１２からモノパルス比較回路１１６の各入力ポートに結合される。モノパルス回路１１６は、それに供給されるＩＦ信号を受け取り、ＩＦ出力ポート８８ａ〜８８ｄにモノパルス出力信号を発生する。
【００７３】
一特定実施形態では、モノパルス比較回路は、ＧａＡｓ  ＭＭＩＣ処理技法を用いて製作され、ＭＭＩＣ集中回路エレメント（構成要素）を用いて、和信号および差信号を形成する。
【００７４】
ＩＦ出力信号および較正信号は、ＯＳＭＰガラス・ビーズ同軸コネクタを介して、それぞれのポート８８ａ〜８８ｄに結合される。また、ハウジング１０１には、１対の基準電圧バイアス端子１００ｂ、１００ｃも結合され、これらを介して、ＤＣバイアス信号が２対の低雑音増幅器に結合される。一特定実施形態では、バイアス源は、＋５ＶＤＣバイアス源として設けられ、ＬＮＡは約８０ｍＡの電流を引き出すように選択される。
【００７５】
導波路―マイクロストリップ・プローブ遷移部７０は、各Ｗ−バンド信号を、低調波ミキサのダイオード対に供給する。ダイオード対は、例えば、対象周波数範囲内の信号に応答する背面結合ショットキ・ダイオードとして設けることができる。これらのダイオードは、Ｗ−バンド信号をＱ−バンド局部発振入力の第２高調波と混合し、Ｃ−バンド周波数範囲の周波数を有するＩＦ信号を発生する。
【００７６】
典型的に厚さが約０．００５インチ（５ミル）のアルミナ・ミキサ基板６８の各々を備え、Ｗ−バンド周波数範囲におけるミキサの適正な動作を確保する。ＬＯ分配ネットワークおよび全てのＩＦ回路が配置されている基板は、約０．１０インチ（即ち、１０ミル）の厚さを有するアルミナ基板として設けられている。ＲＦアセンブリ１００は、エポキシおよびはんだの組み合わせを用いて、基板およびハウジング１０１間の高い接着性および接地コンタクト（接触）を、常温および低温動作の双方に対して達成する。
【００７７】
これより図４を参照すると、受信機１０の一部分解図が、第１端部に結合されたクライオスタット・アセンブリ１２３および第２端部に結合されたＲＦモジュール１２５を有するデュワー１２２を明らかにする。クライオスタット・アセンブリ１２３は、クライオスタット１３４ａ、１３４ｂ、およびこれらから突出するクライオスタット排出部１３６ａ、１３６ｂを有するクライオスタット・ベースプレート１３３を含む。ＲＦモジュール１２５は、ＲＦモジュール・カバー１２４、ＲＦモジュール・ベース１２６、およびステンレス鋼チューブ１２８ａ、１２８ｂを含む。ＲＦモジュール１２５がデューワ１２２に結合されると、モジュール１２５はＯ−リング溝１３０上に配置され、チューブ１２８ａ、１２８ｂはクライオスタット・アセンブリ１２３の一部を受容する。ＲＦモジュール１２５は、ＲＦモジュール・ベース１２６内に配置されている基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する材料で構成されている。例えば、ベース１２６内に配置されている回路が、薄膜アルミナ・マイクロストリップ回路として設けられている場合、ベース１２６は、薄膜アルミナ・マイクロストリップ基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する合金４６のような材料で構成すればよい。勿論、他の材料の組み合わせを用いて、ハウジングおよびその中に配置される基板を設けてもよいことを当業者は認めよう。
【００７８】
前述のように、一実施形態では、低調波励起ミキサ（ｓｕｂ−ｈａｒｍｏｎｉｃａｌｌｙ  ｐｕｍｐｅｄ  ｍｉｘｅｒ）は、ＬＯ信号の第２高調波を用いて、４つのチャネル受信機に入射するＷ−バンドＲＦエネルギを効率的に所望のＩＦ周波数にダウンコンバートすることにより、処理を一層容易にすることを可能にしている。ＧａＡｓショットキ逆並列ビーム・リード・ダイオードは、ミキサ回路６９ａ〜６９ｄに用いられる非線形素子である。これらのダイオードは、厚さ５ミルのアルミナ基板上に実装され、適切な周波数におけるダイオードに対する適正なインピーダンス整合のための濾波および伝送線路構造は、薄膜技術を用いてエッチングすることができる。
【００７９】
以上のように、本発明の好適な実施形態について説明したが、その概念を組み込んだ他の実施形態も使用可能であることは、当業者には今や明白であろう。したがって、これらの実施形態は開示された実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、受信システムの概略図である。
図１Ａは、較正システムを結合した受信システムの概略図である。
【図２】  図２は、受信システムの分解等角投影図である。
図２Ａは、マルチモード・コルゲート・フィード・ホーンの側面図である。
図２Ｂは、マルチモード・フィード・ホーンの端面図である。
図２Ｃは、受信機の平面図である。
図２Ｄは、図２Ｃの線２Ｄ−２Ｄに沿ったＲＦミキサ回路の平面図である。
【図３】  受信機の平面図である。
【図４】  冷却システムを有する受信システムの一部の分解等角投影図である。
【図１】
0004298921.tif 000003
0004298921.tif 000004
【図２】
0004298921.tif 000005
【図２Ａ】
0004298921.tif 000006
【図２Ｂ】
0004298921.tif 000007
【図２Ｃ】
0004298921.tif 000008
【図２Ｄ】
0004298921.tif 000009
【図３】
0004298921.tif 000010
【図４】
0004298921.tif 000011