(57)【要約】【課題】遠距離から、ごく近距離まで連続して受信可能なレーダ受信機に用いるマイクロ波周波数変換器を提供する。【解決手段】リミッタ２０に入力したパルス変調された第一のマイクロ波信号（ＲＦ信号）をＦＥＴ増幅器４０に入力して増幅する。ＦＥＴ増幅器４０の出力は、第一のミキサに入力する。ＦＥＴ増幅器４０のゲートバイアス線路に分岐回路２３を接続し漏洩して得られた第二のＲＦ信号をシングル第二のミキサ２４に印加する。ミキサ２４、２５の局発端子には局発発振器２６の出力を印加する。第一のミキサ２５のＩＦ出力は、第一のＩＦ増幅器２９に印加する。第二のミキサ２４のＩＦ出力は、そのまま第二のＩＦ増幅器３１に印加する。ＩＦ増幅器２９、３１の増幅度を適度に調節した後に出力を検波加算回路３２によって検波、加算して出力し、レーダ表示装置に映像を表示させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号端子、局発端子、中間周波数端子を有する２つの独立したミキサ回路の各々の局発端子に一つの発振器の出力を分岐して局部発振信号として入力し、かつ上記ミキサ回路の一方の信号端子には、ＦＥＴ増幅器の出力信号を直接入力し、上記ミキサ回路の他方の信号端子には、上記ＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に設けた分岐回路を介して接続するとともに、上記２つのミキサ回路の各々の中間周波数端子に独立した中間周波信号を出力可能としてなることを特徴とするマイクロ波周波数変換器。
【請求項２】
リミッタに入力したパルス変調された第一のマイクロ波信号をＦＥＴ増幅器に入力して増幅し、該ＦＥＴ増幅器の出力は、第一のミキサ回路に入力し、前記ＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に分岐回路を接続し、漏洩して得られた第二のマイクロ波信号を前記第二のミキサ回路に印加し、前記両ミキサ回路の局発端子には局発発振器の出力を印加し、前記第一のミキサ回路のＩＦ出力を第一のＩＦ増幅器に印加し、前記第二のミキサ回路のＩＦ出力は、第二のＩＦ増幅器に印加し、両ＩＦ増幅器の増幅度を調節した後に出力を検波加算回路によって検波、加算して出力し、レーダ表示装置に映像を表示可能としてなることを特徴とするマイクロ波周波数変換器。
【請求項３】
請求項１または２のマイクロ波周波数変換器において、前記２つのミキサ回路の一方のミキサ回路がマイクロ波信号をマイクロ波増幅器で増幅した後に入力する２個のミキサと1個のＩＦ出力合成器で構成したイメージ抑圧ミキサであり、他方のミキサ回路がマイクロ波信号の一部をＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に接続して入力するミキサで構成したものであることを特徴とするマイクロ波周波数変換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかのマイクロ波周波数変換器を用いてなることを特徴とするレーダ受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ受信機に用いるマイクロ波周波数変換器と、これを用いたレーダ受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
パルスレーダの構成を図１に示す。図１のパルスレーダは、マグネトロン１から発振周波数が例えば９．４１ＧＨｚのパルス信号（例えばパルス幅１μｓ、出力１０ｋＷ）を出力し、サーキュレータ２を介してアンテナ３から空中に放射し、物体にて反射した信号を再びアンテナ３で受け、リミッタ４に導く。リミッタ４を介して周波数変換器５に入力した信号は、局部発振器６の出力（局発信号、例えば９．４７ＧＨｚ）と混合し、例えば６０ＭＨｚの中間周波数（ＩＦ信号）に変換する。このＩＦ信号をＩＦ増幅器７にて増幅し、信号処理回路８にてビデオ信号に変換し、レーダ表示装置（ＰＰＩ）９にて画像を表示する。なお、リミッタ４は大きな信号が入力することによって周波数変換器５が破損するのを防ぐために用いるものもある。
【０００３】
図１に示すようなパルスレーダに用いられるマイクロ波周波数変換器の従来公知の回路構成を図２に示す。
【０００４】
本例のマイクロ波周波数変換器は、２つの独立したミキサ回路２４、２５を有する。一方の回路はシングルバランスミキサ２４で、他方の回路はＩＦ出力合成器２７を含んだダブルバランスミキサ２５であり、これらは各々信号端子、局発端子、中間周波数端子を有する。
【０００５】
この従来公知のマイクロ波周波数変換器は、特許文献１に係わるもので、リミッタ２０の入力端子２１に入力したパルス変調したマイクロ波信号（ＲＦ信号）をＲＦ増幅器２２で増幅し、ダブルバランスミキサ２５に入れ、局部発振器２６の信号（局発信号）と混合し、２つのＩＦ出力を内蔵のＩＦ出力合成器２７で合成し、ＩＦ出力端子２８に合成出力を得る。一方、リミッタ２０とＲＦ増幅器２２の接続部から分岐回路２３を介してシングルバランスミキサ２４の入力端子に入力し、ＩＦ出力を得る。
【０００６】
各ミキサ２４、２５の局発端子には、局部発振器２６の出力を印加する。ダブルバランスミキサ２５のＩＦ出力は、ＩＦ出力合成器２７で出力合成し、ＩＦ出力端子２８に出力してＩＦ増幅器２９に印加する。一方、シングルバランスミキサ２４のＩＦ出力は、そのままＩＦ出力端子３０に出力してＩＦ増幅器３１に印加する。
【０００７】
また各ＩＦ増幅器２９、３１の出力は検波加算回路３２によって検波し、加算して出力端子３３にビデオ信号として出力し、信号処理回路を経てレーダ表示装置（ＰＰＩ）に画像を表示させる。なお、ＩＦ増幅器として対数増幅器を使うこともある。
【０００８】
【特許文献１】特開2001-111447号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところでアンテナから発射したレーダパルス信号は、反射物体が遠いほど小さな信号となって受信され、反射物体が近いほど大きな信号として受信され、また、反射物体が小さいほど小さな信号として受信され、反射物体が大きいほど大きな信号として受信される。
【００１０】
これに伴い、入力信号が変動するが、入力電力が増大してゆくとまずダブルバランスミキサ２５の飽和現象が現れる。さらに入力電力が増大してゆくとＲＦ増幅器２２が飽和し、インピーダンスが変化してゆく。さらに入力電力が増大してゆくとリミッタ２０のインピーダンスが変化してゆく。すなわち、ＲＦ増幅器２２の入力端子の反射係数が増大し、次にリミッタ２０の反射係数が増大する。
【００１１】
２箇所で反射現象が起きるとその間で共振が発生する。この共振現象や各々のインピ−ダンスが入力電力によって複雑に変化するため、分岐回路２３が接続されている点の位相、振幅がそれに伴い複雑に変化する。すなわち、この共振によって分岐回路２３に誘起されるマイクロ波電力が複雑に変化する。
【００１２】
このため、上述したような従来のマイクロ波周波数変換器には、次に示す様な欠点がある。
【００１３】
まず、リミッタ２０とＲＦ増幅器２２の接続部から分岐回路２３を介してシングルバランスミキサ２４の入力端子に接続しているので、分岐回路２３の損失がＲＦ増幅器２２の入力側に入るため増幅度の減少とＮＦの劣化となる。
【００１４】
また、反射係数が増大する２ヶ所の中間点から電力を取り出しているので、分岐回路２３を介して接続されているシングルバランスミキサ２４に入力する電力が大きく変動し、入力電力に対するＩＦ出力の直線性が得られなくなる。
【００１５】
すなわち、シングルバランスミキサ２４の出力とダブルバランスミキサ２５の出力を合成した時、入出力特性が波うつ様な揺らぎが発生する。これは、ＲＦ信号電力が変化してもＩＦ出力電力が変化しない現象が現れる可能性が大きいことである。出力電力に変化しない現象が現れるとビデオ信号も変化せず、レーダ表示装置に目標物の有無が表示されない。
【００１６】
これを解消するために、リミッタ２０とＲＦ増幅器２２の接続部に方向性結合器を接続し、リミッタ２０からＲＦ増幅器２２に向かって伝播するＲＦ電力のみを分岐回路２３に誘導する手法があるが、方向性結合器は、動作周波数のλ／４（λは動作周波数におけるＲＦの波長）以上の長さを必要とすることから、装置が大きくなる欠点がある。
【００１７】
また、リミッタ２０とＲＦ増幅器２２の接続部から分岐回路２３を介してＲＦ信号を出力するとこの結合係数に相当する分損失が増大し、入力端子２１から見たＮＦが増大し、ダブルバランスミキサ２５の出力が減少するという性能低下の原因となっていた。
【００１８】
本発明は、遠距離から、ごく近距離まで連続して受信可能なレーダ受信機に用いるマイクロ波周波数変換器を提供するもので、より詳細には、本発明は上記従来の問題点を解消すべくなしたもので、リミッタとＲＦ増幅器間での共振の影響を少なくしたことにより、広い入力電力範囲にわたって飽和現象が現れない構造にしたことを特徴にしたマイクロ波周波数変換器を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のうち請求項１に係るマイクロ波周波数変換器は、信号端子、局発端子、中間周波数端子を有する２つの独立したミキサ回路の各々の局発端子に一つの発振器の出力を分岐して局部発振信号として入力し、かつ上記ミキサ回路の一方の信号端子には、ＦＥＴ増幅器の出力信号を直接入力し、上記ミキサ回路の他方の信号端子には、上記ＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に設けた分岐回路を介して接続するとともに、上記２つのミキサ回路の各々の中間周波数端子に独立した中間周波信号を出力可能としてなることを特徴とする。
【００２０】
同請求項２に係るものは、リミッタに入力したパルス変調された第一のマイクロ波信号をＦＥＴ増幅器に入力して増幅し、該ＦＥＴ増幅器の出力は、第一のミキサ回路に入力し、前記ＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に分岐回路を接続し、漏洩して得られた第二のマイクロ波信号を前記第二のミキサ回路に印加し、前記両ミキサ回路の局発端子には局発発振器の出力を印加し、前記第一のミキサ回路のＩＦ出力を第一のＩＦ増幅器に印加し、前記第二のミキサ回路のＩＦ出力は、そのまま第二のＩＦ増幅器に印加し、両ＩＦ増幅器の増幅度を調節した後に出力を検波加算回路によって検波、加算して出力し、レーダ表示装置に映像を表示可能としてなることを特徴とする。
【００２１】
同請求項３に係るものは、請求項１または２のマイクロ波周波数変換器において、前記二つのミキサ回路の一方のミキサ回路がマイクロ波信号をマイクロ波増幅器で増幅した後に入力する２個のミキサで構成したイメージ抑圧ミキサであり、他方のミキサ回路がマイクロ波信号の一部をＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に接続して入力するミキサで構成したものであることを特徴とする。
【００２２】
同請求項４に係るレーダ受信機は、請求項１ないし３のいずれかのマイクロ波周波数変換器を用いてなることを特徴とする。
【００２３】
なお本発明では、第一のミキサ回路はダブルバランス形に限定されない。シングルエンドミキサが第一のミキサ回路である場合、ＩＦ合成器がなくなるので、その場合は上述のように、ダブルバランスミキサにＩＦ合成器を含ませればよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、従来のマイクロ波周波数変換器に比べて近距離から反射してきた信号にほぼ比例した電力を受信でき、したがって遠距離だけでなく、近年の船舶レーダの主な使用目的である船舶同士または固定物などとの衝突防止に関して非常に重要な機能であるごく近距離までの目標物体の認識が可能となるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図３に示す実施例を参照して説明する。なお、以下では従来例として説明した図２と装置と同じブロック、端子は同じ番号付して説明する。
【実施例１】
【００２６】
まず本実施例の構成と動作を説明する。
リミッタ２０に入力したパルス変調された第一のマイクロ波信号（ＲＦ信号）をＦＥＴ増幅器４０に入力して増幅する。ＦＥＴ増幅器４０の出力は、第一のミキサ回路２５に入力する。ＦＥＴ増幅器４０のゲートバイアス線路に分岐回路２３を接続し漏洩して得られた第二のＲＦ信号をシングルバランスミキサである第二のミキサ回路２４に印加する。
【００２７】
両ミキサ回路２４、２５の局発端子には局発発振器２６の出力を印加する。第一のミキサ回路２５のＩＦ出力は、内蔵のＩＦ出力合成器２７で合成してＩＦ増幅器２９に印加する。第二のミキサ回路２４のＩＦ出力は、そのままＩＦ増幅器３１に印加する。両ＩＦ増幅器２９、３１の増幅度を適度に調節した後に出力を検波加算回路３２によって検波、加算して出力し、レーダ表示装置に映像を表示させる。
【００２８】
次に図３に従って本実施形態の動作原理を説明する。本実施例の従来例との違いは、図４に示す様に、分岐回路４１をＦＥＴ増幅器４０のゲートバイアス回路に接続することにある。
【００２９】
まずＲＦ増幅器４０は、ＦＥＴ（ＨＥＭＴ）からなる。ＦＥＴ（ＨＥＭＴ）のゲートインピーダンスは入力電力の増加に対して単調減少する性質がある。したがって、ＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路の極近傍に分岐回路４１を接続すれば、リミッタ２０とＲＦ増幅器４０間の共振の影響を受けず、分岐回路４１への電力は、単調に増加することになる。
【００３０】
ミキサ回路２４への信号端子をＦＥＴ増幅器５０のゲートバイアス線路に結合容量を介して接続することを特徴とする。ＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路は、λ／４バイアス線路とλ／４オープンスタブからなり、λ／４バイアス線路とλ／４オープンスタブの接続点に固定抵抗を介して負のゲートバイアスを印加している。このλ／４バイアス線路とλ／４オープンスタブの接続点は、理論的にはλ／４オープンスタブの特性上接地されるのでＲＦ信号電圧は発生しない。
【００３１】
しかし、現実的には、λ／４オープンスタブの長さがλ／４からずれたり、寄生抵抗分のために、わずかにＲＦ信号電圧が発生している。従来、このλ／４バイアス線路に洩れてきたＲＦ信号は、ゲートバイアス回路に含まれる抵抗などで無駄に消費されていた。λ／４バイアス線路とλ／４オープンスタブの接続点に洩れ出たＲＦ信号を結合容量で取り出し、ＲＦ信号を第二のミキサ回路２４へ入力する。すなわち、２つの独立したミキサ回路の各々の局発端子に、１つの発振器の出力を分岐して局部発振信号として入力し、一方のミキサ回路２５の信号端子にはマイクロ波信号をＦＥＴ増幅器で増幅して入力し、他方のミキサ回路２４の信号端子はＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に接続してマイクロ波信号の一部を入力し、各々の中間周波数端子に独立して中間周波信号を出力するようにして、ＩＦ増幅器で増幅し、検波しビデオ信号に変換した後に足し合わせることによって出力電力の飽和を大幅に改善する。
【００３２】
また、従来の信号処理回路の入力段階で２つの信号を足し合わせ、その後の処理は従来通りに行うことを可能とし、使い方に何らの変更も必要としない。
【００３３】
本発明の上記目的を達成するために、上述した２つのミキサ回路の一方のミキサ回路２５がマイクロ波信号をマイクロ波増幅器で増幅した後に入力する２個のミキサで構成したイメージ抑圧ミキサであり、他方のミキサ回路２４がマイクロ波信号の一部をＦＥＴ増幅器のゲートバイアス線路に接続して入力するミキサで構成することは上述した従来の例と同様の構成とすることで達成できる。
【００３４】
またこれも従来の例と同様、各ミキサ回路２４、２５の局発端子には、局部発振器２６の出力を印加する。ミキサ回路２５のＩＦ出力は、内蔵のＩＦ出力合成器２７で出力合成し、ＩＦ出力端子２８に出力してＩＦ増幅器２９に印加する。一方、ミキサ回路２４のＩＦ出力は、そのままＩＦ出力端子３０に出力してＩＦ増幅器３１に印加する。
【００３５】
各ＩＦ増幅器２９、３１は、従来同様に対数増幅器を用いるが、その出力はＩＦ増幅器２９、３１の増幅度を調節してから検波加算回路３２によって検波し、加算して出力端子３３にビデオ信号として出力し、従来と同様に信号処理回路を経てレーダ表示装置（ＰＰＩ）に画像を表示させる。
【００３６】
図５は従来例（Ａ）と本実施例（Ｂ）に係るマイクロ波周波数変換器の各ＩＦ出力端子の入出力特性を示す。
【００３７】
ＩＦ出力端子２８は、従来のマイクロ波周波数変換器の入出力特性と同一であるが、ＩＦ出力端子３０では分岐回路４１によって分岐させたＲＦ信号が直接のＲＦ信号より１０数ｄＢから２０数ｄＢ減衰した信号であるので、ＲＦ入力電力が約＋２０ｄＢｍで飽和が始まる。
【００３８】
ＲＦ入力電力に対して図５に示した特性の信号を各々ＩＦ増幅器（対数増幅器）２９、３１にて適度な増幅度で増幅し、検波加算回路３２で検波し、加算した出力電圧の関係（入出力特性）を図６に示す。この図６から明らかなように、図２に示した従来のマイクロ波周波数変換器の入出力特性に対して本実施形態ではリミッタ２０とＲＦ増幅器４０間の共振の影響が緩和されていることがわかる。
【００３９】
このことは、本実施形態のマイクロ波周波数変換器をレーダに使用すると、従来のマイクロ波周波数変換器を使用したレーダに比べて、近距離から反射してきた大きな信号を広い範囲にわたって飽和することなく受信できるので、遠距離からごく近距離まで連続して目標物体の認識が可能となることを意味する。
【００４０】
なお、上記説明では、ミキサ回路２４、２５にそれぞれシングルバランス形ミキサ、ダブルバランス形ミキサを用いていたが、これに限ることなく、これらはシングルエンド形、トリプルバランス形などどんな形式のミキサでも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
なお、本発明に係るマイクロ波周波数変換器は、レジャー用等のボートなどの小型のレーダに用いるのに適する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】パルスレーダの構成図を示すブロック回路図である。
【図２】従来のマイクロ波周波数変換器の回路構成を示すブロック回路図である。
【図３】本発明に係るマイクロ波周波数変換器の一実施形態の回路構成を示すブロック回路図である。
【図４】本発明に係るマイクロ波周波数変換器のＲＦ増幅器と分岐回路を示す回路図である。
【図５】従来（Ａ）、および本発明実施例（Ｂ）のマイクロ波周波数変換器のミキサ回路出力端子の入出力特性を示すグラフである。
【図６】従来（Ａ）、および本発明実施例（Ｂ）のマイクロ波周波数変換器の各ＩＦ増幅器出力端子の入出力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１：マグネトロン
２：サーキュレータ
３：アンテナ
４：リミッタ
５：周波数変換器
６、２６：局部発振器
７、２９、３１：ＩＦ増幅器
８：信号処理回路
９：レーダ表示装置（ＰＰＩ）
２０：リミッタ
２２、４０：ＲＦ増幅器
２５：ダブルバランスミキサ
２７：ＩＦ出力合成器
２８、３０：ＩＦ出力端子
２３、４１：分岐回路
２４：シングルバランスミキサ
３２：検波加算回路
３３：出力端子
【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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