(57)【要約】【課題】不要な共振モードの発生を抑圧し、遮断特性を広帯域化することができるダイオードリミッタを提供する。【解決手段】導波管内に２つ以上の共振部１０、２０を並べて配置してなるダイオードリミッタ１００において、各共振部１０、２０の間に隔壁３０を設けて結合孔６０を形成し、隣り合う共振部１０、２０の電磁界を偶モード結合とすることで、結合孔６０に低域通過特性を持たせる。これにより、不要な共振モードの発生を抑圧し、遮断特性の広帯域化を実現する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管内に、ＰＩＮダイオードが装填された中心導体と前記中心導体の回りに配置された外導体とを有する共振部が、電波の伝送方向に沿って並べて配置され、
前記共振部の間に設けられた隔壁が、所定の周波数以上の高域成分を遮断する結合孔を形成したことを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項２】
請求項1に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記結合孔は、隣り合う前記共振部の電磁界を偶モードで結合させることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項３】
請求項1に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記結合孔は矩形であることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項４】
請求項１に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記共振部は、ＰＩＮダイオードが装填された中心導体と前記中心導体の周りに該中心導体の一部を突出させるように配置された外導体とを有する同軸型共振器であることを特徴とするダイオードリミッタ。
【請求項５】
請求項１に記載のダイオードリミッタにおいて、
前記共振部は、ＰＩＮダイオードが装填された中心導体と前記中心導体の周りに該中心導体の一部を突出させるように配置された２重の外導体とを有する半同軸共振器であることを特徴とするダイオードリミッタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置等に使用されるダイオードリミッタに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は図９のようにマグネトロン３０１などのマイクロ波発生器で発生させたマイクロ波をサーキュレータ３０２によりアンテナ３０５方向に送り出し、物標からの反射波をアンテナ３０５で受信してサーキュレータ３０２によりリミッタ３０３に送り、更に受信部３０４に転送して処理するように構成されている。
【０００３】
リミッタ３０３は、アンテナ３０５で直接反射する大電力のマイクロ波やサーキュレータ３０２を直接漏洩して入力する大電力のマイクロ波から受信部３０４を保護するためのものであり、通常、ＰＩＮダイオードが使用される。ＰＩＮダイオードは入力電力の大きさによってＯＮ／ＯＦＦするスイッチのような機能を果たし、大電力入力時にはＰＩＮダイオードがＯＮし、回路を短絡させてリミッタの機能を果たす。このような特性を遮断特性と呼ぶ。一方で、物標からの反射波程度の小電力入力に対しては、ＰＩＮダイオードがＯＦＦし、信号成分は減衰することなくそのまま受信部３０４に入力される。このような特性を伝送特性と呼ぶ。
【０００４】
図１０はＰＩＮダイオードを用いて構成した従来の導波管型ダイオードリミッタの構成を示す図であり、図１０（ａ）は断面図、図１０（ｂ）は側面図を示す。
図１０に示すダイオードリミッタ４００は、耐電力特性の良いI層が厚いダイオード４０１を共振部４０３の内部に配置するとともに、遮断特性の良いI層の薄いダイオード４０２を共振部４０４の内部に配置している。そして、共振部４０３と共振部４０４とを電気的に結合させて大電力に対する耐性と短い応答時間(良好な遮断特性)を同時に実現している。
【０００５】
また、共振部４０３、４０４間の間隔は、入出力される電磁波の１／４波長の奇数倍に設定し、１／４波長結合回路を構成するようにしている。こうすることにより、各共振部で反射した反射波同士の位相が反転するため、反射波が打ち消し合って整合がとれ、入力信号が損失なく回路に入力されることになる。
【特許文献１】特公平７−８５５２１号公報
【特許文献２】特公平７−２２２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、共振部の結合を上述のようにした場合には、整合が取れるのは共振部間の距離が１／４波長となる周波数１点だけであり、それ以外の周波数では整合が取れていない。そのため、図１１に示すような狭帯域の伝送特性、遮断特性を持ち、特に遮断特性はある周波数範囲（領域Ａ）においてのみ損失量を増加させるが、それ以外の周波数範囲（領域Ｂ）では小さな損失量となってしまう。
【０００７】
このようなダイオードリミッタ４００をレーダ装置で使用した場合には、マグネトロンの基本送信周波数（領域Ａ）よりも高い周波数（領域Ｂ）においては漏洩信号などの不要信号を十分に減衰させることができない。このため、領域Ｂの周波数成分が大電力で入力された場合には、受信部３０４が破損してしまう可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためのもので、不要な共振モードの発生を抑圧し、遮断特性を広帯域化することができるダイオードリミッタ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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
本発明のダイオードリミッタは、ＰＩＮダイオードが装填された中心導体と、前記中心導体の回りに対向して配置された外導体とを有する共振部が、電波の伝送方向に沿って並べて配置され、前記共振部の間に設けられた隔壁が、所定の周波数以上の高域成分を遮断する結合孔を形成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のダイオードリミッタは、結合孔が隣り合う前記共振部の電磁界を偶モードで結合させるものであり、不要な共振モードを抑圧し、良好な遮断特性を実現する。
【００１１】
なお、前記同軸共振部は、ＰＩＮダイオードが装填された中心導体と、前記中心導体の周りに該中心導体の一部を突出させるように配置された外導体とを有する同軸型共振器であり、前記中心導体の突出量を調節可能なものを用いることも可能である。
【００１２】
また、前記同軸共振部は、前ＰＩＮダイオードが装填された中心導体と、前記中心導体の周りに該中心導体の一部を突出させるように配置された２重の外導体とを有する半同軸共振器であり、前記中心導体の突出量及び前記外導体の突出量が個別に調節可能なものであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、２つ以上の共振部を並べて配置してなるダイオードリミッタにおいて、各共振部の間に隔壁を設けて結合孔を形成し、隣り合う共振部の電磁界を偶モード結合とすることで、結合孔に低域通過特性を持たせることができる。これによりダイオードリミッタに低域通過特性を持たせることができるため、不要な共振モードを抑圧し、良好な伝送・遮断離特性を得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の実施形態１によるダイオードリミッタについて図１から図４を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態１によるダイオードリミッタの一例を示す図であり、図１（ａ）は本発明の実施形態１によるダイオードリミッタの斜視図、図１（ｂ）はダイオードリミッタのＡ−Ａ'断面図、図１（Ｃ）はダイオードリミッタのＢ−Ｂ'断面図である。
【００１５】
本発明の実施形態1によるダイオードリミッタ１００は、同軸スタブ型共振器を使用したダイオードリミッタであり、矩形の導波路を有する導波管に第１の共振部１０と、共振部２０と、隔壁３０と、入力部４０と、出力部５０とを設けたものである。
【００１６】
共振部１０は、中心導体１１と、その回りに配置された外導体１２とからなり、中心導体１１には耐電力特性の良いI層が厚いＰＩＮダイオード１３が装填されている。なお、ここで説明する共振部１０は、外導体１２が中心導体１１の周りに中心導体１１の一部を突出させるように配置された同軸型共振器であり、中心導体１１の台座１４及び外導体１２の高さ方向の位置を調節可能なように、例えば中心導体１１の台座１４、外導体１２が螺合されている。
【００１７】
また、共振部２０は、中心導体２１と、その回りに配置された外導体２２とからなり、中心導体１１には遮断特性の良いI層の薄いＰＩＮダイオード２３が装填されている。なお、本発明の共振部２０も共振部１０と同様に、外導体２２が中心導体２１の周りに中心導体２１の一部を突出させるように配置された同軸型共振器であり、中心導体２１の台座２４及び外導体２２の高さ方向の位置を調節可能なように、例えば中心導体２１の台座２４、外導体２２が螺合されている。
【００１８】
本発明のダイオードリミッタ１００は、このような耐電力特性を持たせた共振部１０と遮断特性を持たせた共振部２０とを電波の伝送方向に沿って並べて配置し、互いに電気的に結合させることにより、大電力に対する耐性と短い応答時間(良好な遮断特性)を同時に実現している。
【００１９】
隔壁３０は、隣り合う共振部１０と共振部２０とが偶モードで結合するような結合孔６０を形成するものである。結合孔６０は導波路を形成する導波管と内壁と隔壁３０とにより形成された矩形の窓であり、ダイオードリミッタ１００内部を伝送する電磁波の周波数帯域内で共振が起こらないような形状で形成される。図２は、本発明のダイオードリミッタ１００を上方向から見た磁界分布を示す概念図である。図示するように、共振部１０の電磁界と共振部２０の電磁界の結合を隔壁３０により制御することにより、磁界分布が隔壁３０に対して左右対称な偶モードで結合している。
【００２０】
次に本発明のダイオードリミッタ１００を等価回路を用いて説明する。
図３は本発明の実施の形態１によるダイオードリミッタ１００の等価回路である。
図３に付した図番はダイオードリミッタ１００の構成にそれぞれ対応しており、７０は隔壁３０により形成した結合孔６０に相当する。なお、図中のＺＡはＰＩＮダイオード１３が接続された共振部１０のインピーダンスを表したものであり、ＺＢはＰＩＮダイオード２３が接続された共振部２０のインピーダンスを表したものである。
【００２１】
隔壁３０により形成される結合孔６０は、共振部１０と共振部２０とを偶モードで結合する働きを果たすため、図３の７０に示すようにコイルとコンデンサを直列に接続した等価回路となる。この等価回路は、周知のように、ある周波数以上の高域成分を遮断する低域通過特性を有する。そのため、図３に示すダイオードリミッタ１００は、ある周波数以上の高域成分を遮断する低域通過特性を有するとともに、入力電力に応じてダイオードのインピーダンスが変化するため、良好な伝送特性、遮断特性を得ることができる。また、結合孔６０は伝送する電磁波の周波数帯域内で共振が起こらないような形状であるため、不要な共振モードを持つことなく、遮断特性の広帯域化も同時に実現することができる。
【００２２】
次に、本発明のダイオードリミッタ１００の効果を示す。
図４は本発明のダイオードリミッタ１００の効果を説明するための説明図であり、マグネトロンの送信周波数範囲を９．４ＧＨｚ周辺に設定してダイオードリミッタの設計を行った場合の入力信号の損失量を示すものである。図４（ａ）は共振部間に隔壁を設け、隣り合う共振部の電磁界を偶モードで結合させた場合の各周波数に対する損失量を示し、図４（ｂ）は共振部間に隔壁を設けず、隣り合う共振部の電磁界を奇モードで結合させた場合の各周波数に対する損失量を示す。なお、図４中の実線は遮断特性を示し、破線は伝送特性を示す。
【００２３】
レーダ装置で使用する理想的なダイオードリミッタは、小電力入力時にマグネトロンの送信周波数範囲のみの信号成分を通す帯域通過フィルタ型の伝送特性を持ち、大電力入力時にマグネトロンの送信周波数とこれより高い周波数の両方を遮断する低域通過フィルタ型の遮断特性を持つことが必要である。
【００２４】
図４（ｂ）に示す奇モードの場合には、小電力入力時にマグネトロンの送信周波数範囲のみを通す遮断特性を持つが、大電力入力時にもマグネトロンの送信周波数の信号成分を通してしまう。また、マグネトロンの送信周波数よりも高い周波数領域においても、共振部の電磁界を偶モードで結合させた場合に比べ、大電力入力時に高い周波数の信号成分を通す。
【００２５】
これに対して図４（ａ）に示す偶モードの場合は、小電力入力時にマグネトロンの送信周波数範囲のみを通す遮断特性を持つとともに、大電力入力時にはマグネトロンの送信周波数の信号成分を遮断する。また、大電力入力時には所定の周波数以上の高域成分も奇モード結合の場合と比較して遮断できている。
【００２６】
このように、隣接する共振部の結合モードを偶モード結合とすることで不要な共振モードを持たず、奇モード結合の場合と比較して遮断特性を広帯域化することができる。
【００２７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施形態２によるダイオードリミッタについて図５から図８を用いて説明する。
図５は本発明の実施形態２によるダイオードリミッタの一例を示す図であり、図５（ａ）は本発明の実施形態２によるダイオードリミッタの斜視図、図５（ｂ）はダイオードリミッタのＡ−Ａ'断面図、図５（Ｃ）はダイオードリミッタのＢ−Ｂ'断面図である。
【００２８】
本発明の実施形態２によるダイオードリミッタ２００は、半同軸共振器を使用したダイオードリミッタであり、共振部８０と、共振部９０と、隔壁３０と、入力部４０と、出力部５０を備えている。なお、本発明の実施形態２によるダイオードリミッタ２００は、実施の形態１によるダイオードリミッタ１００の共振部８０及び共振部９０の構成を変更したものであり、他の構成要素については同様である。そのため、ここでは同一の符号を付して説明を省略する。
【００２９】
共振部８０は、耐電力特性の良いI層が厚いダイオード１３が装填された中心導体８１と、中心導体８１の周りに該中心導体８１の一部を突出させるように対向して配置した内側外導体８２及び外側外導体８３を有する半同軸共振器である。この共振部８０は、中心導体８１の台座１４及び内側外導体８２の高さ方向の位置を調節可能なように、例えば中心導体８１の台座１４、内側外導体８２が螺合されている。
【００３０】
また、共振部９０は、遮断特性の良いI層の薄いダイオード２３が装填された中心導体９１と、中心導体９１の周りに該中心導体９１の一部を突出させるように対向して配置した内側外導体９２及び外側外導体９３を有する半同軸共振器である。この共振部９０は、中心導体９１の台座１４及び内側外導体９２の高さ方向の位置を調節可能なように、例えば中心導体９１の台座１４、内側外導体９２が螺合されている。
【００３１】
共振部８０と共振部９０との間に隔壁３０を設けたダイオードリミッタ２００の磁界分布を図６に示す。図６は、本発明のダイオードリミッタ２００を上方向から見た磁界分布を示す概念図である。図示するように、共振部８０の電磁界と共振部９０の電磁界の結合を隔壁３０により制御することにより、磁界分布が隔壁３０に対して左右対称な偶モードで結合している。
【００３２】
次に本発明のダイオードリミッタ２００を等価回路を用いて説明する。
図７は本発明のダイオードリミッタを表す等価回路である。
【００３３】
図７に付した図番はダイオードリミッタ２００の構成にそれぞれ対応しており、７０は隔壁３０により形成した結合孔６０の配置部分に相当する。なお、図中のＺＡ１、ＺＡ２はＰＩＮダイオード１３が接続された共振部８０のインピーダンスを表したものであり、ＺＡ１は中心導体８１と内側外導体８２とで構成される内側共振器のインピーダンスを、ＺＡ２は内側外導体８２と外側外導体８３とで構成される外側共振器のインピーダンスを表したものである。また、ＺＢ１、ＺＢ２はＰＩＮダイオード１３が接続された共振部９０のインピーダンスを表したものであり、ＺＢ１は中心導体９１と内側外導体９２とで構成される内側共振器のインピーダンスを、ＺＢ２は内側外導体９２と外側外導体９３とで構成される外側共振器のインピーダンスを表したものである。
【００３４】
隔壁３０により形成される結合孔６０は、共振部８０と共振部９０とを偶モードで結合する働きを果たすため、図７の７０に示すようにコイルとコンデンサを直列に接続した等価回路となる。この等価回路は、周知のように、ある周波数以上の高域成分を遮断する低域通過特性を有する。そのため、図７に示すダイオードリミッタ２００は、ある周波数以上の高域成分を遮断する低域通過特性を有するとともに、入力電力に応じてダイオードのインピーダンスが変化するため、良好な伝送特性、遮断特性を得ることができる。また、結合孔６０は伝送する電磁波の周波数帯域内で共振が起こらないような形状であるため、不要な共振モードを持つことなく、遮断特性の広帯域化も同時に実現することができる。
【００３５】
次に、本発明のダイオードリミッタ２００の効果を示す。
図８は本発明のダイオードリミッタ２００の効果を説明するための説明図であり、マグネトロンの送信周波数範囲を９．４ＧＨｚ周辺に設定してダイオードリミッタの設計を行った場合の入力信号の損失量を示すものである。図８（ａ）は共振部間に隔壁を設け、隣り合う共振部の電磁界を偶モードで結合させた場合の各周波数に対する損失量を示し、図８（ｂ）は共振部間に隔壁を設けず、隣り合う共振部の電磁界を奇モードで結合させた場合の各周波数に対する損失量を示す。なお、図８中の実線は遮断特性を示し、破線は伝送特性を示す。
【００３６】
レーダ装置で使用する理想的なダイオードリミッタは、小電力入力時にマグネトロンの送信周波数範囲のみの信号成分を通す帯域通過フィルタ型の伝送特性を持ち、大電力入力時にマグネトロンの送信周波数とこれより高い周波数の両方を遮断する低域通過フィルタ型の遮断特性を持つことが必要である。
【００３７】
図８（ｂ）に示す奇モードの場合には、小電力入力時にマグネトロンの送信周波数範囲のみを通す遮断特性を持つが、大電力入力時にはマグネトロンの送信周波数とこれよりも高い周波数の信号成分を通す高域通過フィルタ型の特性を持つ。
【００３８】
これに対して図８（ａ）に示す偶モードの場合は、小電力入力時で帯域通過フィルタ特性を持つともに、大電力入力時には所定の周波数以上の高域成分を遮断する低域通過フィルタ特性が得られている。
【００３９】
このように、隣接する共振部の結合モードを偶モード結合とすることで不要な共振モードを持たず、奇モード結合の場合と比較して遮断特性を広帯域化することができる。
【００４０】
なお、本発明の実施の形態１及び２では、共振部１０と共振部２０とが同じ構成のものについて説明したが、並べて配置される共振部は互いに異なる構成のものであってもよく、少なくとも、共振部はＰＩＮダイオードが装填された中心導体と、該中心導体の回りに対向して配置された外導体とを有するものであればよい。
【００４１】
また、本発明の実施の形態１及び２では、２つの共振部を電磁波の伝送方向に沿って並べて配置したダイオードリミッタについて説明したが、3以上の共振部を並べて配置したものであってもよい。
【００４２】
また、本発明は、本発明の各実施の形態で説明した発明の本旨を逸しない範囲で自由に設計変更可能であり、本発明の各実施の形態で説明した内容に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態１によるダイオードリミッタの一例を示す図
【図２】本発明の実施形態１によるダイオードリミッタの磁界分布を示す図
【図３】本発明の実施の形態１によるダイオードリミッタの等価回路を示す図
【図４】隣り合う同軸型共振器の電磁界を偶モードで結合させた場合と奇モードで結合させた場合の各周波数に対する損失量を示す図
【図５】本発明の実施形態２によるダイオードリミッタの一例を示す図
【図６】本発明の実施形態２によるダイオードリミッタの磁界分布を示す図
【図７】本発明の実施の形態２によるダイオードリミッタの等価回路を示す図
【図８】隣り合う半同軸共振器の電磁界を偶モードで結合させた場合と奇モードで結合させた場合の各周波数に対する損失量を示す図
【図９】レーダ装置の構成の一例を示す図
【図１０】従来のダイオードリミッタの構成を示す図
【図１１】従来のダイオードリミッタの各周波数に対する損失量を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１００、２００、４００  ダイオードリミッタ
１０、２０、８０、９０、４０３、４０４  共振部
１１、２１、８１、９１  中心導体
１２、２２  外導体
８２、９２  内側外導体
８３、９３  外側外導体
１３、２３、４０１、４０２  ＰＩＮダイオード
１４、２４、１４、２４  台座
３０  隔壁
４０  入力部
５０  出力部
６０  結合孔
７０  結合孔の等価回路
３０１  マグネトロン
３０２  サーキュレータ
３０３  高周波リミッタ
３０４  受信部
３０５  アンテナ
【図３】
2009272851.tif 000003
【図７】
2009272851.tif 000004
【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
2009272851.tif 000009
【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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