JP2006217362A

JP2006217362A - リミッタ回路

Info

Publication number: JP2006217362A
Application number: JP2005029111A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Yunogami; 則弘湯之上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】レーダ・システムのリミッタ回路に入射するＲＦ信号の非制限モードおよび制限モードの動作切替で、非制限モード時の挿入損失を大きくすることなく、制限モード時の挿入損失を大きくするリミッタ回路を提供する。
【解決手段】ＲＦ信号ラインに設けられた分配器の一方の分岐出力に直流阻止のコンデンサを介した後、並列接続したピンダイオードと、分配器の他方の分岐出力に順方向接続した検波ダイオードと、この検波出力を増幅する増幅器と、増幅された検波出力を調整する分配抵抗と、分配抵抗とピンダイオード間をリターン回路として接続するインダクタンスと、出力端子側に設けられた直流阻止のコンデンサとを備え、増幅された検波出力をピンダイオードの順方向電流とすることによりピンダイオードの高周波抵抗を低下させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、レーダ・システムに搭載する高周波受信機を保護するリミッタ回路に関し、さらに詳しくはＰＩＮダイオードを用いたリミッタ回路に関するものである。

周知のように、レーダ・システムは、基地局などに配備されている送受信共通アンテナと、大きな高周波電力を目標物に対して放射する送信機と、目標物からの微弱電波を受信する受信機などからなり、送信回路と受信回路とは送受信切替器を介して分離されているものの、高い精度を有するアイソレータが必要である。また、送信源は、大電力半導体増幅器やマグネトロンなどを使用したパルス発振であるため、送受信共通アンテナで生じる反射波や不要輻射による受信機に与える影響は大きい。

レーダ・システム内に装備した受信機を保護する手段として、ピンダイオードなどを使用したリミッタ回路がある。例えば、特開平５−２２６９９０号公報図２（特許文献１参照）には、レーダシステム内のＲＦ受信機を保護するためにＰＩＮダイオード３６のアノード側に電圧トランスレータ回路３０、電流増幅回路３２及び時間遅延回路３４から構成されたドライバ回路２２を接続し、ＰＩＮダイオードを制御するピンダイオード・ドライバ回路が開示されている。

また、特開２００４−４０１７３号公報図１（特許文献２参照）には、入力の高周波信号に対して並列に設けられたＰＩＮダイオードを含む複数のリミッタ要素回路１ａ，１ｂが、略１／４波長の伝送線路２を介して直列に接続され、各リミッタ要素回路１ａ，１ｂの電力制限開始レベルがリミッタ回路の初段から２段目以降に向けて順次低くなるように設けると共に、前段１ａの入力の高周波信号に所定の結合度で結合する結合回路３と、結合回路３の高周波信号を検波整流して次段目１ｂ以降のＰＩＮダイオードに供給するバイアス回路４とを備え、少ない段数と簡単な調整で広いレンジの電力制限特性が適正に得られるリミッタ回路が開示されている。

特開平５−２２６９９０号公報（第２図）

特開２００４-４０１７３号公報（第１図）

しかし、特許文献１に記載のものでは、発振器の一連のパルスと同期して動作するドライバ回路が設けられたアクティブ・リミッタ回路であるので、受信状態においては、高電力のＲＦ信号が入力された場合に受信機を十分に保護できない場合がある。

また、特許文献２に記載のものでは、ＰＩＮダイオードの前段に結合器を取り付け、結合器より取り出されたＲＦ信号を検波ダイオードで検波し、その検波電力にてＰＩＮダイオードを駆動するので、その結合量に応じしきい値を変化させるため、制限モード時において非常に高い挿入損失を得るためには結合量を大きくする必要がある。それに伴い、非制限モード時の挿入損失も大きくなる。非制限モード時の挿入損失が大きくなると、レーダ・システムのＮＦが悪化し、レーダ・システムの性能が得られなくなる。一方、レーダ・システムの性能を満足させるために、非制限モード時の挿入損失を小さくすると、制限モード時の挿入損失も小さくなり、ＲＦ受信機を保護できなくなるという場合が生じる。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、レーダ・システムの性能とＲＦ受信器の保護との両立を実現するため、レーダ・システムのリミッタ回路に入射するＲＦ信号の非制限モードおよび制限モードの動作切替で、非制限モード時の挿入損失を大きくすることなく、制限モード時の挿入損失を大きくするリミッタ回路を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るリミッタ回路は、高周波の信号ラインに設けられた分配器と、この分配器の一方の分岐出力に第１の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地されたピンダイオードと、前記分配器の他方の分岐出力に順方向接続した検波手段と、この検波手段の検波出力を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された検波出力を調整する調整手段と、この調整手段と前記ピンダイオードの一端との間に介在する高周波阻止手段と、信号ラインの出力端子側に設けられた第２の直流阻止手段とを備え、前記増幅器で増幅された検波出力を前記ピンダイオードの順方向電流とすることにより、前記ピンダイオードの高周波抵抗を低下させるものである。

請求項２の発明に係るリミッタ回路は、高周波の信号ラインに設けられた分配器と、この分配器の一方の分岐出力に第１の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第１のピンダイオードと、前記分配器の他方の分岐出力に順方向接続した検波手段と、この検波手段の検波出力を増幅する第１の増幅器と、この第１の増幅器で増幅された検波出力を調整する第１の調整手段と、この第１の調整手段から分岐された一部の検波出力を受け、第１のピンダイオードの前記一端との間に介在する第１の高周波阻止手段と、第１のピンダイオードの前記一端の出力側に第２の直流阻止手段を介して直列接続されたインピーダンス変換器と、このインピーダンス変換器の出力に第３の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第２のピンダイオードと、第１の調整手段から分岐された一部の検波出力を増幅する第２の増幅器と、この第２の増幅器で増幅された検波出力を調整する第２の調整手段と、この第２の調整手段と前記第２のピンダイオードの一端との間に介在する第２の高周波阻止手段と、信号ラインの出力端子側に設けられた第４の直流阻止手段とを備え、第１の増幅器で増幅された検波出力を第１のピンダイオードの順方向電流とし、第２の増幅器で増幅された検波出力を第２のピンダイオードの順方向電流とすることにより、第１のピンダイオード及び第２のピンダイオードの高周波抵抗を低下させるものである。

請求項３の発明に係るリミッタ回路は、高周波の信号ラインに設けられた第１の分配器と、この第１の分配器の一方の分岐出力に第１の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第１のピンダイオードと、第１の分配器の他方の分岐出力に順方向接続した第１の検波手段と、この第１の検波手段の検波出力を増幅する第１の増幅器と、この第１の増幅器で増幅された検波出力を調整する第１の調整手段と、この第１の調整手段と第１のピンダイオードの前記一端との間に介在する第１の高周波阻止手段と、第１のピンダイオードの前記一端の出力側に第２の直流阻止手段を介して直列接続されたインピーダンス変換器と、このインピーダンス変換器の出力の信号ラインに設けられた第２の分配器と、この第２の分配器の一方の分岐出力に第３の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第２のピンダイオードと、第２の分配器の他方の分岐出力に順方向接続した第２の検波手段と、この第２の検波手段の検波出力を増幅する第２の増幅器と、この第２の増幅器で増幅された検波出力を調整する第２の調整手段と、この第２の調整手段と前記第２のピンダイオードの一端との間に介在する第２の高周波阻止手段と、信号ラインの出力端子側に設けられた第４の直流阻止手段とを備え、第１の増幅器で増幅された検波出力を第１のピンダイオードの順方向電流とし、第２の増幅器で増幅された検波出力を第２のピンダイオードの順方向電流とすることにより、第１のピンダイオード及び第２のピンダイオードの高周波抵抗を低下させるものである。

以上のように請求項１に係る発明によれば、高周波の信号ラインからの入力電力の一部を検波し、この整流電流を増幅し、ピンダイオードの順電流としてフィードバック制御するので、制限モードにおける大きな挿入損失を得ることができると共に分配器から取り出す検波用出力の結合度は小さくとも良いので非制限モードの場合であっても効率良く入力信号が伝送される。

請求項２に係る発明によれば、多段接続されたピンダイオードのそれぞれに異なる増幅された整流電流を流すことができるので、非制限モード及び制限モードの広帯域の電力レベルを制御することが可能である。

請求項３に係る発明によればリミッタに入射される電力レベルに対応して、ＰＩＮダイオードに流す電流を順次変化されることができるので、より広帯域に設定された電力レベルに対する制限モード時の挿入損失を大きく保つことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１によるレーダ・システムの要部構成図であり、１は、マイクロ波などの高周波信号を送受するアンテナ、２はサーキュレータなどで構成された送受切替器、３は一定の閾値を超える高周波（ＲＦ）電力が入射した場合に自動的に動作するリミッタ（リミッタ回路）、４はリミッタ回路３からの電力を受信処理する受信機、５は一定のＰＷＲ間隔で高周波パルスを発振する送信機である。

また、図２はリミッタ回路３の回路構成図である。図２において１０は信号ライン上に設けられた直流阻止用コンデンサ（直流阻止手段）、１１は順方向電流（ＩＦ）によりリミッタ回路３の高周波抵抗を変化させるピンダイオード（ＰＩＮダイオード）、１２は帰還回路を構成し、インダクタンスやインピーダンス変換回路などを用いた高周波阻止手段、１３は信号ラインの出力側に設けられた直流阻止用コンデンサ（直流阻止手段）、２０は入力信号を分岐する方向性結合器などで構成された分配器、２１はドライバ回路であって、電流増幅する増幅器２１ａ、分配器からの分岐出力を検波整流するショットキーダイオードなどを用いた検波ダイオード（検波手段）２１ｂ、増幅器２１ａの出力側に設けられた分配抵抗２１ｃ及び２１ｄなどの調整手段から構成される。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。図２において入力端子より入射したＲＦの入力信号（入射電力）は分配器２０により分岐され、その分岐出力は検波ダイオード２１ｂで整流される。この検波電流が増幅器２１aに入力されると、電源電圧ＶｃｃよりＰＩＮダイオード１１駆動用のバイアス電流が供給される。このＰＩＮダイオード１１駆動用のバイアス電流は、分配抵抗２１c、２１dにより制御され、高周波阻止用のインダクタンス１２からフィードバックされ、ＰＩＮダイオード１１に順電流として流れることで、ＰＩＮダイオード１１は導通状態となる。または、分配抵抗２１ｃ及び２１ｄを調整することにより、ＰＩＮダイオード１１に流れる順電流を増加させることにより、高周波抵抗を減少させる。

分配抵抗２１ｃ及び２１ｄの調整手段は、図２では固定抵抗で記載されているが、可変抵抗器でも良く、あらかじめ入力電力に応じて可変設定するディジタル抵抗器やポテンショメータを使用しても良い。

以上からＰＩＮダイオード１１駆動用電流はドライバ回路２１に組み込まれた増幅器２１ａで増幅されてから供給されるので、分配器２０の分岐出力を最小限に抑えることができる。従って非制限モード時の挿入損失を小さくすることが可能になる。また、制限モード時の挿入損失を大きくする場合は、分配器２０の分岐出力の結合度を大きくせず、ドライバ回路２１の増幅器２１ａの利得を大きくすればよく、非制限モード時の挿入損失の増大も防止可能なので非制限モードおよび制限モードの両方の電気性能を向上させる効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１ではリミッタ回路３に搭載するドライバ回路２１は単体であったが、これをカスケード接続した場合について実施の形態２で説明する。

図３はこの発明の実施の形態２によるリミッタ回路３を説明する回路構成図であり、１４は初段のリミッタ回路と引き続き接続される次段のリミッタ回路とインピーダンス整合を行なう１／４波長線路（インピーダンス変換器）である。次段のリミッタ回路の構成要素として、１５は信号ライン上に設けられた直流阻止用コンデンサ（直流阻止手段）、１６は順方向電流（ＩＦ）によりリミッタ回路の高周波抵抗を変化させるピンダイオード（ＰＩＮダイオード）、１７は帰還回路を構成し、インダクタンスやインピーダンス変換回路などを用いた高周波阻止手段、１８は信号ラインの出力側に設けられた直流阻止用コンデンサ（直流阻止手段）、２２はドライバ回路であって、初段のリミッタ回路の調整手段から出力された一部の検波電流（出力）を電流増幅する増幅器２２ａ、増幅器２２ａの出力側に設けられた分配抵抗２２ｃ及び２２ｄなどから構成される。図中、図２と同一符号は、同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。電源電圧Ｖｃｃにより供給される初段のＰＩＮダイオード１１駆動用バイアス電流の一部を次段（２段目）ドライバ回路２２の駆動信号として供給する。本実施例の場合、２段目ＰＩＮダイオード１６の駆動電流は、分配器２０の分岐出力を検波ダイオード２１ｂで検波された後、増幅器２１aおよび増幅器２２aを通して２段回増幅することにより供給されるので１段目ＰＩＮダイオード１１の駆動電流より大きくなる。

以上からリミッタ回路３の入力電力が一定の閾値に達までは、１段目ＰＩＮダイオード１１は非導通状態で、２段目ＰＩＮダイオード１６は導通状態となる。そしてさらに入力電力が大きくなり一定の閾値以上になると２段目ＰＩＮダイオード１６に続き、１段目ＰＩＮダイオード１１も導通状態になるのでリミッタ回路３に入力される電力に応じてＰＩＮダイオードの高周波抵抗が変化するので、非制限モード時においても広範な入力電力に対して適切な挿入損失を得ることができる。

実施の形態３．
図４は他の実施の形態によるリミッタ回路３の回路構成を説明する図であり、図中図２又は図３と同一符号は、同一又は相当部分を示す。図４（Ａ）は略１／４波長線路１４を介して実施の形態１で説明したリミッタ回路を２段直列に接続したものである。図４（Ａ）において２２ｂは２段目のドライバ回路２２に組み込まれた検波ダイオードである。本回路構成において、増幅器２１aと増幅器２２aとの利得の関係は２１a＜２２aである。

図４（Ｂ）は略１／４波長線路１４を介して自己バイアスされたリミッタ回路と実施の形態１で説明したリミッタ回路３を直列に接続した回路構成を示す。この構成においては自己バイアスされた１段目リミッタ回路と２段目リミッタ回路の各入力部に設けられた分配器２０の結合量が等しい場合は増幅器２２aの利得分だけＰＩＮダイオード１６の整流電流を大きく設定できるので、自己バイアスされたリミッタ回路との間で最適な非制限モードでの挿入損失を得ることが可能である。

同様に図４（Ｃ）に示した自己バイアスされたリミッタ回路の自己バイアス電流の一部を２段目のリミッタ回路の増幅器前信号として入力しても相応の効果がある。

なお、この発明の実施の形態２及び実施の形態３では２段に接続したリミッタ回路について説明したが多数の段数を有するリミッタ回路３の場合には、複数段直列接続されるリミッタ回路の次段以降の増幅前の検波入力は、初段の増幅器で増幅された検波出力の一部を次段のリミッタ回路の増幅器の入力とし、引き続き後段に接続されるリミッタ回路がある場合には、次段以降の増幅器で増幅された検波出力の一部を後段のリミッタ回路の増幅器の入力とすることでより広範なレンジに亘る非制限モード及び制限モードにおけるリミッタ回路３の損失制御が可能である。

レーダ・システムのブロック図である。この発明の実施の形態１におけるリミッタ回路の回路構成図である。この発明の実施の形態２におけるリミッタ回路の回路構成図である。この発明の実施の形態３におけるリミッタ回路の回路構成図である。

符号の説明

１アンテナ、２送受切替器、３リミッタ回路、４受信機、５送信機、１０直流阻止コンデンサ（直流阻止手段）、１１ピンダイオード、１２インダクタンス（高周波阻止手段）、１３直流阻止コンデンサ（直流阻止手段）、１４１／４波長線路（インピーダンス変換器）、１５直流阻止コンデンサ（直流阻止手段）、１６ピンダイオード、１７インダクタンス（高周波阻止手段）、１８直流阻止コンデンサ（直流阻止手段）、２０分配器、２１ドライバ回路、２１ａ増幅器、２１ｂ検波ダイオード（検波手段）、２１ｃ分配抵抗器（調整手段）、２１ｄ分配抵抗器(調整手段)、２２ａ増幅器、２２ｂ検波ダイオード（検波手段）、２２ｃ分配抵抗器（調整手段）、２２ｄ分配抵抗器（調整手段）。

Claims

高周波の信号ラインに設けられた分配器と、この分配器の一方の分岐出力に第１の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地されたピンダイオードと、前記分配器の他方の分岐出力に順方向接続した検波手段と、この検波手段の検波出力を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された検波出力を調整する調整手段と、この調整手段と前記ピンダイオードの一端との間に介在する高周波阻止手段と、信号ラインの出力端子側に設けられた第２の直流阻止手段とを備え、前記増幅器で増幅された検波出力を前記ピンダイオードの順方向電流とすることにより、前記ピンダイオードの高周波抵抗を低下させるリミッタ回路。
高周波の信号ラインに設けられた分配器と、この分配器の一方の分岐出力に第１の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第１のピンダイオードと、前記分配器の他方の分岐出力に順方向接続した検波手段と、この検波手段の検波出力を増幅する第１の増幅器と、この第１の増幅器で増幅された検波出力を調整する第１の調整手段と、この第１の調整手段から分岐された一部の検波出力を受け、第１のピンダイオードの前記一端との間に介在する第１の高周波阻止手段と、第１のピンダイオードの前記一端の出力側に第２の直流阻止手段を介して直列接続されたインピーダンス変換器と、このインピーダンス変換器の出力に第３の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第２のピンダイオードと、第１の調整手段から分岐された一部の検波出力を増幅する第２の増幅器と、この第２の増幅器で増幅された検波出力を調整する第２の調整手段と、この第２の調整手段と前記第２のピンダイオードの一端との間に介在する第２の高周波阻止手段と、信号ラインの出力端子側に設けられた第４の直流阻止手段とを備え、第１の増幅器で増幅された検波出力を第１のピンダイオードの順方向電流とし、第２の増幅器で増幅された検波出力を第２のピンダイオードの順方向電流とすることにより、第１のピンダイオード及び第２のピンダイオードの高周波抵抗を低下させるリミッタ回路。
高周波の信号ラインに設けられた第１の分配器と、この第１の分配器の一方の分岐出力に第１の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第１のピンダイオードと、第１の分配器の他方の分岐出力に順方向接続した第１の検波手段と、この第１の検波手段の検波出力を増幅する第１の増幅器と、この第１の増幅器で増幅された検波出力を調整する第１の調整手段と、この第１の調整手段と第１のピンダイオードの前記一端との間に介在する第１の高周波阻止手段と、第１のピンダイオードの前記一端の出力側に第２の直流阻止手段を介して直列接続されたインピーダンス変換器と、このインピーダンス変換器の出力の信号ラインに設けられた第２の分配器と、この第２の分配器の一方の分岐出力に第３の直流阻止手段を介して順方向接続され、一端が信号ラインに配設され、他端が接地された第２のピンダイオードと、第２の分配器の他方の分岐出力に順方向接続した第２の検波手段と、この第２の検波手段の検波出力を増幅する第２の増幅器と、この第２の増幅器で増幅された検波出力を調整する第２の調整手段と、この第２の調整手段と前記第２のピンダイオードの一端との間に介在する第２の高周波阻止手段と、信号ラインの出力端子側に設けられた第４の直流阻止手段とを備え、第１の増幅器で増幅された検波出力を第１のピンダイオードの順方向電流とし、第２の増幅器で増幅された検波出力を第２のピンダイオードの順方向電流とすることにより、第１のピンダイオード及び第２のピンダイオードの高周波抵抗を低下させるリミッタ回路。