JP3953926B2 - レーダ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置に関する。さらに詳しくは、フィルタを用いることにより、スプリアス放射の低減を図ったレーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーダ装置のスプリアス放射を低減させる方法として、各種フィルタをレーダ装置に設けることが従来から知られている。図8はマグネトロンの発振周波数の2倍周波数およびπ−1モードの周波数を阻止するフィルタを設けたレーダ装置の構成図である(たとえば特許文献1参照)。図8において、22はマグネトロン、23はサーキュレータ、24はロータリージョイント、26はHPL(ハイパワーダイオードリミッタ)、27はフロントエンド、28はフィルタである。フィルタ28は、マグネトロン22の発振周波数の2倍周波数およびπ−1モードの周波数を阻止する低域通過フィルタである。このようにフィルタ28を用いることで、マグネトロン発振の2倍周波数およびπ−1モードの周波数がレーダ装置から放射される電力、すなわちスプリアス放射レベルを低減することが可能である。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−136005号公報(図1参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、マグネトロンで通常発生するスプリアス成分として、代表的なものである基本波の2倍周波数である第2高調波および高次モードであるπ−1モードのスプリアスをフィルタにより除去することにより、基本波と共にスプリアスが放射されることはない筈であるが、前述のようなフィルタを挿入してもスプリアス成分の放射を完全に阻止することができず、近年のスプリアス放射に対する厳しい要求に応えられなくなっている。
【0005】
前述のようなフィルタ28を設けてもスプリアスの放射が行われる原因について、本発明者らが鋭意検討を重ねて調べた結果、マグネトロン22の2倍周波数の放射を抑えるフィルタ28を取り付けると、2倍周波数のマイクロ波はフィルタ28によって反射され、サーキュレータ23を通過し、マグネトロン22に戻る。そこで、マグネトロン22のπ−1モードの周波数fπ−1と2倍の周波数2f0とが混変調を起こし、メインの発振周波数f0に比較的近い周波数である2f0−fπ−1の周波数成分が生成され、アンテナ25から放射されていることを見出した。すなわち、フィルタ28を取り付けた場合のスペクトラムは図9に示されるようになり、フィルタ28のない場合の図10に示されるスペクトラムと比較すると、混変調の2f0−fπ−1周波数成分の電力レベルが顕著に増大しており、この周波数成分がスプリアスとしてレーダから放射されてしまうという問題が、低域通過フィルタを取り付けることにより新たに生じてきた。
【0006】
一方、このスプリアス放射を抑えるために、フィルタ28を低域通過フィルタではなく、マグネトロン22の発振周波数のみを通過する帯域通過フィルタとすることが考えられるが、この場合、以下のような不都合が生じてしまう。すなわち、マグネトロンのπ−1モードはメインの発振周波数に非常に近い周波数であることが一般的であり、2f0−fπ−1もメインの発振周波数に非常に近い周波数となる。したがって、帯域の狭い帯域通過フィルタが要求される。帯域が狭く、かつ、π−1モードおよび2f0−fπ−1の周波数成分を所望のレベルまで減衰させるフィルタの作製は困難で、なおかつ、作製されたフィルタの寸法は非常に大きなものとなってしまう。とくに、小型のレーダ装置では、そのように大きなフィルタを取り付けるスペースがなく、レーダ装置の小型化、低コスト化に困難が伴う。また、帯域を狭くし、減衰レベルを大きくとったフィルタはマイクロ波の耐ピーク電力を大きくすることが困難であるという問題、さらにマグネトロンがフィルタの影響を受け、その動作が不安定になるという問題もある。
【0007】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、高調波および高次モードの放射を抑制するのみならず、それらの混変調により生じるスプリアスの放射も抑制することにより、厳しいスプリアス抑制の条件を満たすレーダ装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーダ装置は、マイクロ波発振器としてマグネトロンを用いたレーダ装置において、前記マグネトロンのメイン出力とする基本波の発振周波数をf0として、その2倍の周波数2f0を阻止域とした第1フィルタと、2f0と前記マグネトロンのπ−1モードの周波数fπ−1との差2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる第2フィルタとが設けられていることを特徴とする。
【0009】
この構成にすることにより、マグネトロンの基本波の発振周波数f0に対して高調波である2倍周波数2f0とπ−1モードの周波数fπ−1との混変調により生じる2f0−fπ−1の周波数のスプリアス電力がアンテナから放射される量を低減させることができる。その結果、2f0を抑制するために挿入したフィルタによる影響を除去することができ、f0の高調波およびその高調波とπ−1モードのスプリアスとの混変調により生じる周波数のスプリアスも除去することができ、高調波やスプリアスの放射を抑制することができる。
【0010】
前記第2フィルタがレーダ装置を構成する伝送線路の一部もしくは全部に設けられる2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる導波管で構成されることにより、従来伝送線路として用いられる導波管の一部または全部を第2フィルタにより構成することができるため、部品やスペースを増やすことなく、確実に2f0−fπ−1の周波数域を遮断することができる。
【0011】
前記第2フィルタが方形導波管により構成され、該方形導波管の一部に導電性部材が取り付けられ、該導電性部材が取り付けられた部分が前記2f0−fπ−1の周波数の遮断周波数域となる断面形状に形成されることにより、従来の伝送線路としての導波管内壁に導電性部材を取り付けるだけで、2f0−fπ−1の周波数を遮断周波数域とすることができるため、非常に簡単な構造で、確実に不要なスプリアスを遮断することができる。
【0012】
前記第1フィルタが、前記π−1モードの周波数も阻止域とするフィルタとして構成され、前記第2フィルタが、前記2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる高域通過フィルタとして構成されることにより、スペースをそれほど増やさないで、大きなスプリアスモードを殆ど遮断して、不要輻射の非常に少ないレーダ装置が得られる。
【0013】
前記第2フィルタが、レーダ装置を構成する素子または各素子を接続する導波管の一部もしくは全部の接続フランジ部分に形成された空間により構成される構造とすることもできる。この場合、前記π−1モードの周波数を阻止域とする第3フィルタがさらに設けられることにより、より完全にスプリアスの放射を抑制することができる。ここに素子とは、たとえば図1に示されるような構成では、アイソレータ、サーキュレータ、第1フィルタなど、レーダ装置を構成する部分(部品)を意味する。
【0014】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明のレーダ装置について説明をする。本発明によるレーダ装置は、図1にその一実施形態のブロック図が示されるように、マイクロ波発振器としてマグネトロン1を用い、マグネトロン1のメイン出力とする基本波の発振周波数をf0として、その2倍の周波数2f0を阻止域とした第1フィルタ3と、2f0とマグネトロン1のπ−1モードの周波数fπ−1との差2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる高域通過フィルタまたは帯域阻止フィルタからなる第2フィルタ5とが設けられている。
【0015】
図1に示される構成では、マグネトロン1と第1フィルタ3である低域通過フィルタ3との間にアイソレータ2が挿入され、第1フィルタ3と第2フィルタ5との間にサーキュレータ4が挿入されている。第2フィルタ5には、ロータリージョイント6を介してアンテナ7からマグネトロン1の出力を放射できるようになっている。また、対象物で反射した反射波は、伝送線路からサーキュレータ4により分岐されてハイパワーダイオードリミッタ(HPL)8およびフロントエンド9を介して受信できるようになっている。マグネトロン1やアイソレータ2などの各素子は、通常のレーダ装置に用いられる素子と同じものが用いられ、各素子を連結する伝送線路は、断面形状が22.9mm×10.2mmの方形導波管が用いられており、マグネトロン1のメイン波の9.4GHzに対しては良好に伝送する。
【0016】
マグネトロン1は、メイン出力とする基本波の発振を、たとえばπモードで9.4GHzで発振するように形成されており、マグネトロンの性質上、その整数倍の高調波やπ−1モードなどの高次モードのスプリアスが発生する。この場合、スプリアスのうち、とくに出力の大きいπ−1モードは10.6GHz程度に現われ、2倍の高調波は2f0=18.8GHzとなる。前述のように、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、これらのスプリアスの放射を抑制するようにフィルタを設けても、この両者の混変調波が新たなスプリアスとして発生することを見出した。この混変調でとくに大きなスプリアスは、2倍波とπ−1モードとの差に基づくスプリアスで、その周波数は2f0−fπ−1=8.2GHz程度となる。
【0017】
第1フィルタ3は、基本波の2倍の高調波およびπ−1モードの周波数帯を阻止する図2に示されるような特性を有する低域通過フィルタとして形成されている。第1フィルタ3としては、たとえば導波管の上下面(H面;幅広面)に格子状に凹凸が設けられた構造のワッフルアイアン型低域通過フィルタを用いることができる。この阻止する周波数域がπ−1モードを含むように形成されれば、π−1モードと2倍波(第2高調波)の両方を阻止することができるが、それぞれを別々のフィルタとして構成してもよい。この場合、2倍波を阻止する低域通過フィルタを第1フィルタとし、π−1モードを阻止するフィルタを第3フィルタとして形成すれば、それぞれのスプリアスを個別に確実に阻止することができる。
【0018】
第2フィルタ5は、図1に示される例では、方形導波管により形成され、断面形状が17.1mm×10.2mmで、その遮断周波数は8.77GHzになっている。すなわち、方形導波管では、長辺(幅広方向)の寸法aの2倍となる波長より低い周波数の電磁波を伝搬することはできず、遮断波長となる。そのため、長辺(幅広方向)の寸法aが、たとえば17.1mmであれば、遮断波長は34.2mmで、その周波数は8.77GHzとなり、これより低い周波数の電磁波は伝搬することができない。実際に、この方形導波管のマイクロ波の通過特性は、図3に示されるようになっており、マグネトロン1の基本波である9.4GHzは通過するが、2f0−fπ−1の周波数である8.2GHzでの通過損失は、約−12dBと大きな値となっている。
【0019】
この方形導波管は、図4に示されるように、矩形断面の幅広方向の寸法aを狭めた構造である。すなわち、図4において、10が方形導波管で、対向する短辺の管壁の肉厚が厚くされることにより、その長辺寸法が狭められ、その長辺寸法Aが17.1mmに形成されている。11はフランジである。なお、短辺の寸法は規格寸法のままの10.2mmであり、断面の大きさは、前述のように、17.1mm×10.2mmである。この方形導波管は、図1に示される各素子を接続する伝送線路としての導波管の一部をこの方形導波管により代用すればよいため、この方形導波管(第2フィルタ5)を設けたことにより、レーダ装置の寸法が大きくなるということはない。さらに、前述の図3に示されるように、この方形導波管の伝播特性は、9.4GHzである基本波に対しては、殆ど減衰しないため、各素子を連結する伝送線路として、この断面形状を有する方形導波管を使用しても、何ら支障はない。
【0020】
図4に示される例では、第2フィルタ5として、長辺寸法を小さくする方形導波管を製造して用いたが、たとえば図5に幅広面と平行に一部破断した方形導波管14が示されるように、方形導波管の幅狭面の一部に金属板(導電性部材)12をネジ13により固定した構造にすることもできる。この構造にしても、方形導波管の長辺寸法をaからAに狭めることができ、この部分で8.77GHzより低い周波数のマイクロ波を遮断する。このような構造にすることにより、金属板12の厚さを変えるだけで、長辺寸法Aを自由に変更して遮断周波数を調整することができるため、マグネトロンのπ−1モードの周波数が変った場合でも、簡単で、しかも確実に2f0−fπ−1のスプリアスの放射を阻止することができる。
【0021】
図6および図7は、第2フィルタの他の実施形態を示す説明図である。すなわち、前述の各例は方形導波管の長辺寸法を狭めた高域通過フィルタを用いたものであるが、図6および図7に示される例は、フランジ部に座繰りを設けることにより、空間部を形成し、前述の周波数で共振させ得るようにしたものである。
【0022】
すなわち、図6および図7において、15が方形導波管、16は座繰りが設けられたフランジ、17は他方のフランジ、18は座繰りにより形成された空間部をそれぞれ示している。この座繰りが形成されたフランジ16が、レーダ装置のサーキュレータなど他のマイクロ波回路素子19とネジ20およびナット21により接続されると、図7に示されるように、他のマイクロ波回路素子19のフランジとの間に空間部18が形成される。この空間部18が2f0−fπ−1の周波数で共振するように形成することにより、2倍の高調波とπ−1モードの混変調により生じたスプリアスの帯域阻止フィルタとして動作させることができる。空間部18の大きさは、たとえば図7のB寸法を6mm、C寸法を2mm程度に形成することにより、空間部18が8.2GHz近傍の周波数帯を阻止する帯域阻止フィルタとすることができる。その結果、周波数8.2GHzの2f0−fπ−1スプリアスの伝送を抑制することができる。なお、レーダ装置としての他の構成は、図1に示される例と同じで、その説明を省略する。
【0023】
この例では、方形導波管15を設けてそのフランジ部分16に空間部18を形成したが、この導波管15は各回路素子を連結する導波管を利用してもよいし、マグネトロン、サーキュレータ、ロータリージョイントなどの回路素子を接続するためのフランジに座繰りを設け、図7に示される空間部18と同様の空間部を形成することにより、帯域阻止フィルタとすることもできる。なお、フランジの座繰り部分は、フランジを構成する部材と別体である金属板に座繰りを形成して、その金属板を接合するフランジ間に挟んでネジとナットにより固定する構造でもよい。
【0024】
上記各例では、マグネトロンの2倍波を抑えるため、第1フィルタとして低域通過フィルタを用いたが、マグネトロンのメイン出力である基本波の発振周波数帯域を通過する帯域通過フィルタを用いても同様の効果を有するレーダ装置を得ることができる。すなわち、前述のように、帯域通過フィルタを用いても、基本波の周波数に近いπ−1モードや2f0−fπ−1のスプリアスを基本波から確実に分離して減衰させることは難しいが、本発明による第2フィルタを設けることにより、帯域通過フィルタでは、2f0−fπ−1のスプリアスを完全に抑制されていなくても第2フィルタにより抑制することができるため、安価な帯域通過フィルタと本発明の第2フィルタとを組み合せることにより、確実にスプリアスの放射を抑制することができる。
【0025】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、通常マグネトロンのスプリアスとして除去が試みられている2倍の高調波およびπ−1モードを除去するフィルタの他にこれらの混変調により発生する2f0−fπ−1のスプリアスをも阻止する第2フィルタが設けられているため、スプリアスの放射をほぼ確実に抑制したレーダ装置が得られ、今後ますます厳しくなるスプリアス放射の要求を満たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーダ装置の一実施形態を示す構成説明図である。
【図2】図1に示される低域通過フィルタの特性を示す図である。
【図3】図1に示される第2フィルタの特性を示す図である。
【図4】図1に示される方形導波管(第2フィルタ)の構造例の斜視説明図である。
【図5】図1に示される方形導波管(第2フィルタ)の構造例の断面説明図である。
【図6】本発明による第2フィルタの他の実施形態を示す斜視説明図である。
【図7】本発明による第2フィルタの他の実施形態を示す断面説明図である。
【図8】従来のレーダ装置の構成例を説明する図である。
【図9】図8に示される低域通過フィルタを取り付けたときの放射スペクトラムを示す図である。
【図10】図8に示される構成で、低域通過フィルタを取り付けないときの放射スペクトラムを示す図である。
【符号の説明】
1 マグネトロン
2 アイソレータ
3 第1フィルタ
4 サーキュレータ
5 第2フィルタ
6 ロータリージョイント
7 アンテナ
Claims (6)
- マイクロ波発振器としてマグネトロンを用いたレーダ装置において、前記マグネトロンのメイン出力とする基本波の発振周波数をf0として、その2倍の周波数2f0を阻止域とした第1フィルタと、2f0と前記マグネトロンのπ−1モードの周波数fπ−1との差2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる第2フィルタとが設けられていることを特徴とするレーダ装置。
- 前記第2フィルタがレーダ装置を構成する伝送線路の一部もしくは全部に設けられる2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる導波管で構成される請求項1記載のレーダ装置。
- 前記第2フィルタが方形導波管により構成され、該方形導波管は、その一部に導電性部材が取り付けられ、該導電性部材が取り付けられた部分が前記2f0−fπ−1の周波数の遮断周波数域となる断面形状に形成されてなる請求項2記載のレーダ装置。
- 前記第1フィルタが、前記π−1モードの周波数も阻止域とするフィルタとして構成され、前記第2フィルタが、前記2f0−fπ−1の周波数が遮断周波数域となる高域通過フィルタとして構成されてなる請求項1ないし3のいずれか1項記載のレーダ装置。
- 前記第2フィルタが、レーダ装置を構成する素子または各素子を接続する導波管の一部もしくは全部の接続フランジ部分に形成された空間により構成されてなる請求項1記載のレーダ装置。
- 前記π−1モードの周波数を阻止域とする第3フィルタがさらに設けられてなる請求項1、2、3または5記載のレーダ装置。
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