JPH06500859A - モジュラー・ソリッドステート・レーダー送信機 - Google Patents
モジュラー・ソリッドステート・レーダー送信機Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
モジュラ−・ソリッドステート・レーダー送信機関連出願に対する相互参照
本願は同−出願臼に出願され同一譲受人へ譲渡された以下の米国特許出願:I、
0WVIBRAT ION 5ENSITIVITY CRYSTAL RES
ONATORARRANGEMENT bI Michael@M、Dtis
coll and Norn+an G、 Malthevs and WIN
DSHEARRADARSYSTEM WIT)l UPPdRAND LO
WERLEVEL 5CANS b7 Bruce D、 Matlhews、
Paul D、 M onlcasjle and Wa撃撃■秩@G。
Pa山rsonと関連あり、これらは共に本明細書の一部を形成するものとして
引用する。
本発明は定置または可動用レーダーシステム、さらに詳細にはパルス・レーダー
信号を発生させるためソリッドステート・デバイスで構成した機上レーダー送信
機に関する。
関連技術の説明
従来、機上レーダーシステムは高出力、高周波数用進行波管増幅器を備えた単一
の一体的ユニットである。かかるユニットは用途が変わるごとに実質的に再設計
する必要がある。単一点の故障により駄目になるのを防ぐため複数の成分を用い
ることによりグレースフルデグラデーションが得られるようにするとコストがか
かる。同様に、ユニットの修理には工場での修理のため電子アセンブリ全体を取
り外さなければならないのが普通である。
他の用途では、レーダー送信機にソリッドステート・デバイスが時として用いら
れる。コーヒーレンス条件が比較的低い低出力の用途ではインバットダイオード
を使用できる。低周波数(そして通常は低出力)の用途ではシリコンのバイポー
ラ型トランジスタを用いることができる。例えば、ウェスチングハウスの5PS
−40ではピーク出力300KW、平均出力5KWの送信機に約4m3(135
立方フイート)の空間が必要であるため実用上可動用としては船上で用いる場合
に限定される。しかしながら、高出力、高周波数レーダー送信機の信頼性及び保
守性の改善が望まれる。
発明の概要
本発明の目的は、異なる用途に応じて変更が容易なレーダーシステムを提供する
ことにある。
本発明の別の目的は、グレースフルデグラデーションが可能なレーダーシステム
を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、駐機整備場で容易に修理可能なレーダーシステムを
提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、送信機にソリッドステート・デバイスを用いて信頼
性を向上させたレーダーシステムを提供することにある。
上記目的は、レーダーシステムの動作を制御するシステム制御手段と、RF倍信
号発生するRF手段と、各々がRF倍信号増幅して増幅信号を発生するため並列
に接続された複数の高周波数トランジスタを有する複数の出力モジュールと、出
力モジュールを並列に接続して送信機出力信号を発生させる手段と、ソリッドス
テート・トランジスタを個別に制御する増幅器制御手段と、エコー信号を受け且
つエコー信号を処理のためシステム制御手段へ送る受信機手段とよりなるレーダ
システムにより達成される。好ましくは、出力モジュール、並列接続手段及び増
幅器制御手段が別個の送信機ユニットを形成し、また受信機も別個のユニットで
ある。システム制御手段はデジタル及び汎用信号プロセッサとシステムのシンク
ロナイザとを含む1または2以上のモジュールで有り得る。他のユニットには安
定化局部発振器及び調整電源がある。
好ましい実施例によると、送信機の各出力モジュールは制御信号を用いて出力モ
ジュールの動作を制御する出力制御ユニットと、各々が制御信号に応じてRF信
号を増幅することにより増幅信号を形成する電力増幅器と、RF倍信号電力増幅
器に分配する出力スプリッタと、各トランジスタからの増幅信号を結合してモジ
ュール出力信号を形成する出力コンバイナとを含む。並列接続手段は安定化局部
発信機からのRF倍信号各出力モジュールに分配するモジュールスプリッタと、
各出力モジュールからのモジュール出力信号を結合して送信機出力信号を発生さ
せるモジュールコンバイナとを含む。
各出力モジュールの出力制御ユニットは好ましくは種々のモードで作動可能であ
る。出力モードでは、増幅された信号の位相が揃っているためそれらを結合して
高出力の送信機出力信号を発生させることができる。送信機出力信号の波形は、
ガウス波形または他の擬似正弦波形または非対称もしくはコード化パルスを含む
任意の波形を形成するように調節可能である。別のモードでは、任意所与の時間
における送信機出力信号がシステム全体の或いは少なくとも各モジュール内の1
個または少数のトランジスタにより発生されるように各出力モジュールの出力制
御ユニットがシステム制御手段により制御される。このモードに用いるトランジ
スタはすべてのトランジスタを試験するため所定の順序で切換えられる。
上記目的及び後で明らかになるであろう他の目的並びに利点は、以下においてさ
らに詳細に説明及び請求する構成及び動作の詳細に記載されており、その説明は
本願の一部を形成し同一の参照番号が全体に亘って同一の部分を表わす添付図面
を参照してなされている。
図面の簡単な説明
図1は本発明によるレーダーシステムのブロック図である。
図2は1つのATRシャーシ内のモジュールの頂面図である。
図3は本発明によるソリッドステート・レーダー送信機のブロック図である。
図4は本発明による送信機の出力モジュールのブロック図である。
図5は出力モジュールの電力増幅器のブロック図である。
図6は電力増幅器のトランジスタが受ける信号のタイミング図である。
図7は出力モードで発生される波形の1つの種類を表わすグラフである。
好ましい実施例の説明
本発明によるレーダーシステムの基本的な構成要素を図1においてブロック図で
示す。任意の新式レーダーシステムの基本的機能が備っている。好ましい実施例
において、レーダーの電子装置部分10のほとんどは連邦航空局(FAA)によ
り定められた7、64X10.09X26.24インチ(はぼ20X25X65
cm)の標準寸法を持つ単一のATRシャーシ内にある。本発明はモジュラ−型
設計であるため別のユニットを付加することによって機能の増強が可能であり、
また用途によって異なるサイズのシャーシを用いることができる。受信機、送信
機及びプロセッサはすべてシャーシ10に内臓されるため、シャーシ10をR−
T−Pシャーシと呼ぶ。アンテナ自体、モータ及びモータ制御用電子装置を含む
アンテナユニット12はR−T−Pシャーシ10とは物理的に別体であるのが普
通である。
R−T−Pシャーシ10は好ましくは航空機下部のサービスベイ内にあるため、
駐機整備場にある間に容易にサービス可能である。R−T−Pシャーシ10が接
続された他の装置は航空機の他の部分にある。オペレータ制御ユニット14はコ
ックピット内にある。ディスプレイ及びレコーダユニット16はコックピット内
の少なくとも1つのディスプレイを含む。航空機の電源18は例えば115ボル
ト、400ヘルツの電力を供給する。
図1に示すR−T−Pシャーシ10内のレーダーシステムの成分には、航空機の
電源18に接続された調整電源20がある。この電源20は下向きの矢印で示す
ように、R,−T−Pシャーシ10内の他の種々のデバイスの必要に応じて幾種
類かの電圧の電力を供給する。また、R−T−Pシャーシ10の他のすべてのデ
バイスだけでなくディスプレイ及びレコーダユニット16並びにオペレータ制御
ユニット14にシステム制御ユニット22が接続されている。
安定化局部発振器または5TALO24も同様にR−T−Pシャーシ10の電子
的成分に接続されている。5TALO24は従来型ユニットでよいが、出願:L
OWVIBRATION SE N5ITIVITY CRYSTAL RES
ONATORARRANGEMENT b7 Drisc盾撃戟@ej a
lに開示されたような発振器を用いて送信機26へRF倍信号供給するのが好ま
しく、この送信機はその信号を増幅してアンテナユニット12へ出力する。基準
周波数信号は5TALO24により受信機28へ送られる。Sonoma 5c
ientificof Forestville、 Ca1iforniaの同
軸デュプレクサ モデルT9XQ1のようなカップラ30及び導波管32は送信
機26と受信機28とをアンテナユニット28に接続する。
図1−に示すように、5TALO24は受信機28に接続された基準信号発生源
34と、基準信号発生源34及び送信機26に接続されたアップコンバータ36
とを含む。基準信号源34はRF倍信号送信機及び受信機へ供給するだけでなく
、システム制御ユニット22のクロック信号を発生する。
調整電源20は、好ましくは高効率及び低ノイズの一体的スイツチング電源であ
る。レーダーシステムに単一の電源20を用いずに、用途によって電源20の機
能をR−T−Pシャーシ10内の種々の場所に分布させてもよい。(所望であれ
ば)1つの場所の冗長ユニットを用いて1つの電源20により汎用電圧の電力を
供給する一方、送信機26、受信機28、さらにプロセッサ22及び5TAL0
24のような他の成分内の別の電源ユニットによりそれらの成分が必要とする特
定の電圧及び電流レベルので電力を供給してもよい。
受信機28はアナログ・デジタルコンバータを含む従来型受信機でよい。好まし
い実施例において、レーダーシステムはパルスレーダーを使用することにより送
信機26が出力信号を発生していないとき受信機28にエコー信号を受信させる
ことが可能である。
システム制御ユニット22は図1に示した多数のモジュールを含む。シンクロナ
イザモジュール42は5TALO24からのクロック信号に基づいてすべての電
子的成分へ同期信号を供給する。高速フーリエ変換プロセッサ(IB/FFT)
44は、受信機28の出力が記憶される入力バッファと、LSI Divisi
on TRW 1nLa Jossa、Ca1iforniaのTRW 23+
OFFTのような高速フーリエ変換プロセッサを含む。IB/FFT42の出力
はデジタル信号プロセッサモジュール(DSP)46へ送られるが、このモジュ
ールはTexas Instruments of Dillas、 Texa
sのTMS320C30GBL (以下C30と呼ぶ)のような少なくとも1つ
のデジタル信号プロセッサチップを含む。汎用信号プロセッサモジュール48は
Texas lns4rumen1gの34020グラフイツクスプロセツサの
ような少なくとも1つの汎用プロセッサを含む。
レーダーシステムの用途の数及びその複雑さが増すにつれてモジュールにはさら
に別のプロセッサチップが加えられる。例えば、米国特許出願(発明の名称:W
INDSHEARRADARSYSTEM WITHUPPERAND LOW
ERLEVEL 5CANS :発明者MaLthevset at)に開示さ
れたウィンドシア状態を探知する能力を含む気象レーダーでは、デジタル信号プ
ロセッサモジュール46に一対のC30チツプがある汎用信号プロセッサモジュ
ール48には単一の34020チツプで十分であろう。レーダーシステムが航法
機能も持つ場合、並列プロセッサシステムにさらに別のプロセッサを付加するこ
とが可能である。
気象レーダーシステムの1つのATRR−T−Pシャーシ10の物理的構成の一
例を図2に示す。電源20は配電を単純化するためほぼ中央に位置している。
ブラインドメイト導波管及び連邦航空局により定められたARINC708標準
(BKAD−2−163−4903)コレクタ50は内壁52に備えられ、把手
54が外壁56に設けられている。導波管32と同軸デュプレクサ30との間に
導波管−同軸コンバータ58が設けられている。モジュール42. 44. 4
6゜48を含むプロセッサユニット22はブラインドメイト・コネクタ50と処
理ユニット22との間の配線量を最少限に抑えるため内壁52の近くに置かれて
いる。
受信機28及び送信機26は、同軸接続部の長さ及び信号強度の損失を最少限に
抑えるため内壁52のかなり近くにあり、また5TALO24は外壁56の近く
にある。
本発明によるデータシステムのモジュラ−構成は送信機26にも複数のレベルに
おいて採用される。本発明によるレーダー送信機の最高いレベルの略図を図3に
示す。5TALO24のアップコンバータ36からのRF倍信号モジュールスプ
リッタ60が受ける。スプリッタ60はRF倍信号出力モジュール62へ分配す
る。M個の出力モジュール62があると仮定すると、スプリッタ60は図3に示
すように1:Mスプリッタである。
送信機出力信号を発生するため、M:1モジユールコンバイナ64は出力モジュ
ール62からの出力信号を受けてそれらを結合する。スプリッタ60及びコンバ
イナ64は出力モジュール62の数Mに応じて、コーホレイト構成酸いは直列構
成もしくはその2つの構成を組み合わせてストリップラインまたはマイクロスト
リップにより形成できる。ストリップラインによるスプリッタ及びコンバイナは
垂直方向の遮蔽を行って垂直方向の一体化を可能にするという利点があるが、マ
イクロストリップによるスプリッタ及びコンバイナは低いコストで製造可能であ
る。したがって、軍用戦闘機のように出力条件が高く空間条件がきつい場合、ス
トリップライン方式が好ま1.いが、低出力の商業用気象レーダ・−システムで
はマイクロストリップ方式を採用した方がコストが安い。
−L述したように、本発明による送信機の出力モジコール62の数は1ノーダー
システムの用途により必要とされる出力の大きさに左右される。出力モジコール
62は以下においてさらに詳説するソリッドステーI・・デバイスで構成するの
が好ましい。これらのデバイスは出カフ5乃至はぼ100ワツトのモジュールを
形成するように適宜パッケージすることが可能である。かくして、1−50乃至
200ワツトの信号を発生ずる送信機が必要な低出力気象レーダーシステムの出
力モジコール62はたった2つであろう。一方、軍用戦闘機の射撃統制レーダー
はかかるモジュールを30またはそれ以上用いて構成した出力2000乃至30
00ワツトの送信機が必要とするが、余分の能力或いは冗長性が欲しい場合はか
かるモジュールを60個以上必要とする。
出力モジュール62は、モジュール62の取り外しを可能にするとともに飛行中
振動に十分耐え得るようにする任意公知の方法によりモジュールスプリッタ60
及びモジュールコンバイ+64に物理的に接続されるようにしてもよい。気象レ
ーダーの2モジユールシステムは、R−T−Pシャーシ10に接続しカップラ6
0.64と出力モジュール62との間を同軸接続する剛性ウェブ上に取り付けら
れた1対のカップラ60.64により提供される。多数の出力モジュールのため
の支持構造はより複雑で、好ましくは例えば8列4行のモジュールのマトリック
ス状の積み重ねを可能にする。このため多くのランダムアクセスメモリに用いら
れていると同様な行及び列を用いてモジュールの位置を最初に指示することがで
きる。モジュールのレジスタはモジュールが可能化された時データバスからの識
別アドレスを記憶して、後でバスを介してそのモジュールをアドレスできるよう
にし、また任意のモジュールを支持構造の場所にプラグ接続することができる。
出力モジュールのブロック図を図4に示す。各出力モジュールは出力モジュール
制御ユニット70により制御され、この制御ユニットは電源20からの電力を調
整してその調整電力を出力モジュール62の他の成分へ出力する調整器72を含
む。調整器72は主として電圧変換を行なうか、または例えばリップルを除去す
るため第2レベルの電力コンディショニングを行なう。グレースフルデグラデー
ションが望ましい場合、スイッチング電源を各出力モジュールに内臓させるのが
好ましく、このようにすると単一の電源の故障がただ1つのモジュール62にだ
け影響を与える。多数の出力モジュール62をレーダーシステムに設ける場合、
調整器72のスイッチング電源は可変スイッチング周波数の中心が500KHz
のような共通周波数の周りにくるように構成するのが好ましい。調整器が用いる
周波数はシステム制御ユニット22から受けるデータにより選択される。
モジコールスプリッタ60によって分配される5TALO24からのRF倍信号
、出力モジュール62と5TALO24との間を隔離する入カニニット74が受
ける。出力スプリッタ76は入カニニット74の信号出力を増幅信号を発生する
複数の電力増幅器79へ分配する。電力増幅器78からの増幅信号は出力コンバ
イナ80により結合されて、モジュール出力信号が発生する。
出力コンバイナ80が発生するモジュール出力信号を最大にするため、位相シフ
タ81がそれぞれ出力スプリッタ76と出力コンバイナ80の間において対応す
る電力増幅器78と直列に接続されている。同様に、モジュールコンバイナ64
により結合される信号は最大電力を与えるべく位相が揃った状態にあることが必
要である。位相シフタは、位相の揃った信号を電力増幅器へ送るため或いはコン
バイナ80により結合される前に電力増幅器78の増幅信号出力を揃えるために
同調されたマイクロストリップである。或いは、位相の揃った信号を発生させる
ため電力増幅器78の前或いは後にモノリシック・マイクロ波集積回路を接続し
てもよい。MMICを位相シフタとして用いる場合、出力制御ユニット70は制
御信号をMMIC位相シフタへ出力をして出力コンバイナ80により結合される
信号の位相を適当に揃えるのが好ましい。
電力増幅器78.88はAY^NTEK at 5anla C1ara、 C
l1lo+niaのモデルSPM90−3410でよい。これらの電力増幅器は
8.5乃至10.5GHzの周波数範囲で作動し、20dBの利得を有する。各
々は最大出力10ワツトであり、したがって8個の電力増幅器78が(コンバイ
ナ80の損失により)75ワツトのモジュール出力信号を発生し、また10個の
電力増幅器78が90ワット以上或いはほぼ100ワツト近(のモジュール出力
信号を発生する。
入カニニット74はその各端部にアイソレータ82.84を有する。モジュール
スプリッタ60により分配されるRF倍信号受けるアイソレータ82はTRAK
Mic+ovave of America of Tampa、Flori
daの59A9101アイソレータでよい。入カニニット74の出力における隔
離はEMCof Cbe+ry Hills、 New Jerseyのモデル
TSO500WIのような広帯域パッド或いはカスタムデザインの同様な広帯域
パッドにより実現する。2つのアイソレータ82.84の間には直列接続の増幅
器があり、並列接続の電力増幅器78による電力増幅の前にRF倍信号増圧する
。利得ブロック86は例えば15dBの最初の増幅を行なう。ウィンドシアを探
知する気象レーダーはXバンドで作動するためTexas 1nst+u+ne
ntsのTG^8024のようなXバンド利得ブロックを用いるとよい。電力増
幅器88は好ましくは利得ブロック86と直列に接続される。電力増幅器88は
以下において詳しく説明する電力増幅器78と同じように構成してもよい。
SPM90−3410電力増幅器の構成を図5に示す。出力スプリッタ76によ
り分配されるRF倍信号利得ブロックと同様なものでよいMMICドライバ90
により昇圧される。直角分カップラ92を1:2スプリツタとして用いてMMI
Cドライバ90の出力を2つのGaAs FET94に等しく分割する。FET
94は上述した電力仕様を与える12mmの個別デバイスでよい。FET94の
1つは直角分カップラ92の1つの出力アームに接続され、もう1つのFET9
4はもう1つの出力アームに接続される。FETのドレインは直角分カップラ9
6の入力アームに接続される。直角分カップラ96は電力増幅器78からの増幅
信号を発生する出力アームを有する。
図5に示すように、FET94のゲートは一5ボルトを受け、FETのトレイン
はドレイン信号DSで表わされるスイッチングされた+9ボルトを受ける。図4
に示すように、出力制御ユニット72はドレインスイッチ102を有し、これら
のスイッチは電力増幅器78のドレインをスイッチング自在に調整器72へ接続
する。制御ロジック104はシステム制御ユニット22からの出力シーケンス信
号(TGATE)に応答してドレインスイッチ102のスイッチングを制御する
。制御ロジック回路104及びドレインスイッチ102は共に、電力増幅器78
、人カニニット74内の利得ブロック86及び電力増幅器88の動作を制御する
モジュレータを形成する。
図6に示すように、TGATE信号はドレインスイッチ102のスイッチングを
始動して電力増幅器のFET94にかかる直流バイアスを発生させる。したがっ
て、RFエネルギーのRFGATEパルスを出力スプリッタ76から受けると、
FET94はそのプロセスを増幅可能な状態になる。好ましい実施例において、
制御ロジック回路104はシステム制御ユニット22からの出力シーケンス信号
のコードに応答して電力増幅器78をそれぞれ制御するように設計されている。
これは、^C置 of 5unnyvale、 Ca1lorniaの^CTl
0Iのような例えば1200個のゲートを持つフィールドプログラム可能ゲート
アレーを含む多くの種類のロジック回路により実現可能である。十分な速度を得
ることが可能な場合、制御ロジック回路104の1部の機能にビットスライスプ
ロセッサ或いはプログラム可能ROMを使用できる。
好ましい実施例には3つの出力発生モードがある。第1のモードは、すべての電
力増幅器78を含むことのある電力増幅器78の選択された群に対して単一のT
GATE信号を用い、図6に示すようなRFGATEパルスの増幅波形を発生さ
せる。第2のモードは擬似正弦波信号のようなプログラム可能な波形のパルスを
発生させる。かかるパルスの一例は近似的にガウス分布を表わすペデスタル上の
ガウス波形である。同様な波形は図7に示すCO52である。第2のモードでは
、5TALO24からスプリッタ60,70を介して連続波RF倍信号発生させ
、次いでONにされた電力増幅器78の数を徐々に増加させ、そしてそれらを同
じ順序でOFFにすることによって送信機出力信号が発生される。非対称波形ま
たはコード化パルスは、異なるタイミングを用いてトランジスタをONまたはO
FFにすることにより発生させ可能である。
本発明の1つの実施例では、シンクロナイザ42が20MHzのクロックを供給
し、このため出力制御ユニット70がクロック信号の1つ置きの位相またはエツ
ジを用いることにより25ナノ秒の量子化ステップで電力増幅器78を作動させ
ることができる。出力制御ユニット70は、出力モジュール62の各電力増幅器
のONとOFFのタイミングを記憶させるため好ましくは柔軟性のあるRAM(
ROMでもよい)であるメモリ(別に図示せず)を含む。オペレータが選択でき
るように種々の波形が与えられている場合、各波形はダウンロードされ、オペレ
ータがどの波形をRAM内へプログラムすべきかをシステム制御ユニット22へ
ただ指示する。
出力制御ユニット70のカウンタ(別に図示せず)はシンクロナイザ42からの
クロックによりプログラムされた最大値へインクリメントされ、論理ゲートがカ
ウンタ内の値をRAMのメモリレジスタと比較して対応の電力増幅器78をON
にするためドレインスイッチ1−02をいつ付勢すべきかを決定する。最後の電
力増幅器78がONになって後プログラム可能な時間が経過すると、そのカウン
タがデクリメントされ、電力増幅器をOFFにすべく比較が行われる。対称波形
が望ましい場合、同じレジスタを用いて対応の増幅器をON及びOFFにするこ
とが可能である。さらに大きな柔軟性を与えるには、第2の組の対応するメモリ
レジスタを用いてカウンタがデクリメントされるとき電力増幅器78をいつOF
Fにすべきか決定する。
第3のモードは、1つの電力増幅器78の内部のFET94のような少数のFE
T94が各出力モジュール62内か或いはシステム全体で一度にONにされる電
力増幅器の動作シーケンスを発生する。好ましくは、組込み試験ユニット106
がカップラ108を介して出力コンバイナ80の出力に接続され、これによりモ
ジュール出力信号の出力レベルが検知され、かくして全ての出力モジュール62
の同時テストが可能となる。^RRA in Bayshore、 New Y
orkのモデル6164−30のような30dBの方向性カップラを用いてこの
接続を行うことができる。組込み試験ユニット106の出力は組込み試験信号を
システム制御ユニット22へ供給するため制御ロジック回路104に供給しても
よい。組込み試験ユニット106に適当なしきい値が与えられている場合、1つ
の電力増幅器78の故障を検知することが可能であり、位相シフタ81を位相が
揃った信号を与えるべく同調できる。
本発明では、制御ロジック回路104に簡単な変更を施すことにより多くの種々
の増幅器動作パターンを得ることができる。レーダーパルスの幅、高さ及び立ち
上がり時間は制御可能であり、特異な出力シーケンス信号を各出力モジュール6
2へ供給することにより使用される増幅器を出力モジュール62に亘って分布さ
せることが可能である。その結果、多くの異なる用途に使用するための基本的な
出力モジュール62の構成が可能となり、特定の用途に用いるには制御ロジック
回路だけを変更する必要がある。加えて、特定の波形のパルスが有利であるかま
たは出力分布状況変更の必要があることが分かっている場合、制御ロジック回路
104に変更を施すか或いは以前コード化した論理によって与えられる出力シー
ケンス信号を選択するため飛行中に調整することが可能である。例えば、図7に
示したC082波形と同様なペデスタル上のガウス波形は低いサイドローブのあ
るレーダーパルスを発生し、それにより平行な航空機間の干渉が最小限に抑えら
れる。
本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書の説明から明らかであり、かくして
添付した特許請求の範囲が本発明の真の精神及び範囲内にあるシステムのかかる
全ての特徴及び利点を包含するように意図されている。さらに、本発明の説明か
ら多くの変形例及び変更が当業者にとって容易に想倒されるであろうから、本発
明は図示説明した構成及びその動作だけに限定されず、従って適当な変形例およ
び均等物は本発明の範囲及び精神内にあるものとして実施されるであろう。
FIG、 2
劣 ■
刀−
(D
国際調査報告
フロントページの続き
(72)発明者 フォークナー、ジョセフ、アルバート、ジュニア
アメリカ合衆国、メリーランド州
(21042) 、エリコツト・シティ、ホワイト・スター・ウェイ、 403
3
(72)発明者 サイノン、グレゴリイ、キムアメリカ合衆国、メリーランド州
(21036) 、ディトン、オークウッド・オーバールック、 4400
(72)発明者 マイゼック、ブライアン、ジェームスアメリカ合衆国、メリー
ランド州
(21122) 、バサデナ、ニスカロン・アベニュウ、 8062
(72)発明者 コジッツ、ジョン、ニージンアメリカ合衆国、メリーランド州
(21061) 、ブレン・バーニー、クレイマー・コート、8265
Claims (23)
- 1.信号処理ユニットに接続された電源ユニットとRF信号を出力する安定化局 部発振器とを含むレーダーシステムの送信機であって、前記送信機は、複数の電 力モジュールと、 安定化局部発振器及び前記電力モジュールに作動的に接続されてRF信号を前記 出力モジュールへ分配するモジュールスプリッタと、前記電力モジュールに作動 的に接続されて前記各出力モジュールからのモジュール出力信号を結合し送信機 出力信号を発生させるモジュールコンバイナとより成り、 前記電力モジュールはそれぞれ、 電源ユニットと信号処理ユニットに作動的に接続されて制御信号により前記出力 モジュールの作動を制御する出力制御ユニットと、前記出力制御ユニットに作動 的に接続され各々が制御信号に応じてRF信号を増幅して増幅信号を形成する複 数の電力増幅器と、安定化局部発振器ユニットと前記電力増幅器に作動的に接続 されてRF信号を前記電力増幅器へ分配する出力スプリッタと、前記電力増幅器 に作動的に接続されて前記各電力増幅器からの増幅信号を結合してモジュール出 力信号を形成する出力コンバイナとより成る送信機。
- 2.前記各電力モジュールはさらに、各々が位相の揃った信号を発生するため前 記出力スプリッタと出力コンバイナとの間において対応する電力増幅器と作動的 に直列接続された複数の位相シフタより成る特許請求の範囲第1項に記載された 送信機。
- 3.前記位相シフタは、各々が位相の揃った信号を前記電力増幅器に供給するた め電気出力コンバイナを対応する電力増幅器に接続するマイクロストリップであ る特許請求の範囲第2項に記載された送信機。
- 4.前記出力制御ユニットはさらに前記位相シフタに作動的に接続されてその位 相シフタヘ位相制御信号を出力し、前記位相シフタは出力制御ユニットに接続さ れ各々が前記出力コンバイナを対応する電力増幅器に接続して位相制御信号に応 じて位相の揃った信号を出力するモノリシックマイクロ波集積回路である特許請 求の範囲第2項に記載された送信機。
- 5.信号処理ユニットは前記各出力モジュールの前記コントローラのために出力 シーケンス信号を発生し、 前記出力制御ユニットは、 電源ユニットに作動的に接続されて電源ユニットから得られた電力を調整しその 調整電力を出力する調整器と、 信号処理ユニット、前記調整器及び前記電力増幅器に作動的に接続されて信号処 理ユニットからの出力シーケンス信号に応じて調整電力を制御信号として前記電 力増幅器へ供給するモデュレータとよりなる特許請求の範囲第1項に記載された 送信機。
- 6.前記モデュレータは、 前記調整器及び前記電力増幅器に作動的に接続されて前記各電力増幅器を切換え 自在に前記調整器に接続するスイッチと、信号処理ユニットと、前記調整器及び 前記スイッチに作動的に接続されて信号処理ユニットからの出力シーケンス信号 に応じて前記スイッチにより前記電力増幅器の前記調整器への接続を制御するス イッチ制御信号を発生する制御ロジック回路とより成る特許請求の範囲第5項に 記載された送信機。
- 7.前記各出力モジュールの前記制御ロジック回路は、信号処理ユニットからの 第1の組の出力シーケンス信号に応答して擬似正弦波形の送信機出力信号を発生 する第1のシーケンスにより、前記電力モジュールを前記調整器に接続しまた前 記出力モジュールを前記調整器から切離すためのスイッチ制御信号を発生する特 許請求の範囲第6項に記載された送信機。
- 8.前記各電力モジュールの前記制御ロジック回路は、信号処理ユニットからの 第2の組の出力シーケンス信号に応答して第2のシーケンスにより、一度に1つ の前記電力モジュールを前記調整器に接続しまた前記出力モジュールを前記調整 器から切離すためのスイッチ制御信号を発生する特許請求の範囲第7項に記載さ れた送信機。
- 9.安定化局部発振器ユニットはRFエネルギーのパルスをRF信号として周期 的に出力し、 前記各電力モジュールの前記制御ロジック回路はRFエネルギーのパルスの前に スイッチ制御信号を発生して前記各電力モジュールの前記出力スプリッタによる RF信号の分配の前に前記電力増幅器をONにする特許請求の範囲第6項に記載 された送信機。
- 10.前記電力増幅器は前記モデュレータ、前記出力スプリッタ及び前記出力コ ンバイナに作動的に接続された少なくとも1つの電界効果トランジスタより成る 特許請求の範囲第5項に記載された送信機。
- 11.前記各電力増幅器は、 前記出力スプリッタに作動的に接続された集積回路ドライバと、前記集積回路ド ライバに作動的に結合された入力アーム及び第1及び第2の出力アームを有する 第1の直角分カップラと、前記第1の直角分カップラの第1の出力アームに作動 的に接続されたゲート及びドレインを有する第1の電界効果トランジスタと、前 記第1の直角分カップラの第2の出力アームに作動的に接続されたゲート及びド レインを有する第2の電界効果トランジスタと、前記第1及び第2の電界効果ト ランジスタにそれぞれ作動的に接続された第1及び第2の入力アームと前記出力 コンバイナに作動的に接続された出力アームとを有する第2の直角分カップラと より成り、前記モデュレータは、 各々が前記調整器と前記第1及び第2の電界効果トランジスタの内の1つのドレ インに接続されたドレインスイッチと、信号処理ユニット、前記調整器及び前記 ドレインスイッチに作動的に接続されて信号処理ユニットからの出力シーケンス 信号に応じて前記調整器の前記第1及び第2の電界効果トランジスタのドレイン ヘの接続を制御するスイッチ制御信号を発生する制御ロジック回路とよりなる特 許請求の範囲第10項に記載された送信機。
- 12.前記制御ロジック回路は、信号処理ユニットからの出力シーケンス信号に 応じて前記各電力モジュールとは独立に前記第1及び第2の電界効果トランジス タに直流バイアスを発生させるスイッチ制御信号を発生する特許請求の範囲第1 1項に記載された送信機。
- 13.信号処理ユニットは第1及び第2の組の出力シーケンス信号を発生し、前 記制御ロジック回路は第1の組の出力シーケンス信号に応答して特定数の前記電 力モジュールにより実質的に矩形の送信機出力信号を発生させるため、また第2 の組の出力シーケンス信号に応答して一度に前記電力モジュールの1つにより送 信機出力信号を発生させるためスイッチ制御信号を発生する特許請求の範囲第1 2項に記載された送信機。
- 14.信号処理ユニットはさらに第3の組の出力シーケンス信号を発生し、前記 制御ロジック回路は第3の組の出力シーケンス信号に応答して擬似正弦波形の送 信機出力信号を発生させるためスイッチ制御信号を発生する特許請求の範囲第1 3項に記載された送信機。
- 15.第3の組の出力シーケンス信号に応答して発生された送信機信号の擬似正 弦波形は、ペデスタル上のガウス分布の中央部分を近似的に表わす特許請求の範 囲第14項に記載された送信機。
- 16.前記各電力モジュールはさらに、前記モジュールスプリッタ、前記出力制 御ユニット及び前記出力スプリッタに作動的に接続されて安定化局部発振器ユニ ットと前記電力増幅器との間を隔離する入力ユニットより成る特許請求の範囲第 1項に記載された送信機。
- 17.前記入力ユニットは、 グランドに結合され前記モジュールスプリッタを介して安定化局部発振器ユニッ トに作動的に接続されたアイソレータと、前記アイソレータ及び前記出力制御ユ ニットに作動的に接続された利得ブロックと、 前記利得ブロックと前記出力制御ユニットに作動的に接続された入力電力増幅器 と、 前記入力電力増幅器と前記出力スプリッタとに作動的に接続された広帯域パッド とより成る特許請求の範囲第16項に記載された送信機。
- 18.レーダーシステムであって、 前記機上レーダーシステムの動作を制御するシステム制御手段と、XバンドRF 信号を発生するRF手段と、各々がRF信号を増幅することにより増幅信号を発 生させるため並列に接続された複数のトランジスタを有する複数の出力モジュー ルと、前記出力カモジュールを並列に接続して送信機出力信号を発生する並列接 続手段と、 前記トランジスタを個別に制御する増幅器制御手段と、エコー信号を受けて処理 のためその信号を前記システム制御手段へ送る受信機手段とよりなるレーダシス テム。
- 19.前記システム制御手段は各出力モジュールに対して異なる周波数動作を指 示する調整器周波数信号を発生し、前記出力モジュールはそれぞれ前記トランジ スタに作動的に接続されて前記システム制御手段により発生される調整器周波数 信号により指示される周波数を用いて前記トランジスタへ送られる電力を調整す るスイッチング電源を含む特許請求の範囲第18項に記載されたレーダーシステ ム。
- 20.前記システム制御手段はさらに前記増幅器制御手段へ供給される第1及び 第2の組の出力シーケンス信号を発生し、前記増幅器制御手段は第1の組の出力 シーケンス信号に応答して第1のシーケンスにより前記トランジスタをONにし てガウス波形の送信機出力信号を発生させ且つ第2の組の出力シーケンス信号に 応答して第2のシーケンスにより前記トランジスタをONにして特定数の前記ト ランジスタを一度に用いることにより送信機出力信号を発生させる手段よりなる 特許請求の範囲第18項に記載されたレーダーシステム。
- 21.前記並列接続手段による結合前に前記出力モジュールからの増幅信号の位 相を揃えて送信機出力信号を発生させる位相整列手段をさらに含む特許請求の範 囲第18項に記載されたレーダーシステム。
- 22.レーダーシステムを作動する方法であって、(a)RF信号を発生させ、 (b)並列接続された複数のトランジスタでRF信号を増幅して増幅信号を発生 させ、 (c)レーダーパルスを発生させるため複数のトランジスタを選択し且つ選択さ れた数のトランジスタに何時増幅信号を発生させるかを決定するため並列接続ト ランジスタを個別に制御し、 (d)増幅信号を結合して送信機出力信号を発生させ、(e)送信機出力信号に より発生されたエコー信号を受信し、(f)ステップ(e)で受信されたエコー 信号を処理するステップより成る方法。
- 23.ステップ(c)における前記個々の制御は、(c1)矩形波形を有する送 信機出力信号を発生させるため第1のモードで制御信号を発生させ(使用するト ランジスタの数は選択可能であり)、(c2)使用される複数のトランジスタを 徐々にON及びOFFにすることによりほぼガウス波形の送信機出力信号を発生 させるため第2のモードで制御信号を発生させ、 (c3)一度に最少数のトランジスタを用いて出力波形を発生させるためテスト モードで制御信号を発生させるステップよりなる特許請求の範囲第22項に記載 された方法。
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