JPH06500859A - モジュラー・ソリッドステート・レーダー送信機 - Google Patents

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)

【特許請求の範囲】
1. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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。