JP2002151987A - 自動利得制御回路 - Google Patents

自動利得制御回路

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JP2002151987A
JP2002151987A JP2000343633A JP2000343633A JP2002151987A JP 2002151987 A JP2002151987 A JP 2002151987A JP 2000343633 A JP2000343633 A JP 2000343633A JP 2000343633 A JP2000343633 A JP 2000343633A JP 2002151987 A JP2002151987 A JP 2002151987A
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gain control
automatic gain
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signal
circuit
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Norio Komiyama
典男 小宮山
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NEC Engineering Ltd
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NEC Engineering Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】無線レーダの受信装置等から得られる広いダイ
ナミックレンジの高周波信号を後段回路の信号処理に適
切な信号に増幅する自動利得制御回路を提供する。 【解決手段】バンドパスフィルタ1の出力信号を第1増
幅器2、可変減衰器3および第2増幅器4で増幅する。
この可変減衰器3の減衰度を制御する減衰制御部は、バ
ンドパスフィルタ1の出力信号を、高周波遅延線5を介
しておよびリミタ7を介してダブルバランスミキサ6に
同位相で入力して同期検波して得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自動利得制御回路、
特にチャープ変調信号や間欠的な信号の反射波からの信
号を入力信号とする無線レーダの受信装置等に好適な高
周波信号の自動利得制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】無線レーダ信号用受信器の自動利得制御
の如き、広いダイナミックレンジの利得制御の観点から
フィードフォワード型の制御技術がある。斯かる技術又
は関連技術に関する従来技術は、例えば特開平1−31
1709号公報の「自動利得制御回路」、特開平8−9
7642号公報の「低歪み増幅器、多段増幅器および移
動体通信基地局」、特開平8−293748号公報の
「自動利得制御装置および移動端末機および自動利得制
御方法」、特開平3−280610号公報の「自動利得
制御回路」特開平1−101711号公報の「自動信号
安定化回路」、特開平9−191221号公報の「自動
ゲイン制御器」、特開平5−175764号公報の「自
動利得調整回路」および特開平6−252649号公報
の「同期検波回路」等に開示されている。
【0003】図3は、従来の自動利得制御回路の1つで
あるフィードフォワード型の自動利得制御回路の構成を
示すブロック図である。この従来技術は、バンドパス
(帯域通過)フィルタ1、増幅器2および4、可変減衰
器3、対数レベル検出器31、サンプリング回路32、
対数/線形変換器33、平均化回路34、線形/対数変
換回路35および可変減衰器駆動回路36により構成さ
れる。
【0004】図3に示す自動利得制御回路において、バ
ンドパスフィルタ1は、IF(中間周波数)信号を入力
するIF入力端子21およびIF信号を出力するIF出
力端子23を有する。このIF出力端子23に現れるI
F出力信号は、増幅器2および対数レベル検出器31に
入力される。対数レベル検出器31乃至可変減衰器駆動
回路36は、順次縦続接続され、可変減衰器駆動回路3
6の出力は、増幅器2の出力が入力される可変減衰器3
の減衰制御端子に入力される。増幅器4の出力信号は、
IF出力端子22から出力される。また、サンプリング
回路32には、サンプリングクロック37が入力され
る。
【0005】図3は、典型的なフィードフォワード型の
自動利得制御回路の構成を示しているが、信号の振幅を
検波する部分に一般的な検波器およびフィルタを使用し
ており、本発明の対象としているレーダパルス反射波等
の受信振幅変動の広い変化幅(広いダイナミックレン
ジ)に対する応答および追随性において十分な応答をさ
せることは困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】チャープ変調信号又は
間欠的な信号を空中に発射し、対象物からの反射波を受
信する無線レーダの受信装置等での自動利得制御には、
種々の回路が使用されている。図3に示した従来例およ
び上述した従来の特許公開公報に開示する従来技術で
は、レーダ受信信号において著しく信号のレベルが変化
する装置の入力信号強度変化に対する適応が十分ではな
い。これは、装置の入力レベル変動に対する信号振幅の
検出のダイナミックレンジが十分でないことに起因して
いた。また、激しく変化する信号レベルに適応し、最適
なS/N(信号対ノイズ)比が得られるような利得制御
をするためには、後段での信号処理が複雑になってしま
う問題がある。これは、時間的に60dB〜70dB程
度の大きく変化する信号を検出し、システムがピーク信
号で飽和しない程度で且つ十分高利得で自動的に設定す
るような回路を構成するには、装置の構成が複雑になっ
てしまう。
【0007】例えば、図3に示す従来例回路では、IF
入力端子21から入力された受信信号は、バンドパスフ
ィルタ1で必要な帯域制限を受け、その出力端子23で
2系統に分岐される。一方は、増幅器2に接続され可変
減衰器3で制御され、増幅器4において増幅されIF出力
端子22から出力される。他方は、IF出力端子23の
出力を、対数レベル検出器31で対数レベル検出され、
サンプリング回路32において、サンプリングクロック
37でサンプリングされてデータ化する。この後、対数
/線形変換回路33で演算され線形化された後、平均化
回路34で平均化して利得設定すべき値を決定する。線
形/対数変換回路35で対数化し、可変減衰器駆動回路
36を介して可変減衰器3の減衰度を決定する。ここ
で、可変減衰器3の減衰度(状態)を設定し、増幅器4
が飽和しない程度で最も利得が高く、出力信号のS/N
比がとれるよう利得制御が行われる。
【0008】この系において、レベル検出器付きのログ
アンプ(対数レベル検出器)31を使用しているが、扱
う信号のダイナミックレンジは、このログアンプの性能
に左右されていて、用途によっては不十分であった。ま
た、A/D変換器(コンバータ)で利用するサンプリン
グ速度が速い場合には、A/D変換器および周辺回路の
回路自体が高速用の高価で大型のデバイスを使用せざる
を得なく、高価で大型の装置となっていた。
【0009】
【発明の目的】従って、本発明の目的は、入力信号強度
のダイナミックレンジが十分とれ且つ後段での信号処理
が比較的簡単で自由度の高い応答特性の設定が可能な自
動利得制御回路を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の自動利得制御回
路は、高周波信号が入力されるバンドパスフィルタ、こ
のバンドパスフィルタの出力信号を増幅する第1増幅
器、この第1増幅器の出力信号を減衰する可変減衰器、
この可変減衰器の出力信号を増幅する第2増幅器および
バンドパスフィルタの出力信号に基づいて可変減衰器の
減衰度を制御する減衰制御部を有する回路であって、減
衰制御部は、バンドパスフィルタの出力信号を同期検波
するダブルバランスミキサおよび複数のサンプルを移動
平均化する移動平均化回路を備える。
【0011】また、本発明の自動利得制御回路の好適実
施形態によると、ダブルバランスミキサには、バンドパ
スフィルタの出力信号を遅延させる高周波遅延線および
バンドパスフィルタの出力信号を入力とするリミタから
の同位相の両出力信号が入力される。移動平均化回路で
平均化されるサンプル数は、移動平均化パラメータ設定
回路により適宜設定される。ダブルバランスミキサの後
段に、サンプリングクロックを受けてサンプリングする
A/Dコンバータを含む。また、移動平均化回路の後段
および前段の一方又は両方にピーク値を検出して1制御
周期間保持するピーク検出およびホールド回路を設け
る。
【0012】
【発明の実施の形態】次に、本発明による自動利得制御
回路の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参
照して詳細に説明する。
【0013】最初に、本発明による自動利得制御回路の
機能を説明する。この自動利得制御回路は、周期的且つ
広帯域に周波数を掃引するチャープ変調の反射波の如き
広いレンジにわたって高速でレベルが変化する受信信号
を入力とする無線レーダの受信装置等で使用されること
を想定する。この自動利得制御回路では、広いダイナミ
ックレンジで変化する受信信号を、ピークレベルで歪を
生じない程度の適度なレベルに増幅度を制御し、出力振
幅を一定にするものである。
【0014】次に、図1は、本発明による自動利得制御
回路の第1実施形態の構成を示すブロック図である。
尚、上述した図3の回路構成要素に対応する構成要素に
は、説明の便宜上同様の参照符号を使用する。この自動
利得制御回路は、バンドパスフィルタ1、増幅器(第1
増幅器)2、可変減衰器3、増幅器(第2増幅器)4、
高周波遅延線5、ダブルバランスミキサ6、リミタ7、
低域通過濾波器8、A/Dコンバータ9、移動平均化回
路10、ピーク検出およびホールド回路11、可変減衰
器駆動回路12および移動平均化回路パラメータ設定回
路13により構成される。ここで、上述した構成回路要
素5〜13は、可変減衰器3の減衰度を制御する減衰制
御部を構成する。
【0015】次に、図1に示す各回路構成素子の接続関
係等を説明する。バンドパスフィルタ1は、IF入力端
子21およびIF出力端子(又は出力分岐部)23を有
する。また、出力側の増幅器4からの出力信号は、IF
出力端子22から出力される。そして、IF入力端子2
1およびIF出力端子22間に、バンドパスフィルタ
1、増幅器2、可変減衰器3および増幅器4が縦続接続
されている。また、IF出力端子23および可変減衰器
3間に、高周波遅延線5、ダブルバランスミキサ6、低
域通過濾波器8、A/Dコンバータ9、移動平均化回路
10、ピーク検出およびホールド回路11および可変減
衰器駆動回路12が縦続接続されている。リミタ7は、
IF出力端子23およびダブルバランスミキサ6間に接
続されている。A/Dコンバータ9には、サンプリング
のためにサンプリングクロックが入力される。また、移
動平均化回路10には、移動平均化パラメータ設定信号
26が入力される移動平均化パラメータ設定回路13が
接続される。
【0016】次に、動作を信号の流れに従って説明す
る。IF入力端子21から入力された受信信号は、バン
ドパスフィルタ1で必要な帯域制限を受け、そのIF出
力端子23で3系統に分岐される。1つは増幅器2に入力
され可変減衰器3で制御され、増幅器4により増幅され
てIF出力端子22から出力される。また、IF出力端
子23のIF出力信号は、高周波遅延線5を介してダブ
ルバランスミキサ6に入力される。更に、IF出力端子
23のIF出力信号は、高利得の増幅器を主体としたリ
ミタ7を介してダブルバランスミキサ6に高周波遅延線
5の出力信号と位相調整される。
【0017】ダブルバランスミキサ6における2つの信
号の入力位相は、同相となるように設定され、同期検波
される。即ち、高周波遅延線5は、リミタ7の遅延量に
等しく設定され、レベル検出が入力周波数に依存しない
ようにする。ダブルバランスミキサ6の出力からは、ベ
ースバンド信号を取り出す。低域通過濾波器8で高周波
成分を除去し、A/Dコンバータ9でサンプリング(又
はデジタル化)する。そして、数サンプルから数百サン
プルの複数サンプル値間で移動平均をとる移動平均化回
路10で平均化される。この移動平均化回路10のパラ
メータは、パラメータ設定回路13から設定される。こ
の平均化された値は、ピーク検出およびピーク値ホール
ド回路11で、1制御周期の間保持される。そして、可
変減衰器駆動回路12により、可変減衰器3の状態(即
ち、減衰度)を設定し、増幅器4が飽和しない程度で且
つ最も利得が高く、出力信号のS/N(信号対ノイズ)
比がとれるよう利得制御が行われる。
【0018】次に、図2を参照して本発明による自動利
得制御回路の第2実施形態を説明する。図2は、自動利
得制御回路の第2実施形態のブロック図を示す。この自
動利得制御回路は、バンドパスフィルタ1、増幅器2、
可変減衰器3、増幅器4、高周波遅延線5、ダブルバラ
ンスミキサ6、リミタ7、低域通過濾波器8、A/Dコ
ンバータ9、ピーク検出およびホールド回路14、移動
平均化回路10、ピークホールドおよびホールド回路1
1、可変減衰器駆動回路12および移動平均化パラメー
タ設定回路13により構成される。
【0019】図2に示す第2実施形態と図1に示す第1
実施形態との相違点は、A/Dコンバータ回路9および
移動平均化回路10間に、第2のピーク検出およびホー
ルド回路14を挿入し、信号内のピーク値をモニタ(監
視)し、後段の可変減衰器3の制御に使用することであ
る。この第2実施形態の自動利得制御回路は、信号内の
ピーク値に重きをおき、移動平均をとる前のピーク値を
保持すること、繰り返し送出されるパルスからの反射値
の数回の平均を取ることおよびピーク近傍の移動平均を
とることを特徴とする。
【0020】これらに対応する適当な値と組み合わせる
ことにより、ピークで飽和しない利得を求め、可変減衰
器3の減衰度を設定するため、数種類の制御パターンを
選択することができ、制御対象の性質に合わせた制御を
実現することが可能となる。
【0021】以上、本発明による自動利得制御回路の好
適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯か
る実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発
明を限定するものではないことに留意されたい。本発明
の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変
形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよ
う。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
による自動利得制御回路は、次の如き実用上の顕著な効
果を有する。受信信号の検出方式として同期検波方式を
用い、ダブルバランスミキサと組み合わせた自動利得制
御回路とすることにより、単純な検波方式に比しS/N
比が優れている。その結果、例えば60〜70dBとい
う広いダイナミックレンジの信号レベルに対して増幅器
の利得を最適設定するための自動利得制御回路を実現で
きる。ダブルバランスミキサを主体とした高ダイナミッ
クレンジの検波回路と、A/Dコンバータと、論理演算
による移動平均化回路と、ピーク検出およびホールド回
路とを組み合わせることにより、信号の性質に合わせた
利得制御特性の自由度のより高い自動利得制御回路を実
現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による自動利得制御回路の第1実施形態
の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明による自動利得制御回路の第2実施形態
の構成を示すブロック図である。
【図3】従来の自動利得制御回路の構成を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1 バンドパスフィルタ 2、4 増幅器 3 可変減衰器 5 高周波遅延線 6 ダブルバランスミキサ 7 リミタ 8 低域通過濾波器 9 A/Dコンバータ 10 移動平均化回路 11、14 ピーク検出およびホールド回路 12 可変減衰器駆動回路 13 移動平均化回路パラメータ設定回路 21 IF入力端子 22 IF出力端子 24 制御信号入力端子 25、37 サンプリングクロック 26 移動平均化パラメータ設定信号

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高周波信号が入力されるバンドパスフィル
    タ、該バンドパスフィルタの出力信号を増幅する第1増
    幅器、該第1増幅器の出力信号を減衰する可変減衰器、
    該可変減衰器の出力信号を増幅する第2増幅器および前
    記バンドパスフィルタの出力信号に基づき前記可変減衰
    器の減衰度を制御する減衰制御部を有する自動利得制御
    回路において、 前記減衰制御部は、前記バンドパスフィルタの出力信号
    を同期検波するダブルバランスミキサおよび複数のサン
    プルを移動平均化する移動平均化回路を備えることを特
    徴とする自動利得制御回路。
  2. 【請求項2】前記ダブルバランスミキサには、前記バン
    ドパスフィルタの出力信号を遅延させる高周波遅延線お
    よび前記バンドパスフィルタの出力信号を入力とするリ
    ミタからの同位相の両出力信号が入力されることを特徴
    とする請求項1に記載の自動利得制御回路。
  3. 【請求項3】前記移動平均化回路で平均化されるサンプ
    ル数は、移動平均化パラメータ設定回路により適宜設定
    されることを特徴とする請求項1又は2に記載の自動利
    得制御回路。
  4. 【請求項4】前記ダブルバランスミキサの後段には、サ
    ンプリングクロックを受けてサンプリングするA/Dコ
    ンバータを含むことを特徴とする請求項1、2又は3に
    記載の自動利得制御回路。
  5. 【請求項5】前記移動平均化回路の後段および前段の一
    方又は両方に、ピーク値を検出して1制御周期間保持す
    るピーク検出およびホールド回路を設けることを特徴と
    する請求項1乃至4の何れかに記載の自動利得制御回
    路。
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