JP2004506207A - 受動モノパルスコンパレータを備えた無線周波数受信回路 - Google Patents

Abstract

受動ＭＭＩＣモノパルスコンパレータは、πおよびＴフィルタ構造を有する複数の集中素子ハイブリッドを備える。一実施形態では、第１のハイブリッドが第１および第２のダウンコンバート信号を受信し、第１の出力信号を第３のハイブリッドに供給し、第２の出力信号を第４のハイブリッドに供給する。第２のハイブリッドは、第３および第４のダウンコンバート信号を受信し、第３および第４の出力信号それぞれを第３および第４のハイブリッドに供給する。第３のハイブリッドは、和および仰角チャネル信号を供給し、第４のハイブリッドは方位角およびＱチャネル信号を供給する。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、概括的には受信機回路に関し、特に無線周波数（ＲＦ）受信機回路に関する。
【０００２】
発明の背景
当技術分野において既知のように、レーダシステムは、一般に、アンテナ、送信機、および受信機を備える。概述すれば、送信機は電磁信号を生成し、アンテナを通して放出すなわち放射する。放射された電磁信号は、所定の空間領域を伝搬し、電磁放射の経路にある１つまたは複数の物体（目標）で遮られる。電磁放射の一部は物体から反射してレーダシステムに向かって逆に伝搬し、レーダシステムにおいて、反射信号が受信機によって検出される。このような反射信号は、リターン信号またはエコー信号と呼ばれることがある。
【０００３】
レーダシステムが指向性アンテナを採用している場合、比較的狭い電磁放射ビームが放出され、リターン（エコー）信号が伝搬してくる方向、ひいては物体の方位を推定することができる。反射する物体までの距離またはレンジ（距離範囲）は、信号パルスを送信し、送信パルスの送信とリターン信号パルスの受信との間の時間を測定することにより、推定することができる。
【０００４】
レーダシステムの特定のタイプの１つにモノパルスレーダシステムがある。モノパルスレーダシステムとは、単一信号パルスを送信し、対応するリターンパルスまたはエコーパルスを受信することによって、物体の角度位置の完全な測定値を得るレーダシステムを指す。同じパルスを用いて行われるレンジ測定と併せて、三次元での物体位置が完全に求められる。通常、一連のエコーパルス、すなわちエコーパルス列を使用して、多数の繰り返し測定を行い、正確な物体位置の測定値が得られる。
【０００５】
モノパルス受信システムは、通常、アンテナから信号を受信し、和および差モノパルス出力信号を形成するモノパルス回路を含む。和信号および差信号は、受信したアンテナ信号を特定の様式で組み合わせることによって形成される。信号は、ハイブリッド回路と呼ばれる回路を使用して組み合わせることができる。ハイブリッド回路は、供給された信号を受信し、既知の様式でその信号を加算および／または減算する、いわゆるマジックＴ回路またはラットレース回路として設けることができる。このようなハイブリッド回路は、プリント回路あるいは導波路伝送線を使用して製造することができる。
【０００６】
単一角座標（たとえば、方位角または仰角）での物体の場所を決定するには、モノパルス回路は単一のハイブリッド回路を含むだけでよく、したがって、モノパルス回路は比較的小型である。二角座標（たとえば、方位角および仰角の双方）において物体の場所を決定するには、モノパルス回路は複数のハイブリッド回路を必要とする。したがって、二角座標において物体の場所を決定することができる従来のモノパルス回路は、比較的大型になる可能性がある。
【０００７】
モノパルス和信号および差信号は、送信信号の周波数あるいはリターン信号をダウンコンバートした後のより低い周波数で形成することができる。送信信号の周波数は、通常、マイクロ波またはミリメートル波周波数範囲にある。モノパルス和信号および差信号を送信信号の周波数で形成する場合、通常、モノパルスは、アンテナの出力ポートとモノパルスの入力ポートとの間に配置される（もしあれば）比較的少数の回路を有するアンテナに直接結合される。通常、モノパルス和信号および差信号を発生する操作は、プリント回路あるいは導波路伝送線を使用して通常製造されるハイブリッド回路によって、マイクロ波またはミリメートル波周波数で行われる。
【０００８】
送信信号周波数で（すなわち、いかなるダウンコンバートの前）和信号および差信号を得る場合、他の場合ではアンテナの出力ポートとモノパルスの入力ポートとの間に結合される回路（たとえば、ミキサ回路）によってモノパルス信号を形成するために使用される信号に添加される可能性がある付加誤差の量は低減される。たとえば、リターン信号をより低い周波数にダウンコンバートした後にモノパルス信号を形成するには、ミキサまたは他の周波数変換デバイスをアンテナの出力ポートとモノパルスの入力ポートとの間に結合する必要がある。実際の周波数変換デバイス（たとえば、ミキサ回路）は、モノパルス出力信号を供給するためにモノパルス回路で組み合わせられる信号に誤差を添加する。
【０００９】
通常、単一和チャネルおよび一対の差チャネルがモノパルス回路によって形成され、二角座標の分解能を可能にする。従来の導波路マルチモードホーンフィードを利用するシステムでは、導波路モノパルスネットワークがレーダリターン信号を処理して、適当なモノパルス和チャネルおよび差チャネルを伝搬するモンパルス和信号および差信号を発生することができる。モノパルスチャネルを通して伝搬する無線周波数（ＲＦ）信号は、導波路ミキサを使用して中間周波数（ＩＦ）信号に変換される。ＩＦ信号はＩＦ受信機に供給され、追加の処理が行われる。
【００１０】
このＲＦ導波路手法を使用してモノパルスネットワークを実施することに伴う問題の１つに、モノパルス回路が比較的大きく、比較的高価であり、かつ時間のかかる精密加工技法または電鋳技法を使用して製造しなければならないことがある。これは特に、ミリメートル波周波数範囲で動作するシステムについて言える。この欠点を克服するために、ミリメートル波長周波数で動作するシステムは、モノパルス処理前に、受信信号を中間周波数にダウンコンバートすることができる。この手法では、より高い基本周波数すなわち送信周波数でモノパルス処理を行う代わりに、モノパルス処理を中間周波数で行うことができる。一般に周波数が低い程回路の製造許容差は緩和されるが、同時に導波路回路部品の大型化を招く。したがって、導波路伝送線を使用してモノパルス情報を（特にミリメートル波周波数で）処理し変換することは、大量生産に適した実用的な低コスト案とはならない。
【００１１】
問題をさらに複雑化するのは、比較的小さな直径を有するミサイルおよび小爆発体等の発射体には、標的を正確に追跡することができるように、比較的高分解能のモノパルス受信機が必要なことである。１ギガヘルツ（ＧＨｚ）〜２０ＧＨｚという周波数範囲で動作する従来のモノパルス受信システムは、正確にターゲット（目標）を追跡するために必要な角度分解能を与えない。さらに、１ＧＨｚ〜２０ＧＨｚ範囲で動作するＲＦ回路部品のサイズは、物理的に大きくなり過ぎて扱いにくいため、多くの小型発射体に収納することができない。したがって、３０ＧＨｚよりも高いミリメートル波周波数での動作が必要となる。
【００１２】
比較的大きな直径を有するミサイル検知追尾（シーカー）システムは通常、マイクロ波周波数で動作し、ストリップライン、同軸または導波路伝送媒体を用いて実装されたハイブリッド回路部品によって構成されたコンパレータネットワークによって、モノパルス出力受信信号を形成する。モノパルス出力信号は通常、比較的大きな利得および比較的低い雑音指数を有する増幅器に供給される。増幅された信号は、次に、無線周波数（ＲＦ）マイクロ波ミキサモジュールによって、適当な中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートされる。しかしながら、直径が比較的小さな発射体内にモノパルス受信機を配置しなければならない用途では、従来の受信システムの信号伝送損失および全体的なサイズが、検知追尾装置の性能に悪影響を及ぼす。ミリメートル波（ＭＭＷ）周波数というようなより高い周波数での動作は、要求分解能を達成するための必須事項であるが、かかる周波数帯域で動作する受信装置の利用可能性には限界がある。たとえば、ＭＭＷ周波数範囲において効率的な能動的（アクティブ）検知追尾装置の動作に必要とされる性能特性（たとえば、雑音指数、電力処理、電力制限等）を有するＲＦ装置を設けることは、比較的困難でしかも費用がかかる。
【００１３】
例えば、９４ＧＨｚの動作周波数において、従来の矩形導波路の寸法が０．０５０〜０．１００インチ程度であり、多くの重要なアセンブリでは０．００１インチよりも良好な許容差が要求されることを認識すれば、ミリメートル波周波数バンドにおいて動作するレーダシステムの複雑性が認められよう。最新の製造技法を用いればいくらかコストを削減してかかるミリメートル波導波路構造を製造することは可能な場合もあろうが、許容度が厳しいかかるハードウエアの調整および検査に伴う費用は、多くの場合非常なコスト高となる。
【００１４】
さらに、導波路部品を利用してモノパルス追跡機能を有するモノパルス検知追尾装置が、送信機から出て、受信機に戻る各種信号のルーティングおよびデュプレックス（二重化）を制御するには、２０個をかなり超える異なる導波路部品が必要となることがあり得ることを認識すれば、従来の小爆発体にミリメートル波検知追尾装置を装備し調整することの問題も認められよう。モノパルス機能が必要な場合、振幅および位相双方をチャネル間で追跡するためには、前述の導波路すべてが必要となるであろう。
【００１５】
９４ＧＨｚの動作周波数では、導波路伝送線の各千分の１インチの長さが約２度の位相と等価である。したがって、必要な位相および増幅追跡を各種受信機チャネル間で安価に得ることは比較的困難であることが認められよう。
【００１６】
導波路装置を利用するミリメートル波レーダ検知追尾装置に固有の別の問題は、送信機と受信機との間を十分に分離することである。この問題は、比較的高電力の送信信号に耐え、かつ高度の分離を提供する導波路スイッチおよびサーキュレータが、一般に、比較的高い動作周波数では妥当なサイズで入手不可能なことにより深刻化する。
【００１７】
したがって、ミリメートル波周波数範囲で動作し、比較的高い電力レベルを有する信号を送信する送信機を含むシステムにおいて動作可能な、比較的低い雑音指数を有する比較的小型のモノパルス受信機を提供することが望ましい。
発明の概要
本発明によれば、無線周波数（ＲＦ）システムは、複数のアンテナポートと、複数のアンテナポートのそれぞれ１つに直接結合された第１のポート、および第２のポートをそれぞれ有する複数の保護回路とを含むアンテナを備える。第１の制御信号に応答して、各保護回路は、信号をアンテナポートのそれぞれ１つから各保護回路の第２のポートに、比較的低い挿入損特性を有する信号経路に沿って伝搬させる。各保護回路はまた、第１の保護回路ポートと第２の保護回路ポートとの間で第１の方向における第２の制御信号にも応答し、また第１の保護回路ポートを第２の保護回路ポートから分離させる第２の制御信号に応答する。この特定の構成によって、小型のＲＦシステムが提供される。アンテナポートを保護回路のポートに直接結合することにより、ＲＦシステムは、受信モードで動作可能であるとともに、送信動作モード中に、送信機回路によって生成される高信号レベルを有する送信信号から保護されることができる。受信モードで動作するために、保護回路は、保護回路ポートを通ってアンテナポートから伝搬する信号に、比較的低い挿入損特性を有する信号経路を提供するようにバイアスされる。送信モード中、保護回路は、アンテナポートから伝搬する信号から高い挿入損特性を有する信号経路を提供するようにバイアスされる。一特定実施形態では、ＲＦシステムは、複数のミキサをさらに備え、各ミキサは、複数の保護回路ポートのそれぞれ１つに結合された第１のポートと、ミキサバイアス信号を受信する第２のポートと、周波数偏移（シフト）信号を供給する第３のポートとを有する。ミキサを保護回路ポートに結合することによって、小型の受信機アセンブリが提供される。増幅器を各ミキサの第３のポートに結合することによって、比較的低い雑音指数を提供するシステムを提供しながら、比較的高い利得特性を有するシステムを提供することができる。また、モノパルスを増幅器の出力ポートに結合して、ＲＦモノパルス受信システムを提供することもできる。好ましい実施形態では、ミキサ、増幅器、およびモノパルス回路は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として設けられるため、ＲＦシステムは比較的小さな物理的面積を利用する。さらに、アンテナは、ベース部分に配置され、各保護回路の第１のポートに結合されるコルゲートホーンのベース構造におけるアンテナ入力とアンテナポートとの間で信号を結合するモーディング（ｍｏｄｉｎｇ）構造を有するコルゲートホーンとして設けることができる。受信システムは、較正信号を受信システムに注入するために保護回路に結合された較正信号注入回路も含み得る。特定の一実施形態では、保護回路は、第１、第２、および第３のポートをそれぞれ有する複数のアイソレータを含むラッチングフェライトアイソレータマトリクスであり、複数のアイソレータそれぞれの第３のポートに較正信号注入回路が結合される。
【００１８】
本発明のさらなる態様によれば、無線周波数（ＲＦ）モノパルス受信機は、ＲＦ信号ポート、局部発振器（ＬＯ）信号ポート、および中間周波数（ＩＦ）信号ポートをそれぞれ有する複数のミキサであって、それぞれ１つまたは複数のミキサダイオード逆並列対を備える複数のミキサと、ＲＦエネルギーを複数のミキサそれぞれのＲＦ信号ポートに結合する手段とを備える。ＲＦモノパルス受信機は、複数のミキサのそれぞれ１つのＩＦ信号ポートに結合された増幅器入力ポート、およびモノパルスコンパレータネットワークの複数の入力ポートのそれぞれ１つに結合された増幅器出力ポートをそれぞれ有する複数のＩＦ増幅器をさらに含む。供給される適当な入力信号に応答して、モノパルスコンパレータネットワークは、モノパルス出力信号を出力ポートに供給する。この特定の技法を用いて、比較的低い雑音指数を有する小型のミリメートル波モノパルス受信機が提供される。ラッチングフェライトアイソレータマトリクス保護回路をアンテナポートとミキサポートの間に配置することによって、ＲＦモノパルス受信機は、高電力送信信号から保護される。さらに、ラッチングフェライトアイソレータマトリクスにより、小型のミリメートル波モノパルス受信機回路が比較的高い送信電力を有するＲＦレーダシステムにおいて動作可能な受信機回路アーキテクチャの使用が可能になる。一実施形態では、ＲＦモノパルス受信機は、たとえば、能動的ミサイル検知追尾システムでの使用に適している。ＲＦ受信機は、小さな小爆発体に直接使用することができ、また代替として、ホーンアンテナの直径よりもはるかに大きな開口（アパーチャ）を有する、より高い分解能の準光学的に給電されるアンテナのためのモノパルス受信機として機能することができる。一実施形態では、低温冷却システムが受信機に結合されて、受信機が周囲温度で動作する場合に達成される雑音指数よりも低い雑音指数を受信機に提供する。
【００１９】
本発明のさらなる態様によれば、ＲＦモノパルス受信機は、複数のＲＦ入力ポートおよび複数のＩＦ出力ポートを有する回路アセンブリを備える。回路アセンブリは、（ａ）ハウジングと、（ｂ）ハウジング内に配置され、各々がＲＦ信号ポート、ＬＯ信号ポート、およびＩＦ信号ポートを有する複数の低調波（分数調波）励振（ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃａＬＬｙ ｐｕｍｐｅｄ）ミキサ回路であって、（１）ハウジングに配置された複数のミキサダイオード基板であって、ダイオード実装領域、および複数の基板のダイオード実装領域にわたって配置されたハウジングカバーに開口を設けることによって形成されるＲＦ供給領域に突出する送信結合（カップリング）領域をそれぞれ有する複数のミキサダイオード基板、（２）複数のミキサダイオード基板のそれぞれのダイオード実装領域に配置される逆並列ダイオード対、（３）各低調波励振ミキサ回路のＬＯ信号ポートとＬＯ信号ソース（源）との間に結合されるＬＯ分配回路、および（４）各低調波励振ミキサ回路のＩＦ信号ポートとＲＦモノパルス受信機のＩＦ出力ポートとの間に結合されるＩＦ分配回路をそれぞれ備えるミキサ回路と、（ｃ）ハウジングに結合されるＲＦフィード回路と、（ｄ）ＲＦエネルギーを複数の低調波励振ミキサ回路のそれぞれのＲＦ信号ポートに結合する手段と、（ｅ）モノパルス基板と、（ｆ）モノパルス基板に配置されるモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）モノパルスコンパレータネットワークであって、複数の低調波励振ミキサ回路のＩＦポートのそれぞれ１つにそれぞれが結合される複数のモノパルス回路入力ポート、およびモノパルス基板のＩＦ出力ポートに結合される複数のモノパルス回路出力ポートを有するＭＭＩＣモノパルスコンパレータネットワークとを備える。この特定の構成によって、Ｗバンド周波数範囲での使用に適したＲＦモノパルス受信機が提供される。システムは、ベース部分にモーディング構造を有し、４つの別個のアンテナポートを提供するコルゲートホーンアンテナをさらに含むことができる。アンテナのベースポートはミキサ回路のＲＦポートに結合され、コルゲートホーンのベース構造におけるアンテナポートとミキサ回路のＲＦポートの間に信号を供給する。アンテナポートとミキサ回路のＲＦ入力ポートとの間に配置される保護回路を導波路信号経路に含めることができる。特定の一実施形態では、保護回路は、第１、第２、および第３のポートをそれぞれが有する複数のアイソレータを含むラッチングフェライトアイソレータマトリクスとして設けられる。ＲＦモノパルス受信機はまた、保護回路に結合されて、較正信号を受信機に注入する較正信号注入回路も備えることができる。保護回路がラッチングフェライトアイソレータマトリクスとして設けられる場合、較正信号注入回路は、複数のアイソレータそれぞれの第３のポートに結合することができる。第１の制御信号に応答して、ラッチングフェライトアイソレータは、第１のアイソレータポート対の間で第１の方向に信号を伝搬させ、第２の制御信号に応答して、ラッチングフェライトアイソレータは、第２のアイソレータポート対の間で第２の方向に信号を伝搬させる。このような構成により、ＲＦモノパルス受信機は、送信機を含むＲＦシステムにおいて損傷を受けることなく動作することが可能である。さらに、ハウジングは、ＭＭＩＣモノパルスコンパレータネットワークを含むＲＦおよびＩＦの回路部品（構成要素）の両方が中に配置された単一ハウジングとして設けることができる。代替例として、ハウジングは、物理的および電気的に一緒に結合されたＲＦハウジングおよびＩＦハウジングから提供することができる。ＲＦミキサおよび増幅器を含むＲＦ信号部品は、ＲＦハウジングに配置され、ＭＭＩＣモノパルスコンパレータネットワーク、振幅調整回路、および移相器はＩＦハウジングに配置され、複数のＲＦ相互接続信号経路が、ＲＦハウジングとＩＦハウジングとの間にＲＦ信号経路を提供する。低変換損失、低雑音指数、Ｗバンドミキサの開発と共にＭＭＩＣ　ＬＮＡおよび新規のＭＭＩＣモノパルスを使用することにより、小径ミサイルおよび小爆発体に適合し、強化された感度を提供し、よって検知追尾装置が正確に標的を追跡することができる比較的小型で有効なＷバンドモノパルス受信機がもたらされる。この感度強化は、ミキサダイオードを局部的に冷却するために使用される冷却ハードウェアを包含することで達成される。
好ましい実施形態の説明
本発明の上記特徴ならびに本発明自体は、図面を参照した以下の詳細な説明から一層深く理解することができるであろう。
【００２０】
ここで、図１を参照すると、無線周波数（ＲＦ）受信システム１０は、複数のアンテナ出力ポート１２ａ〜１２ｄを有するアンテナ１２を備える。アンテナ１２は、所望の周波数範囲で信号を受信可能な任意のタイプのアンテナとして設けることができる。アンテナ１２は、たとえば、ホーンアンテナ、アレイアンテナ、または第１の端部１３においてＲＦ信号を受信し、アンテナポート１２ａ〜１２ｄにおいて出力信号を供給することが可能な他の任意のタイプのアンテナとして設けることができる。
【００２１】
アンテナポート１２ａ〜１２ｄは、保護回路１６の各入力ポートに結合される。特定の一実施形態では、アンテナ１２は、Ｗバンド周波数範囲の信号に応答し、別個のアンテナポートを提供するために、ベース部分（基部）に設けられるモーディング構造１４を有するコルゲート導波路ホーンとして設けられる。アンテナ１２は、第１の端部１３においてＲＦエネルギーを受信し、モーディング構造１４が、別個の４つの伝送線信号経路に沿って伝送するようにホーン１２を伝搬するＲＦエネルギーを分離する。一実施形態では、伝送線は、対象となる周波数範囲でのＲＦ信号の効果的な伝搬を促進するように選択されたサイズおよび形状を有する導波路伝送線として設けられる。
【００２２】
保護回路１６は、比較的高い振幅レベルを有する信号がシステム１０の残りの回路部品（構成要素）に伝搬しないようにし、そうすることによって、過度な信号振幅を有する信号によってかかる部品が損傷を受ける可能性を低減することができる。
【００２３】
保護回路１６は、一実施形態では、集合的に１８で示される複数のラッチングフェライトアイソレータ１８ａ〜１８ｄを含むラッチングフェライトアイソレータマトリクスとして設けられる。各アイソレータ１８は、第１、第２、および第３のポート１９ａ〜１９ｃを有し、ポート１９ｃに終端２２が結合される。第１の制御信号がバイアス線２０を通してアイソレータ１８ａ〜１８ｄに供給されることに応答して、アイソレータ１８は、信号がアイソレータ１８を通って第１の方向に伝搬するように偏波すなわちバイアスされる。たとえば、第１の制御信号がアイソレータ１８に供給されることに応答して、ポート１９ａに供給されるＲＦ信号は、時計回り方向でポート１９ｂに結合され、またポート１９ｃから分離される。
【００２４】
第２の制御信号がアイソレータ１８に供給されることに応答して、アイソレータ１８は、信号がアイソレータ１８を通って異なる第２の方向に伝搬するようにバイアスされる。たとえば、ポート１９ｃに供給される信号は、反時計回り方向でアイソレータ１８を通ってポート１９ｂに結合され、またポート１９ａから分離される。第１および第２の制御信号は、たとえば、第１の方向および逆の第２の方向にアイソレータ１８をバイアスする、比較的短い持続時間にわたって比較的高い振幅を有する電流信号（すなわち、「電流スパイク」）として供給することができる。
【００２５】
保護回路１６が、アンテナポート１２ａ〜１２ｄのそれぞれ１つからポート１９ａを通って各アイソレータ１８ａ〜１８ｄのポート１９ｂに信号を伝搬させるようにバイアスされる場合、信号はアンテナ１２から保護回路１６を通って受信機２３の入力ポート２３ａ〜２３ｄに伝搬する。この特定の実施形態では、受信機２３は、ここではモノパルス受信機として示される。
【００２６】
受信機２３は、４つの同様の受信機チャネル２５ａ〜２５ｄを有するＲＦ回路モジュール２４を備える。受信機チャネル２５ａを受信機チャネル２５ｂ〜２５ｄの代表とすると、受信機チャネル２５ａは、受信機入力ポート２３ａに結合された入力ポート２６ａとＲＦミキサ２８のＲＦポート２８ａに結合された出力ポート２６ｂとを有する遷移回路２６を備える。ミキサバイアス信号がＲＦ回路モジュールポート２７ａを通してミキサバイアスポート２８ｂに供給される。この特定の実施形態では、ミキサバイアス信号は局部発振器（ＬＯ）バイアス信号として供給される。しかし、代替の実施形態では、ミキサは、ＬＯ信号とは別個にミキサに供給可能なＤＣバイアス信号を使用してバイアスすることができる。ポート２８ａ、２８ｂそれぞれに供給されるＬＯ信号およびＲＦ信号は、既知のように組み合わせられて、第３のミキサポート２８ｃにおいて中間周波数（ＩＦ）信号を供給する。
【００２７】
ミキサＩＦポート２８ｃはＩＦ増幅器３０の入力ポートに結合され、ＩＦ増幅器３０は、供給されたＩＦ信号を受信し、出力ポートに増幅された出力信号を供給する。したがって、各受信機チャネル２５ａ〜２５ｄは、ＩＦ出力信号を出力ポートに供給する。
【００２８】
ＩＦ出力信号は、ＩＦモジュール３４のそれぞれ１つの入力ポート３４ａ〜３４ｄに結合される。ＩＦモジュール３４は、供給されたＩＦ信号を受信し、各ＩＦ信号を各振幅・位相調整回路３６に供給する。特定の一実施形態では、位相および振幅（位相・振幅）調整回路は可変減衰器３７および６ビット移相器３８を含み、可変減衰器３７および６ビット移相器３８を用いて振幅および位相それぞれの調整が達成される。当業者は、６ビットよりも少ないかまたは多いビットの移相器３８が提供され得ることを理解しよう。移相器３８に含められるビット数は、修正された信号の所望の正確度、移相器の動作に必要な制御線の数、パッケージのサイズおよび重量等を含むがこれらに限定されない様々な要因に従って選択される。６ビット移相器の場合、最下位ビットは５度の値を有する。
【００２９】
適切な振幅および位相に調整された信号が、各位相・振幅調整回路３６からモノパルス回路４０の入力ポート４０ａ〜４０ｄに結合される。モノパルス回路４０は、入力ポート４０ａ〜４０ｄに供給された信号を組み合わせ、モノパルス出力信号（Σ、ΔＥＬ、ΔＡＺ、Ｑ）をポート４１ａ〜４１ｄに供給する。
【００３０】
好ましい実施形態において、受動（パッシブ）モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）モノパルス回路としてモノパルス４０を提供してもよいことに留意されたい。しかし、代替の実施形態では、能動ＭＭＩＣ回路としてモノパルス回路４０を提供することが望ましい場合がある。さらなる代替として、モノパルス回路は、ＭＭＩＣ回路の製造に適した媒体以外の伝送媒体から構築してもよい。
【００３１】
簡単に図１Ａを参照すると、代替の実施形態においては、システム１０’は、たとえば、アイソレータまたはスイッチとして設けることができる保護回路４６を通して較正信号を供給する較正信号源（ソース）４５を含む較正回路４４を備える。好ましい実施形態では、較正信号ソース４５によって供給される較正信号は、所定の信号振幅を有する実質的に純粋な正弦信号に対応する。
【００３２】
較正信号は、保護回路４６を通して電力分割器４８の入力ポート４７に結合される。この特定の実施形態では、電力分割器４８は出力ポート４８ａ〜４８ｄを含み、出力ポート４８ａ〜４８ｄそれぞれは、アイソレータ１８ａ〜１８ｄのアイソレータポート１９ｃのそれぞれ１つに結合される。
【００３３】
本明細書では、受信機チャネルの数に対応する数の出力ポートを有する電力分割器４８が設けられる。しかし、用途によっては、各受信機チャネルに較正信号を供給する必要がない場合もある。したがって、一般に、電力分割器４８は、較正すべき各受信機チャネル２５に較正信号を供給する。
【００３４】
用途によっては、アイソレータ１８のポート１９ｃに結合される終端２２（図１）を除去して較正信号を供給できるようにすることが望ましい場合もあれば、スイッチ（図示せず）を介して較正信号をアイソレータポート１９ｃに結合することが望ましい場合もある。この手法では、スイッチの共通ポートがアイソレータポート１９ｃに結合され、第１のスイッチアームが終端に結合され、第２のスイッチアームが較正回路４４からの較正信号を受信するために結合される。さらに他の用途では、較正信号を受信機チャネルの一部に結合することが望ましい場合もある。
【００３５】
受信システム１０は、較正モードおよび受信モードのいずれか一方で動作する。受信システムを較正モードにするには、信号が反時計回りの方向に伝搬し、よって信号がポート１９ｃからポート１９ｂに伝搬するように、アイソレータ１８がバイアスされる。保護回路４６は、信号ソース４５と電力分割回路４８との間に比較的挿入損の低い信号経路を提供する。
【００３６】
較正モードでは、較正信号ソース４５が、較正信号を各アイソレータ１８のポート１９ｃに供給する。較正信号は、アイソレータポート１９ｃからポート１９ｂに結合され、入力信号としてＲＦ回路モジュール２４のポート２３ａ〜２３ｄに供給される。ＲＦ回路モジュール２４は、較正信号周波数の変換（すなわち、ダウンコンバート）に応答して、較正信号を出力ポート２４ａ〜２４ｄに供給する。
【００３７】
ＩＦモジュール３４は、ダウンコンバートされた較正信号をＲＦモジュールポート２４ａ〜２４ｄから受信し、較正モノパルス出力信号をポート４１ａ〜４１ｄに供給する。較正出力信号出力４１ａ〜４１ｄの振幅および位相をモニタリングし、予期されるチャネル毎の信号特性に関連付けられ、測定された出力信号に誤差修正を行うことができる。予期されるチャネル毎の信号特性は、許容されるモノパルス性能をもたらす既知の動作条件に基づいて、初期の受信機の統合（インテグレーション）および位置合わせ（アライメント）中に規定される。したがって、較正モードでは、（非均一モジュール加熱）等事前に予測することができない動作環境に起因するチャネル間誤差の修正が可能である。
【００３８】
較正信号をＩＦモジュール３４に導入する第２の較正回路はＩＦ較正信号ポート４２を含み、ＩＦ較正信号ポート４２を通して較正信号がカプラー（結合）回路４３に供給される。結合回路４３は、較正信号の所定部分を振幅・位相調整回路３６の入力に結合する。較正信号は、回路３６を通ってモノパルス４０に伝搬し、較正出力信号がポート４１ａ〜４１ｄに供給される。ここで、ＩＦ較正信号は、ＩＦモジュール３４の１つのチャネルのみに供給されるように示されている。しかし、ＩＦ較正信号はＩＦモジュール３４の任意の単一チャネルに供給してもよく、または代替としては、ＩＦモジュールの各チャネルが結合器４３を備え、ＩＦ較正信号をＩＦモジュール３４のすべてのチャネルに供給（同時に、または同時にではなく）することができることは理解されるべきである。
【００３９】
再び図１を参照すると、用途によっては、受信システム１０を反射アンテナのフィード（給電）回路として利用することが望ましい場合もあることにも留意されたい。これは、マルチモードフィードホーン１２および反射器の焦点面を位置合わせすることによって達成される。しかし、他の用途では、マルチモードフィードホーン１２をモノパルスアンテナとして直接使用する場合もある。
【００４０】
オプションの冷却システム４９を、各受信機チャネル２５におけるミキサ２８および増幅器３０等の能動回路部品に結合して、部品２８におけるミキサダイオードおよび増幅器３０における電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の能動素子を冷却することによって、受信機２３の雑音指数を低下させることができる。冷却システム４９は、ミキサ２８および増幅器３０のうちの一方または双方それぞれの冷却に使用することができる。
【００４１】
小型のサイズを有するシステム１０を提供するために、増幅器３０、振幅・位相調整回路３６、移相器３８、およびモノパルス回路４０をすべて、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として設けることができる。このようなアセンブリは、室温で比較的低い雑音指数を有するとともに、ミサイル、軍需品、および比較的小さな直径を有する他の発射体において受信システム１０を使用できるようなサイズを有する受信機２３になる。
【００４２】
これより図２を参照すると、ミリメートル波モノパルス受信機５０は、内部に圧力ウインドウ５２が配置された第１のアパーチャを有するコルゲートホーンアセンブリ５１を含む。圧力ウインドウ５２は受信機５０に密封機構を提供し、その理由については以下で更に詳しく説明する。コルゲートホーン５１の第２の端部は、複数の取り付け孔５４が設けられているベース（基部）プレート５３を含む。
【００４３】
コルゲートホーン５１および圧力ウインドウ５２は、圧力ウインドウ５２を介して密封アパーチャを備えつつも、所定の周波数帯内の周波数を有する信号に対して、比較的低い挿入損特性を与える。特定の一実施形態では、コルゲートホーン５１は、Ｗバンド準光学ガウスビーム（Ｗ−Ｂａｎｄ Ｑｕａｓｉ−ｏｐｔｉｃａｌ Ｇｕａｓｓｉａｎ Ｂｅａｍ）入力信号に効率的に結合するのに適している。
【００４４】
図２Ａ、図２Ｂにおいて一層明確に見ることができるように、ホーンフレアとベースプレートとの間の遷移領域にはモーディング構造も形成されており、捕捉したエネルギーを４つの同一の導波路伝送線５７に分離する。簡単に図２Ｂを参照すると、フランジ５３内に形成されている導波路５７を明確に見ることができる。フランジ５３の表面からは、オプションの位置合わせピン５４ａが突出しており、スイッチアセンブリ５５（図２）の表面にある対応の孔と係合することにより、フランジ５３内の導波路アパーチャ５７を、スイッチアセンブリ５５内の同様の形状のアパーチャ５７と整合させる。
【００４５】
再び図２を参照すると、導波路エネルギーは、主に保護の目的で使用するラッチングフェライトアイソレータ（スイッチ）マトリクス５５を通過する。また、スイッチマトリクス５５は、図１のアイソレータポート１９ｃに対応するアイソレータ（１つまたは複数）の１つまたは複数の信号ポートを介して、Ｗバンド周波数範囲内の周波数を有する較正信号を供給することによって、Ｗバンド較正トーン（ｔｏｎｅ）の注入も可能にする。
【００４６】
受信動作モードでは、ホーン５１はＲＦ信号を受信し、受信したＲＦエネルギーを、モーディング構造を介して、コルゲートホーン５１の第２の端部すなわち底部端にあるフランジ５３内に配置された４つの矩形状導波路伝送線５７に結合する。フランジ５３は、整合孔およびピン５４、５４ａが、スイッチアセンブリ５５内の対応する孔５９と整合するようにスイッチアセンブリ５５の第１の面上に配置される。
【００４７】
スイッチアセンブリ５５は、Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ （ＥＭＳ） Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが供給し、型番４４９Ｄ−６８と識別されるタイプのラッチングフェライトアイソレータマトリクスとすることができる。受信機５０がミサイルまたは送信機を含むその他の発射体内に配置される場合、比較的高い電力漏洩信号が受信回路５６の回路部品に損傷を与える可能性があるため、スイッチアセンブリ５５は、ホーン５１に入射する送信機漏洩信号が受信回路５６に伝搬するのを防止する。
【００４８】
ＲＦ送信信号パルスがアンテナ５１に漏れ込む可能性がある時間がわかるため、スイッチアセンブリ５５を適切な時点で送信状態および受信状態間で能動的に切り替えることができる。スイッチアセンブリ５５をラッチングフェライトサーキュレータとして設ける場合、フェライトコアを通過する絶縁ワイヤが、ワイヤを通して供給されるＤＣ電流として供給される制御信号を搬送し、ラッチングフェライトアイソレータ５５内に磁界を形成することによってフェライトにバイアスをかけ、どのサーキュレータ信号経路が比較的低い挿入損特性を有し、どのサーキュレータ信号経路が比較的高い挿入損特性（分離）を有するかを判断する。このように、ラッチングフェライトアイソレータの所定のポートをスルーポートと言い（すなわち、あるポートから他のポートに特定の方向に伝搬する信号は、信号減衰量が比較的少ない）、ラッチングフェライトアイソレータの所定のポートを分離ポートと言う（すなわち、あるポートから他のポートに特定の方向に伝搬する信号は、信号減衰量が比較的多い）。
【００４９】
磁界がスイッチアセンブリ５５内に生じると、これらは自己保持（すなわち、ラッチ）し、ＤＣ電流を除去することができる。スイッチアセンブリ５５のポート間で挿入損特性を変更することが望ましい場合、最小の所定電流レベルを有するＤＣ電流を印加し、すでに印加した信号によって生じるバイアス磁界をオフセットし、フェライトコア内に磁界を再び生じさせ、これによって第２の所定の方法で様々なポート間における挿入損のレベルを変更する。
【００５０】
こうして、この特定の用途では、サーキュレータ５５は、受信機能および送信機能それぞれの間に、アンテナ５１と受信機チャネルの１つまたは高電力ＲＦ終端（図１における終端２２等）との間に比較的低い挿入損特性を有する信号経路を選択するために用いられる。好ましい実施形態では、スイッチアセンブリ５５は、２０デシベル（ｄＢ）以上の分離特性を有する分離信号経路、または約０．５ｄＢの挿入損を有する比較的低損失の信号経路のいずれかを提供する。
【００５１】
また、スイッチアセンブリ５５は、プレモノパルス（ｐｒｅ−ｍｏｎｏｐｕｌｓｅ）ＲＦ較正信号の注入に都合の良い場所も提供する。具体的には、図１Ａと関連付けて上述したように、終端が結合されているスイッチポート（たとえば、図１のポート１９ｃ）を較正信号入力ポートとして用いることができる。
【００５２】
特定の用途に高電力保護が不要な場合、スイッチアセンブリ５５を受信機５０から省略することによって、受信機５０のサイズを低減することも可能である。また、スイッチ５５はアンテナ５１から受信回路５６に伝搬する信号に追加の挿入損をもたらすので、スイッチアセンブリ５５の除去すなわち省略によって、システム５０全体の雑音指数も改善される。
【００５３】
スイッチアセンブリ５５は、ＲＦモジュールカバー５８上に配置される。モジュールカバー５８には、その中に開口（アパーチャ）５８ａおよびスイッチアセンブリ５５に設けられた取り付け孔５９と対になった複数の取り付け孔５９が設けられる。ＲＦモジュールカバー５８は、１つまたは複数の整列ピン５９ａも含み、スイッチアセンブリ５５の整列孔に突出することによって、ＲＦモジュールカバー５８をスイッチアセンブリ５５に位置合わせする。
【００５４】
ＲＦモジュールカバーのアパーチャ５８ａ内には、ＲＦ絶縁カバー６０が配置される。ＲＦ絶縁カバー６０は、複数の導波路信号経路６２を含み、これらは、コルゲートホーン５１のベース部分５３およびスイッチアセンブリ５５の双方に設けられた導波路信号経路５７と整列する。ＲＦ絶縁カバー６０は１つまたは複数のスロット６３も含み、これを以下に述べるように用いて、ホーン５１の導波路５７、スイッチアセンブリ５５および絶縁カバー６０内の導波路６２間における適正な位置合わせを確保する。
【００５５】
さらに、受信機５０は、内部底面から突出する１対の整列ボス６６を有するＲＦハウジング６４も含む。整列ボス６６は、ＲＦ絶縁カバー６０内の対応するスロット６３と係合することにより、コルゲートホーン５１およびスイッチ５５内の導波路５７に対するＲＦ絶縁カバー６０の適切な向きおよび位置決めを確保する。また、整列ボス６６は、基板をＲＦハウジング６４内に配置する際に、基板６８上に形成されているミキサ回路に対する導波路信号経路６２の正しい向きおよび位置決めも確保し、隣接する受信チャネル間の分離も助ける。
【００５６】
簡単に図２Ｃ、図２Ｄを参照すると、ＲＦモジュールカバー５８をＲＦハウジング６４上に配置する前に、ＲＦハウジング６４の内側底面部に設けられた、適切な形状の凹部６４ａ（図２Ｄ）内に、複数のミキサ基板６８を配置し、図２Ｄにはその一部分のみを示す。基板６８上には、ミキサ回路６９（図２Ｄ）が配置されている。ミキサ基板６８のそれぞれは、いわゆるＥ面プローブを形成する突出部７０（図２Ｄ）を含み、実質上ＴＥ１０導波路モードにおいて導波路６２内を伝搬する電界エネルギーをマイクロストリップモードに結合することにより、ＲＦ分離カバー６０内のＷバンド導波路信号を、各受信チャネル内の低調波（分数調波）ミキサ（ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃ ｍｉｘｅｒ）６９（図２Ｄ）に効率的に遷移させる。このように、ミキサ基板の突出部７０およびその上に配置された関連の伝送線は、導波路−マイクロストリップ遷移回路を形成する。
【００５７】
ミキサ基板６８上には、ミキサダイオード７１および伝送線７２が配置され、これによってミキサ回路６９が形成される。導波路−マイクロストリップ遷移回路の性能は、導波路バックショートアセンブリ（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｂａｃｋｓｈｏｒｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ）７３を介して最適化することができ、導波路バックショートアセンブリ７３は、突出領域７０上に配置されたＥ面プローブ７０ａから所定の距離だけ、突出領域７０の区域内の凹領域６４ａの底面を離間させることによって形成される。ここでは、基板７０の一部を取り去り、バックショート７３を露出させている。バックショート７３によって生じる電界構造を、シムまたはその他の適当な機構の使用によって調節することにより、電界信号を効率的にＥ面プローブ７０ａに結合することが可能となる。理想的には、かかるバックショートアセンブリは、導波路内の特定の物理的位置において、短絡回路インピーダンスを生じる。好ましい実施形態では、バックショートアセンブリは、突出プローブ７０ａから、１／４波長（導波路媒体における）の奇数倍に相当する距離のところに配置される。
【００５８】
再び図２および図２Ｃを参照すると、ＲＦハウジング６４内には、ＬＯおよびＩＦ分配回路基板７５およびＩＦ整相基板（ｐｈａｓｉｎｇ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）７６も配置されている。ＬＯおよびＩＦ分配基板７５は、ＬＯおよびＩＦ分配回路を含み、局部発振器信号および中間周波数信号を、ＲＦハウジング６４の適切なポートに分配する。ＩＦ整相基板７６は、粗い位相補償を行い、受信機チャネルの各々の位相を一致させ、ＩＦ信号をさらに増幅するために用いられる。
【００５９】
ミキサ基板６８、ＬＯおよびＩＦ分配基板７５、ならびにＩＦ整相基板７６をハウジング６４内に配置して、ＲＦ絶縁カバー６０をその上に配置する。次いで、ＲＦモジュールカバー５８、スイッチ５５およびホーン５１をＲＦモジュールハウジング６４に結合することができる。
【００６０】
また、ＲＦハウジング６４には、内部に複数の開口８８が設けられており、これらを通じて、ＩＦインターフェースのコネクタ９０に対応するものが配置され、ＲＦハウジング６４とＩＦハウジング９２との間にＲＦ接続を形成する。ＩＦハウジング９２の内部には、ＩＦ基板９４が配置されている。ＩＦ基板９４上には、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）モノパルスコンパレータネットワークが配置されている。ここでは、ＭＭＩＣモノパルスコンパレータネットワークは、供給される信号を受信し、ＩＦハウジング９２の出力ポート９２ａ〜９２ｄにモノパルス出力信号を形成することを述べれば十分であろう。ＩＦモジュールカバー９６が、ＩＦハウジング９２の開放面上に配置され、ＩＦ排気ハウジング（ＩＦ ｅｖａｃｕａｔｉｏｎ ｈｏｕｓｉｎｇ）９８がＩＦハウジング９２の第２の対向面上に配置されている。ＩＦアセンブリは、ＩＦ排気ハウジング９８内に設けられた排気ポート９８ａを介して排気される。また、ＩＦモジュールは、図１および図１Ａとの関連で上述した振幅および位相調節回路３６と同様の振幅および位相調節回路を含むことも可能である。
【００６１】
ミキサ回路６９は、ＩＦ信号をＬＮＡ３０（図２Ｃ）の対応するものに供給し、次いでＬＮＡ３０は、フィードスルー回路９０を介して、増幅したＩＦ信号を振幅・位相調節回路３６（図２Ｃ）およびモノパルス回路４０（図２Ｃ）に供給する。
【００６２】
図２に見られるように、ＲＦハウジング６４は、底面から突出した１対のクライオスタットチューブハウジング（ｃｒｙｏｓｔａｔ ｔｕｂｅ ｈｏｕｓｉｎｇ）８０を有する。クライオスタットチューブハウジング８０は、ミキサダイオードおよび低雑音増幅器を冷却するために用いられるクライオスタットアセンブリ８２を受け入れることにより、受信機アセンブリ５６の雑音指数を低下させる。ＲＦ排気ハウジング８４が、クライオスタットチューブハウジングおよびクライオスタットアセンブリ８２上に配置され、ガスケット８６によって形成される気密封止を介して、ＲＦハウジング６４の底面に結合される。ＲＦアセンブリは、ＲＦ排気ハウジング８４内に設けられた排気ポート８６ａを介して排気される。
【００６３】
一実施形態では、低温冷却ハードウェアはステンレス鋼で製造される。２つのクライオスタットがアルゴンガスをＲＦハウジング６４の背面、ミキサダイオード７１（図２Ｄ）の直下に送出する。２つのクライオスタットは、排出チャンバとしても機能するデュワーアセンブリ（ｄｅｗａｒ ａｓｓｅｍｂｙ）内部に配置される。デュワー／受信機アセンブリから密閉ホーンアセンブリまですべて部分的（準）真空に引かれる。ホーンとデュワーアセンブリとの間の機械的界面において、グリスを塗布したＯリングによって、真空密閉状態が維持される。
【００６４】
ホーンおよびスイッチアセンブリを含む完全に統合したＷバンド受信機５０の典型的な動作特性を表１に示す。この受信機特性は、ミキサダイオードの冷却による改善を仮定して決定された。
【００６５】
【表１】

また、図２にも示すように、受信機５０は２つの主要ハウジングに区分されている。この実施形態では、ＲＦハウジング６６がＲＦエネルギーを捕捉し、捕捉したＲＦ信号を４つのチャネルに分割し、ＲＦ信号をＣバンド周波数範囲にダウンコンバートする。Ｃバンド周波数信号は、ＲＦモジュール内にある低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０に供給され、低雑音増幅が行われる。増幅されたＣバンド周波数信号は、ＲＦハウジングの出力ポート８８からＩＦハウジング９２の入力ポートに、コネクタ９０を介して結合される。ＩＦハウジング９２は、図１に関連付けて上述した回路３６と同様の位相・振幅調節回路を含み、位相・振幅調整回路を使用して、受信機５０のモノパルスＣバンド出力信号を発生するモノパルス回路によって４つの信号が処理される前に、Ｃバンド周波数信号の振幅および位相を適宜調整する。
【００６６】
低温冷却される低雑音指数のミリメートル波モノパルス受信機５０は、大径反射アンテナの給電部（ｆｅｅｄ）を形成する準光学伝送線に適合するように構成することができる。かかるユニットは、反射器から独立して使用することもでき、小型の発射体に対してはより広いビームのモノパルスアンテナ性能を備え、またはレンズアセンブリの焦点面内に配して適切なフィード照射特性を得ることができる。ミサイルレーダ用途に加えて、基本的なミキサアーキテクチャ（冷却および非冷却）の他の構成も、気象レーダ、宇宙空間放射計ならびに衛星および航空機搭載撮像システム等、様々なその他の商用ミリメートル波用途にも使用可能である。
【００６７】
次に図３を参照して、局部発振器信号入力ポート１００ａ、較正信号入力ポート１００ｂ、ＩＦモノパルス信号出力ポート８８ａ〜８８ｄ、および１対のＤＣバイアス端子１００ｃを有する単一のモジュールミリメートル波集積回路（ＭＩＣ）として製造されたＲＦ受信機アセンブリ１００を示す。ＲＦミキサ回路６９は基板６８に配置され、ここでは、厚さ０．００５インチのアルミナまたはその他の適当なマイクロ波／ミリメートル波基板材料で構成され、水晶、融解シリカ、ガリウム砒素または当業者に既知の他の適当な材料であることができる。基板６８の底面上には、接地面導体１０２が配置されている。基板６８の上面上には複数のストリップ導体１０５が配置され、これらがＲＦ信号経路および逆並列ダイオード対１０４を形成する。
【００６８】
ＬＯ入力ポート１００ａに供給されるＬＯ信号は、電力分割器１０６を介して結合され、第２および第３の電力分割器１０８、１１０に供給され、第２および第３の電力分割器１０８、１１０がさらに電力を分割し、ＬＯ信号をミキサ回路６９ａ〜６９ｃの各ポートに供給する。ミキサを適宜バイアスすると、導波路を通じて逆並列ダイオード対１０４に供給されたＲＦ信号は、ミキサＩＦ出力ポートにおいて中間周波数信号を生成し、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）低雑音増幅器（ＬＮＡ）１１２の入力ポートに結合される。ＬＮＡ１１２のそれぞれは、供給されたＩＦ信号を、ＭＭＩＣモノパルスネットワークコンパレータ１１６の複数の入力ポートのうち対応する１つに供給する。ＭＭＩＣモノパルスコンパレータは、モノパルス信号を形成し、このモノパルス信号をＩＦ出力ポート８８ａ〜８８ｄに供給する。
【００６９】
この特定の実施形態により、（図２に関連付けて上述した複数のハウジングを用いる手法とは対照的に）受信機１００は単一のハウジング１０１に配置されることに留意されたい。
【００７０】
動作において、Ｗバンド信号は、金めっきしたステンレス鋼のカバー６０（図２）に設けたＷＲ１０導波路伝送線路等の導波路伝送線を通してＲＦアセンブリに入力される。Ｑバンド周波数範囲内のＬＯ信号が、２．４ミリメートル（ｍｍ）同軸コネクタ等のＲＦコネクタを介して、入力ポート１００ａに供給される。ＬＯ信号は、一連のウィルキンソン型電力分配器１０６、１０８、１１０を介して結合され、ミキサ回路６９ａ〜６９ｄのそれぞれに供給される。
【００７１】
ミキサ６９ａ〜６９ｄのそれぞれは、ＩＦ信号をガリウム砒素（ＧａＡｓ）ＭＭＩＣ　ＬＮＡ１１２の入力に供給し、ＭＭＩＣ　ＬＮＡ１１２はＩＦ出力信号のそれぞれを増幅する。増幅されたＩＦ出力信号は、ＬＮＡ１１２からモノパルスコンパレータ回路１１６の各入力ポートに結合される。モノパルス回路１１６は、供給されるＩＦ信号を受信し、ＩＦ出力ポート８８ａ〜８８ｄにモノパルス出力信号を発生する。
【００７２】
特定の一実施形態では、モノパルスコンパレータ回路は、ＧａＡｓ　ＭＭＩＣ処理技法を用いて製造され、ＭＭＩＣ集中回路素子（構成要素）を用いて、和信号および差信号を形成する。
【００７３】
ＩＦ出力信号および較正信号は、ＯＳＭＰガラスビーズ同軸コネクタを介して、それぞれのポート８８ａ〜８８ｄおよび１００ｂに結合される。また、ハウジング１０１には、１対の基準電圧バイアス端子１００ｂ、１００ｃも結合され、これらを介して、ＤＣバイアス信号が２対の低雑音増幅器に結合される。特定の一実施形態では、バイアス源は、＋５ＶのＤＣバイアス源として設けられ、ＬＮＡは約８０ｍＡの電流を引き出すように選択される。
【００７４】
導波路−マイクロストリッププローブ遷移部７０は、各Ｗバンド信号を、低調波ミキサのダイオード対に供給する。ダイオード対は、たとえば、対象の周波数範囲内の信号に応答する背面結合ショットキダイオードとして設けることができる。これらのダイオードは、Ｗバンド信号をＱバンド局部発振器入力の第２の高調波と混合し、Ｃバンド周波数範囲の周波数を有するＩＦ信号を発生する。
【００７５】
典型的な厚さが約０．００５インチ（５ミル）の各アルミナミキサ基板６８を設け、Ｗバンド周波数範囲におけるミキサの適宜動作を確保する。ＬＯ分配ネットワークおよびすべてのＩＦ回路が配置される基板は、約０．１０インチ（すなわち、１０ミル）の厚さを有するアルミナ基板として設けられる。ＲＦアセンブリ１００は、エポキシおよびはんだの組み合わせを用いて、基板とハウジング１０１と間の高い接着性およびグラウンドコンタクト（接地接触）を常温動作および低温動作の双方に対して達成する。
【００７６】
次に図４を参照すると、受信機１２０の部分分解図により、第１の端部に結合されたクライオスタットアセンブリ１２３および第２の端部に結合されたＲＦモジュール１２５を有するデュワー１２２が明らかになる。クライオスタットアセンブリ１２３は、クライオスタット１３４ａ、１３４ｂ、およびこれらから突出するクライオスタット排出部１３６ａ、１３６ｂを有するクライオスタットベースプレート１３３を含む。ＲＦモジュール１２５は、ＲＦモジュールカバー１２４、ＲＦモジュールベース部１２６、およびステンレス鋼チューブ１２８ａ、１２８ｂを含む。ＲＦモジュール１２５がデュワー１２２に結合されると、モジュール１２５はＯリング溝１３０上に配置され、チューブ１２８ａ、１２８ｂはクライオスタットアセンブリ１２３の一部を受容する。ＲＦモジュール１２５は、ＲＦモジュールベース１２６内に配置されている基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する材料で提供されている。たとえば、ベース１２６内に配置されている回路が、薄膜アルミナマイクロストリップ回路として設けられる場合、ベース１２６は、薄膜アルミナマイクロストリップ基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する合金４６等の材料で提供すればよい。勿論、他の材料の組み合わせを用いて、ハウジングおよびその中に配置される基板を設けてもよいことを当業者は認識するであろう。
【００７７】
前述のように、一実施形態では、低調波励振ミキサは、ＬＯ信号の第２の高調波を用いて、４つのチャネル受信機に入射するＷバンドＲＦエネルギーを効率的に所望のＩＦ周波数にダウンコンバートすることにより、処理を一層容易にすることを可能にしている。ＧａＡｓショットキー逆並列ビームリードダイオードは、ミキサ回路６９ａ〜６９ｄに用いられる非線形素子である。これらダイオードは、厚さ５ミルのアルミナ基板上に取り付けられ、適切な周波数でのダイオードに対する適当なインピーダンス整合のための濾波および伝送線路構造は、薄膜技術を用いてエッチングすることができる。
【００７８】
図５は、本発明による受動ＭＭＩＣモノパルスコンパレータ２００の例示的な実施例を示す。一般に、モノパルス２００は、完全な受動素子を提供するために共に結合された一連の集中素子ハイブリッド回路２０２ａ〜２０２ｄを備える。各集中素子ハイブリッド回路２０２は、以下に詳細に説明するように、モノパルス回路に求められる信号位相偏移を共に提供する、いわゆるπ型フィルタ回路およびＴ型フィルタ回路を含む。この構成は、分布素子ハイブリッド回路を有する従来のモノパルス回路からの空間および電力の劇的な節減をもたらす。
【００７９】
モノパルスコンパレータ２００は、各入力ポート２０４ａ〜２０４ｄにおいて入力信号Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤを受信し、入力信号Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤは、図１の振幅・位相調整回路３６から入力ポート４０ａ〜４０ｄに供給されるダウンコンバートされた信号に対応することができる。入力信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから、モノパルスコンパレータ２００は、当業者には既知の技法を使用しての続く目標追跡処理のために、和（ＳＵＭ）信号、方位角（ΔＡＺ）信号、仰角（ΔＥＬ）、およびデルタ−デルタ、すなわちＱ（ΔＱ）信号のそれぞれを出力ポート２０６ａ〜２０６ｄに供給する。
【００８０】
図６〜図７は、図５の集中素子ハイブリッド回路２０２を概略的に示す。一実施形態では、ハイブリッド回路２０２は、１個のＴ回路２５０、および３個のπ回路２５２ａ〜２５２ｃを含む。Ｔ回路２５０は、第１のコンデンサ２５６と第２のコンデンサ２５８との間に結合された１個のインダクタ２５４を備える。すなわち、Ｔ回路２５０は、直列コンデンサ−シャント（並列）インダクタ−直列コンデンサ構成を有する。Ｔ回路２５０は、従来の１８０度ハイブリッド回路において使用される３／４波長線に代わる高域フィルタ回路と見なすことができる。
【００８１】
π回路２５２ａ〜２５２ｃは、既知のハイブリッド回路における１／４波長線に代わる低域フィルタ回路を提供する並列コンデンサ−直列インダクタ−並列コンデンサ構成を有する。１８０度の相対位相偏移に対して、π回路は９０度の位相偏移を提供し、Ｔ回路は２７０度の位相偏移を提供する、。ハイブリッド回路２００の低域フィルタ構造および高域フィルタ構造は、従来の分散素子ハイブリッド回路における部品に代わるものであり、伝送線の長さに依拠して所望の信号位相偏移を提供する。このように、受動素子２００のフィルタ構造では、特に受動モノパルスがダウンコンバートされた信号を受信する実施形態において、伝送線ベースの回路からの大幅な空間の節減が達成される。加えて、本発明のフィルタ構造は、伝送線ベースの回路とは異なり、他の周波数での使用に容易にスケーリング可能である。
【００８２】
一実施形態では、各インダクタの相対インピーダンス特性は同じ、すなわちＬである。コンデンサの相対インピーダンス値はＣおよび２Ｃで示される。Ｔ回路２５０から最も離れたコンデンサは、その他のコンデンサの静電容量Ｃの２倍の相対静電容量２Ｃを有することができる。これは、Ｔ回路２５０の両側に配置されたポートにある隣接する低域フィルタ（π）回路からの並列コンデンサの組み合わせによるものである。
【００８３】
インダクタおよびコンデンサのインピーダンス値は、集中素子ハイブリッドごとに必要な位相偏移を達成するように変更可能なことが分かる。当業者は、集中素子ハイブリッドの誘導性素子および容量性素子に最適なインピーダンス値を容易に決定することが可能である。
【００８４】
一実施形態では、インダクタに関連する寄生容量が求められ、コンデンサの静電容量値Ｃを選択する際に考慮された。たとえば、インダクタが、関連する寄生静電容量１ｐＦを有し、コンデンサに所望な静電容量値Ｃが３ｐＦである場合、回路は公称コンデンサ値２ｐ（３ｐＦ−１ｐＦ）で実装される。インダクタの寄生静電容量値は、公称値と組み合わせて、所望の有効値３ｐＦをもたらす。こうして、インダクタからの寄生容量は、隣接するコンデンサに吸収される。インダクタの質がある意味改善され、よりよいモノパルス性能がもたらされる。
【００８５】
図８は、図６〜図７に示すものなどの４個の集中素子ハイブリッド回路２０２ａ〜２０２ｄを含む、図５のＭＭＩＣモノパルスコンパレータ２００を概略的に示す。各集中素子ハイブリッド２０２の相対的な向きは、ハイブリッドのコーナー（角）にあるドットで示される。
【００８６】
第１のハイブリッド２０２ａは、入力信号ＡおよびＢを受信し、第１の出力信号１ＨＯ１を第３のハイブリッド２０２ｃに供給し、第２の出力信号１ＨＯ２を第４のハイブリッド２０２ｄに供給する。第２のハイブリッド２０２ｂは、入力信号ＣおよびＤを受信し、第１の出力信号２ＨＯ１を第３のハイブリッド２０２ｃに供給し、第２の出力信号２ＨＯ２を第４のハイブリッド２０２ｄに供給する。第３のハイブリッド２０２ｃは、第１および第２のハイブリッド２０２ａ、２０２ｂから信号１ＨＯ１、２ＨＯ１を受信し、ＳＵＭチャネル信号および仰角（ＥＬ）チャネル信号を供給する。第４のハイブリッド２０２ｄは、第１および第２のハイブリッド２０２ａ、２０２ｂから入力信号１ＨＯ２、２ＨＯ２を受信し、方位角（ＡＺ）チャネル信号およびデルタ−デルタ（Ｑ）チャネル信号を供給する。
【００８７】
一実施形態では、ハイブリッド２０２内のフィルタ構造（πおよびＴ）は、約７０．７Ωの特性インピーダンスを有し、よく整合したリアクティブ（リアクタンス性）二方向電力分割器／結合器を各ハイブリッドインタフェースに提供する。加えて、π型構造およびＴ型構造の双対性により、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）相互作用によるフィルタ応答の位相プッシュおよびプル（ｐｈａｓｅ ｐｕｓｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｕｌｌｉｎｇ）が減少する。また、π型フィルタおよびＴ型フィルタの双対性は、大きさおよび位相の応答が同様の反射減衰量も互いにもたらす。各フィルタネットワークにおける最初および最後の素子はコンデンサであるため、反射減衰量は同じ位相の容量性である。フィルタの双対性はまた、各ＲＦ経路を通しての挿入損が比較的広い周波数範囲にわたって同様の値を有するようにする。挿入損は、ハイブリッドの向きに関連する位相進みまたは位相遅れにより各ネットワークタイプで異なることが分かる。すなわち、直列インダクタは位相遅れをもたらす一方で、並列インダクタは位相進みをもたらす。
【００８８】
ハイブリッド２０２内の接続およびモノパルス外部の接続は、高インピーダンス（狭い）線路、たとえば、１００Ωで形成して、信号を歪ませ得る接合（ジャンクション）作用を低減することができる。ハイブリッドを相互接続する伝送線長は、約９０度、すなわち二相に対応する低インピーダンス（広い）線路を有して、ハイブリッド間のＶＳＷＲ相互作用を低減することができる。普通ならば、反射信号が１８０度往復位相偏移（シフト）により互いに相殺する可能性がある。内部および外部のハイブリッド接続の相対的な広さおよび狭さは、図５から明らかである。
【００８９】
一実施形態では、従来技術の素子に使用されるエアブリッジが、次に高いレベルのアセンブリ内の隣接する回路から伝送線路上のチップＩ／Ｏパッドまでのワイヤボンディングに取って代わった。この構成は、受動モノパルスチップ上のチャネル間分離を改善し、２５ｄＢ〜３０ｄＢ程度の漏洩信号が低振幅デルタヌルを「スワンプアウト（ｓｗａｍｐ ｏｕｔ）」させないようにする。
【００９０】
図５に示すもののようなＣバンドモノパルスコンパレータ回路を製造しテストした。３つのデルタ出力（ＡＺ、ＥＬ、Ｑ）それぞれのＳＵＭチャネル挿入損およびデルタチャネルヌル深度を、目標が「ボアサイト」上にある場合の周波数に対して測定した。当業者には既知のように、理想的なモノパルスパターンは、０ｄＢ和チャネル挿入損およびＡＺ、ＥＬおよびＱチャネル出力それぞれについて無限ヌル深度を示すであろう。動作中心周波数での結果を以下の表２に提供する。
【００９１】
【表２】

約１．５ｄＢのテスト取り付け具挿入損が表２に提示されるデータに含まれるため、実際の和チャネル挿入損は１．４ｄＢ程度であることを理解されたい。
【００９２】
図９は、上述したＳＵＭ、ＡＺ、ＥＬ、およびＱ挿入損とＣバンド周波数との間の関係をグラフで示す。挿入損データから見て取ることことができるように、約３７．５（（７−４．７５）／６）（１００）パーセントという比較的広い割合の帯域が達成される。当業者には既知のように、フラクショナル帯域は（ｆ_Ｈ−ｆ_Ｌ）／ｆ_Ｃで定義され、式中ｆ_Ｈおよびｆ_Ｌは、中心周波数ｆ_Ｃを中心とするデルタチャネルに所定のヌル深度閾値、たとえば２５ｄＢを与えるそれぞれ最高周波数および最低周波数である。
【００９３】
本発明による受動ＭＭＩＣモノパルスコンパレータは、従来技術のモノパルスコンパレータよりもかなり有利である。たとえば、本発明の受動モノパルスコンパレータは、ＤＣ電力消費および熱放散をなくす。受動的な性質により、受動モノパルスは、能動素子とは異なり、比較的広い温度範囲にわたって良好に動作する。本発明のこの特徴は、特に低温冷却されるシステムにおいて、従来の能動モノパルス回路よりも重要な利点をもたらすことができる。
【００９４】
同様の値を各方向（並列または直列）のインダクタに使用するため、本発明のハイブリッドは、本質的に処理変動の影響を受けない。より具体的には、低域フィルタ構造（π）の直列インダクタ値が、処理の許容差により所望の値とは異なる場合、並列インダクタ値が同様に変化することになる。これら変動は、差分演算が行われるデルタ出力において取り除かれ、処理変動に影響を受けない良好なデルタチャネルヌル深度が得られることになる。こうして、本発明の受動モノパルスは調整が必要なく、所望の周波数での動作に容易にスケーリング可能である。
【００９５】
標準的な分布ラットレースハイブリッドとは異なり、受動モノパルスの幾何学的形状は、１つの入力または出力が四辺それぞれに配置されるように対称である。この構成は、各信号を同じ数の各ハイブリッドの留め継ぎしたコーナーを通って伝搬させるため、コーナーを通過する信号が受けるいかなる寄生損または位相偏移をも、その他のモノパルス信号も同様に受ける。
【００９６】
本発明の受動モノパルスはまた、既知の伝送線ベースのモノパルスハイブリッドと比較して相当な空間を節減する。たとえば、本発明によるＣバンド受動モノパルスは、全部で約０．０００１２立方インチ（０．１６１’’×０．１９０’’×０．００４’’）の容積を占める。周波数スケーリングＬバンドバージョンは、約０．０００１８立方インチ（０．１８７’’×０．２３９’’×０．００４’’）と測定される。波長を約３００パーセント増大するには、それに伴って約５０パーセントのチップサイズの増大が必要である。従来のＣバンドモノパルスは、本発明による受動Ｃバンドモノパルスよりも約１３，５００倍大きくなり得る。
【００９７】
このように、本発明の好ましい実施形態について説明したが、好ましい実施形態の概念を組み込んだ他の実施形態も使用可能であることは当業者には今や明白であろう。したがって、これら実施形態は開示された実施形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるものと考える。本明細書において引用したすべての参照は、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は受信システムの概略図である。図１Ａは、較正システムが結合された受信システムの概略図である。
【図２】
図２は受信システムの分解組立等角図である。図２Ａはマルチモードコルゲート給電ホーンの側面図である。図２Ｂはマルチモード給電ホーンの端面図である。図２Ｃは受信機の平面図である。図２Ｄは、図２Ｃの線２Ｄ−２Ｄに沿ったＲＦミキサ回路の平面図である。
【図３】
受信機の平面図である。
【図４】
冷却システムを有する受信システムの一部の分解組立等角図である。
【図５】
本発明による受動モノパルスコンパレータの概略図である。
【図６】
図５の受動モノパルスコンパレータの一部を形成する集中素子ハイブリッドの概略図である。
【図７】
図６の集中素子ハイブリッドのさらなる詳細を示す概略図である。
【図８】
図５のモノパルスコンパレータの回路図である。
【図９】
本発明により製造した装置の信号挿入損と周波数との間の関係のグラフ図である。

Claims (13)

1. 複数の集中素子ハイブリッド回路を備える受動ＭＭＩＣモノパルスコンパレータ。
2. 請求項１記載のモノパルスコンパレータにおいて、前記複数の集中素子ハイブリッド回路の各々は、Ｔ回路およびπ回路を含むモノパルスコンパレータ。
3. 請求項２記載のモノパルスコンパレータにおいて、前記Ｔ回路は、直列コンデンサ、シャントインダクタ、および直列コンデンサ型Ｔ回路であるモノパルスコンパレータ。
4. 請求項２記載のモノパルスコンパレータ回路において、前記π回路は、シャントコンデンサ、直列インダクタ、シャントコンデンサ型π回路であるモノパルスコンパレータ回路。
5. 請求項１記載のモノパルスコンパレータ回路において、前記複数の集中素子ハイブリッド回路の少なくとも１つは、第１コンデンサ、第１インダクタ、および第２コンデンサを含む第１の直列回路経路と、第３コンデンサ、第２インダクタ、および第４コンデンサを含む第２の直列回路経路と、第５および第６コンデンサを含む第３の直列回路経路と、前記第１および第２インダクタ、第３インダクタ、前記第５および第６コンデンサ、ならびに前記第５および第６コンデンサ間に結合される第４インダクタを含む第４の直列回路経路と、を含むモノパルスコンパレータ回路。
6. 請求項５記載のモノパルスコンパレータ回路において、前記第１および第３コンデンサは、前記第２、第４、第５、および第６コンデンサのキャパシタンス値の約２倍のキャパシタンス値を有するモノパルスコンパレータ回路。
7. 第１および第２の入力信号を受信し、第１および第２の出力信号を供給する第１の集中素子ハイブリッド要素と、
   第３および第４の入力信号を受信し、第３および第４の出力信号を供給する第２の集中素子ハイブリッド回路と、
   前記第１の集中素子ハイブリッド回路から前記第１の出力信号を受信し、前記第２の集中素子ハイブリッド回路から前記第３の出力信号を受信し、和チャネル出力信号および仰角チャネル出力信号を供給する第３の集中素子ハイブリッド回路と、
   前記第１の集中素子ハイブリッド回路から前記第２の出力信号を受信し、前記第２の集中素子ハイブリッド回路から前記第４の出力信号を受信し、方位角チャネル出力信号およびＱチャネル出力信号を供給する第４の集中素子ハイブリッド回路と、
   を備える受動ＭＭＩＣモノパルスコンパレータ。
8. 請求項７記載のモノパルスコンパレータにおいて、前記第１の集中素子ハイブリッド回路は、複数のπ型回路およびＴ型回路を含むモノパルスコンパレータ。
9. 前記第１の集中素子ハイブリッド回路は、第１コンデンサ、第１インダクタ、および第２コンデンサを含む第１の直列回路経路と、第３コンデンサ、第２インダクタ、および第４コンデンサを含む第２の直列回路経路と、第５および第６コンデンサを含む第３の直列回路経路と、前記第１および第２インダクタ、第３インダクタ、前記第５および第６コンデンサ、ならびに前記第５および第６コンデンサ間に結合される第４インダクタを含む第４の直列回路経路と、を含むモノパルスコンパレータ。
10. 請求項８記載のモノパルスコンパレータ回路において、前記第５および第６コンデンサならびに前記第４インダクタはＴ型回路を含むモノパルスコンパレータ回路。
11. 請求項８記載のモノパルスコンパレータ回路において、前記第１コンデンサ、前記第１インダクタ、および前記第２コンデンサはπ型回路を含むモノパルスコンパレータ回路。
12. 複数のアンテナポートを有し、所定の周波数範囲の周波数を有する信号に応答するアンテナと、
    前記複数のアンテナポートのそれぞれ１つに直接結合される第１ポート、および第２ポートを各々が有する複数の保護回路であって、各保護回路が、信号を保護回路の第１ポートと第２のポートとの間で第１の方向に伝搬させる第１の制御信号にそれぞれ応答するとともに、信号を保護回路の第１ポートと第２ポートとの間で第２の反対方向に伝搬させる第２の制御信号にもそれぞれ応答する複数の保護回路と、
    前記保護回路の前記第２ポートからの信号をＩＦ信号にダウンコンバートする受信機回路であって、受動ＭＭＩＣモノパルスコンパレータを含む受信機回路と、
    を備えるレーダシステム。
13. 請求項１１記載のシステムにおいて、前記受信機回路は、
    前記複数の保護回路のそれぞれ１つに結合される第１ポート、バイアス信号を受信する第２ポート、および周波数偏移信号を供給する第３ポートを各々が有する複数のミキサと、
    前記複数のミキサのそれぞれ１つの前記第３ポートに結合された第１ポートおよび前記モノパルスコンパレータに結合された第２ポートを各々が有する複数の増幅器と、
    をさらに備えるシステム。

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