JP2006094333A

JP2006094333A - ２周波発振器およびレーダ装置

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Publication number: JP2006094333A
Application number: JP2004279836A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kawakami; 憲司川上; Masaomi Tsuru; 正臣津留; Satoshi Hamano; 聡濱野; Moriyasu Miyazaki; 守▲泰▼ 宮▲崎▼
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4413729B2

Abstract

【課題】送信と受信の局部発振波の周波数が異なる場合、従来の発振器は、発振波の出力周波数が一つであるため、分配後に逓倍器が必要であり、また送信あるいは受信用ミクサの局部発振波として用いる場合には電力不足のため増幅器が必要であった。さらに異なる変調方式の２波を取り出すことはできない。
【解決手段】基準信号源からの基準信号を電力分配器で２つに分配し、電力分配器の一方の出力を、第1の注入同期発振器で基準信号のｎ倍の周波数の電力にして第1の出力端子から出力し、電力分配器の他方の出力はそのまま第２の出力端子とから出力し、第1の出力端子と、第２の出力端子から異なる周波数の発振電力を出力することで、逓倍器が不要で、高調波周波数の発振器により、十分な電力を出力することができ、回路の損失も少ない。
【選択図】図１

Description

本発明は通信装置やレーダ装置等に用いられる２つの異なる周波数の出力を発生する２周波発振器及びその２周波発振器を用いたレーダに関する。

従来の技術として、高次サブハーモニック注入同期発振器の構成が提案されている１９９８年電子情報通信学会総合大会論文集を挙げることができる。

注入同期発振器は、基準信号に同期した高調波の信号を出力するものであり、ミリ波帯などの高周波発振器の低価格化に役立つ技術である。

一般にレーダに用いられる送受信装置において、発振器は一つでかつコヒーレントなものを用い、それを送信装置及び受信装置に分配して局部発振波として使うことが多い。

鴨川健司、豊田一彦他"高次サブハーモニックＭＭＩＣ注入同期発振器"1998年電子情報通信学会総合大会論文集、電子情報通信学会、Ｃ−２−３２、1998年３月

送信及び受信の局部発振波の周波数が異なる場合、従来技術の発振器を用いると、発振波の出力周波数が一つであるため、分配後に逓倍器が必要であり、また送信あるいは受信用ミクサの局部発振波として用いる場合には電力不足のため増幅器が必要であった。さらに異なる変調方式の２波を取り出すことはできなかった。

本発明に係る２周波発振器は
基準信号を出力する基準信号源と、
前記基準信号源の出力波を２つに分配する電力分配器と、
前記電力分配器の一方の出力端子に接続され、基準信号のｎ倍の周波数の電力を出力する第１の注入同期発振器と、
前記第１の注入同期発振器の出力を出力する第１の出力端子と、
前記電力分配器の他方の出力端子に接続された第２の出力端子とを具備し、
前記第１の出力端子と、第２の出力端子とから異なる周波数の発振電力を出力するものである。

本発明によれば、基準発振器にコヒーレントな高調波を同時に出力することができるため、逓倍器が不要で、同期のとれた２周波数の波の電力を別々に取り出すことが可能になる。また、高調波周波数における発振器を備えているため、十分な電力を出力することができ、回路の損失も少なくすることが可能で、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる。

実施の形態１．
図１は本発明に係る実施の形態１を示すものである。図中、１は周波数foの基準信号電力を出力する基準信号源としての電圧制御発振器、２は電圧制御発振器１の出力を２つに分配し、それぞれ出力端子に出力する電力分配器、３は電力分配器２の一方の出力端子に接続され、その出力を周波数n × foの電力にして出力する第１の注入同期発振器、４は第１の出力端子で第１の注入同期発振器３の出力を出力する。５は第２の出力端子で電力分配器２の他方の出力端子に接続され、その出力を出力する。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの電力が出力され、電力分配器２で２つの出力に分配される。電力分配器２の他方の出力は第２の出力端子５から出力され、一方の出力は第１の注入同期発振器３に注入される。第１の注入同期発振器３から周波数foに同期したn × foの波の電力が第１の出力端子４から出力される。これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に取り出すことができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１の注入同期発振器３の位相雑音はn × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる。

実施の形態２．
図２は本発明に係る実施の形態２を示すものである。図中、６は電力分配器２で分配された他方の出力を周波数ｍ × foの電力にして出力する第２の注入同期発振器、５は第２の注入同期発振器６の出力を出力する第２の出力端子である。その他の要素は図１に記載の実施の形態１と同様のものであり、説明を省略する。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの電力が出力され、電力分配器２で２つの出力に分配される。一方の出力は第１の注入同期発振器３に注入される。第１の注入同期発振器３では周波数foに同期したn × foの波の電力を第１の出力端子４から出力する。他方の出力は第２の注入同期発振器６に注入される。第２の注入同期発振器６では周波数foに同期したm × foの波の電力を第２の出力端子５から出力する。これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に取り出すことができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１，第２の注入同期発振器３および６の位相雑音はそれぞれn × 6 dB、m × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる。

実施の形態３．
図３は本発明に係る実施の形態３を示すものである。図中、８は第１の注入同期発振器３の入力電源端子を表している。その他の要素は図１に記載の実施の形態１と同様のものであり、説明を省略する。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの電力が出力され、電力分配器２で２つの出力に分配される。電力分配器２の一方の出力は第１の注入同期発振器３に注入される。第１の注入同期発振器３では、電源端子８からパルス状のＤＣ電圧が与えられ、周波数foに同期したn × foのパルス波の電力を第１の出力端子４から出力する。電力分配器２の他方の出力はそのまま第２の出力端子５から出力される。
これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に取り出し、かつ変調の異なる波の電力を出力することができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１の出力注入同期発振器３の位相雑音はn × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる利点がある。

実施の形態４．
図４は実施の形態３を簡易的なパルスレーダに適用した本発明の実施の形態４を示すもので、図はパルスレーダのＲＦ部分の構成例である。図中、１０は第１の注入同期発振器３の出力を増幅する出力増幅器、１１は出力増幅器１０の出力を放射する送信アンテナ、１２はＲＦ信号の受信アンテナ、１３は受信されたＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器、１４は電力分配器２の他方の出力と低雑音増幅器１３で増幅したＲＦ信号とを混合するハーモニックミクサである。その他の要素は図３に記載の実施の形態３と同様のものであり、説明を省略する。
なお、第１の注入同期発振器３はｎ＝２とする。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの電波が出力され、電力分配器２で２つの端子に分配される。一方の出力は第１の注入同期発振器３に注入される。第１の注入同期発振器３では、電源端子８からパルス状のＤＣ電圧が与えられ、周波数foに同期した２ × foのパルス波を出力する。第１の注入同期発振器３からの２ × foのパルス波は出力増幅器１０で増幅され、送信アンテナ１１から出力される。電力分配器２で分配された他方の出力は、受信アンテナ１２から受信され低雑音増幅器１３で増幅したＲＦ信号とハーモニックミクサ１４で混合され、ＢＢ信号として受信信号処理される。
これにより逓倍器が不要で、かつ低位相雑音特性を有するパルスレーダを簡易に構成することができる。

他の実施例．
図５は本実施の形態における他の実施例を示す回路図で、図中、１５は送受信アンテナ、１６はこの送受信アンテナ１５と前記出力増幅器１０及び前記低雑音増幅器１３との間に備えられたサーキュレータである。他の構成は図４に示す実施の形態４と同様であるので、説明を省略する。

このように構成された本実施例では、出力増幅器１０から送受信アンテナ１５への出力と、送受信アンテナ１５から低雑音増幅器１３へのＲＦ信号はサーキュレータ１６の機能により、分離されて夫々の送信先に送信される。
従って、本実施例によれば、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２は送受信アンテナ１５で兼用することができる。

実施の形態５．
図６は本発明に係る実施の形態５を示すものである。図中、８は第１の注入同期発振器３の入力電源端子で、これは実施の形態３に記載のものと同じである。その他の要素は図２に記載の実施の形態２と同様のものであり、説明を省略する。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの電力が出力され、電力分配器２で２つの出力に分配される。電力分配器２の一方の出力は第１の注入同期発振器３に注入される。第１の注入同期発振器３では、電源端子８からパルス状のＤＣ電圧が与えられ、周波数foに同期したn × foのパルス波の電力を第１の出力端子４から出力する。他方の出力は第２の注入同期発振器６に注入される。第２の注入同期発振器６では周波数foに同期したm × foの波の電力を第２の出力端子５から出力する。
これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に取り出し、かつ変調の異なる波の電力を出力することができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し第１、第２の注入同期発振器３および６の位相雑音はそれぞれn × 6 dB、m × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる利点がある。

実施の形態６．
図７は本発明に係る実施の形態６を示すものである。図中、９は電力分配器２の一方の出力端子と第１の注入同期発振器３の間に設けられたfoの周波数帯の増幅器を表している。その他の要素は図１に記載の実施の形態１と同様のものであり、説明を省略する。

動作は実施の形態１に示したものと同様である。第１の注入同期発振器３はその注入電力により、位相雑音特性や出力電力特性が変化するため、周波数foの電力の入力端の前段に増幅器９を装荷することでその制御が可能となる。また、実施の形態３のように第１の注入同期発振器３をパルス変調する場合にも適用可能である。その場合の動作は実施の形態３に示したものと同様であるが、実施の形態３のように第１の注入同期発振器３をパルス変調する場合に、注入電源端子８のインピーダンス変動が大きくなると、基準となる電圧制御発振器１の負荷変動により第１の注入同期発振器３の発振周波数変動が起こるが、この増幅器９を装荷することでその抑制が可能となる効果がある。

実施の形態７．
図８は本発明に係る実施の形態７を示すものである。図中、１は周波数foの電力を出力する電圧制御発振器、２は電圧制御発振器１の出力を２つに分配する電力分配器、3a,3b・・・3kは電力分配器２の一方の出力をそれぞれ周波数n × foの電力にして出力する第１の注入同期発振器群、4a,4b・・・4kは第１の出力端子群で第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kにそれぞれ対応して設けられ、その出力を出力する。５は第２の出力端子で電力分配器２の他方の出力を出力する。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの波の電力が出力され、電力分配器２で２つの端子に分配される。電力分配器２における他方の出力は第２の出力端子５から出力され、一方の出力は第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kにそれぞれ注入される。第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kではそれぞれ周波数foに同期したn × foの波の電力を第１の出力端子群4a,4b・・・4kから出力する。これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に、かつn × foの波の電力は複数を取り出すことができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１の注入同期発振器3a,3b・・・3kの各位相雑音はそれぞれn × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる利点がある。

実施の形態８．
図９は本発明に係る実施の形態８を示すものである。この実施の形態は図６に示す実施の形態５における第１の注入同期発振器３を3a,3b・・・3kと複数個設け、それらを並列接続して構成した第１の注入同期発振器群とし、第１の出力端子４も第１の注入同期発振器3a,3b・・・3kに対応して4a,4b・・・4kと複数設けられる。同様に第２の注入同期発振器６も6a,6b・・・6kと並列に複数個設けられた第２の注入同期発振器群で構成し、第２の出力端子も第２の注入同期発振器6a,6b・・・6kに対応して5a,5b・・・5kと複数個設けられた第２の出力端子群とする。１は電圧制御発振器、２は電力分配器でこれらは実施の形態５と同様である。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの波の電力が出力され、電力分配器２で２つの出力に分配される。一方の出力は複数の第１の注入同期発振器3a,3b・・・3kに注入される。第１の注入同期発振器3a,3b・・・3kでは周波数foに同期したn × foの波の電力を第１の出力端子4a,4b・・・4kからそれぞれ出力する。また、他方の出力は複数の第２の注入同期発振器6a,6b・・・6kに注入される。第２の注入同期発振器6a,6b・・・6kでは周波数foに同期したm × foの波の電力を第２の出力端子5a,5b・・・5kから出力する。これにより同期のとれた２周波数の波を別々に、かつn × foおよびm × foの複数の波の電力を取り出すことができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１、第２の注入同期発振器群3a,3b・・・3kおよび6a,6b・・・6kの位相雑音はそれぞれn × 6 dB、m × 6dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる利点がある。

実施の形態９．
図１０は本発明に係る実施の形態９を示すものである。図中、１は周波数foの電力を出力する電圧制御発振器、２は電圧制御発振器１の出力を２つに分配する電力分配器、3a,3b・・・3kは電力分配器２の一方の出力を周波数n × foの電力にして出力する第１の注入同期発振器群、4a,4b・・・4kは第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kのの出力を出力する第１の出力端子群、５は第２の出力端子で電力分配器２の他方の出力を出力する。20a,20b・・・20kは電力分配器２の一方の出力端子と第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kの入力端子との間にそれぞれ設けられた周波数foの移相回路である。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの波の電力が出力され、電力分配器２で２つの端子に分配される。電力分配器２における他方の出力は第２の出力端子５から出力され、一方の出力はそれぞれの移相回路20a,20b・・・20kを介して第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kに注入される。第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kではそれぞれ周波数foに同期したn × foの波の電力を第１の出力端子群4a,4b・・・4kから出力する。これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に、かつn × foの任意の位相に設定した複数の波の電力を取り出すことができる。
また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kの位相雑音はn × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる利点がある。

なお、移相回路20a,20b・・・20kは、第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kの出力側と第１の出力端子群4a,4b・・・4kとの間に設けても、n × foの任意の位相に設定した複数の波の電力を取り出すことが可能である。
この構成の２周波発振器は複数のアンテナを持ち、かつ一つ一つの出力波の位相を設定することでアンテナパターンを変化させるアクティブフェーズドアレイアンテナなどに適用可能である。

実施の形態１０．
図１１は本発明に係る実施の形態１０を示すものである。8a,8b・・・8kは第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kのそれぞれの電源端子を表す。その他の要素は図８に示す実施の形態７と同様であるので説明を省略する。

次に動作を説明する。電圧制御発振器１より周波数foの波の電力が出力され、電力分配器２で２つの端子に分配される。電力分配器２における他方の出力は第２の出力端子５から出力され、一方の出力は第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kにそれぞれ注入される。第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kでは電源端子8a,8b・・・8kからパルス状のＤＣ電圧が与えられることにより、それぞれ周波数foに同期したn × foの波の電力を第１の出力端子群4a,4b・・・4kから出力する。これにより同期のとれた２周波数の波の電力を別々に、かつn × foの複数の波電力を取り出すことができる。また、電圧制御発振器１の位相雑音に対し、第１の注入同期発振器群3a,3b・・・3kの位相雑音はn × 6 dBの劣化ですみ、低位相雑音特性を有する高周波発振波が得られる利点がある。

実施の形態１１．
図１２は本発明に係る実施の形態１１を示すものである。本実施の形態は図７に示す実施の形態６における第１の注入同期発振器３を3a,3b・・・3kと複数個設け、それらを並列接続して構成した第１の注入同期発振器群とし、第１の出力端子４も第１の注入同期発振器3a,3b・・・3kに対応して4a,4b・・・4kと複数設けられたものである。その他の要素は実施の形態６と同様であるので説明を省略する。

動作は実施の形態７に示したものと同様である。注入同期発振器３はその注入電力により、位相雑音特性や出力電力特性が変化するため、増幅器９を装荷することでその制御が可能となる。また、実施の形態９のように注入同期発振器３をパルス変調する場合に、注入端子のインピーダンス変動が大きくなると、基準となる電圧制御発振器１の負荷変動により発振周波数変動が起こるが、この増幅器９を装荷することでその抑制が可能となる効果がある。

本発明は通信やレーダに用いられる発振器に関するもので、逓倍器なしで、異なる２波の周波数の発振電力を十分な値で取り出すことができ、回路の損失も少なくすることが可能であり、簡易な構成で、高性能な通信装置やレーダ装置を実現できる。

本発明の実施の形態１を示す回路図である。本発明の実施の形態２を示す回路図である。本発明の実施の形態３を示す回路図である。本発明の実施の形態４を示す回路図である。本発明の実施の形態４の他の実施例を示す回路図である。本発明の実施の形態５を示す回路図である。本発明の実施の形態６を示す回路図である。本発明の実施の形態７を示す回路図である。本発明の実施の形態８を示す回路図である。本発明の実施の形態９を示す回路図である。本発明の実施の形態１０を示す回路図である。本発明の実施の形態１１を示す回路図である。

符号の説明

１電圧制御発振器、２電力分配器、３第１の注入同期発振器、４第１の出力端子、５第２の出力端子、６第２の注入同期発振器、８電源端子、９増幅器、１０出力増幅器、１１送信アンテナ、１２受信アンテナ、１３低雑音増幅器、１４ハーモニックミクサ、２０移相回路。

Claims

基準信号を出力する基準信号源と、
前記基準信号源の出力波を２つに分配する電力分配器と、
前記電力分配器の一方の出力端子に接続され、基準信号のｎ倍の周波数の電力を出力する第１の注入同期発振器と、
前記第１の注入同期発振器の出力を出力する第１の出力端子と、
前記電力分配器の他方の出力端子に接続された第２の出力端子とを具備し、
前記第１の出力端子と、第２の出力端子から異なる周波数の発振電力を出力することを特徴とする２周波発振器。
前記電力分配器の他方の出力端子と前記第２の出力端子との間に基準信号のｍ倍の周波数の電力を出力する第２の注入同期発振器が設けられたことを特徴とする請求項１記載の２周波発振器。
前記第１の注入同期発振器はそれぞれ基準信号のｎ倍の周波数の電力を出力するＮ個の注入同期発振器が並列接続されて構成され、
第１の出力端子はＮ個の注入同期発振器に対応して設けられ、各注入同期発振器の出力を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の２周波発振器。
前記第２の注入同期発振器はそれぞれ基準信号のｍ倍の周波数の電力を出力するＭ個の注入同期発振器が並列接続されて構成され、
第２の出力端子はＭ個の注入同期発振器に対応して設けられ、各注入同期発振器の出力を出力することを特徴とする請求項２または３に記載の２周波発振器。
前記基準信号源の出力を連続波とし、
前記第１の注入同期発振器の電源をパルス動作させて第１の注入同期発振器の出力をパルス波とし、
前記第１の出力端子と、前記第２の出力端子とから異なる変調方式の２つの発振電力を出力することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の２周波発振器。
前記基準信号源の出力を連続波とし、
前記第１または第２の注入同期発振器の電源をパルス動作させて第１または第２の注入同期発振器の出力をパルス波とし、
前記第１の出力端子と、前記第２の出力端子とから異なる変調方式の２つの発振電力を出力することを特徴とする請求項２または４に記載の２周波発振器。
前記電力分配器と前記第１の注入同期発振器の間に増幅器が装荷されたことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の２周波発振器。
前記電力分配器の出力とＮ個の第１の注入同期発振器との間、または前記電力分配器の出力とＭ個の第２の注入同期発振器との間に夫々接続されたＮ個またはＭ個の移相器を具備し、
第１の出力端子と第２の出力端子とから異なる周波数の発振電力を取り出すことを特徴とする請求項３または４に記載の２周波発振器。
N個の第１の注入同期発振器の出力端子にそれぞれ接続されたＮ個の移相器またはＭ個の第２の注入同期発振器の出力端子にそれぞれ接続されたＭ個の移相器を具備し、
前記第１の出力端子と第２の出力端子とから、異なる周波数の発振電力を取り出すことを特徴とする請求項３または４に記載の２周波発振器。
請求項１から９の何れかに記載の２周波発振器と、
この２周波発振器における第１の出力端子の出力を増幅する出力増幅器と、
出力増幅器の出力を放射する送信アンテナと、
ＲＦ信号を受信する受信アンテナと、
受信アンテナの受信したＲＦ信号を増幅する低雑音増幅器と、
低雑音増幅器の出力と前記の２周波発振器における第２の出力端子の出力を混合するミクサとを備え、ミクサの出力を処理し、目標物を探知するレーダ装置。
前記出力増幅器と低雑音増幅器とアンテナとの間にサーキュレータを備え、アンテナは送信アンテナと受信アンテナを兼用することを特徴とする請求項１０記載のレーダ装置。