JP2008085605A - Bias voltage generating circuit and radar device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェーズドアレイレーダなどに使用されるマイクロ波パルスを電力増幅する電力増幅器のバイアス電圧を制御するバイアス電圧生成回路およびこれを用いたレーダ装置に関し、特に、バイアス電圧の波形を整形してマイクロ波パルスの周波数スペクトラムの広がりを抑える技術に関する。 The present invention relates to a bias voltage generation circuit for controlling a bias voltage of a power amplifier that amplifies a microwave pulse used in a phased array radar and the like, and a radar apparatus using the bias voltage generation circuit. The present invention relates to a technology for suppressing the spread of the frequency spectrum of microwave pulses.
従来、フェーズドアレイレーダなどでは、送信信号として、マイクロ波をパルス変調したマイクロ波パルスが利用されている。このようなマイクロ波パルスを用いる場合、他の機器に対する妨害を抑える必要から、マイクロ波パルスの周波数スペクトラムの広がりを小さくし、占有周波数帯域幅を狭くすることが求められている。占有周波数帯域幅を狭くする方法としては、例えば帯域通過フィルタ(BPF)によって帯域制限する方法やマイクロ波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの包絡線を緩やかにする方法などが知られている。 Conventionally, in a phased array radar or the like, a microwave pulse obtained by pulse-modulating a microwave is used as a transmission signal. When such a microwave pulse is used, it is required to reduce the spread of the frequency spectrum of the microwave pulse and to narrow the occupied frequency bandwidth because it is necessary to suppress interference with other devices. As a method of narrowing the occupied frequency bandwidth, for example, a method of band limiting by a band pass filter (BPF), a method of relaxing the rising and falling envelopes of the microwave pulse, and the like are known.
帯域通過フィルタによって帯域制限する方法を、例えばフェーズドアレイレーダで使用されるアレイアンテナの送受信モジュールに適用すると、図10に示すように、複数のアンテナ素子ANT1〜ANTnをそれぞれ駆動する複数の電力増幅器AMP1〜AMPnに、帯域通過フィルタBPF1〜BPFnをそれぞれ設ける必要があり、送受信モジュールが大型化するとともに重量が大きくなり、高価になるという欠点がある。 When the band limiting method using the band pass filter is applied to, for example, an array antenna transmission / reception module used in a phased array radar, a plurality of power amplifiers AMP1 for driving a plurality of antenna elements ANT1 to ANTn, respectively, as shown in FIG. It is necessary to provide band-pass filters BPF1 to BPFn to AMPn, respectively, and there is a disadvantage that the transmission / reception module is increased in size and weight and is expensive.
一方、マイクロ波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの包絡線を緩やかにする方法では、図11(a)に示すような、パルス変調されたマイクロ波パルスが、図11(b)に示すように、立ち上がりおよび立ち下がりの包絡線が緩やかになるように波形整形される。これにより、図12(a)に示すような広がりを有するマイクロ波パルスの周波数スペクトラムを、図12(b)に示すように、広がりを抑えた周波数スペクトラムにすることができ、占有周波数帯域幅を狭帯域化することができる。 On the other hand, in the method of gradually reducing the rising and falling envelopes of the microwave pulse, a pulse-modulated microwave pulse as shown in FIG. 11 (a) is raised as shown in FIG. 11 (b). The waveform is shaped so that the falling envelope becomes gentle. Thereby, the frequency spectrum of the microwave pulse having a spread as shown in FIG. 12A can be made a frequency spectrum with a reduced spread as shown in FIG. 12B, and the occupied frequency bandwidth can be reduced. The band can be narrowed.
フェーズドアレイレーダは、その用途から、小型且つ軽量であることが望まれており、また、部品点数の削減および低価格化が望まれている。そこで、従来のフェーズドアレイレーダでは、占有周波数帯域幅を狭くする方法として、マイクロ波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの包絡線を緩やかにする方法が採用されている。図13は、この方法を用いた従来のフェーズドアレイレーダで使用される送受信モジュールの一部(以下、便宜上、「マイクロ波電力増幅部」という)の構成を示す図である。このマイクロ波電力増幅部は、電力増幅器11、バイアス電圧生成回路12および電圧源13から構成されている。
The phased array radar is desired to be small and light in weight because of its application, and reduction of the number of parts and cost reduction are desired. Therefore, in the conventional phased array radar, as a method of narrowing the occupied frequency bandwidth, a method of relaxing the rising and falling envelopes of the microwave pulse is adopted. FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a part of a transmission / reception module (hereinafter referred to as “microwave power amplification unit” for convenience) used in a conventional phased array radar using this method. The microwave power amplification unit includes a
電力増幅器11は、入力端子INから入力されたマイクロ波パルスを電力増幅するとともに、波形整形して出力端子OUTから出力する。この電力増幅器11は、通常、A級動作またはAB級動作する電界効果トランジスタやバイポーラトランジスタから構成されている。なお、電界効果トランジスタおよびバイポーラトランジスタを総称するときは、単に「トランジスタ」と呼ぶ。
The
電力増幅器11として電界効果トランジスタが使用されるときは、電力増幅器11は、変調されたマイクロ波パルスが入力されている時にバイアス電圧生成回路12からドレインバイアス電圧が印加されて動作し、マイクロ波パルスが入力されていない時にはドレインバイアス電圧の印加が停止されて動作を停止するよう制御される。
When a field effect transistor is used as the
また、電力増幅器11としてバイポーラトランジスタが使用されるときは、電力増幅器11は、変調されたマイクロ波パルスが入力されている時にバイアス電圧生成回路12からコレクタ電流が供給されて動作し、マイクロ波パルスが入力されていない時にはコレクタ電流の供給が停止されて動作を停止するよう制御される。この明細書では、電力増幅器11として電界効果トランジスタが使用される場合について説明するが、バイポーラトランジスタを使用する場合も、電界効果トランジスタが使用される場合とほぼ同様の構成および動作になる。
When a bipolar transistor is used as the
バイアス電圧生成回路12は、駆動回路21、時定数回路23およびMOSFET24から構成されている。駆動回路21は、入力されたTTLまたはCMOSレベル(0−5V)の制御信号を、電力増幅器11を駆動できる大きさのドレインバイアス電圧が得られるように昇圧し、駆動信号として時定数回路23に送る。時定数回路23は、ゲート抵抗RgとMOSFET24のゲート容量とから構成されている。
The bias
なお、必要に応じてコンデンサを付加し、MOSFET24のゲート容量にコンデンサの容量を加えて時定数回路23の容量とすることもできる。時定数回路23は、駆動回路21から送られてくる駆動信号の立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの傾きを制御し、MOSFET24のゲート電圧として、MOSFET24のゲートに印加する。MOSFET24は、時定数回路23から供給されるゲート電圧に応じて、電圧源13から供給される電圧を制御し、ドレインバイアス電圧として電力増幅器11に供給する。
A capacitor may be added as necessary, and the capacitance of the time constant circuit 23 may be obtained by adding the capacitance of the capacitor to the gate capacitance of the
次に、上記のように構成される送受信モジュールのマイクロ波電力増幅部の動作を、図14に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the microwave power amplifying unit of the transceiver module configured as described above will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
まず、図14(a)に示すように、制御信号が時刻t0で立ち上がると、この制御信号は、駆動回路21および時定数回路23を経由することにより、図14(b)に示すように、時刻t0から徐々に下降するMOSFET24のゲート電圧となり、MOSFET24のゲートに印加される。そして、このMOSFET24のゲート電圧が、時刻t1において、MOSFET24のスレッショルド電圧Vthより小さくなると、図14(c)に示すように、MOSFET24のドレイン電圧は徐々に上昇し、時刻t2において一定になる。このMOSFET24のドレイン電圧がドレインバイアス電圧として電力増幅器11に供給される。
First, as shown in FIG. 14A, when the control signal rises at time t0, the control signal passes through the
一方、飽和状態で用いられる電力増幅器11には、図14(d)に示すように、制御信号が立ち上がる時刻t0で所定の振幅を有する変調されたマイクロ波パルスが入力される。そして、時刻t1においてドレインバイアス電圧が上昇を開始すると、電力増幅器11は、図14(e)に示すように、振幅がゼロから徐々に大きくなるマイクロ波パルスを出力し、時刻t2においてドレインバイアス電圧が一定になると、規定の振幅になるように電力増幅されたマイクロ波パルスを出力する。
On the other hand, as shown in FIG. 14 (d), a modulated microwave pulse having a predetermined amplitude is input to the
この状態で推移し、制御信号が時刻t3で立ち下がると、この制御信号は、駆動回路21および時定数回路23を経由することにより、図14(b)に示すように、時刻t3から徐々に立ち上がるMOSFET24のゲート電圧となり、MOSFET24のゲートに印加される。そして、このMOSFET24のゲート電圧が、時刻t4において、MOSFET24のスレッショルド電圧Vthより大きくなると、図14(c)に示すように、ドレインバイアス電圧は徐々に下降する。
When the state changes in this state and the control signal falls at time t3, the control signal passes through the
一方、電力増幅器11に対するマイクロ波パルスの入力は、図14(d)に示すように、時刻t5で停止される。時刻t4においてドレインバイアス電圧が下降を開始すると、図14(e)に示すように、電力増幅器11は、規定の振幅から徐々に小さくなるマイクロ波パルスを出力し、時刻t5においてマイクロ波パルスの入力が停止されると、マイクロ波パルスの出力も停止される。
On the other hand, the input of the microwave pulse to the
このように、マイクロ波パルスが入力された後でドレインバイアス電圧を緩やかに立ち上げ、マイクロ波パルスの入力が切れる前にドレインバイアス電圧を緩やかに立ち下げることにより、電力増幅器11から出力されるマイクロ波パルスの立ち上がりおよび立ち下がりの包絡線が緩やかになり、周波数スペクトラムの広がりを抑えることができる。 In this way, the drain bias voltage is gradually raised after the microwave pulse is input, and the drain bias voltage is gently lowered before the microwave pulse is cut off. The envelope of the rising and falling of the wave pulse becomes gentle, and the spread of the frequency spectrum can be suppressed.
なお、関連する技術として、特許文献1は、マイクロ波パルスの立ち上がりや立ち下がりを十分に緩やかにできるマイクロ波パルス増幅器を開示している。このマイクロ波パルス増幅器は、マイクロ波パルスを増幅する初段増幅回路および終段増幅回路が複数段に接続されたマイクロ波パルス電力増幅器において、前段に接続された初段増幅回路の方が、その後段に接続された終段増幅回路よりも、入力したマイクロ波パルスを増幅する動作時間が長くなるように制御している。
上述した従来のバイアス電圧生成回路では、図14(b)に示すように、MOSFET24のゲート電圧が時刻t3で上昇を開始してから、図14(c)に示すように、ドレインバイアス電圧が立ち下がりを開始するまでに、立ち下がり遅延時間td(off)が生じる。その結果、ドレインバイアス電圧の供給が完全に停止される前に、図14(d)に示すようにマイクロ波パルスの入力が時刻t5で停止されると、図14(e)に示すように、電力増幅器11は、マイクロ波パルスの振幅がゼロに到達する前の時刻t5で出力を停止する。この場合、電力増幅器11から出力されるマイクロ波パルスの立ち下がりの包絡線は緩やかにならないので、マイクロ波パルスの理想的な台形形状が崩れ、周波数スペクトラムの広がりを十分に小さくすることができず、占有周波数帯域幅を所望の範囲まで狭くすることができないという問題がある。
In the conventional bias voltage generation circuit described above, as shown in FIG. 14 (b), after the gate voltage of the
本発明の課題は、電力増幅から出力されるマイクロ波パルスの占有周波数帯域幅を所望の範囲まで狭くすることができるバイアス電圧生成回路およびこれを用いたレーダ装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a bias voltage generation circuit capable of narrowing an occupied frequency bandwidth of a microwave pulse output from power amplification to a desired range, and a radar apparatus using the bias voltage generation circuit.
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明に係るバイアス電圧生成回路は、入力されたマイクロ波パルスを電力増幅する電力増幅器に供給するバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路であって、入力された制御信号に基づき駆動信号を生成する駆動回路と、駆動回路で生成された駆動信号が所定電圧以下にならないようにクランプするクランプ回路と、クランプ回路によってクランプされた信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を制御して波形整形する時定数回路と、時定数回路によって波形整形された信号に応じて、電圧源から供給される電圧を制御し、バイアス電圧として電力増幅器に供給するトランジスタとを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a bias voltage generation circuit according to the first aspect of the present invention is a bias voltage generation circuit that generates a bias voltage supplied to a power amplifier that amplifies an input microwave pulse. A drive circuit that generates a drive signal based on the input control signal, a clamp circuit that clamps the drive signal generated by the drive circuit so that it does not fall below a predetermined voltage, and a rise time and a rise of the signal clamped by the clamp circuit A time constant circuit that shapes the waveform by controlling the fall time, and a transistor that controls the voltage supplied from the voltage source according to the signal shaped by the time constant circuit and supplies the bias voltage to the power amplifier. It is characterized by that.
また、請求項2記載の発明に係るバイアス電圧生成回路は、請求項1に記載の発明において、クランプ回路は、任意のクランプ電圧を設定するクランプ電圧設定回路と、トランジスタに供給する電圧がクランプ電圧設定回路で設定されたクランプ電圧以下にならない範囲とするダイオードとを備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a bias voltage generating circuit according to the first aspect of the present invention. The clamp circuit includes a clamp voltage setting circuit for setting an arbitrary clamp voltage, and a voltage supplied to the transistor is a clamp voltage. And a diode within a range that does not fall below the clamp voltage set by the setting circuit.
また、請求項3記載の発明に係るバイアス電圧生成回路は、請求項1に記載の発明において、クランプ回路は、トランジスタに供給する電圧が所定のクランプ電圧以下にならないよう設定されたツェナーダイオードを備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a bias voltage generation circuit according to the first aspect of the present invention, wherein the clamp circuit includes a Zener diode set so that a voltage supplied to the transistor does not become a predetermined clamp voltage or less. It is characterized by that.
さらに、請求項4記載の発明に係るレーダ装置は、入力されたマイクロ波パルスを電力増幅する電力増幅器と、電力増幅器のバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路とを備えた送受信モジュールを含むレーダ装置であって、バイアス電圧生成回路は、入力された制御信号に基づき駆動信号を生成する駆動回路と、駆動回路で生成された駆動信号が所定電圧以下にならないようにクランプするクランプ回路と、クランプ回路によってクランプされた信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を制御して波形整形する時定数回路と、時定数回路によって波形整形された信号に応じて、電圧源から供給される電圧を制御し、バイアス電圧として電力増幅器に供給するトランジスタとを備えたことを特徴とする。 Furthermore, a radar apparatus according to a fourth aspect of the present invention includes a transmission / reception module including a power amplifier that amplifies an input microwave pulse and a bias voltage generation circuit that generates a bias voltage of the power amplifier. The bias voltage generation circuit includes a drive circuit that generates a drive signal based on an input control signal, a clamp circuit that clamps the drive signal generated by the drive circuit so that the drive signal does not fall below a predetermined voltage, and a clamp circuit A time constant circuit that shapes the waveform by controlling the rise time and fall time of the signal clamped by the signal, and controls the voltage supplied from the voltage source according to the signal shaped by the time constant circuit, and the bias voltage And a transistor for supplying power to the power amplifier.
本発明によれば、マイクロ波パルスを電力増幅する電力増幅器に供給するバイアス電圧の波形を整形するトランジスタを駆動するための信号の振幅をクランプ回路により適正にするように構成したので、トランジスタを駆動する信号の立ち下がり遅延時間の増大を抑制することができる。その結果、上記立ち下がり遅延時間の増大に起因してマイクロ波パルスの傾斜部分が緩やかにならないといった欠点が解消されるので、電力増幅から出力されるマイクロ波パルスの占有周波数帯域幅を所望の範囲まで狭くすることができる。 According to the present invention, since the amplitude of the signal for driving the transistor for shaping the waveform of the bias voltage supplied to the power amplifier that amplifies the microwave pulse is made appropriate by the clamp circuit, the transistor is driven. Increase of the falling delay time of the signal to be transmitted can be suppressed. As a result, the disadvantage that the slope of the microwave pulse does not become gentle due to the increase in the fall delay time is eliminated, so that the occupied frequency bandwidth of the microwave pulse output from the power amplification can be set within a desired range. Can be made narrower.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係るバイアス電圧生成回路が適用された送受信モジュールの一部であるマイクロ波電力増幅部の回路構成を示す図である。以下では、背景技術の欄で説明した構成要素と同一または相当部分には、背景技術の欄で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略する。 FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a microwave power amplifier that is a part of a transmission / reception module to which a bias voltage generation circuit according to a first embodiment of the present invention is applied. In the following, the same or equivalent parts as those described in the background art column are denoted by the same reference numerals as those used in the background art column, and description thereof is omitted.
このマイクロ波電力増幅部は、従来のバイアス電圧生成回路12に、クランプ回路22が追加されて構成されている。クランプ回路22は、MOSFET24のゲート電圧の振幅を適正にするために設けられており、駆動回路21から出力される駆動信号が所定電圧以下にならないようにクランプ電圧Vss(後述する)でクランプして時定数回路23に供給する。クランプ回路22は、例えば図2に示すように、クランプ電圧設定回路31、ダイオードDおよびバッファBUFから構成されている。クランプ電圧設定回路31の出力端子は、ダイオードDのアノードに接続されており、ダイオードDのカソードは、駆動回路21の出力端子とバッファBUFの入力端子との間に接続されている。バッファBUFの出力端子は、時定数回路23に接続されている。
This microwave power amplifying unit is configured by adding a
クランプ電圧設定回路31は、シャントレギュレータSH、抵抗R10、可変抵抗R11、抵抗R12および抵抗R13から構成されている。抵抗R10の一方の端子は電圧源13に接続されており、他方の端子は、シャントレギュレータSHのカソードに接続されている。抵抗R10の一方の端子には、電圧源13から電圧Vddが供給される。シャントレギュレータSHのカソードとアノードとの間には、可変抵抗R11、抵抗R12および抵抗R13が直列に接続されており、抵抗R12と抵抗R13との接続点は、シャントレギュレータSHのリファレンス端子に接続されている。
The clamp
このように構成されるクランプ電圧設定回路31において、シャントレギュレータSHは、リファレンス電圧VREFが例えば2.5Vになるように電圧源13から抵抗10を介してシャントレギュレータSHの内部に流れる電流を制御し、シャントレギュレータSHのカソードに現れる電圧(これを「クランプ電圧Vss」という)が、可変抵抗R11の抵抗値に応じた一定値になるように制御する。クランプ電圧Vssは、シャントレギュレータSHのリファレンス端子に流れる電流をIREFとすると、Vss=VREF{1+(R11+R12)/R13}+IREF・(R11+R12)で表すことができる。
In the clamp
また、クランプ回路22は、図3に示すように、時定数回路23とMOSFET24との間に接続された1個のツェナーダイオードZDで構成することもできる。この構成によれば、クランプ回路22を、より簡単且つ安価に構成することができる。なお、図2に示す例では、クランプ回路22の後段に時定数回路23を設け、図3に示す例では、時定数回路23の後段にクランプ回路22を設けているが、クランプ回路22と時定数回路23との配置順番は任意である。
Further, as shown in FIG. 3, the
次に、上記のように構成される本発明の実施例1に係るバイアス電圧生成回路が適用されたマイクロ波電力増幅部の動作を、図4に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。 Next, the operation of the microwave power amplifier to which the bias voltage generation circuit according to the first embodiment of the present invention configured as described above is applied will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
まず、図4(a)に示すように、制御信号が時刻t0で立ち上がると、この制御信号は、駆動回路21、クランプ回路22および時定数回路23を経由することにより、図4(b)に示すように、時刻t0から徐々に下降するMOSFET24のゲート電圧となり、該MOSFET24のゲートに印加される。そして、このMOSFET24のゲート電圧が、時刻t1において、MOSFET24のスレッショルド電圧Vthより小さくなると、図4(c)に示すように、MOSFET24のドレイン電圧は徐々に上昇し、時刻t2において一定になる。このMOSFET24のドレイン電圧がドレインバイアス電圧として電力増幅器11に供給される。また、徐々に下降するMOSFET24のゲート電圧は、図4(b)に示すように、クランプ電圧Vssでクランプされ、それ以上は低下せずにクランプ電圧Vssで一定になる。
First, as shown in FIG. 4A, when the control signal rises at time t0, the control signal passes through the
一方、飽和状態で用いられる電力増幅器11には、図4(d)に示すように、制御信号が立ち上がる時刻t0で所定の振幅を有するマイクロ波パルスが入力される。そして、時刻t1においてドレインバイアス電圧が上昇を開始すると、電力増幅器11は、図4(e)に示すように、振幅がゼロから徐々に大きくなるマイクロ波パルスを出力し、時刻t2においてドレインバイアス電圧が一定になると、規定の振幅になるように電力増幅されたマイクロ波パルスを出力する。
On the other hand, as shown in FIG. 4D, a microwave pulse having a predetermined amplitude is input to the
この状態で推移し、制御信号が時刻t3で立ち下がると、この制御信号は、駆動回路21、クランプ回路22および時定数回路23を経由することにより、図4(b)に示すように、時刻t3から徐々に上昇するMOSFET24のゲート電圧となり、該MOSFET24のゲートに印加される。そして、このMOSFET24のゲート電圧が、時刻t4において、MOSFET24のスレッショルド電圧Vthより大きくなると、図4(c)に示すように、ドレインバイアス電圧は徐々に下降し、時刻t5でゼロになる。この場合、時刻t3から徐々に上昇するMOSFET24のゲート電圧は、クランプ電圧Vssから上昇を開始するので、MOSFET24のスレッショルド電圧Vthに到達するまでの立ち上がり遅延時間td(off)は、従来のそれに比べて短い。
In this state, when the control signal falls at time t3, the control signal passes through the
一方、電力増幅器11に対するマイクロ波パルスの入力は、図4(d)に示すように、時刻t5を経過した後に停止される。時刻t4においてドレインバイアス電圧が下降を開始すると、図4(e)に示すように、電力増幅器11は、規定の振幅から徐々に小さくなるマイクロ波パルスを出力し、ドレインバイアス電圧がゼロになった時刻t5において、マイクロ波パルスの振幅はゼロになる。
On the other hand, the input of the microwave pulse to the
このように、MOSFET24に供給するゲート電圧の立ち上がり遅延時間td(off)を短くすることにより、マイクロ波パルスの電力増幅器11への入力が停止される前にドレインバイアス電圧がゼロになる。したがって、電力増幅器11に印加されるドレインバイアス電圧は立ち上がりおよび立ち下がりが緩やかになるように波形整形される。
Thus, by shortening the rise delay time td (off) of the gate voltage supplied to the
以上のように、時定数回路23によりゲート電圧の立ち上がりおよび立ち下がり時間が制御され、クランプ回路22によりゲート電圧の振幅が制御されることにより、立ち上がりおよび立ち下がり時間が緩やかで、立ち下がり遅延時間td(off)が抑制されたドレインバイアス電圧の波形に整形される。その結果、電力増幅器11から出力されるマイクロ波パルスの包絡線の立ち上がりおよび立ち下がりは、印加されたドレインバイアス電圧の波形のように、緩やかになるように波形整形される。
As described above, the rise and fall times of the gate voltage are controlled by the time constant circuit 23, and the amplitude of the gate voltage is controlled by the
以上の構成および動作によって、クランプ回路22を設けることによってMOSFET24のゲート電圧の立ち下がり遅延時間td(off)を小さくできるので、理想的な台形形状を崩すことなく電力増幅器11から出力されるマイクロ波パルスの包絡線の立ち上がりおよび立ち下がりを緩やかにすることができ、周波数スペクトラムの広がりが抑えられ、占有周波数帯域が狭帯域化される。
With the above configuration and operation, by providing the
次に、上記のように構成されるバイアス電圧生成回路を用いて周波数スペクトラムの広がりを抑える実験をしたので、以下に説明する。ここで、マイクロ波パルスを検波することによって得られるパルス(以下、「RFパルス」という)のパルス幅τが1μsで占有周波数帯域幅7.4MHz以下を実現することを目標とする。 Next, an experiment for suppressing the spread of the frequency spectrum using the bias voltage generation circuit configured as described above will be described below. Here, an object is to realize a pulse width τ of 1 μs and a occupied frequency bandwidth of 7.4 MHz or less of a pulse (hereinafter referred to as “RF pulse”) obtained by detecting a microwave pulse.
図5は、RFパルスの波形を示す図である。このRFパルスの立ち上がり時間をσr[s]、立ち下がり時間をσf[s]とし、パルス幅τ[s]を立ち上がり時間σrの50%の位置の振幅と立ち下がり時間σfの50%の位置の振幅との間の時間とする。 FIG. 5 is a diagram illustrating a waveform of an RF pulse. The RF pulse rise time is σr [s], the fall time is σf [s], and the pulse width τ [s] is the amplitude at the position of 50% of the rise time σr and the position of 50% of the fall time σf. Time between amplitudes.
理想矩形波形のスペクトラム包絡線は、下記式(1)で表すことができ、現実的な台形波形のスペクトラム包絡線は下記式(2)で表すことができる。
ここで、Δfは離調周波数[Hz]であり、σは立ち上がり立ち下がり時間[s]であり、下記式(3)で表される。離調周波数は、キャリア周波数に対して離れた周波数である。
図6は、パルス変調によるレベル減衰特性を示す図であり、S1は理想矩形波、S2は現実的な台形波(σ=110ns)の特性を計算により求めたものであり、−23dBcのラインは、99%の電力密度を有する占有周波数帯域幅という規格を満足する位置を示す。この図6により、パルス幅τが1μsで占有周波数帯域幅7.4MHz以下を実現するためには、立ち上がり立ち下がり時間σを110[ns]にすればよいことが分かる。図7は、パルス幅τが1μsで立ち上がり立ち下がり時間が110nsの場合の周波数スペクトラムを示す図である。周波数スペクトラムの広がりは、−23dBで7.4MHzに収まることが分かる。 FIG. 6 is a diagram showing level attenuation characteristics by pulse modulation, where S1 is an ideal rectangular wave, S2 is a realistic trapezoidal wave (σ = 110 ns) characteristic obtained by calculation, and the line of −23 dBc is , The position satisfying the standard of occupied frequency bandwidth having a power density of 99%. As can be seen from FIG. 6, in order to realize the occupied frequency bandwidth of 7.4 MHz or less with the pulse width τ of 1 μs, the rise / fall time σ should be set to 110 [ns]. FIG. 7 is a diagram showing a frequency spectrum when the pulse width τ is 1 μs and the rise / fall time is 110 ns. It can be seen that the spread of the frequency spectrum falls within 7.4 MHz at −23 dB.
図8は、本実施例1に係るバイアス電圧生成回路(クランプ回路にツェナーダイオードを使用した場合)の制御信号、MOSFET24のゲート電圧、ドレインバイアス電圧およびRF検波出力の波形を示す図である。ドレインバイアス電圧の立ち上がり遅延時間td(on)=100ns、ドレインバイアス電圧の立ち下がり遅延時間td(off)=86ns、マイクロ波パルス(RF検波出力)の立ち上がり時間tr=122ns、マイクロ波パルスの立ち下がり時間tf=107nsになっている。
FIG. 8 is a diagram illustrating waveforms of a control signal, a gate voltage of the
図9は、本実施例1に係るバイアス電圧生成回路を用いた場合の周波数スペクトラムを示す図である。99%の占有周波数帯域幅は7.2MHzになっており、目標の7.4MHzを達成できていることが分かる。 FIG. 9 is a diagram illustrating a frequency spectrum when the bias voltage generation circuit according to the first embodiment is used. The 99% occupied frequency bandwidth is 7.2 MHz, which indicates that the target 7.4 MHz is achieved.
なお、A級やAB級動作の半導体素子ではバイアス電圧の入/切回路が併用されているが、本実施例1のように、入/切回路によるバイアス電圧の立ち上がり/立ち下がり時間を緩やかにして使用することにより、マイクロ波を直接パルス変調するPINダイオード変調器等の特別な回路を付加することなく、小型且つ低価格で周波数スペクトラムの広がりを抑えることができる。 In addition, although the bias voltage on / off circuit is used in combination with the semiconductor element of class A or class AB operation, as shown in the first embodiment, the rise / fall time of the bias voltage by the on / off circuit is moderated. Therefore, it is possible to suppress the spread of the frequency spectrum at a small size and at a low price without adding a special circuit such as a PIN diode modulator that directly modulates a microwave.
本発明は、例えばフェーズドアレイレーダで使用されるアレイアンテナの送受信モジュールに利用可能である。 The present invention can be used for an array antenna transmission / reception module used in, for example, a phased array radar.
11…電力増幅器、12…バイアス電圧生成回路、13…電圧源、21…駆動回路、22…クランプ回路、23…時定数回路、24…MOSFET、31…クランプ電圧設定回路、Rg、R10〜R13…抵抗、D…ダイオード、SH…シャントレギュレータ、BUF…バッファ、ZD…ツェナーダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
入力された制御信号に基づき駆動信号を生成する駆動回路と、
前記駆動回路で生成された駆動信号が所定電圧以下にならないようにクランプするクランプ回路と、
前記クランプ回路によってクランプされた信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を制御して波形整形する時定数回路と、
前記時定数回路によって波形整形された信号に応じて、電圧源から供給される電圧を制御し、バイアス電圧として前記電力増幅器に供給するトランジスタと、
を備えたことを特徴とするバイアス電圧生成回路。 A bias voltage generation circuit that generates a bias voltage supplied to a power amplifier that amplifies an input microwave pulse,
A drive circuit for generating a drive signal based on the input control signal;
A clamp circuit for clamping the drive signal generated by the drive circuit so as not to become a predetermined voltage or less;
A time constant circuit for shaping the waveform by controlling the rise time and fall time of the signal clamped by the clamp circuit;
A transistor for controlling a voltage supplied from a voltage source according to a signal shaped by the time constant circuit and supplying the power amplifier as a bias voltage;
A bias voltage generation circuit comprising:
任意のクランプ電圧を設定するクランプ電圧設定回路と、
前記トランジスタに供給する電圧が前記クランプ電圧設定回路で設定されたクランプ電圧以下にならない範囲とするダイオードと、
を備えることを特徴とする請求項1記載のバイアス電圧生成回路。 The clamp circuit is
A clamp voltage setting circuit for setting an arbitrary clamp voltage;
A diode to which the voltage supplied to the transistor does not fall below the clamp voltage set by the clamp voltage setting circuit;
The bias voltage generation circuit according to claim 1, further comprising:
前記トランジスタに供給する電圧が所定のクランプ電圧以下にならないよう設定されたツェナーダイオードを備えることを特徴とする請求項1記載のバイアス電圧生成回路。 The clamp circuit is
The bias voltage generation circuit according to claim 1, further comprising a Zener diode set so that a voltage supplied to the transistor does not become a predetermined clamp voltage or less.
前記電力増幅器のバイアス電圧を生成するバイアス電圧生成回路とを備えた送受信モジュールを含むレーダ装置であって、
前記バイアス電圧生成回路は、
入力された制御信号に基づき駆動信号を生成する駆動回路と、
前記駆動回路で生成された駆動信号が所定電圧以下にならないようにクランプするクランプ回路と、
前記クランプ回路によってクランプされた信号の立ち上がり時間および立ち下がり時間を制御して波形整形する時定数回路と、
前記時定数回路によって波形整形された信号に応じて、電圧源から供給される電圧を制御し、バイアス電圧として前記電力増幅器に供給するトランジスタと、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 A power amplifier that amplifies the input microwave pulse; and
A radar apparatus including a transmission / reception module including a bias voltage generation circuit for generating a bias voltage of the power amplifier,
The bias voltage generation circuit includes:
A drive circuit for generating a drive signal based on the input control signal;
A clamp circuit for clamping the drive signal generated by the drive circuit so as not to become a predetermined voltage or less;
A time constant circuit for shaping the waveform by controlling the rise time and fall time of the signal clamped by the clamp circuit;
A transistor for controlling a voltage supplied from a voltage source according to a signal shaped by the time constant circuit and supplying the power amplifier as a bias voltage;
A radar apparatus comprising:
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2010175333A (en) * | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Japan Radio Co Ltd | Power amplifier |
JP2010181268A (en) * | 2009-02-05 | 2010-08-19 | Toshiba Corp | Transmission module for radar system |
JP2012202923A (en) * | 2011-03-28 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Transmission module for radar apparatus |
-
2006
- 2006-09-27 JP JP2006262797A patent/JP2008085605A/en active Pending
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