JP2008258948A

JP2008258948A - 送受信モジュール

Info

Publication number: JP2008258948A
Application number: JP2007099347A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sugafuji; 和博菅藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】アンテナからの過大な反射電力に対して受信系を保護し、受信系に生じる雑音指数の悪化を解決する送受信モジュールを提供する。
【解決手段】送受信モジュールが、高周波信号を複数の高周波信号に分配する分配部２と、各高周波信号を増幅する電力増幅部３，４と、各高周波信号を合成する合成部５と、電力増幅部３，４に接続された端子６ａ，７ａ、合成部５に接続された端子６ｂ，７ｂ、終端器１１，１２に接続された端子６ｃ，７ｃを有し、電力増幅部３，４に対応して設けられた２つの第１サーキュレータ６及び７と、合成部５に接続された端子８ａ、アンテナ端子９に接続された端子８ｂ及び端子８ｃを有する第２サーキュレータ８と、端子８ｃに接続され、この端子８ｃから出力される信号を増幅する受信信号増幅部１０とを備え、受信信号増幅部１０にて反射された高周波信号が終端器１１，１２により吸収される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばマイクロ波を送受信する送受信モジュールに関する。

マイクロ波用の電力増幅器から送信される信号の電力は数１００Ｗ又はそれ以上であるため、電力増幅器にはクライストロンやマグネトロン等の真空管が用いられていた。近年、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）等を用いたマイクロ波の固体化増幅器も製品化されている。真空管と固体化増幅器とを併用して、これらの真空管及び個体化増幅器によって増幅された電力を合成して大電力を得るようにしたマイクロ波用の電力増幅器もある。この電力増幅器は例えばレーダ装置に用いられる。

図２はレーダ装置に用いられる送受信モジュールの回路構成図である。励振器にて発生したマイクロ波信号は、分配部５０において２分配される。分配されたマイクロ波信号はそれぞれ２つの電力増幅部５１、５２において増幅され、増幅された各マイクロ波信号は、合成器５３において合成される。合成されたマイクロ波信号はサーキュレータ５４を介してアンテナ端子５５に接続されたアンテナから空間に送信される。また、アンテナからの受信信号は、２つのサーキュレータ５４、５６とプロテクタ５７とを介して低雑音増幅器５８において増幅されて、増幅された信号は受信機に入力される。プロテクタ５７は、リミッタやスイッチから構成されている。マイクロ波信号がプロテクタ５７に入力された場合、このプロテクタ５７は過大な電力を有するマイクロ波を吸収しないで反射する。

この送受信モジュールでは、送信されるマイクロ波信号の電力レベルが増大するに伴って、アンテナ及びアンテナ端子５５の間のインピーダンスの不整合等によってマイクロ波の反射が生じ、反射されたマイクロ波信号の電力が増大する。この反射波は、１個の４ポートサーキュレータにより構成されるサーキュレータ５４、５６を通過し、プロテクタ５７にて反射される。プロテクタ５７からの反射波はサーキュレータ５６の一端子に接続された終端抵抗５９に吸収される。終端抵抗５９では反射波のエネルギーが熱に変換される。通常、アンテナ端子５５からの反射波がそのまま受信系に入力されると、反射波の電力のレベルは低雑音増幅器５８の耐入力電力の値を超えているために、低雑音増幅器５８を破壊することがある。受信回路の保護用のリミッタやスイッチといったプロテクタ５７がサーキュレータ５６及び低雑音増幅器５８の間に介装されることによって低雑音増幅器５８が保護される。通常、プロテクタ５７は、アンテナ端子５５からの反射波の過大なレベルを吸収ではなく反射するため、４ポートサーキュレータの終端抵抗５９が反射電力を吸収する。

アンテナに接続されている機器を保護する技術に関しては、従来、アイソレータを設けなくともアンテナ素子からの反射電力に対して内部機器を保護する機能を備えた送信アンテナが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２００８００号公報

しかしながら、受信系統には低雑音増幅器５８の前段に２個のサーキュレータ回路とプロテクタ５７とが設けられており、これらのサーキュレータ回路とプロテクタ５７とはともに受信系の伝送線路における挿入損失となる。このため、アンテナ端子５５と受信機との間の雑音指数が悪化するという欠点があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、アンテナからの過大な反射電力に対して受信系を保護し、受信系に生じる雑音指数の悪化を解決することが可能な送受信モジュールを提供することを目的とする。

このような課題を解決するため、本発明の一態様によれば、高周波信号を複数の高周波信号に分配する分配部と、それぞれが前記分配部にて分配された高周波信号を増幅する複数個の電力増幅部と、各電力増幅部にて増幅されたそれぞれの高周波信号を合成する合成部と、前記電力増幅部に接続された第１端子、前記合成部に接続された第２端子、及び終端器により終端された第３端子を有し、前記複数個の電力増幅部に対応して設けられた複数の第１サーキュレータと、前記合成部に接続された第１端子、アンテナ端子に接続された第２端子、及び第３端子を有する第２サーキュレータと、前記第２サーキュレータの第３端子に接続され、この第３端子から出力される信号を増幅する受信信号増幅部と、を備え、この受信信号増幅部にて反射された高周波信号が前記複数の第１サーキュレータの第３端子に接続された終端器により吸収されることを特徴とする送受信モジュールが提供される。

本発明によれば、アンテナ端子と信号増幅部との間における信号伝送線路の挿入損失を減らすことができ雑音指数が低減する。

以下、本発明の実施の形態に係る送受信モジュールについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る送受信モジュールの回路構成図である。この送受信モジュールは、励振器１にて発生したマイクロ波信号を複数例えば２系統の信号に分配する分配部２と、分配部２にて分配されたそれぞれのマイクロ波信号を増幅する電力増幅部３、４と、電力増幅部３、４にて増幅されたそれぞれのマイクロ波信号を合成する合成部５と、それぞれが電力増幅部３、４に対応して設けられた第１サーキュレータとして機能する２つのアイソレータ６、７と、合成部５に接続された端子（第１端子）８ａ、アンテナ端子９に接続された端子（第２端子）８ｂ及び受信信号増幅部に接続された端子（第３端子）８ｃを有するサーキュレータ（第２サーキュレータ）８と、このサーキュレータ８の端子８ｃから出力される受信信号を増幅する受信信号増幅部１０とを備えている。この送受信モジュールでは、電力増幅部３、４と合成部５との間にアイソレータ６、７が挿入されているといえる。

２つのアイソレータ６、７の機能は１つの４ポートサーキュレータにより実現される。アイソレータ６は、電力増幅部３に接続された端子（第１端子）６ａと、合成部５に接続された端子（第２端子）６ｂと、終端器である終端抵抗１１により終端された端子（第３端子）６ｃとを有する。アイソレータ７も、電力増幅部４に接続された端子（第１端子）７ａと、合成部５に接続された端子（第２端子）７ｂと、終端器である終端抵抗１２により終端された端子（第３端子）７ｃとを有する。これらの終端抵抗１１、１２によって受信信号増幅部１０にて反射されたマイクロ波信号が吸収される。

終端抵抗１１、１２の抵抗値は、分配部２、電力増幅部３、４、アイソレータ６、７、合成部５などの各部品の入出力インピーダンスに整合するようにして決められる。一例として、終端抵抗１１、１２の抵抗値は５０Ωであり、サーキュレータ６、７の端子６ｃ、７ｃも５０Ωに整合がとられている。合成部５には、ブランチライン型やWilkinson型の合成器が用いられる。アンテナ端子９には、屋外等に設けられたパラボラアンテナ等が接続される。この送受信モジュールでは、分配部２にて分配された２系統のマイクロ波信号がそれぞれ電力増幅部３，４、サーキュレータ６，７及び合成部５まで伝送する際に、これらのマイクロ波信号の位相が揃うように、分配部２から合成部５までの電気長が揃えられている。

また、受信信号増幅部１０は、アンテナ端子９からの過大な電力レベルを有するマイクロ波信号を反射することによって、マイクロ波信号の受信系後段への伝送を遮断可能なプロテクタ１３と、プロテクタ１３からのマイクロ波信号を増幅する低雑音増幅器１４とを備えている。プロテクタ１３は受信用の保護回路であり、ダイオードスイッチやリミッタが用いられる。ダイオードスイッチが用いられる場合には、ダイオードへのバイアス電圧が順方向又は逆方向に切り替えられることによって、ダイオードはオン又はオフの動作を行う。また、低雑音増幅器１４は、それぞれが電圧レベルの小さい信号を増幅する複数の増幅デバイスを有し、これらの増幅デバイスが接続されて構成されている。低雑音増幅器１４にて増幅された信号は受信機１５へ入力される。プロテクタ１３が設けられることによって、これらの増幅デバイスの過大入力による焼損が防止される。

このような構成の送受信モジュールが送信動作を行う場合には、プロテクタ１３は、アンテナ端子９にて反射されるマイクロ波信号の低雑音増幅器１４への伝送を遮断するように動作する。送信増幅器としての電力増幅部３、４は励振器１からのマイクロ波信号をそれぞれ１００Ｗ程度の電力にまで増幅する。電力増幅された各マイクロ波信号は合成部５によって合成されて、合成された送信信号は送受信分離回路であるサーキュレータ８の端子８ａ、８ｂを介してアンテナから出力される。サーキュレータ８の端子８ｃから出力される一定値以上の大きさの電力を有するマイクロ波信号はプロテクタ１３により反射される。プロテクタ１３にて反射された反射波は、サーキュレータ８の端子８ｃ、８ａを介して送信系統に戻されて、反射波は合成部５による信号の伝送方向と逆の方向を辿り、この反射波は合成部５において２分配される。それぞれの反射波は端子６ｂ、７ｂを介してアイソレータ６、７に入力されて、これらの反射波は終端抵抗１１、１２において吸収される。送受信モジュールが受信動作を行う場合には、プロテクタ１３は、アンテナより受信されたマイクロ波信号が低雑音増幅器１４へ伝わるように動作する。

図２の例のように、受信系統に反射電力を吸収するための４ポートサーキュレータが配置される場合には、この４ポートサーキュレータが２つのサーキュレータ５４、５６により構成されているため、受信系の伝送線路における挿入損失が大きいが、本発明の送受信モジュールは、図２の受信系統に配置されるサーキュレータ５４、５６の１個分、すなわち１パスに相当する分の挿入損失を減らすことができる。この挿入損失は約０．３〜１ｄＢである。従って、従来技術を用いた場合でのアンテナ端子５５と受信機との間の損失分に相当する雑音指数を本発明は減らすことができ、アンテナ端子９とプロテクタ１３との間の雑音指数の悪化が解決される。

また、電力増幅部３、４の出力側にアイソレータ６、７が接続されたことにより、合成部５のポート間のアイソレーションが劣化した場合であっても、ポート間の干渉が生じない。従って、ポート間のアイソレーションの確保が不要になるため、合成部５の設計の自由度が向上し、また、低損失化が実現する。

本発明では、ブランチライン型やWilkinson型の電力合成器であってアイソレーション抵抗により挿入損が大きい合成器５３を、アイソレーション抵抗のない低損失な合成器と４ポートサーキュレータとにより構成することが可能になり、本発明の送信系統における挿入損失を、従来の送受信モジュールの送信系統における挿入損失とほぼ同じにすることができる。従って、本発明によれば、送信系統と受信系統とのそれぞれのトータルの挿入損失が、従来の送受信モジュールにおけるトータルの挿入損失よりも良好になる。

また、この送受信モジュールは、サーキュレータ８を用いて反射波を分離し、分離した反射波のエネルギーを熱に変換している。反射電力が終端抵抗１１、１２によって熱に変換されるため、送信系統の逆方向に対して反射電力のエネルギーが伝達されない。従って、送信信号の振幅に、全反射された信号の振幅が加算されて、送信信号の振幅の２倍近くの大きさの振幅を有する信号が電力増幅部３、４に入力されることがなくなる。更にプロテクタ１３によって、低雑音増幅器１４の耐圧の規格を超える振幅を有する信号が低雑音増幅器１４へ入力されない。これにより、低雑音増幅器１４はアンテナからの反射電力に対して保護される。

このように、本発明の送受信モジュールは、アンテナ端子９からの反射電力をアイソレータ６、７の終端抵抗１１、１２を用いて吸収するため、受信系の雑音指数の悪化を解決することができ、このターミネーションに用いる素子の耐電力を低減させることができる。また、合成部５のポート間のアイソレーション確保が不要となるため、合成部５のアイソレーション確保により生じる挿入損失を減らすことができる。アイソレータ６、７の挿入による損失量は、合成部５のアイソレーション確保により生じる損失量とほぼ同じにすることできる。これらの損失量を等しくすることによって、トータルに評価した場合には、従来の送受信モジュールを用いた場合と同様に、本発明での受信系の雑音指数は１個のサーキュレータが挿入されたときの損失に相当する分が低減される。これにより、本発明の送受信モジュールでは、総合性能を０．３〜１ｄＢ程度向上させることができる。

上記の実施形態では、分配部２において励振器１からのマイクロ波信号は２系統に分配されていたが、本発明の送受信モジュールは、３つ以上の電力増幅器、第１サーキュレータ及び終端器をも備えて、分配部２がこのマイクロ波信号を３以上の系統に分配してもよい。なお、本発明はマイクロ波と異なる周波数に対して適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る送受信モジュールの回路構成図である。レーダ装置に用いられる送受信モジュールの回路構成図である。

符号の説明

１…励振器、２，５０…分配部、３，４，５１，５２…電力増幅部、５…合成部、６，７…アイソレータ（第１サーキュレータ）、６ａ，７ａ…端子（第１端子）、６ｂ，７ｂ…端子（第２端子）、６ｃ，７ｃ…端子（第３端子）、８…サーキュレータ（第２サーキュレータ）、８ａ…端子（第１端子）、８ｂ…端子（第２端子）、８ｃ…端子（第３端子）、９，５５…アンテナ端子、１０…受信信号増幅部、１１，１２…終端抵抗（終端器）、１３，５７…プロテクタ、１４，５８…低雑音増幅器、１５…受信機、５３…合成器、５４，５６…サーキュレータ、５９…終端抵抗。

Claims

高周波信号を複数の高周波信号に分配する分配部と、
それぞれが前記分配部にて分配された高周波信号を増幅する複数個の電力増幅部と、
各電力増幅部にて増幅されたそれぞれの高周波信号を合成する合成部と、
前記電力増幅部に接続された第１端子、前記合成部に接続された第２端子、及び終端器により終端された第３端子を有し、前記複数個の電力増幅部に対応して設けられた複数の第１サーキュレータと、
前記合成部に接続された第１端子、アンテナ端子に接続された第２端子、及び第３端子を有する第２サーキュレータと、
前記第２サーキュレータの第３端子に接続され、この第３端子から出力される信号を増幅する受信信号増幅部と、を備え、
この受信信号増幅部にて反射された高周波信号が前記複数の第１サーキュレータの第３端子に接続された終端器により吸収されることを特徴とする送受信モジュール。