JP2008306308A - 高周波リミッタ - Google Patents

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Abstract

【課題】リミッティング特性の調整範囲を広くとれるようにして、PINダイオードの特性パラメータのばらつきをほぼ完全に吸収し、所望のリミッティング特性が得られるようにした高周波リミッタを提供する。
【解決手段】下部導体部13および上部導体部14の内部に、外部台座15とキャビティ34による外部半同軸共振器を構成し、外部台座15の内壁と内部台座16およびポスト17とによって内部半同軸共振器を構成し、ポスト17と内部台座16との間にPINダイオード18を接合する。この共振器部とそれに接続する導波管との間に共振窓11,12を設ける。そして外部台座15のキャビティ34に対する突出量x、および外部台座15の内部に対するポスト17の挿入量yを独立に調整可能とする。
【選択図】図4

Description

この発明は、伝搬する高周波信号の最大電力を抑制する高周波リミッタに関するものである。
従来、送受共用のアンテナを用いて高電力高周波信号を送受信するレーダ装置等の送受信装置においては、受信信号の経路に高周波リミッタが設けられている(非特許文献1参照)。
図1は従来の一般的な高周波リミッタの配置例を示すブロック図である。図1においてマグネトロン101の発振信号は、サーキュレータ102を介してアンテナ103から送信される。物標で反射し、アンテナ103が受信した信号はサーキュレータ102を介し、高周波リミッタ104を通過して受信モジュール105へ与えられる。
図2は図1に示した高周波リミッタ104の構成例を示す断面図である。中央部にポスト3が突出形成されているチューニングブロック2が導波管部1の所定箇所に設けられている。ポスト3の先端部には折り返しチョーク5が設けられ、ポスト3の途中部分にリミッタダイオード4が挿入されている。
日本財団図書館、"平成15年度 通信講習用 船舶電気装備技術講座(レーダー、機器保守整備編)4・3 送受切替え回路"、[online]、[平成19年5月7日検索]、インターネット<http://nippon.zaidan.info/seikabutsu/2003/00138/contents/0020.htm>
一般に、PINダイオードの製造方法や形状の変更(ロット変更)があると、リミッティング特性が大きく変化する。高周波リミッタのリミッティング特性は、PINダイオードの取り付け高さを調整すること等によってある程度は調整が可能であるが、上記ロット変更があると従来の調整機構では対応できず、所望のリミッティング特性が得られない場合があった。また、そのため高周波リミッタの設計を変更する必要が生じたり、PINダイオードに対する要求仕様が厳しくなったりして、これらがコストアップの要因となっていた。
そこで、この発明の目的は、リミッティング特性の調整範囲を広くとれるようにして、PINダイオードの特性パラメータのばらつきをほぼ完全に吸収し、所望のリミッティング特性が得られるようにした高周波リミッタを提供することにある。
前記課題を解決するために、この発明は次のように構成する。
(1)導波管を伝搬する高周波信号の電力を所定の上限値で制限する高周波リミッタにおいて、
前記高周波信号が到来する第1の(入力側の)導波管および伝搬すべき高周波信号を出力する第2の(出力側の)導波管が接続される共振器部を備え、
前記共振器部は、同軸に配置した中心導体とそれに対向する台座とから成る内部半同軸共振器と、前記共振器部のキャビティと前記台座とから成る外部半同軸共振器とを備えた二重の半同軸共振器を少なくとも1組備えて成り、
前記内部半同軸共振器の前記中心導体と前記台座との間にPINダイオードを接続し、
前記中心導体の前記内部半同軸共振器への突出量および前記キャビティに対する前記台座の突出量(前記外部半同軸共振器の開放部の位置)を個別に調整可能に設けたことを特徴とする。
(2)前記共振器部は、前記高周波信号が到来する第1の(入力側の)導波管が接続される第1の共振器部と、当該第1の半同軸共振器と結合するとともに、伝搬すべき高周波信号を出力する第2の(出力側の)導波管が接続される第2の共振器部と、から成り、且つ第1・第2の共振器部は、互いの前記キャビティの内径寸法が異なったものとする。
(3)前記第1の導波管と前記第1の共振器部との間に整合用の第1の共振窓を備え、前記第2の導波管と前記第2の共振器部との間に整合用の第2の共振窓を備え、第1・第2の共振器部の間に設けた整合用の第3の共振窓を備えたものとする。
この発明によれば次のような効果を奏する。
(1)前記二重の半同軸共振器の内部半同軸共振器について、前記中心導体の前記内部半同軸共振器への突出量(y)および前記キャビティに対する前記台座の突出量(x)(前記外部半同軸共振器の開放部の位置)を個別に調整することができるので、共振器のQ値を変更でき、そのことによりPINダイオードに掛かる電圧を制御し、リミッティング特性を広範囲に亘って調整することができる。
その結果、PINダイオードのロット変更等によるダイオードの特性ばらつきを吸収し、所望の特性に調整可能な高周波リミッタを構成できる。
(2)前記二重の半同軸共振器の外部半同軸共振器(キャビティ)の内径を変化させることで、内部半同軸共振器と外部半同軸共振器とをそれぞれ同軸線路と見なしたときの線路の特性インピーダンスの比(ステップインピーダンス比)が変化する。このインピーダンス比を変えることでダイオードにかかる電力が変化するため、半同軸共振器毎にリミッティング特性を調整することができる。
このため、2つの半同軸共振器を異なる内径とする(異なる共振系とする)ことで各共振器のリミッティング特性を個別に調整することができ、その結果、高周波リミッタ全体の特性をより広範囲に亘って調整することができる。
(3)前記第1の導波管と前記第1の半同軸共振器との間、前記第2の導波管と前記第2の半同軸共振器との間、第1・第2の半同軸共振器の間に、それぞれ整合用の共振窓を備えたことにより、導波管と半同軸共振器との間のモード変換が適切に行われ、挿入損失が低減できる。
《第1の実施形態》
図3は第1の実施形態に係る高周波リミッタの透視斜視図である。また図4はその中央部の縦断面図である。
図3・図4に示す高周波リミッタ100は、サーキュレータと受信モジュールとの間に配置されるものであり、受信信号を伝搬する導波管が接続される。この高周波リミッタ100は、図3に示すように共振器部10と2つの導波管との間に配置される共振窓11,12を備えている。
図3に示した共振器部10は、図4に示すように、下部導体部13および上部導体部14からなる円筒形状のキャビティ34内に構成している。このキャビティ34の内部には、下部導体部13側から内部方向に突出する外部台座15を設けている。この外部台座15の外周面と下部導体部13の孔には、互いに螺合するためのネジを形成している。
また、上記キャビティ34内に、上部導体部14側から突出するポスト17(中心導体)を設けている。ポスト17の下端部には内部台座16を配置していて、この内部台座16とポスト17の下端部との間にPINダイオード18を接合一体化している。内部台座16の外周面と外部台座15の内周面には互いに螺合するためのネジを形成している。
キャビティ34と外部台座15とによって外部半同軸共振器を構成していて、外部台座15の内周面とポスト17とによって内部半同軸共振器を構成している。
前記外部台座15を旋回させることによってキャビティ34に対する外部台座15の突出量(x)を調整することができ、またポスト17を旋回させることによってポスト17の内部半同軸共振器への突出量yを調整することができる。しかも、上記x、yを独立して調整できる。
図4に示したPINダイオード18は、この高周波リミッタ100に対して共振窓11を介してパルス電力が入力されると、ポスト17と内部台座16との間に電圧が印加されて、その接合容量が変化し、導波管との結合特性が大きく変化して入力電力を反射する。
共振器(外部半同軸共振器および内部半同軸共振器)のQ値は、前記寸法xおよびyの調節によって変化する。共振器のQ値に応じてPINダイオード18に掛かる電圧が変化するので、上記寸法x,yを調節することによってリミッティング特性を広範囲に亘って調整することができる。
図5は、前記キャビティ34の大きさがそれぞれ異なる3つの高周波リミッタの特性を示す図である。ここでキャビティの内径をL,M,Sで表すと、L=23.0mm、M=20.0mm、S=17.0mmである。
図5(A)はキャビティサイズLの特性、(B)はキャビティサイズMの特性、(C)はキャビティサイズSの特性である。これらの図においてONで示す曲線はPINダイオードがオン状態で挿入損失が最大となるx,yの寸法の関係、OFFで示す曲線はPINダイオードがオフ状態でリターンロスが最小となるx,yの寸法の関係を示す図である。なお、ここでは使用周波数を9.41GHzとしている。
また図5(D)はPINダイオードのオン時の挿入損失の特性、(E)はPINダイオードのオフ時のリターンロスの特性である。それぞれキャビティの大きさをL,M,Sで表している。
高周波リミッタとして使用する場合に、PINダイオードのオフ時には挿入損失が小さく、オン時には挿入損失が大きくなる特性を合わせ持つ必要がある。そのため、図5(A)〜(C)におけるオン時の特性曲線とオフ時の特性曲線の交点が前記x,yの最適寸法となる。
図5から、キャビティの内径が小さいほどx,y寸法に対する特性変化が大きいこと、およびキャビティの内径が小さいほど挿入損失が大きくなる傾向にあることが分かる。
これは、キャビティの内径が小さいほど、共振窓と内部の共振回路とが接近して結合状態が複雑になることから、リターンロスおよび挿入損失の特性変化が大きくなるものと考えられる。また、図3に示したように共振窓11,12の形状としていわゆるH型共振窓以外にC型共振窓を採用することもできるが、C型共振窓の場合には組み立て方により共振窓ギャップ部と共振回路との結合状態が大きく異なるため、組み立て精度に対する特性変化が大きくなる。そのため共振窓はH型共振窓が好ましい。
以上のことから、単一の共振器部10を備えた高調波リミッタを構成する場合に、キャビティの大きさに応じて最適なx,y寸法をとなるように、図4に示した外部台座15のキャビティ34に対する挿入量およびポスト17の外部台座15の内部に対する挿入量をそれぞれ調整すればよい。
ところで、キャビティ34の内径を変化させると、内部半同軸共振器と外部半同軸共振器とをそれぞれ同軸線路と見なした時の線路の特性インピーダンスの比(ステップインピーダンス比)が変化する。ここで外部半同軸共振器のインピーダンスをZa、内部半同軸共振器のインピーダンスをZbで表すと、キャビティの内径が大きくなるとZa>Zb、キャビティ34の内径が小さくなるとZa<Zbとなり、所定の内径の時、Za=Zbの関係となる。
そしてリミッティング量は、Za>Zbであるほど小、Za<Zbであるほど大となる。これはZa<Zbとなるような条件で回路の整合がとれ、ダイオードに電流が流れやすい状態になるためであると考えられる。
また、内部半同軸共振器のQ値は図4に示した寸法x,y(特に寸法x)を変化させることによって変化するが、リミッティング量は、Q値が低いほど小さく、Q値が高いほど大きくなる。これは、Q値が高いほど感度が良好となり、ダイオードに電流が流れるためリミッティング量が増加し、Q値が低いときはこの逆の関係になるためである。
このようにして、キャビティの内径の選定および寸法xの調整によって、PINダイオード18に印加される電圧を制御して所望のリミッティング量に設定することができる。また、寸法xに応じて、ダイオードオフ時のリターンロスが最小、ダイオードオン時の挿入損失が最大となるための最適な寸法yを定めることができる。
《第2の実施形態》
図6は第2の実施形態に係る高周波リミッタの透視斜視図である。また図7(A)はその高周波リミッタの透視上面図、(B)は透視正面図である。
この第2の実施形態に係る高周波リミッタ200は、2つの共振器部10,20を備えるとともに、第1の共振器部10と導波管(不図示)との間に共振窓11、第2の共振器部20と導波管(不図示)との間に共振窓21、第1・第2の共振器部10,20の間に共振窓22をそれぞれ設けている。
第1の共振器部10および第2の共振器部20の構成は第1の実施形態で示したものと基本的に同様であるが、第1の共振器部10と第2の共振器部20は、外部台座、内部台座、およびポストを同一寸法にするとともに、キャビティの内径を互いに異なったものとしている。
また、第1・第2の共振器部10−20間の共振窓22は導波管との間の共振窓11,21と同様のH型共振窓形状としている。
このようにキャビティの内径寸法の異なる2つの2重の半同軸共振器を従属接続することによって、それぞれの共振器の合成特性が得られる。したがって特性調整のパラメータが2倍になってリミッティング特性をより広範囲に亘って調整することが可能となる。
従来の一般的なレーダ装置における送受切り替え回路部を含む構成を示すブロック図である。 同回路の高周波リミッタ部分の断面図である。 第1の実施形態に係る高周波リミッタの透視斜視図である。 同高周波リミッタの断面図である。 同高周波リミッタの各種特性例を示す図である。 第2の実施形態に係る高周波リミッタの透視斜視図である。 同高周波リミッタの透視上面図および透視正面図である。
符号の説明
10,20−共振器部
11,12,21,22−共振窓
13−下部導体部
14−上部導体部
15−外部台座
16−内部台座
17−ポスト(中心導体)
18,28−PINダイオード
34−キャビティ
100,200−高周波リミッタ

Claims (3)

  1. 導波管を伝搬する高周波信号の電力を所定の上限値で制限する高周波リミッタにおいて、
    前記高周波信号が到来する第1の導波管および伝搬すべき高周波信号を出力する第2の導波管が接続される共振器部を備え、
    前記共振器部は、同軸に配置した中心導体とそれに対向する台座とから成る内部半同軸共振器と、前記共振器部のキャビティと前記台座とから成る外部半同軸共振器とを備えた二重の半同軸共振器を少なくとも1組備えて成り、
    前記内部半同軸共振器の前記中心導体と前記台座との間にPINダイオードを接続し、
    前記中心導体の前記内部半同軸共振器への突出量および前記キャビティに対する前記台座の突出量を個別に調整可能に設けたことを特徴とする高周波リミッタ。
  2. 前記共振器部は、前記高周波信号が到来する第1の導波管が接続される第1の共振器部と、当該第1の半同軸共振器と結合するとともに、伝搬すべき高周波信号を出力する第2の導波管が接続される第2の共振器部と、から成り、且つ第1・第2の共振器部は、互いの前記キャビティの内径寸法を異ならせた請求項1に記載の高周波リミッタ。
  3. 前記第1の導波管と前記第1の共振器部との間に整合用の第1の共振窓を備え、前記第2の導波管と前記第2の共振器部との間に整合用の第2の共振窓を備え、第1・第2の共振器部の間に設けた整合用の第3の共振窓を備えた請求項2に記載の高周波リミッタ。
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