JP5121249B2

JP5121249B2 - レーダ受信機

Info

Publication number: JP5121249B2
Application number: JP2007044369A
Authority: JP
Inventors: 治佐藤; 雅哉沢柳
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: JP2008209154A

Description

本発明は、局部発振器の温度−発振周波数特性について改善を図ったレーダ受信機に関するものである。

航空管制や船舶の航行などでは、障害物の位置を検知するためにレーダ装置が広く用いられている。このレーダ装置は、図３に示すように、電磁波を発信するレーダ送信機１と、目標物で反射した反射波を受信するレーダ受信機２と、アンテナ３と、レーダ送信機１で発信した電磁波をアンテナ３の方向に出力し、アンテナ３で受信した反射波をレーダ受信機２の方向に出力する方向性結合器（サーキュレータ）と、デュプレクサ等の送受切替器４と、レーダ受信機２で受信した反射波を信号処理して自動追尾や目標識別等を行ったり、レーダ送信機１やレーダ受信機２を制御する制御部５と、制御部５で処理された信号に応じて目標物の位置の表示等を行う指示部６を備える。制御部５では、例えば、レーダ送信機１から電磁波を送信した時刻とレーダ受信機２で反射波を受信した時刻とから、電磁波の目標物までの往復時間を算出することで、当該時間に基づいて目標物までの距離を算出する。

図４はレーダ受信機２の概略を示す構成図（例えば、類似構成として特許文献１参照）である。送受切替器４から入力した受信信号は、低雑音増幅器２１によって低ノイズで増幅され、混合器２２において局部発振器２３Ａから入力する周波数信号とミキシングされ、両信号の和差周波数信号がそこから取り出され、飽和増幅器２４で飽和レベルまで増幅され、帯域制限フィルタ２５で所定帯域の中間周波数信号が取り出され、検波器２６で検波され、低域通過フィルタ２７で低域成分が取り出されて、制御部５に取り込まれる。そして、低域通過フィルタ２７から出力する信号レベルが所定レベル以上になるように、制御回路５の自動同調シーケンスによって、局部発振器２３の発振周波数が自動制御される。
特開平８−１１４６６８号公報

ところで、送信器１では、送信管として一般にマグネトロンが用いられるが、そのマグネトロンの発振周波数は温度特性をもつ。これは、マグネトロンの発熱温度に応じてマグネトロンを構成する金属部分が伸縮し、キャビティや周波数調整部にその影響が及ぶためである。例えば、図５に特性Ａで示すように、温度が高くなると発振周波数が低くなる。

このため、レーダ受信機２においては、局部発振器２３Ａの発振周波数可変範囲を、マグネトロンの発振周波数の変動を見越して、広くとらなければならない。すなわち、この局部発振器２３Ａは、一般的に温度の影響を極力受けないように種々工夫が加えられているが、温度に応じて変化するマグネトロンの発振周波数に対応すべく、またマグネトロンのバラツキや劣化による図５の特性Ａの変化に対応すべく、図６に示すように、高位周波数側特性Ｂ１と低位周波数側特性Ｂ２の両者をカバーできる周波数範囲Δｆ２を発振周波数可変範囲としなければならない。なお、高位周波数側特性Ｂ１と低位周波数側特性Ｂ２の差分周波数Δｆ１は、バラツキや劣化の影響による幅である。例えば、新規時は特性Ｂ１であったものが、劣化すると特性Ｂ２に変化する。

本発明の目的は、局部発振器の発振周波数可変範囲を狭くできるようにしたレーダ受信機を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のレーダ受信機は、レーダ送信機のマイクロ波発振器で発振されて目標物に送信され該目標物で反射してきたレーダ波を受信して増幅し、局部発振器から出力するローカル周波数信号と混合して中間周波数信号を生成し、該中間周波数信号に基づき所定の受信処理を行うレーダ受信機において、前記局部発振器は、前記レーダ送信機の前記マイクロ波発振器と同じ温度環境に設置され、温度変化によって定数が変化して発振周波数を変化させるための同調素子を備え、前記マイクロ波発振器と同じ温度−発振周波数特性を有し、且つ発振周波数を前記マイクロ波発振器の温度変化による発振周波数の変化と同じように前記同調素子により変化させることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のレーダ受信機において、前記同調素子は、前記局部発振器を構成する基板上に形成されたショートスタブであることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のレーダ受信機において、該レーダ受信機の出力信号を入力する制御部が備えられ、前記局部発振器は、該制御部によって、前記中間周波数信号のレベルが所定レベル以上になるようにその発振周波数が制御されることを特徴とする。

本発明のレーダ受信機によれば、局部発振器がレーダ送信機のマイクロ波発振器と同じ温度環境に設置され、且つレーダ送信機のマイクロ波発振器とほぼ同じ温度−発振周波数特性を有するので、局部発振器の発振周波数がレーダ送信機のマイクロ波発振器と同様に変化するため、局部発振器の周波数可変範囲はバラツキ分や劣化分を考慮した狭い範囲で済む。このため、局部発振器の発信周波数を決める自動同調シーケンスにおいて、周波数ステップの幅を狭くすることが可能となり、１ステップずれたときの帯域制限フィルタの通過損を低減でき、同調ロスを低減できる。また、局部発振器をＶＣＯで構成するときは、そのＶＣＯの周波数可変幅が小さくなるので、位相ノイズが小さくなる。さらに、ＶＣＯの構成要素として可変容量ダイオードを用いるときは、可変幅を小さくできるので、容量−制御電圧の特性を線形の範囲で利用可能となる。

図１は本発明の１つの実施例のレーダ受信機２の局部発振器２３をＶＣＯで構成した回路図である。Ｑ１はＮＰＮトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗、Ｃ１〜Ｃ６はキャパシタ、ＣｃｅはトランジスタＱ１のコレクタ・エミッタ間浮遊キャパシタ、Ｄ１は可変容量ダイオード、ＳＳはＶＣＯを構成する基板に形成されたショートスタブである。このショートスタブＳＳは、局部発振器２３の発振周波数の波長をλとすると、λ／４よりも短く設定され、誘導素子として機能する。この局部発振器２３は、制御部５によって制御電圧Ｖｃを変化させると、可変容量ダイオードＤ１の容量値が変化して、発振出力周波数ｆoutが変化する。

上記局部発振器２３は、レーダ送信機１のマイクロ波発振管であるマグネトロンの発熱を受ける場所（マグネトロンと同一温度環境）に配置されており、基板に形成されたショートスタブＳＳを有しているので、そのショートスタブＳＳはマグネトロンの温度とほぼ同じ温度となる。基板の温度係数は２００ｐｐｍ／℃程度であり、基板温度が上昇すればショートスタブＳＳの寸法がその温度係数に応じて大きくなり、インダクタンス値が大きくなる。したがって、局部発振器２３の発振周波数はその影響を受けて低くなり、その発振周波数の温度係数は、−２００ｋＨｚ／℃程度を実現できる。

以上から、マグネトロンの温度が高くなればその発振周波数が低くなるが、このとき局部発振器２３の温度も高くなりその発振周波数が低くなるので、局部発振器２３においては、制御部５により制御電圧Ｖｃで制御する発振周波数範囲を、図２に示すように、バラツキ分や劣化分に相当するΔｆ１の範囲で制御すれば足りることになる。

図６の発振周波数範囲Δｆ２と比べると、Δｆ１は極めて狭い範囲であり、これを制御部５によって制御するとき、発振周波数が１ステップずれたときの帯域制限フィルタの通過損を低減でき、同調ロスを低減できる。また、ＶＣＯの周波数可変幅が小さくなるので、位相ノイズが小さくなる。さらに、ＶＣＯの構成要素として用いる可変容量ダイオードの可変幅を小さくできるので、制御電圧Ｖｃに対する容量の変化範囲が狭くなり、容量−制御電圧特性を線形の範囲で利用可能となる。

なお、以上では、局部発振器の発振周波数に、マグネトロンと同様の発振周波数の温度依存性を持たせるために、温度変化によって伸縮するショートスタブＳＳを使用したが、これに限られるものではなく、温度変化によって定数の変化する同調素子であれば、コンデンサ、誘電体共振器、その他を使用することができる。また、レーダ送信機に使用するマイクロ波発振器はマグネトロンに限られるものではなく、他の発振器を使用することもできる。

本発明のレーダ受信機の局部発振器ＶＣＯを構成した回路図である。図１の局部発振器の温度による発振周波数変動の特性図である。一般的なレーダ装置の概略の構成図である。レーダ装置のレーダ受信機部分の概略の構成図である。マグネトロンの温度による発振周波数変動の特性図である。従来の局部発振器の温度による発振周波数変動の特性図である。

符号の説明

１：レーダ送信機、２：レーダ受信機、３：アンテナ、４：送受切替器、５：制御部、６：指示部
２１：低雑音増幅器、２２：混合器、２３：局部発振器、２４：飽和増幅器、２５；帯域制限フィルタ、２６：検波器、２７：低域通過フィルタ

Claims

レーダ送信機のマイクロ波発振器で発振されて目標物に送信され該目標物で反射してきたレーダ波を受信して増幅し、局部発振器から出力するローカル周波数信号と混合して中間周波数信号を生成し、該中間周波数信号に基づき所定の受信処理を行うレーダ受信機において、
前記局部発振器は、前記レーダ送信機の前記マイクロ波発振器と同じ温度環境に設置され、温度変化によって定数が変化して発振周波数を変化させるための同調素子を備え、前記マイクロ波発振器と同じ温度−発振周波数特性を有し、且つ発振周波数を前記マイクロ波発振器の温度変化による発振周波数の変化と同じように前記同調素子により変化させることを特徴とするレーダ受信機。
請求項１に記載のレーダ受信機において、
前記同調素子は、前記局部発振器を構成する基板上に形成されたショートスタブであることを特徴とするレーダ受信機。
請求項１又は２に記載のレーダ受信機において、
該レーダ受信機の出力信号を入力する制御部が備えられ、前記局部発振器は、該制御部によって、前記中間周波数信号のレベルが所定レベル以上になるようにその発振周波数が制御されることを特徴とするレーダ受信機。