JP5376017B2

JP5376017B2 - 検波対数増幅器

Info

Publication number: JP5376017B2
Application number: JP2012173172A
Authority: JP
Inventors: 祐桐越; 寛池松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2027-04-02
Also published as: JP2012209987A

Description

この発明は検波対数増幅器に係り、特に所望の対応周波数帯域幅、方位分解能を確保するため、広帯域、広ダイナミックレンジにおいて良好な直線性が求められる、方探受信機に使用される検波対数増幅器に関するものである。

従来、広いダイナミックレンジでよい直線性を得るため、特許文献１のように多段にマイクロ波増幅器、検波器、対数増幅器を組み合わせて、単段の検波器及び対数増幅器のダイナミックレンジより広いダイナミックレンジで直線性を確保する構成がとられている。

特開２００３−２７３６６９号

従来の技術では、図３に示すような構成がとられていた。以下、この構成を説明する。入力されたマイクロ波信号は、第１の増幅器１８にて増幅した後分配される。分配後の一方のマイクロ波信号は、第１の検波器１９で直流電圧に変換される。この直流電圧は、第１の対数増幅器２０にて対数変換され出力される。第１の増幅器の出力を分配した他方のマイクロ波信号出力は、第２の増幅器２１で増幅される。この増幅された信号は、第２の検波器２２で直流電圧に変換され、第２の対数増幅器２３にて対数変換され出力される。第１の対数増幅器２０の出力と第２の対数増幅器２３の出力は、加算器２４にて加算され出力される。

この構成では、図５に示すように、第１の対数増幅器２０のダイナミックレンジの下側の非線形性２５と第２の対数増幅器２３のダイナミックレンジの上側の非線形性２６とが加算器２４を通じて出力される。そのため、それらの非線形性の和２７が各系統のダイナミックレンジの切替部分で表れ、検波対数増幅器全体の直線性を悪化させる要因となっていた。また、第１の増幅器１８の利得周波数特性と、第２の増幅器２１の利得周波数特性の差により、広い周波数帯域をカバーし、２つの系統のダイナミックレンジの切替部分での直線性を確保することが困難であるという問題があった。

請求項１に係る検波対数増幅器は、外部からの制御信号に応じて離散的に減衰量を可変できる可変減衰器と、前記可変減衰器の出力に接続されたマイクロ波帯の増幅器と、前記増幅器の出力に接続され、入力されるマイクロ波の電力に応じて直流の検波出力を発生する検波器と、前記検波器の出力に接続された対数増幅器と、前記対数増幅器の所定の直線性を有して変化する出力電圧の範囲内における所定の上限電圧を第１の基準電圧とすると共に所定の下限電圧を第２の基準電圧とし、前記対数増幅器の出力電圧と前記第１及び前記第２の基準電圧とを入力とし、前記対数増幅器の出力電圧が前記第１の基準電圧よりも大きい時、前記可変減衰器の減衰量を増加させる制御信号が出力され、前記対数増幅器の出力電圧が前記第２の基準電圧よりも小さい時、前記可変減衰器の減衰量を減少させる制御信号を出力する機能を有する制御器と、前記制御器より出力される前記制御信号が入力され、前記制御信号に従って設定される前記可変減衰器の設定減衰量に、検波器の入力電力に対する対数増幅器の出力電圧の傾き、を乗じて得られる前記可変減衰器の設定減衰量に対応し、前記検波器の入力電力に対する前記対数増幅器の出力電圧の傾きで離散的に変化する値を電圧として出力する変換回路と、前記対数増幅器から出力される前記第１及び前記第２の基準電圧の範囲内で所定の直線性を有して変化する電圧と前記変換回路から出力される前記可変減衰器の設定減衰量に対応し、前記検波器の入力電力に対する前記対数増幅器の出力電圧の傾きで離散的に変化する電圧とを加算する加算器とを備えたことを特徴とするものである。

本発明では、対数増幅器の非線形部分を使用せず、直線性の高い部分のみを使用するため、広いダイナミックレンジの検波対数増幅器で直線性を向上させることができるという効果を奏する。

実施例１．
図１に本発明の一実施例を示す。図に示すとおり、入力されたマイクロ波電力を増幅器１で増幅する。この増幅信号は、入力される制御電圧により連続的に減衰量を可変できる可変減衰器２を通して出力される。この出力信号は、検波器３にて電力を直流電圧に変換され、対数増幅器４に入力される。対数増幅器４は、入力電圧の対数に比例した電圧を出力する。この回路では、検波器３および対数増幅器４を良好な直線性を示す範囲で動作させるため、可変減衰器２の減衰量を適切に設定する必要がある。

可変減衰器２の制御は、制御器６により行なわれる。制御器６は、対数増幅器４の出力電圧を定電圧源７の定電圧と比較し、両者が一致するように可変減衰器２を制御する。可変減衰器２にて減衰させた増幅器１の出力電力の相当分の電圧を補償するため、制御器６の出力する制御信号を適切な変換比によって変換器８にて変換出力する。この変換出力電圧と対数増幅器４の出力電圧を、加算器５を用いて加算し出力する。

定常的な入力信号に対しては、変換器８の出力電圧が入力電力に対応する出力電圧となるが、過渡的な信号に対しては、制御器６、可変減衰器２のフィードバック系による遅延が存在するため、応答性が劣化する。そこで、変換器８の出力電圧と対数増幅器４の出力電圧とを、加算器５により加算し出力することで、早い変化を伴なう入力信号に対しても、検波器３、対数増幅器４のダイナミックレンジの範囲で応答することが可能となる。

次に、図１の実施例の動作について、さらに詳細に説明する。図１の構成において、対数増幅器４の必要な直線性が得られる出力電圧の範囲をＶｍｉｎ〜Ｖｍａｘとする。定電圧源７は、Ｖｍｉｎ＜Ｖｔ＜Ｖｍａｘとなる電圧Ｖｔを設定する。これにより、制御器６は、対数増幅器４の出力電圧がＶｔとなるように、可変減衰器２の減衰量を制御できる制御電圧を発生する。図６は、この場合における検波対数増幅器４の動作を示す。検波対数増幅器の入力電圧が増加し、その出力電圧がＶｔより大きくなると、制御器６は可変減衰器２の減衰量を増加させる方向に可変減衰器２の制御を行う。一方、検波対数増幅器の入力電圧が減少し、その出力電圧がＶｔより小さくなると、制御器６は可変減衰器２の減衰量を減少させる方向に可変減衰器２の制御を行う。

図４は、図１に示す回路構成を制御ブロック図の構成で示したものである。図において、検波器３の入力電力変動対検波出力電圧変動の比をＫｄｅｔ（Ｖ／Ｗ）とし、対数増幅器４の動作点（出力電圧がＶｔ付近となる状態）での入力電圧変動対出力電圧変動の比をＫｌｏｇ（Ｖ／ｄＢＶ）とし、可変減衰器２の制御電圧変動対減衰量変動の比をＫａｔｔ（ＤＢ／Ｖ）とし、制御要素をｆ（ｓ）とし、変換要素をβとすると、図１のフィードバック系は、図４の制御ブロック図で表現できる。

例えば、ｆ（ｓ）にα/sのような積分器を使用すれば、所望の動作を実現できる。ここで、αの値を大きくすると、フィードバック利得が大きくなり応答速度を高めることが可能となる。しかし、Ｋｄｅｔ、ＫｌｏｇあるいはＫａｔｔに対応する部分に遅延要素が含まれる場合、正帰還となり発振が生じる可能性がある。そのため、αの値は適切な値を設定する必要がある。また、変換要素βはβ＝ｋｌｏｇ×ｋａｔｔとなるように設定することで、可変減衰器により減衰させた入力レベル相当の出力電圧を補うことができる。

実施例２．
図２に本発明の他の実施例を示す。図に示すとおり、入力されたマイクロ波電力を増幅器９で増幅する。この増幅信号は、入力される制御電圧により離散的に減衰量を変更できる可変減衰器１０を通して出力される。この出力信号は、検波器１１にて電力を直流電圧に変換され、対数増幅器１２に入力される。対数増幅器１２は、入力電圧の対数に比例した電圧を出力する。この回路では、検波器１１および対数増幅器１２を良好な直線性を示す範囲で動作させるため、可変減衰器１０の減衰量を適切に設定する必要がある。

可変減衰器１０の制御は、制御器１４により行なわれる。制御器１４は、対数増幅器１２の出力電圧を第１の定電圧源１６の定電圧と第２の定電圧源１７の定電圧と比較し、対数増幅器１２の出力電圧が、定電圧源１６の定電圧と第２の定電圧源１７の定電圧との間に収まるように可変減衰器１０を制御する。ここで、第１の定電圧源１６の定電圧は、対数増幅器１２の出力ダイナミックレンジの上限電圧と一致させる。また、第２の定電圧源１７の定電圧は、対数増幅器１２の出力ダイナミックレンジの下限電圧と一致させる。

第１の定電圧源１６の定電圧を超える電圧が対数増幅器１２より入力された場合、可変減衰器１０の減衰量を増加させることで、検波器１１に入力される電力レベルを減衰させ、ダイナミックレンジの範囲内で動作させる。同様に、対数増幅器１２の出力電圧が、第２の定電圧源１７の定電圧より小さい時には、可変減衰器１０の減衰量を減少させることで、検波器１１に入力される電力を増加させ、ダイナミックレンジの範囲内で使用することが実現できる。

変換器１７は、可変減衰器１０の制御信号から、可変減衰器１０にて減衰させた増幅器９の出力電力の減衰量に対応する相当分の電圧を変換器１７により変換し出力する。加算器１３は、対数増幅器１２の出力と変換器１７の変換出力電圧とを加算出力する。この構成により、検波器１１及び対数増幅器１２のダイナミックレンジより広い範囲のダイナミックレンジを実現できる。

次に、図２の実施例の動作について、さらに詳細に説明する。図２の構成において、対数増幅器１２の必要な直線性が得られる出力電圧の範囲をＶｍｉｎ〜Ｖｍａｘとすると、Ｖｍｉｎ＜Ｖｔ１＜Ｖｔ２＜ＶｍａｘとなるＶｔ１、Ｖｔ２を設定する。これにより、制御器１４は、対数増幅器１２の出力電圧がＶｔ１を下回る時、可変減衰器１０の減衰量を低下させ、対数増幅器１２の出力電圧がＶｔ２を上回る時、可変減衰器１０の減衰量を増加させる制御信号を発生する。図７は、この場合における検波対数増幅器１２の動作を示す。

検波対数増幅器の入力電圧が増加し、その出力電圧がＶｔ２より大きくなると、制御器１４は可変減衰器１０の減衰量を増加させる方向に可変減衰器１０の制御を行う。一方、検波対数増幅器の入力電圧が減少し、その出力電圧がＶｔ１より小さくなると、制御器１４は可変減衰器１０の減衰量を減少させる方向に可変減衰器１０の制御を行う。

ここで、対数増幅器１２の動作点（Ｖｔ１＜出力電圧＜Ｖｔ２となる状態）での入力電圧変動対出力電圧変動の比をＫｌｏｇ（Ｖ／ｄＢＶ）とし、可変減衰器１０の減衰量制御幅をΔＡｔｔ（ｄＢ）とし、変換器１７が制御信号に応じ、可変減衰器１０の設定減衰量対出力電圧をＫｌｏｇ×Ｋａｔｔ×ΔＡｔｔとなるような電圧を出力すれば、所望の動作を実現できる。ここで、可変減衰器１０は離散的な減衰量状態をもつため、変換器１７は可変減衰器１０の減衰量状態に応じた固定電圧源と切替スイッチにより実現できる。

この発明の実施例１による回路構成図を示す。この発明の実施例２による回路構成図を示す。従来技術での回路構成図を示す。この発明の実施例１によるフィードバック制御ブロック図を示す。従来技術での問題点の説明図を示す。この発明の実施例１による検波対数増幅器の動作の説明図を示す。この発明の実施例２による検波対数増幅器の動作の説明図を示す。

１増幅器、２可変減衰器、３検波器、４対数増幅器、５加算器、６制御器、７電圧源、８変換器、９増幅器、１０可変減衰器、１１検波器、１２対数増幅器、１３加算器、１４制御器、１５第１の電圧源、１６第２の電圧源、１７変換器、１８第１の増幅器、１９第１の検波器、２０第１の対数増幅器、２１第２の増幅器、２２第２の検波器、２３第２の対数増幅器、２４加算器、２５第１の対数増幅器のダイナミックレンジの下側の非線形性、２６第２の対数増幅器のダイナミックレンジの上側の非線形性、２７非線形性の和。

Claims

外部からの制御信号に応じて離散的に減衰量を可変できる可変減衰器と、前記可変減衰器の出力に接続されたマイクロ波帯の増幅器と、前記増幅器の出力に接続され、入力されるマイクロ波の電力に応じて直流の検波出力を発生する検波器と、前記検波器の出力に接続された対数増幅器と、前記対数増幅器の所定の直線性を有して変化する出力電圧の範囲内における所定の上限電圧を第１の基準電圧とすると共に所定の下限電圧を第２の基準電圧とし、前記対数増幅器の出力電圧と前記第１及び前記第２の基準電圧とを入力とし、前記対数増幅器の出力電圧が前記第１の基準電圧よりも大きい時、前記可変減衰器の減衰量を増加させる制御信号が出力され、前記対数増幅器の出力電圧が前記第２の基準電圧よりも小さい時、前記可変減衰器の減衰量を減少させる制御信号を出力する機能を有する制御器と、前記制御器より出力される前記制御信号が入力され、前記制御信号に従って設定される前記可変減衰器の設定減衰量に、検波器の入力電力に対する対数増幅器の出力電圧の傾き、を乗じて得られる前記可変減衰器の設定減衰量に対応し、前記検波器の入力電力に対する前記対数増幅器の出力電圧の傾きで離散的に変化する値を電圧として出力する変換回路と、前記対数増幅器から出力される前記第１及び前記第２の基準電圧の範囲内で所定の直線性を有して変化する電圧と前記変換回路から出力される前記可変減衰器の設定減衰量に対応し、前記検波器の入力電力に対する前記対数増幅器の出力電圧の傾きで離散的に変化する電圧とを加算する加算器とを備えたことを特徴とする検波対数増幅器。