JP5390210B2

JP5390210B2 - レーダ装置用送信モジュール

Info

Publication number: JP5390210B2
Application number: JP2009024942A
Authority: JP
Inventors: 治夫小島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP2010181268A

Description

本発明は、フェーズドアレイレーダ装置等にかかわり、特に送信時に長パルス信号と短パルス信号を送信するレーダ装置用送信モジュールに関する。

従来、ある程度遠くにある物体からの画像を得るために所定のパルス幅の送信信号を送信しその反射波を処理して画像を得ていた。しかし、近年は高性能のレーダ装置では近くから遠くまでの広範囲のレーダ画像を得ようとしている。このとき、特に近距離からの反射波を得るためには、所定の解像度を得るために、所定幅のパルス（長パルス）よりも狭い、すなわち短パルスを送信する必要がある。この場合、電源モジュールの安定化のために大容量コンデンサのバンクが電源モジュールに内蔵される。

このような従来の、フェーズドアレイレーダ装置などに用いられる送信モジュールの構成例を図３に示す。

この送信モジュール３０は、出力が素子アンテナに供給される送信系電力増幅器３１と、送信系電力増幅器３１のバイアス供給端子にソース端子Ｓが接続される半導体スイッチ３２と、半導体スイッチ３２のゲート端子Ｇに並列接続された抵抗Ｒ３及びスピードアップコンデンサＣ３と、これらの抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ３の他端に接続されたインピーダンス変換回路３３と、半導体スイッチ３２のドレイン端子Ｄと接地間に接続された大容量のコンデンサバンク３４とを有する。半導体スイッチ３２のドレイン端子Ｄには電源モジュール３５が接続されており、この電源モジュール３５は電源変換部３６と、大容量のコンデンサバンク３７とから成っている。

送信モジュールの入力端子ＩＮ３には、図４（Ａ）に示すような、上記の長パルス及び短パルスの制御信号が入力される。制御信号がＯＮのとき、送信モジュール３０内の大容量のコンデンサバンク３４から半導体スイッチ３２のドレインに十分な電流が流れ、半導体スイッチ３２のソース端子Ｓにおける電圧は図４（Ｂ）に示すように、長パルス、短パルスともに制御信号と同様な波形となる。これは、スピードアップコンデンサＣ３が存在することにより半導体スイッチ３２がＯＮするとき瞬時に電流が流れるためである。

なお、大容量のコンデンサバンクの総静電容量Ｃｔは、次式により表すことができ、次式のハルス幅が長パルスのパルス幅に設定される。

Ｃｔ＝電流×パルス幅／パルス内許容電圧降下
このように、送信モジュール３０内に十分大きな容量のコンデンサバンクを有すれば、半導体スイッチ３２に十分な電流を流すことができ問題は生じない。しかし、大容量コンデンサバンクを内蔵すると送信モジュールが大きくなり、フェーズドアレイレーダ装置では多くの送信モジュールを必要とするので、結果としてレーダ装置が大型化してしまう。

このような問題に対して、長パルスに対してはパルスドレイン駆動を行い、短パルスに対してはパルスゲート駆動を行う送受信モジュール装置が知られている（特許文献１参照）。

しかし、パルスゲート駆動により半導体スイッチをＯＮＯＦＦ制御すると、ＯＦＦ時にドレインゲート間に非常に高い電圧がかかり高い耐圧性が要求され、長期的な信頼性に欠けるという問題点がある。

特開２００８−１４７９４３号公報

本発明は上記のようなレーダ装置用送受信モジュールの問題点に鑑みてなされたもので、長期信頼性が高くしかも小型化可能なレーダ装置用送信モジュールを提供することを目的とする。

本発明の請求項１によれば、送信信号を送出する素子アンテナに接続される送信系増幅器と、この送信系増幅器のバイアス供給端子に駆動パルスを供給する半導体スイッチと、この半導体スイッチの制御端子に接続され、所定の幅の短パルスを入力される短パルス制御部と、この短パルス制御部に並列に接続され、前記短パルスより長い幅を有する長パルスを入力される長パルス制御部と、前記半導体スイッチの入力端子に接続される小容量のコンデンサバンクと、を備え、前記短パルス制御部は、前記短パルスを入力される入力端子にその入力端子を接続された第１のインピーダンス変換回路と、この第１のインピーダンス変換回路の出力端子と前記半導体スイッチの制御端子の間に並列に接続される第１の抵抗及びスピードアップコンデンサとを有し、前記長パルス制御部は、前記長パルスを入力される入力端子にその入力端子を接続された第２のインピーダンス変換回路と、この第２のインピーダンス変換回路の出力端子と前記半導体スイッチの制御端子の間に接続された第２の抵抗とを有し、前記半導体スイッチの入力端子には、前記コンデンサバンクより容量の大きいコンデンサバンクを内蔵する電源モジュールに接続されることを特徴とするレーダ装置用送信モジュールを提供する。

本発明によれば、信頼性が高くしかも小型化の可能なレーダ装置用送信モジュールが得られる。

本発明の一実施形態の送信モジュールと電源モジュールの回路構成を示す図である。上記図１に示した回路の動作を説明するための図である。従来の送信モジュールと電源モジュールの構成例を示す図である。上記図３に示した回路動作を説明するための波形図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。この実施形態のレーダ装置用モジュール１０は、出力端子が素子アンテナＥＡに接続される送信系電力増幅器１１と、送信系電力増幅器１１のバイアス供給端子（制御端子）にソース端子Ｓ（出力端子）が接続される半導体スイッチ１２と、半導体スイッチ１２のゲート端子Ｇ（制御端子）に並列接続された短パルス制御部ＳＰＣ及び長パルス制御部ＬＰＣと、半導体スイッチ１２のドレイン端子Ｄ（入力端子）と接地間に接続された小容量のコンデンサバンク１４とを有する。

短パルス制御部ＳＰＣは、半導体スイッチ１２のゲート端子Ｇに接続された抵抗Ｒ１及びこの抵抗Ｒ１に並列接続されたコンデンサＣ１と、これらの抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１の他端に出力端子を接続されたインピーダンス変換回路１３ａとを有する。長パルス制御部ＬＰＣは、半導体スイッチ１２のゲート端子Ｇに接続された抵抗Ｒ２と、この抵抗Ｒ２の他端に出力端子を接続されたインピーダンス変換回路１３ｂとを有する。

また、各送信モジュールの半導体スイッチ１２のドレイン端子Ｄは、電源モジュール１５が共通接続されており、この電源モジュール１５はスイッチングレギュレータ等から成る電源変換部１６と、上記コンデンサバンク１４より容量値の大きい大容量のコンデンサバンク１７とから成っている。コンデンサバンクは一般的には並列接続された複数のコンデンサから成るが、１個のコンデンサであってもよい。

例えば、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は１ｋΩ程度でありスピードアップコンデンサＣ１の値は５００から２０００ｐＦ程度である。また送信モジュール１０内のコンデンサバンク１４の容量値は１００μＦ未満例えば１０μＦ程度であり、電源モジュール１５内のコンデンサバンク１７は例えば、数Ｆ程度である。例えば、送信系電力増幅器１１はＭＯＳ型ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、半導体スイッチ１２はＭＯＳ型ＦＥＴである。

短パルス制御部ＳＰＣの入力端子ＩＮ１に入力される短パルスは、例えば１μｓｅｃ以下のパルス幅を有し、長パルス制御部ＬＰＣの入力端子ＩＮ２に入力される長パルスは、例えば５０μｓｅｃ以上のパルス幅を有する。これらの短パルス及び長パルスは半導体スイッチ１２を介して送信系電力増幅器１１の制御端子に供給される駆動パルスである。

次にこのレーダ用送信モジュール１０の動作を、図２を用いて説明する。短パルス制御部ＳＰＣの入力端子ＩＮ１には図２（Ａ）に示すような短パルスの制御信号が入力され、長パルス制御部ＬＰＣの入力端子ＩＮ２には図２（Ｂ）に示すような長パルスの制御信号が入力される。そしてこのようなゲート制御信号が供給された半導体スイッチ１２は、その出力制御信号を送信系電力増幅器１１のバイアス供給端子に供給する。そして、この制御信号を入力された送信系電力増幅器１１は、増幅された短パルス、長パルスを素子アンテナＥＡに供給し、素子アンテナＥＡは所定方向にレーダ装置の送信信号を送信する。物体からの反射信号は素子アンテナＥＡで受信され図示しない受信モジュールで信号処理がなされ、画像処理されてレーダ画像として可視化される。

送信系電力増幅器１１のバイアス供給端子に現れる波形は図２（Ｃ）に示すようになる。すなわち、抵抗Ｒ１に並列にコンデンサＣ１が接続されているので、短パルスが制御信号として短パルス制御部ＳＰＣの入力端子ＩＮ１から入力されるときには、スピードアップコンデンサＣ１があるため電圧は瞬時に変化し、ほぼそのままの出力が（ｃ）点に現れる。

一方、長パルスが制御信号として長パルス制御部ＬＰＣの入力端子ＩＮ２に入力されるときには、図２（Ｃ）に示すように（ｃ）点の電圧波形は入力された長パルス制御信号よりも遅延した波形となる。

このように（ｃ）点の波形が遅延する理由は、送信モジュール１０内のコンデンサバンク１４は小容量であるので、電源モジュール１５のコンデンサバンク１７から大電流を流したい。しかし、電源モジュール１５と送信モジュール１０の間の配線インダクタンスの影響により、半導体スイッチ１２のドレインＤに短時間に大電流を流すことができないためである。しかし、長パルスは長距離にある物体からの反射信号を得るために用いられるのであり、近距離の物体からの反射信号を得るものでないから、遅延が生じてもレーダ装置の性能の上では事実上問題とならない。

この実施形態の送信モジュール１０では、長パルス制御部ＬＰＣ内の抵抗Ｒ２に並列のコンデンサが設けられていない。したがって、長パルスが半導体スイッチ１２のゲートに供給されるとき、時定数が比較的大きく供給される電流は滑らかになり、瞬時に変化しない。それゆえ、長パルスが変調されていても、ビットエラーなどが生じない利点がある。

以上述べたように、この実施形態によれば、送信モジュール１０内のコンデンサバンク１４は小容量であるので送信モジュールを小型化でき、ひいてはレーダ装置全体を小型化できる利点がある。

またこの実施形態では半導体スイッチ１２の電圧はあまり変化させておらず、したがってドレインゲート間の電圧が大きくなることはなく、長期の信頼性に優れている。

上記実施形態では、半導体スイッチとしてＭＯＳＦＥＴを用いた場合について説明したが、これに限られず、一般的には入力端子に入力される信号（電流）が制御端子に供給される制御信号により出力端子に出力される信号が制御される半導体スイッチであればよい。

本発明は上記実施形態に限られず種々変形して実施可能であり、それらの変形例は本発明の技術思想を用いる限り、本発明に含まれる。

１１，３１・・・送信系電力増幅器、
１２，３２・・・半導体スイッチ、
１３ａ，１３ｂ，３３・・・インピーダンス変換回路、
１４，１７，３４，３７・・・コンデンサバンク、
１５，３５・・・電源モジュール、
１６，３６・・・電源変換部、
ＳＰＣ・・・短パルス制御部、
ＬＰＣ・・・長パルス制御部、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・抵抗、
Ｃ１，Ｃ３・・・コンデンサ。

Claims

送信信号を送出する素子アンテナに接続される送信系増幅器と、
この送信系増幅器のバイアス供給端子に駆動パルスを供給する半導体スイッチと、
この半導体スイッチの制御端子に接続され、所定の幅の短パルスを入力される短パルス制御部と、
この短パルス制御部に並列に接続され、前記短パルスより長い幅を有する長パルスを入力される長パルス制御部と、
前記半導体スイッチの入力端子に接続される小容量のコンデンサバンクと、を備え、
前記短パルス制御部は、前記短パルスを入力される入力端子にその入力端子を接続された第１のインピーダンス変換回路と、この第１のインピーダンス変換回路の出力端子と前記半導体スイッチの制御端子の間に並列に接続される第１の抵抗及びスピードアップコンデンサとを有し、
前記長パルス制御部は、前記長パルスを入力される入力端子にその入力端子を接続された第２のインピーダンス変換回路と、この第２のインピーダンス変換回路の出力端子と前記半導体スイッチの制御端子の間に接続された第２の抵抗とを有し、
前記半導体スイッチの入力端子には、前記コンデンサバンクより容量の大きいコンデンサバンクを内蔵する電源モジュールに接続されることを特徴とするレーダ装置用送信モジュール。