JP5722258B2 - Phased array seeker - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、フェイズドアレイシーカに関する。 Embodiments of the present invention relates to a phased Lacy mosquitoes.
従来のフェイズドアレイシーカは、アンテナと、PINダイオード及び導体に金を用いたマイクロストリップ線路を備える移相器と、を有する集積アンテナを数十から数百配列されたアレイを有する。 A conventional phased array seeker has an array in which tens to hundreds of integrated antennas each having an antenna and a phase shifter including a microstrip line using PIN diodes and gold as a conductor are arranged.
このフェイズドアレイシーカは、送信時には入力端子から入力した高周波信号を移相器によって位相を制御し、複数の送信用電力増幅装置によって増幅し、サーキュレータを介してアンテナから空間に放射する。また、フェイズドアレイシーカは、受信時にはアンテナによって受信した高周波信号を、サーキュレータを介して複数の受信用電力増幅によって増幅し、移相器によって位相を制御して出力端子に出力する。 This phased array seeker controls the phase of a high-frequency signal input from an input terminal at the time of transmission by a phase shifter, amplifies it by a plurality of power amplifiers for transmission, and radiates it from the antenna to the space via a circulator. The phased array seeker amplifies a high-frequency signal received by the antenna at the time of reception by a plurality of reception power amplifications through a circulator, and controls the phase by a phase shifter and outputs it to an output terminal.
ここで、送信時には移相器の挿入損失分の電力利得が低下するため増幅器の利得を大きくする必要があり、また、送信系の電力効率が下がる。 Here, at the time of transmission, the power gain corresponding to the insertion loss of the phase shifter is lowered, so that it is necessary to increase the gain of the amplifier, and the power efficiency of the transmission system is lowered.
受信時には移相器によって雑音指数が悪化する。受信モジュールの雑音指数の悪化を抑制するために低雑音増幅器の電力利得を上げる方法があるが、この方法では受信系の1dB圧縮時入力電力が悪化する。 During reception, the noise figure is deteriorated by the phase shifter. There is a method of increasing the power gain of the low noise amplifier in order to suppress the deterioration of the noise figure of the receiving module, but this method deteriorates the input power at the time of 1 dB compression of the receiving system.
この送信電力低下と雑音指数の悪化は移相器のPINダイオード及びマイクロストリップ線路における導体損失の影響が大きい。 This reduction in transmission power and deterioration in noise figure are greatly affected by conductor loss in the PIN diode and microstrip line of the phase shifter.
従って、集積アンテナの移相器の挿入損失を低減させるフェイズドアレイシーカが求められている。 Therefore, it phased Lacy mosquitoes to reduce the insertion loss of the phase shifter of the integrated antenna is required.
実施形態のフェイズドアレイシーカは、導体部が超伝導材料により形成され、直列に接続される複数の送信系マイクロストリップ線路、該送信系マイクロストリップ線路毎に一端が接続され、導体部が超伝導材料により形成される移相用の送信系マイクロストリップ線路、及び該移相用の送信系マイクロストリップ線路の他端にアノードが接続され、カソードが接地される送信系PINダイオードを備え、送信高周波信号の位相を制御する送信系の位相器と、前記送信系の位相器の出力信号を増幅する送信系の電力増幅装置と、受信信号を増幅する受信系の電力増幅装置と、導体部が超伝導材料により形成され、直列に接続される複数の受信系マイクロストリップ線路、該受信系マイクロストリップ線路毎に一端が接続され、導体部が超伝導材料により形成される移相用の受信系マイクロストリップ線路、及び該移相用の受信系マイクロストリップ線路の他端にアノードが接続され、カソードが接地される受信系PINダイオードを備え、受信系の電力増幅装置の出力信号の位相を制御する受信系の位相器と、前記送信系の電力増幅装置の出力信号をアンテナに出力し、前記アンテナから入力した受信信号を前記受信系の電力増幅装置に出力するサーキュレータと、少なくとも前記送信系マイクロストリップ線路、前記移相用の送信系マイクロストリップ線路、前記受信系マイクロストリップ線路、及び前記移相用の受信系マイクロストリップ線路を超伝導転移温度以下に冷却する冷却装置と、を備える複数の集積アンテナを備えるフェイズドアレイシーカにあって、前記集積アンテナは、導電性のある断熱部材を介して筺体に係止した。 Phased Lacy mosquito embodiment, the conductor portion is formed by the superconducting material, a plurality of transmission systems microstrip line connected in series, one end in each said transmission system microstrip line is connected, the conductor portions superconducting transmission system microstrip line for phase formed by the material, and an anode connected to the other end of the transmission system microstrip line for the phase, a transmission system PIN diode whose cathode is grounded, a transmission high-frequency signal A transmission phase shifter that controls the phase of the transmission system, a transmission power amplification device that amplifies the output signal of the transmission phase shifter, a reception power amplification device that amplifies the reception signal, and the conductor is superconductive made of a material, a plurality of receiving systems microstrip line connected in series, one end in each said receiving system microstrip line is connected, the conductor portions superconducting Receiving system for phase formed by the charge microstrip line, and an anode connected to the other end of the reception system microstrip line for the phase, a receiving system PIN diode whose cathode is grounded, the receiving system A phase shifter for the reception system that controls the phase of the output signal of the power amplifier, and an output signal of the power amplifier for the transmission system are output to the antenna, and the received signal input from the antenna is supplied to the power amplifier for the reception system The output circulator and at least the transmission system microstrip line, the phase shift transmission system microstrip line, the reception system microstrip line, and the phase shift reception system microstrip line are cooled to a superconducting transition temperature or lower. there a cooling device for, in a phased Lacy mosquitoes comprising a plurality of integrated antenna with the said integrated en Nah, it engaged with the housing via the electrically conductive certain insulating member.
以下、フェイズドアレイシーカの一実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a phased Lacy mosquito, will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施形態のフェイズドアレイシーカ100の斜視図である。図1に示すように、フェイズドアレイシーカ100は、複数の集積アンテナ200を配列したアレイを備える。
FIG. 1 is a perspective view of a
フェイズドアレイシーカ100は、集積アンテナ200が入力した高周波信号の位相を制御して任意の方向の空間に放射する。また、フェイズドアレイシーカ100は、集積アンテナ200が受信した高周波信号の位相を制御して出力する。
The
図2は、集積アンテナ200の構成を示す図である。図2に示すように、集積アンテナ200は、送信高周波信号の位相を制御する送信系の移相器101と、送信系の移相器101の出力信号を増幅する送信系の電力増幅装置201と、受信信号を増幅する受信系の電力増幅装置202と、受信系の電力増幅装置202の出力信号の位相を制御する受信系の移相器101と、電力増幅装置201の出力信号をアンテナ102に出力し、アンテナ102から入力した受信信号を受信系の電力増幅装置202に出力するサーキュレータ203と、を備える。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the integrated
送信高周波信号は、送信系の移相器101によって位相が制御され、送信系の電力増幅装置201によって電力が増幅され、サーキュレータ203を介してアンテナから空間に放射される。
The phase of the transmission high-frequency signal is controlled by the
受信高周波信号は、アンテナ102によって受信され、サーキュレータ203を介して受信系の電力増幅装置202によって電力が増幅され、移相器101によって位相が制御されて出力される。
The received high-frequency signal is received by the
送信系の移相器101は、導体部が超伝導材料により形成され、直列に接続される複数のマイクロストリップ線路103と、このマイクロストリップ線路103毎に、マイクロストリップ線路103の入力高周波信号伝送方向上流の端部に一端が接続され、導体部が超伝導材料により形成される移相用のマイクロストリップ線路103Aと、この移相用のマイクロストリップ線路103Aの他端にアノードが接続され、カソードが接地されるPINダイオード104と、少なくともマイクロストリップ線路103及び移相用のマイクロストリップ線路103Aを超伝導転移温度以下に冷却する冷却装置106と、を備える。
The
マイクロストリップ線路103は、例えば3個接続される。移相用のマイクロストリップ線路103Aは互いに長さが異なっている。
For example, three
マイクロストリップ線路103及び移相用のマイクロストリップ線路103Aを形成する超伝導材料は、高温超電導材料であることが望ましい。超伝導転移温度が液体窒素の沸点である77K°より高いため、液体窒素にて冷却が可能であるからである。
The superconducting material forming the
高温超電導材料は、公知の高温超電導材料を用いることができる。公知の高温超電導材料としては、例えば、Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127、Bi2Sr2Ca2Cu3O10、YBa2Cu3O7などを用いることができる。 A known high temperature superconducting material can be used as the high temperature superconducting material. Known high-temperature superconducting material, for example, can be used as the Hg 12 Tl 3 Ba 30 Ca 30 Cu 45 O 127, Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10, YBa 2 Cu 3 O 7.
PINダイオード104は、集積アンテナ200を統括制御する制御部によってスイッチングされる。
The
このスイッチングにより、移相用のマイクロストリップ線路103Aにおける位相の反転を制御することができるため、高周波信号の位相を制御することが可能となる。
By this switching, the phase inversion in the phase-shifting
冷却装置106は、マイクロストリップ線路103に高温超電導材料を用いた場合には冷媒として液体窒素を用いることができる。
The
冷却装置106は、冷媒を格納するタンクと、タンクに冷媒を注入する注入孔と、気化した冷媒を排出する排出孔と、を備える。
The
冷却装置106は、移相器を冷却するため、移相器の挿入損失が低減し、送信電力が上がり、受信時の雑音指数が低減する。
Since the
受信系の移相器101の構成は、送信系の位相器の構成と同様である。
The configuration of the
図3は、フェイズドアレイシーカ100の集積アンテナ200周辺の部分平面図である。図4は、フェイズドアレイシーカ100の図3におけるAA線断面図である。
FIG. 3 is a partial plan view around the integrated
図3に示すように、フェイズドアレイシーカ100は、複数の集積アンテナ200が一つの冷却装置106を共有していてもよい。
As shown in FIG. 3, in the
図3及び図4に示すように、フェイズドアレイシーカ100は、移相器101と、移相器101を冷却する冷却装置106と、移相器101を支持する断熱部材109と、断熱部材109を支持し、冷却装置106を非接触に格納する空隙部112を有する筺体111と、PINダイオード104のスイッチングを制御する位相制御端子108と、位相制御端子108が接続される基板110と、送信系の電力増幅装置201と、受信系の電力増幅装置202と、サーキュレータ203と、送信系の電力増幅装置201及び受信系の電力増幅装置202に電力を供給する電源供給端子113と、を備える。
3 and 4, the
断熱部材109は、熱抵抗の高い金属を用いることが望ましい、熱抵抗の高い金属としては、例えば、鉄ニッケル合金を用いることができる。断熱部材109は、接地を取るために導電性を有することが望ましい。
For the
冷却装置106は、移相器101にできるだけ近づけて、望ましくは接触させて係止される。
The
冷却装置106は、移相器101に接触する部分を除いて空隙部112によって囲まれる。従って、筺体111の熱が冷却装置106に伝わりにくい。
The
基板110は、例えばガラスエポキシによって形成され、移相器101の位相を制御する。
The
位相制御端子108は、空隙部112に挿通される。従って、位相制御端子108は筺体111と接触することがなく、筺体111の熱を移相器に伝えにくい。
The
以上述べたように、本実施形態のフェイズドアレイシーカ100は、導体部が超伝導材料により形成され、直列に接続される複数のマイクロストリップ線路103と、このマイクロストリップ線路103毎に、マイクロストリップ線路103の入力高周波信号伝送方向上流の端部に一端が接続され、導体部が超伝導材料により形成される移相用のマイクロストリップ線路103Aと、この移相用のマイクロストリップ線路103Aの他端にアノードが接続され、カソードが接地されるPINダイオード104と、少なくともマイクロストリップ線路103及び移相用のマイクロストリップ線路103Aを超伝導転移温度以下に冷却する冷却装置106と、を備え、送信高周波信号の位相を制御する送信系の移相器101と、送信系の移相器101の出力信号を増幅する送信系の電力増幅装置201と、受信信号を増幅する受信系の電力増幅装置202と、導体部が超伝導材料により形成され、直列に接続される複数のマイクロストリップ線路103と、このマイクロストリップ線路103毎に、マイクロストリップ線路103の入力高周波信号伝送方向下流の端部に一端が接続され、導体部が超伝導材料により形成される移相用のマイクロストリップ線路103Aと、この移相用のマイクロストリップ線路103Aの他端にアノードが接続され、カソードが接地されるPINダイオード104と、少なくともマイクロストリップ線路103及び移相用のマイクロストリップ線路103Aを超伝導転移温度以下に冷却する冷却装置106と、を備え、受信系の電力増幅装置202の出力信号の位相を制御する受信系の移相器101と、送信系の電力増幅装置201の出力信号をアンテナ102に出力し、アンテナ102から入力した受信信号を受信系の電力増幅装置202に出力するサーキュレータ203と、を備える複数の集積アンテナ200を備える。
As described above, the
従って、集積アンテナ200の移相器101の挿入損失を低減させることが可能となるという効果がある。また、この挿入損失を低減により、フェイズドアレイシーカ100の最大探知距離を拡大でき、電力増幅装置の数を低減させることが可能となるという効果がある。
Therefore, there is an effect that the insertion loss of the
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
101:位相器
103:マイクロストリップ線路
103A:移相用のマイクロストリップ線路
104:PINダイオード
106:冷却装置
109:断熱材
112:空隙部
101: Phaser 103:
Claims (3)
前記送信系の位相器の出力信号を増幅する送信系の電力増幅装置と、
受信信号を増幅する受信系の電力増幅装置と、
導体部が超伝導材料により形成され、直列に接続される複数の受信系マイクロストリップ線路、該受信系マイクロストリップ線路毎に一端が接続され、導体部が超伝導材料により形成される移相用の受信系マイクロストリップ線路、及び該移相用の受信系マイクロストリップ線路の他端にアノードが接続され、カソードが接地される受信系PINダイオードを備え、受信系の電力増幅装置の出力信号の位相を制御する受信系の位相器と、
前記送信系の電力増幅装置の出力信号をアンテナに出力し、前記アンテナから入力した受信信号を前記受信系の電力増幅装置に出力するサーキュレータと、
少なくとも前記送信系マイクロストリップ線路、前記移相用の送信系マイクロストリップ線路、前記受信系マイクロストリップ線路、及び前記移相用の受信系マイクロストリップ線路を超伝導転移温度以下に冷却する冷却装置と、
を備える複数の集積アンテナを備えるフェイズドアレイシーカにあって、
前記集積アンテナは、導電性のある断熱部材を介して筺体に係止した、フェイズドアレイシーカ。 Conductor portion is formed by a superconducting material, a plurality of transmission systems microstrip line connected in series, one end in each said transmission system microstrip line is connected, shifting a phase conductor portion is formed by superconducting material the transmission system microstrip line, and the anode to the other end of the transmission system microstrip line for the phase are connected, a transmission system PIN diode whose cathode is grounded, the transmission system for controlling the phase of the transmission high-frequency signal A phaser,
A transmission power amplifying device for amplifying an output signal of the transmission phase shifter;
A power amplifying device of a receiving system for amplifying a received signal;
Conductor portion is formed by a superconducting material, a plurality of receiving systems microstrip line connected in series, one end in each said receiving system microstrip line is connected, shifting a phase conductor portion is formed by superconducting material reception system microstrip line, and the anode to the other end of the reception system microstrip line for phase shift is connected, a reception system PIN diode whose cathode is grounded, the output signal of the power amplifier of the receiving system phase A receiving phase shifter for controlling
An output signal of the power amplifier of the transmission system is output to an antenna, and a circulator that outputs a reception signal input from the antenna to the power amplifier of the reception system;
A cooling device for cooling at least the transmission system microstrip line, the transmission phase microstrip line for phase shift, the reception system microstrip line, and the reception system microstrip line for phase shift to a superconducting transition temperature or lower;
In a phased array seeker with multiple integrated antennas ,
The integrated antenna is a phased array seeker that is locked to the housing via a conductive heat insulating member .
前記冷却装置は、冷媒が液体窒素である請求項1記載のフェイズドアレイシーカ。 The superconducting material is a high temperature superconducting material,
The phased array seeker according to claim 1, wherein in the cooling device, the refrigerant is liquid nitrogen.
前記集積アンテナと接触する部分を除いて空隙により囲まれる請求項2記載のフェイズドアレイシーカ。 The cooling device is
The phased array seeker according to claim 2, wherein the phased array seeker is surrounded by a gap except for a portion that contacts the integrated antenna.
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