JPH0250643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 産業上の利用分野 本発明は、周波数変換方式を用いた受信機を有
するパルスレーダの局部発振器の発振周波数を送
信信号の周波数に追従させるための自動周波数制
御装置（以下、AFCと称す）の周波数弁別回路
に関する。

ｂ 従来の技術 周波数変換方式を用いた受信機を有するパルス
レーダでは、中間周波増幅器の周波数帯域とミキ
サ出力からの中間周波数がずれている場合には著
るしく感度が劣化する。このために常に局部発振
器の発振周波数を所定の中間周波数が得られるよ
うに調整する必要がある。これを自動的に行なう
装置がAFCである。

AFCは、電圧によつて周波数が変化する局部
発振器の局部発振周波数を送信器の送信周波数と
常に所定値だけ離れた周波数であるよう制御す
る。このために上記中間周波数と上記所定の周波
数の差に対応する周波数誤差信号を発生する周波
数弁別回路と、上記周波数弁別回路の出力を積分
する積分回路から構成される。

送信器及び局部発振器の周波数が変動すると、
周波数弁別回路は所定の中間周波数からのずれに
相当する周波数誤差信号を発生する。この誤差信
号は、積分回路で適当な時定数で積分され、送信
周波数と局部発振周波数との差が常に所定の中間
周波数となるように局部発振器の発振周波数を制
御する。

AFCの周波数弁別回路の一般的な構成図を第
３図に示す。所定の中間周波数_Oより低い周波数
_Lに中心周波数を有する第１の同調回路１と、該
同調回路の出力を検波する第１の検波回路２と、
該所定の中間周波数_Oより高い周波数_Hに中心周
波数を有する第２の同調回路３と、該同調回路の
出力を検波する第２の検波回路４と、第１及び第
２の検波回路の出力の差を発生する減算回路５で
構成されている。

従来技術においては第１及び第２の同調回路
１，３の周波数特性v₁，v₂は、第６図に図示する
ようにほぼ等しい利得及び選択度を有している。
このときの減算回路５の出力は、第７図に図示す
るようにＳ字特性を示し、所定の中間周波数_Oで
ほぼ零となる。

周波数弁別回路の入力信号の周波数スペクトラ
ムＡ，の帯域幅が第６図に図示すように狭い場
合、スペクトラムＡ，の中心周波数_Aが上記所
定の中間周波数_Oに等しくないとき、上記減算回
路の出力Ｖは第７図の斜線部に対応し、Ｖ≠０と
なる。上記減算回路５の出力は後段の積分回路
（図示せず）において積分され、上記減算回路の
出力がゼロになるように該積分回路の出力が局部
発振器に負帰還される。この結果、その発振周波
数は、中間周波数が上記所定の周波数_Oになるよ
うに制御される。

周波数弁別回路の特性は、AFCの情度及び引
込み範囲を考慮して、その特性が決定される。
AFCのような制御系では、系が定常状態に落ち
ついた後になお残る定常偏差、すなわち第７図に
示す減算回路の出力のゼロボルト付近の電圧dv
が存在する。AFCの精度を上げるためには、周
波数弁別回路の感度、つまり第７図に示す減算回
路の出力の、いわゆるＳ字特性の所定の中間周波
数_O付近での傾斜（第７図のdv／df）を大きく
し、定常偏差内での周波数変位量を少なくする必
要がある。具体的には各々の同調回路の選択度を
上げ、各々の中心周波数を近接させることにより
実現している。

このようなタイプのAFCは各々の同調回路の
中心周波数の間に中間周波信号が存在するときに
は、中間周波信号の周波数は速かに所定の中間周
波数_Oに追随する。また、第１の同調回路の中心
周波数よりも低い周波数もしくは第２の同調回路
の中心周波数より高い周波数であつても、上記周
波数弁別回路の出力が周波数誤差信号の電圧を生
じる範囲に中間周波信号が存在すれば、中間周波
信号の周波数は所定の中間周波数_Oに追随する。
この所定の中間周波数に追随する範囲を引込み範
囲という。

ｃ 発明が解決しようとする問題点 実際のマグネトロンを送信機に用いたレーダ送
信波はパルス波であつて、そのパルス幅は通常、
レーダ装置の距離レンジに応じて切替えて使用さ
れている（例えば0.08μS，0.25μS，1.2μS）。パル
ス波であることは、送信パルスのスペクトラムが
広くサイドローブを有することを意味し、パルス
幅が短くなる程スペクトラムは広がる。AFCの
精度を上げるために、引き込み範囲を狭く設定し
た周波数弁別回路は、送信パルス幅が極端に狭
く、スペクトラムの広がつた信号が入る場合に問
題を生じる。AFCの動作開始直後の周波数弁別
回路入力信号のメインローブ周波数が、上記引込
み範囲内である時にはAFCは正しく動作するが、
メインローブ周波数が引き込み範囲から大きくは
ずれている時には周波数弁別回路の上記引込み範
囲内のメインローブ周波数成分の寄与が少くな
り、すなわちメインローブのエネルギーが、周波
数弁別回路の動作領域外に出てしまい周波数弁別
回路の動作に無関係となり、AFCはサイドロー
ブの周波数を所定の中心周波数としてとらえ、ミ
スロツクをする時があつた。

具体例をあげると、スペクトラムの広がつた例
えばパルス幅τ＝0.08μS（このときスペクトラム
の広がりは１／τ＝12.5MHz）のような中間周波
信号が入り、しかも電源投入時のように局部発振
器の周波数が所定の中間周波数数を得る局部発振
周波数より著るしく離れた周波数からAFC動作
を開始した時には、周波数弁別回路は中間周波数
のスペクトラムのサイドローブを所定の中間周波
数_O（例えば45MHz）としてとらえ、減算回路の
出力を零にすべく動作する場合がある。この関係
を第８図に図示する。第８図では、メインローブ
の周波数が26.25MHzでありながら、周波数弁別
動作に対してはメインローブのエネルギーは弁別
回路の動作領域外であるため寄与せず、第１サイ
ドローブからのエネルギーが支配的となつている
ため、45MHzの第１のサイドローブを所定の中間
周波数としてAFCはミスロツクをしてしまう。
すなわちAFCは第１のサイドローブの周波数を
45MHzにするように動作する。これを避けるため
に各々の同調回路の選択度を下げかつ各々の同調
回路の中心周波数を所定の中間周波数_Oから十分
に離し引き込み範囲を拡大することにより、ミス
ロツクを防止できる。しかし、この場合、周波数
弁別回路の感度が下がり、AFCの精度は低下す
る。また、入力信号の通過帯域幅が広がることに
より信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪化し、さらに
外部の電波発生源からの妨害もうけ易くなる。

このように従従来技術による場合、AFCの精
度向上とAFCにミスロツクを起こさせない引き
こみ範囲の拡大を同時に達成することがきわめて
困難であつた。

ｄ 問題点を解決するための手段 第４図は、実際のマグネトロンを送信機に用い
たレーダの送信パルスのスペクトラムを示したも
のである。このように、実際のレーダの送信パル
スのスペクトラムは、左右非対称となつており、
また理想的な方形パルスのスペクトラムとは寄生
AM変調やFM変調があるために相当異なる。こ
のようなスペクトラムをもつ送信周波数と局部発
振器よりの局部発振周波数とをミキサで混合検波
した中間周波信号のスペクトラムは第５図に示す
ように送信パルスのスペクトラムとほぼ同様な形
となる。なお第５図の中間周波信号のスペクトラ
ムは、局部発振周波数を送信周波数より所定の中
間周波数だけ上側にとつているために、送信パル
スのスペクトラムに対し周波数軸上で反転してい
る。

理想的な方形パルスのときは、そのスペクトラ
ムが左右対称となるので、ミスロツクを防ぐため
には各々の同調回路の選択度を下げ、各々の中心
周波数を広く離す以外に方法がない。しかし実際
にレーダの送信パルスのスペクトラムは、第４図
に示す如く、左右非対称となつており一方のサイ
ドローブは他方に比し相当小さくなつているの
で、周波数弁別回路の特性を各同調回路の中心周
波数における利得、選択度またはその一方が異な
り、入力信号のサイドローブが_Lと_Hの中間の周
波数帯域に存在するときに減算回路の出力が非ゼ
ロであり、入力信号のメインローブの中心周波数
_Mが所定の中間周波数_Oに略等しいとき、上記減
算回路の出力が略ゼロである周波数特性にするこ
とにより周波数弁別回路の感度を向上させ、しか
もミスロツクを防ぐことができる。

ｅ 作用 本発明に係る周波数弁別回路を、その入力信号
が主としてメインローブの高周波側にのみサイド
ローブを有する中間周波信号であることが知られ
ている場合を例として説明する。

入力信号のメインローブが第１の同調回路の中
心周波数_Lより低周波に位置し、サイドローブが
第２の同調回路の中心周波数_Lと_Hの中間領域に
位置するとき、本発明に係る周波数弁別回路にお
いては、両同調回路の周波数特性は同一でなくメ
インローブの存在する帯域（周波数_Lより低周波
側）からの寄与がサイドローブの存在する帯域
（周波数_Lと_Hの中間領域）からの寄与より大で
あるので、上記周波数弁別回路の出力はメインロ
ーブのエネルギーに基づく周波数誤差信号を発生
する。したがつてAFCは第１のサイドローブの
中心周波数を所定の中間周波数_Oとしてミスロツ
クすることなく、メインローブの中心周波数_Mを
所定の中間周波数_Oとしてロツクするように動作
する。

なお同一条件のもので、メインローブが周波数
_Lと_Hの中間領域にあるときはサイドローブが周
波数_Hより高周波帯域に存在し、この領域での第
２の同調回路の利得は小さいので、サイドローブ
からの寄与は極めて少い。したがつてほとんどメ
インローブのエネルギーのみによつて周波数弁別
回路の出力が決まり、AFCはメインローブの中
心周波数_Mを所定の中間周波数_Oとしてロツクす
るように動作する。

またメインローブが周波数_Hより高周波帯域に
存在するときは、当然サイドローブも同一帯域に
存在するので、上記減算回路の出力はゼロになら
ず、AFCはメインローブ、サイドローブの周波
数が低下するようにAFCが動作する。この動作
は従来技術による周波数弁別回路およびAFCと
変らない。

本発明に係る周波数弁別回路では従来技術でミ
スロツクを防止する方法に比べ、第２の同調回路
の選択度が上がり、該同調回路の中心周波数もよ
い所定の中間周波数_Oに近づけることになるため
に、減算回路の出力のいわゆるＳ字特性の所定の
中間周波数_O付近で傾斜が大きくなる。また入力
信号の通過帯域幅が狭くなることにより、信号対
雑音比（Ｓ／Ｎ）も向上し、さらに外部の電波発
生源からの妨害も受けにくくなる。

ｆ 実施例 第１図および第２図は、本発明に係る周波数弁
別回路に使用される第１および第２の同調回路の
好ましい実施例の周波数特性図である。

第１の実施例は、入力信号のスペクトラムが主
としてメインローブの高周波側にのみサイドロー
ブが存在することが経験的に知られている場合
に、メインローブが第１の同調回路の中心周波数
_Lより低周波側に位置するときにも、メインロー
ブが所定の中間周波数_Oにロツクされるように、
第１の同調回路の最大利得が第２の同調回路の利
得より大きく設定されている。

第１図の場合、減算回路の出力における所定の
中間周波数_O付近に位置する第１のサイドローブ
の寄与よりも、第１の同調回路の最大利得が大き
く設定されているために、第１の同調回路の低周
波側裾部に位置するメインローブからの寄与が多
い。したがつて上記減算回路の出力をAFCにお
いて帰還することにより、第１図のように第１の
サイドローブが所定の中間周波数_O付近に位置す
るときにも、メインローブを所定の中間周波数_O
にロツクすることができる。

なおサイドローブがメインローブの低周波側に
のみ主として存在するときは、第１の同調回路の
最大利得より第２の同調回路の最大利得を大きく
することにより、目的を達成することができる。

第２図の実施例の場合は第１の同調回路の半値
幅が第２の同調回路の半値幅より大きく設定され
ている。したがつて減算回路の出力における所定
の中間周波数_O付近に位置する第１サイドローブ
の寄与すり第１の同調回路の低周波側裾部に位置
するメインローブからの寄与が多い。したがつて
上記減算回路の出力をAFCにおいて帰還するこ
とにより、メインローブを所定の中間周波数にロ
ツクすることができる。

また、第１図及び第２図の実施例においても、
従来技術でミスロツクを防止する方法にくらべ、
第２の同調回路の選択度が上がり、該同調回路の
中心周波数もより所定の中間周波数_Oに近づける
ことになるために、周波数弁別回路の感度が上が
る。

ｇ 発明の効果 スペクトラムの広がつた中間周波信号に対し
ても、周波数弁別回路の感度を上げることがで
き、確実に所定の中間周波数にロツクすること
ができる。

Ｓ／Ｎ比が向上する。

外部の電波発生源からの妨害を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明に係る周波数弁別回路
に使用される第１および第２の同調回路の好まし
い実施例の周波数特性図、第３図は周波数弁別回
路の一般的な構成図、第４図は実際のマグネトロ
ンを送信機に用いたレーダの送信パルスのスペク
トラム、第５図は実際の中間周波信号のスペクト
ラム、第６図は従来技術による周波数弁別回路の
同調回路の周波数特性、第７図は従来技術による
周波数弁別回路の減算回路のインパルス応答特性
（Ｓ字特性曲線）、第８図は従来技術による周波数
弁別回路におけるサイドローブのミスロツクを説
明する説明図である。 _O……所定の中間周波数、_L……第１の同調回
路の中心周波数、_H……第２の同調回路の中心周
波数、v₁，v₂……同調回路の出力、Ｖ……減算回
路の出力、１……第１の同調回路、２……第１の
検波回路、３……第２の同調回路、４……第２の
検波回路、５……減算回路、_M……メインローブ
の中心周波数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パルス変調された入力信号のメインローブの
   周波数_Mと所定の中間周波数_Oの差に対応する周
   波数誤差信号を発生する周波数弁別回路であつ
   て、上記所定の中間周波数_Oより低い周波数に中
   心周波数_Lがある第１の同調回路と、上記所定の
   中間周波数_Oより高い周波数に中心周波数_Hがあ
   る第２の同調回路と、上記第１の同調回路の出力
   を検波する第１の検波回路と、上記第２の同調回
   路の出力を検波する第２の検波回路と、上記第１
   の検波回路の出力と上記第２の検波回路の出力の
   差を発生する減算回路を有する周波数弁別回路に
   おいて、上記各同調回路の中心周波数における利
   得、選択度またはその一方が異なり、入力信号の
   サイドローブが_Lと_Hの中間の周波数帯域に存在
   するときに上記減算回路の出力が非ゼロであり、
   入力信号のメインローブの中心周波数_Mが所定の
   中間周波数_Oに略等しいとき上記減算回路の出力
   が略ゼロである周波数特性を、上記第１および第
   ２の同調回路が有することを特徴とする周波数弁
   別回路。 ２ 上記サイドローブがメインローブより高周波
   数側に主として存在するとき、上記第１の同調回
   路の中心周波数における利得および同調曲線の半
   値幅またはその一方が、上記第２の同調回路の中
   心周波数における利得および同調曲線の半値幅ま
   たはその一方より大であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の周波数弁別回路。 ３ 上記サイドローブがメインローブより低周波
   側に主として存在するとき、上記第２の同調回路
   の中心周波数における利得および同調曲線の半値
   幅またはその一方が、上記第１の同調回路の利得
   および半値幅またはその一方より大であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の周波数弁
   別回路。 ４ 上記周波数弁別回路の入力が、パルスレーダ
   送信波と局部発振回路のミキシングで得られた中
   間周波信号であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の周波数弁別回路。