JPH0479580B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 高周波増幅器１８と、 上記高周波増幅器１８の出力信号のそれぞれ振
幅と位相に作用するように、入力信号の振幅と位
相を調整し、そしてまた出力信号のエネルギの周
波数分布に変化を生じせしめる入力信号の振幅制
御によつて、予め定めたシーケンスに従つて、出
力信号の電力を変化させて入力信号の振幅を調整
する手段１６／２８、１４／３０を含み、上記高
周波増幅器の入力へ入力信号を与える入力手段と
を具備する、出力信号の周波数成分の制御を行な
う高周波増幅装置。 ２ 請求の範囲第１項に記載のものにおいて、 上記入力手段は、 高周波源１０と、 上記高周波増幅器１８から出力電力を受ける部
位に結合した電力調節の制御可能デバイスと、 上記予め定めたシーケンスに従つて上記電力調
整デバイスに応じて制御するようにプログラムし
たコンピユータ手段と、 上記電力調整デバイス２２の出力信号のそれぞ
れ位相と振幅に作用するように上記高周波増幅器
の入力信号の位相と振幅を調整するために上記高
周波源１０の出力と上記高周波増幅器１８の入力
との間に結合した手段１４，１６とを具備する高
周波増幅装置。 ３ 請求の範囲第２項に記載のものにおいて、さ
らに 上記高周波増幅器１８の出力電力を測定する手
段３２を具備し、そしてコンピユータ手段２４は
上記予め定めたシーケンスで高周波出力レベルを
発生した結果として生じた変数を記憶しこの値の
範囲に亘つて上記電力調節の制御可能デバイス２
２をスキヤンする手段を有する高周波増幅装置。 ４ 請求の範囲第１項に記載のものにおいて、 上記入力手段は、上記高周波増幅器１８へ、パ
ルス振幅の分布がドルフ−チエビチエブの重み付
けに従つて振幅が変化する入力高周波信号パルス
を直列に与える手段を具備する高周波増幅装置。 ５ 請求の範囲第２項に記載のものにおいて、 上記コンピユータは、上記予め定められたシー
ケンスに従つて上記調整デバイスを制御する応答
に関する変数を直列に記憶するようにプログラム
した高周波増幅装置。 発明の背景 本発明は、一般に高周波増幅器に係わり、特に
周波数分布を制御または加減した出力信号を与え
るように構成した高周波増幅器に関する。 たとえば、レーダシステムのような多くの応用
例で、望ましい機能の実現に必要な、周波数バン
ド内で出力電力を集中するために、送信機の出力
信号のスペクトラムを制御することが望まれる。 レーダの例では、このことは特別な信号処理の
為に単一の波形を得、そしてまたは近くのレーダ
による妨害（味方の妨害）を最少にするような、
所望の任務に於ける出力信号のスペクトラムに適
合すべきである。 このような周波数スペクトラム制御を達成する
ひとつの手法は、飽和して動作中の送信機の高電
力出力を減衰することにより指向される。飽和し
た信号の出力は、同じ信号振幅の重み付けによ
り、高電力で制御される。これは入力信号であ
り、高電力出力の信号ではない。 これは、大電力を扱う大掛りな装置を必要と
し、このような装置は、一般により高価、大形、
大重量、高温で動作、低速動作、そして送信機を
低電力の入力信号でドライブして動作する装置よ
りも信頼性が低い。 高電力の高周波増幅器の出力スペクトラム制御
は、装置の出力電力を扱う問題のために結果とし
て一般に信頼できない。 発明の要約 本発明の主たる目的は、高周波増幅器の出力信
号の周波数スペクトラムの制御を行なう進歩した
構成を提供することにある。 他の目的は、良好な性能と信頼性を得られ、装
置の価格、重量および容積の増加を引き起こさな
い、高周波増幅器の出力信号の周波数スペクトラ
ムの制御を行なう進歩した構成を提供することに
ある。 さらなる目的は、高周波増幅器の出力が、その
飽和領域で動作しても、ノイズ特性を満足する、
高周波増幅器の出力信号の周波数スペクトラムの
制御を行なう進歩した構成を提供することにあ
る。 さらにまた、本発明の目的はパルス圧縮のよう
な特別な信号処理と等価な構成の、高周波増幅器
の出力信号の周波数スペクトラムの制御を行なう
進歩した構成を提供することにある。 主たる発明では、その変化が高周波増幅器の出
力信号の出力周波数スペクトラムの所望の変動の
原因となる、高周波増幅器の出力電力の予め定め
た変化を提供するように、高周波増幅器の入力信
号の振幅の制御を提供する。 発明の一実施例によれば、コンピユータで制御
した帰還ループを増幅器の出力信号の振幅制御に
用い、移相制御を帰還ループ手段で実行する。こ
のような、ひとつの実施例は、高周波増幅器と振
幅および移相の、それぞれの機能として増幅器へ
の入力信号の振幅および移相を調整し、出力信号
のエネルギの周波数分布を変更する結果、入力信
号の振幅を制御することによつて、予め定めたシ
ーケンスに従つて、入力信号の電力を変化するよ
うに、増幅器からの出力信号および入力信号の振
幅を調整する回路手段からなる。 回路手段は、高周波信号源、高周波増幅器から
の出力電力を受給するように結合した電力の調整
が制御可能な素子、電力調整素子の応答に対して
予め定めたシーケンスで制御するようにプログラ
ムしコンピユータ手段、そして電力調整素子から
の出力信号の移相および振幅のそれぞれの機能と
して、入力信号の移相および振幅を調整するよう
に、高周波信号源の出力および増幅器の入力の間
に結合したモジユレータとを含む。 発明のひとつの実施例は、高周波増幅器の出力
電力を測定する手段、および制御可能な電力調整
素子の値の範囲に亙つてスキヤニングの配列を含
み、予め定めたシーケンスによる高周波出力電力
によつて生じる結果のパラメータを記憶するコン
ピユータ手段からなる。

【図面の簡単な説明】

ここに詳述する本発明の特徴は、発明自体と同
様に、特徴を参照するように、部分を参照した添
附の図面を参照する詳細な説明によつてより理解
され、それは、第１図は、本発明の主たる実施例
に於ける高周波増幅器の出力信号の周波数スペク
トラムを増幅器の入力信号の振幅制御手段によつ
て制御する、高周波増幅器の構成を示すブロツク
図、第２図は、45dBのサイドローブレベルにお
けるドルフ−チエビチエブ（Dolph−
Chebychev）の重み付けを有する重み付けしたパ
ルスの振幅を示す図、第３図は、第１図の構成の
高周波増幅器の出力信号の期待される周波数スペ
クトラムを示す図、第４図は波形の振幅制御を行
なわないパルス送信機からの出力信号の代表的な
周波数スペクトラムを示す図、第５図は、第１図
に類似する構成で予め定めた出力電力レベルに関
する制御信号の値を測定し記憶する手段を付加し
て示す図、第６図は、第１図に類似する高周波増
幅器の構成で、入力信号の振幅制御を除いて、高
周波増幅器の入力信号をコンピユータ制御による
オープンループで行なう図、第７図は、高周波増
幅器の入力信号の帰還移相制御を行なわないこと
を除いて第６図に類似する構成を示す図、第８図
は、ふたつのキヤリア周波数を同時に演算する状
況では、増幅器の入力信号の振幅制御を行なう構
成を示す図である。第９図は高周波源の信号キヤ
リア出力を示した図である。 発明を実施するための最良の形態 まず第１図を主に参照して、周波数スペクトラ
ムを制御した高周波増幅器の構成をここに示し、
それぞれ高周波源１０、方向性カプラ１２、移相
および振幅モジユレータ１４，１６、高周波電力
増幅器１８を有する。 高周波源１０から、第９図に示されるような波
形が位相モジユレータ１４、振幅モジユレータ１
６を介して供給されると、増幅器１８の出力信号
は、レーダアンテナ（図示せず）のような利用機
器へ供給され、そのサンプルは方向性カプラ２０
を介して電圧制御アツテネータ２２へ供給され
る。電圧制御アツテネータ２２によつて与えられ
る減衰量は、コンピユータ２４からアツテネータ
２２へ与えられる制御入力の信号によつて決定さ
れる。 コンピユータは、予め定めたシーケンスによ
る、重み付け機能の変数を与えるようにプログラ
ムされている。振幅検出器２８と振幅モジユレー
タ１６は帰還ループの一部で、振幅検出器２８に
入力信号を、一定電力レベルに保持するように動
作する。これは、コンピユータ２４が増幅器の重
み付けに従うために選択された電力レベルで入力
及び出力を調整することができるために、周知の
一定出力電力レベルで開始されなければならない
からである。また、上記出力電力のレベルは、電
圧制御アツテネータ２２及び振幅検出器２８を制
御したコンピユータ２４を経て振幅モジユレータ
１６による振幅に於いて制御されるもので、振幅
変調を駆動するための振幅レベルのサンプルを検
出するために使用される。 それ故に、増幅器１８からの出力電力は、第３
図に周波数スペクトラムが示されるように、電圧
制御アツテネータ２２によつて与えられる減衰量
の制御により、制御し形成することができる。 この故に、高周波増幅器１８からの出力信号の
形成は、コンピユータ２４からアツテネータ２２
へ供給される、制御信号によつて決定される。な
お、アツテネータ２２の出力は、方向性カツプラ
２０の結合値により減ぜられた増幅器１８の出力
と同じである。 入力は最初フラツトであり、コンピユータ２４
は、TWTのゲイン変化による僅かな変動を除い
て、TWTへの入力が同じとなつた後、重み付け
られた応答を出す。 上述し、第３図、第４図に示すように、高周波
出力パルスの振幅の制御は、該パルスの周波数ス
ペクトラムの変化に変える。規定された方法の振
幅に信号が制御されると、その信号の周波数スペ
クトラムは変化する。これらは数学的に、フーリ
エ分析によつて示されるような関係であり、振幅
と周波数との関係で表すことができる。たとえ
ば、変数の重み付け機能のセツトは、第２図に
45dBのサイドローブレベルにおけるドルフ−チ
エビチエブ（Dolph−Chebychev）の重み付けを
示す。 第３図は、30Hzのパルス繰返し周波数で、中心
周波数9.8GHz、ステツプ幅26マイクロセコンド、
デユーテイフアクタ0.125で重み付けした波形の
スペクトラムの結果を示す。第３図において縦目
盛りは１分割10dB，水平目盛りは１分割5.0KHz
である。 比較することを目的として、第４図は、振幅の
重み付けを行なわない、類似のパルス波形を示
す。第１図の実施例に関連するスペクトラムのサ
イドローブ（第３図）は、実質的に改善されてい
ることを特記しておく。しかしながら、改善した
スペクトラムは、出力電力の平均を、いくらか失
うという犠牲があり、キヤリア領域のスペクトラ
ムがいくらか広がることを特記しておく。 表１は、35dB、40dB、45dB、および50dBの
サイドローブレベルにおけるドルフ−チエビチエ
ブ（Dolph−Chebychev）の振幅の重み付けを示
す。高周波増幅器は、一般にリニアなデバイスで
はないので、減衰指令信号の値は、増幅器の構成
から以前の測定モードでセツトして得る。たとえ
ば、最大出力電力レベルは、選択され、そして値
“1.000”で指定され、そしてアツテネータ２２の
入力信号は、第２図および表１に示すそれぞれの
ステツプから明示された出力に調整し、これに従
つてコンピユータ２４はプログラムされる。

【表】 レーダ送信機のような実際の応用例の高周波出
力増幅器では、入力駆動源および増幅器自体の両
方からのAMノイズを最少にするように、しばし
ば飽和状態で動作する。 第１図の実施例では、出力信号振幅の制御は、
入力信号を制御することによる結果となるので、
増幅器１８は飽和以下の状態で動作しなければな
らない。しかしながら、許容できるAMノイズレ
ベルは、検出器２８及びモジユレータ１６を含む
振幅帰還ループによつてもたらされる。進行波管
（TWT）または他の何れの増幅器のAMノイズ
は、デバイス飽和を動作させることによつて減ず
ることができる。これは、デバイスの出力の振幅
重み付けを実行するため、行われなければならな
い。たとえばTWTを制御したデバイスは、AM
ノイズが増加されるような飽和の範囲外で動作し
なければならない。帰還ループのような、後述す
る帰還方法は、許容できるAMノイズを減ずるた
めに使用される。 同様に、出力電力の変化により、およびアツテ
ネータ２２の動作から、位相の変化も予想され
る。位相検出器３０および位相モジユレータ１４
を有する位相帰還ループは、その様な位相の変化
を減じる。位相検出器３０のひとつの入力は、方
向性結合器１２を介して高周波源１０から与えら
れ、他の入力は、方向性カプラ２６を介して電圧
制御アツテネータ２２から供給される。 コンポーネント型の例では、帰還ループに、マ
イクロウエーブ・アソシエートの部品番号
MPM371のストリツプライン位相モジユレータ
（０〜60°）と振幅モジユレータ（０〜50dB）お
よび部品番号MPM372の４ビツトシフトレジス
タ、位相検出器および振幅検出器、そして部品番
号MPM373は電圧制御アツテネータである。 位相モジユレータ１４は、４ビツトのデジタル
位相シフタとストリツプライン連続位相シフタに
組合わせからなり、ストリツプライン連続位相シ
フタの制御範囲内で、ループを保持するように４
ビツトの位相シフタのステツプを電気的に適当に
制御する。 マイクロウエーブ電力増幅器の、望ましくない
変調成分を減じるように、帰還ループを用いたシ
ステムの例は、リツグズ等により米国特許第
4134114号に開示され、その名称は“振幅と位相
のモジユレーシヨンおよびデモジユレーシヨンを
有するレーダシステム”である。 更に第１図を主に参照して、コンピユータ２４
は、たとえば、出力パルス信号の間で増幅器をオ
フさせるようにゲートしたTWTとなる高周波増
幅器１８へ、ゲート制御信号を与える。代わり
に、コンピユータは、たとえばゲート機能を達成
するため、モジユレータ１４，１６の間に配置し
たダイオードスイツチ（図示せず）を制御しても
よいし、または両方の手法が、改善されたゲート
動作を満たすために用いることができる。ここ
で、TWTは、パルスされた信号を提供するため
に使用される。上記パルス信号はまた、入力信号
ラインに於けるTWTに対する入力に入力高周波
スイツチを何れかゲートすることによつて得られ
る。上記コンピユータは、これらのゲート信号を
供給するためにも使用することができる。 第５図の形態は、高周波電力増幅器１８の高周
波出力電力のサンプルを受け取るように、方向性
カプラを介して結合した電力モニタを付加した第
１図のものに類似している。 コンピユータ２４は、キヤリブレーシヨン・モ
ードの間の動作で、電圧制御アツテネータが減衰
値の予め定めた範囲をスキヤンして、制御変数
（アツテネータ２２の制御信号）の値および電力
レベルの値の結果を記憶し、作表するようにプロ
グラムしている。 したがつて、動作中は、予め定めた所望の電力
レベルのシーケンス（重み付け機能）の変数値が
用いられる。このようなキヤリブレーシヨンの更
新モードは、プログラムのスケジユール、または
オペレータの命令で行われる。 第６図の実施例では、コンピユータの制御下
で、アツテネータ２２による“オープンループ”
を実行する振幅制御を除いて、第１図のものに類
似している。コンピユータは、コンピユータ・メ
モリの減衰値の表を用いて、所望の出力電力を得
るようにアツテネータ２２にセツトする。位相制
御は、位相モジユレータ１４および位相検出器３
０を有する帰還ループによつてなされる。位相制
御は、送信器の出力において、AMノイズよりも
大きな高ノイズ源である周波数変調（FM）ノイ
ズを減れせることを明記しておく。 第７図の構成は、電力増幅器１８の入力信号を
制御することによつて、周波数スペクトラムを制
御する、基本的な概念を図示している。コンピユ
ータ２４は、アツテネータ２２を制御するため
に、コンピユータ・メモリの減衰値の表を用い
る。 主たる発明によれば、異なるキヤリア周波数
（同時に複数周波数）を有するパルス入力信号を
用いた構成もまた実施できる。もしパルスが時間
領域で重なる（パルスは部分的に時間が一致）な
らば、各入力信号チヤンネルの制御に、帰還ルー
プを別けて使用でき、これを、ふたつの周波数の
ものについて第８図に示す。 ここに示すように、キヤリア周波数F1を有す
る信号は、高周波源１０の第１の信号チヤンネル
から与えられ、そしてキヤリア周波数F2を有す
る信号は、高周波源１０の第２の信号チヤンネル
から与えられる。第８図に示す、ふたつの帰還ル
ープは、第１図に関して上述したことと同様の手
法でそれぞれ動作する。ループの応答は、F1、
F2の信号チヤンネルをそれぞれ制御する、帰還
信号を供給するフイルタ３８および３８′にそれ
ぞれ適応する。方向性結合器２０からの出力信号
のサンプルは、カプラ３６に与えられ、そして、
そこからの、ふたつの出力信号は、それぞれフイ
ルタ３８，３８′の入力として与えられる。振幅
モジユレータ１６，１６′からの振幅および位相
の制御信号は、カプラ４０で結合され、高周波増
幅器１８へ結合入力信号として与えられる。 コンピユータ２４は、第１図に関して上述した
手法で、電圧制御アツテネータ２２，２２′の減
衰量を制御する。振幅の重み付けの機能は、ふた
つの信号チヤンネルで、等しくする必要はなく、
例えば、コンピユータ２４は、F1チヤンネルの
信号には35dBのサイドローブレベルの重み付け
（表１参照）を与え、F2チヤンネルの信号には
45dBのサイドローブレベルの重み付けを与える
ようにプログラムしてもよい。 複数のキヤリア周波数の実例は、入力信号の振
幅制御技術に関連して平均電力能力の損失を減少
させるので、オーバラツプ時間の間の出力のピー
クの変化は、オーバラツプを持たない、重み付け
した波形の出力の変化よりも少ないことが注意さ
れる。TWTに１つのパルス入力信号より多い周
波数スペクトラムを制御するため本発明を使用す
ると、これらが上記入力信号のパルスでオーバー
ラツプされるとき、TWT出力の平均電力はこれ
らがオーバーラツプしないときより大きい。これ
は、２つのパルスがオーバーラツプすると、それ
らの間より大きな平均及びピークの出力電力とな
るからである。 このように、既述の、新規かつ有用な高周波増
幅器の構成は、周波数分布を制御し、または変形
した出力信号を提供し、その請求の範囲は、