JPH06510176A - 振幅リミッタ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 振幅リミッタ回路 本発明は、請求の範囲第１項および第８項の上位概念による振幅リミッタ回路お よび高周波領域でのその適用に関する。

高周波技術の多数の適用例、特にレーダー技術または衛星通信では、一方では大 出力の高周波送信機が、他方では高感度高周波受信機が空間的に直ぐ近傍で駆動 される。それどころか多くの場合、高周波送信機と高周波受信機は共通の送信／ 受信アンテナを介して時分割多重方式で駆動される。これは例えばアクティブ型 位相制御アンテナ群（整相列アンテナ）の場合である。このアンテナ群では例え ば数千までの側々のアンテナ（送信（Ｓ）および受信（Ｅ）アンテナ）が１つの アンテナ群にまとめられている。このようなアンテナ群ではアンテナローブの旋 回は次のようにして行うことができる。すなわち、個々のアンテナで調整可能な 移相器を送信すべき高周波信号および受信すべき高周波信号に対して設けるので ある。例として述べたこのような構成では、いわゆる送信（Ｓ）モジュール、受 信（Ｅ）モジュールまたは送信／受信（Ｓ／Ｅ）モジュールが非常に重要な機能 をイアする。多くの場合このようなモジュールを空間的にできるだけ小さな二二 ットとして構成することが、例えば飛行機の機首用位相制御アンテナ群に対して 有利である。

このようなＳ／Ｅモジュールの例としての高周波部の構成が図１に示されている 。これは実質的εこ、受信経路、 送信経路、 共通の制御経路および 共通の放射器経路 からなる。

共通の放射器経路は、放射器ＳＴ、フィルタＦＴおよび送信／受信切換器１例え ばサーキュレータＺＩからなる。

受信経路は振幅リミッタ回路Ｌｌを受信すべき高周波信号および後置接続された 低ノイズ高感度増幅器ＬＮＡのために有する。

送信経路は１つの増幅器または複数の増幅器の直列回路を送信すべき高周波信号 のために有する。すなわち例えば、駆動増幅器ＤＡ、電力増幅器ＰＡおよび高出 力増幅器ＨＰＡである。

共通の制御経路は、移相器ＰＳ、高周波増幅器ＡＭＰおよび高周波減衰器ＡＴＴ の直列回路からなる。

送信すべき高周波信号ＴＴｘは、第１のスイッチＳＰ　Ｄ　Ｔ　ｌ　、制御経路 、第２のスイッチ、送信経路および放射器経路を介して放射器ＳＴ、例えばホー ン形放射器に達する。

放射器ＳＴにより受信された高周波信号は、放射器経路、受信経路、第１のスイ ッチＳ　ＰＤＴ　ｌ　、制御経路および第２のスイッチ５ＰＤＴ２を介して出力 側に達し、そこに増幅された受信信号Ｒｘとして存在してさらに処理することが できる。

送信（Ｓ）または受信（Ｅ）もジュールは受信経路ないし送信経路を省略するこ とにより製造することができる。

このような構成では、受信経路に存在する高感度低ノイズ増幅器が過度に大きな 振幅を有する入力信号に対して特に保護されなければならないことがわかる。

このような過度に大きな振幅の入力信号は増幅器ＬＮＡを破壊または過変調する こととなる。このような許容されない大きな振幅は例えばサーキュレータＺｌの 故障の際に受信経路に発生し得る。故障により、増幅された送信信号は直接受信 経路に結合されることとなる。その他に放射器ＳＴは許容されないほど大きな振 幅を剪する高周波信号を、例えば落雷または放射器の前に直接配置された高周波 反射器のために受信することがある。従って増幅器ＬＮＡをこれに前置接続され た振幅リミッタ回路Ｌｌにより保護することは自明である。この振幅リミッタ回 路は、受信信号をできるだけわずかしか減衰せず、また受信モードでのＳ／Ｅモ ジュールのノイズレシオをできるだけ低く保つためにできるだけ小さな（挿入） 減衰度を有しなければならない。

従ってこの理由から反射性振幅リミッタ回路が使用される。この振幅リミッタ回 路は最大許容高周波レベルを上回る際に高周波短絡を生ぜしめる。これにより過 度に大きな高周波電力が障害としてサーキュレータＺＩの低抵抗の経路を介して 送信経路の出力側へ導通され、この低抵抗の経路を損傷または破壊することさえ ある。

本発明の課題は、受信経路に対しても、場合により存在する送信経路に対しても 、許容されない振幅に対し高い信頼性で保護する振幅リミッタ回路を提供するこ とである。さらにこの振幅リミッタ回路の動作は信頼性が高く、わずかなスペー スしか必要とせず、安価に製造することができる。本発明はさらに、このような 振幅リミッタ回路の有利な適用を開示するものである。

この課題は本発明により、請求の範囲第１項およびＮ８項記載の構成により解決 される。有利な構成は従属請求項に示されている。

本発明の第１の利点は、制限されない場合（通常の場合）、高周波受信信号に対 して非常に小さな挿入減衰度しかないことである。

第２の利点は、制限された場合、障害となる高周波電力が振幅リミッタ回路で反 射され、少なくとも反射された高周波電力により何の破壊も惹起され得ないほど 強く吸収されることである。

第３の利点は、高周波受信信号の周波数に依存してストリップ線路技術でほぼ完 全に構成することが可能なことである。これより配置構成は機械的に頑強となり 、非常に小さなスペースしか必要でな（、安価に製造することができる。これに よりさらに振幅リミッタ回路をＳ／ＥモジュールまたはＥもジュールの支持基板 に集積化することができる。従って振幅リミッタ回路は必ずしもディスクリート 構成素子である必要はない。

第４の利点は、制限が受信された高周波信号によってのみ引き起こされることで ある。従って制御信号は必要ない。従って振幅リミッタ回路はその作用において 純粋なパッシブ高周波構成素子とみなされる。

第５の利点は、制限のために高周波整流器が２つしか必要ないことである。この 高周波整流器は有利には半導体ダイオードとして構成される。

第６の利点は、必要であるかぎり高周波整流器に藺単に直流および／または低周 波バイアス電圧を供給することができることである。これにより例えば、２つの 整流器をできるだけ正確に所定の振幅閾値に調整したり、またはこれらを制御ま たは調整可能に構成することができる。

本発明を以下、図２に示された実施例に基づき詳細に説明する。以下すべての値 の記載は高周波受信信号が本発明の構成で有する波長λに関連する。図２は振幅 リミッタ回路の電気回路を示す。この振幅リミッタ回路は例えば、マイクロスト リップ線路構造の形でセラミック基板またはプラスチック基板に製造することが できる。基板には２つの貫通穴（ｖｉａ　ｈｏｌｅＳ）が必要なだけであり、こ の貫通穴に半導体整流ダイオードＤＩ、Ｄ２が嵌め込まれ、基板の裏側（高周波 アース）と接触接続される。付加的にさらに２つの別の貫通穴が必要なこともあ る。すなわちこれは高周波インダクタンスＬｌ、Ｌ２が必要な場合である。これ らインダクタンスの端子は同様に図示のように高周波アースと接続される。この 高周波アース端子は必要な場合は、直流電圧端子または低周波の交流電圧端子に より置換することができる。これは例えば、高周波整流器ＤＩ、Ｄ２により定め られる制限振幅閾値の調整に厳密な正確性が要求される場合である６図２に示さ れたその他の電気構成素子はすべて基板の表側に、例えばエツチング導体路構造 としてまたはシルクスクリーン回路（特に高周波吸収抵抗Ｒ１，Ｒ２に対して） として製造することができる。これとは選択的に例えば吸収抵抗Ｒ１，Ｒ２に対 していわゆるＳＭＤ抵抗（ｓｕｒｆａｃｅ　ｍｏｕｎｔｅｄ　ｄｅｖｅｉｃｅＳ ）を使用し、これを図示の導体路構造にはんだ付けするか、または導電的に接着 することができる。この高周波吸収抵抗Ｒ１，Ｒ２は反射された高周波電力を熱 に変換する。これについては後でさらに詳細に説明する。図２に示されたその他 の高周波構成素子（大文字のＺと下付きの符号を存する）はすべて例えば前述０ マイクロストリップ線路からなる。図示の振幅リミ？ツタ回路はその入力側Ｅと 出力側Ａにそれぞれ同じ特性インピーダンス（例えば５０Ω、これは現在の高周 波技術においては通常のことである）を有する。

入力側Ｅに印加される受信高周波信号はまず、１・１高周波電力入力側分波器Ｅ Ｔに供給され、２つの並列に接続された経路ＺＷＩ、ＺＷ２に分波され、引き続 き再び、ｍｌ高周波電力出力側結合器（分波器）ＡＴで出力信号にまとめられ、 出力側Ａに印加される。

この出力信号は、整流器ダイオードＤＩ、Ｄ２により設定可能な最大高周波振幅 を有することができるだけである。入力線路１と出力線路１′はそれぞれ特性イ ンピーダンスス１ニー５０Ωを有する。入力線路１から到来する信号は入力側分 波器ＥＴに達する。この入力側分波器は２つの導体部材２．３からなる。導体部 材２．３はそれぞれ同じ長さ１＝λ／４と同じ特性インピーダンスＺＬ、＝７０ ．７Ωを有する。入力側分波器ＥＴの入力線路１反対側端部はオーム抵抗Ｒ１に より橋絡されている。入力側分波器ＥＴに接続された経路ＺＷＩ、ＺＷ２は２つ の長さの異なる線路区間４．４′からなる直列回路をそれぞれ１つ有する。線路 区間はすべてＺ、、、＝５０Ωの特性インピーダンスを有する。

各経路ｌ二おいて線路区間４．４′の全体の長さはλ／４よりも格段には大きく ない。線路区間４．４′は経路ＺＷＩ、ＺＷ２において逆並列に接続されている 。

すなわち入力端分波器ＥＴから見て、第１の経路ＺＷ１には比較的に長い線路区 間４と比較的に短い線路区間４′からなる直列回路が設けられており、また第２ の経路ＺＷ２には比較的に短い線路区間４′と比較的に長い線路区間４からなる 直接回路が設けられている２つの接続点ｖ、ｖ’　は距離ｄ＝λ／４を有する。

２つの接続点ｖ、ｖ’　と高周波アースＭとの間にはそれぞれ１つの制限ダイオ ードＤＩないしＤ２が接続されており、選択的にこれと並列にインダクタンスＬ １ないしＲ２が接続される。これらのインダクタンスは有利にはエツチングされ たいわゆる螺旋状インダクタンスとして構成され、高周波電流の高周波アースＭ への流出が阻止されるように選定されている。出力側結合器ＡＴは入力側分波器 ＥＴと同じ構造を有する。単（こ１ｌｌＩ成素子の鏡対称構成が存在するだけで ある。

通常の動作モードにおいて入力側Ｅに印加される高周波受信信号が、制限ダイオ ードＤＩ、Ｄ２により調整可能な最大許容レベルよりも低いレベルを有していれ ば、制限ダイオードＸＤＩ、Ｄ２は高周波的に遮断状態にあり、従って高い高周 波インピーダンスを有している。図２に示した構成は、通常の５０Ω高周波線路 区間に相当する構成素子である。この構成素子は例えば０．３ｄＢ以下の小さな 挿入減衰度と、さらに高周波的に良好な入力インピーダンスおよび出力インピー ダンスを有する。ここで例として使用された５ｏΩの特性インピーダンスからの 偏差は例えば７％以下である。従って有利には通常の動作モードについては、受 信経路でのノイズレシオの悪化は無視でき、受信された高周波信号の位相の変化 も無視できる。

次に制限される場合、入力端Ｅに印加される高周波受信信号は制限ダイオードＤ Ｉ、Ｄ２により調整される最大許容レベルと同じかまたはそれ以上のレベルを有 し、制限ダイオードＤ１．．Ｄ２は高周波的に導通して、接続点ｖ、ｖ’　と高 周波アースＭとの間に高周波短絡を形成する。これにより入力側から到来して経 路ＺＷＩ、ＺＷ２に分波される高周波信号は制限ダイオードＤＩ、Ｄ２にて反射 される。従ってここでは反射係数ｒ＝−１が存在する。制限ダイオードＤＩ、Ｄ ２の間隔が前記のようにｄ−λ／４であれば、第１の経路ＺＷＩには信号行程差 Ｌ＝２・λ／４−λ／２が生じる。これにより、反射された信号成分は吸収抵抗 Ｒ１にて熱的な損失電力ｌこ変換される。

前記制限モードでは接続点ｖ、ｖ’　に直流電流および／または低周波電流が発 生する。この障害となる電流はインダクタンスＬｌ、Ｌ２を介して高周波アース Ｍに放出される。これと選択的に、インダクタンスし１、Ｌ２のこの高周波アー ス端子を低抵抗の直流電圧端子により置換することができる。このようなバイア ス電圧により制限ダイオードＤＩ、Ｄ２は最大許容レベルを変化することができ る。これの制御または調整も可能である。２つの制限ダイオードＤＩ、Ｄ２を正 確に同じ最大許容高周波レベルに調整することも有利には可能である。これによ り例えば制限ダイオードＤＩ、Ｄ２の製造公差を補償することができる。

従って前記の特性により、振幅リミッタ回路に後置接続された増幅器ＬＮＡ　（ 図１）が許容されない高信号レベルに対して受信経路で確実に保護される。さら に反射された２つの高周波信号成分は実質的に完全に吸収ダイオードＲ１で熱に 変換されるがら、Ｓ／Ｅスイッチの低抵抗高周波経路（サーキュレータＺＩ）を 介したＳ／Ｅモジュール（図１）の送信経路での増幅器直列回路の付加的負荷は 無視できる。従って送信経路の出力側は保護される。別の利点は、図２の振幅リ ミッタ回路の高周波マツチングが制限モードでも、制限されない通常の動作モー ドと比較して実質的に一定に留まることである。最大許容高周波入力信号レベル は、吸収ダイオードＲ１，Ｒ２の耐熱性並びに制限ダイオードＤＩ、Ｄ２の電気 的最大許容負荷の選定により選択することができる。

本発明は前記の実施例に制限されるものではなく、他にも適用することができる 。例えば螺旋状にエツチングされたインダクタンスＬｌ、Ｌ２を同じインダクタ ンスを有するコイルにより置換することができる。

さらに前記のストリップ線路を相応の高周波線路、例えば高周波ケーブルにより 置換することができる。

さらに図２の対称性構成により振幅リミッタ回路を多種多様に使用することが可 能になる。例えば双方向で駆動される高周波伝送区間の高周波レベル制限器とし て使用することができる。この場合も、入力側Ａ（図２）に印加される高レベル の高周波信号により制限モードがトリガされる。損失電力（熱）はこの場合吸収 抵抗Ｒ２に発生する。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．所定の振幅閾値を越えて到来する入力信号を反射する高周波領域用振幅リミ ッタ回路において、入力信号を電気的に並列に接続された２つの同種の経路（Ｚ Ｗ１，ＺＷ２）に分波する入力側電力分波器（ＥＴ）が設けられており、 前記経路（ＺＷ１，ＺＷ２）の出力側は出力側分波器（ＡＴ）により１つの出力 側（Ａ）にまとめられており、 前記経路（ＺＷＩ，ＺＷ２）の２つの端部間にそれぞれ１つの吸収抵抗（Ｒ１， Ｒ２）が接続されており、 前記経路（ＺＷ１，ＺＷ２）の各々は異なる長さの２つの線路区間（４、４′） の直列回路からなり、前記線路区間（４、４′）の接続個所とアース線路（Ｍ） との間に高周波整流器（Ｄ１，Ｄ２）が接続されており、 前記経路（ＺＷ１，ＺＷ２）は逆並列に接続されていることを特徴とする振幅リ ミッタ回路。
2. ２．前記電力分波器（（ＥＴ，ＡＴ）の少なくとも１つはｙ字状の構造を有し、 導体部材からなる請求の範囲第１項記載の振幅リミッタ回路。
3. ３．高周波整流器（Ｄ１，Ｄ２）は半導体ダイオードとして構成されている請求 の範囲第１項または第２項記載の振幅リミッタ回路。
4. ４．線路区間（４、４′）に接続された高周波整流器（Ｄ１，Ｄ２）の端子は、 高周波を阻止するインダクタンス（Ｌ１，Ｌ２）を介して所定の電位に接続され ている請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の振幅リミッタ回路 。
5. ５．少なくとも入力側分波器（ＥＴ）と出力側分波器（ＡＴ）と経路（ＺＷ１， ＺＷ２）はストリップ線路技術で構成されている請求の範囲第１項から第４項ま でのいずれか１項記載の振幅リミッタ回路。
6. ６．少なくとも吸収抵抗（Ｒ１，Ｒ２）はプリントされた抵抗として構成されて いる請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載の振幅リミッタ回路。
7. ７．経路（ＺＷ１，ＺＷ２）の逆並列接続により、高周波整流器（Ｄ１，Ｄ２） 間にλ／４の距離（ｄ）が発生し、ここでλは受信された高量波信号の波長を表 わす請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の振幅リミッタ回路。
8. ８．高周波受信機の受信段の入力側に使用する請求の範囲第１項から第７項まで のいずれか１項記載の振幅リミッタ回路。
9. ９．高周波信号用の送信／受信モジュールの受信経路の入力側に使用する請求の 範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の振幅リミッタ回路。
10. １０．レーダー受信機の受信段の入力側に使用する請求の範囲第１項から第９項 までのいずれか１項記載の振幅リミッタ回路。