JPH10126299A - 受動マイクロ波／ミリメートル波放射線像形成システムのためのモノリシック低ノイズ同期直接検出受信機 - Google Patents
受動マイクロ波／ミリメートル波放射線像形成システムのためのモノリシック低ノイズ同期直接検出受信機Info
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- JPH10126299A JPH10126299A JP9218453A JP21845397A JPH10126299A JP H10126299 A JPH10126299 A JP H10126299A JP 9218453 A JP9218453 A JP 9218453A JP 21845397 A JP21845397 A JP 21845397A JP H10126299 A JPH10126299 A JP H10126299A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 モノリシック集積化されるように適合され且
つ改善されたシステムノイズ性能を持つ放射線像形成シ
ステムのための直接検出受信機を提供する。 【解決手段】 受動マイクロ波およびミリメートル波放
射線像形成システムのための直接検出受信機２０。この
受信機は、平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡＮ）
２２を含む。このＢＳＬＡＮの前に前置低ノイズ増幅器
（ＬＡＮ）２１が挿入され、低雑音指数を達成するとと
もに、ＢＳＬＡＮの損失に起因する入力雑音指数の劣化
を最小にするのに十分な利得を与える。高電子移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ）ダイオードが電力検出器として
使用される。前置増幅器、ＢＳＬＡＮおよびダイオード
は、モノリシック集積化に対してプロセスコンパチブル
である。
つ改善されたシステムノイズ性能を持つ放射線像形成シ
ステムのための直接検出受信機を提供する。 【解決手段】 受動マイクロ波およびミリメートル波放
射線像形成システムのための直接検出受信機２０。この
受信機は、平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡＮ）
２２を含む。このＢＳＬＡＮの前に前置低ノイズ増幅器
（ＬＡＮ）２１が挿入され、低雑音指数を達成するとと
もに、ＢＳＬＡＮの損失に起因する入力雑音指数の劣化
を最小にするのに十分な利得を与える。高電子移動度ト
ランジスタ（ＨＥＭＴ）ダイオードが電力検出器として
使用される。前置増幅器、ＢＳＬＡＮおよびダイオード
は、モノリシック集積化に対してプロセスコンパチブル
である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受動マイクロ波お
よびミリメートル波放射線像形成システムのためのモノ
リシック低ノイズ同期直接検出受信機、より詳細には、
低雑音指数を達成してスイッチング増幅器回路内の損失
に起因する入力雑音指数の劣化を最小にするのに十分な
利得を提供するための、前置低ノイズ増幅器（ＬＡＮ）
を備えた平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡＮ）で
あって、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ダイオ
ードとともにモノリシック集積化されて焦点面アレイ像
形成システムで使用するのに適する直接検出受信機を形
成することができる平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳ
ＬＡＮ）に関する。
よびミリメートル波放射線像形成システムのためのモノ
リシック低ノイズ同期直接検出受信機、より詳細には、
低雑音指数を達成してスイッチング増幅器回路内の損失
に起因する入力雑音指数の劣化を最小にするのに十分な
利得を提供するための、前置低ノイズ増幅器（ＬＡＮ）
を備えた平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡＮ）で
あって、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ダイオ
ードとともにモノリシック集積化されて焦点面アレイ像
形成システムで使用するのに適する直接検出受信機を形
成することができる平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳ
ＬＡＮ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】放射線像形成システムは、当分野におい
て周知である。このようなシステムの一例が、本発明と
同一の譲受人に譲渡された米国特許第5,438,336 号にお
いて開示されているので、参考のため本書に組み入れら
れている。これら放射線像形成システムは、受動像形成
システムであり、マイクロ波およびミリメートル波放射
線、例えば、熱放射線を、焦点面像形成アレイとして知
られる視野内で検出するために使用される。検出された
放射線は、出力信号に変換され、これによって、その放
射線を放出している対象の画像が形成される。マイクロ
波およびミリメートル波放射線は、環境障害物、例え
ば、濃霧、薄霧、小雨、埃、煙などによっては、ある程
度までしか減衰されないために、このタイプの像形成シ
ステムは、様々な、商業上および軍事上の用途に対して
有益である。例えば、米国特許第5,202,692 号において
開示されているように、これら放射線像形成システム
は、例えば、航空機のナビゲーションに使用できること
が知られている。このタイプの像形成システムは、ま
た、低視界状態において、航空機の着陸を助けるのに使
用されることが知られており、また、濃霧およびさまざ
まな他の低視界状態において、港あるいは海峡におい
て、船舶を誘導するのにも有用である。このタイプのシ
ステムは、さらに、低視界状態の際に、戦闘目標の画像
を提供するためにも使用され、また、米国特許第5,198,
776 号に開示される他の様々な用途についても使用され
る。
て周知である。このようなシステムの一例が、本発明と
同一の譲受人に譲渡された米国特許第5,438,336 号にお
いて開示されているので、参考のため本書に組み入れら
れている。これら放射線像形成システムは、受動像形成
システムであり、マイクロ波およびミリメートル波放射
線、例えば、熱放射線を、焦点面像形成アレイとして知
られる視野内で検出するために使用される。検出された
放射線は、出力信号に変換され、これによって、その放
射線を放出している対象の画像が形成される。マイクロ
波およびミリメートル波放射線は、環境障害物、例え
ば、濃霧、薄霧、小雨、埃、煙などによっては、ある程
度までしか減衰されないために、このタイプの像形成シ
ステムは、様々な、商業上および軍事上の用途に対して
有益である。例えば、米国特許第5,202,692 号において
開示されているように、これら放射線像形成システム
は、例えば、航空機のナビゲーションに使用できること
が知られている。このタイプの像形成システムは、ま
た、低視界状態において、航空機の着陸を助けるのに使
用されることが知られており、また、濃霧およびさまざ
まな他の低視界状態において、港あるいは海峡におい
て、船舶を誘導するのにも有用である。このタイプのシ
ステムは、さらに、低視界状態の際に、戦闘目標の画像
を提供するためにも使用され、また、米国特許第5,198,
776 号に開示される他の様々な用途についても使用され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これら放射線像形成シ
ステムは、マイクロ波およびミリメートル放射線を検出
するために、様々なタイプの受信機を使用することが知
られている。例えば、直接検出受信機、および、ヘテロ
ダイン−タイプの受信機の両方が知られている。例え
ば、米国特許第5,202,692 号の図４および図５には、放
射線像形成システムと共に使用される周知のヘテロダイ
ン−タイプの受信機が示されている。ただし、残念なこ
とに、このヘテロダイン受信機は、局部発振器を必要と
し、これは、受信機のハードウエア要素の点数を増加
し、また、全電力要件を増加させる。加えて、局部発振
器は、周知のように、比較的体積がかさばり、このため
に、一般的には、モノリシック集積化には適さない。
ステムは、マイクロ波およびミリメートル放射線を検出
するために、様々なタイプの受信機を使用することが知
られている。例えば、直接検出受信機、および、ヘテロ
ダイン−タイプの受信機の両方が知られている。例え
ば、米国特許第5,202,692 号の図４および図５には、放
射線像形成システムと共に使用される周知のヘテロダイ
ン−タイプの受信機が示されている。ただし、残念なこ
とに、このヘテロダイン受信機は、局部発振器を必要と
し、これは、受信機のハードウエア要素の点数を増加
し、また、全電力要件を増加させる。加えて、局部発振
器は、周知のように、比較的体積がかさばり、このため
に、一般的には、モノリシック集積化には適さない。
【０００４】これを克服するために、局部発振器を必要
としない直接検出受信機を使用することが知られてい
る。このような直接検出受信機の一例が、米国特許第4,
557,272 号において開示されているが、このシステム
は、未知のソースからの放射線を基準信号と比較するい
わゆるディッケ（Dicke ）スイッチを利用している。デ
ィッケスイッチは、未知のソースおよび既知のソースか
らの電磁放射線を受信するアンテナからの受信機入力を
一定の速度にて切り換える働きを持つが、こうして、切
り換えられたあるいは変調された信号が、次に、増幅さ
れ、検出される。ディッケスイッチについては、R.H.Di
cke によって著された、The Review of Scientific Ins
truments,Vol.17.No.7,July 1946に掲載の論文“Measur
ement of Thermal Radiation at Microwave Frequencie
s ”、に詳細に説明されている。ただし、ディッケスイ
ッチを利用する直接検出受信機は、モノリシック集積化
には適さない。ディッケスイッチを利用する直接検出受
信機のその他の短所が、米国特許第5,149,198 号におい
て一般的に述べられている。
としない直接検出受信機を使用することが知られてい
る。このような直接検出受信機の一例が、米国特許第4,
557,272 号において開示されているが、このシステム
は、未知のソースからの放射線を基準信号と比較するい
わゆるディッケ（Dicke ）スイッチを利用している。デ
ィッケスイッチは、未知のソースおよび既知のソースか
らの電磁放射線を受信するアンテナからの受信機入力を
一定の速度にて切り換える働きを持つが、こうして、切
り換えられたあるいは変調された信号が、次に、増幅さ
れ、検出される。ディッケスイッチについては、R.H.Di
cke によって著された、The Review of Scientific Ins
truments,Vol.17.No.7,July 1946に掲載の論文“Measur
ement of Thermal Radiation at Microwave Frequencie
s ”、に詳細に説明されている。ただし、ディッケスイ
ッチを利用する直接検出受信機は、モノリシック集積化
には適さない。ディッケスイッチを利用する直接検出受
信機のその他の短所が、米国特許第5,149,198 号におい
て一般的に述べられている。
【０００５】いわゆるディッケスイッチ代替品を利用す
る放射線像形成システムのための直接検出受信機につい
ても知られている。このようなシステムの一例が、米国
特許第5,149,198 号において開示されている。この米国
特許第5,149,198 号において開示されているいわゆるデ
ィッケスイッチ代替品は、一対の入力ポートと一対の出
力ポートを定める一対のハイブリッドリングを含む。こ
の一対の入力ポートは、検出されるべき放射線のソー
ス、並びに、基準ソースに結合されるように適合されて
いる。入力ポートと出力ポートの間に２つの並列な経路
が形成され、一方の経路においては、一対の増幅器が、
０〜１８０°移相スイッチに結合され、さらに、この移
相スイッチは、出力ポートに接続されている。もう一方
の経路においては、二つの増幅器が入力ポートと出力ポ
ートの間に接続されている。米国特許第5,149,198 号に
おいて開示されているディッケスイッチ代替品の一つの
長所は、信号が、切り換えられる前に増幅され、こうし
て、放射計のＳ／Ｎ比が改善されることである。ただ
し、このような構成では、ハイブリッドリングの損失寄
与が比較的大きく、このために、受信機の温度感度が劣
化される傾向を持つ。
る放射線像形成システムのための直接検出受信機につい
ても知られている。このようなシステムの一例が、米国
特許第5,149,198 号において開示されている。この米国
特許第5,149,198 号において開示されているいわゆるデ
ィッケスイッチ代替品は、一対の入力ポートと一対の出
力ポートを定める一対のハイブリッドリングを含む。こ
の一対の入力ポートは、検出されるべき放射線のソー
ス、並びに、基準ソースに結合されるように適合されて
いる。入力ポートと出力ポートの間に２つの並列な経路
が形成され、一方の経路においては、一対の増幅器が、
０〜１８０°移相スイッチに結合され、さらに、この移
相スイッチは、出力ポートに接続されている。もう一方
の経路においては、二つの増幅器が入力ポートと出力ポ
ートの間に接続されている。米国特許第5,149,198 号に
おいて開示されているディッケスイッチ代替品の一つの
長所は、信号が、切り換えられる前に増幅され、こうし
て、放射計のＳ／Ｎ比が改善されることである。ただ
し、このような構成では、ハイブリッドリングの損失寄
与が比較的大きく、このために、受信機の温度感度が劣
化される傾向を持つ。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの目的は、
従来の技術における様々な問題を解決することにある。
本発明のもう一つの目的は、モノリシック集積化される
ように適合された直接検出受信機を提供することにあ
る。本発明のさらにもう一つの目的は、改善されたシス
テムノイズ性能を持つ放射線像形成システムのための直
接検出受信機を提供することにある。簡単に説明する
と、本発明は、受動マイクロ波およびミリメートル波放
射線像形成システムのための直接検出受信機に関する。
この受信機は、平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡ
Ｎ）を含む。この平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬ
ＡＮ）の前に前置低ノイズ増幅器（ＬＡＮ）が挿入さ
れ、これによって、低雑音指数が達成され、かつ、平衡
スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡＮ）の損失に起因す
る入力雑音指数の劣化を最小にするために十分な利得が
提供される。高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ダ
イオードが、電力検出器として使用される。前置増幅
器、ＢＳＬＡＮおよびダイオードは、モノリシック集積
化に対してプロセスコンパチブルである。
従来の技術における様々な問題を解決することにある。
本発明のもう一つの目的は、モノリシック集積化される
ように適合された直接検出受信機を提供することにあ
る。本発明のさらにもう一つの目的は、改善されたシス
テムノイズ性能を持つ放射線像形成システムのための直
接検出受信機を提供することにある。簡単に説明する
と、本発明は、受動マイクロ波およびミリメートル波放
射線像形成システムのための直接検出受信機に関する。
この受信機は、平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡ
Ｎ）を含む。この平衡スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬ
ＡＮ）の前に前置低ノイズ増幅器（ＬＡＮ）が挿入さ
れ、これによって、低雑音指数が達成され、かつ、平衡
スイッチ低ノイズ増幅器（ＢＳＬＡＮ）の損失に起因す
る入力雑音指数の劣化を最小にするために十分な利得が
提供される。高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ダ
イオードが、電力検出器として使用される。前置増幅
器、ＢＳＬＡＮおよびダイオードは、モノリシック集積
化に対してプロセスコンパチブルである。
【０００７】本発明のこれらおよびその他の目的は、以
下の詳細な説明および付録の図面から容易に理解できる
であろう。
下の詳細な説明および付録の図面から容易に理解できる
であろう。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１には、本発明による直接検出
受信機のブロック図が示される。全体として参照番号２
０によって表されるこの直接検出受信機は、前置低ノイ
ズ増幅器（ＬＡＮ）２１および平衡スイッチ低ノイズ高
利得増幅器２２を含み、平衡スイッチ低ノイズ高利得増
幅器２２は、低ノイズ増幅器２４および双極単投スイッ
チとして示されるスイッチ２６を含む。前置ＬＡＮ２１
の出力は、スイッチ２６の一方の極に接続される。スイ
ッチ２６の他方の極は、入力インピーダンス３０からの
基準信号に接続される。スイッチ２６の共通極は、増幅
器２４に接続される。増幅器２４の出力は、ダイオード
３０に接続され、電力の検出のために使用される。ダイ
オード３０は、受信機２０をモノリシック集積化するこ
とを容易にする、生来的に高い１／ｆノイズを持つ高電
子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ダイオードとして実
現される。ダイオード３０の出力は、同期回路３２に接
続されるが、この同期回路は、クロック３４を介して、
出力信号をスイッチ２６のスイッチング動作と同期させ
る。
受信機のブロック図が示される。全体として参照番号２
０によって表されるこの直接検出受信機は、前置低ノイ
ズ増幅器（ＬＡＮ）２１および平衡スイッチ低ノイズ高
利得増幅器２２を含み、平衡スイッチ低ノイズ高利得増
幅器２２は、低ノイズ増幅器２４および双極単投スイッ
チとして示されるスイッチ２６を含む。前置ＬＡＮ２１
の出力は、スイッチ２６の一方の極に接続される。スイ
ッチ２６の他方の極は、入力インピーダンス３０からの
基準信号に接続される。スイッチ２６の共通極は、増幅
器２４に接続される。増幅器２４の出力は、ダイオード
３０に接続され、電力の検出のために使用される。ダイ
オード３０は、受信機２０をモノリシック集積化するこ
とを容易にする、生来的に高い１／ｆノイズを持つ高電
子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）ダイオードとして実
現される。ダイオード３０の出力は、同期回路３２に接
続されるが、この同期回路は、クロック３４を介して、
出力信号をスイッチ２６のスイッチング動作と同期させ
る。
【０００９】本発明の一つの重要な点は、前置ＬＡＮ２
１によって、平衡スイッチング増幅器回路（つまり、Ｂ
ＳＬＡＮ２２）内の損失に起因する入力雑音指数の劣化
を最小にするのに十分な利得が提供されることである。
ＢＳＬＡＮ２２は、電力検出器ダイオード３０の１／ｆ
ノイズ寄与を抑制するために、入来信号を中間ＲＦ周波
数にて増幅および変調する高利得増幅器である。ＢＳＬ
ＮＡ２２の出力における変調された信号（つまり、増幅
器２４の出力）は、電力検出器３０に加えられ、次に、
同期あるいは復調器回路３２に加えられ、入力場所の放
射線温度に対応する出力電圧が生成される。図２に示さ
れるように、直接検出受信機２０は、モノリシックの７
段低ノイズ増幅器検出器として実現されるが、この直接
検出受信機２０は、破線の囲み内に示されるＢＳＬＡＮ
２２、前置ＬＡＮ２１、並びに電力検出器ダイオード３
０を含む。ＢＳＬＡＮ２２は、４つの３ｄｂ９０°ハイ
ブリッド結合器３８、４０、４２、４４、２つの０°〜
１８０°反射移相器４６、４８、並びに、７つの低ノイ
ズ高利得増幅器５０、５２、５４、５６、５８、６０、
６２から実現される。ＬＡＮ２１は、図２において参照
番号２１ａおよび２１ｂによって識別されている２段増
幅器として実現される。
１によって、平衡スイッチング増幅器回路（つまり、Ｂ
ＳＬＡＮ２２）内の損失に起因する入力雑音指数の劣化
を最小にするのに十分な利得が提供されることである。
ＢＳＬＡＮ２２は、電力検出器ダイオード３０の１／ｆ
ノイズ寄与を抑制するために、入来信号を中間ＲＦ周波
数にて増幅および変調する高利得増幅器である。ＢＳＬ
ＮＡ２２の出力における変調された信号（つまり、増幅
器２４の出力）は、電力検出器３０に加えられ、次に、
同期あるいは復調器回路３２に加えられ、入力場所の放
射線温度に対応する出力電圧が生成される。図２に示さ
れるように、直接検出受信機２０は、モノリシックの７
段低ノイズ増幅器検出器として実現されるが、この直接
検出受信機２０は、破線の囲み内に示されるＢＳＬＡＮ
２２、前置ＬＡＮ２１、並びに電力検出器ダイオード３
０を含む。ＢＳＬＡＮ２２は、４つの３ｄｂ９０°ハイ
ブリッド結合器３８、４０、４２、４４、２つの０°〜
１８０°反射移相器４６、４８、並びに、７つの低ノイ
ズ高利得増幅器５０、５２、５４、５６、５８、６０、
６２から実現される。ＬＡＮ２１は、図２において参照
番号２１ａおよび２１ｂによって識別されている２段増
幅器として実現される。
【００１０】関心の対象のミリメートル波あるいはマイ
クロ波信号は、入力ポート６６に結合され、そして、入
力ポート６６は、前置ＬＡＮ２１ａおよび２１ｂに結合
される。入力ポート６６は、様々なタイプのアンテナ要
素（図示なし）に接続できるように適合される。ハイブ
リッド結合器３８、４０、４２、４４は、当業者におい
ては周知のように、Ｌａｎｇｅ結合器あるいはブランチ
ライン結合器として実現される。この形式の様々なタイ
プのハイブリッド結合器が、Nonlinear Microwave Circ
uits,bySteven A.Maas,Artech House,1988,Ch.5,pp.209
-230 、において詳細に説明されている。また、例え
ば、米国特許第5,149,198 号に開示されているハイブリ
ッドリングを、ハイブリッド結合器３８、４０、４２、
４４として使用することも可能である。ハイブリッド結
合器３８、４０、４２、４４のおのおのは、図示される
ように、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを含
む。ハイブリッド結合器３８、４０、４２、４４のおの
おのの入力ポートの一つは、基準信号、例えば、負荷抵
抗６８、７０、７２、７４からのインピーダンス整合ノ
イズ信号に、それぞれ接続される。
クロ波信号は、入力ポート６６に結合され、そして、入
力ポート６６は、前置ＬＡＮ２１ａおよび２１ｂに結合
される。入力ポート６６は、様々なタイプのアンテナ要
素（図示なし）に接続できるように適合される。ハイブ
リッド結合器３８、４０、４２、４４は、当業者におい
ては周知のように、Ｌａｎｇｅ結合器あるいはブランチ
ライン結合器として実現される。この形式の様々なタイ
プのハイブリッド結合器が、Nonlinear Microwave Circ
uits,bySteven A.Maas,Artech House,1988,Ch.5,pp.209
-230 、において詳細に説明されている。また、例え
ば、米国特許第5,149,198 号に開示されているハイブリ
ッドリングを、ハイブリッド結合器３８、４０、４２、
４４として使用することも可能である。ハイブリッド結
合器３８、４０、４２、４４のおのおのは、図示される
ように、２つの入力ポートおよび２つの出力ポートを含
む。ハイブリッド結合器３８、４０、４２、４４のおの
おのの入力ポートの一つは、基準信号、例えば、負荷抵
抗６８、７０、７２、７４からのインピーダンス整合ノ
イズ信号に、それぞれ接続される。
【００１１】ハイブリッド結合器３８は、入力ポート６
６からの入力信号、および負荷抵抗６８からの基準信号
を、２つの並列な経路、つまり、第一の経路７６と第二
の経路７８に結合する。より詳細には、ハイブリッド結
合器３８は、入力ポート６６からの入力信号を、元の位
相にて第一の経路７６に加えるとともに、この入力信号
を、第一の経路７６に加えられた信号と位相を９０°ず
らして他方の経路７８に加える。同様にして、負荷抵抗
６８からの基準信号は、入力ポート６６からの位相が９
０°ずれた信号とともに経路７８に加えられる、同相信
号と、入力ポート６６からの同相信号とともに経路７６
に加えられる、基準信号と位相が９０°ずれた信号と
に、分離される。経路７６および７８のおのおのは、そ
れぞれ、低ノイズ増幅器５０および５２、並びに、０°
〜１８０°反射移相器４６および４８を含む。移相器４
６および４８は、３ｄｂ９０°ハイブリッド結合器を含
むが、これは、上述されたハイブリッド結合器と同一に
機能する。移相器４６および４８は、スイッチングデバ
イス（図示なし）、例えば、１９９５年５月１２日付け
で出願された米国特許出願第08/444,555号に開示される
スイッチングデバイスを含む。詳細については、この文
献を参照されたいが、このスイッチングデバイスは、信
号を、経路７６および７８に沿って、変調する。より詳
細には、このスイッチング機能は、同相（０°）の信号
あるいは位相がずれた（１８０°ずれた）信号のいずれ
かを、この２つの経路７６および７８に結合することに
よって達成される。
６からの入力信号、および負荷抵抗６８からの基準信号
を、２つの並列な経路、つまり、第一の経路７６と第二
の経路７８に結合する。より詳細には、ハイブリッド結
合器３８は、入力ポート６６からの入力信号を、元の位
相にて第一の経路７６に加えるとともに、この入力信号
を、第一の経路７６に加えられた信号と位相を９０°ず
らして他方の経路７８に加える。同様にして、負荷抵抗
６８からの基準信号は、入力ポート６６からの位相が９
０°ずれた信号とともに経路７８に加えられる、同相信
号と、入力ポート６６からの同相信号とともに経路７６
に加えられる、基準信号と位相が９０°ずれた信号と
に、分離される。経路７６および７８のおのおのは、そ
れぞれ、低ノイズ増幅器５０および５２、並びに、０°
〜１８０°反射移相器４６および４８を含む。移相器４
６および４８は、３ｄｂ９０°ハイブリッド結合器を含
むが、これは、上述されたハイブリッド結合器と同一に
機能する。移相器４６および４８は、スイッチングデバ
イス（図示なし）、例えば、１９９５年５月１２日付け
で出願された米国特許出願第08/444,555号に開示される
スイッチングデバイスを含む。詳細については、この文
献を参照されたいが、このスイッチングデバイスは、信
号を、経路７６および７８に沿って、変調する。より詳
細には、このスイッチング機能は、同相（０°）の信号
あるいは位相がずれた（１８０°ずれた）信号のいずれ
かを、この２つの経路７６および７８に結合することに
よって達成される。
【００１２】制御信号がこれらスイッチングデバイスに
加えられ、移相器４６および４８の出力が、上記特許出
願において説明されているような方法にて、制御され、
これによって、入力ポート６６からの入力信号が、基準
信号にて、スイッチあるいは変調される。図１に戻り、
クロック３４、例えば、１００ヘルツの方形波が、この
スイッチングデバイスに、スイッチング動作を制御する
ために加えられる。第二のハイブリッド結合器４０は、
経路７６および７８からの出力、および入力インピーダ
ンス７０からの基準信号を、一連の高利得低ノイズ緩衝
増幅器５４、５６、５８に加える。緩衝増幅器５４、５
６、５８の出力は、入力抵抗７２からの基準信号ととも
に、結合器４２に結合されるが、この結果、２つの並列
な経路８０および８２が形成される。並列な経路８０お
よび８２のおのおのは、低ノイズ高利得増幅器６０およ
び６２を含むが、これら増幅器の出力は、第四の結合器
４４に、入力抵抗７４からの基準信号とともに、結合さ
れる。結合器４４は、経路８０および８２からのこれら
の信号を出力ポート８４に結合し、さらに、ダイオード
検出器３０に結合し、ダイオード検出器３０は、ＢＳＬ
ＮＡ２２からのＲＦ信号を匹敵するＤＣレベルに変換し
て信号処理を行う。
加えられ、移相器４６および４８の出力が、上記特許出
願において説明されているような方法にて、制御され、
これによって、入力ポート６６からの入力信号が、基準
信号にて、スイッチあるいは変調される。図１に戻り、
クロック３４、例えば、１００ヘルツの方形波が、この
スイッチングデバイスに、スイッチング動作を制御する
ために加えられる。第二のハイブリッド結合器４０は、
経路７６および７８からの出力、および入力インピーダ
ンス７０からの基準信号を、一連の高利得低ノイズ緩衝
増幅器５４、５６、５８に加える。緩衝増幅器５４、５
６、５８の出力は、入力抵抗７２からの基準信号ととも
に、結合器４２に結合されるが、この結果、２つの並列
な経路８０および８２が形成される。並列な経路８０お
よび８２のおのおのは、低ノイズ高利得増幅器６０およ
び６２を含むが、これら増幅器の出力は、第四の結合器
４４に、入力抵抗７４からの基準信号とともに、結合さ
れる。結合器４４は、経路８０および８２からのこれら
の信号を出力ポート８４に結合し、さらに、ダイオード
検出器３０に結合し、ダイオード検出器３０は、ＢＳＬ
ＮＡ２２からのＲＦ信号を匹敵するＤＣレベルに変換し
て信号処理を行う。
【００１３】同期回路３２は、ダイオード検出器３０に
よるこの信号処理を、ＢＳＬＡＮ２２のスイッチング動
作と同期させる。同期回路３２は、ディッケ（Dicke ）
のスイッチ放射計において一般的に使用されているのと
同様に動作し、ダイオード検出器３０による信号の検出
の同期を与える。ディッケ（Dicke ）のスイッチ放射計
は、最初、R.H.Dicke によって著された、The Review o
f Scientific Instruments,Vol.17.No.7,July 1946に掲
載の論文“Measurement of Thermal Radiationat Micro
wave Frequencies ”において開示されたものである。
同期回路３２は、アナログあるいはデジタルの信号プロ
セッサとして実現されてもよい。以上述べたように、単
一のマイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）に集
積化されるように適合された、放射線像形成のための、
同期した全電力直接検出受信機を実現するための、独自
の簡単な方法が開示されている。上述したように、ダイ
オード３０は、モノリシック集積化受信機に対してプロ
セスコンパチビリティを与えるＨＥＭＴダイオードとし
て実現される。ＢＳＬＡＮ２２の前に、低ノイズ増幅器
２１を挿入することによって、結合器のシステムノイズ
への損失寄与が低減され、これによって、受信機の温度
感度が改善される。
よるこの信号処理を、ＢＳＬＡＮ２２のスイッチング動
作と同期させる。同期回路３２は、ディッケ（Dicke ）
のスイッチ放射計において一般的に使用されているのと
同様に動作し、ダイオード検出器３０による信号の検出
の同期を与える。ディッケ（Dicke ）のスイッチ放射計
は、最初、R.H.Dicke によって著された、The Review o
f Scientific Instruments,Vol.17.No.7,July 1946に掲
載の論文“Measurement of Thermal Radiationat Micro
wave Frequencies ”において開示されたものである。
同期回路３２は、アナログあるいはデジタルの信号プロ
セッサとして実現されてもよい。以上述べたように、単
一のマイクロ波モノリシック集積回路（ＭＭＩＣ）に集
積化されるように適合された、放射線像形成のための、
同期した全電力直接検出受信機を実現するための、独自
の簡単な方法が開示されている。上述したように、ダイ
オード３０は、モノリシック集積化受信機に対してプロ
セスコンパチビリティを与えるＨＥＭＴダイオードとし
て実現される。ＢＳＬＡＮ２２の前に、低ノイズ増幅器
２１を挿入することによって、結合器のシステムノイズ
への損失寄与が低減され、これによって、受信機の温度
感度が改善される。
【００１４】本発明の多くの修正およびバリエーション
が、上述した説明から可能であることは明らかであり、
従って、本発明が特許請求の範囲から逸脱することな
く、上述した態様以外にも実施できることは、理解され
るべきである。
が、上述した説明から可能であることは明らかであり、
従って、本発明が特許請求の範囲から逸脱することな
く、上述した態様以外にも実施できることは、理解され
るべきである。
【図１】本発明による直接検出受信機のブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明による７段スイッチング低ノイズ増幅器
および検出器として実現された直接検出受信機のブロッ
ク図である。
および検出器として実現された直接検出受信機のブロッ
ク図である。
２０ 直接検出受信機 ２１ 前置低ノイズ増幅器 ２１ａ、２１ｂ 前置低ノイズ増幅器 ２２ 平衡スイッチ低ノイズ高利得増幅器 ２４ 低ノイズ増幅器 ２６ スイッチ ３０ 入力インピーダンス ３０ ダイオード ３２ 同期回路 ３４ クロック ３８、４０、４２、４４ ３ｄｂ９０°ハイブリッド結
合器 ４６、４８ ０°〜１８０°反射移相器 ５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２ 低ノイズ
高利得増幅器 ６６ 入力ポート ６８、７０、７２、７４ 負荷抵抗 ７６ 第一の経路 ７８ 第二の経路 ８０、８２ 並列な経路 ８４ 出力ポート
合器 ４６、４８ ０°〜１８０°反射移相器 ５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２ 低ノイズ
高利得増幅器 ６６ 入力ポート ６８、７０、７２、７４ 負荷抵抗 ７６ 第一の経路 ７８ 第二の経路 ８０、８２ 並列な経路 ８４ 出力ポート
フロントページの続き (72)発明者 バリー アール アレン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90277 レドンド ビーチ アベニュー ビー 631 (72)発明者 エリック ダブリュー リン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90274 ランチョー パロス ヴァーデス アーマガ スプリング ロード 6115 (72)発明者 ギー サミュエル ダウ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90274 ランチョー パロス ヴァーデス マーン ドライヴ 31207 (72)発明者 ポール シュー チュン リー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 90623 ラ パルマ ブランフォード ド ライヴ 5442
Claims (14)
- 【請求項１】 受動放射線像形成システムのための直接
検出受信機であって、 マイクロ波あるいはミリメートル波入力信号を受信する
ように適合された入力ポート、 前記入力ポートに結合された前置低ノイズ増幅器、 前記前置増幅器からの出力信号を基準信号にてスイッチ
ングすることによって、前記入力信号を変調し、無線周
波数（ＲＦ）信号を生成するための手段、および、 前記入力信号の関数として出力電圧を生成するための検
出器、を含むことを特徴とする直接検出受信機。 - 【請求項２】 前記前置増幅器、スイッチング手段およ
び検出器が、モノリシック集積化とプロセスコンパチブ
ルであることを特徴とする請求項１に記載の直接検出受
信機。 - 【請求項３】 前記検出器が、高電子移動度トランジス
タ（ＨＥＭＴ）ダイオードであることを特徴とする請求
項１に記載の直接検出受信機。 - 【請求項４】 前記スイッチング手段が、スイッチング
増幅器回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の直
接検出受信機。 - 【請求項５】 前記スイッチング増幅器回路が、一つ以
上の所定の結合デバイス、一つ以上の移相器、および一
つ以上の低ノイズ増幅器を含むことを特徴とする請求項
４に記載の直接検出受信機。 - 【請求項６】 前記所定の結合デバイスが、ハイブリッ
ド結合器であることを特徴とする請求項５に記載の直接
検出受信機。 - 【請求項７】 前記所定の結合デバイスが、Ｌａｎｇｅ
結合器であることを特徴とする請求項５に記載の直接検
出受信機。 - 【請求項８】 スイッチング増幅器回路であって、 入力ポート、 前記入力ポートに結合され、各々１つの移相器を含む二
つの入力経路を展開する第一の結合デバイス、 前記移相器デバイスに結合された第二の結合デバイスで
あって、前記移相器デバイスが、該移相器デバイスをク
ロックするクロック信号を受信するように適合されてい
る第二の結合デバイス、 一つ以上の緩衝増幅器、 第三の結合デバイスであって、該第三の結合デバイスと
前記第二の結合デバイスとの間に前記一つ以上の緩衝増
幅器が結合され、前記第三の結合デバイスがそれぞれ一
つ以上の緩衝増幅器を含む二つの出力経路を展開する第
三の結合デバイス、および、 前記出力経路を出力ポートに結合するための第四の結合
デバイス、を含むことを特徴とするスイッチング増幅器
回路。 - 【請求項９】 前記第一、第二、第三および第四の結合
デバイスが、ハイブリッド結合デバイスであることを特
徴とする請求項８に記載のスイッチング増幅器回路。 - 【請求項１０】 前記第一、第二、第三および第四の結
合デバイスが、Ｌａｎｇｅ結合デバイスであることを特
徴とする請求項８に記載のスイッチング増幅器回路。 - 【請求項１１】 さらに、前記第一の結合デバイスの前
に前置増幅器が含まれることを特徴とする請求項８に記
載のスイッチング増幅器回路。 - 【請求項１２】 さらに、前記出力ポートに結合され
た、直接検出受信機を形成する、ダイオードが含まれる
ことを特徴とする請求項１１に記載のスイッチング増幅
器回路。 - 【請求項１３】 前記ダイオードが、ＨＥＭＴダイオー
ドとして形成されることを特徴とする請求項１２に記載
のスイッチング増幅器回路。 - 【請求項１４】 前記スイッチング増幅器回路、前記ダ
イオードおよび前記前置増幅器が、モノリシック集積化
とプロセスコンパチブルであることを特徴とする請求項
１２に記載のスイッチング増幅器回路。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/696,451 US5815113A (en) | 1996-08-13 | 1996-08-13 | Monolithic, low-noise, synchronous direct detection receiver for passive microwave/millimeter-wave radiometric imaging systems |
| US08/696451 | 1996-08-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10126299A true JPH10126299A (ja) | 1998-05-15 |
Family
ID=24797117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9218453A Pending JPH10126299A (ja) | 1996-08-13 | 1997-08-13 | 受動マイクロ波／ミリメートル波放射線像形成システムのためのモノリシック低ノイズ同期直接検出受信機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5815113A (ja) |
| EP (1) | EP0825452A3 (ja) |
| JP (1) | JPH10126299A (ja) |
| CN (1) | CN1176538A (ja) |
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