JPS5834787B2 - 故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明装置は、能動素子を多数使用して構成されるアク
ティブ・フェイズドアレイ・レーダにおける能動素子の
故障を診断する故障診断装置に関する。

近年、半導体素子の進歩とマイクロ波集積回路（ＭＩＣ
）技術の進歩がめざましく、従来、実現をみなかったマ
イクロ波帯での高出力化、例えば、トランジスタ増幅器
、ダイオードによる注入同期型発振器等が実現し、更に
発展の途上にある。

このマイクロ波半導体を使用し、ＭＩＣｆヒして一つの
送受信機を構成したマイクロ波能動素子を多数使用した
アクティブ・フェイズドアレイ・レーダーも実現してい
る。

第５図には、そのようなマイクロ波能動素子の一例をモ
ジュール５０として示すもので、低電力の高周波送信信
号および局部発信信号を供給され、送信信号は増幅して
アンテナ８へ出力し、受信信号は局部発振信号と混合し
、■Ｆ（中間周波）信号として出力するものである。

第１図は、このようなマイクロ波能動素子を多数使用し
て構成した場合のアクティブ・フェイズドアレイ・レー
ダの一例を示す。

第１図において、送信時には、基準送信信号は発振器１
からスイッチ４１を通して電力分配器５５で各モジュー
ル５０へ分配される。

各モジュール５０では、これを増幅し、それぞれアンテ
ナ８から放射する。

受信信号は同じくそれぞれのアンテナ８けら各モジュー
ル５０に導かれ、受信時にスイッチ４１を切り換えて電
力分配器５５を通して供給される局部発振器２１からの
局部発振信号と混合されて、ＩＦ信号として出力される
。

各モジュール５０のＩＰ出力はＩＦ加算器５６に集めら
れ、総合ＩＰ出力として、ΣＩＦ端子へ出力される。

制御器３８は、アンテナビームを任意の方向に指向させ
るための移相命令や送受信切換命令等の信号を発生し各
モジュールに供給して、レーダ送受信の切換えや、アン
テナビームの指向方向の制御等を行うものである。

アクティブ・フェイズドアレイ・レーダにおいて、重要
な役割を果たすのが、これらのモジュール５０であり、
アクティブ・フェイズドアレイ・レーダとしての性能を
左右する最も重要なことは、モジュール５０の送信信号
出力レベルとその位相、受信信号出力レベルとその位相
の各モジュール相互間における相対的な変化と特注のバ
ラツキである。

アクティブ・フェイズドアレイ・レーダを構成するため
に数多く使用するマイクロ波能動素子、即ち、第１図の
モジュール５０は、例えば第５図のモジュール５０に示
すように、移相器１１、高周波スイッチ５１、高周波電
力増幅器１２、サーキュレータ５２、低雑音増幅器３５
、ミキサ３４、ＩＦ増幅器３６等から構成されていてそ
れらのほとんどがＭＩＣ化されている場合が多い。

このように多くのＭＩＣからモジュールを数多く使用し
て構成されるアクティブ・フェイズドアレイ・レーダに
おいて、システムの性能を大きく左右する各モジュール
５０の動作状態を実装状態において、常に監視、点検す
ることはシステムの性能を維持してゆくために重要なこ
とであるが、実際にはそのための装置が大きくなった０
複雑になった０種々の困難な問題がある。

本発明装置は、この点に注目し、各モジュールの動作状
態を比較的簡単な装置で点検する装置を提供するもので
ある。

以下第２図ないし第５図を参照し、本発明装置を説明す
る。

第２図は、モジュールの送信系を送信信号の出力レベル
と位相とを、同時に点検する本発明装置の一実施例を示
すものである。

基準送信信号は発振器１からモジュール５０の移相器１
１を通して、高周波電力増幅器１２に供給される。

移相器１１はビーム制御に対応して種々の所定移相量を
送信信号に設定するものである。

高周波電力増幅器１２の出力は、方向比結合器１３を通
してアンテナ８から放射されると共に、方向性結合器１
３からは点検信号として、ハイブリッド結合器４へ供給
される。

他方、発振器１からの基準送信信号は他の移相器２、移
相器３を通して、前記ハイブリッド結合器４に基準信号
として供給される。

移相器２は基準送信信号とモジュール５０からの点検信
号のハイブリッド結合器４までの両線路長の違いを補正
するための半固定移相器で、初期状態（モジュール５０
が正常に動作している状態）において、ハイブリッド結
合器４の出力が所定レベルとなるようにハイブリッド結
合器４への２つの入力の位相関係を調整設定するもので
ある。

すなわち、モジュール５０が初期状態と同じ状態を維持
（正常動作）していて、ハイブリッド結合器４の２つの
入力Ｐｉａ、Ｐｉｂは入力電力が等しく、かつハイブリ
ッド結合器４の出力端で同相になるような関係にあれば
、第４図に示すように、その和Σ出力は最大となり差△
出力は最小となる。

この状態から、例えばＰｉａ、Ｐｉｂのうち一方の位相
を変化させてゆくと、その位相変化に対するΣ、△の出
力の関係は第４図すに示す通０である。

第４図すにおいて入力電力が増減した場合は、Σ、△の
出力電力においてＰｏ軸方向平行移動する。

システムは、モジュール５０の初期状態（正常動作状態
）において２つの入力Ｐｉａ、Ｐｉｂの電力を、例えば
等電力とし、さらに移相器２によＶ′）Ｐｉｂの位相を
調整してハイブリッド結合器４の出力レベルがｔＪ−Ｌ
の範囲内にあるように予じめ設定される。

点検時、モジュール５０の通常動作状態においてハイブ
リッド結合器４の出力レベルを検出し、そのレベルが例
えば第４図すのＵ〜Ｌの範囲内か、外かを判定すれば、
モジュール５０の動作が正常であるか否かを検出するこ
とができる。

なお、移相器２は、ハイブリッド結合器４のＰｉａの入
力側に設けてもよく、単に接続線路長を調整することで
同じ機能をもたせてもよい。

移相器３は、移相器１１の移送量に対応した移相量を信
号に与え、ハイブリッド結合器４の２つの入力位相関係
を常時、初期に設定された状態に維持させるもので、ハ
イブリッド結合器４のＰｉａの入力側に設けてもよい。

ハイブリッド結合器４のΣの出力又は△の出力の少なく
とも一方は検波器５で検波される。

比較器６はモジュール５０の送信電力と位相を組み合せ
た状態で検波器出力レベルと第４図すのＵ、Ｌに相当す
る基準電圧Ｖｒとを比較し、例えば、検波器出力レベル
がＵ−Ｌの範囲内にないとき信号出力する。

検波器５の出力レベルが第４図すのＵ−Ｌの範囲内にあ
れば、モジュール５０の送信出力レベル、位相とも正常
であ０、モジュール５０の動作が正常であると判定され
る。

また、検波器５の出力レベルがＵ−Ｌの範囲外にあると
きは送信出力レベルまたは位相の少なくとも一方が異常
であり移相器３を制御して検波出力レベルをＵ−Ｌの範
囲内に追い込める場合は送信出力の位相が異常であり、
追い込めない場合は送信出力レベルが異常であると概略
判定できる。

第３図は、モジュールの受信系を受信信号出力レベルと
位相とを同時に点検する本発明装置の他の実症例を示す
ものである。

発振器２１からの局部発振信号の一方は、移相器１１を
通してミキサ３４に供給される。

一方、擬似受信信号として発振器１からの高周波信号（
送信信号周波数）の一方はモジュール５０の方向性結合
器１３、低雑音増幅器３５を通してミキサ３４に供給す
る。

ミキサ３４にてＩＦ信号に変換された擬似受信信号はＩ
Ｆ増幅器３６で増幅されてハイブリッド結合器２４に供
給される。

発振器１の分岐されたもう一方の出力はミキサ２８にお
いて、発振器２１から移送器２２、移相器２３を通して
供給される局部発振信号と混合されて、基準ＩＦ信号に
変換される。

移相器２２は基準信号と受信信号のハイブリッド結合器
２４までの線路長の違いを補正するための半固定移相器
で、初期状態において、ハイブリッド結合器２４への２
つの入力の位相関係を調整設定するもので、前述した送
信系の場合の移相器２と同機能を有するものである。

すなわち、モジュール５０が正常に動作しでいる場合、
ハイブリッド結合器２４の２つの入力とハイブリッド結
合器４の出力との関係は、前述した送信系の説明と同じ
ように第４図に示す関係にある。

よって前述と同じようにモジュール５０の受信信号レベ
ルと位相を組み合せた場合の１良」「否」を判定するこ
とができる。

なお、移相器２３はミキサ２８のもう一方の入力側に設
けてもよく、またハイブリッド結合器２４のどちらか一
方の入力側に設けてもよい。

第５図は同じく本発明装置の他の実施例を示すもので前
述の送信系の点検と受信系の点検とを組み合せた場合を
示す。

発振器１は基準送信信号源であわ、送信系点検時の基準
信号であわ、かつ受信系点検時の擬似受信信号でもある
。

又、発振器２１は局部発振信号源である。

スイッチ４１は送信時は発振器１を、受信時は発振器２
１を選択し、モジュール５０に基準送信信号と局部発振
信号とを切０換え供給する。

スイッチ４２は、送信系点検時（送信時）にモジュール
５０内の方向性結合器１３からの信号をハイブリッド結
合器４に供給し、受信系点検時（受信時）発振器１から
の擬似受信信号をモジュール５０内の方向結合器１３へ
供給する。

増幅器４４は制御器４８からの命令により、その出力を
増減する。

これはモジュール５０のＩＰ出力でアンテナビームの形
成に重み（ウェイティング）をつける場合、第５図のよ
うに、通常モジュールのＩＰ出力はそれぞれ制御器４８
からの命令によって出力を制御するウェイティング増幅
器４０に通されるため、各モジュール出力は一定でも、
第１図のＩＦ加算器５６の入力レベルは一定ではないこ
とを考慮したものである。

分配器４５は、■Ｆ倍信号点検のためにハイブリッド結
合器２４へも供給するためのものである。

スイッチ４６は、図示しない複数の各モジュール５０に
対する点検用ハイブリッド結合器４゜２４、・・・から
の多数の信号を切０換えで、比較器４７へ供給する。

制御器４８は各モジュール５０に対してビーム指向のた
めの移相信号および送受切換信号を、又、点検動作のた
めに移相器３，２３に対して移相制御信号を、又増幅器
４４に対して出力制御信号を、スイッチ４６に対して選
択信号を、又比較器４７に対して基準信号Ｖｒをそれぞ
れ供給するものであり、又、全モジュール５０のうちの
ある決められた数以上に故障が発生した場合、警報を発
し、その故障モジュールとその故障内容とを出力した０
する制御器である。

点検動作は、前述した送信系の点検、受信系の点検をす
べてのモジュールに対して時分割にて行い、又、モジュ
ール５０内の移相器１１の移相量に応じて、移相器３，
２３を制御して、ハイブリッド結合器４，２４に対する
２つの入力には初期に設定された位相差が常々保たれる
ようにして、移相器１１が取０得るすべての位相状態を
すべて点検することができる。

又、例えばある移相器１１が故障して、出力に「故障」
が検出された場合、ハイブリッド結合器４（又は２４）
の出力が規定値（第４図すに示すＵ−Ｌ）を満足するよ
う移相器３（又は２３）を制御して、ハイブリッド結合
器４（又は２４）に供給する基準信号の位相を変えてや
れば、移相器１１の位相のずれた値が検出でき、又、そ
のとき規定値内に追い込めない場合は、送信電力（又は
受信レベル）が変化したことが検出できる。

このように本発明装置は送受信能動素子からの信号出力
と他の基準信号とのレベル和またはレベル差の信号を出
力するハイブリッド回路と、このハイブリッド回路の出
力信号レベルとあらかじめ定めた信号振幅レベルとを比
較する比較器とを具備し、送受信能動素子からの信号の
振幅及び位相の両方の異常を検出するもので、アクティ
ブ・フェイズドアレイ・レーダの各送受信能動素子の動
作監視、点検に好適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアクティブ・フェイズドアレイ・レーダの系統
を示す系統図、第２図は本発明による故障診断装置の一
実症例を示す回路構成図、第３図は同じく本発明による
故障診断装置の他の実施例を示す回路構成図、第４図は
本発明装置の一部動作を説明するための説明図、第５図
は同じく本発明装置の更に他の実施例を示す回路構成図
である。 ４．２４・・・・・・ハイブリッド回路、６，２６゜４
７・・・・・・比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 送信信号または擬似受信信号のうち少なくとも一方
   を発生する発振器と、この発振器からの送信信号または
   擬似受信信号のうち少なくとも一方が供給される送受信
   能動素子と、この送受信能動素子の送信信号出力または
   擬似受信信号出力の一方と他の基準信号の２つの信号の
   うちどちらか一方が供給され信号の位相を変化させる手
   段と、この手段の出力信号と前記２つの信号のうち前記
   手段に供給されない他方の信号が供給され両信号のレベ
   ル和の信号またはレベル差の信号のうち少なくとも一方
   を出力するハイブリッド回路と、このハイブリッド回路
   の出力信号レベルと予じめ決められた所定レベルとを比
   較し前記ハイブリッド回路の出力信号レベルが所定範囲
   内にあるか否かを表わす信号を出力する比較器とを具備
   する故障診断装置。