JPS6128950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、レーダーシステムに関し、更に詳細
には、不所望の周波数スペクトルを吸収する新規
なフイルタを有するレーダーシステムに関する。

パルスモードで動作するマグネトロンなどの高
出力高周波数発生器は、特性的に、用いられるべ
き所望の周波数範囲を越えて延びる広い周波数ス
ペクトルを生じさせる。このような周波数は、前
にも抵抗性負荷によつて吸収されていたが、反射
によりマグネトロン中に戻つて陰極の過熱などの
悪い結果を生じさせ、或いはレーダーにおいては
周囲雰囲気中に放射され、この周囲雰囲気中で他
の設備に影響を与えた。このような不所望の訟波
数を吸収する装置は、高電力源が含まれていると
きは特に高価となり、また、マグネトロンが故障
して交換したときのように高周波源の周波数が少
しずれてしまつたときなどにはその周波数に調整
することが困難であつた。同じアンテナに対し２
つまたはそれ以上の広く離れた周波数を結合する
周波数応答装置が用いられているけれども、この
ような結合装置は希望する周波数帯域に極めて近
く隣接する周波数成分を装置からろ波するもので
はなかつた。この問題を取扱う他の方法、例え
ば、低電力で信号を発生し、この発生された信号
から所望周波数成分をろ波し、次いで結果として
得られるろ波された信号を増幅する方法は費用が
かかり、そして複雑な同調或いは再同調手順を必
要とする。

加うるに、フイルタリングが高出力における共
振技術によつて行われるときは、共振装置内の電
圧の節点は放射電磁界に対して極めて高い電圧絶
縁体を必要とし、そしてこのような絶縁体はかさ
が大きく、費用がかかり、かつ整列するのが困難
である。

本発明によれば、高周波発生器とフイルタとの
組合された装置であつて、高周波発生器からのス
ペクトルの周波数が該フイルタによつて整形さ
れ、その不所望部分は方向性をもつてエネルギー
吸収性負荷に結合されるようになつたものが提供
される。

本発明における出力フイルタは実質上非共振フ
イルタであり、これを通して高電力レベルの信号
波が該フイルタ全体を通しての平均よりも実質上
高い伝搬波電磁界強度の領域を生じさせることな
しに伝達され、従つて、このような領域内におけ
る誘電性絶縁媒体の電圧絶縁破壊レベルが減らさ
れ、従つて、かさが比較的に小さく、費用が比較
的に安い構造体および或いは絶縁体しか必要とし
ない。

更に詳細には、本発明は第２のハイブリツド結
合器に給電する複数の信号チヤンネルに第１のハ
イブリツド結合器を介して導かれる出力を有する
パルスマグネトロンなどのマイクロ波エネルギー
源を設け、これらのチヤンネルの１つは通過させ
られるべき所望周波数帯域に従つて選択される距
離だけ遅延させられ、前記２のハイブリツド結合
器の出力はレーダーシステムのアンテナなどの任
意の希望する負荷に給電するのに用いられる。好
ましくは、これら２つのチヤンネル間の遅延は、
マグネトロンの出力の所望中心周波数およびフイ
ルタを通して実質上電力が伝送されないことが希
望される周波数において半波長の遅延を生じさせ
るに充分なものにされる。このような情況下で
は、前記フイルタの遮断周波数において、マグネ
トロンから発生せられた電力の全ては第２のハイ
ブリツド結合器の第２の出力端子に伝達されそし
て抵抗性負荷によつて吸収される。例えば、
200MHz（メガヘルツ）よりも大きな帯域幅を有
するマグネトロンから発生される約20MHzの帯
域幅の周波数スペクトルを有する１マイクロ秒の
持続時間のパルスを放射したいと希望するとき
は、中心周波数における半波長の奇数倍に等しい
遅延の差がフイルタの２つのチヤンネル間に必要
とされる。中心周波数から10MHz離れた点では
このチヤンネル遅延は半波長の偶数倍であつて中
心周波数から10MHzまたはそれ以上離れている
周波数を希望する出力端子から吸収性負荷へとシ
フトさせ、これにより、希望する出力端子によつ
て給電されるレーダーアンテナなどの負荷への不
所望周波数における伝達を実効上遮断する。

以下図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図を参照すれば、本発明を実施するレーダ
ーシステムが示されている。マグネトロン１０な
どの発振源は従来の送受切換装置１２を通して帯
域通過フイルタ１４に結合される出力を有し、フ
イルタ１４はアンテナ２６に結合されている。

フイルタ１４は第１の従来型４端子ハイブリツ
ド結合器１６を含み、このハイブリツド結合器１
６はマグネトロン１０の発振電力を２つの等しい
半部分に分割する。この電力の半分はチヤンネル
１８に直接に供給され、この電力の他の半分はチ
ヤンネル１８の電力に対してπ/₂ラジアンだけ進
む位相シフトを有する第２のチヤンネル２０に分
岐回路を介して結合される。ハイブリツド結合器
１６の第４の端子は図示されたようにその特性イ
ンピーダンスZOで終端されている。

チヤンネル１８は第２のハイブリツド結合器２
２の第１の入力端子に接続され、チヤンネル２０
はマグネトロン１０の中心周波数においてチヤン
ネル２０をチヤンネル１８よりも半波長の奇数倍
だけ長くするように選択されている信号遅延装置
２４を通してハイブリツド結合器２２の第２の入
力端子に接続されている。遅延装置２４は集中定
数回路で形成することもでき、或いは伝送線路２
０の物理的な長さを線路１８の物理的な長さより
も半波長の所望倍数だけ長くすることによつて形
成することもできる。結果として、前記中心周波
数においてマグネトロン１０によつて生ぜしめら
れる発振からの電力はハイブリツド結合器２２の
出力端子の一つに導かれ、そしてこの出力端子は
回転型継手および他の任意の希望する構造を含む
ありふれた装置を経て指向性アンテナ２６に信号
を供給する。チヤンネル２０がチヤンネル１８よ
りも半波長の偶数倍だけ長いときのマグネトロン
１０からの電力の発振周波数はハイブリツド結合
器２２の出力に結合され、このハイブリツド結合
器は図示されたようにZOの抵抗で終端してい
る。

ありふれた設計の反復周波数発生器３０は例え
ば毎秒1000パルスのパルスを変調器３２に供給
し、この変調器３２はマグネトロン１０の陰極を
例えば１マイクロ秒の高電圧負パルスでパルス的
に附勢してアンテナ２６からマイクロ波エネルギ
ーのパルスの指向性放射を生じさせる。

この放射パルスが飛行機２８などの物標から反
射されたエコーはアンテナ２６によつて受信され
てフイルタ１４を通し送受切換装置１２に戻さ
れ、そこでそれらは従来の方法で受信器３４に向
うように切換えられる。受信機３４の出力は任意
の希望する目的、例えば従来の陰極線管３６によ
る表示に用いることができる。このような表示
は、例えばPPI表示とすることができ、２２では
偏向掃引発生器３８は反復周波数発生器３０によ
つて給電されて偏向ヨーク４２を駆動し、この偏
向ヨーク４２は陰極線管３６のビームを偏向しか
つアンテナ２６と同期して回転し、陰極線管３６
の帰線消去は反復周波数発生器３０によつて給電
される回路４０によつて達成される。

フイルタ１４の遅延装置２４の遅延の大きさは
アンテナ２６からの放射の最大の抑制が希望され
るマグネトロン１０の側波帯周波数によつて左右
される。一例として、最大の周波数抑制が
3000MHz（3000メガヘルツ）の中心周波数から
10MHzだけ離れている状態にて3000MHzの中心
周波数を有する１マイクロ秒の発振パルスをアン
テナ２６から放射したいときは、マグネトロン１
０は約１マイクロ秒の持続時間のエネルギーのパ
ルスを発生するように変調器３２によつてパルス
的に作動されることであろう。従来のマグネテロ
ンによつて発生されるこのようなパルスは受け入
れられる放射レベルよりも高い電力をもつて
20MHzを越えて延びる側波帯、すなわち中心周
波数から±10MHzよりも大きな側波帯を有す
る。このような側波帯を減衰するため、遅延装置
２４がチヤンネル２０に導入されていてチヤンネ
ル２０内の遅延装置２４がチヤンネル１８の電気
波長よりも半波長の奇数倍だけ長い3000MHzに
ある実効電気波長を生じさせ、そして3010AHz
の周波数においてはチヤンネル２０はチヤンネル
１８よりも半波長の偶数倍だけ長くて3010または
2990MHzの周波数におけるエネルギーの全てが
ハイブリツド結合器２２を介して抵抗性負荷ZO
に結合される中心周波数から20MHz異なる周波
数においてはエネルギーは全て主チヤンネル１８
に結合され、従つてアンテナ２６に結合されるけ
れども、マグネトロン発振器１０のこれらの側波
帯は商用上のレーダーにおける中程度の出力に対
しては他の設備との望ましくない干渉を生じさせ
るであろうようなレベルよりも充分に低いレベル
にある。

周波数変化が3000MHzから3010MHzまですな
わち300中の１の部分（パート）である状態にて
遅延装置２４中でλ/2のシフトを生じさせるため
には遅延は3000MHzの周波数において150.5入の
長さでなければならない。 ここで第２図を参照
すれば、異なる周波数を有する２つのマグネトロ
ンからの信号が１つのアンテナに交互または同時
に送られるようになつている１つまたは複数の高
出力レーダーに対し適している縦続接続フイルタ
装置が示されている。このような装置は例えば２
つの周波数を用いるレーダーシステムで用いるこ
とができ、その場合各マグネトロンはそれ自体の
送受切換装置を有し、別個の受信機および第１図
に示された型の表示装置が設けられる。

更に詳細には、マグネトロン送信機・受信機５
０はチヤンネル５２を介してアンテナ５４に直接
に接続され、このアンテナ５４は好ましくは第１
図に示された指向性型のものにされる。マグネト
ロン送信機・受信機５６はチヤンネル５８の特性
インピーダンスに等しいインピーダンスを有する
エネルギー吸収終端部６０に伝送チヤンネル５８
を介して接続されている。チヤンネル５２および
５８は６２，６４，６６、および６８に図式的に
示した方向性結合器によつて間隔をおいた点にお
いて結合され合されている。結合器６２，６４，
６６および６８は第１図の結合器１６および２２
に類似する３デシベルまたはハイブリツド結合器
であることが好ましく、これらはエネルギーの半
分をいずれかのチヤンネルを通し他方のチヤンネ
ルに結合しかつ一方のチヤンネルから他方のチヤ
ンネルに該結合器を通して結合されるエネルギー
にλ/4ラジアンの位相の進みを導入する。従つ
て、第１図について説明したように、各チヤンネ
ル中のエネルギーが結合点において同じ位相およ
び振幅のものであるときは、チヤンネル間にエネ
ルギーの正味の伝達は生じない。しかしながら、
伝達されるチヤンネル中を既に流れるエネルギー
の位相がもとのチヤンネル中のエネルギーよりも
λ/4ラジアンだけ進んでいるときは、それはもと
のチヤンネルから伝達されるエネルギーと同位相
で強め合い、これに対して、伝達されるチヤンネ
ル中のエネルギーはもとのチヤンネルに伝達され
るときにλ/4ラジアンだけ進んでいてもとのチヤ
ンネル中のエネルギーとλ/2ラジアンだけ異な
り、云い換えれば位相がずれており、従つてその
中のエネルギーを相殺して全てのエネルギーが伝
達されるチヤンネル中に伝搬されるようにする。

第２図において、異なる遅延時間を有するフイ
ルタの２区分が設けられている。方向性結合器６
２および６４を含む第１のフイルタ区分はマグネ
トロンの中心周波数に最も近い個々のマグネトロ
ンからのパルス発振の側波帯をろ波するため結合
器６２および６４間のチヤンネル５８に遅延装置
を有する。第２のフイルタ区分は第１のフイルタ
区分によつて給電されそして第１のフイルタ区分
を通過した周波数をろ波するため第１のフイルタ
区分の遅延線よりも短い遅延線を有する。

第１のフイルタ区分は方向性結合器７４によつ
て等しく結合される２つの線路区分に対する可動
短絡部材などの可変遅延装置７２および固定遅延
装置７０を有する。このような機械的に可動の線
路調整器はありふれたものであるが、任意の希望
する等価物を用いることが可能である。第２のフ
イルタ区分の結合器６６および６８間の遅延装置
は固定線路伸長装置８０、短絡プランジヤを有す
る可調整遅延装置区分８２、および可調整遅延装
置７２に類似する方向性結合器８６を有する。

第３図はそれぞれ結合器６４および６８を越え
る試験点における挿入損を示す。実線の曲線１０
０は送信機５０からの信号に対する第１のフイル
タ区分のフイルタ挿入損を示し、点線の曲線１０
２は送信機５６からの信号に対する第１のフイル
タ区分の挿入損を示す。これらの挿入損は試験点
９４において測定されたものである。

曲線１０４は第１のフイルタ区分を等しい長さ
の伝送線路で置き換えた状態において試験点９４
または送信機５０で入れられた信号に対し試験点
９６で測定した第２のフイルタ区分の挿入損を示
す。両フイルタ区分が第２図に示されたように所
定位置にある状態において、送信機５０からの信
号に対する試験点９４での挿入損は曲線１００お
よび１０４の和である。

第４図は2.7ギガヘルツの中心周波数を有する
マグネトロン発振パルスの周波数の典型的スペク
トル１０６を示し、第５図は曲線１０８において
特定のレーダーシステムに対する出力周波数の許
容限界を示し、マグネトロンスペクトル１０６の
一部はこのような限界を越している。第６図は第
２図の２区分フイルタを通過した後のアンテナに
対する送信機５０の出力を示し、これは曲線１０
８の限界内に充分に入りしかも他のレーダーまた
は通信設備との放射線干渉を避けるため一般に希
望される曲線１１２の限界内に充分に入る放射ス
ペクトル１１０として示されている。

第２図の送信機・受信機５６は送信機・受信機
５０の中心周波数を例えば第３図の曲線１０４の
任意の点Ａ上の2.7000ギガヘルツにおきかつ送信
機・受信機５６の中心周波数を曲線１０４（その
最小挿入損は曲線１０２の最小挿入損点に対応す
る）上の点Ｂ上の2.7625ギガヘルツにおくことに
よつて送信機・受信機５０との干渉なしにアンテ
ナに結合することができる。信号源５６からの信
号はこのときには周波数Ｂにおいてアンテナへお
よびアンテナから通過しそして周波数Ａにおいて
信号源５０へおよび信号源から通過する。遅延装
置区分の調整は曲線１０４の希望する周波数Ａを
曲線１００の周波数Ａの点の任意のものと同じに
しかつ曲線１０４の選択された周波数Ｂの点を曲
線１０２の周波数Ｂの点の任意のものとそろえる
ようにするのに用いられる。

次に好ましい動作方法の説明を行う。

第２図に示されたようなパルス・エコー・レー
ダーは異なる周波数にあるエネルギーのパルスを
有する。フイルタ１４の第１の区分はマグネトロ
ン受信機マイクロ波電力源５０および５６に接続
されそして第３図に「T/P―94」で示されたよう
な消去特性をその出力に有する非常に狭い帯域の
「くし歯型特性フイルタ」として作用する。この
第１の区分は異なる周波数で同時に動作するよう
に同調された２つの送信機および受信機に対する
二重通信を行う。これらの送信機間の周波数差は
周期的フイルタ特性における低挿入損ノツチの任
意の組合せであり、一方の送信機が周波数Ａのノ
ツチに同調されそして他方の送信機が周波数Ｂの
ノツチに同調されている。この第１の区分のフイ
ルタ構成で測定される最小の許容分離量（△ｆ）
は約12.5MHzであるが、37.5MHz，62.5MHz，
87.5MHzおよび112.5MHzの分離量も全て同時に
利用可能である。

この第１区分フイルタ・ノツチの有意な周期性
および狭い帯域帯は第１のフイルタ区分の遅延装
置によつて確立された。ノツチ特性は両方の信号
周波数を同時にフイルタする役目をする。この周
期的特性全体は１つのハイブリツド結合器と機械
的に調整可能な平衡短絡回路（反射）終端部の対
とからなる線路長変更装置によつてその周波数が
上下に調整される。

第２のフイルタ区分は、該第２の区分に対する
２つの周波数の入力が単一の入力端子を通してで
あり、従つて、第２の区分の対となる入力アーム
が整合した負荷ZOによつて抵抗終端されそして
伝送遅延が第１のフイルタ区分におけるよりも短
いことをを除けば、第１の区分と実質上同じであ
る。結果として、より広いノツチ帯域幅およびよ
り広く間隔をおいた周期性が生ぜしめられる。こ
の第２の区分のフイルタ特性は第３図の「T/P―
96」によつて示されているように第１の区分とそ
ろえられたとき第２の区分の最大消去周波数がこ
の周波数のどちらかの側で第１の区分の２番目の
低挿入損ノツチにほぼ一致するところで生ずる。

本発明は図面について説明した実施例に限定さ
れるものではなくて、本発明の範囲内で種々の変
形、改変が可能であることを理解すべきである。
例えば、フイルタ装置をマイクロ波通信リンク内
に用いることもでき、結合器の詳細はフイルタの
応用分野に従つて変えることができる。

以下に本発明の実施の態様を挙げる。

(1) 発振源と、前記発振源からの発振を負荷に結
合するための周波数応答フイルタ装置とを具備
し、前記周波数応答フイルタ装置は複数のチヤ
ンネルを有し、これらのチヤンネルはそれらに
沿う間隔をおいた位置において複数のハイブリ
ツド結合器を介して結合され合わされており、
これらのチヤンネルの一方はこれらのチヤンネ
ルの他方の伝達時間と実質上異なる伝達時間を
有し、前記フイルタ装置は前記発振源からの発
振の大部分を第１の出力に結合しかつその小部
分を第２の出力に結合するようにした、発振信
号を負荷に結合する装置。

(2) 発振の周波数スペクトルがフイルタ装置の通
過帯域を越しているようにした態様(1)の発振信
号を負荷に結合する装置。

(3) フイルタ装置が該フイルタ装置の通過帯域の
外側のエネルギーを第２の出力を通して別個の
負荷に結合するようにした態様(1)の発振信号を
負荷に結合する装置。

(4) 発振源と、前記発振源からの発振の大部分を
負荷に結合する手段とを具備し、前記結合手段
は複数の点において方向性結合器によつて接続
されている複数のチヤンネルを有するフイルタ
を含み、これらのチヤンネルの遅延時間は予め
定めた量だけ異なつており、前記フイルタの帯
域通過特性は前記フイルタを通過する信号を周
波数スペクトルの予め定めた領域に限定するよ
うに前記遅延時間によつて選択され、前記スペ
クトルの前記予め定めた領域の外側にある前記
発振の部分は前記フイルタの別個の出力に結合
されるようにしたレーダーシステム。

(5) 方向性結合器が予め定めた位相シフトを有す
るようにした態様(4)のレーダーシステム。

(6) フイルタを通過した信号が指向性アンテナか
ら放射されるようにした態様(4)のレーダーシス
テム。

(7) アンテナの放射方向がアンテナによつて受信
されフイルタを通過する信号を受ける表示装置
の特性と同期して移動させられるようにした態
様(6)のレーダーシステム。

(8) 発振源からの発振をろ波する方法であつて、
前記発振源からの発振を第１のハイブリツド結
合器でもつて複数のチヤンネルに結合し、前記
チヤンネルを第２のハイブリツド結合器でもつ
て負荷に結合し、その場合において前記チヤン
ネルの伝達時間は互に異なつていてこれにより
予め定めたスペクトル内の前記発振の部分を前
記負荷に導きかつ前記スペクトルの外側の前記
発振の部分を吸収するようにしておく、発振源
からの発振をろ波する方法。

(9) 発振源がマグネトロンからなり、マグネトロ
ンがパルス型発振を生じさせるようにした態様
(8)の発振源からの発振をろ波する方法。

(10) 発振の周波数スペクトルがフイルタの通過帯
域を越すようにした態様(8)の発振源からの発振
をろ波する方法。

(11) フイルタがフイルタの通過帯域の外側のエネ
ルギーを別個の負荷に結合するようにした態様
(8)の発振源からの発振をろ波する方法。

(12) エコーによる距離測定方法であつて、発振パ
ルスを発生する段階、発振パルスを複数の離れ
た点で方向性結合器により結合され合わされて
いる複数のチヤンネルを有するフイルタを通し
てアンテナに結合する段階を具備し、その場合
において前記方向性結合器間の前記チヤンネル
の遅延時間は予め定めた量だけ異なつておりそ
して前記発振の周波数スペクトルの予め定めた
部分を前記フイルタの第１の出力を通して前記
アンテナに送りかつ前記周波数スペクトルの前
記予め定めた部分の外側にある前記発振の周波
数スペクトルの部分を吸収性負荷に結合された
前記フイルタの第２の出力に導くようにしてお
き、かつ、前記フイルタを通して前記アンテナ
に結合されている受信機からエコー信号を得る
段階を有するようにしたエコーによる距離測定
方法。

(13) 発振パルスを発生する段階がマグネトロン
にエネルギーパルスを供給することからなるよ
うにする態様(12)によるエコーによる距離測定方
法。

(14) 方向性結合器がハイブリツド結合器からな
るようにする態様(12)によるエコーによる距離測
定方法。

(15) アンテナが指向性アンテナからなり、アン
テナの放射方向が受信機から得られる信号を供
給される表示装置の特性と同期して移動させら
れるようにする態様(12)によるエコーによる距離
測定方法。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するレーダーシステムの
機能的流れ図、第２図はレーダーシステムの変形
例を示す図、第３図は第１図および第２図のシス
テムのフイルタ特性のグラフ、第４図はパルス式
作動マグネトロンの周波数スペクトルのグラフ、
第５図は第４図の周波数スペクトルに対する或る
放射強度限界を示す図、第６図は第５図の限界内
に入るように本発明に従つてレーダーシステム内
でフイルタリングを行つた後の第４図のスペクト
ルを示す図である。 １０：マグネトロン、１２：送受切換装置、１
４：フイルタ、１６，２２：ハイブリツド結合
器、１８，２０：チヤンネル、２４：遅延装置、
２６：指向性アンテナ、２８：飛行機、３０：反
復周波数発生器、３２：変調器、３４：受信機、
３６：陰極線管、３８：掃引発生器、４０：帰線
消去回路、４２：偏向ヨーク、５０：マグネトロ
ン送信機・受信機、５２：チヤンネル、５４：ア
ンテナ、５６：マグネトロン送信機・受信機、５
８：伝送チヤンネル、６０：エネルギー吸収終端
部、６２，６４，６６，６８：方向性結合器、７
０：固定遅延装置、７４：可変遅延装置、８０：
固定線路伸長装置、８２：可調整遅延装置、８
６：方向性結合器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１及び第２フイルタ装置であつて、各フイ
   ルタ装置は離間した複数の点で複数のハイブリツ
   ド結合器を介して結合される第１及び第２チヤン
   ネルから成り、前記第１チヤンネルと第２チヤン
   ネルの伝達時間が実質上異なり、前記第２フイル
   タ装置の伝達時間が前記第１フイルタ装置の伝達
   時間よりも短い、第１及び第２フイルタ装置と、 前記第１チヤンネルの入力に結合される第１の
   送受信機と、 前記第２チヤンネルの入力に結合される第２の
   送受信機と、 前記第１チヤンネルの出力に結合されるアンテ
   ナと、 前記第２チヤンネルの出力に結合される抵抗性
   負荷と、 から成り、前記第１及び第２フイルタ装置が前
   記第１及び第２送受信機の所定の周波数スペクト
   ル領域を前記アンテナに結合し、前記所定の周波
   数スペクトル領域外の部分を前記抵抗性負荷に結
   合する、レーダーシステム。