JP2009205237A

JP2009205237A - アンテナ装置

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Publication number: JP2009205237A
Application number: JP2008044224A
Authority: JP
Inventors: Yu Kirikoshi; 祐桐越; Hiroshi Ikematsu; 寛池松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: JP4935711B2

Abstract

【課題】送信パルスによる大きなパルス電流の消費があっても過渡的な電源供給電圧の低下を防止する。また、多数の電源が配置される場合があっても電源供給電圧の低下による個々の電源のばらつきを軽減することが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】外部アンテナに増幅して出力する電力増幅部と、電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号により電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、モジュール制御回路と電力増幅部及び安定化電源を収納する送受信モジュールと、電源供給線路を介して安定化電源に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する直流可変電圧源と、直流可変電圧源の制御端子及びモジュール制御回路に同時に送信指示信号を送出する制御装置とを備え、直流可変電圧源は送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ装置などに使用するアンテナ装置に関するものであり、特にアンテナ装置に組み込まれた送受信モジュール内のパルス負荷電流を取り扱う電源に関する。

一般にレーダ装置やアンテナ装置などに搭載される送受信モジュールはパルスによる送受信を行なうので送信動作時には大きなパルス電流を消費する。この過渡的な消費電流の変動による電源電圧の変動を抑圧するため、送受信モジュール近傍又は内部にエネルギバンクやシリーズレギュレータなどの安定化回路を設置する。

例えば、特開２０００−２７８９３５号公報図１（特許文献１参照）には、補正回路４０１にて、電源配線３１，３２による電圧降下が発生しない状態で、負荷装置２１に与える直流電圧が一定となるような電圧Ｖｒｅｆを用いて負荷装置２１から発生する負荷電流による駆動電圧の変動を検出し、検出結果に基づいて誤差電圧増幅器１０２により制御電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ回路１０１に与えて駆動電圧の変動を抑制するようにした電源装置が開示されている。

また、特開平１０−３９９３７号公報図１（特許文献２参照）には、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１で安定化された非安定直流電源の電源出力は、電源配線１４を介して負荷装置１２に供給され、負荷装置１２側にシリーズレギュレータ回路１２１を設置し、その出力で駆動されるレーダ用のパルス信号を増幅するパルス負荷回路１２２を設けて配線による過渡的な負荷電流の変動を抑えるようにした電源装置が開示されている。

特開２０００−２７８９３５号公報（第１図）

特開平１０−３９９３７号公報（第１図）

しかし、参考文献１に記載のものでは、電圧Ｖｒｅｆは、電源配線３１、３２による電圧降下が発生しない状態、負荷装置２１に与える直流電圧が一定となるような電圧に予め設定する必要があるので、大きなエネルギバンク（容量）を組み込んだ装置や移動可能な電源装置にあっては、電源発生装置４０と負荷装置２１間の電源配線３１、３２の距離により電圧Ｖｒｅｆを変更する必要があるという課題があった。

また、参考文献２に記載のものでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１１の出力電圧の変動を負荷装置１２に組み込まれたシリーズレギュレータ回路１２１で安定化させ、安定化したパルス状レーダ波を得ることが可能なもののシリーズレギュレータ回路１２１とパルス負荷回路１２２とは送信パルスに対して同期していないので多数のフェイズドアレイアンテナを搭載する送受信モジュールなどではシリーズレギュレータ回路１２１やコンデンサバンクを多数必要とするため、過渡的に送信時の供給電力がばらつき電源装置が不安定になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、送信パルスによる大きなパルス電流の消費があっても過渡的な電源供給電圧の低下を防止し、また多数の電源が配置される場合があっても電源供給電圧の低下による個々の電源のばらつきを軽減することが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明のアンテナ装置は、外部アンテナに高周波伝送線路の送信信号を増幅して出力する電力増幅部と、この電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号に基づき前記電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、このモジュール制御回路と前記電力増幅部及び前記安定化電源を収納すると共に前記安定化電源及び前記モジュール制御回路の入力端子を設けた送受信モジュールと、直流固定電源から入力された電位に対して電源供給線路を介して前記安定化電源の入力端子に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する直流可変電圧源と、この直流可変電圧源の制御端子及び前記モジュール制御回路の入力端子に同時に前記送信指示信号を送出する制御装置とを備え、前記直流可変電圧源は前記送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧し、前記安定化電源の電位を固定することにより前記電力増幅部の電位降下を軽減するものである。

請求項２に係る発明のアンテナ装置は、外部アンテナに高周波伝送線路の送信信号を増幅して出力する電力増幅部と、この電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号に基づき前記電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、このモジュール制御回路と前記電力増幅部及び前記安定化電源を収納すると共に前記安定化電源及び前記モジュール制御回路の入力端子を設けた送受信モジュールと、直流固定電源から入力された電位に対して電源供給線路を介して前記安定化電源の入力端子に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する出力可変部と外部入力端子に入力される信号に基づき前記出力可変部の出力電圧の可変量を調整するＦ（ｓ）可変部とを搭載した直流可変電圧源と、この直流可変電圧源の制御端子及び前記モジュール制御回路の入力端子に同時に前記送信指示信号を送出する制御装置と、前記安定化電源の入力端子における電圧降下量をモニタし前記Ｆ（ｓ）可変部の外部入力端子に電圧降下量を伝達するモニタケーブルとを備え、前記直流可変電圧源は前記送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧すると共に前記Ｆ（ｓ）可変部でサンプリングされた電圧降下量があらかじめ設定した所定のしきい値の電圧降下量よりも大きい場合には、前記出力可変部の直流出力電圧を増加させ、前記安定化電源の電位を固定することにより前記電力増幅部の電位降下を軽減するものである。

請求項３に係る発明のアンテナ装置は、外部アンテナに高周波伝送線路の送信信号を増幅して出力する電力増幅部と、この電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号に基づき前記電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、このモジュール制御回路と前記電力増幅部及び前記安定化電源を収納すると共に前記安定化電源及び前記モジュール制御回路の入力端子を設けた送受信モジュールと、直流固定電源から入力された電位に対して電源供給線路を介して前記安定化電源の入力端子に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する直流可変電圧源と、この直流可変電圧源の制御端子に前記送信指示信号を送出し、前記モジュール制御回路の入力端子に前記送信指示信号を遅延回路を介して送出する制御装置とを備え、前記直流可変電圧源は前記送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧し、前記安定化電源の電位を前記電力増幅部の増幅に先立って固定することにより前記電力増幅部の電位降下を軽減するものである。

請求項１に記載の発明によれば、直流可変電圧源は送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧して安定化電源の電位を固定するので電力増幅部の電位降下を軽減することが可能である。

請求項２に記載の発明によれば、直流可変電圧源は送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧すると共にＦ（ｓ）可変部でサンプリングされた電圧降下量があらかじめ設定した所定のしきい値の降下量よりも大きい場合には、出力可変部の直流出力電圧を増加させ、安定化電源の電位を固定するので電力増幅部の電位降下を軽減すると共に電源供給線路の抵抗損失やインダクタンスなどによる個々のばらつきがあっても電力増幅部に安定した電源供給が可能になるという効果がある。

請求項３に記載の発明によれば、直流可変電圧源は送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧し、安定化電源の電位を電力増幅部の増幅に先立って固定するので電力増幅部の電位降下を軽減すると共に電力増幅部の増幅立ち上がり特性のばらつきを改善できる効果がある。

以下、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置ついて説明する。図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置の機能ブロック構成図である。図１において、１は一定電圧の直流電圧を出力する直流固定電源（固定直流電圧電源）、２は固定直流電圧電源１からの出力が入力され、制御入力端子の制御信号により所定の電圧より昇圧して出力する直流可変電圧源（可変直流電圧電源）、３は電源ケーブルなどで構成され電源供給する電源供給線路、４はレーダ送受信する送信系回路や受信系回路が組み込まれた送受信モジュールである。

５は送受信モジュール４に設置したシリーズレギュレータ（安定化電源）、６は安定化電源５の出力を電圧源として送信電力を増幅する高出力ＦＥＴなどで構成された電力増幅器（電力増幅部）、７はＦＥＴなどで構成された受信用の低雑音増幅器、８は電力増幅器６の高周波電力を外部にレーダ波などとして送信する送受信アンテナ（外部アンテナ）、９は送受信モジュール４内の各デバイスに制御信号を送出するモジュール制御回路、１０はレーダ装置機器など本体からのシステム信号の一部を可変直流電圧電源２やモジュール制御回路９に信号を送出し、送受信モジュール４の各デバイスを制御する制御装置、１１は送受信信号を伝送するマイク波帯域などの高周波伝送線路、１２は送受信モジュール４の送信側高周波伝送線路、１３は送受信モジュール４の受信側高周波伝送線路、１４は送受信切替えスイッチや移送器などの高周波回路部品（電子部品）、１５は安定化電源５の入力端子である。図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。制御装置１０は送受信モジュール４のモジュール制御回路９に各種制御信号を送出するが、送信時間や送信パルス間隔を決める送信指示信号（送信パルス指示信号）は、可変直流電圧電源２の制御端子とモジュール制御回路９の両方の入力端子に同時に送出される。

制御装置１０から与えられる送信パルス指示信号に応じ、可変直流電圧電源２の出力電圧は過渡的に昇圧される。そうすることにより、電源ケーブル３などの抵抗とインダクタンスによる電流供給の遅延が生じても遅延による電圧低下を抑圧し、送受信モジュール４近傍に大きなコンデンサバンクを配置しなくても、送受信モジュール４内の電力増幅器６の電源電圧を低下させることなく安定した送信電力を確保する。

次に電力増幅器６における電源電圧の抑圧方法について図２を用いて説明する。図２は、この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の伝達関数ブロック図である。制御装置１０から与えられるパルス入力信号１９が変換係数（単位変換係数）２０により送受信モジュール４内での消費電流２１に変換される。消費電流２１と可変直流電圧電源２からの供給電流２５の差が送受信モジュール４内の浮遊容量やコンデンサ（図示せず）を設置した場合の容量に応じて放電される。この放電による電圧降下量が送受信モジュール４端での電圧降下２３となる。ここで供給電流２５の供給電流量は、パルス入力信号１９と可変直流電圧電源２の応答２６により発生する可変直流電圧電源２の昇圧電圧２７と送受信モジュール４端での電圧降下２３の和と電源ケーブル３の応答２４により決定される。

詳しくは可変直流電圧電源２の出力電圧を過渡的に昇圧しない場合には、可変直流電圧電源２の応答２６の伝達関数は０となり、送受信モジュール４端での電圧降下２３は単純な二次遅れ応答となる。この場合、送受信モジュール４内のコンデンサによる応答２２と電源ケーブル３の応答２４のみで決定され、図３（ａ）に示す過渡電圧波形となる。固定直流電圧電源１の出力電圧は一定であるため、供給電流の遅延２９が生じ、結果として送受信モジュール４端での電圧降下２８が発生する。

通常は、このような場合においては電圧降下２８を抑えるため、コンデンサバンクの容量を確保するか、電圧降下のピーク量をあらかじめ知り、シリーズレギュレータの出力電圧を安定化できるような電圧にするためには固定電圧電源の電圧を高く設定することになる。

対して、後述するように可変直流電圧電源２の応答２６を適切に設定することでパルス入力信号１９に応じて、図３（ｂ）に示すように可変直流電圧電源２の出力電圧を昇圧３０させることで、電源ケーブル３などによる電源配線による遅延のない供給電流３１を伝送することが可能となる。これにより送受信モジュール４端での電圧降下のない電圧波形３２を実現することも可能となる。

次に図２に示す伝達関数のブロック図で示した系全体の伝達関数Ｇ（ｓ）は次式で表される。

数１において、Ｇ（ｓ）＝０となるようなＦ（ｓ）を設定することにより、送受信モジュール４端での電圧降下２３は完全に０となる。具体的にはＦ（ｓ）＝Ｋ（ｓＬ＋Ｒ）と設定する。なお、Ｆ（ｓ）にはｓＫＬの項が含まれており、これはδ関数となること、Ｌの値は電源ケーブル３のインダクタンス値である。従って便宜的にはＦ（ｓ）＝Ｒとすることで近似の伝達関数とする。これらを考慮して電源ケーブル３の抵抗による供給電流の一次遅れ現象を抑圧する計算が可能である。また、Ｌの値により系は振動的な応答をする条件が存在するため、系を安定化するようなＣ（容量）の値を設定しておくことが好ましい。

さらに電源ケーブル３の抵抗値Ｒ及び送受信モジュール４の電流値を決定する係数Ｋは線長のばらつきや製品のばらつきにより分布を持った値となる。これらのばらつきを実測し、個々の可変直流電圧電源２のＦ（ｓ）を設定することで装置全体の特性を最適化することも可能である。この場合、Ｃの値は全ての系において安定となる値を設定しておくことで、送受信モジュール４は個別にパラメータ設定をする必要はなく、可変直流電源電圧２の応答関数Ｆ（ｓ）のみの設定で実現できる。なお、Ｒ及びＫの値はばらつきを持った値であるからこれらのばらつきに対し、効率と安定度のトレードオフで決定される平均的なＦ（ｓ）を全ての可変直流電圧電源２に一様に設定することで、個別の調整を行なうことなく、装置全体の性能改善することも可能である。

実施の形態２．
実施の形態１では、この発明によるアンテナ装置の基本的構成と伝達関数などについて説明したが、実施の形態２では、送受信モジュール端における過渡電圧波形に基づいた可変直流電圧源の調整ついて図４を用いて説明する。図４はこの発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の機能ブロック構成図である。図４において、５０は安定化電源５の入力端に発生する電圧波形をモニタする電圧モニタ線、６０は可変直流電圧電源２の昇圧量を調整するＦ（ｓ）可変部、７０はＦ（ｓ）可変部６０からの調整信号により所定の出力電圧を変更して制御入力端子の制御信号に基づき電圧を昇圧して出力電圧を安定化電源５に出力する出力可変部である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。可変直流電圧電源２の出力電圧を過渡的に昇圧しない場合には、可変直流電圧電源の応答２６の伝達関数は０となり、固定直流電圧電源１の出力電圧は一定であるため、供給電流の遅延２９が生じ、結果として送受信モジュール４端での電圧降下２８が発生することは既に言及した。

さらに可変直流電圧電源２の出力電圧を過渡的に昇圧する場合であっても、多数のフェイズドアレイアンテナを個別に送受信モジュール４に接続する場合には、送受信モジュール４端と可変直流電圧電源２間の電源ケーブル３の距離が変化するので電源ケーブル３のインダクタンスＬや抵抗値Ｒが大きく変化する場合がある。従って、送信モジュール４の入力端子１５からＦ（ｓ）可変部６０に電圧モニタ線５０を接続し、電圧モニタ線５０の電圧降下波形をＦ（ｓ）可変部６０でサンプリング・ホールドし、このデジタル変換出力値をあらかじめ決められたＦ（ｓ）可変部６０の基準値と比較し、電圧降下量があらかじめ設定した所定の基準値のしきい値の降下量よりも大きい場合には、出力可変部７０の直流出力電圧の昇圧量をさらに増加させる調整信号をＦ（ｓ）可変部６０から出力可変部７０に送出する。

以上から電圧モニタ線５０を付加することにより、多数の送受信モジュール４が可変直流電圧電源２からパラレルに接続される場合には、最長の電源ケーブル３に見合った出力電圧を電源ケーブル３に一律に供給することになる。また、個々の可変直流電圧電源２からそれぞれの送受信モジュール４に接続する場合には、個々の電源ケーブル３から得られた電圧降下量が出力可変部７０でそれぞれ出力調整されるので、電源ケーブル３の距離に依らず安定した出力電圧を個々の安定化電源５に供給することができる効果がある。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、直流可変電圧電源２の制御端子及びモジュール制御回路の入力端子に同時に送信指示信号を制御装置から送出するようにしたが実施の形態３では、外部アンテナに送信信号を増幅して大電力を出力する電力増幅器６の増幅立ち上がり特性を考慮したアンテナ装置について図５を用いて説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の機能ブロック構成図である。図５において、８０は送信指示信号を可変直流電圧電源２に送出する制御回路、９０は制御回路８０の分岐出力から送出された送信指示信号を遅延させる遅延回路、１００は遅延回路９０とモジュール制御回路９の入力端子に接続された配線である。図中、図１と同一符号は同一又は相当部分を示す。

次に動作について説明する。遅延回路９０はモジュール制御回路９の入力端子に配線１００で接続され、モジュール制御回路９から送出された電力増幅器６の増幅時間を指示する送信パルス指示信号は遅延回路９０を介しているので電力増幅器６では、送信パルス指示信号が送られてくる前に安定化電源５は昇圧される。これは大電力を増幅する電力増幅器６では、増幅初期の立ち上がり特性はＦＥＴなどで構成した素材の生産ロットや品種変更でばらつく場合があり、また多数の増幅器６を搭載した送受信モジュール４では、大電力駆動するに先立って安定した電源供給を電力増幅器６に供給するものである。

以上から増幅器６の増幅に先立って安定化電源５では昇圧された電圧を固定するので電力増幅器６の立ち上がり特性にばらつきがあってもそれらの電位降下を軽減する効果がある。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の機能ブロック構成図である。この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の伝達関数ブロック図である。過渡電圧・電流波形であり、図３（ａ）は過渡的に昇圧しない場合、図３（ｂ）は過渡的に昇圧する場合を示す。この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の機能ブロック構成図である。この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の機能ブロック構成図である。

符号の説明

１・・固定直流電圧電源（直流固定電源）２・・可変直流電圧電源（直流可変電圧源）
３・・電源供給線路（電源ケーブル）
４・・送受信モジュール５・・安定化電源（シリーズレギュレータ）
６・・電力増幅器（電力増幅部）７・・受信用の低雑音増幅器
８・・送受信アンテナ（外部アンテナ）９・・モジュール制御回路
１０・・制御装置１１・・高周波伝送線路１２・・送信側高周波伝送線路
１３・・受信側高周波伝送線路１４・・高周波回路部品（電子部品）
１５・・電源入力端子
１９・・パルス入力信号２０・・変換係数（単位変換係数）２１・・消費電流
２２・・送受信モジュール内コンデンサの応答
２３・・送受信モジュール端での電圧降下
２４・・電源ケーブルの応答２５・・供給電流
２６・・可変電圧電源の応答２７・・昇圧電圧
２８・・送受信モジュール端での電圧降下
２９・・供給電流の遅延
３０・・可変直流電圧電源の電圧昇圧
３１・・遅延のない供給電流
３２・・電圧降下のない送受信モジュール端電圧
５０・・電圧モニタ線
６０・・Ｆ（ｓ）可変部
７０・・出力可変部
８０・・制御回路９０・・遅延回路１００・・配線

Claims

外部アンテナに高周波伝送線路の送信信号を増幅して出力する電力増幅部と、この電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号に基づき前記電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、このモジュール制御回路と前記電力増幅部及び前記安定化電源を収納すると共に前記安定化電源及び前記モジュール制御回路の入力端子を設けた送受信モジュールと、直流固定電源から入力された電位に対して電源供給線路を介して前記安定化電源の入力端子に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する直流可変電圧源と、この直流可変電圧源の制御端子及び前記モジュール制御回路の入力端子に同時に前記送信指示信号を送出する制御装置とを備え、前記直流可変電圧源は前記送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧し、前記安定化電源の電位を固定することにより前記電力増幅部の電位降下を軽減するアンテナ装置。
外部アンテナに高周波伝送線路の送信信号を増幅して出力する電力増幅部と、この電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号に基づき前記電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、このモジュール制御回路と前記電力増幅部及び前記安定化電源を収納すると共に前記安定化電源及び前記モジュール制御回路の入力端子を設けた送受信モジュールと、直流固定電源から入力された電位に対して電源供給線路を介して前記安定化電源の入力端子に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する出力可変部と外部入力端子に入力される信号に基づき前記出力可変部の出力電圧の可変量を調整するＦ（ｓ）可変部とを搭載した直流可変電圧源と、この直流可変電圧源の制御端子及び前記モジュール制御回路の入力端子に同時に前記送信指示信号を送出する制御装置と、前記安定化電源の入力端子における電圧降下量をモニタし前記Ｆ（ｓ）可変部の外部入力端子に電圧降下量を伝達するモニタケーブルとを備え、前記直流可変電圧源は前記送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧すると共に前記Ｆ（ｓ）可変部でサンプリングされた電圧降下量があらかじめ設定した所定のしきい値の電圧降下量よりも大きい場合には、前記出力可変部の直流出力電圧を増加させ、前記安定化電源の電位を固定することにより前記電力増幅部の電位降下を軽減するアンテナ装置。
外部アンテナに高周波伝送線路の送信信号を増幅して出力する電力増幅部と、この電力増幅部に電源を供給する安定化電源と、送信指示信号に基づき前記電力増幅部の増幅時間を指示するパルス信号を送出するモジュール制御回路と、このモジュール制御回路と前記電力増幅部及び前記安定化電源を収納すると共に前記安定化電源及び前記モジュール制御回路の入力端子を設けた送受信モジュールと、直流固定電源から入力された電位に対して電源供給線路を介して前記安定化電源の入力端子に出力電圧を可変して電源を供給する制御端子を有する直流可変電圧源と、この直流可変電圧源の制御端子に前記送信指示信号を送出し、前記モジュール制御回路の入力端子に前記送信指示信号を遅延回路を介して送出する制御装置とを備え、前記直流可変電圧源は前記送信指示信号の送出期間中は直流出力電圧を昇圧し、前記安定化電源の電位を前記電力増幅部の増幅に先立って固定することにより前記電力増幅部の電位降下を軽減するアンテナ装置。