JP5028678B2 - 広帯域ガウス形パルス高出力ｒｆ送信機のピーク電力及びパルス幅を制御するための方法及びデバイス - Google Patents

Description

本発明は、高出力送信機によって送信されるパルスの振幅パラメータと電力パラメータとを特に制御するための方法及びデバイスに関する。

本発明は、特に、広帯域ガウス形パルス高出力ＲＦ送信機のピーク電力及びパルス幅の制御に適用される。

本発明は、例えばＲＦパルス送信機の場合、いかなるパルスのタイプでも適用される。

高出力送信機のピーク電力及びパルス幅の制御を可能にする方法及びデバイスは、従来技術から公知である。

今日、適度な量の、５００Ｗを超えるピーク電力レベルを得るためには、依然としてバイポーラトランジスタの使用が避けられない。

一般に使用されている解決策は、本出願人のＥＰ０６６８５９３２号明細書に記載されているように、特に、ｎ連続のベース接地のクラスＣ段のベースエミッタバイアス電流を制御することにある。

この解決策の問題点の１つは、クラスＣバイポーラトランジスタの電源内に制御要素が直列に配置されており、これにより、送信機の効率を低下させる損失が生じるということである。更に、これらのタイプの送信チェーンは、負荷速度が１％を超えると直ちに有効な冷却手段を使用する必要があるので、航空用途（例えばピークが５００Ｗを超える）への採用が制限される。

広い周波数帯域で及び動作温度の変化が大きい中で、ＲＦパルスの波形の完全性を制御することは難しい。

本発明は、少なくとも１つの増幅器を含む高出力ＲＦパルス送信機のパルスのパラメータを制御するためのデバイスであって、少なくとも以下の要素：送信されるパルスの検波器と、ビデオ増幅器と、送信されるパルスの幅パラメータ及び電力パラメータに関する情報を提供するのに適したアナログ処理デバイスと、デジタル処理デバイスであって、送信されるパルスのパラメータに関する情報の手がかりを受信すると共に、同期送信で同期化される可変振幅のほぼガウス分布形状の信号を生成するのに適したデバイス用の制御信号を生成し、且つ同期送信で同期化される可変振幅のほぼ方形形状の信号を生成するのに適したデバイスの制御信号を生成するように構成されたデジタル処理デバイスとを含むことを特徴とするデバイスに関する。

本発明は特に以下の利点を有する。
・ アナログ−デジタルタイプの変換器（又は、ＤＡＣ）及び簡単なオペアンプを使用してデジタル処理で低電圧変調信号を生成するのは容易である。
・ ＬＤＭＯＳトランジスタを使用することで、増幅器の段数が抑えられ、送信チェーンの効率が改良される。結果として、過度の熱を生じることなく、より有効な負荷速度を利用できるようになる。例えば、送信機の効率が、２０％から３０％に改良され得る。
・ 本発明は、送信されるガウス形パルスの完全性を保証する（形や幅等）。
・ 本発明により、全周波数帯域を通してピーク電力の調整が可能である。
・ 本発明により、安定した温度特性を得ることができる。

本発明の他の特徴及び利点は、図が添付され、全く非限定的な表現によって示された例に関する以下の説明を読めばより明らかになる。

本発明に係る方法及びデバイスは、特に以下の原理に基づく。一方では送信される信号を検波し、他方では可変利得ＲＦ増幅器を使用することによって、クラスＣ電力終端段を対象としたデジタル化されたフィードバックシステムによって制御される振幅のプリバイアス用ペデスタル（このペデスタルの機能は特に増幅器にバイアスをかけることである）を使用してガウス分布形状のパルス信号が生成される。ピーク電力の制御を可能にする可変振幅のガウス分布形状成分と、１つ又は複数の終端段（この例では、クラスＣの増幅器の）に対するプリバイアスの生成を可能にする可変振幅の方形形状成分とを加えることで変調信号が形成され、制御された幅に完全に又は少なくとも大部分が適合すると共に制御された幅を有するガウス分布形状のパルスが得られる。

図１は、本発明に係る例示的なシステムの回路図を示す。このシステムは、例えばクラスＡＢで動作する第１の増幅器１を特に含む。この増幅器は、例えば、パルス電圧を電源とする。第１の増幅器の次に配置された第２の増幅器２はクラスＣで稼動し、ＤＣを電源とする。第３の増幅器３はクラスＣで稼動し、ＤＣを電源とする。エンベロープ検波器４は増幅チェーンの末端に配置され、特に、増幅チェーンによって送信される信号のエンベロープを検波する役割を果たす。検波器は、例えば温度補償式である。検波器は送信パルスを特に検波し、その送信パルスから振幅情報の手がかりと幅情報とが抽出される。

検波されたエンベロープはビデオ増幅器５に送信される。ビデオ増幅器５の出力は、電圧値ＲＥＦを受信するアナログ処理デバイス６にリンクされている。アナログ処理デバイス６は、送信信号を受信するデジタル処理デバイス７に結合されている。

デジタル処理デバイス７は制御信号を生成し、それらの信号を、ガウス分布形状の信号を生成するためにデジタルポテンションメータ８と、方形形状信号を生成するためのデジタルポテンションメータ９とにそれぞれ送信する。この２つの信号は、その後、加算器１０で加算される。２つの信号の加算によって形成された信号は、その後、増幅器１１に送信され、次いで第１の増幅器１に送出される。

更に詳細には、
アナログ処理デバイス６は特に以下のものを提供する。
・ 検波された送信のピーク振幅が最大閾値（Ｋ１ｘ電圧ＲＥＦ）より大きい場合は、情報の手がかりＶＭＡＸ。
・ 検波された送信のピーク振幅が最小閾値（Ｋ２ｘ電圧ＲＥＦ）より小さい場合は、情報の手がかりＶＭＩＮ。
・ 最大振幅の５％又は１０％にて取得された、検波済み送信パルスを表す幅を有するパルス（ガウスタイプの信号で識別がより簡単）。
デジタル処理デバイス７は特に以下のものを提供する。
・ 送信に同期する、クラスＡＢ変調器段のパルス電源用の制御信号。
・ 同期送信に同期する、可変振幅のガウス分布形状の信号の生成を可能にするデジタルポテンションメータ用及びアナログ／デジタル変換器ＤＡＣ用の制御信号。
・ 同期送信に同期する、可変振幅方形形状信号の生成を可能にするデジタルポテンションメータ用及びアナログスイッチ用の制御信号。
・ デジタルポテンションメータ用の制御信号は、「アップ／ダウン」タイプのものである。シングルインクリメント又はディクリメントが、アナログ処理から受信した情報の手がかり（振幅が大きすぎる又は振幅が小さすぎる、幅が広すぎる又は幅が狭すぎる）に応じて各同期送信に送出される。

出力のピーク電力は例えばビデオ増幅器の利得の調整によって選択される。

システムの温度安定度は、検波器及びビデオ増幅器の安定度に左右されるだけである。他の変動は、フィードバックによって自動的に補償される。

システムの周波数安定度は、カプラー及び検波器の周波数感度に左右されるだけである。他の変動は、フィードバックによって自動的に補償される。

カプラーの指向性が不十分である場合は、段の出力にサーキュレータ１２を追加することで、システムのイミュニティを適合状態まで向上させることが特に可能である。

ピーク電力の精度は、カプラー、検波器、ビデオ増幅器、及びサーキュレータからなるアセンブリの周波数感度と温度安定度に左右されるだけである。

図２は、デジタル処理デバイスによって受信される同期送信の制御に関するタイムチャート、増幅器１のパルス化電源の制御に関するタイムチャート、本発明に係るシステムによって生成され、第１の増幅器のレベルで増幅チェーンの入力に適用される変調に関するタイムチャートを示す。

図２Ａでは、電力の制御の場合の信号が示されている。同期信号、電源制御信号、及びエンベロープは、図１のポイントＡ、Ｂ、及びＣで説明した。

図２Ｂでは、幅の制御の場合の信号が示されている。同様に、同期信号、電源制御信号、及び変調信号が示されている。この図はまた、図１のポイントＡ、Ｂ、及びＣでのＲＦ信号のエンベロープも示している。

図３は、ＲＦ電力増幅パルス系で稼動するＬＤＭＯＳトランジスタを示す。

このトランジスタのゲートＧは、周波数変調信号を受信し、ゲート電源によって電力を供給される。ドレインＤは、低損失スイッチ２０によってＤＣ電源にリンクされている。スイッチ２０は、変調された信号の送信を同期させるための同期信号によって制御される。ドレイン電流は、ドレインに電力が供給されている場合にのみ存在する。高速双方向電圧クリッピングデバイス２２の値は、ＬＤＭＯＳトランジスタのドレインのピーク電源とドレイン−ソース降伏電圧との間にあり、このタイプの動作に伴う過電圧に対して有効な保護を提供する。コンデンサ２３により、ＲＦ高周波デカップリングが可能である。

必要な瞬時エネルギーは、送信機の負荷速度と低い直列抵抗との関数として算出される大きな値の貯蔵コンデンサ２１によって提供される。この技術的な選定により、特に損失を最小限に抑えることが可能である。

低損失スイッチは、例えば、ＭＯＳＰＯＷＥＲトランジスタを用いて製造される。従って、これは製造するのが簡単であり、且つ、高いピークドレイン電流に耐えることができ及び損失が低いという品質をすべて提供する。

ゲートの電源ＶＧは、以下とすることができる。
・ 利得制御可変ＤＣ電圧（例えば、可変利得振幅）
・ 変調器として使用される段のための変調信号
・ ゲート電圧は振幅制御可能（静止時ドレイン電流の調整、段のＲＦ利得の調整）

本発明の回路図である。 制御及び駆動信号と本発明により生成される変調信号とに関する一連のタイムチャートである。 パルス電圧を電源とする増幅器の例示的なアーキテクチャを示す。

Claims (6)

1. 少なくとも１つの増幅器を含む高出力ＲＦパルス送信機のパルスのパラメータを制御するためのデバイスであって、
   送信されるパルスの検波器（４）と、ビデオ増幅器（５）と、前記送信されるパルスの幅パラメータ及び電力パラメータに関する情報の手がかりを提供するのに適したアナログ処理デバイス（６）と、デジタル処理デバイス（７）であって、前記送信されるパルスのパラメータに関する前記情報の手がかりを受信すると共に、同期送信で同期化される可変振幅のほぼガウス分布形状の信号を生成するのに適したデバイス（８）用の制御信号を生成し、且つ前記同期送信で同期化される可変振幅のほぼ方形形状の信号を生成するのに適したデバイス（９）の制御信号を生成するように構成されたデジタル処理デバイス（７）とを少なくとも含むことを特徴とするデバイス。
2. ガウス分布形状を生成するのに適した前記デバイス（８）が、アナログ／デジタル変換器ＤＡＣとデジタルポテンションメータとを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. ほぼ方形形状を生成するのに適した前記デバイス（９）が、アナログスイッチとデジタルポテンションメータとを含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
4. 前記ビデオ増幅器（５）の前に配置されたサーキュレータ（１２）を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
5. チェーンの第１の増幅器の電源が、パルス電圧電源であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
6. 高出力ＲＦパルス送信機によって送信されるパルスのパラメータを制御するための方法であって、
   ・ 前記送信機で送信されるパルスの一部を取り出して、そのエンベロープを検波するステップと、
   ・ 検波された送信のピーク振幅と閾値とを比較して、手がかりＶｍａｘ又はＶｍｉｎを提供するステップと、
   ・ 最大振幅の所与のパーセンテージにて取得された、検波済み送信パルスを表す幅を有するパルスを生成するステップと、
   ・ 同期送信で同期化される可変振幅のガウス分布形状の信号を生成するのに適したデバイス用の制御信号を生成するステップと、
   ・ 同期送信で同期化される可変振幅のほぼ方形形状の信号を生成するのに適したデバイス用の制御信号を生成するステップとを含むことを特徴とする方法。

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