パルス電力増幅器
【課題】低コストで信頼性が高く、かつ、小型化が可能なパルス電力増幅器を提供すること。
【解決手段】増幅器１１と、増幅器１１のドレイン端子Ｄに接続され、第１の制御パルスＰ１に従って動作が制御されるスイッチ１７と、スイッチ１７に接続された正電圧源１８と、増幅器１１のゲート端子Ｇに並列に接続された第１の抵抗１９、第２の抵抗２０と、第１の抵抗１９に接続された負電圧源２１と、第１の制御パルスＰ１に同期して入力された第２の制御パルスＰ２を微分波形Ｐ３に変換して、増幅器１１のゲート端子Ｇに出力するキャパシタ２２と、を具備し、第１、第２の抵抗値１９、２０、およびキャパシタ２２の容量値は、これらの値によって定められる微分波形Ｐ３の時定数が、増幅器１１の熱時定数に一致する値であり、ゲート端子Ｇとキャパシタ２２の他端との間から入力された高周波を、スイッチ１７の動作に対応した高周波パルスに変換して、ドレイン端子Ｄとスイッチ１７の一端との間から出力するパルス電力増幅器。
【解決手段】増幅器１１と、増幅器１１のドレイン端子Ｄに接続され、第１の制御パルスＰ１に従って動作が制御されるスイッチ１７と、スイッチ１７に接続された正電圧源１８と、増幅器１１のゲート端子Ｇに並列に接続された第１の抵抗１９、第２の抵抗２０と、第１の抵抗１９に接続された負電圧源２１と、第１の制御パルスＰ１に同期して入力された第２の制御パルスＰ２を微分波形Ｐ３に変換して、増幅器１１のゲート端子Ｇに出力するキャパシタ２２と、を具備し、第１、第２の抵抗値１９、２０、およびキャパシタ２２の容量値は、これらの値によって定められる微分波形Ｐ３の時定数が、増幅器１１の熱時定数に一致する値であり、ゲート端子Ｇとキャパシタ２２の他端との間から入力された高周波を、スイッチ１７の動作に対応した高周波パルスに変換して、ドレイン端子Ｄとスイッチ１７の一端との間から出力するパルス電力増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、パルス電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、高周波パルスを反射体に向けて出射し、反射体から反射された高周波パルスを受信することにより、反射体を認識するものである。このレーダ装置において、高周波パルスは、パルス電力増幅器を用いて生成される。
【０００３】
パルス電力増幅器は、一定の振幅の高周波の電力を増幅させるとともに、この振幅が一定の高周波を一定の周期で断続させることにより高周波パルスを生成するものである。一般に、パルス電力増幅器は、例えば電界効果トランジスタ等によって構成される増幅回路を含んでいる。また、増幅回路のドレイン端子には正電圧源、ゲート端子には負電圧源がそれぞれ接続されている。さらに、増幅回路のドレイン端子と正電圧源との間、または増幅回路のゲート端子と負電圧源との間には、スイッチが挿入されている。
【０００４】
このようなパルス電力増幅器は、増幅回路のドレイン端子に正バイアス電圧、ゲート端子に負バイアス電圧がそれぞれ印加された場合に高周波を増幅させることが可能な状態となるものである。従って、スイッチの動作を制御する制御パルスを上述のスイッチに入力して適宜ＯＮ／ＯＦＦし、増幅回路に印加されるバイアス電圧を制御することにより、高周波パルスを生成して出力することができる。
【０００５】
このようなパルス電力増幅器において、増幅回路内の例えば電界効果トランジスタは、増幅動作の際にトランジスタのチャネル温度が熱時定数にしたがって変動するため、生成されるパルス内において電力強度および位相が変動する問題がある。
【０００６】
高周波パルス内において電力強度および位相が変動すると、この高周波パルスが反射体に反射され、レーダ装置に到達する反射パルスの信号対雑音比は劣化する。従って、レーダ装置による反射体の認識が困難になる。
【０００７】
そこで、従来のパルス電力増幅器は、トランジスタおよびオペアンプ回路等により構成され、熱時定数にほぼ一致する時定数の微分波形を出力する微分回路をさらに備えており、この微分回路から出力される微分波形を、正バイアス電圧または負バイアス電圧とともに増幅器に印加させている。そして、微分波形を出力する微分回路は、トランジスタおよびオペアンプ回路を含んでいる。この従来のパルス電力増幅器によれば、熱による電力強度および位相の変動を相殺し、パルス内の電力強度および位相が一定のパルスを出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願平８−１１６２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のパルス電力増幅器に備えられる微分回路のトランジスタおよびオペアンプ回路は、高コストにも関わらず信頼性に乏しく、さらに大型である問題がある。従って、従来のパルス電力増幅器は、高コストにも関わらず信頼性に乏しく、かつ大型である問題がある。
【００１０】
本発明は、この問題に鑑みてなされたものであり、低コストで信頼性が高く、かつ、小型化が可能なパルス電力増幅器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態に係るパルス電力増幅器は、ドレイン端子、ゲート端子および接地されたソース端子を有する増幅器と、この増幅器の前記ドレイン端子に一端が接続され、第１の制御パルスに従って動作が制御されるスイッチと、このスイッチの他端に接続された正電圧源と、負電圧源から出力される電圧、および前記第１の制御パルスに同期した第２の制御パルスが入力されるとともに、この第２の制御パルスを記増幅器の熱時定数に一致する時定数で微分し、この微分された波形と前記負電圧源から出力される電圧とを加算した微分波形を前記増幅器の前記ゲート端子に出力する、抵抗器およびキャパシタによって構成された微分加算回路と、を具備し、前記ゲート端子と前記微分加算回路との間から入力された高周波を、前記スイッチの動作に対応した高周波パルスに変換して、前記ドレイン端子と前記スイッチの一端との間から出力することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【図２】図１のパルス電力増幅器の動作を説明するための図であって、同図（ａ）は制御パルス入力端子に入力されるパルス波形、同図（ｂ）は、増幅器に印加される負バイアス電圧波形、同図（ｃ）は増幅器に一定の負バイアス電圧のみが印加された場合に増幅器から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動、同図（ｄ）は微分波形のみが負バイアス電圧として増幅器に印加された場合に増幅器から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動、同図（ｅ）は、本実施形態に係るパルス電力増幅器から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動をそれぞれ示す。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本実施形態に係るパルス電力増幅器を示す。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図１に示すように、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、増幅機能を有する半導体素子からなる増幅器１１を内部に有している。また、電力強度が一定の高周波をパルス電力増幅器に入力するための入力端子１２、高周波パルスをパルス電力増幅器から出力させるための出力端子１３、およびパルス電力増幅器の動作を制御する制御パルスを入力するための第１、第２の制御パルス入力端子１４、１５を有している。
【００１５】
増幅器１１は、例えば複数の電界効果トランジスタ１６（以下、ＦＥＴ１６と称す）が並列に接続された初段分布形増幅器である。この増幅器１１は、入力反射損のゲ−ト電圧依存性が小さい増幅器である。従って、パルス内での入力反射損の変動を小さくすることができ、本実施形態に係るパルス電力増幅器に好適な増幅器である。
【００１６】
増幅器１１のソース端子Ｓは接地されている。そして、増幅器１１のドレイン端子Ｄには、スイッチ１７の一端が接続されている。このスイッチ１７は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。このスイッチ１７の他端には、一端が接地された正電圧源１８の他端が接続されている。この正電圧源１８は、増幅器１１が増幅動作するために必要な正バイアス電圧を増幅器１１のドレイン端子Ｄに供給するための電圧源である。また、スイッチ１７は、制御端子（スイッチ１７がＦＥＴの場合はこのＦＥＴのゲート端子）を有している。
【００１７】
なお、上述の出力端子１３は、増幅器１１のドレイン端子Ｄとスイッチ１７の一端との間に接続されている。また、上述の第１の制御パルス入力端子１４は、スイッチ１７の制御端子に接続されている。なお、第１の制御パルス入力端子１４は、スイッチ１７の動作を制御するための制御パルスである第１の制御パルスＰ１が入力される端子である。この第１の制御パルスＰ１は、図示しないパルス生成装置によって生成されたものであればよく、パルス生成装置は、如何なる装置であってもよい。
【００１８】
一方、増幅器１１のゲート端子Ｇには、第１の抵抗器１９の一端および第２の抵抗器２０の一端が、共通に接続されている。このうち、第１の抵抗器１９の他端には、一端が接地された負電圧源２０の他端が接続されている。この負電圧源２０は、増幅器１１が増幅動作するために必要な負バイアス電圧を増幅器１１のゲート端子Ｇに供給するための電圧源である。
【００１９】
また、第２の抵抗器２０の他端は接地されている。この第２の抵抗器２０は、所望の抵抗に可変可能な半固定抵抗器である。
【００２０】
なお、上述の入力端子１２は、増幅器１１のゲート端子Ｇと第１、第２の抵抗器１９、２０の一端との間に接続されている。
【００２１】
さらに、増幅器１１のゲート端子Ｇには、キャパシタ２２の一端が接続されている。そして、このキャパシタ２２の他端は、上述の第２の制御パルス入力端子１５に接続されている。この第２の制御パルス入力端子１５は、増幅器１１による増幅動作を制御するための制御パルスである第２の制御パルスＰ２が入力される端子である。この第２の制御パルスＰ２も、第１の制御パルスＰ１と同様に、図示しないパルス生成装置によって生成されたものであればよく、パルス生成装置は、如何なる装置であってもよい。しかし、第１の制御パルスＰ１と第２の制御パルスＰ２とは、異なるパルス生成装置によって生成される。
【００２２】
第１、第２の抵抗器１９、２０およびキャパシタ２２は、第２の制御パルスＰ２を微分するとともに、この第２の制御パルスＰ２が微分された波形と負電圧源２０からの出力電圧とを加算した微分波形Ｐ３を出力する微分加算回路として機能する。この微分加算回路は、この回路から出力される微分波形Ｐ３の時定数が、増幅器１１の熱時定数に一致するように設定された回路である。なお、微分加算回路から出力される微分波形Ｐ３の時定数は、第１、第２の抵抗器１９、２０の合成抵抗値、およびキャパシタ２２の容量値の積によって決定される。上述の第２の抵抗器２０として、半固定抵抗器を用いている理由は、微分波形Ｐ３の時定数を、増幅器１１の熱時定数に精度よく一致させるための微調整を行うためである。
【００２３】
次に、図１に示すパルス電力増幅器の動作について、図２を参照して説明する。図２は、第１の実施形態に係るパルス電力増幅器の動作を説明するための図である。同図（ａ）は第１、第２の制御パルス入力端子１４、１５に入力される第１、第２の制御パルスＰ１、Ｐ２を示す。同図（ｂ）は、増幅器１１のゲート端子Ｇに印加される負バイアス電圧波形を示す。同図（ｃ）は、増幅器１１に一定の負バイアス電圧のみが印加された場合に、出力端子１３から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動を示す。同図（ｄ）は、増幅器１１に微分波形Ｐ３のみが負バイアス電圧として印加された場合に、出力端子１３から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動を示す。そして同図（ｅ）は、本実施形態に係るパルス電力増幅器の出力端子１３から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動を示す。
【００２４】
まず、増幅器１１のドレイン端子Ｄにはスイッチ１７を介して正電圧源１８を接続し、増幅器１１のゲート端子Ｇには第１の抵抗器１９を介して負電圧源２１を接続しておく。正電圧源１７および負電圧源２１の電圧は、これらが増幅器１１にバイアス電圧として印加された際に、入力端子１２から入力された高周波が増幅器１１の未飽和領域で増幅される程度の電圧である。
【００２５】
このとき、第１の制御パルス入力端子１４からは第１の制御パルスＰ１が入力されていないため、スイッチ１７は開いた状態である。従って、増幅器１１のドレイン端子Ｄには正バイアス電圧は印加されておらず、増幅器１１のゲート端子Ｇに負バイアス電圧のみが印加されている。この状態で、入力端子１２に、振幅が一定、すなわち、電力強度が一定の高周波を入力する。
【００２６】
この後、第１の制御パルス入力端子１４から図２（ａ）に示す第１の制御パルスＰ１を、第２の制御パルス入力端子１５から図２（ａ）に示す第２の制御パルスＰ２を、パルス電力増幅器が所望の動作を行うように互いに同期させて入力する。第１の制御パルス入力端子１４から第１の制御パルスＰ１が入力されると、このパルスＰ１のパルス幅の時間だけスイッチ１７が閉じる。スイッチ１７として、例えばＦＥＴを適用した場合、例えば数Ｖ程度の電位差を有する制御パルスを入力すると、第１の制御パルスＰ１のパルス幅の時間だけＦＥＴのドレイン・ソース間が導通する。これにより、第１の制御パルスＰ１のパルス幅の時間だけ増幅器１１のドレイン端子Ｄには正バイアス電圧が印加され、高周波を増幅可能な状態となる。従って、出力端子１３からは、高周波パルスが出力される。
【００２７】
一方で、第２の制御パルス入力端子１５から第２の制御パルスＰ２が入力されると、このパルスＰ２はキャパシタ２２に送られ、キャパシタ２２によって微分される。微分された波形の時定数は、増幅器１１の熱時定数に一致するように定められているため、キャパシタ２２からは、増幅器１１の熱時定数に一致する時定数の微分された波形が出力される。この微分された波形は、負電圧源２１によって定められる負バイアス電圧に重畳された後、微分波形Ｐ３として増幅器１１のゲート端子Ｇに印加される。従って、増幅器１１のゲート端子Ｇには、図２（ｂ）に示される負バイアス電圧が印加される。
【００２８】
なお、増幅器１１としてＦＥＴ１６が用いられている場合には、第１の制御パルスＰ１の電位差よりも小さい電位差、例えば数ｍＶ程度の電位差を有する第２の制御パルスＰ２がキャパシタ２２に送られる。これは、第２の制御パルスＰ２に基づく微分波形Ｐ３が増幅器１１のゲート端子Ｇに印加された際に、ＦＥＴ１６をスイッチ動作させず、増幅動作させるためである。
【００２９】
ここで、出力端子１３から出力される高周波パルスのパルス内の電力強度変動および位相変動について詳述する。増幅器１１に一定の正バイアス電圧、および一定の負バイアス電圧が印加された状態において高周波を入力すると、増幅器１１を構成する例えばＦＥＴのチャンネル温度が上昇する。これにより、出力される高周波パルス内の電力強度は、図２（ｃ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって小さくなる。さらに、高周波パルス内の位相は、図２（ｃ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって負方向に変動する。
【００３０】
一方で、増幅器１１に一定の正バイアス電圧、および負バイアス電圧として微分波形Ｐ３が印加された状態において高周波を入力すると、出力される高周波パルス内の電力強度は、図２（ｄ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって大きくなる。さらに、高周波パルス内の位相は、図２（ｄ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって正方向に変動する。すなわち、高周波パルス内の電力強度および位相は、図２（ｃ）に示される電力強度変動および位相変動を打ち消す方向に変動する。
【００３１】
従って、増幅器１１のドレイン端子Ｄに一定の正バイアス電圧が印加されるとともに、増幅器１１のゲート端子Ｇに、負電圧源２１によって定められた負バイアス電圧と第２の制御パルスＰ２が微分された波形とが加算された微分波形Ｐ３が印加されると、図２（ｅ）に示すように、ＦＥＴ１６のチャネル温度の上昇に起因する電力強度および位相の変動が抑圧された高周波パルスが、出力端子１３から出力される。
【００３２】
実際に本願発明者等が、８個のＦＥＴ１６を並列に接続した増幅器１１を適用した本実施形態に係るパルス電力増幅器を用い、このパルス電力増幅器から出力される高周波パルスのパルス内の電力強度変動および位相変動を測定したところ、パルス内の電力強度変動量は室温（２５℃）で０．３ｄＢ程度、位相変動量は、室温で２〜３ｄｅｇ程度であることが確認された。これに対して、同様の増幅器１１を適用するが、微分加算回路を有さないパルス電力増幅器から出力される高周波パルスのパルス内の電力強度変動量は室温で３ｄＢ程度、位相変動量は、室温で３０ｄｅｇ程度あった。すなわち、本実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、高周波パルスの電力強度変動および位相変動が大幅に低減されることが確認された。
【００３３】
以上に説明したように、本実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、出力端子１３から出力される高周波パルスの電力強度および位相の変動を抑圧するために用いられる微分加算回路は、２個の抵抗器（第１、第２の抵抗器１９、２０）およびキャパシタ２２のみによって構成される。これらの受動素子は、トランジスタおよびオペアンプ回路と比較して、低コストで信頼性に優れており、さらに小型である。従って、本実施形態に係るパルス電力装置は、従来のパルス電力増幅器と比較して、低コストで信頼性を向上させ、かつ、小型化させることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図３に示すように、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、第１の実施形態に係るパルス電力増幅器と比較して、制御パルス入力端子３１が一つのみである点が異なっている。
【００３５】
すなわち、キャパシタ２２の他端には、第３の抵抗器３２の一端および第４の抵抗器３３の一端が、共通に接続されている。このうち、第３の抵抗器３２の他端は、制御パルス入力端子３１に接続されている。なお、この制御パルス入力端子３１は、スイッチ１７の制御端子にも接続されている。
【００３６】
また、第４の抵抗器３３の他端は接地されている。この第４の抵抗器３３は、所望の抵抗に可変可能な半固定抵抗器である。なお、この第４の抵抗器３３は、第１の抵抗器１９と第２の抵抗器２０との合成抵抗値より１／１０以下となる様に小さく設定されている。これは、第４の抵抗器３３の抵抗値が大きい場合、第１の抵抗器１９および第２の抵抗器２０を含む微分加算回路から出力される微分波形Ｐ３の時定数に影響を及ぼすためである。
【００３７】
このようなパルス電力増幅器において、スイッチ１７を制御するための第１の制御パルスＰ１、および微分波形Ｐ３を生成するための第２の制御パルスＰ２は、制御パルス入力端子３１に入力される制御パルスＰ４から生成される。
【００３８】
すなわち、制御パルス入力端子３１に制御パルスＰ４が入力されると、制御パルスＰ４は分岐され、分岐された一方の制御パルスが第１の制御パルスＰ１として、スイッチ１７の制御端子に送られる。一方、分岐された他方の制御パルスが第３の抵抗器３２に送られると、この第３の抵抗器３２によって制御パルスの電位差が小さくなり、これが第２の制御パルスＰ２としてキャパシタ２２に入力される。なお、第１の制御パルスＰ１と第２の制御パルスＰ２との同期は、制御パルス入力端子３１からスイッチ１７の制御端子までの距離と、制御パルス入力端子３１からキャパシタ２２の他端までの距離とを調節すればよい。
【００３９】
このように、第１の制御パルスＰ１および第２の制御パルスＰ２は、制御パルスＰ４にから生成されるものであるが、この第４の制御パルスＰ４は、図示しないパルス生成装置によって生成されたものであればよく、パルス生成装置は、如何なる装置であってもよい。
【００４０】
以上に示す第２の実施形態に係るパルス電力増幅器であっても、第１の実施形態に係るパルス電力増幅装置と同様に、微分加算回路は、２個の抵抗器（第１、第２の抵抗器１９、２０）およびキャパシタ２２のみによって構成される。従って、従来のパルス電力増幅器と比較して、低コストで信頼性を向上させ、かつ、小型化させることができる。
【００４１】
また、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、第４の制御パルスＰ４を分岐することによって、第１の制御パルスＰ１および第２の制御パルスＰ２を生成するため、単一のパルス生成装置を用いればよい。従って、第１の実施形態に係るパルス電力増幅装置と比較して、より低コストで信頼性を向上させ、かつ、小型化させることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図４に示すように、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器と比較して、制御パルス入力端子３１と第３の抵抗器３２の他端との間に、サーミスタ４１が接続されている点が異なっている。なお、サーミスタ４１は、低温では抵抗値が高くなり、高温では抵抗値が小さくなる特性を有する素子である。
【００４３】
ここで、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を、常温（２５℃）よりも低温の環境下で適用する場合、増幅器１１のチャネル温度の上昇度は小さいため、出力される高周波パルスの電力強度変動量および位相変動量は小さくなる。従って、この変動量を補償する微分波形Ｐ３を生成するための第２の制御パルスＰ２の電位差も、常温の場合より小さくしなければならない。一方で、サーミスタ４１は、低温では抵抗値が高くなるため、第４の制御パルスＰ４からサーミスタ４１を介して生成される第２の制御パルスＰ２の電位差は、常温よりも低温の場合には小さくなる。従って、低温の環境下であっても常温の環境下で使用する場合と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑制することができる。
【００４４】
また、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を、常温よりも高温の環境下で適用する場合、増幅器１１のチャネル温度の上昇度は大きいため、出力される高周波パルスの電力強度変動量および位相変動量も大きくなる。従って、この変動量を補償する微分波形Ｐ３を生成するための第２の制御パルスＰ２の電位差も、常温の場合より大きくしなければならない。一方で、サーミスタ４１は、高温では抵抗値が低くなるため、第４の制御パルスＰ４からサーミスタ４１を介して生成される第２の制御パルスＰ２の電位差は、常温よりも高温の場合には大きくなる。従って、高温の環境下であっても常温の環境下で使用する場合と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑制することができる。
【００４５】
すなわち、第３の実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、適用される環境の温度が変化しても、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑圧することができる。
【００４６】
実際に本願発明者等が、第１の実施形態において説明した場合と同一の増幅器１１を有する第３の実施形態に係るパルス電力増幅器を用いて高周波パルスのパルス内の電力強度変動量および位相変動量を、環境の温度を−４０℃〜＋８５℃まで変化させて測定したところ、−４０℃〜＋８５℃の範囲において、パルス内の電力強度変動量は０．５ｄＢ程度であり、パルス内の位相変動量は４ｄｅｇ程度であった。これに対して、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を用いて同様に測定したところ、高周波パルスのパルス内の電力強度変動量は０．９ｄＢ程度、位相変動量は１０ｄｅｇ程度であった。すなわち、本実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、適用される環境の温度が変化しても、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑圧することができることが確認された。
【００４７】
以上に、本実施形態に係るパルス電力増幅器について説明した。しかし、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【００４８】
例えば、上述した各実施形態に係るパルス電力増幅器において、微分加算回路は、２個の抵抗器（第１、第２の抵抗器１９、２０）およびキャパシタ２２のみによって構成された。しかし、このように微分加算回路は、抵抗器とキャパシタとによって構成されれば、低コストで信頼性が高く、かつ、小型化が可能なパルス電力増幅器を実現することができる。図５は、本発明の他の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図５に示すように、微分加算回路５１は、上述した各実施形態に係るパルス電力増幅器に適用された微分加算回路と同等の機能を有するように、抵抗器とキャパシタとを用いて構成されればよく、微分加算回路５１の具体的な構成は限定されない。
【００４９】
また、増幅器１１は、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ等のＦＥＴ以外の増幅機能を有する半導体素子を使用したものであってもよい。さらに、増幅器１１に使用される半導体素子の数も限定されない。
【００５０】
また、スイッチ１７も同様に、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ等のＦＥＴ以外のスイッチ機能を有する半導体素子を使用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１１・・・増幅器
１２・・・入力端子
１３・・・出力端子
１４・・・第１の制御パルス入力端子
１５・・・第２の制御パルス入力端子
１６・・・電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１７・・・スイッチ
１８・・・正電圧源
１９・・・第１の抵抗器
２０・・・第２の抵抗器（半固定抵抗器）
２１・・・負電圧源
２２・・・キャパシタ
３１・・・制御パルス入力端子
３２・・・第３の抵抗器
３３・・・第４の抵抗器（半固定抵抗器）
４１・・・サ−ミスタ
５１・・・微分加算回路
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、パルス電力増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、高周波パルスを反射体に向けて出射し、反射体から反射された高周波パルスを受信することにより、反射体を認識するものである。このレーダ装置において、高周波パルスは、パルス電力増幅器を用いて生成される。
【０００３】
パルス電力増幅器は、一定の振幅の高周波の電力を増幅させるとともに、この振幅が一定の高周波を一定の周期で断続させることにより高周波パルスを生成するものである。一般に、パルス電力増幅器は、例えば電界効果トランジスタ等によって構成される増幅回路を含んでいる。また、増幅回路のドレイン端子には正電圧源、ゲート端子には負電圧源がそれぞれ接続されている。さらに、増幅回路のドレイン端子と正電圧源との間、または増幅回路のゲート端子と負電圧源との間には、スイッチが挿入されている。
【０００４】
このようなパルス電力増幅器は、増幅回路のドレイン端子に正バイアス電圧、ゲート端子に負バイアス電圧がそれぞれ印加された場合に高周波を増幅させることが可能な状態となるものである。従って、スイッチの動作を制御する制御パルスを上述のスイッチに入力して適宜ＯＮ／ＯＦＦし、増幅回路に印加されるバイアス電圧を制御することにより、高周波パルスを生成して出力することができる。
【０００５】
このようなパルス電力増幅器において、増幅回路内の例えば電界効果トランジスタは、増幅動作の際にトランジスタのチャネル温度が熱時定数にしたがって変動するため、生成されるパルス内において電力強度および位相が変動する問題がある。
【０００６】
高周波パルス内において電力強度および位相が変動すると、この高周波パルスが反射体に反射され、レーダ装置に到達する反射パルスの信号対雑音比は劣化する。従って、レーダ装置による反射体の認識が困難になる。
【０００７】
そこで、従来のパルス電力増幅器は、トランジスタおよびオペアンプ回路等により構成され、熱時定数にほぼ一致する時定数の微分波形を出力する微分回路をさらに備えており、この微分回路から出力される微分波形を、正バイアス電圧または負バイアス電圧とともに増幅器に印加させている。そして、微分波形を出力する微分回路は、トランジスタおよびオペアンプ回路を含んでいる。この従来のパルス電力増幅器によれば、熱による電力強度および位相の変動を相殺し、パルス内の電力強度および位相が一定のパルスを出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願平８−１１６２１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来のパルス電力増幅器に備えられる微分回路のトランジスタおよびオペアンプ回路は、高コストにも関わらず信頼性に乏しく、さらに大型である問題がある。従って、従来のパルス電力増幅器は、高コストにも関わらず信頼性に乏しく、かつ大型である問題がある。
【００１０】
本発明は、この問題に鑑みてなされたものであり、低コストで信頼性が高く、かつ、小型化が可能なパルス電力増幅器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態に係るパルス電力増幅器は、ドレイン端子、ゲート端子および接地されたソース端子を有する増幅器と、この増幅器の前記ドレイン端子に一端が接続され、第１の制御パルスに従って動作が制御されるスイッチと、このスイッチの他端に接続された正電圧源と、負電圧源から出力される電圧、および前記第１の制御パルスに同期した第２の制御パルスが入力されるとともに、この第２の制御パルスを記増幅器の熱時定数に一致する時定数で微分し、この微分された波形と前記負電圧源から出力される電圧とを加算した微分波形を前記増幅器の前記ゲート端子に出力する、抵抗器およびキャパシタによって構成された微分加算回路と、を具備し、前記ゲート端子と前記微分加算回路との間から入力された高周波を、前記スイッチの動作に対応した高周波パルスに変換して、前記ドレイン端子と前記スイッチの一端との間から出力することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【図２】図１のパルス電力増幅器の動作を説明するための図であって、同図（ａ）は制御パルス入力端子に入力されるパルス波形、同図（ｂ）は、増幅器に印加される負バイアス電圧波形、同図（ｃ）は増幅器に一定の負バイアス電圧のみが印加された場合に増幅器から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動、同図（ｄ）は微分波形のみが負バイアス電圧として増幅器に印加された場合に増幅器から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動、同図（ｅ）は、本実施形態に係るパルス電力増幅器から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動をそれぞれ示す。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本実施形態に係るパルス電力増幅器を示す。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図１に示すように、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、増幅機能を有する半導体素子からなる増幅器１１を内部に有している。また、電力強度が一定の高周波をパルス電力増幅器に入力するための入力端子１２、高周波パルスをパルス電力増幅器から出力させるための出力端子１３、およびパルス電力増幅器の動作を制御する制御パルスを入力するための第１、第２の制御パルス入力端子１４、１５を有している。
【００１５】
増幅器１１は、例えば複数の電界効果トランジスタ１６（以下、ＦＥＴ１６と称す）が並列に接続された初段分布形増幅器である。この増幅器１１は、入力反射損のゲ−ト電圧依存性が小さい増幅器である。従って、パルス内での入力反射損の変動を小さくすることができ、本実施形態に係るパルス電力増幅器に好適な増幅器である。
【００１６】
増幅器１１のソース端子Ｓは接地されている。そして、増幅器１１のドレイン端子Ｄには、スイッチ１７の一端が接続されている。このスイッチ１７は、例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる。このスイッチ１７の他端には、一端が接地された正電圧源１８の他端が接続されている。この正電圧源１８は、増幅器１１が増幅動作するために必要な正バイアス電圧を増幅器１１のドレイン端子Ｄに供給するための電圧源である。また、スイッチ１７は、制御端子（スイッチ１７がＦＥＴの場合はこのＦＥＴのゲート端子）を有している。
【００１７】
なお、上述の出力端子１３は、増幅器１１のドレイン端子Ｄとスイッチ１７の一端との間に接続されている。また、上述の第１の制御パルス入力端子１４は、スイッチ１７の制御端子に接続されている。なお、第１の制御パルス入力端子１４は、スイッチ１７の動作を制御するための制御パルスである第１の制御パルスＰ１が入力される端子である。この第１の制御パルスＰ１は、図示しないパルス生成装置によって生成されたものであればよく、パルス生成装置は、如何なる装置であってもよい。
【００１８】
一方、増幅器１１のゲート端子Ｇには、第１の抵抗器１９の一端および第２の抵抗器２０の一端が、共通に接続されている。このうち、第１の抵抗器１９の他端には、一端が接地された負電圧源２０の他端が接続されている。この負電圧源２０は、増幅器１１が増幅動作するために必要な負バイアス電圧を増幅器１１のゲート端子Ｇに供給するための電圧源である。
【００１９】
また、第２の抵抗器２０の他端は接地されている。この第２の抵抗器２０は、所望の抵抗に可変可能な半固定抵抗器である。
【００２０】
なお、上述の入力端子１２は、増幅器１１のゲート端子Ｇと第１、第２の抵抗器１９、２０の一端との間に接続されている。
【００２１】
さらに、増幅器１１のゲート端子Ｇには、キャパシタ２２の一端が接続されている。そして、このキャパシタ２２の他端は、上述の第２の制御パルス入力端子１５に接続されている。この第２の制御パルス入力端子１５は、増幅器１１による増幅動作を制御するための制御パルスである第２の制御パルスＰ２が入力される端子である。この第２の制御パルスＰ２も、第１の制御パルスＰ１と同様に、図示しないパルス生成装置によって生成されたものであればよく、パルス生成装置は、如何なる装置であってもよい。しかし、第１の制御パルスＰ１と第２の制御パルスＰ２とは、異なるパルス生成装置によって生成される。
【００２２】
第１、第２の抵抗器１９、２０およびキャパシタ２２は、第２の制御パルスＰ２を微分するとともに、この第２の制御パルスＰ２が微分された波形と負電圧源２０からの出力電圧とを加算した微分波形Ｐ３を出力する微分加算回路として機能する。この微分加算回路は、この回路から出力される微分波形Ｐ３の時定数が、増幅器１１の熱時定数に一致するように設定された回路である。なお、微分加算回路から出力される微分波形Ｐ３の時定数は、第１、第２の抵抗器１９、２０の合成抵抗値、およびキャパシタ２２の容量値の積によって決定される。上述の第２の抵抗器２０として、半固定抵抗器を用いている理由は、微分波形Ｐ３の時定数を、増幅器１１の熱時定数に精度よく一致させるための微調整を行うためである。
【００２３】
次に、図１に示すパルス電力増幅器の動作について、図２を参照して説明する。図２は、第１の実施形態に係るパルス電力増幅器の動作を説明するための図である。同図（ａ）は第１、第２の制御パルス入力端子１４、１５に入力される第１、第２の制御パルスＰ１、Ｐ２を示す。同図（ｂ）は、増幅器１１のゲート端子Ｇに印加される負バイアス電圧波形を示す。同図（ｃ）は、増幅器１１に一定の負バイアス電圧のみが印加された場合に、出力端子１３から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動を示す。同図（ｄ）は、増幅器１１に微分波形Ｐ３のみが負バイアス電圧として印加された場合に、出力端子１３から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動を示す。そして同図（ｅ）は、本実施形態に係るパルス電力増幅器の出力端子１３から出力されるパルス内の電力強度変動および位相変動を示す。
【００２４】
まず、増幅器１１のドレイン端子Ｄにはスイッチ１７を介して正電圧源１８を接続し、増幅器１１のゲート端子Ｇには第１の抵抗器１９を介して負電圧源２１を接続しておく。正電圧源１７および負電圧源２１の電圧は、これらが増幅器１１にバイアス電圧として印加された際に、入力端子１２から入力された高周波が増幅器１１の未飽和領域で増幅される程度の電圧である。
【００２５】
このとき、第１の制御パルス入力端子１４からは第１の制御パルスＰ１が入力されていないため、スイッチ１７は開いた状態である。従って、増幅器１１のドレイン端子Ｄには正バイアス電圧は印加されておらず、増幅器１１のゲート端子Ｇに負バイアス電圧のみが印加されている。この状態で、入力端子１２に、振幅が一定、すなわち、電力強度が一定の高周波を入力する。
【００２６】
この後、第１の制御パルス入力端子１４から図２（ａ）に示す第１の制御パルスＰ１を、第２の制御パルス入力端子１５から図２（ａ）に示す第２の制御パルスＰ２を、パルス電力増幅器が所望の動作を行うように互いに同期させて入力する。第１の制御パルス入力端子１４から第１の制御パルスＰ１が入力されると、このパルスＰ１のパルス幅の時間だけスイッチ１７が閉じる。スイッチ１７として、例えばＦＥＴを適用した場合、例えば数Ｖ程度の電位差を有する制御パルスを入力すると、第１の制御パルスＰ１のパルス幅の時間だけＦＥＴのドレイン・ソース間が導通する。これにより、第１の制御パルスＰ１のパルス幅の時間だけ増幅器１１のドレイン端子Ｄには正バイアス電圧が印加され、高周波を増幅可能な状態となる。従って、出力端子１３からは、高周波パルスが出力される。
【００２７】
一方で、第２の制御パルス入力端子１５から第２の制御パルスＰ２が入力されると、このパルスＰ２はキャパシタ２２に送られ、キャパシタ２２によって微分される。微分された波形の時定数は、増幅器１１の熱時定数に一致するように定められているため、キャパシタ２２からは、増幅器１１の熱時定数に一致する時定数の微分された波形が出力される。この微分された波形は、負電圧源２１によって定められる負バイアス電圧に重畳された後、微分波形Ｐ３として増幅器１１のゲート端子Ｇに印加される。従って、増幅器１１のゲート端子Ｇには、図２（ｂ）に示される負バイアス電圧が印加される。
【００２８】
なお、増幅器１１としてＦＥＴ１６が用いられている場合には、第１の制御パルスＰ１の電位差よりも小さい電位差、例えば数ｍＶ程度の電位差を有する第２の制御パルスＰ２がキャパシタ２２に送られる。これは、第２の制御パルスＰ２に基づく微分波形Ｐ３が増幅器１１のゲート端子Ｇに印加された際に、ＦＥＴ１６をスイッチ動作させず、増幅動作させるためである。
【００２９】
ここで、出力端子１３から出力される高周波パルスのパルス内の電力強度変動および位相変動について詳述する。増幅器１１に一定の正バイアス電圧、および一定の負バイアス電圧が印加された状態において高周波を入力すると、増幅器１１を構成する例えばＦＥＴのチャンネル温度が上昇する。これにより、出力される高周波パルス内の電力強度は、図２（ｃ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって小さくなる。さらに、高周波パルス内の位相は、図２（ｃ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって負方向に変動する。
【００３０】
一方で、増幅器１１に一定の正バイアス電圧、および負バイアス電圧として微分波形Ｐ３が印加された状態において高周波を入力すると、出力される高周波パルス内の電力強度は、図２（ｄ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって大きくなる。さらに、高周波パルス内の位相は、図２（ｄ）に示すように、パルスの立ち上がりから立ち下がりにかけて、ＦＥＴの熱時定数にしたがって正方向に変動する。すなわち、高周波パルス内の電力強度および位相は、図２（ｃ）に示される電力強度変動および位相変動を打ち消す方向に変動する。
【００３１】
従って、増幅器１１のドレイン端子Ｄに一定の正バイアス電圧が印加されるとともに、増幅器１１のゲート端子Ｇに、負電圧源２１によって定められた負バイアス電圧と第２の制御パルスＰ２が微分された波形とが加算された微分波形Ｐ３が印加されると、図２（ｅ）に示すように、ＦＥＴ１６のチャネル温度の上昇に起因する電力強度および位相の変動が抑圧された高周波パルスが、出力端子１３から出力される。
【００３２】
実際に本願発明者等が、８個のＦＥＴ１６を並列に接続した増幅器１１を適用した本実施形態に係るパルス電力増幅器を用い、このパルス電力増幅器から出力される高周波パルスのパルス内の電力強度変動および位相変動を測定したところ、パルス内の電力強度変動量は室温（２５℃）で０．３ｄＢ程度、位相変動量は、室温で２〜３ｄｅｇ程度であることが確認された。これに対して、同様の増幅器１１を適用するが、微分加算回路を有さないパルス電力増幅器から出力される高周波パルスのパルス内の電力強度変動量は室温で３ｄＢ程度、位相変動量は、室温で３０ｄｅｇ程度あった。すなわち、本実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、高周波パルスの電力強度変動および位相変動が大幅に低減されることが確認された。
【００３３】
以上に説明したように、本実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、出力端子１３から出力される高周波パルスの電力強度および位相の変動を抑圧するために用いられる微分加算回路は、２個の抵抗器（第１、第２の抵抗器１９、２０）およびキャパシタ２２のみによって構成される。これらの受動素子は、トランジスタおよびオペアンプ回路と比較して、低コストで信頼性に優れており、さらに小型である。従って、本実施形態に係るパルス電力装置は、従来のパルス電力増幅器と比較して、低コストで信頼性を向上させ、かつ、小型化させることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図３に示すように、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、第１の実施形態に係るパルス電力増幅器と比較して、制御パルス入力端子３１が一つのみである点が異なっている。
【００３５】
すなわち、キャパシタ２２の他端には、第３の抵抗器３２の一端および第４の抵抗器３３の一端が、共通に接続されている。このうち、第３の抵抗器３２の他端は、制御パルス入力端子３１に接続されている。なお、この制御パルス入力端子３１は、スイッチ１７の制御端子にも接続されている。
【００３６】
また、第４の抵抗器３３の他端は接地されている。この第４の抵抗器３３は、所望の抵抗に可変可能な半固定抵抗器である。なお、この第４の抵抗器３３は、第１の抵抗器１９と第２の抵抗器２０との合成抵抗値より１／１０以下となる様に小さく設定されている。これは、第４の抵抗器３３の抵抗値が大きい場合、第１の抵抗器１９および第２の抵抗器２０を含む微分加算回路から出力される微分波形Ｐ３の時定数に影響を及ぼすためである。
【００３７】
このようなパルス電力増幅器において、スイッチ１７を制御するための第１の制御パルスＰ１、および微分波形Ｐ３を生成するための第２の制御パルスＰ２は、制御パルス入力端子３１に入力される制御パルスＰ４から生成される。
【００３８】
すなわち、制御パルス入力端子３１に制御パルスＰ４が入力されると、制御パルスＰ４は分岐され、分岐された一方の制御パルスが第１の制御パルスＰ１として、スイッチ１７の制御端子に送られる。一方、分岐された他方の制御パルスが第３の抵抗器３２に送られると、この第３の抵抗器３２によって制御パルスの電位差が小さくなり、これが第２の制御パルスＰ２としてキャパシタ２２に入力される。なお、第１の制御パルスＰ１と第２の制御パルスＰ２との同期は、制御パルス入力端子３１からスイッチ１７の制御端子までの距離と、制御パルス入力端子３１からキャパシタ２２の他端までの距離とを調節すればよい。
【００３９】
このように、第１の制御パルスＰ１および第２の制御パルスＰ２は、制御パルスＰ４にから生成されるものであるが、この第４の制御パルスＰ４は、図示しないパルス生成装置によって生成されたものであればよく、パルス生成装置は、如何なる装置であってもよい。
【００４０】
以上に示す第２の実施形態に係るパルス電力増幅器であっても、第１の実施形態に係るパルス電力増幅装置と同様に、微分加算回路は、２個の抵抗器（第１、第２の抵抗器１９、２０）およびキャパシタ２２のみによって構成される。従って、従来のパルス電力増幅器と比較して、低コストで信頼性を向上させ、かつ、小型化させることができる。
【００４１】
また、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、第４の制御パルスＰ４を分岐することによって、第１の制御パルスＰ１および第２の制御パルスＰ２を生成するため、単一のパルス生成装置を用いればよい。従って、第１の実施形態に係るパルス電力増幅装置と比較して、より低コストで信頼性を向上させ、かつ、小型化させることができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図４に示すように、本実施形態に係るパルス電力増幅器は、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器と比較して、制御パルス入力端子３１と第３の抵抗器３２の他端との間に、サーミスタ４１が接続されている点が異なっている。なお、サーミスタ４１は、低温では抵抗値が高くなり、高温では抵抗値が小さくなる特性を有する素子である。
【００４３】
ここで、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を、常温（２５℃）よりも低温の環境下で適用する場合、増幅器１１のチャネル温度の上昇度は小さいため、出力される高周波パルスの電力強度変動量および位相変動量は小さくなる。従って、この変動量を補償する微分波形Ｐ３を生成するための第２の制御パルスＰ２の電位差も、常温の場合より小さくしなければならない。一方で、サーミスタ４１は、低温では抵抗値が高くなるため、第４の制御パルスＰ４からサーミスタ４１を介して生成される第２の制御パルスＰ２の電位差は、常温よりも低温の場合には小さくなる。従って、低温の環境下であっても常温の環境下で使用する場合と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑制することができる。
【００４４】
また、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を、常温よりも高温の環境下で適用する場合、増幅器１１のチャネル温度の上昇度は大きいため、出力される高周波パルスの電力強度変動量および位相変動量も大きくなる。従って、この変動量を補償する微分波形Ｐ３を生成するための第２の制御パルスＰ２の電位差も、常温の場合より大きくしなければならない。一方で、サーミスタ４１は、高温では抵抗値が低くなるため、第４の制御パルスＰ４からサーミスタ４１を介して生成される第２の制御パルスＰ２の電位差は、常温よりも高温の場合には大きくなる。従って、高温の環境下であっても常温の環境下で使用する場合と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑制することができる。
【００４５】
すなわち、第３の実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、適用される環境の温度が変化しても、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑圧することができる。
【００４６】
実際に本願発明者等が、第１の実施形態において説明した場合と同一の増幅器１１を有する第３の実施形態に係るパルス電力増幅器を用いて高周波パルスのパルス内の電力強度変動量および位相変動量を、環境の温度を−４０℃〜＋８５℃まで変化させて測定したところ、−４０℃〜＋８５℃の範囲において、パルス内の電力強度変動量は０．５ｄＢ程度であり、パルス内の位相変動量は４ｄｅｇ程度であった。これに対して、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器を用いて同様に測定したところ、高周波パルスのパルス内の電力強度変動量は０．９ｄＢ程度、位相変動量は１０ｄｅｇ程度であった。すなわち、本実施形態に係るパルス電力増幅器によれば、適用される環境の温度が変化しても、第２の実施形態に係るパルス電力増幅器と同程度に、高周波パルスの電力強度変動および位相変動を抑圧することができることが確認された。
【００４７】
以上に、本実施形態に係るパルス電力増幅器について説明した。しかし、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
【００４８】
例えば、上述した各実施形態に係るパルス電力増幅器において、微分加算回路は、２個の抵抗器（第１、第２の抵抗器１９、２０）およびキャパシタ２２のみによって構成された。しかし、このように微分加算回路は、抵抗器とキャパシタとによって構成されれば、低コストで信頼性が高く、かつ、小型化が可能なパルス電力増幅器を実現することができる。図５は、本発明の他の実施形態に係るパルス電力増幅器を示す回路図である。図５に示すように、微分加算回路５１は、上述した各実施形態に係るパルス電力増幅器に適用された微分加算回路と同等の機能を有するように、抵抗器とキャパシタとを用いて構成されればよく、微分加算回路５１の具体的な構成は限定されない。
【００４９】
また、増幅器１１は、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ等のＦＥＴ以外の増幅機能を有する半導体素子を使用したものであってもよい。さらに、増幅器１１に使用される半導体素子の数も限定されない。
【００５０】
また、スイッチ１７も同様に、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ等のＦＥＴ以外のスイッチ機能を有する半導体素子を使用したものであってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１１・・・増幅器
１２・・・入力端子
１３・・・出力端子
１４・・・第１の制御パルス入力端子
１５・・・第２の制御パルス入力端子
１６・・・電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
１７・・・スイッチ
１８・・・正電圧源
１９・・・第１の抵抗器
２０・・・第２の抵抗器（半固定抵抗器）
２１・・・負電圧源
２２・・・キャパシタ
３１・・・制御パルス入力端子
３２・・・第３の抵抗器
３３・・・第４の抵抗器（半固定抵抗器）
４１・・・サ−ミスタ
５１・・・微分加算回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレイン端子、ゲート端子および接地されたソース端子を有する増幅器と、
この増幅器の前記ドレイン端子に一端が接続され、第１の制御パルスに従って動作が制御されるスイッチと、
このスイッチの他端に接続された正電圧源と、
負電圧源から出力される電圧、および前記第１の制御パルスに同期した第２の制御パルスが入力されるとともに、この第２の制御パルスを記増幅器の熱時定数に一致する時定数で微分し、この微分された波形と前記負電圧源から出力される電圧とを加算した微分波形を前記増幅器の前記ゲート端子に出力する、抵抗器およびキャパシタによって構成された微分加算回路と、
を具備し、
前記ゲート端子と前記微分加算回路との間から入力された高周波を、前記スイッチの動作に対応した高周波パルスに変換して、前記ドレイン端子と前記スイッチの一端との間から出力することを特徴とするパルス電力増幅器。
【請求項２】
前記微分加算回路は、一端が前記増幅器の前記ゲート端子に接続されるとともに、他端が前記負電圧源に接続された第１の抵抗と、
一端が前記増幅器の前記ゲート端子に接続されるとともに、他端が接地された第２の抵抗と、
一端が前記増幅器の前記ゲート端子に接続されるとともに、他端から前記第２の制御パルスが入力されるキャパシタと、
を具備し、
前記第１の抵抗の抵抗値、前記第２の抵抗の抵抗値、および前記キャパシタの容量値は、これらの値によって定められる前記微分波形の時定数を、前記増幅器の熱時定数に一致させる値であることを特徴とする請求項１に記載のパルス電力増幅器。
【請求項３】
一端が前記キャパシタの一端に接続された第３の抵抗と、
一端が前記キャパシタの一端に接続されるとともに、他端が接地された第４の抵抗と、
をさらに具備し、
前記第１の制御パルスは、前記第３の抵抗の他端と前記スイッチの制御端子とに共通に接続された制御パルス入力端子から入力された制御パルスであり、
前記第２の制御パルスは、前記第３の抵抗により前記制御パルスの電圧が降下した制御パルスであることを特徴とする請求項２に記載のパルス電力増幅器。
【請求項４】
前記第３の抵抗の他端と前記制御パルス入力端子との間に、サーミスタが接続されたことを特徴とする請求項３に記載のパルス電力増幅器。
【請求項５】
前記増幅器は、増幅機能を有する複数の半導体素子が並列に接続された初段分布形増幅器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス電力増幅器。
【請求項６】
前記半導体素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項５に記載のパルス電力増幅器。
【請求項１】
ドレイン端子、ゲート端子および接地されたソース端子を有する増幅器と、
この増幅器の前記ドレイン端子に一端が接続され、第１の制御パルスに従って動作が制御されるスイッチと、
このスイッチの他端に接続された正電圧源と、
負電圧源から出力される電圧、および前記第１の制御パルスに同期した第２の制御パルスが入力されるとともに、この第２の制御パルスを記増幅器の熱時定数に一致する時定数で微分し、この微分された波形と前記負電圧源から出力される電圧とを加算した微分波形を前記増幅器の前記ゲート端子に出力する、抵抗器およびキャパシタによって構成された微分加算回路と、
を具備し、
前記ゲート端子と前記微分加算回路との間から入力された高周波を、前記スイッチの動作に対応した高周波パルスに変換して、前記ドレイン端子と前記スイッチの一端との間から出力することを特徴とするパルス電力増幅器。
【請求項２】
前記微分加算回路は、一端が前記増幅器の前記ゲート端子に接続されるとともに、他端が前記負電圧源に接続された第１の抵抗と、
一端が前記増幅器の前記ゲート端子に接続されるとともに、他端が接地された第２の抵抗と、
一端が前記増幅器の前記ゲート端子に接続されるとともに、他端から前記第２の制御パルスが入力されるキャパシタと、
を具備し、
前記第１の抵抗の抵抗値、前記第２の抵抗の抵抗値、および前記キャパシタの容量値は、これらの値によって定められる前記微分波形の時定数を、前記増幅器の熱時定数に一致させる値であることを特徴とする請求項１に記載のパルス電力増幅器。
【請求項３】
一端が前記キャパシタの一端に接続された第３の抵抗と、
一端が前記キャパシタの一端に接続されるとともに、他端が接地された第４の抵抗と、
をさらに具備し、
前記第１の制御パルスは、前記第３の抵抗の他端と前記スイッチの制御端子とに共通に接続された制御パルス入力端子から入力された制御パルスであり、
前記第２の制御パルスは、前記第３の抵抗により前記制御パルスの電圧が降下した制御パルスであることを特徴とする請求項２に記載のパルス電力増幅器。
【請求項４】
前記第３の抵抗の他端と前記制御パルス入力端子との間に、サーミスタが接続されたことを特徴とする請求項３に記載のパルス電力増幅器。
【請求項５】
前記増幅器は、増幅機能を有する複数の半導体素子が並列に接続された初段分布形増幅器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス電力増幅器。
【請求項６】
前記半導体素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項５に記載のパルス電力増幅器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５４４３８（Ｐ２０１１−２５４４３８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８９５３（Ｐ２０１０−１２８９５３）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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