人工衛星に搭載されるマイクロ波機器用の電子装置

专利摘要:
本発明は、マイクロ波チェーンの伝導妨害感受性に関する仕様の堅持及び改善に対する解決策から成る。 それは十分な伝導妨害感受性の性能を示さない構成要素（ＣＲＦ１、ＣＲＦ２）同士の間に、単に１つ以上の１８０°移相器（ＰＨＩ）を追加することにより、衛星内へ組み込まれるような、マイクロ波装置のマイクロ波チェーン内で搬送される、変調ノイズ信号（ＰＡＲ４）の大幅な減衰を可能にする主な利点を有する。 本発明は従って、一般的に電源内に組み込まれる、ノイズ信号の減衰の任務を担う一定の要素、及び現代の全てのマイクロ波機器内にある、その他のＤＣ／ＤＣ変換器（ＳＵＰＰ１）を取り去ることを可能にする。
公开号:JP2011514061A
申请号:JP2010547971
申请日:2008-12-16
公开日:2011-04-28
发明作者:イベール、クリストフ；デバージ、セシル
申请人:テールズ；
IPC主号:H03F1-26

专利说明:

[0001] 本発明は特に人工衛星に搭載される機器用の、マイクロ波チェーンの伝導妨害感受性に関する仕様の堅持及び改善に対する解決策から成る。]
背景技術

[0002] 実際、現在のマイクロ波機器において、一般的に１０Ｈｚ〜１０ＭＨｚの間にある周波数のノイズ信号は、直流電圧変換器の主要バスにより系統的に生成され、マイクロ波回路の電源電圧において見出される。約１ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの通常のマイクロ波周波数に対して低い周波数である、これらのノイズ信号はフィルタリングすることが困難であり、マイクロ波構成要素の出力において伝送される。]
[0003] ノイズ信号はこうしてマイクロ波信号により搬送され、妨害を生じ得る。]
[0004] 伝導妨害感受性は、ノイズ信号に関する構成要素の反応の測定を可能にする。ノイズ信号の減衰は、従ってｄＢｃで測定されるであろう。伝導妨害感受性が高くなる程、ノイズ信号の減衰は大きくなり、それゆえマイクロ波回路における情報伝送がより良好になる。従って伝導妨害感受性は、一般にマイクロ波機器を設計する際に必要とされる仕様の主題である。この必要とされる伝導妨害感受性は、一般にノイズ信号の周波数に依存する。周波数が高い程、伝導妨害感受性は高くなければならない。例えば、１０ＭＨｚにおけるノイズ信号に対して、−５５ｄＢｃの妨害感受性が必要とされ得る。伝導妨害感受性がゼロに近い程、ノイズ信号により示される出力は高くなる。]
[0005] 現在、ノイズ信号の減衰は、全てのマイクロ波機器に対して存在する、主としてＤＣ／ＤＣ変換器、直流電圧変換器のレベルの、補完構成要素を付加することにより行われる。実際、ノイズ信号はそのチョッピング周波数のために、直流電源又はＤＣ／ＤＣ変換器によって本質的に生成される。分極ネットワークは、これらのノイズ信号の減衰を可能にし得る。]
[0006] 今日、衛星に搭載されるマイクロ波機器を改善するための好都合な路線は、ＤＣ／ＤＣ変換器の体積を低減し、それらを軽量化することにある。従って解決策の１つはノイズ信号の減衰を可能にする一定の要素を削除することである。]
発明が解決しようとする課題

[0007] しかしながら、最先端技術において、マイクロ波回路レベルにおけるノイズ信号の存在させないことを可能にする、如何なる代替手段も存在しない。これが本発明の出願の主題である。本発明は実際、マイクロ波電子装置の入力に存在する変調されたノイズ信号の減衰を行う、前記装置から成り、前記変調されたノイズ信号はＤＣ／ＤＣ変換器によってマイクロ波回路に伝送され、それらの周波数帯域は前記ＤＣ／ＤＣ変換器のチョッピング周波数に関係するため知られている。本発明は機器全体のＤＣ／ＤＣ変換器あるいは電源のレベルにおいて、ノイズ信号の減衰のために設けられている構成要素の存在を取り去ることを可能にする。ＤＣ／ＤＣ変換器は今日、衛星に搭載されるマイクロ波機器の体積の約４５〜５０％を示し、一方でマイクロ波チェーン全体は約２０％を示し、体積に関して期待される節約は非常に大きい。]
課題を解決するための手段

[0008] このため本発明の主題は、衛星に搭載されるためのマイクロ波機器用の電子装置であって、前記マイクロ波機器が：
・直流電源電圧及び変調されたノイズ信号を供給するＤＣ／ＤＣ変換器と、
・高い周波数でマイクロ波入力信号を伝播し、少なくとも２つのマイクロ波電子構成要素：
マイクロ波入力信号を供給されるマイクロ波入力、及び電源により電圧を供給される少なくとも１つの第１電源入力を提示し、出力として中間マイクロ波信号を供給する、第１の構成要素と、
中間マイクロ波信号を供給されるマイクロ波入力、及び少なくとも１つの第２電源入力を提示し、出力マイクロ波信号を供給する、第２の構成要素と
を含むマイクロ波チェーンと
を備え、
前記変調されたノイズ信号が、第１のマイクロ波電子構成要素の出力として、中間マイクロ波信号により少なくとも部分的に搬送され、
装置が第１のマイクロ波電子構成要素の第１の電源入力と、第２のマイクロ波電子構成要素の第２の電源入力との間に位置し、電源電圧及び変調されたノイズ信号に適用される移相器をさらに備え、前記移相器がそのような前記マイクロ波チェーンの部分を形成せず、変調されたノイズ信号の１８０°の移相を可能にし、電源電圧及び１８０°移相された変調ノイズ信号が、第２の電源入力を通じて第２のマイクロ波電子構成要素に供給され、マイクロ波出力信号により搬送された変調ノイズ信号が、それにより前記マイクロ波出力信号内で、変調ノイズ信号と１８０°移相された変調ノイズ信号の合計のために減衰されることを特徴とする。]
[0009] 一般に、変調されたノイズ信号は、マイクロ波チェーンのマイクロ波入力信号周波数よりも典型的には１０倍から１０００万倍低い、低周波を示す。]
[0010] 有利なことに、マイクロ波チェーンは増幅器、減衰器、電圧制御可能な減衰器（又は電圧利得減衰器（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇａｉｎ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を表わすＶＧＡ）のタイプのマイクロ波電子構成要素を備える。]
[0011] 有利なことに、本発明による装置は、一連のマイクロ波電子構成要素と、変調されたノイズ信号に最も敏感な各マイクロ波電子構成要素の手前で、電源電圧により導入されマイクロ波信号により搬送された、変調ノイズ信号の１８０°移相を可能にする、一連の移相器とを備えることができる。]
[0012] 衛星に搭載される機器は、本発明によるマイクロ波電子装置を備え得ることが有利である。]
[0013] 本発明のその他の特徴及び利点は、添付図に関連して与えられる以下の記述を用いて明らかになるであろう。]
図面の簡単な説明

[0014] 現代のマイクロ波電子装置の基本線図である。
様々なマイクロ波回路を通るノイズ信号を合計する原理の単純化された表現である。
２つのマイクロ波回路の間でノイズ信号同士を１８０°移相させることにある、本発明の原理の単純化された線図である。
本発明において用いられる１８０°の移相器を作ることを可能にする、例示的な電子回路の線図である。
本発明の実施の範囲内における、２つのＶＧＡ（電圧利得減衰器（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｇａｉｎ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）の頭字語）と、減衰器を備えたマイクロ波電子構成要素とを含む、任意のマイクロ波電子装置に適用される測定装置の線図である。
図５ａの回路に対してオシロスコープにより測定された電圧のチャートである。
本発明の実施の枠組内における、図５ａと同じ回路に基づき、２つのＶＧＡの間に置かれた移相器を備える、本発明によるマイクロ波電子装置に適用される測定装置の図である。
図５ｂの回路に対してオシロスコープにより測定された電圧のチャートである。] 図５ａ 図５ｂ
実施例

[0015] 図１はマイクロ波機器の出力における、ノイズのレベルとしての伝導妨害感受性の定義を例示する。ここで概略的に表わされているマイクロ波電子装置において、線電流は変調されたノイズ信号ＰＡＲ１を搬送する。第１の回路は、その役割が例えば１００Ｖである直流電圧を供給することである、ＤＣ／ＤＣ変換器ＳＵＰＰ１を備える。変調されたノイズ信号はＤＣ／ＤＣ変換器ＳＵＰＰ１により減衰され得る。それはＤＣ／ＤＣ変換器ＳＵＰＰ１のチョッピング周波数に関連した、その周波数帯域が知られ得る変調されたノイズ信号ＰＡＲ２となる。第２の回路において、別の第２変換器ＳＵＰＰ２が、マイクロ波チェーンＨＹＰＥＲに、それを構成するマイクロ波電子構成要素の動作に必要な直流電圧を供給する。変調されたノイズ信号ＰＡＲ２は、第２の変換器ＳＵＰＰ２によって減衰され得る。それは従ってマイクロ波チェーンＨＹＰＥＲのマイクロ波電子構成要素に到着する、変調されたノイズ信号ＰＡＲ３である。さらに、振幅変調スペクトル線ＲＦ１により表わされるマイクロ波信号は、入力ＩＮを通じてマイクロ波チェーンＨＹＰＥＲに到着する。出力ＯＵＴにおいて、マイクロ波チェーンＨＹＰＥＲは振幅変調スペクトル線ＲＦ２により表わされるマイクロ波信号を供給する。しかしながら、出力ＯＵＴにおいても見出されるのは、マイクロ波チェーンＨＹＰＥＲから、出力においてマイクロ波信号により搬送される、変調されたノイズ信号ＰＡＲ３に対応するノイズの振幅変調スペクトル線ＰＳである。スペクトル線ＲＦ２とスペクトル線ＰＳの間の差は、伝導妨害感受性に対応する。スペクトル線ＰＳがスペクトル線ＲＦ２に対して小さい程、伝導妨害感受性の性能は良好であり、マイクロ波出力信号の質は高くなる。] 図１
[0016] これまで、ＤＣ／ＤＣ変換器ＳＵＰＰ１は、変調されたノイズ信号の必要な減衰の核心を確実にした。それは第２の変換器ＳＵＰＰ２によって、その点では助けられた。今日、特に衛星に搭載されるマイクロ波電子機器の体積を低減し、軽量化することへの配慮から、ＳＵＰＰ１のようなＤＣ／ＤＣ変換器を単純化することが求められている。この単純化は変調されたノイズ信号の減衰の低下をもたらす。従って、軽量化されたＤＣ／ＤＣ変換器ＳＵＰＰ１は、変調されたノイズ信号ＰＡＲ１を十分に減衰せず、従ってマイクロ波チェーンＨＹＰＥＲに到着する、変調されたノイズ信号ＰＡＲ３は高い出力を示し、それ故マイクロ波チェーンＨＹＰＥＲによるマイクロ波信号出力は妨害される。]
[0017] 図２の線図は、変調されたノイズ信号に関連する別の困難さの把握を可能にする。実際、マイクロ波電子構成要素ＣＲＦ１及びＣＲＦ２に供給される電圧Ａには、変調されたノイズ信号ＰＡＲ４が付随する。前に説明したように、構成要素ＣＲＦ１により処理されるマイクロ波信号ＲＦ１は、ノイズ信号ＰＳ１を搬送するマイクロ波信号ＲＦ２となる。構成要素ＣＲＦ２を通った後、ノイズ信号ＰＳ２を搬送するマイクロ波信号ＲＦ３が得られる。図２に表わされるマイクロ波チェーンからの出力においてマイクロ波信号を妨害するこれらのノイズ信号ＰＳ２は、電源電圧により最初に構成要素ＣＲＦ１へ、そして次に構成要素ＣＲＦ２へ運ばれるノイズ信号の合計に対応する。それゆえ、伝導妨害感受性の性能は、マイクロ波信号が構成要素を通じて移動するにつれて低下する。図２は、ノイズ信号の振幅変調スペクトル線が合計され、これにより主要な問題が生じるが、しかしまた本発明の基本的着想の源となっている事実を示す。] 図２
[0018] 図３は、本発明において活用される中心的考えを概略的に表わす。我々は図２のマイクロ波チェーンと殆ど同じものから出発する。今回、変調信号としてのマイクロ波線上のノイズ信号は、それらの対応する振幅変調スペクトル線よりも、むしろ正弦曲線によって表わされる。図２に対するように、構成要素ＣＲＦ１の電源電圧Ａは変調されたノイズ信号ＰＡＲ４を持つ。マイクロ波信号ＨＦ０’は、チェーンの第１構成要素ＣＲＦ１のマイクロ波入力に運ばれる。この構成要素ＣＲＦ１の出力において、マイクロ波信号ＨＦ１’はノイズ信号ＰＳ１’を運ぶ。本発明は、従って変調されたノイズ信号ＰＡＲ４が構成要素ＣＲＦ１に到着した後に、しかし第２構成要素ＣＲＦ２に到着する以前に、それを１８０°移相させるために、主として移相器ＰＨＩを電力供給バス上に置くことにある。移相器ＰＨＩは機器の第２の回路に置かれ、従ってそのようなマイクロ波チェーンに属さない。第２の構成要素ＣＲＦ２の電源電圧Ａには、それゆえ１８０°移相した変調ノイズ信号ＰＡＲ４Ｄが伴う。その結果、構成要素ＣＲＦ２により出力されるマイクロ波信号ＨＦ２’において、図２を記述するときに説明したように、ノイズ信号ＰＳ２’同士の合計は、元の変調ノイズ信号ＰＡＲ４と１８０°移相された変調ノイズ信号ＰＡＲ４Ｄとの合計により、単純化されたやり方で表現される。図３に例示されるように、この合計は１８０°移相のために、変調されたノイズ信号を相殺する傾向がある。] 図２ 図３
[0019] 図４は１８０°移相器の例示的実施形態を示す。この限定されない例は、演算増幅器ＯＡ、Ｒ１が４００ｋΩ、Ｒ２及びＲ３が１０ｋΩである３つの抵抗器、及び１０ｎＦのコンデンサＣを備える。この回路に５Ｖ及び周波数１０ｋＨｚの正弦曲線の電圧ＶＡを供給することにより、Ｖ点において測定した電圧とＶｐｈｓｈｆｔ点において測定した電圧との間の、約１８０°の移相を測定することが可能である。] 図４
[0020] 次の図は、本発明の原理を実験的に検証することを可能にする試験及び結果を示す。]
[0021] 図５ａは双方共に、それらのプラスの入力において、変圧器Ｔを通過する低周波信号１ｋＨｚの発生装置の助けにより、変調されたノイズ成分ＰＡＲがそれに意図的に加えられている、＋５Ｖの直流電源５により供給され、それらのマイナスの入力において、−１Ｖの電源電圧１により供給される、２つのＶＧＡ（電圧利得減衰器）、すなわちＶＧＡ１とＶＧＡ２から成るマイクロ波チェーンからの出力における、ノイズのレベルをオシロスコープＯＳＣで測定することを可能にするモデルの図を示す。６ＧＨｚの周波数シンセサイザーはマイクロ波信号を、マイクロ波チェーンの入力及びとりわけ構成要素ＶＧＡ１の入力に供給する。] 図５ａ
[0022] マイクロ波チェーンの出力には、その役目が、オシロスコープＯＳＣを用いて、マイクロ波チェーンの出力において信号の変調成分を可視化し、様々な信号間の位相レベルを観察できるようにすることである検出器Ｄが設置されている。電圧はマイクロ波チェーンの第１構成要素ＶＧＡ１の、マイナスの電源の入力におけるＶ１点及び、第２構成要素ＶＧＡ２の後の、チェーンの出力におけるＶｆ点で測定される。オシロスコープＯＳＣにより表示された結果は図５ｂに表わされている。] 図５ｂ
[0023] 図５ｂはマイクロ波チェーンの出力での、マイクロ波の線上で測定された電圧Ｖｆにおける、変調ノイズ信号の大きな振幅を確認することを可能にする。２つの同じ構成要素を直列に持つ事実は、この振幅を４倍にすることが経験から示されている。ここでは約５４．４ｍＶであるが、一方でここでは表わされていない、２つの構成要素間のマイクロ波線上に位置する点における電圧の測定値は、約１３．８ｍＶの振幅を表わすであろう。] 図５ｂ
[0024] これらの測定値は従って、マイクロ波チェーンにより伝送され、マイクロ波装置のマイクロ波出力信号によって搬送される変調ノイズ信号の出力が高くなり得ることを示す。さらに、チェーン内にマイクロ波構成要素が多く存在する程、ノイズ信号の振幅は大きくなる。]
[0025] 図６ａは本発明を実施し、その原理の検証を可能にするモデルの線図を示す。図５ａのモデルに関しては、マイクロ波構成要素ＶＧＡ１とＶＧＡ２のマイナス入力同士の間に１８０°移相器ＰＨＩが加えられている。オシロスコープＯＳＣで測定された電圧は、移相器ＰＨＩの手前の第１構成要素ＶＧＡ１のマイナス入力における電圧Ｖ１、移相器ＰＨＩの後の第２構成要素ＶＧＡ２のマイナス入力における電圧Ｖ２、及びマイクロ波チェーンの出力における電圧Ｖｆｃである。オシロスコープＯＳＣにより表示された結果は図６ｂに表わされている。] 図５ａ 図６ａ 図６ｂ
[0026] 図６ｂにおいて、電圧Ｖ１及びＶ２は実際に１８０°移相されていることが最初に見られる。次にマイクロ波チェーンの出力において測定された変調ノイズ信号のレベル、すなわち電圧Ｖｆｃは著しく低いことが認められる。その振幅は測定不可能であり、いずれにしても無視し得る。] 図６ｂ
[0027] この結果は本発明の原理を検証する。構成要素ＶＧＡ２のマイクロ波入力に到達する、第１の構成要素ＶＧＡ１の出力におけるマイクロ波信号によって搬送されるノイズ信号と、構成要素ＶＧＡ２のマイナス入力に到達する１８０°移相されたノイズ信号ＰＡＲＤとの、第２構成要素ＶＧＡ２内における合計は、マイクロ波チェーンの出力信号における変調ノイズ信号の大幅な減少に帰着する。]
[0028] 要約すると、本発明は十分な伝導妨害感受性の性能を示さない構成要素同士の間に、単に１つ以上の１８０°移相器を追加することにより、衛星内へ組み込まれるような、マイクロ波装置のマイクロ波チェーン内で搬送される、変調ノイズ信号の大幅な減衰を可能にする主な利点を有する。それは、従って前記マイクロ波チェーンに何の要素も加えることなく、大幅にマイクロ波チェーンの伝導妨害感受性の性能を改善することを可能にし、移相器ＰＨＩは機器の第２の回路に置かれる。]
[0029] 本発明はさらに、一般的に電源内に組み込まれる、ノイズ信号の減衰の任務を担う一定の要素、及び現代の全てのマイクロ波機器内にある、その他のＤＣ／ＤＣ変換器を取り去ることを可能にする。マイクロ波機器全体にわたる重量と体積に関する節約は非常に大きく、これは人工衛星に搭載されるための機器の範囲内で、最も重要な利益を付与する。]

权利要求:

請求項1
衛星に搭載されるためのマイクロ波機器用の電子装置であって、前記マイクロ波機器が：・直流電源電圧（Ａ）及び変調されたノイズ信号（ＰＡＲ４）を供給するＤＣ／ＤＣ変換器と、・高い周波数でマイクロ波入力信号（ＨＦ０’）を伝播し、少なくとも２つのマイクロ波電子構成要素：マイクロ波入力信号（ＨＦ０’）を供給されるマイクロ波入力、及び電源により電圧を供給される少なくとも１つの第１電源入力を提示し、出力として中間マイクロ波信号（ＨＦ１’）を供給する、第１の構成要素（ＣＲＦ１）と、中間マイクロ波信号（ＨＦ１’）を供給されるマイクロ波入力、及び少なくとも１つの第２電源入力を提示し、出力マイクロ波信号（ＨＦ２’）を供給する、第２の構成要素（ＣＲＦ２）とを含むマイクロ波チェーンとを備え、前記変調されたノイズ信号（ＰＡＲ４）が、第１のマイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ１）の出力として、中間マイクロ波信号（ＨＦ１’）により少なくとも部分的に搬送され、前記装置が第１のマイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ１）の第１の電源入力と、第２のマイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ２）の第２の電源入力との間に位置し、電源電圧（Ａ）及び変調されたノイズ信号（ＰＡＲ４）に適用される移相器（ＰＨＩ）をさらに備え、前記移相器（ＰＨＩ）がそのような前記マイクロ波チェーンの部分を形成せず、変調されたノイズ信号（ＰＡＲ４）の１８０°の移相を可能にし、電源電圧（Ａ）及び１８０°移相された変調ノイズ信号（ＰＡＲ４Ｄ）が、第２の電源入力を通じて第２のマイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ２）に供給され、マイクロ波出力信号（ＨＦ２’）により搬送された変調ノイズ信号が、それにより前記マイクロ波出力信号（ＨＦ２’）内で、変調ノイズ信号（ＰＡＲ４）と１８０°移相された変調ノイズ信号（ＰＡＲ４Ｄ）の合計のために減衰されることを特徴とする装置。
請求項2
前記変調されたノイズ信号（ＰＡＲ４）が、前記マイクロ波チェーンの前記入力マイクロ波信号（ＨＦ０’）の周波数よりも、典型的には１０倍〜１０００万倍低い、低周波数を示すことを特徴とする請求項１に記載の装置。
請求項3
前記マイクロ波チェーンが増幅器、減衰器、電圧制御可能な減衰器（又は電圧利得減衰器（ＶｏｌｔａｇｅＧａｉｎＡｔｔｅｎｕａｔｏｒ）を表わすＶＧＡ）のタイプのマイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ１、ＣＲＦ２）を備えることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の装置。
請求項4
一連のマイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ１、ＣＲＦ２）と、変調されたノイズ信号（ＰＡＲ４）に最も敏感な各マイクロ波電子構成要素（ＣＲＦ１、ＣＲＦ２）の手前で、電源電圧により導入されマイクロ波信号により搬送された、変調ノイズ信号（ＰＡＲ４）の１８０°移相を可能にする、一連の移相器（ＰＨＩ）とを備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
請求項5
請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロ波電子装置を備えることを特徴とする、人工衛星に搭載される機器。