特開 2023-3810 送信器、無線機、レーダ装置、およびゲート制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023003810

(43)【公開日】2023-01-17

(54)【発明の名称】送信器、無線機、レーダ装置、およびゲート制御方法

(51)【国際特許分類】

   H03F 1/02 20060101AFI20230110BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20230110BHJP

   H04B 1/04 20060101ALI20230110BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20230110BHJP

【ＦＩ】

H03F1/02

H03F3/24

H04B1/04 N

G01S7/03 220

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021105102

(22)【出願日】2021-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】000221155

【氏名又は名称】東芝電波プロダクツ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】503217808

【氏名又は名称】アルモテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】青山 哲

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 博

(72)【発明者】

【氏名】藤木 直也

(72)【発明者】

【氏名】山岸 美穂

【テーマコード（参考）】

5J070

5J500

5K060

【Ｆターム（参考）】

5J070AK40

5J500AA01

5J500AA41

5J500AA62

5J500AC36

5J500AC81

5J500AC92

5J500AF10

5J500AH14

5J500AH25

5J500AH26

5J500AH32

5J500AH39

5J500AK05

5J500AK11

5J500AK26

5J500AK33

5J500AK34

5J500AK47

5J500AM21

5J500AS14

5J500AT01

5J500AT02

5J500AT03

5J500AT04

5J500AT06

5J500WU08

5K060BB01

5K060CC04

5K060HH06

5K060HH39

5K060LL11

(57)【要約】

【課題】 ＲＦスイッチを用いずに、ＧａＮ素子の特性を活かした動作を実現する。
【解決手段】 実施形態の送信器は、信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子と、信号を送信する期間中、前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせる負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、前記負電圧よりも更に低くて前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせることのない負電圧を当該ゲートに印加する回路とを具備する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子と、
信号を送信する期間中、前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせる負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、前記負電圧よりも更に低くて前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせることのない負電圧を当該ゲートに印加する回路と
を具備する送信器。

【請求項2】

前記回路は、
所定の負電圧の電流を供給する定電流源と、
信号を送信する期間中、前記電流源から供給される負電圧の電流をそのまま前記ＧａＮ素子のゲートへ送る第１の状態と、信号を送信しない期間中、前記電流源から供給される負電圧の電流をもとに更に電圧の低下した電流を前記ＧａＮ素子のゲートへ送る第２の状態とを切り替える切替回路と
を含む、
請求項１に記載の送信器。

【請求項3】

前記切替回路は、
前記電流源から供給される負電圧の電流をもとに更に電圧の低下した電流を生成する抵抗分圧回路と、
前記電流源から供給される負電圧の電流が、前記抵抗分圧回路を経由して前記ＧａＮ素子のゲート側へ流れる経路と、前記抵抗分圧回路をバイパスして前記ＧａＮ素子のゲート側へ流れる経路の、いずれか一方を選択的に形成するスイッチと、
を含む、請求項２に記載の送信器。

【請求項4】

信号を送信する期間と信号を送信しない期間とに応じて前記スイッチの状態を切り替える制御信号を前記スイッチに供給する制御回路を更に具備する、請求項３に記載の送信器。

【請求項5】

前記回路は、
信号を送信する期間と信号を送信しない期間とで値が異なるディジタル値のデータを入力し、当該データをアナログ信号に変換して出力するＤ／Ａ変換器と、
前記Ｄ／Ａ変換器から出力されるアナログ信号を反転増幅して得られる負電圧の電流を前記ＧａＮ素子のゲートへ送るオペアンプと
を含む、請求項１に記載の送信器。

【請求項6】

前記Ｄ／Ａ変換器に入力されるディジタル値のデータを、前記ＧａＮ素子の周囲の所定箇所の温度もしくは前記ＧａＮ素子の設定周波数に応じて調整する調整回路を更に具備する、請求項５に記載の送信器。

【請求項7】

前記調整回路は、前記ＧａＮ素子の周囲の所定箇所の温度から、前記Ｄ／Ａ変換器に入力されるディジタル値に対する調整量を導出する手段を有する、請求項６に記載の送信器。

【請求項8】

前記調整回路は、前記ＧａＮ素子の設定周波数から、前記Ｄ／Ａ変換器に入力されるディジタル値に対する調整量を導出する手段を有する、請求項６又は７に記載の送信器。

【請求項9】

信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子と、
信号を送信する期間中、前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせる負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、前記負電圧よりも更に低くて前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせることのない負電圧を当該ゲートに印加する回路と
を具備する無線機。

【請求項10】

信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子と、
信号を送信する期間中、前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせる負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、前記負電圧よりも更に低くて前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせることのない負電圧を当該ゲートに印加する回路と
を具備するレーダ装置。

【請求項11】

信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子のゲート制御方法であって、
信号を送信する期間中、前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせる負電圧を当該ゲートに印加し、
信号を送信しない期間中は、前記負電圧よりも更に低くて前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせることのない負電圧を当該ゲートに印加する、
ゲート制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、送信器、無線機、レーダ装置、およびゲート制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

次世代パワー半導体デバイスとして知られるＧａＮ素子は、高絶縁耐圧性、小型化、高速スイッチング（応答性）という優れた特長を有する。その一方で、図５に示すようなスイッチング素子でトランジスタを実現するに際し、以下のような使用上の注意を要する。

【0003】

すなわち、ＧａＮ素子１は、図６に示すように、ノーマリーオフではなくノーマリーオンという特性を有することから、ゲートに電圧を印加しない状態ではドレイン電流が流れてしまう。よって、ドレイン電流を止めるためには、ゲートに負電圧を印加する必要がある。もし、ゲートに負電圧が印加されない状態が続き、ドレイン電流が流れっぱなしになると、素子の破壊を招く可能性があるため、注意を要する。

【0004】

また、上述したＧａＮ素子１は、上述したような優れた特長を有することから、その特長を活かして送信器、無線機、レーダ装置等のハイパワーアンプなどにも使用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３－９３９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、国内外で無線設備に関するスプリアス関連規定の見直しが行われている。わが国でも電波法における無線設備のスプリアス発射の強度の許容値に係る技術基準などの規則が改正され、平成３４年１２月１日以降は、新規則に適合しない無線設備は原則使用できなくなる。これに伴い、送信器、無線機、レーダ装置等に使用されるアンプもスプリアスの条件を満たすよう工夫する必要がある。

【0007】

送信器等に適用可能なアンプの種類としては、Ａ級，Ｂ級，Ｃ級など、様々なものが知られているが、間欠的に利得を発生させるＣ級アンプ等よりも、常に利得を生成するＡ級アンプの方が、スプリアスを急激に増大させる可能性は低く、上述した新規則に適合させるためには相応しいと言える。

【0008】

しかしながら、Ａ級アンプは、常に利得を生成するので、もし送信用のパルス信号等を継続して流すとノイズフロアが上がる。例えばＡ級アンプがレーダ装置に適用される場合には、当該アンプから出力された信号はサーキュレータやアンテナを通じて送信され、対象物から反射され信号が送信時と同じアンテナやサーキュレータを通じて微小な信号として受信されるが、その際に受信される信号はノイズフロアに隠れてしまい、正しく検出することが難しくなる。これを防ぐためには、信号の送信動作を継続的に行うのではなく、断続的に行うことが考えられる。

【0009】

例えば、信号の送信／無送信の状態を交互に切り替えられるように、送信器のアンプの送信ゲートをオン／オフ制御する機能を備えることが望まれる。すなわち、図７に示すように、所定のパルス幅のパルス信号を送信する期間において送信ゲートをオンの状態にし、信号を送信しない期間においては送信ゲートをオフの状態にすることが望まれる。

【0010】

従来、このような動作を実現する場合には、図８に示すように、アンプ１０の前段および後段に、信号が通過する経路のオン／オフを切り替えるＲＦスイッチ１１，１２をそれぞれ設け、信号を送信する期間と信号を送信しない期間とで異なる値を示す送信ゲート制御信号をＲＦスイッチ１１，１２に送るようにしている。

【0011】

前述のＧａＮ素子１を用いて送信器のアンプを構成する場合は、図９に示すように、ＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）に一定の電圧（例えば、＋２８Ｖ）を供給するドレイン定電圧源２を設け、ＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に一定の電流（例えば、３００ｍＡ）を一定の負電圧（例えば、－３．３Ｖ）にて供給するゲートバイアス定電流源３を設ける。その上で、ＧａＮ素子のゲート（Ｇ）側およびドレイン（Ｄ）側にＲＦスイッチ１１，１２をそれぞれ設ける。すなわち、常に利得を生成するオペアンプ（Ａ級アンプ）を構成した上で、当該アンプの前後にＲＦスイッチ１１，１２を設ける。

【0012】

信号を送信する期間においては、ＲＦスイッチ１１，１２を通じて信号が流れるように構成することで、送信ゲートをオンの状態にする。一方、信号を送信しない期間においては、ＲＦスイッチ１１，１２をそれぞれ切り替えることで、ポート間アイソレーションを形成し、送信ゲートをオフの状態にする。

【0013】

しかしながら、図９のように構成すると、次のような問題が生じる。

【0014】

すなわち、小電力（例えば、＋２０ｄＢｍ程度）であれば、通常の耐電力のＲＦスイッチを設けることで十分であるが、大電力で実現する際は、耐電力の大きいＲＦスイッチを設けなければならないという問題がある。

【0015】

特にＧａＮ素子を使用するアンプは、尖頭電力が１００Ｗ以上のものも珍しくないため、使用するスペースも大きくなり、価格も高価なものとなる。

【0016】

また、ＲＦスイッチには、挿入損失があるため、損失が熱となり、放熱の仕方を検討する必要も生じる。

【0017】

これらの課題をまとめると、以下の通りとなる。
・小型化できず、使用するスペースが大きくなる。
・挿入損失による放熱が無視できない。
・ＧａＮ素子を含むアンプの前後に高耐電力のＲＦスイッチを配置する必要があり、モジュール単価が高価であることから、実現に際しコストが無視できない。

【0018】

発明が解決しようとする課題は、ＲＦスイッチを用いずに、ＧａＮ素子の特性を活かした動作を実現する送信器、無線機、レーダ装置、およびゲート制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0019】

実施形態の送信器は、信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子と、信号を送信する期間中、前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせる負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、前記負電圧よりも更に低くて前記ＧａＮ素子のゲートをオンさせることのない負電圧を当該ゲートに印加する回路とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１の実施形態に係る送信器の概略構成の一例を示す図。

【図2A】第２の実施形態に係る送信器の概略構成の一例を示す図。

【図2B】同実施形態における基準バイアスデータ調整回路の構成の一例を示す図。

【図3】同実施形態における温度テーブルの一例を示す図。

【図4】同実施形態における周波数テーブルの一例を示す図。

【図5】ＧａＮ素子の基本構成を示す図。

【図6】ＧａＮ素子の特性を示す図。

【図7】信号を送信する期間と信号を送信しない期間を説明する図。

【図8】従来の送信器における信号の送信／無送信の切り替え方法を示す図。

【図9】従来の送信器の構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。

【0022】

（第１の実施形態）
最初に、第１の実施形態について説明する。

【0023】

図１は、第１の実施形態に係る送信器の概略構成の一例を示す図である。なお、図９と共通する要素には同一の符号を付している。

【0024】

本実施形態に係る送信器は、信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子１を備えるほか、信号を送信する期間中、ＧａＮ素子１のゲートをオンさせる所定の負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、上記負電圧よりも更に低くてＧａＮ素子１のゲートをオンさせることのない所定の負電圧を当該ゲートに印加する回路を備える。

【0025】

図１の例では、ＧａＮ素子１を用いてアンプ（Ａ級アンプに相当）を構成するに際し、ドレイン定電圧源２およびゲートバイアス定電流源３を設け、更に切替回路４を設ける。切替回路４は、ゲートバイアス定電流源３とＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）との間に介在するように配置され、スイッチ５および抵抗分圧回路６を含む。また、信号を送信する期間と信号を送信しない期間とに応じてスイッチ５の状態を切り替える送信ゲート制御信号を当該スイッチ５に供給する送信ゲート制御回路７も設ける。この送信ゲート制御回路７が出力する送信ゲート制御信号は、前述の図９で説明した送信ゲート制御信号と同等のものである。

【0026】

ＧａＮ素子１は、前述の通り、信号の送信に使用されるノーマリーオン型のＧａＮ素子である。

【0027】

ドレイン定電圧源２は、ＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）に対して一定の電圧（例えば、＋２８Ｖ）を供給するものである。このドレイン定電圧源２は、図９で説明したドレイン定電圧源２と同等のものである。

【0028】

ゲートバイアス定電流源３は、一定の電流（例えば、３００ｍＡ）を一定の負電圧（例えば、－３．３Ｖ）にて供給するものである。このゲートバイアス定電流源３は、図９で説明したゲートバイアス定電流源３と同等のものである。

【0029】

切替回路４は、ゲートバイアス定電流源３から供給される一定の負電圧の電流をそのままＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）へ送る第１の状態と、ゲートバイアス定電流源３から供給される一定の負電圧の電流をもとに更に電圧の低下した電流をＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）へ送る第２の状態とを切り替えるものである。特に、第２の状態のときにＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に流れる電流は、送信用のパルス信号（入力信号）がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側に流れていても当該ゲート（Ｇ）がオンすることがないほどに（ドレイン電流が流れないほどに）十分に低い電圧（例えば、－５．０Ｖ）を示すものとする。

【0030】

スイッチ５は、送信ゲート制御回路７から供給される送信ゲート制御信号に従い、ゲートバイアス定電流源３から供給される一定の負電圧の電流が、抵抗分圧回路６を経由してＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ流れる経路と、抵抗分圧回路６をバイパスしてＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ流れる経路の、いずれか一方を選択的に形成するものである。

【0031】

抵抗分圧回路６は、ゲートバイアス定電流源３から供給される一定の負電圧の電流をもとに更に電圧の低下した電流を生成するものである。この抵抗分圧回路６は、２つの直接接続された抵抗器を含む。２つの直接接続された抵抗器は、その一端がスイッチ５の片方の接点（ゲートバイアス定電流源３の出力側）に電気的に接続され、他端が例えば－７Ｖの電源に電気的に接続されている。２つの抵抗器の間にある接続点は、スイッチ５のもう片方の接点（ＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側）に電気的に接続され、抵抗分圧後の負電圧（例えば、－５．０Ｖ）が得られるようになっている。この抵抗分圧後の電圧は、送信用のパルス信号（入力信号）がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側に供給されても当該ゲート（Ｇ）がオンすることがないほどに十分に低い電圧値を示す。

【0032】

なお、図１に示される送信器は、レーダ装置の一部を構成していてもよい。その場合のレーダ装置は、当該送信器のほか、図示しない受信器や、送信／受信に共通して使用されるアンテナやサーキュレータ等が備えられたものとなる。また、図１に示される構成は、送信器に適用する代わりに、送信器および受信器の両機能を備える無線機に適用してもよい。

【0033】

上記構成において、図１に示される送信器が動作中の場合、ドレイン定電圧源２からは一定の電圧（例えば、＋２８Ｖ）が供給され、また、ゲートバイアス定電流源３からは一定の電流（例えば、３００ｍＡ）が一定の負電圧（例えば、－３．３Ｖ）にて供給される。

【0034】

ドレイン定電圧源２から供給される電圧は、そのままＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）に送られる。

【0035】

一方、ゲートバイアス定電流源３から供給される電流は、スイッチ５が閉じている間は、抵抗分圧回路６をバイパスする経路を通じてＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ送られ、一方、スイッチ５が開いている間は、抵抗分圧回路６を経由する経路を通じてＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ送られる。

【0036】

信号を送信する期間においては、図７に示したように所定のパルス幅のパルス信号（入力信号）がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側に供給され、また、送信ゲート制御回路７から供給される送信ゲート制御信号により、スイッチ５が閉の状態にされる。このとき、ゲートバイアス定電流源３から供給される負電圧（例えば、－３．３Ｖ）の電流が閉の状態にあるスイッチ５を経由してＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ流れる。当該負電圧の電流がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加されている間、入力信号に応じて当該ゲート（Ｇ）がオンし、バイアス電流が流れ、ＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）側に利得が発生する。ＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）側で得られた出力信号は、図示しないサーキュレータやアンテナを通じて送信されることになる。

【0037】

一方、信号を送信しない期間においては、パルス信号はＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側には供給されず、送信ゲート制御回路７から供給される送信ゲート制御信号により、スイッチ５が開の状態にされる。このとき、ゲートバイアス定電流源３から供給される負電圧（例えば、－３．３Ｖ）の電流は抵抗分圧回路６を流れる。この抵抗分圧回路６では、２つの抵抗器の間から抵抗分圧された負電圧（例えば、－５．０Ｖ）の電流が生成され、ＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ流れる。当該抵抗分圧された負電圧の電流がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加されている間、入力信号の供給の有無にかかわらず、当該ゲート（Ｇ）はオンせず、バイアス電流は流れず、利得は発生しない。

【0038】

第１の実施形態によれば、ノーマリーオン型のＧａＮ素子を用いて送信器を構成するに際し、ＲＦスイッチを用いずに、ノーマリーオン型のＧａＮ素子の特性を活かしつつ、放熱の低減、低コスト化、省スペース化、小型化を図ることができる。また、ＧａＮ素子のゲートにバイアス電流を定常的に流す必要がないので、省電力化を図ることもできる。結果的に、環境に配慮した送信器を実現することができる。

【0039】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

【0040】

図２Ａは、第２の実施形態に係る送信器の概略構成の一例を示す図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付している。以降、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0041】

第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した切替回路４等を用いず、代わりにＤ／Ａ変換器８やオペアンプ９を用いることで、ＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加する電圧の制御を実現する。より具体的には、この第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したゲートバイアス定電流源３、スイッチ５および抵抗分圧回路６を含む切替回路４、および送信ゲート制御回路７からなる回路群を設けず、代わりに、Ｄ／Ａ変換器８およびオペアンプ９からなる回路群を設ける。

【0042】

Ｄ／Ａ変換器８およびオペアンプ９からなる回路群は、信号を送信する期間中、ＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）をオンさせる所定の負電圧を当該ゲートに印加し、信号を送信しない期間中は、上記負電圧よりも更に低くてＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）をオンさせることのない所定の負電圧を当該ゲートに印加する。この点、第１の実施形態で説明したゲートバイアス定電流源３、切替回路４、および送信ゲート制御回路７からなる回路と共通する。

【0043】

Ｄ／Ａ変換器８は、信号を送信する期間と信号を送信しない期間とで値が異なるディジタル値のデータを入力し、当該データをアナログ信号に変換して出力するものである。

【0044】

上記ディジタル値のデータには、信号を送信する期間中にＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加する負電圧のレベル（例えば、－３．３Ｖ）を設定するために用意されたディジタル値のデータと、信号を送信しない期間中にＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加する負電圧のレベル（例えば、－５．０Ｖ）を設定するために用意されたディジタル値のデータとがあり、いずれか一方がＤ／Ａ変換器８に入力される。ただし、これら２種類のディジタル値のデータは、必ずしも－３．３Ｖや－５．０Ｖなどといった固定値の印加電圧レベルを設定するためだけに使用されるものではなく、適宜、状況に応じて印加電圧のレベル変更を可能にする可変データである。

【0045】

オペアンプ９は、Ｄ／Ａ変換器８から出力されるアナログ信号を反転増幅して得られる負電圧の電流をＧａＮ素子１のゲートへ送るものである。

【0046】

上記構成において、図２Ａに示される送信器が動作中の場合、ドレイン定電圧源２からは一定の電圧（例えば、＋２８Ｖ）が供給され、また、Ｄ／Ａ変換器８からは可変値として設定されたディジタル値に応じたレベルの電流が供給される。

【0047】

ドレイン定電圧源２から供給される電圧は、そのままＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）に送られる。

【0048】

一方、Ｄ／Ａ変換器８から供給される電流は、オペアンプ９により反転増幅されて、負電圧の電流としてＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ送られる。

【0049】

信号を送信する期間においては、図７に示したように所定のパルス幅のパルス信号（入力信号）がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側に供給される。このとき、Ｄ／Ａ変換器８には、信号を送信する期間中にＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加すべき負電圧のレベル（例えば、－３．３Ｖ）を実現するためのディジタル値のデータが入力される。これにより、当該ディジタル値のデータがＤ／Ａ変換器８によりアナログ信号に変換され、オペアンプ９により反転増幅され、負電圧の電流（例えば、－３．３Ｖ）がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ流れる。当該負電圧の電流がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加されている間、入力信号に応じて当該ゲート（Ｇ）がオンし、バイアス電流が流れ、ＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）側に利得が発生する。ＧａＮ素子１のドレイン（Ｄ）側で得られた出力信号は、図示しないサーキュレータやアンテナを通じて送信されることになる。

【0050】

一方、信号を送信しない期間においては、パルス信号はＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側には供給されない。このとき、Ｄ／Ａ変換器８には、信号を送信しない期間中にＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加すべき負電圧のレベル（例えば、－５．０Ｖ）を実現するためのディジタル値のデータが入力される。これにより、当該ディジタル値のデータがＤ／Ａ変換器８によりアナログ信号に変換され、オペアンプ９により反転増幅され、負電圧の電流（例えば、－５．０Ｖ）がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）側へ流れる。当該抵抗分圧された負電圧の電流がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加されている間、入力信号の供給の有無にかかわらず、当該ゲート（Ｇ）はオンせず、バイアス電流は流れず、利得は発生しない。

【0051】

ところで、ＧａＮ素子１は周囲温度や設定周波数などの変化に応じてその特性が変化し、出力レベルも変化してしまうことがある。その対策のためには、例えば、Ｄ／Ａ変換器８の前段において、Ｄ／Ａ変換器８に入力されるディジタル値のデータを、ＧａＮ素子１の周囲の所定箇所の温度もしくはＧａＮ素子１の設定周波数に応じて調整する回路（以下、「基準バイアスデータ調整回路」と称す。）を更に設けるようにしてもよい。このようにすると、周囲温度や設定周波数に応じて適切なレベルに調整された電圧をＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）に印加することが可能となり、ＧａＮ素子１の設定周波数や周囲温度の条件に寄らず、出力レベルを一定に保つことが可能となる。ここで、基準バイアスデータ調整回路の構成の一例を図２Ｂに示す。

【0052】

図２Ｂ中の基準バイアスデータは、調整を行う前のディジタル値のデータである。

【0053】

図２Ｂに示される基準バイアスデータ調整回路２０は、温度テーブル２１、周波数テーブル２２、加算器２３、ｄＢ／ｄｅｃ変換器２４、および基準バイアスデータ調整部２５を備えている。但し、図２Ｂに示す構成は一例であり、この構成に限定されるものではない。

【0054】

温度テーブル２１は、ＧａＮ素子１の周囲の所定箇所の温度を示す温度データから、Ｄ／Ａ変換器８に供給されるディジタル値に対する調整量を導出する機能である。この温度テーブル２１の一例を図３に示す。図３に示される例は、基準温度に対する偏差ΔＴ（単位は例えば℃）から、基準バイアスデータの調整量ΔｄＢ（単位は例えばｄＢ）を導出することを可能にするテーブルの例である。但し、この例に限定されるものではない。

【0055】

周波数テーブル２２は、ＧａＮ素子１の設定周波数を示す周波数データから、Ｄ／Ａ変換器８に供給されるディジタル値に対する調整量を導出する機能である。この周波数テーブル２２の一例を図４に示す。図４に示される例は、ＧａＮ素子１の設定周波数Ｆ（単位は例えばＧＨｚ）から、基準バイアスデータの調整量ΔｄＢ（単位は例えばｄＢ）を導出することを可能にするテーブルの例である。但し、この例に限定されるものではない。

【0056】

加算器２３は、温度テーブル２１から得られた調整量（ｄＢ）と周波数テーブル２２から得られた調整量（ｄＢ）とを加算して出力する機能である。

【0057】

ｄＢ／ｄｅｃ変換器２４は、加算器２３から出力される調整量の単位をｄＢ／ｄｅｃ変換して出力する機能である。

【0058】

基準バイアスデータ調整部２５は、ｄＢ／ｄｅｃ変換器２４から出力される調整量に応じて、基準バイアスデータを調整して出力する機能である。出力されたデータ（ディジタルデータ）は、Ｄ／Ａ変換器８へ供給される。

【0059】

図２Ａおよび図２Ｂの例のように、テーブルを用いてフィードスルー方式のゲート制御を行う場合は、温度データや周波数データの入力後、すぐにそれらの情報がＧａＮ素子１のゲート（Ｇ）の印加電圧に反映されるため、環境条件の変化に対して遅延時間が小さく応答性の高い制御を実現することができ、高い応答性を要するレーダ装置にも適する。

【0060】

但し、図２Ａおよび図２Ｂの例は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、上述したようなフィードスルー方式ではなく、代わりに、フィードバック方式（例えば、出力レベルをセンサ（検波器等）でモニタして該出力レベルと既定レベルとの偏差をフィードバックする方式）を採用してもよい。この場合、多少の遅延時間が生じるものの、テーブルなどが不要となり、デバイスの個体差（特性の違い）も吸収することが可能となる。

【0061】

第２の実施形態によれば、第１の実施形態で得られる効果に加え、更に、周囲温度や設定周波数などの変化に応じてＧａＮ素子１の特性が変化しても、適切なレベルに調整された電圧をＧａＮ素子のゲートに印加することが可能となり、ＧａＮ素子の設定周波数や周囲温度の条件に寄らず、出力レベルを一定に保つことが可能となる。

【0062】

以上詳述したように、各実施形態によれば、ＲＦスイッチを用いずに、ＧａＮ素子の特性を活かした動作を実現する送信器、無線機、レーダ装置、およびゲート制御方法を提供することが可能となる。

【0063】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0064】

１…ＧａＮ素子、２…ドレイン定電圧源、３…ゲートバイアス定電流源、４…切替回路、５…スイッチ、６…抵抗分圧回路、７…送信ゲート制御回路、８…Ｄ／Ａ変換器、９…オペアンプ、１０…アンプ、１１，１２…ＲＦスイッチ、２０…基準バイアスデータ調整回路、２１…温度テーブル、２２…周波数テーブル、２３…加算器、２４…ｄＢ／ｄｅｃ変換器、２５…基準バイアスデータ調整部。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】