CN1918793B - 高频电子开关、以及利用它的短促波发生装置、以及利用它的短脉冲雷达 - Google Patents

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Abstract

一种高频电子开关，包括：信号输入端，向其输入可切换的高频信号；晶体管形成的多个放大电路，按多级级联到信号输入端，用来依次放大可切换的高频信号；信号输出端，其连接到多个放大电路中最后一级放大电路的输出单元，输出被依次放大的可切换的高频信号；控制端，向其输入作为切换信号的、具有第一电平时段以及第二电平时段的脉冲信号；以及供应电流控制电路。当输入到控制端的脉冲信号在第一电平时段内时，供应电流控制电路提供工作电流给放大电路的每一晶体管，从而放大电路处于放大工作状态。当脉冲信号在第二电平时段时，供应电流控制电路停止提供工作电流给放大电路的每一晶体管，从而放大电路处于非放大状态。该高频电子开关根据输入到控制端的脉冲信号的电平，在信号输入端与信号输出端之间导通与截止，从而可以高频方式将其隔离，由此有效地抑制截止模式期间的高频信号泄露。

Description

高频电子开关、以及利用它的短促波发生装置、以及利用它的短脉冲雷达
技术领域
本发明涉及高频电子开关、以及利用它的短促波发生装置、以及利用它的短程雷达。具体地，本发明涉及在用于传送单元的短促波发生装置中采用防止泄露其载波的技术的高频电子开关、利用该高频电子开关的短促波发生装置，以及利用该高频电子开关的短程雷达，所述传送单元例如分配给汽车雷达的22到29GHz准毫米波段(UWB：超宽带)上的短程雷达、用于有视力障碍的人士的行走支持的雷达等等。
背景技术
利用脉冲波在空间中搜索物体的脉冲雷达基本具有图6所示的配置。
即，发射单元11通过脉冲发生器12接收按预定周期Tg从以后描述的控制单元20输出的触发信号G。
脉冲发生器12与触发信号G同步地输出预定宽度的脉冲信号Pa到短促波发生装置13。
在正在输入脉冲信号Pa的时段中(例如，在脉冲信号Pa正在处于高电平的时段中)，短促波发生装置13输出具有预定频率载波信号的短促波Pb。另外，在不输入脉冲信号Pa的时段中(例如，在脉冲信号Pa处于低电平的时段中)，短促波发生装置13停止输出具有载波信号的短促波Pb。
请注意：短促波发生装置13的配置的例子包括：其中通过开关使具有连续输出的预定频率的载波信号的短促波间歇断续的系统；以及其中控制振荡具有预定频率载波信号的短促波的振荡器的振荡工作以为通/断的系统。
从短促波发生装置13输出的短促波Pb由功率放大器14放大，并且提供给发射天线15。
因此，向空间1发射具有与触发信号G同步的预定宽度的脉冲波Pt。
当脉冲波Pt被空间1中存在的物体1a反射时，反射波Pr由接收单元16的接收天线17接收，并且由检波电路18检测其接收信号R。
信号处理单元19通过确定从接收单元16输出的信号H的电平变化的时序，或者(例如)当脉冲波Pa从发射单元11的脉冲发生器12发送时的时序作为参照时序的输出波形，分析空间1中存在的物体1a。
控制单元20根据信号处理单元19的处理结果，对发射单元11与接收单元16进行预定的各种控制。
请注意：在以下专利文献1与2中公开了此类雷达的基本配置。
专利文献1：日本专利申请公开号7-012921
专利文献2：日本专利申请公开号8-313619
具有此类基本配置的、近年来投入实用的汽车雷达包含以下两种雷达。
第一种脉冲雷达是通过利用毫米波段(77GHz)在大功率上搜索远距离的窄角度范围的、高速驾驶时的支持诸如防碰撞与驾驶控制的雷达。
第二种脉冲雷达是通过利用准毫米波段(22-29GHz)在小功率上搜索近距离的宽角度范围的、低速驾驶时的支持例如汽车的死角辅助以及帮助将汽车放入车库的短程雷达。
利用准毫米波段的UWB雷达不仅被用作汽车雷达，而且被用作对于视力障碍人士的行走支持雷达、短程通信系统等等。
在宽带UWB雷达中，例如，可以使用宽度为1ns或更短的短脉冲，其可以实现具有较高的测距解晰能力的雷达。
发明内容
但是，为了实现该UWB雷达，有各种问题要解决。
一个重要问题是从发射单元11输出的短促波的载波信号泄露问题。
顺便提及，如上所述，在UWB雷达中使用22到29GHz的波段。但是，在该波段中包含用于保护射电无源传感器或者地球探测卫星服务(EESS)的RR射频波发射禁止波段(23.6到24.0GHz)。
在2002年，美国联邦通信委员会(FCC)在以下非专利文献1中公布了以下条例：在22到29GHz上，平均功率密度为-41.3dBm或者更少，并且峰值功率密度为0dBm/50MH。
在该条例中，规定每过几年就减少波角旁瓣到-25dB到-35dB，从而抑制对上述EESS射频干扰。
非专利文献1：FCC 02-48New Part 15Rules，FIRST REPORT ANDORDER
但是，为了得到这一点，假定扩大用于UWB雷达的天线的垂直方向尺寸，并且难于在一般载客车辆上安装所述天线。
为此，作为一种不依赖于天线旁瓣的方法，在2004年，FCC在以下非专利文献2中添加了以下修正条例：RR射频波发射禁止波段上辐射功率密度为-61.3dBm/MHz，其比先前的条例低20dB。
非专利文献2：“Second Report and Order and Second MemorandumOpinion and Order”FCC 04-285，2004年12月16日
常规UWB雷达采用以下系统，其中由半导体开关导通/截止来自连续振荡器的连续波。
因为在该系统中，由于图7虚线所示的开关隔离的不完整性而生成了大剩余载波，所以剩余载波被排空到分配给多普勒雷达的24.05到24.25GHz的短程设备(SRD)波段中。
但是，有以下严重问题，即SRD波段非常靠近RR射频波发射禁止波段，这会引起对EESS等等的不可避免的干扰。
相应地，作为利用靠近RR射频波发射禁止波段的频率作为载波频率的雷达系统，必须缩小水平方向上波束。因此，必然扩大发射天线的垂直方向尺寸，考虑到汽车用途以及移动用途，这是非常不利的。
请注意：如上所述，在其中具有连续输出的预定频率的载波信号的短促波由开关进行间歇断续的系统的情况下，UWB雷达系统中的半导体设备必须使用高频电子开关，以响应为(例如)1ns或者更小的窄宽度的脉冲。
但是，由于在常规半导体设备的高频电子开关(例如二极管开关或者模拟开关)中、截止状态下载波信号的泄露较大，所以雷达系统搜索范围等等很受限制的问题变得突出。
另外，在二极管开关的情况下，在许多情况下进行如下配置，从而通过使电流经过线圈流进二极管而处于导通状态，并且不可能有利地响应窄宽度脉冲，例如宽度小于或等于1ns的短脉冲。
考虑到这些情况，人们强烈地希望实现以下高频电子开关，其中即使在图7实线所示的频率波段等等上，响应速度也高，并且泄露较少；人们还强烈地希望实现利用该电子开关的短促波发生设备、以及利用该电子开关的短程雷达。
本发明的目的在于提供一种高频电子开关，其中即使在高于RR射频波发射禁止波段的UWB的频率波段等等上，响应速度也高，并且泄露较少；以及提供一种利用该电子开关的短促波发生设备、以及利用该电子开关的短程雷达。
为了达到以上目的，根据本发明的第一方面，提供了一种高频电子开关，包括：
信号输入端(36a)，向其输入要切换的高频信号(C)；
具有晶体管(Tr)的多个放大电路(37A、37B、37C)，其按多级级联到信号输入端(36a)，并且分别依次放大要切换的高频信号(C)；
信号输出端(36e)，其连接到多个放大电路(37A、37B、37C)中最后一级放大电路(37C)的输入部件，并且输出依次放大的要切换的高频信号(C)；
控制端(36c)，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号(Pa)；以及
供应电流控制电路(38)，在当输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)在第一电平时的时段内，供应电流控制电路(38)通过向多个放大电路(37A、37B、37C)的每个晶体管(Tr)供应工作电流，使多个放大电路(37A、37B、37C)处于放大工作状态，并且在当脉冲信号(Pa)在第二电平时的时段内，供应电流控制电路(38)通过停止向多个放大电路(37A、37B、37C)的每个晶体管(Tr)供应工作电流，使多个放大电路(37A、37B、37C)处于非放大工作状态，根据输入到控制端的脉冲信号的电平，高频电子开关按同样的高频在信号输入端(36a)与信号输出端(36e)之间导通/截止。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第二方面，提供了一种根据本发明的第一方面的高频电子开关，包含：
正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)，其作为信号输入端(36a)配备，并且向其输入正相与负相高频信号(C，C′)中的至少一个，作为切换的高频信号(C)；以及
正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)，其作为信号输出端(36e)配备，并且从其输出正相与负相高频信号中(C，C′)的至少一个，
其中，利用多个晶体管(Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)，将在正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)、以及正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)之间按多级级联的多个放大电路(37A，37B，37C)分别配置为差分类型。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第三方面，提供了一种根据本发明的第一方面或第二方面的高频电子开关，其中供应电流控制电路(38)包含多个恒流电路(I1，I2，I3)，连接到多个放大电路(37A，37B，37C)的每个晶体管(Tr，Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)，并且根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，使该多个恒流电路(I1，I2，I3)同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路(37A，37B，37C)同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第四方面，提供了一种根据本发明的第三方面的高频电子开关，其中配置该高频电子开关，从而供应电流控制电路(38)的多个恒流电路(I1，I2，I3)分别由具有晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)构成，并且将输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)提供给多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)的晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的每个的基极。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第五方面，提供了一种根据本发明的第一或第二方面的高频电子开关，其中供应电流控制电路(38)包括：多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)，连接到多个放大电路(37A，37B，37C)的每个晶体管(Tr，Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)；以及多个延迟电路(D1，D2，D3)，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的、在多个放大电路(37A，37B，37C)处被依次放大的要切换的高频信号的延迟，并且根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，按照在时间上错列从而对应于高频信号的延迟的方式，将多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)置于工作状态或非工作状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第六方面，提供了一种根据本发明的第五方面的高频电子开关，其中配置该高频电子开关，从而供应电流控制电路(38)的多个恒流电路(I1，I2，I3)分别由具有晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)构成，并且将输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)提供给多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)的晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的每个基极。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第七方面，提供了一种根据本发明的第二方面的高频电子开关，还包含：合成电路(37D)，连接在正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)之间，并且当向正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)分别输入正相与负相高频信号、作为要切换的高频信号时，合成电路(37D)合成并且输出作为切换的高频信号的正相与负相高频信号(C，C′)，该正相与负相高频信号(C，C′)在配置为差分类型的多个放大电路(37A，37B，37C)处被依次放大，并且从正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)输出。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第八方面，提供了一种短促波发生装置，包含：
载波信号发生器(35)，其连续输出高频载波信号；以及
高频电子开关(36)，其以短促波形式输出从载波信号发生器(35)输出的高频载波信号(C)，或者使之处于输出停止状态，其中该高频电子开关(36)包括：
信号输入端(36a)，其接收高频载波信号(C)；
具有晶体管(Tr)的多个放大电路(37A、37B、37C)，用来分别依次放大高频载波信号(C)，这些放大电路按多级级联到信号输入端；
信号输出端(36e)，其连接到多个放大电路(37A、37B、37C)中最后一级放大电路(37C)的输出部件，并且输出被依次放大的高频载波信号(C)；
控制端(36c)，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号；以及
供应电流控制电路(38)，在当输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)在第一电平时的时段内，供应电流控制电路(38)通过向多个放大电路(37A、37B、37C)的每个晶体管(Tr)供应工作电流，使多个放大电路(37A、37B、37C)处于放大工作状态，并且在当脉冲信号(Pa)在第二电平时的时段内，供应电流控制电路(38)通过停止向多个放大电路(37A、37B、37C)的每个晶体管(Tr)供应工作电流，使多个放大电路(37A、37B、37C)处于非放大工作状态，根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，高频电子开关按同样的高频在信号输入端(36a)与信号输出端(36e)之间导通/截止，从而以短促波形式输出高频载波信号(C)，或者使之处于输出停止状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第九方面，提供了一种根据本发明的第八方面的短促波发生装置，包含：
正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)，其作为高频电子开关的信号输入端配备，并且向其输入正相与负相高频信号(C，C′)中的至少一个，作为高频载波信号(C)；以及
正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)，其作为高频电子开关(36)的信号输出端(36e)配备，并且从其输出正相与负相高频载波信号中(C，C′)的至少一个，其中，利用多个晶体管(Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)，将在正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)、以及正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)之间按多级级联的多个放大电路(37A，37B，37C)分别配置为差分类型。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十方面，提供了一种根据本发明的第八方面或第九方面的短促波发生装置，其中高频电子开关(36)的供应电流控制电路(38)包含多个恒流电路(I1，I2，I3)，连接到多个放大电路(37A，37B，37C)的每个晶体管(Tr，Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)，并且根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，使该多个恒流电路(I1，I2，I3)同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路(37A，37B，37C)同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十一方面，提供了一种根据本发明的第十方面的短促波发生装置，其中配置高频电子开关(36)，从而供应电流控制电路(38)的多个恒流电路(I1，I2，I3)分别由具有晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)构成，并且将输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)提供给多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)的晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的每个基极。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十二方面，提供了一种根据本发明的第八或第九方面的短促波发生装置，其中高频电子开关(36)的供应电流控制电路(38)包括：多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)，连接到多个放大电路(37A，37B，37C)的每个晶体管(Tr，Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)；以及多个延迟电路(D1，D2，D3)，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的、在多个放大电路(37A，37B，37C)处被依次放大的高频载波信号(C)的延迟，并且根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，按照在时间上错列从而对应于高频载波信号(C)的延迟的方式，将多个恒流电路(I1，I2，I3)置于工作状态或非工作状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十三方面，提供了一种根据本发明的第十二方面的短促波发生装置，其中配置高频电子开关(36)，从而供应电流控制电路(38)的多个恒流电路(I1，I2，I3)分别由具有晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的多个恒流电路(I1，I2，I3，I12，I12，I13，I14)构成，并且将输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)提供给多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)的晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的每个基极。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十四方面，提供了一种根据本发明的第九方面的短促波发生装置，其中高频电子开关(36)还包含：合成电路，连接在正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)之间，并且当向正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)分别输入正相与负相高频载波信号(C，C′)、作为高频载波信号(C)时，合成电路合成并且输出作为高频载波信号(C)的正相与负相高频载波信号，该正相与负相高频载波信号在配置为差分类型的多个放大电路(37A，37B，37C)处被依次放大，并且从正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)输出。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十五方面，提供了一种短程雷达，包含：
发射单元(31)，具有短促波发生装置(34)，该短促波发生装置(34)包含：载波信号发生器(35)，其连续输出高频载波信号(C)，从而每次收到发射触发信号(G)时，发射具有预定宽度的短脉冲波(Pt)到空间(1)中；以及
高频电子开关(36)，其以短促波形式输出从载波信号发生器(35)输出的高频载波信号(C)，或者使之处于输出停止状态；
接收单元(40)，其对短脉冲波(Pt)的反射波(Pr)进行接收与检波处理；
信号处理单元(50)，其根据来自接收单元(40)的输出，对空间(1)中存在的物体(1a)进行分析处理；以及
控制单元(60)，其根据来自信号处理单元(50)的分析结果，对发射单元(31)与接收单元(40)中的至少一个进行预定的控制，其中
短促波发生装置(34)的高频电子开关(36)包含：
信号输入端(36a)，其接收高频载波信号(C)；
具有晶体管(Tr)的多个放大电路(37A、37B、37C)，用来分别依次放大要高频载波信号(C)，这些放大电路按多级级联到信号输入端(36a)；
信号输出端(36e)，其连接到多个放大电路(37A、37B、37C)中最后一级放大电路的输出部件，并且输出被依次放大的高频载波信号(C)；
控制端(36c)，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号；以及
供应电流控制电路(38)，在当输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)在第一电平时的时段内，供应电流控制电路(38)通过向多个放大电路(37A、37B、37C)的每个晶体管(Tr)供应工作电流，使多个放大电路(37A、37B、37C)处于放大工作状态，并且在当脉冲信号(Pa)在第二电平时的时段内，供应电流控制电路(38)通过停止向多个放大电路(37A、37B、37C)的每个晶体管(Tr)供应工作电流，使多个放大电路(37A、37B、37C)处于非放大工作状态，根据输入到控制端的脉冲信号的电平，高频电子开关(36)按同样的高频在信号输入端与信号输出端之间导通/截止，，从而以短促波形式输出高频载波信号(C)，或者使之处于输出停止状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十六方面，提供了一种根据本发明的第十五方面的短程雷达，包含：
正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)，其作为高频电子开关(36)的信号输入端(36a)配备，并且向其输入正相与负相高频载波信号(C，C′)中的至少一个，作为高频载波信号(C)；以及
正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)，其作为高频电子开关(36)的信号输出端配备，并且从其输出正相与负相高频载波信号中(C，C′)的至少一个，
其中，利用多个晶体管(Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)，将在正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)、以及正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)之间按多级级联的多个放大电路(37A，37B，37C)分别配置为差分类型。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十七方面，提供了一种根据本发明的第十五方面或第十六方面的短程雷达，其中高频电子开关(36)的供应电流控制电路(38)包含多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)，连接到多个放大电路(37A，37B，37C)的每个晶体管(Tr，Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)，并且根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，使该多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路(37A，37B，37C)同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十八方面，提供了一种根据本发明的第十七方面的短程雷达，其中配置高频电子开关(36)，从而供应电流控制电路(38)的多个恒流电路(I1，I2，I3)分别由具有晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)构成，并且将输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)提供给多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)的晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的每个基极。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第十九方面，提供了一种根据本发明的第十五或第十六方面的短程雷达，其中高频电子开关(36)的供应电流控制电路(38)包括：多个恒流电路(I1，I2，I3)，连接到多个放大电路(37A，37B，37C)的每个晶体管(Tr，Tr1，Tr2，Tr3，Tr4)；以及多个延迟电路(D1，D2，D3)，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的、在多个放大电路(37A，37B，37C)处被依次放大的高频载波信号(C)的延迟，并且根据输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)的电平，按照在时间上错列从而对应于高频载波信号(C)的延迟的方式，将多个恒流电路(I1，I2，I3)置于工作状态或非工作状态。
另外，为了达到以上目的，根据本发明的第二十方面，提供了一种根据本发明的第十九方面的短程雷达，其中配置高频电子开关(36)，从而供应电流控制电路(38)的多个恒流电路(I1，I2，I3)分别由具有晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的多个恒流电路(I1，I2，I3，I12，I12，I13，I14)构成，并且将输入到控制端(36c)的脉冲信号(Pa)提供给多个恒流电路(I1，I2，I3，I11，I12，I13，I14)的晶体管(Q，Tr11，Tr12，Tr13，Tr14，Tr21，Tr22，Tr23，Tr24)的每个基极。
为了达到以上目的，根据本发明的第二十一方面，提供了一种根据本发明的第十六方面的短程雷达，其中高频电子开关(36)还包含：合成电路，连接在正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)之间，并且当向正相信号输入端(36a)与负相信号输入端(36a′)分别输入正相与负相高频载波信号(C，C′)、作为高频载波信号(C)时，合成电路合成并且输出作为高频载波信号(C)的正相与负相高频载波信号(C，C′)，该正相与负相高频载波信号(C，C′)在配置为差分类型的多个放大电路(37A，37B，37C)处被依次放大，并且从正相信号输出端(36b)与负相信号输出端(36b′)输出。
在这种情况下，配置本发明的高频电子开关36，从而在信号输入端36a与信号输出端36e之间、按多级级联具有可以控制以供应工作电流的晶体管的多个放大电路37A、37B、以及37C。因此，可以取得多级的隔离，并且可以充分地抑制截止状态下高频载波信号的泄露，即使在高于RR射频波发射禁止波段的UWB频率波段之内也如此。
另外，当高频电子开关36用于短促波发生装置34时，可以防止载波泄露。当高频电子开关36用于雷达系统时，可以有效地使用其发射脉冲的电功率。
另外，在其中各个放大电路37A、37B、以及37C被配置为差分类型的高频电子开关36中，因为放大电路37A、37B、以及37C被配置为差分类型，所以在放大电路37A、37B、以及37C中，在截止状态下，由于对于泄露分量的抵消效应，可以获得更好的隔离，从而可以更有效地抑制泄露。
相应地，当使用被配置为差分类型的高频电子开关36用于短促波发生装置34时，可以更有效地使用其发射脉冲的电功率，进一步防止载波泄露，并且当高频电子开关36用于雷达系统30时，可以更有效地抑制泄露。
附图说明
图1为显示作为本发明实施例的短程雷达30的配置的方框图。
图2A为显示作为图1实施例首要部件的配置的、高频电子开关的电路配置的方框图。
图2B为显示作为图1实施例首要部件的配置的、高频电子开关的电路配置的改进例子的方框图。
图3A为显示作为图1实施例首要部件的配置的、高频电子开关的具体例子的电路图。
图3B为显示作为图1实施例的首要部件的配置的高频电子开关的更详细的具体例子的电路图。
图4为显示图3A与3B实施例中差分输入时的高频电子开关的导通/截止特性的仿真结果的图示。
图5为显示图3A与3B实施例中单一输入时的高频电子开关的导通/截止特性的仿真结果的图示。
图6为显示常规脉冲雷达的基本配置的方框图。
图7为显示准毫米波段UWB与希望的可用频率波段的频谱屏蔽(spectrum mask)的图示。
具体实施方式
以下参照附图描述本发明的实施例。
图1显示应用本发明的短程雷达30的方框图。
短程雷达30包含发射单元31、接收单元40、信号处理单元50、以及控制单元60。
发射单元31生成具有预定宽度Tp以及预定载波频率Fc(例如26GHz)的短脉冲波Pt，并且每次收到按预定周期Tg从控制单元60输出的触发信号G时，从发射天线32将短脉冲波Pt发射到空间1中。
请注意：发射天线32与以后描述的接收天线41共用。
发射单元31具有：脉冲发生器33，其生成具有宽度Tp的脉冲信号Pa，Pa与来自控制单元60的触发信号G同步；短促波发生装置34，其输出具有载波频率Fc的载波信号，从而只对从脉冲发生器33收到脉冲信号Pa的时间Tp为短脉冲形式；以及功率放大器39，其放大从短促波发生装置34输出的短促波，并且将其提供到发射天线32。
短促波发生装置34包含：载波信号发生器35，其连续输出频率为Fc的载波信号C；以及高频电子开关36(以后描述其细节)。高频电子开关36通过信号输入端36a接收来自载波信号发生器35的载波信号C，并且通过控制端36c接收来自脉冲发生器33的脉冲信号Pa，由此根据脉冲信号Pa的电平、高频电子开关36以同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间导通/截止。
即，在正在输入来自脉冲发生器33的脉冲信号Pa时的时段中(例如脉冲信号Pa处于高电平：第一电平的时段中)，短促波发生装置34向高频电子开关36的控制端36c输出具有预定频率的载波信号的短促波Pb。另外，在没有输入脉冲信号Pa时的时段中(例如脉冲信号Pa处于低电平：第二电平的时段中)，短促波发生装置34停止输出具有所述载波信号的短促波Pb。
图2A为显示作为图1实施例首要部件的配置的、高频电子开关36的电路配置的方框图。
即，图2A所示高频电子开关36由以下构成：多个放大电路37A、37B、以及37C，这些放大电路各自具有晶体管Tr，用来依次放大高频载波信号C，并且在信号输入端36a与信号输出端36e之间按多级(此处为3级)进行级联；以及供应电流控制电路38，其供应多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr工作所需的电流，并且根据从控制端36c输入的脉冲信号Pa控制电流供应。
供应电流控制电路38具有多个恒流电路I1、I2和I3，连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr，并且向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流(偏置电流)，这些恒流电路I1、I2和I3能够开启/关断。从控制端36c输入的脉冲信号Pa被提供到恒流电路I1、I2和I3，以允许该多个恒流电路I1、I2和I3根据脉冲信号Pa的电平被同时或者实质上同时地置于工作状态或非工作状态。
结果，高频电子开关36通过同时或者实质上同时地导通和截止多个放大电路37A、37B、以及37C的晶体管Tr、使多个放大电路37A、37B、以及37C同时或者实质上同时地置于放大工作状态或非放大工作状态，而使载波信号间歇断续。
即，高频电子开关36通过多个放大电路37A、37B、以及37C中第一级的放大电路37A，接收从信号输入端36a输入的载波信号C。当高频电子开关36处于工作(导通-工作)状态时，在第一级的放大电路37A处，反转并且放大输入的载波信号C，并且将其输出到第二级的放大电路37B。
进一步地，在第一级的放大电路37A处放大的载波信号C被输入到第二级的放大电路37B。当高频电子开关36处于工作(导通-工作)状态时，反转并且放大输入的载波信号C，并且将其输出到最后一级的放大电路37C。
然后在第二级的放大电路37B处放大的载波信号C被输入到最后一级的放大电路37C。当高频电子开关36处于工作(导通-工作)状态时，反转并且放大输入的载波信号C，并且将其输出到信号输出端36e。
此处，多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr的工作电流(偏置电流)由连接到每个晶体管Tr的供应电流控制电路38的恒流电路I1、I2和I3提供，以使高频电子开关36处于工作(导通-工作)状态。
这些恒流电路I1、I2和I3由能够在导通/截止状态下工作的晶体管(Q)构成(参照图2B)。
然后，在输入每个晶体管基极的脉冲信号Pa处于高电平(第一电平)的时段中，从控制端36c，通过缓冲器38a，使恒流电路I1、I2和I3的每个晶体管(Q)处于导通(工作)状态。
结果，当通过向其晶体管Tr提供工作电流、而使多个放大电路37A、37B、以及37C处于放大工作状态时，使高频电子开关36处于工作(导通-工作)状态，并且以同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间导通，从而使依次由多个放大电路37A、37B、以及37C放大的载波信号C通过。
另外，在脉冲信号Pa处于低电平(第二电平)的时段中，使恒流电路I1、I2和I3的每个晶体管(Q)处于截止(非工作)状态。
结果，当通过停止向其每个晶体管Tr提供工作电流、而使多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态时，使高频电子开关36处于非工作(截止-工作)状态，并且以同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间截止，即进行隔离，这防止了载波信号C通过。
相应地，在高频电子开关36处于非工作(截止-工作)状态的时段中，可以有效地抑制载波信号C的泄露。
在这种情况下，配置高频电子开关36，从而在信号输入端36a与信号输出端36e之间、按多级级联具有可以控制以供应工作电流的晶体管Tr的多个放大电路37A、37B、以及37C。因此，可以取得多级的隔离，并且可以充分地抑制截止状态下高频载波信号的泄露，即使在上述高于RR射频波发射禁止波段的UWB频率波段等等之内也如此。
即，图2A所示的高频电子开关36基本包含：信号输入端36a，向其输入要切换的高频信号C；具有晶体管Tr的多个放大电路37A、37B、以及37C，其按多级级联到信号输入端36a，并且分别依次放大要切换的高频信号；信号输出端36e，其连接到多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的输入部件，并且输出依次放大的要切换的高频信号Pb；控制端36c，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号Pa；以及供应电流控制电路38，当输入到控制端36c的脉冲信号Pa在第一电平时段内时，供应电流控制电路38通过向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于放大工作状态，并且当脉冲信号Pa在第二电平时段内时，供应电流控制电路38通过停止向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，高频电子开关36按同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间导通/截止。
另外，在图2A所示的高频电子开关36中，更优选地，供应电流控制电路38包含多个恒流电路I1、I2、I3，连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，使该多个恒流电路I1、I2、I3同时或者实质上同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路37A、37B、以及37C同时或者实质上同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
图2B为显示作为图1实施例首要部件的配置的、高频电子开关36的电路配置的改进例子的方框图。
图2B所示高频电子开关36由以下构成：多个放大电路37A、37B、以及37C，这些放大电路各自具有晶体管Tr，用来放大高频载波信号C，并且在信号输入端36a与信号输出端36e之间按多级(此处为3级)级联；以及供应电流控制电路38′，其供应多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr工作所需的电流，并且根据从控制端36c输入的脉冲信号Pa控制电流供应。
供应电流控制电路38′包括：多个恒流电路I1、I2、I3，连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr，并且由向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流(偏置电流)的晶体管Q构成，每个晶体管Q都能够导通与截止；以及多个延迟电路D1、D2、D3，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端36c的脉冲信号Pa的、在多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大的高频载波信号中的延迟。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，按照在时间上错列以对应于高频载波信号的延迟的方式，将多个恒流电路I1、I2、I3置于工作状态或非工作状态。
结果，高频电子开关36通过按照在时间上错列从而对应于高频载波信号的延迟的方式导通与截止多个放大电路37A、37B、以及37C的晶体管Tr、将多个放大电路37A、37B、以及37C按照在时间上错列从而对应于高频载波信号的延迟的方式置于放大工作状态或非放大工作状态，而使载波信号C间歇断续。
如图2A中所述的高频电子开关36一样，当根据输入到控制端36c的脉冲信号的电平同时地将多个恒流电路I1、I2、I3置于工作状态或非工作状态时，这使之可以有效地抑制趋于在从信号输出端36e输出的载波信号C的上升部分与后缘部分中产生的波形畸变。
即，图2B所示的高频电子开关36基本包含：信号输入端36a，向其输入要切换的高频信号C；具有晶体管Tr的多个放大电路37A、37B、以及37C，其按多级级联到信号输入端36a，并且分别依次放大要切换的高频信号；信号输出端36e，其连接到多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的输出部件，并且输出依次放大的要切换的高频信号Pb；控制端36c，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号Pa；以及供应电流控制电路38′，当输入到控制端36c的脉冲信号Pa在第一电平时段内时，供应电流控制电路38′通过向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于放大工作状态，并且当脉冲信号Pa在第二电平时段内时，供应电流控制电路38′通过停止向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，高频电子开关36按同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间导通/截止。
另外，在图2B所示的高频电子开关36中，更优选地，供应电流控制电路38′包含：多个恒流电路I1、I2、I3，连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr；以及多个延迟电路D1、D2、D3，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端36c的脉冲信号Pa的、在多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大的要切换的高频载波信号C的延迟，并且根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平、按照在时间上错列从而对应于高频载波信号C的延迟的方式将多个恒流电路I1、I2、I3置于工作状态与非工作状态。
如上所述，图2A与2B所示的高频电子开关36具有以下配置，其中级联具有晶体管的多个放大电路37A、37B、以及37C，通过该晶体管，可以根据脉冲信号Pa控制通与断工作电流。结果，可以按照多个放大电路37A、37B、以及37C的级数目的程度、有效地抑制在截止状态下的载波信号的泄露。
图3A为显示高频电子开关36的多个放大电路37A、37B、以及37C的更具体配置的图示。
配置图3A的高频电子开关36，从而在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′，接收相位相反的正相与负相载波信号C与C′(即从载波信号发生器35输出的信号)。另外，配置高频电子开关36，从而当高频电子开关36处于导通工作时，分别在配置为差分类型的、具有多个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、以及Tr4的多个放大电路37A、37B、以及37C处，依次放大正相与负相载波信号C与C′；并且从正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′，输出正相与负相短促波Pb与Pb′。
在这种情况下，高频电子开关36具有合成电路37D。合成电路37D连接在配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的正相输出部件与负相输出部件(即正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′)之间。另外，合成电路37D合成依次放大的正相与负相短促波Pb与Pb′(其从正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′输出)以从信号输出端36e输出。
作为合成电路37D，可以使用具有平衡-不平衡转换电路的集总参数电路、具有微波传输带的分布参数电路等等。
因此，从信号输出端36e向图1的功率放大器39输入短促波Pb(即，其幅度翻倍的分量)，其中由合成电路37D差分合成了相位相反的正相与负相短促波Pb与Pb′。在高频电子开关36中，通过配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的正相输出部件与负相输出部件，从正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′输出正相与负相短促波Pb与Pb′。
相应地，在这种情况下，幅度翻倍的短促波Pb输入到功率放大器39，并且因此可以将功率放大器39的放大程度减少到该程度。
如图3A所示，在高频电子开关36中，对配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C进行相应地配置，从而接收输入信号，该输入信号的相位由晶体管Tr1与Tr3的射极跟随器反转，并且由差分连接的两个晶体管Tr2与Tr4相应地反转与放大(相对于小幅度的放大程度为几dB)来自晶体管Tr1与Tr3的射极跟随器的输出，并且输出这些信号。
请注意，在图3A中，附图标记Ra为输入匹配电阻(例如50Ω)，附图标记RL为负载电阻(例如50Ω)。
另外，附图标记Ck为连接在晶体管Tr2与Tr4的两个射极之间的基本为同样高频的电容器。在该实施例的情况下，信号频率在较高的GHz波段内，因此使用电容值为1pF或更小的电容器。
另外，可以配置高频电子开关36，从而当导通/截止包含低频分量的信号时，使电容器Ck的电容更大，或者直接连接晶体管Tr2与Tr4的射极而不使用电容器，这使之可以从DC分量放大。
在配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C中第一级放大电路37A处，高频电子开关36接收从正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′输入的正相与负相载波信号C与C′。当高频电子开关36处于工作(导通工作)状态时，在第一级放大电路37A处，反转并且放大所输入的正相与负相载波信号C与C′，并且将其输出到第二级放大电路37B。
进一步地，在第一级放大电路37A处放大的载波信号C与C′输入到第二级放大电路37B。当高频电子开关36处于工作(导通工作)状态时，反转并且放大所输入的正相与负相载波信号C与C′，并且将其输出到最后一级放大电路37C。
然后，在第二级放大电路37B处放大的载波信号C与C′输入到最后一级放大电路37C。当高频电子开关36处于工作(导通工作)状态时，反转并且放大所输入的正相与负相载波信号C与C′，并且将其输出到正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′。
由连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、以及Tr4的供应电流控制电路38的每个恒流电路I1、I2、I3提供配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、以及Tr4的工作电流(偏置电流)。
在这种情况下，在多个放大电路37A、37B、以及37C中每一个的每个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4之间，连接四个恒流电路I11、I12、I13、I14，并且分别向供应电流控制电路38的每个恒流电路I1、I2、I3提供相应的负偏压Ve。
图3B为显示作为图1实施例的首要部件的配置的高频电子开关36的更详细的具体例子的电路图。
请注意，在图3B中，与上述图3A所示的高频电子开关36的部件相同的部件以相同的附图标记表示，并且省略其描述。
在图3B所示的高频电子开关36中，配备给连接到配置为差分类型的多个放大电路37A、37B的每个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、以及Tr4的相应恒流电路I1、I2、I3、I4的四个恒流电路I11、I12、I13、I14中的、附图下侧的两个恒流电路I11、I12由每个都能工作导通/截止的晶体管Tr11、Tr12、Tr13、与Tr14构成。
另外，附图上侧的两个恒流电路I13、I14由每个都能工作导通/截止的晶体管Tr21、Tr22、Tr23、与Tr24构成。
请注意，在图3B中，附图标记R11与R12为每个晶体管Tr11、Tr12、Tr13、与Tr14的公共射极偏置阻抗。
另外，在图3B中，附图标记R13与R14为每个晶体管Tr21、Tr22、Tr23、与Tr24的公共射极偏置阻抗。
而且，附图标记D11与R12为共同地连接到晶体管Tr11、Tr14、Tr21、与Tr24的各集电极的二极管。
这样，在通过缓冲器38a从控制端36c输入到恒流电路I11、I12、I13、与I14的晶体管Tr11、Tr12、Tr13、与Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、与Tr24每个的基极的脉冲信号Pa为高电平(第一电平)时的时段中，使高频电子开关36处于导通(工作)状态，从而通过提供工作电流将那些导通。
结果，通过在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′之间导通，使得依次由多个放大电路37A、37B、以及37C放大的正相与负相载波信号C与C′通过，并且按同样的高频关闭(close)正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′。
请注意：经过正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′的正相与负相载波信号C与C′从信号输出端36e输出为短促波Pb，其已经由上述的合成电路37D差分地合成，(即，其幅度翻倍的分量)。
另外，在通过缓冲器38a从控制端36c输入到恒流电路I11、I12、I13、与I14的晶体管Tr11、Tr12、Tr13、与Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、与Tr24每个的基极的脉冲信号Pa为低电平(第二电平)时的时段中，使高频电子开关36处于截止(非工作)状态，从而停止对配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C的晶体管Tr11、Tr12、Tr13、与Tr14提供工作电流，这会将那些截止。
结果，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态，这会按同样的高频在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′、以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间截止。
如上所述，在图3A与3B所示的高频电子开关36中，当高频电子开关36处于截止(非工作)状态时，通过在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′之间截止，防止正相与负相载波信号C与C′通过，并且按同样的高频截止(open)正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′，即进行隔离。
相应地，当高频电子开关36处于非工作(截止工作)状态时，可以有效地抑制正相与负相载波信号C与C′的泄露。
在这种情况下，配置高频电子开关36，从而在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′、以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间、级联具有可以控制以供应工作电流的晶体管Tr的多个放大电路37A、37B、以及37C。因此，可以取得多级的隔离，并且可以充分地抑制截止状态下高频载波信号的泄露，即使在上述高于RR射频波发射禁止波段的UWB频率波段等等之内也如此。
通过这种方式，图3A与3B所示的高频电子开关36具有以下配置，其中级联具有晶体管的、并且被分别配置为差分类型的多个放大电路，所述晶体管中，根据脉冲信号Pa控制工作电流供应的导通与截止。因此，可以按照多个放大电路的级数目的程度、有效地抑制在断状态下的载波信号的泄露。
如附图中虚线所示，出于与图2B所示的高频电子开关36相同的目的，图3A与3B所示的高频电子开关36还配置有多个延迟电路D1、D2、D3，这些延迟电路提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端36c的脉冲信号Pa的、在多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大的正相与负相载波信号C与C′的延迟。因此，可以按照在时间上错列、从而对应于载波信号C与C′的延迟的方式，根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，将多个恒流电路I1、I2、I3置于工作状态或非工作状态。
即，图3A与3B所示的高频电子开关36基本包含：正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′，向其输入要切换的正相与负相高频信号C与C′；具有利用晶体管Tr的差分配置的多个放大电路37A、37B、以及37C，其按多级级联到正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′，并且分别放大要依次切换的正相与负相高频信号C与C′；正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′，其连接到具有差分配置的多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的差分输出部件，并且输出依次放大的要切换的正相与负相高频信号C与C′；控制端36c，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号；以及供应电流控制电路38，当输入到控制端36c的脉冲信号在第一电平时段内时，供应电流控制电路38通过向具有差分配置的多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使具有差分配置的多个放大电路37A、37B、以及37C处于放大工作状态，并且当脉冲信号在第二电平时，供应电流控制电路38通过停止向具有差分配置的多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使具有差分配置的多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态。根据输入到控制端36c的脉冲信号的电平，高频电子开关36按同样的高频在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′、以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间导通/截止。
相应地，优选地，配置图3A与3B所示的高频电子开关36，从而配备有：正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′，其作为信号输入端36a配备，并且向其输入正相与负相高频信号C与C′中的至少一个，作为高频载波信号；以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′，其作为信号输出端36e配备，并且从其输出正相与负相高频信号C与C′中的至少一个。另外，根据多个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4，将在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′、以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间按多级级联的多个放大电路37A、37B、以及37C分别配置为差分类型。
另外，优选地，配置图3B所示的高频电子开关36，从而多个恒流电路I1、I2、I3分别由具有晶体管Tr11、Tr12、Tr13、Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、Tr24的多个恒流电路I11、I12、I13和I14构成，并且将输入到控制端36c的脉冲信号Pa提供给多个恒流电路I11、I12、I13的晶体管Tr11、Tr12、Tr13、Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、Tr24的每个的基极。
另外，优选地，图3A与3B所示的高频电子开关36还包含：合成电路37D，连接在正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间。合成电路37D合成作为高频载波信号C的正相与负相高频信号C与C′，其在配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大，并且从正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′输出，从而在正相与负相高频信号C与C′分别作为高频载波信号C输入到正相信号输入端36a与负相载波信号输入端36a′时输出。
另外，更优选地，在图3A与3B所示的高频电子开关36中，供应电流控制电路38包含多个恒流电路I11、I12、I13、I14，连接到配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，使该多个恒流电路I11、I12、I13、I14同时地置于工作状态与非工作状态，由此使配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
另外，更优选地，在图3A与3B所示的高频电子开关36中，供应电流控制电路38′包括：多个恒流电路I11、I12、I13、I14，连接到配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4；以及多个延迟电路D1、D2、D3，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端36c的脉冲信号Pa的、在配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大的正相与负相高频载波信号C与C′的延迟。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，按照在时间上错列从而对应于正相与负相高频载波信号C与C′的延迟的方式，将多个恒流电路I11、I12、I13、I14置于工作状态或非工作状态。
图4与5为上述如图3A与3B所示的高频电子开关36导通/截止状态下增益的频率特性的仿真结果。
图4的特性为当相位相反的载波信号C与C′差分输入到图3A与3B所示的高频电子开关36的输入端36a与36a′、并且在26GHz获得110dB或更高的导通/截止比率时的特性。
另外，图5的特性为当单一输入一个载波信号C、并且在26GHz获得110dB或更高的导通/截止比率时的特性。
人们认为：因为各个放大电路37A、37B、以及37C被配置为差分类型，所以由于在截止状态中泄露分量的抵消效应，产生了这样高的导通/截止比率。
但是，上述特性是理论上的，并且当实际安装上电路时的导通/截止比率会变得比上述结果差。但是，即使根据实验估计变差的值为30dB，但还是期望80dB的导通/截止比率，并且可以充分地抑制26GHz中载波的泄露。
另外，因为与常规高频电子开关不同、不需要在高频电子开关36的电路配置中使用线圈，所以提供了可以响应用于UWB雷达系统的窄宽度脉冲Pa(例如其宽度为1ns或更少)的高速性能。
这样，如图1所示，从高频电子开关36输出的短促波Pb由功率放大器39放大，并且提供到发射天线32。
因此，从发射天线32向搜索物体的空间1发射上述短脉冲波Pt。
在另一方面，接收单元40通过接收天线41接收来自空间1中物体1a的反射波Pr，并且其接收信号R由低噪声放大器(LNA)42放大，并且其输出信号R′由检波电路43检测。
来自检波电路43的输出信号H由模数(A/D)转换器45转换为数字值，并且输入到信号处理单元50。
信号处理单元50根据在接收单元40处获得的信号H，分析空间1中存在的物体1a，并且通过输出设备(未显示，例如显示器或音频发生器)报告分析结果，并且将控制所需的信息通报给予控制单元60。
根据预先对于短程雷达30确定的计划、或者根据信号处理单元50的处理结果，控制单元60执行对发射单元31与接收单元40进行搜索所需的预定的各种控制。
通过这种方式，配置发射单元31的短促波发生装置34，从而通过由具有非常少的载波泄露的高频电子开关36使载波信号C间歇断续，生成短促波Pb。
相应地，对于使用UWB时规定的功率密度限制，只要采取当雷达系统中作为发射器脉冲的短促波Pb振荡得值得考虑时输出的短脉冲波瞬间功率就足够了，这使之可以尽可能地有效利用规定的电功率。
即，如上所述，图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置包含：载波信号发生器35，其连续输出高频载波信号C；以及高频电子开关36，其以短促波形式输出从载波信号发生器35输出的高频载波信号C，或者使之处于输出停止状态。高频电子开关36具有：信号输入端36a，其接收高频载波信号C；具有晶体管Tr的多个放大电路37A、37B、以及37C，其按照多级级联到信号输入端36a，并且用来分别依次放大高频载波信号C；信号输出端36e，其连接到多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的输出部件，并且输出被依次放大的高频载波信号C；控制端36c，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号Pa；以及供应电流控制电路38，当输入到控制端36c的脉冲信号Pa在第一电平时段内时，供应电流控制电路38通过向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于放大工作状态，并且当脉冲信号Pa在第二电平时段内时，供应电流控制电路38通过停止向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，通过高频电子开关36按同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间导通/截止，以短促波形式输出高频载波信号C，或者使之处于输出停止状态。
另外，如上所述，图1、2A、2B、3A、3B所示的短程雷达包含：发射单元31，具有短促波发生装置34，该短促波发生装置34包含载波信号发生器35，其连续输出高频载波信号C，从而每次收到发射触发信号G时，发射具有预定宽度的短脉冲波Pt到空间1中；以及高频电子开关36，其以短促波形式输出从载波信号发生器35输出的高频载波信号C，或者使之处于输出停止状态；接收单元40，其对短脉冲波Pt的反射波Pr进行接收与检波处理；信号处理单元50，其根据来自接收单元40的输出，对空间1中存在的物体1a进行分析处理；以及，控制单元60，其根据来自信号处理单元50的分析结果，对发射单元31与接收单元40中的至少一个进行预定的控制。短促波发生装置34的高频电子开关36包含：信号输入端36a，其接收高频载波信号C；具有晶体管Tr的多个放大电路37A、37B、以及37C，其按照多级级联到信号输入端36a，并且用来分别依次放大高频载波信号C；信号输出端36e，其连接到多个放大电路37A、37B、以及37C中最后一级放大电路37C的输出部件，并且输出被依次放大的高频载波信号C；控制端36c，向其输入作为切换信号的、具有一段第一电平以及一段第二电平的脉冲信号Pa；以及供应电流控制电路38，当输入到控制端36c的脉冲信号在第一电平时段内时，供应电流控制电路38通过向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于放大工作状态，并且当脉冲信号Pa在第二电平时段内时，供应电流控制电路38通过停止向多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr供应工作电流，使多个放大电路37A、37B、以及37C处于非放大工作状态。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，通过高频电子开关36按同样的高频在信号输入端36a与信号输出端36e之间导通/截止，以短促波形式输出高频载波信号C，或者使之处于输出停止状态。
另外，如上所述，优选地，图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置和短程雷达包含：正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′，其作为高频电子开关36的信号输入端36a配备，并且向其输入正相与负相高频载波信号C与C′中的至少一个，作为高频载波信号C；以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′，其作为高频电子开关36的信号输出端36e配备，并且从其输出正相与负相高频载波信号C与C′中的至少一个。利用多个晶体管Tr1、Tr2、Tr3、Tr4，将在正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′、以及正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间按多级级联的多个放大电路37A、37B、以及37C分别配置为差分类型。
如上所述，更优选地，在图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置与短程雷达中，高频电子开关36的供应电流控制电路38包含多个恒流电路I1、I2、I3，连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的每个晶体管Tr。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，使该多个恒流电路I1、I2、I3同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路37A、37B、以及37C同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
另外，如上所述，优选地，配置图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置与短程雷达，从而多个恒流电路I1、I2、I3分别由具有晶体管Q、Tr11、Tr12、Tr13、Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、Tr24的多个恒流电路I1、I2、I3、I11、I12、I13、I14构成，并且将输入到控制端36c的脉冲信号Pa提供给多个恒流电路I1、I2、I3、I11、I12、I13、I14的晶体管Q、Tr11、Tr12、Tr13、Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、Tr24的每个的基极。
另外，如上所述，更优选地，在图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置与短程雷达中，供应电流控制电路38′包括：多个恒流电路I1、I2、I3、I11、I12、I13、I14，分别连接到多个放大电路37A、37B、以及37C的晶体管Tr、Tr1、Tr2、Tr3、Tr4；以及多个延迟电路D1、D2，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端36c的脉冲信号Pa的、在多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大的正相与负相高频载波信号C与C′的延迟。根据输入到控制端36c的脉冲信号Pa的电平，按照在时间上错列从而对应于正相与负相高频载波信号C与C′的延迟的方式，将多个恒流电路I1、I2、I3、I11、I12、I13、I14置于工作状态或非工作状态。
另外，如上所述，更优选地，配置在图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置与短程雷达，从而多个恒流电路I1、I2、I3分别由具有晶体管Q、Tr11、Tr12、Tr13、Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、Tr24的多个恒流电路I1、I2、I3、I11、I12、I13、I14构成，并且将输入到控制端36c的脉冲信号Pa提供给多个恒流电路I1、I2、I3、I11、I12、I13、I14的晶体管Q、Tr11、Tr12、Tr13、Tr14、以及Tr21、Tr22、Tr23、Tr24的每个基极。
另外，如上所述，优选地，图1、2A、2B、3A、3B所示的短促波发生装置与短程雷达包含：合成电路37D，连接在正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′之间。当向正相信号输入端36a与负相信号输入端36a′分别输入正相与负相高频载波信号C与C′、作为要切换的高频载波信号C时，合成电路37D合成作为高频载波信号C的正相与负相高频载波信号C与C′，其在配置为差分类型的多个放大电路37A、37B、以及37C处被依次放大，并且从正相信号输出端36b与负相信号输出端36b′输出。
工业实用性
请注意：上述实施例为其中本发明用于UWB短程雷达的例子。但是，本发明的高频电子开关与短促波发生装置不仅可以用于UWB短程雷达，而且可以用于使高频信号间歇断续并且生成不同于UWB内的频率波段内的短促波的装置。

Claims (21)

1.一种高频电子开关，包括：
信号输入端，向其输入要切换的高频信号；
具有晶体管的多个放大电路，用来分别依次放大要切换的高频信号，这些放大电路按多级级联到信号输入端；
信号输出端，其连接到多个放大电路中最后一级放大电路的输出部件，并且输出被依次放大的要切换的高频信号；
控制端，向其输入作为切换信号的、具有第一电平的时段以及第二电平的时段的脉冲信号；以及
供应电流控制电路，在当输入到控制端的脉冲信号在第一电平时的时段内，供应电流控制电路通过向多个放大电路的每个晶体管供应工作电流，使多个放大电路处于放大工作状态，并且当脉冲信号在第二电平时的时段内，供应电流控制电路通过停止向多个放大电路的每个晶体管供应工作电流，使多个放大电路处于非放大工作状态，
该高频电子开关根据输入到控制端的脉冲信号的电平，按同样的高频在信号输入端与信号输出端之间导通/截止。
2.如权利要求1所述的高频电子开关，特征在于包含：
正相信号输入端与负相信号输入端，其作为信号输入端配备，并且向其输入正相与负相高频信号中的至少一个，作为切换的高频信号；以及
正相信号输出端与负相信号输出端，其作为信号输出端配备，并且从其输出正相与负相高频信号中的至少一个，
其中，利用多个晶体管，将在正相信号输入端与负相信号输入端、以及在正相信号输出端与负相信号输出端之间按多级级联的多个放大电路分别配置为差分类型。
3.如权利要求1或2所述的高频电子开关，特征在于供应电流控制电路包含多个恒流电路，连接到多个放大电路的每个晶体管，并且根据输入到控制端的脉冲信号的电平，使该多个恒流电路同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
4.如权利要求3所述的高频电子开关，特征在于配置该高频电子开关，从而供应电流控制电路的多个恒流电路分别由具有晶体管的多个恒流电路构成，并且将输入到控制端的脉冲信号提供给多个恒流电路的晶体管的每个基极。
5.如权利要求1或2所述的高频电子开关，特征在于供应电流控制电路包括：多个恒流电路，连接到多个放大电路的每个晶体管；以及多个延迟电路，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端的脉冲信号的、在多个放大电路处被依次放大的要切换的高频信号的延迟，并且根据输入到控制端的脉冲信号的电平，按照在时间上错列从而对应于高频信号的延迟的方式，将多个恒流电路置于工作状态或非工作状态。
6.如权利要求5所述的高频电子开关，特征在于配置该高频电子开关，从而供应电流控制电路的多个恒流电路分别由具有晶体管的多个恒流电路构成，并且将输入到控制端的脉冲信号提供给多个恒流电路的晶体管的每个基极。
7.如权利要求2所述的高频电子开关，特征在于还包含：
合成电路，连接在正相信号输出端与负相信号输出端之间，并且当向正相信号输入端与负相信号输入端分别输入正相与负相高频信号作为要切换的高频信号时，合成电路合成并且输出作为切换的高频信号的正相与负相高频信号，该正相与负相高频信号在配置为差分类型的多个放大电路处被依次放大，并且从正相信号输出端与负相信号输出端输出。
8.一种短促波发生装置，包含：
载波信号发生器，其连续输出高频载波信号；以及
高频电子开关，其以短促波形式输出从载波信号发生器输出的高频载波信号，或者使之处于输出停止状态，其中
该高频电子开关包括：
信号输入端，其接收高频载波信号；
具有晶体管的多个放大电路，用来分别依次放大高频载波信号，这些放大电路按多级级联到信号输入端；
信号输出端，其连接到多个放大电路中最后一级放大电路的输出部件，并且输出被依次放大的高频载波信号；
控制端，向其输入作为切换信号的、具有第一电平的时段以及第二电平的时段的脉冲信号；以及
供应电流控制电路，在当输入到控制端的脉冲信号在第一电平时的时段内，供应电流控制电路通过向多个放大电路的每个晶体管供应工作电流，使多个放大电路处于放大工作状态，并且当脉冲信号在第二电平时的时段内，供应电流控制电路通过停止向多个放大电路的每个晶体管供应工作电流，使多个放大电路处于非放大工作状态，并且
该高频电子开关根据输入到控制端的脉冲信号的电平，按同样的高频在信号输入端与信号输出端之间导通/截止，从而以短促波形式输出高频载波信号，或者使之处于输出停止状态。
9.如权利要求8所述的短促波发生装置，特征在于包含：
正相信号输入端与负相信号输入端，其作为高频电子开关的信号输入端配备，并且向其输入正相与负相高频载波信号中的至少一个，作为高频载波信号；以及
正相信号输出端与负相信号输出端，其作为高频电子开关的信号输出端配备，并且从其输出正相与负相高频载波信号中的至少一个，
其中，利用多个晶体管，将在正相信号输入端与负相信号输入端、以及在正相信号输出端与负相信号输出端之间按多级级联的多个放大电路分别配置为差分类型。
10.如权利要求8或9所述的短促波发生装置，特征在于高频电子开关的供应电流控制电路包含多个恒流电路，连接到多个放大电路的每个晶体管，并且根据输入到控制端的脉冲信号的电平，通过使该多个恒流电路同时地置于工作状态或非工作状态，由此使多个放大电路同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
11.如权利要求10所述的短促波发生装置，特征在于配置高频电子开关，从而供应电流控制电路的多个恒流电路分别由具有晶体管的多个恒流电路构成，并且将输入到控制端的脉冲信号提供给多个恒流电路的晶体管的每个的基极。
12.如权利要求8或9所述的短促波发生装置，特征在于高频电子开关的供应电流控制电路包括：多个恒流电路，连接到多个放大电路的每个晶体管；以及多个延迟电路，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端的脉冲信号的、在多个放大电路处被依次放大的高频载波信号的延迟，并且根据输入到控制端的脉冲信号的电平，按照在时间上错列从而对应于高频载波信号的延迟的方式，将多个恒流电路置于工作状态或非工作状态。
13.如权利要求12所述的短促波发生装置，特征在于配置高频电子开关，从而供应电流控制电路的多个恒流电路分别由具有晶体管的多个恒流电路构成，并且将输入到控制端的脉冲信号提供给多个恒流电路的晶体管的每个的基极。
14.如权利要求9所述的短促波发生装置，特征在于高频电子开关还包含：合成电路，连接在正相信号输出端与负相信号输出端之间，并且当向正相信号输入端与负相信号输入端分别输入正相与负相高频载波信号作为高频载波信号时，合成电路合成并且输出作为高频载波信号的正相与负相高频载波信号，该正相与负相高频载波信号在配置为差分类型的多个放大电路处被依次放大，并且从正相信号输出端与负相信号输出端输出。
15.一种短程雷达，包含：
发射单元，具有短促波发生装置，该短促波发生装置包含：载波信号发生器，其连续输出高频载波信号，从而每次收到发射触发信号时，发射具有预定宽度的短脉冲波到空间中；以及高频电子开关，其以短促波形式输出从载波信号发生器输出的高频载波信号，或者使之处于输出停止状态；
接收单元，其对短脉冲波的反射波进行接收与检波处理；
信号处理单元，其根据来自接收单元的输出，对空间中存在的物体进行分析处理；以及
控制单元，其根据来自信号处理单元的分析结果，对发射单元与接收单元中的至少一个进行预定的控制，其中
短促波发生装置的高频电子开关包含：
信号输入端，其接收高频载波信号；
具有晶体管的多个放大电路，其分别依次放大高频载波信号，该多个放大电路按照多级级联到信号输入端；
信号输出端，其连接到多个放大电路中最后一级放大电路的输出部件，并且输出被依次放大的高频载波信号；
控制端，向其输入作为切换信号的、具有第一电平的时段以及第二电平的时段的脉冲信号；以及
供应电流控制电路，在当输入到控制端的脉冲信号在第一电平时的时段内，供应电流控制电路通过向多个放大电路的每个晶体管供应工作电流，使多个放大电路处于放大工作状态，并且在当脉冲信号在第二电平时的时段内，供应电流控制电路通过停止向多个放大电路的每个晶体管供应工作电流，使多个放大电路处于非放大工作状态，
并且高频电子开关根据输入到控制端的脉冲信号的电平，按同样的高频在信号输入端与信号输出端之间导通/截止，从而以短促波形式输出高频载波信号，或者使之处于输出停止状态。
16.如权利要求15所述的短程雷达，特征在于包含：
正相信号输入端与负相信号输入端，其作为高频电子开关的信号输入端配备，并且向其输入正相与负相高频载波信号中的至少一个，作为高频载波信号；以及
正相信号输出端与负相信号输出端，其作为高频电子开关的信号输出端配备，并且从其输出正相与负相高频载波信号中的至少一个，
其中，利用多个晶体管，将在正相信号输入端与负相信号输入端、以及在正相信号输出端与负相信号输出端之间按多级级联的多个放大电路分别配置为差分类型。
17.如权利要求15或16所述的短程雷达，特征在于高频电子开关的供应电流控制电路包含多个恒流电路，连接到多个放大电路的每个晶体管，并且根据输入到控制端的脉冲信号的电平，使该多个恒流电路同时地置于工作状态与非工作状态，由此使多个放大电路同时地置于放大工作状态或非放大工作状态。
18.如权利要求17所述的短程雷达，特征在于配置高频电子开关，从而供应电流控制电路的多个恒流电路分别由具有晶体管的多个恒流电路构成，并且将输入到控制端的脉冲信号提供给多个恒流电路的晶体管的每个的基极。
19.如权利要求15或16所述的短程雷达，特征在于高频电子开关的供应电流控制电路包括：多个恒流电路，连接到多个放大电路的每个晶体管；以及多个延迟电路，其提供延迟，该延迟对应于相对于输入到控制端的脉冲信号的、在多个放大电路处被依次放大的高频载波信号的延迟，并且根据输入到控制端的脉冲信号的电平，按照在时间上错列从而对应于高频载波信号的延迟的方式，将多个恒流电路置于工作状态或非工作状态。
20.如权利要求19所述的短程雷达，特征在于配置高频电子开关，从而供应电流控制电路的多个恒流电路分别由具有晶体管的多个恒流电路构成，并且将输入到控制端的脉冲信号提供给多个恒流电路的晶体管的每个的基极。
21.如权利要求16所述的短程雷达，特征在于高频电子开关还包含：合成电路，连接在正相信号输出端与负相信号输出端之间，并且当向正相信号输入端与负相信号输入端分别输入正相与负相高频载波信号作为高频载波信号时，合成电路合成并且输出作为高频载波信号的正相与负相高频载波信号，该正相与负相高频载波信号在配置为差分类型的多个放大电路处被依次放大，并且从正相信号输出端与负相信号输出端输出。
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