JP2001318137A - 電波距離計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受信信号を感度良く取り込むことができる電
波距離計とする。 【解決手段】 マイクロ波発生回路１から送信マイクロ
波パルス信号Ｓ１を間歇的に発生し、送信マイクロ波パ
ルス信号に基づいてアンテナ４から電波の送信を行い、
アンテナ４から電波の受信を行う。アンテナ４で受信さ
れた受信信号は、マイクロ波増幅回路１７で増幅され、
サンプリング回路３でサンプリングが行われ、低周波信
号に変換される。マイクロ波増幅回路１７は、サンプリ
ング回路３のサンプリングと同期した電源電圧Ｖ１によ
って増幅動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電波を送信してか
ら目標で反射した該電波を受信するまでの時間を測定す
ることによって目標までの距離を測定する電波距離計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電波距離計としては、電波を目標
に向けて送信し、目標から反射した電波を受信し、その
伝播時間を測定することにより、電波の伝播速度を用い
て目標までの距離を求めるものが知られている。そし
て、その伝播時間を測定するための電波の受信機として
は、例えば、特表平８−５０９１１０号公報に記載され
た超広帯域受信器が知られている。この公報に示す超広
帯域受信器では、１つのダイオードを用いてサンプリン
グ回路を構成しており、受信信号を増幅することなく、
直接、受信信号をサンプリングしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の電波距離計では、特に受信信号の周波数が高
い場合には、ダイオードによる損失の影響を受け、受信
信号がサンプリングの過程で減衰するため、受信感度が
低下するという課題がある。また、例えば、電波距離計
にとって強力な妨害波がサンプリング回路に混入する
と、ダイオードを飽和させて導通させてしまうため、大
きな雑音の原因となる可能性があるという課題がある。
電波距離計では、十分な距離精度を確保するために、受
信回路の帯域幅を他の無線機器よりも著しく広くとるの
が普通であり、電波距離計の受信回路の比帯域幅は０．
５にも達しており、特に妨害波の影響は大きい。また、
サンプリングパルスがアンテナを介して機器の外部に放
射されるおそれがあるため、他の機器に対する妨害波と
なる可能性があるという課題もある。

【０００４】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、受信信号を感度良く取り込むことができる電波距離
計を提供することをその目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、電波を送信してから目標で反
射した該電波を受信するまでの時間を測定することによ
って目標までの距離を測定する電波距離計であって、送
信マイクロ波パルス信号を間歇的に発生するマイクロ波
発生回路と、送信マイクロ波パルス信号に基づいて電波
の送信を行うと共に電波の受信を行うアンテナ手段と、
アンテナ手段で受信された受信信号のサンプリングを行
い、低周波信号に変換する等価サンプリング回路と、前
記アンテナ手段と等価サンプリング回路との間に設けら
れて受信信号の増幅を行うマイクロ波増幅回路と、を備
え、前記マイクロ波増幅回路は、前記等価サンプリング
回路のサンプリングと同期した電源電圧によって増幅動
作を行うことを特徴とする。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、前記電波距
離計が、前記等価サンプリング回路のサンプリングと同
期したマイクロ波増幅回路電源トリガ信号を発生するト
リガ回路を備えており、該トリガ回路は、等価サンプリ
ング回路のサンプリングの直前ないし直後間においての
み、マイクロ波増幅回路の電源電圧を発生させるようマ
イクロ波増幅回路電源トリガ信号を発生することを特徴
とする。

【０００７】等価サンプリング回路のサンプリングと同
期した電源電圧によって動作を行うマイクロ波増幅回路
によって、増幅された受信信号をサンプリングし、サン
プリング以外のときには、受信信号が増幅されないよう
にすることができる。その結果、目標からの反射信号に
対する感度が向上し、他の無線機器から発生した妨害波
の影響を受けにくくすることができる。

【０００８】また任意には、トリガ回路からのマイクロ
波増幅回路電源トリガ信号を、そのままマイクロ波増幅
回路の電源電圧とすることとしても良いが、電源電圧を
発生する増幅器電源電圧発生回路を別途備えることとし
ても良い。この増幅器電源電圧発生回路は、電波距離計
として標準的に持つ電源電圧を昇圧する昇圧回路で構成
することも可能である。このような昇圧回路を備えるこ
とにより、マイクロ波増幅回路以外の回路は、標準的な
低い電源電圧で動作を行う素子を用いて構成することが
でき、低い消費電力とすることができる一方で、マイク
ロ波増幅回路を最適な状態で動作させることができる。
電源電圧はサンプリングと同期した幅の狭いパルス状の
波形で良いために、昇圧回路は、比較的簡単なＬＣ回路
で構成することができる。または、昇圧回路は、トラン
ス回路で構成することも可能である。

【０００９】マイクロ波増幅回路電源トリガ信号は、等
価サンプリング回路のサンプリング信号に対して一定の
遅延量だけ遅延した信号とすることができる。遅延量を
調整することにより、等価サンプリング回路が、電源電
圧が最大の状態でマイクロ波増幅回路によって増幅され
た受信信号のサンプリングを行うように調整することが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１ないし図７は、本発明による電
波距離計の実施形態を表す図である。この電波距離形
は、例えば化学プラントなどのプロセス制御の分野等に
おけるタンクの液面の位置測定に使用することができる
ものであり、液面を対象物とすることができる。勿論こ
れ以外の用途に適用することができることは言うまでも
ない。まず構成を図１によって説明すると、この電波距
離計は、主に、マイクロ波発生回路１、結合回路２、ア
ンテナ４、トリガ回路５、増幅器電源電圧発生回路１
９、マイクロ波増幅回路１７、サンプリング回路３、包
絡線検波回路６、Ａ／Ｄ変換回路７、演算回路８及び電
源２４を備えている。

【００１１】マイクロ波発生回路１に結合回路２が接続
され、結合回路２にアンテナ４が接続されている。マイ
クロ波発生回路１は、後述のトリガ回路５からの送信ト
リガ信号Ｔｒ１を受けて、送信マイクロ波パルス信号Ｓ
１を発生するものであり、発生された送信マイクロ波パ
ルス信号Ｓ１は、結合回路２を介してアンテナ４へと送
られる。マイクロ波発生回路１から発生される送信マイ
クロ波パルス信号Ｓ１の幅は、対象物１１の位置を正確
に測定するために、１ｎｓ秒から２ｎｓ秒程度が望まし
い。結合回路２は例えば方向性結合器で構成することが
できる。また、結合回路２とアンテナ４との間には、結
合回路２とアンテナ４との間で生じる多重反射信号を抑
圧するために減衰回路を別途備えていると良い。また、
日本国内で合法的に使用するためには、アンテナ４から
放射され電力を制限する必要があるため、マイクロ波発
生回路１には、減衰器の手段を付加し、出力レベルを適
切に設定できるような構成とすると良い。また、アンテ
ナ４は、１つのアンテナから構成する代わりに、送信ア
ンテナ及び受信アンテナから構成することも可能であ
る。

【００１２】さらに結合回路２にはマイクロ波増幅回路
１７が接続され、マイクロ波増幅回路１７にはサンプリ
ング回路３が、サンプリング回路３には包絡線検波回路
６が接続され、さらに、Ａ／Ｄ変換回路７及び演算回路
８が接続されている。アンテナ４から送信された電波
は、対象物１１（例えば液面）で反射して、アンテナ４
で受信され、受信マイクロ波信号Ｓ２となり、結合回路
２を経由してマイクロ波増幅回路１７へと送られて増幅
され増幅受信信号Ｓ３となる。サンプリング回路３は、
例えば、図７に示すように構成することができ、後述の
トリガ回路５からの受信トリガ信号Ｔｒ２を受けて増幅
受信信号Ｓ３に対して、サンプリングを行い、低周波受
信信号Ｓ４に変換する等価サンプリングを行う。低周波
受信信号Ｓ４は、包絡線検波回路６によって包絡線検波
受信信号Ｓ５に変換され、さらにＡ／Ｄ変換回路７によ
って受信信号データＤ１に変換され、演算回路８によっ
て処理され、最終的に測定距離データＤ２として出力さ
れる。

【００１３】トリガ回路５は、送信トリガ信号Ｔｒ１、
受信トリガ信号Ｔｒ２及びマイクロ波増幅回路電源トリ
ガ信号Ｔｒ３を生成するものである。送信トリガ信号Ｔ
ｒ１はマイクロ波発生回路１へ送られ、受信トリガ信号
Ｔｒ２はサンプリング回路３へ、マイクロ波増幅回路電
源トリガ信号Ｔｒ３は増幅器電源電圧発生回路１９へと
送られる。トリガ回路５の詳細ブロック図を図２に示
す。トリガ回路５は主に、送信トリガ発生回路２１、遅
延掃引回路２２及び遅延回路２３から構成される。

【００１４】送信トリガ発生回路２１は、所定時間間隔
で送信トリガ信号Ｔｒ１を出力するものであり、安定な
信号を出力する必要があるため、水晶発振器で構成する
ことが望ましい。送信トリガ信号Ｔｒ１のＰＲＩ（パル
ス繰り返しインターバル）は、１μｓ程度とすることが
できる。送信トリガ信号Ｔｒ１は、前述のマイクロ波発
生回路１へ送られると共に遅延掃引回路２２に入力さ
れ、遅延掃引回路２２によって、送信トリガ信号Ｔｒ１
から、時間の経過と共に変化する遅延量だけ遅延された
マイクロ波増幅回路電源トリガ信号Ｔｒ３が出力され
る。

【００１５】遅延掃引回路２２は、さらに詳細には、図
３に示すように、可変遅延回路２９、のこぎり波発生回
路３０及び測定インターバル信号発生回路３１から構成
される。測定インターバル信号発生回路３１は測定イン
ターバル信号Ｓ６を発生するものであり、測定インター
バル信号Ｓ６のＰＲＩは、０．１ｓから数ｓのオーダー
となっている。のこぎり波発生回路３０では、測定イン
ターバル信号Ｓ６と同じ周期を持つのこぎり波Ｓ７を発
生する。のこぎり波Ｓ７の電圧レベルによって可変遅延
回路２９での遅延量が変化するようになっており、可変
遅延回路２９に入力された送信トリガ信号Ｔｒ１は、そ
のときの遅延量だけ遅延したマイクロ波増幅回路電源ト
リガ信号Ｔｒ３を出力する。

【００１６】さらに、マイクロ波増幅回路電源トリガ信
号Ｔｒ３は遅延回路２３に入力され、遅延回路２３によ
って、一定の遅延量だけ遅延した受信トリガ信号Ｔｒ２
が出力される。遅延回路２３の遅延量は、後述のよう
に、マイクロ波増幅回路電源トリガ信号ＴＲ３が発生さ
れて、増幅器電源電圧発生回路１９から発生された増幅
器電源電圧が最大になるまでの時間と、受信マイクロ波
信号Ｓ２のマイクロ波増幅回路１７からサンプリング回
路３までに達するまでの時間とを加算した時間にほぼな
るように設定される。

【００１７】増幅器電源電圧発生回路１９は、マイクロ
波増幅回路電源トリガ信号Ｔｒ３を受けて、マイクロ波
増幅回路１７を動作させるのに適した電源電圧Ｖ１を発
生するものである。この電源電圧Ｖ１は、サンプリング
回路３によるサンプリングが行われるだけの時間だけマ
イクロ波増幅回路１７が動作するように、幅の狭いパル
ス状の波形でよい。このため、図４に示したようなＬＣ
回路のような簡単な構成の昇圧回路で構成することがで
きる。但し、電源２４からの電圧レベルが十分であり、
このマイクロ波増幅回路電源トリガ信号Ｔｒ３の電圧レ
ベルを十分大きくとることができれば、この回路自体を
省略することも可能である。または、昇圧回路としてト
ランス回路とすることも可能である。

【００１８】マイクロ波増幅回路１７は、電源電圧Ｖ１
が発生した場合のみ、増幅動作を行うものである。

【００１９】図５は、以上のように構成される電波距離
計の各信号のタイミングチャートである。図において、
送信トリガ信号Ｔｒ１によって送信マイクロ波パルス信
号Ｓ１が発生し、マイクロ波増幅回路電源トリガ信号Ｔ
ｒ３に同期して、振幅が拡大された電源電圧Ｖ１が発生
する。電源電圧Ｖ１の振幅が最大になり、マイクロ波増
幅回路１７の最大の利得で増幅された受信信号に対し
て、受信トリガ信号Ｔｒ２に同期したサンプリングパル
スにより、サンプリングが実行される。サンプリングの
瞬間に対象物１１で反射して帰ってきた受信波が存在す
ると、その信号は、マイクロ波増幅回路１７が動作して
いるために増幅される。受信トリガ信号Ｔｒ２及びマイ
クロ波増幅回路電源トリガ信号Ｔｒ３のタイミングを遅
延掃引回路２２の可変遅延回路２９の作用により遅延さ
せていくことにより、対象物１１からの受信信号は低周
波受信信号Ｓ４となる（図６参照）。この低周波受信信
号Ｓ４から、送信から受信までに要する時間を求めるこ
とにより、目標物までの距離を求めることができる。

【００２０】マイクロ波増幅回路１７は、電源電圧Ｖ１
が発生している瞬間のみ電力を消費するため、常時電源
を投入している場合と比較すると、消費電力は著しく小
さくなっている。例えば、常時電源を投入している場合
には、１００ミリワットの電力を消費する場合であって
も、本実施形態のように、サンプリングの瞬間だけマイ
クロ波増幅回路１７が動作するようにして、１ミリワッ
ト以下の消費電力に抑えることができる。また、消費電
力が小さいために温度の上昇を抑えることができ、マイ
クロ波増幅回路１７の信頼性を常時電源を印加する場合
と比較して著しく向上させることができる。

【００２１】また、図５（ｉ）に示すような妨害波は、
送信トリガ信号Ｔｒ１と受信トリガ信号Ｔｒ２とは関係
のないタイミングで混入する。強力な妨害波があった場
合、マイクロ波増幅回路１７が常時動作していると、こ
の妨害波は、送信トリガ信号Ｔｒ１及び受信トリガ信号
Ｔｒ２とは関係なく増幅されて、図７のサンプリング回
路３のダイオードＤを飽和させて導通させてしまうた
め、ノイズとなる。しかしながら本実施形態では、マイ
クロ波増幅回路１７の動作時間をサンプリングのタイミ
ングのみとしているために、サンプリング回路３が動作
しないタイミングであれば、妨害波はアンテナ４からサ
ンプリング回路３までの間で減衰する。その結果、演算
回路８から出力される測定距離データＤ２の精度が妨害
波によって悪化することを防ぐことができる。

【００２２】また、マイクロ波増幅回路１７の逆伝達特
性は一般的に信号を減衰させる傾向があるために、サン
プリング回路３で発生したサンプリングパルスがマイク
ロ波増幅回路１７の出力に加わってもこの信号は減衰さ
れる。従って、アンテナ４へと達してアンテナ４から出
力される成分が小さくなり、結果として他の機器に対す
る妨害波の出力を減らすことができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
等価サンプリング回路のサンプリングと同期した電源電
圧によって動作を行うマイクロ波増幅回路によって、増
幅された受信信号をサンプリングする一方で、サンプリ
ング以外のときには、受信信号が増幅されないようにす
ることができ、目標からの反射信号に対して十分な感度
を有しながら、他の無線機器から発生した妨害波の影響
を受けにくい、電波距離計を実現することができる。ま
た、マイクロ波増幅回路の消費電力を小さくすることが
でき、電波距離計全体としての消費電力を低減させるこ
とができる。さらには、アンテナと等価サンプリング回
路との間にマイクロ波増幅回路が設けられるために、等
価サンプリング回路からのサンプリング信号がアンテナ
へと伝達する信号を阻止して、他の機器へ与える妨害を
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電波距離計の実施の形態を表すブロッ
ク図である。

【図２】図１のトリガ回路の詳細ブロック図である。

【図３】図２の遅延掃引回路の詳細ブロック図である。

【図４】図１の増幅器電源電圧発生回路の昇圧回路の具
体例である。

【図５】本発明の電波距離計の各信号のタイミングチャ
ート図である。

【図６】本発明の電波距離計の各信号のタイミングチャ
ート図である。

【図７】サンプリング回路の例を表す図である。

【符号の説明】 １ マイクロ波発生回路 ３ サンプリング回路（等価サンプリング回路） ４ アンテナ ５ トリガ回路 １７ マイクロ波増幅回路 １９ 増幅器電源電圧発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電波を送信してから目標で反射した該電
   波を受信するまでの時間を測定することによって目標ま
   での距離を測定する電波距離計であって、 送信マイクロ波パルス信号を間歇的に発生するマイクロ
   波発生回路と、 送信マイクロ波パルス信号に基づいて電波の送信を行う
   と共に電波の受信を行うアンテナ手段と、 アンテナ手段で受信された受信信号のサンプリングを行
   い、低周波信号に変換する等価サンプリング回路と、 前記アンテナ手段と等価サンプリング回路との間に設け
   られて受信信号の増幅を行うマイクロ波増幅回路と、を
   備え、前記マイクロ波増幅回路は、前記等価サンプリン
   グ回路のサンプリングと同期した電源電圧によって増幅
   動作を行うことを特徴とする電波距離計。
2. 【請求項２】 前記電波距離計は、前記等価サンプリン
   グ回路のサンプリングと同期したマイクロ波増幅回路電
   源トリガ信号を発生するトリガ回路を備えており、該ト
   リガ回路は、等価サンプリング回路のサンプリングの直
   前ないし直後間においてのみ、マイクロ波増幅回路の電
   源電圧を発生させるようマイクロ波増幅回路電源トリガ
   信号を発生することを特徴とする請求項１記載の電波距
   離計。