JP2001511968A - マイクロ波パルス発生器およびパルス反射距離測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マイクロ波トランスデューサヘッド(100)を使用するパルス距離測定システムが記載されている。そのヘッド(100)は音響トランスデューサに対して設計された受信機(204)および反射波処理システム(206)とほぼ適合する反射プロフィール出力信号を出力する。トランスデューサヘッド(100)は新しいマイクロ波パルス発生器(20a，20b)を使用し、それらはそれぞれトリガーパルスにより駆動トランジスタ(TR1a,TR1b)のアバランシェにより開始される小信号ダイオード(D2a,D2b)を通るアバランシェ放電により励起されるマイクロ波空洞をそれぞれ使用する。１つの発生器(2a)からの繰返しパルスはアンテナにより目標に向けて送信され、反射波は送信されたパルスに関して順次掃引された遅延にさらされる第２のパルス発生器(2b)からのパルスと混合される。混合された出力は同調された増幅器(110)に供給されて送信周波数に関して遅延の掃引速度に関連するアリアス周波数の成分を抽出される。アリアス信号は受信機および反射波処理システム(26)に送られる。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波パルス発生器およびパルス反射距離測定システム 本発明は、マイクロ波パルス発生器およびそのようなマイクロ波パルス発生器 を使用してタンク、サイロ、通路、その他の液体の材料境界面のレベルを決定す るために使用されるパルス反射距離測定システムに関する。 検出される境界面から反射される音響エネルギのパルスを利用するそのような パルス距離測定はよくん知られている。そのようなシステムの解像度は使用され る放射線の波長によって制限され、音響システムは、音波の速度は比較的低いが 、特に超音波周波数では波長が短いので良好な解像度を与え実時間で反射信号の 処理を容易に行うことができる利点がある。他方、音波の速度は温度および音波 が通過する媒体の性質および材料の反射および吸収特性により影響され、それら の境界面は満足すべきものではない。例えばそのようなシステムはしばしば泡に よって覆われた液体の表面を確実に検出することが困難である。 別の方法ではマイクロ波電磁エネルギのパルスを使用するレーダ技術を使用す る。そのようなエネルギの伝播速度（光速）は温度および通過する媒体の組成に よりほとんど影響されず、反射特性は十分に異なっており、音響システムの遭遇 する問題の幾つかを克服することが可能である。他方、マイクロ波の波長は適切 な解像度を与えるために非常に高い周波数が必要とされ、非常に短い反射時間は 音響システムとは全く別の処理技術を必要とする。さらに、利用できるマイクロ 波発生器は不適切な電力を生成する。すなわち、通常のレーダシステムに比較し てはるかに小さい電力しか必要としない典型的な短い距離の応用では、非常に高 価で過剰の電力を生成し、それは経済的な価格で利用できる半導体マイクロ波発 振器で出力されるよりもはるかに高い電力である。 本発明の目的は、工業的な距離測定のための適切な電力を出力することができ る経済的なマイクロ波パルス発生器を提供し、それと共にマイクロ波および音響 動作の両方に対して使用することのできる基本的な類似した信号処理技術、受信 機、およびトランスデューサのような既知の超音波受信機および信号処理技術を 使用することのできるパルス発生器を使用する距離測定システムを提供すること である。音響システムで使用される音響トランスデューサはほぼ機能的に等価な マイクロ波ヘッドによって置換される。 本発明によれば、マイクロ波パルス発生器は、マイクロ波共振器に結合された 逆バイアスされた半導体ＰＮ接合と、この接合を通って非破壊的なアバランシェ 放電を開始させるトリガー回路とを具備している。本発明のその他の特徴は以下 の説明および請求の範囲の記載から明らかにされるであろう。 ［図面の簡単な説明］ 図１は、本発明によるマイクロ波パルス発生器の概略図である。 図２は、本発明によるパルス発生器を含むマイクロ波トランシーバモジュール の斜視図である。 図３は、図２のマイクロ波トランシーバモジュールを含み、パルス距離測定を 目的とするトランシーバシステムの概略ブロック図である。 図４は、図３のタイミングブロックの概略ブロック図である。 ［発明の詳細な説明］ 図１を参照すると、本発明による好ましい実施形態のマイクロ波パルス発生器 ２は、トランジスタＴＲ1とダイオードＤ1とを備え、トランジスタＴＲ1はＪＥ ＤＥＣ指定２Ｎ４４０１として市販されているような通常の小信号用プレーナシ リコントランジスタでよく、ダイオードＤ1はＪＥＤＥＣ指定１Ｎ９１４として 市販されているような通常の小信号用プレーナシリコンダイオードでよい。この ようなトランジスタおよびダイオードは非常に廉価に容易に購入することができ る。使用される正確なタイプは重要ではなく、トランジスタおよびダイオードは このようなトランジスタおよびダイオードの一般的なタイプのものの合理的で予 測可能なアバランシェ電圧を有している。パルス発生器は、動作中半導体により 生じるアバランシェ電圧よりも高い電圧Ｖ_ccを有する電源を備えている。アバラ ンシェはトランジスタの場合にはそのベース電流により影響され、ダイオードの 場合にはトランジスタコレクタ電位の下降速度により影響される。ベース電流の 存在しないときトランジスタのコレクタ・エミッタ破壊電位はＶ_ccを越えなけれ ばならない。トランジスタＴＲ1のエミッタは負の電源線に接続され、コレクタ は高い値の抵抗Ｒ2を通って正の電源線Ｖ_ccに接続され、トランジスタを通るコ レクタ・エミッタ漏洩電流は抵抗Ｒ2の両端に電圧降下を生じてそれはダイオ ードＤ1を逆バイアスにする。 点火パルスがパルス変成器ＴＸ1および抵抗Ｒ1を通ってトランジスタＴＲ1の ベースに供給される。トランジスタＴＲ1中のベース電流の通路はアバランシェ 状態にトリガーされその時定数は抵抗Ｒ2とキャパシタＣ1とにより決定され、キ ャパシタＣ1はトランジスタのコレクタ・エミッタキャパシタンスと回路のスト レーキャパシタンスとの和である。アバランシェの進行によりトランジスタのコ レクタの電圧が低下し、それはダイオードＤ1にアバランシェ状態をトリガーす る。抵抗Ｒ3およびＲ4ならびにキャパシタＣ2の値はアバランシェ電流およびダ イオードを通る期間を制御し、パルス間のダイオードの陰極電位がＶ_ccに近い電 位に回復することが可能なように選択される。ダイオードＤ1は共振器20に結合 され、その共振周波数は発生される所望のマイクロ波パルスの周波数である。共 振器はダイオードが内部に配置されている空洞共振器でよいが、ダイオードはバ リウムナノチタネートのような高い誘電定数のセラミックで形成された誘電体共 振器に隣接して配置されることが好ましい。ダイオードＤ1のアバランシェはマ イクロ波パルスを励起するために共振器中に結合されたダイオードを通って流れ る過渡電流を生成する。動作の正確なメカニズムは決定されていないが、ダイオ ードはインパット（インパクトアバランシェ走行時間）特性を有することが可能 であり、これは現在の経験では支配的なメカニズムではない。記載される実施形 態は５．８ＧＨｚのパルス周波数を与える共振器を使用しているが、適当な共振 器により１０ＧＨｚ以上のパルス周波数が発生可能である。選択された実際の周 波数は通常応用の形式に対して割当てられたマイクロ波周波数スペクトルの一部 分内にある。回路の内部キャパシタンス素子は可成のエネルギがアバランシェの 開始時集積回路個に蓄積され、はるかに小さい電圧変化振幅で動作する通常のマ イクロ波ダイオードから得られるよりも高いパルス振幅が得られるように選択さ れる。 図２を参照すると、マイクロ波パルストランシーバ22は、２個の同一の、図１ を参照して説明したようなパルス発生器2aおよび2bを備えている。図１と対応す る部品は同じ参照符号に“ａ”または“ｂ”を付けて示され、それはそれらがパ ルス発生器2aおよび2bのいずれに属しているかを示している。パルス発生器は、 各部品がダイオードＤ1aおよびＤ1bおよび共振器20a，20bを除いて印刷回路板４ 上に形成されている。ダイオードＤ1aおよびＤ1bは共振器20a，20bに隣接して回 路板の下側に位置している。共振器はプローブ6a，6bによりストリップライン8a ，8bに結合され、それらストリップライン8a，8bは同調回路14a，14bを通ってア ンテナ12に接続されている別のストリップライン10に接続されている。ミキサダ イオード16は回路14bを横切って接続され、アンテナ12およびパルス発生器2bか ら受信した信号の混合積からなる出力を生成する。アンテナ12から受信した信号 はパルス発生器2aから送信された信号の反射波であり、以下説明するようにパル ス発生器2aおよび2bの点火の間の遅延に等しいパルス発生器12aからのパルスの 送信後の期間の時間にミキサで抽出される。 図３を参照すると、マイクロ波パルス距離測定システムが示されており、それ は音響パルス反射距離測定システムのトランスデューサとほぼ類似しているトラ ンスデューサヘッド100と、そのようなシステムのトランシーバおよび信号処理 装置とほぼ類似している受信、送信および信号処理装置200とを具備している。 トランスデューサヘッド100および受信、送信および信号処理装置200は同一位置 にない場合には同軸ケーブルまたはより線対ケーブル14により接続されている。 実際には音響システムの場合と同様に多数のヘット100は適当なスイッチング装 置により単一の受信機に多重化されている。 トランスデューサヘッド100は図３に示されているようにトランシーバ102およ びアンテナ12と、インターフェイス104と、電源装置106と、タイミング制御装置 108と、同調増幅器110とを備えている。受信装置200はインターフェイス202と受 信機204と、信号処理装置206とを備えている。受信装置200は、送信機パルス発 生回路が省略されるか、または使用されないことを除いては、米国特許第４５９ ６１４４号明細書中に記載されているような音響パルス反射距離測定システムで 使用されているトランシーバ装置に類似している。トランスデューサヘッドに電 力を供給するためのＤＣ電力はインターフェイス202を通ってケーブル14に供給 され、このインターフェイス202は受信装置200からのＡＣ信号を分離するために 変成器208すなわち交流手段を備えている。ＡＣ信号はケーブル14でＤＣ信号に 重畳され、同調増幅器210で増幅され、この信号を受信機204に整 合させる。この実施例でケーブルに供給されるＤＣ電位は１５ボルトである。 インターフェイス104はケーブル14からＤＣ電力を引出してそれを電源装置106 に供給するためにチョーク112を使用し、一方、電流変調増幅器114は同調増幅器 110から変調された２２．５ｋＨｚの信号によりケーブル14のＤＣ電流を変調す るために使用される。変調増幅器114はまた以下説明するようにタイミング制御 装置108からブランキング信号を受信する。 電源装置106は１５ボルトの電源に対するフィルタと、回路で使用されるＣＭ ＯＳその他の論理回路チップのための低電圧電源となる調整回路と、この例では １６０ボルトのトランシーバ102に対する高いＤＣ電圧を与えるためのスイッチ モード高電圧電源とを具備している。 タイミング制御装置108はＣＭＯＳチップにより構成されたデバイダ列116を駆 動する水晶制御発振器を備えていると都合がよい。記載された実施例では３．５ ８ＭＨｚの水晶制御発振器の出力信号がスイッチモード高電圧電源を駆動する約 ４５０ｋＨｚの低い周波数と、変調増幅器114に対してこの反復速度でブランキ ング信号を供給するスパンおよびブランキング制御回路118に供給される約１３ ． ７Ｈｚの信号と、ランプ発生器120に対する駆動信号を与えるために分割さ れる。これらの種々の周波数は独立して非同期で発生されることができることを 理解すべきである。 ４５０ｋＨｚの信号は整合されたトランジスタを使用して構成された遅延回路 を使用し、パルス成形回路を含む２つの同一の電圧制御された遅延発生回路122a および122bに供給される。回路122aは電位差計124から固定バイアスを受け、回 路122bはランプ発生器120から可変バイアスを受ける。このような電圧制御され た遅延発生回路は典型的に多少非線形であるから、ランプ発生器120をアナログ 積分器として構成し、フィードバックが積分器の両端間に供給され、遅延発生回 路122bの非線形を消去するように非線形を導入することが好ましい。ランプ発生 器120のスロープは調節可能であり、この実施形態では、各連続するパルスに対 して８．６ピコ秒だけ発生器回路122bにより与えられる遅延を増加させるように 構成されている。この遅延は増幅器110からの２２．５ｋＨｚの出力を最大にし 、それ故、ランプ発生器120のスロープを調整することにより２２．５ｋＨｚ出 力 を最大にするように設定できる。発生回路122bからのパルスに適用される増加す る遅延は、２２．５ｋＨｚ異なっている周波数を有する２つのコヒーレントなパ ルス列からのサンプルであるかのように２つの発生器からミキサへ現れるパルス 列を形成する効果がある。もっとも、実際にはパルスは独立してトリガーされ、 ２つの発生器の周波数は短いパルスの長さに関して重要ではない。 動作において、トランスデューサヘッド100は受信装置200に接続されているこ とにより、トランスデューサヘッド100中のデバイダ列116は４５０ｋＨｚのパル スを発生するように動作し、電源装置106中の高電圧発生器はパルス発生器2aお よび2bのＶ_ccラインに１６０ボルトの電圧を供給する。電位差計124はパルス発 生器2aのパルス変成器に供給される成形された４５０ｋＨｚのパルスに対して遅 延を与え、その遅延はパルス間の２．２マイクロ秒の経過時間に比較して短く、 所望のスパン、すなわち調整範囲を与えるランプ上の点でランプ発生器120から のランプ電位により発生器2n中に生成された遅延に関して所望のスパンのスター トを与えるように電位差計124により調整される。ランプ発生器120の７３ｍｓの 期間にわたって、以下さらに説明するブランキング期間の終了後、これはパルス が発生器2aに供給された後で一定に増加する経過時間においてパルス変成器発生 器2bに供給される点火パルスを生じる。もっとも、この経過時間はパルス間の経 過時間に比較して短い。 トリガーパルスがパルス発生器2aおよび2bの一方のパルス変成器に供給される とき、図２を参照に説明すると、電流はトランジスタＴＲ1のベースに流れ、コ レクタ・エミッタ接合のアバランシェ電位をＶ_ccより下に低下させ、トランジス タを通るアバランシェ放電を開始させ、それによってコレクタ電位が低下し、そ れにより非常に急速にダイオードＤ1の逆バイアスを増加させ、このダイオード Ｄ1のアバランシェ状態を開始させる。ダイオードにおける非常に急速な電流の 変化は電磁的に共振器に結合されてそこで共振器の共振周波数の短いパルスのマ イクロ波エネルギを発生する。ダイオードを通るアバランシェ放電期間は、トラ ンジスタのアバランシェが十分に進行するまで開始しないことと、Ｄ2を通るア バランシェ放電が維持される期間に影響するＲ4とＣ2の値ようなパルス発生回路 の種々の時定数によって制限される。典型的に、これらの値はパルス振幅が実 質的に低下する前に５乃至１０サイクルのマイクロ波エネルギの発生器からのパ ルスを出力するように調整される。発生されたパルスは急速なアタックと指数関 数的に低下するまでの数サイクル維持される（サスティン）振幅により特徴付け られる。パルス発生器2aの場合に、パルスは指向性アンテナ12に結合され、その アンテナ12は所望の距離測定方向にそのパルスを放射し、遭遇した材料境界その 他の反射物体により反射されてアンテナに戻る。アンテナにより受信されたその ような反射されたエネルギはミキサダイオード16に供給され、このミキサダイオ ード16はまたパルス発生器2bからのマイクロ波エネルギパルスを遅延回路112bに より与えられた遅延にしたがったタイミングで受信する。パルス発生器2bからの 連続するパルスは、遅延回路を制御するランプ発生器120の作用により順次増加 する遅延を受けるから、各連続するパルスは反射信号の連続する遅れた部分と一 致し、それによりシステムのスパン（範囲）にわたりミキサの出力はプロフィー ルを通って“歩く”連続した反射波（エコー）プロフィールの一連のサンプルを 表わし、したがって非常に拡大された時間スケール（この例の場合約250,000の 係数で拡大される）で単一反射波プロフィールのアリアスを与える。 増幅器110は、例えばこの実施例では２２．５ｋＨｚの周波数、すなわちパル ス発生器2aのパルス繰返し速度の１／２０に同調されている。これは２２．５ｋ Ｈｚの中間周波数信号を７３ｍｓの期間にわたって与え、それは２．２ｍｓの期 間にわたって単一パルスに応答してアンテナで受信される反射信号のエコープロ フィールの周波数のアリアスである。事実、ケーブル14上の変調された２２．５ ｋＨｚの信号は、回路118からのブランキング信号によりインターフェイス104の 増幅器114中においてブランキングされる。 ブランキング信号が供給された場合、それは示された実施例ではエコープロフ ィールを収集するために与えられた時間である７３ｍｓの半分の時間にわたって 中間周波数信号をブランキングするように構成されている。このブランキング期 間はランプ発生器120がリセットされる期間を含み、パルス発生器2aのトリガー の直後に終了し、送信されたパルスのピークを有し、アリアスエコープロフィー ルシステムの容易に識別可能な開始電流を与える。 結果的に生成されたアリアスエコープロフィール信号は、米国特許第４，５９ ６，１４４号明細書に記載された音響パルス反射システムの受信機入力に供給さ れる信号によく類似しており、したがって類似の受信機技術および反射波信号処 理ファームウエアが使用可能である。しかしながら、幾つかの顕著な相違が存在 することを認識する必要がある。音響エコープロフィール上の点の距離への変換 は、音波の速度に依存しているが、マイクロ波は光速度で伝播する。上述の拡大 係数のために、見掛け上の伝播速度はこの係数で減少するが、検討している実施 例ではそれでも音速の約３倍である。換言すると、音波の見掛け上の速度、した がってアリアスされた２２．５ｋＨｚの信号は同じ周波数の音響信号の約３倍で ある。信号の波長はアリアスマイクロ波信号（その見掛け上の波長はアリアス処 理により影響を受けない）の解像度を２２．５ｋＨｚの信号の音響波長の約３倍 の５．８ＧＨｚのマイクロ波周波数に対する約５．２ｃｍに維持する。所定の周 波数に対する解像度は対応してこの係数だけ減少される。解像度は適当な周波数 割当てを利用することが可能であれば、さらに高いマイクロ波周波数を使用する ことによって増加することが可能である。一方低いアリアス周波数では低下する 欠点がある。 第２に、マイクロ波エネルギの反射および減衰特性は音響信号とは異なってい る。大気状態による減衰はマイクロ波では問題はない。一方反射特性は用途によ り良くも悪くもなる。これらの差は、もちろん音響システムが常に満足できるよ うに行われない環境において性能を改善し、例えば液体表面を覆う泡があったり 、非常に塵埃の多い環境で改善を与える。 周囲雰囲気および温度に影響されないことによって、トランスデューサ装置の 温度測定の必要性および大気の組成に対する補正の必要性がなくなる。性能が大 気の組成および温度によって僅かの影響しか受けないため、そのような応用で高 い正確度を与える。 説明された実施形態では、エコープロフィールが捕捉される７３ｍｓ（１３． ７Ｈｚ）のサイクルは、受信装置200とは独立にタイミング制御装置108により開 始される。これは音響トランスデューサヘッドを接続するために２導体ケーブル （同軸またはより線対ケーブル）をマイクロ波トランスデューサヘッドと共に使 用することを可能にするが、受信装置は音響システムのように送信された信号 によりそのようなサイクルを開始するのではなく、受信された信号中におけるブ ランキング期間を検出することによってサイクルの開始を決定しなければならな い。トランスデューサヘッドにサイクル開始信号を送るために付加的な導体を設 けることによって、この問題は解決され、それはまた、トランスデューサヘッド で信号が検出されることができるブランキング期間中にケーブル14上において受 信装置により開始信号を変調してデバイダ列116を再初期化させるために使用す ることも可能である。この問題はトランスデューサヘッドおよび受信装置を単一 の装置として集積することも可能であり、それは通信の制約を除去し、回路のイ ンターフェイスを不要にし、電源の要求を簡単にする。 受信されたエコープロフィールの処理は本質的に音響エコープロフィールから の所望の反射波を認識するために開発された技術と類似している。しかしながら 、信号処理アルゴリズムはマイクロ波の異なった反射特性に対して許容される最 適のものが要求される。既存のファームウエアで利用できるパラメータ調整は適 切に調整されることができるが、マイクロ波の使用に対して最適にされた修正さ れたファームウエアを選択し、或いは同じ制御装置をマイクロ波および音響の両 方に使用することも可能である。 アリアス信号の見掛け上の周波数は、音響距離測定システムに使用されるトラ ンスデューサの範囲、例えば１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚに匹敵する広い範囲で変 化されることができる。マイクロ波波長が変化しない限り、解像度は変化しない が、アリアス周波数の変化は解像度を変化させない。音響距離測定システムに比 較して解像度の損失は低いアリアス周波数に対して少ない。パルス繰り返し周波 数とアリアス周波数との比を変化させることによって、アリアス信号のサイクル 当りのサンプル数は変化されることができる。 マイクロ波トランスデューサヘッドは、記載されたものと類似した別のマイク ロ波パルス発生器を使用して構成されることができるが、ここに記載されたパル ス発生器は、既知の音響距離測定システムに比較して、最も経済的で、低いコス トで、適切な電力のマイクロ波パルスを発生する手段を提供するものと考えられ る。これに関連して、合理的な高いアバランシェ電圧を有する半導体装置を使用 することは増強された電力レベルでパルスを出力するために重要であり、それは 本発明の特徴を価値あるものとしている。例示された半導体装置は１２０ボルト 程度のアバランシェ電圧を有するが、アバランシェ電圧よりも適切に高いＶ_ccを パルス発生器に対して供給する電源により、より高い、或いはより低いアバラン シェ電圧が使用可能である。通常のマイクロ波装置により得られるよりも十分に 高い電力の出力を得るために、アバランシェ電圧はそのような通常の装置で得ら れるよりも実質的に高くなければならない。装置は２０ボルト以上のアバランシ ェ電圧を有し、さらに５０ボルト以上のアバランシェ電圧を有することが好まし い。 記載された実施形態は局部発振器パルスに順次増加する遅延を与えているが、 同様の結果は、反対に、増加するのではなく減少するように遅延を掃引して変化 させることによって得ることもできることを理解すべきである。また、送信され たパルスが局部発振器（受信装置）パルスの代りに掃引遅延されることも可能で あり、或いは両方のパルスが反対方向に掃引遅延されることも可能である。比較 的長い距離だけを測定する場合には、両方のパルス間には十分な再生時間が与え られるため、両方のパルス列を生成するために単一のパルス発生器を使用するこ とも可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 チェレック、ボグダン カナダ国、ケー９エイチ・９ケー１、オン タリオ、ピーターボロー、スコラード・ド ライブ 1330

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マイクロ波共振器(20)に結合された逆バイアスされたＰＮ接合を有する半導 体装置(Ｄ1)と、この半導体装置(Ｄ1)を含み、回路中に蓄積されたエネルギを前 記接合を通って過渡的で非破壊的なアバランシェ放電を開始させるトリガー回路 (TX1,R1,R2,R3,R4,TR1,C1)とを具備していることを特徴とするマイクロ波パルス 発生器。 ２．アバランシェ電圧は少なくとも５０ボルトである請求項１記載のパルス発生 器。 ３．ＰＮ接合を有する半導体装置は小信号シリコン接合ダイオードにより構成さ れている請求項１または２記載のパルス発生器。 ４．トリガー回路は、コレクタ、エミッタおよびベース電極を有する接合トラン ジスタ(TR1)を含み、前記トランジスタとダイオードは電位分割回路(TR1,R2)中 に接続され、この電位分割回路は前記ダイオード(Ｄ1)が急速に増加する逆バイ アスを受けたときそのダイオードをアバランシェにし、電流がベース回路に流れ るときトランジスタ(TR1)をアバランシェにするのに十分な大きさの供給電位を その両端間に生成し、この供給電位はトランジスタおよびダイオードを横切って いずれもアバランシェになるには不十分に分割されるが、電流がトランジスタ中 に流れてそれがアバランシェになったときトランジスタが急速に電位分割回路の 一部を短絡してダイオードをアバランシェにするように電位分割回路が構成され ている請求項３記載の装置。 ５．請求項１乃至４のいずれか１項に記載されたパルス発生器および前記共振器 に結合されたアンテナを具備しているマイクロ波パルス送信機。 ６．請求項１乃至５のいずれか１項に記載された第１および第２のパルス発生器 (2a，2b)および予め定められた反復周波数で前記パルス発生器をトリガーする手 段(108)を具備し、 パルス発生器(2a，2b)の共振器(20a，20b)はほぼ同じ共振器周波数を有し、ア ンテナ(12)が第１のパルス発生器(2a)の前記共振器(20a)に結合され、また特定 の周波数に同調した増幅器(110)を通って中間周波数出力を有するミキサ(16)を 通って第２のパルス発生器(2b)の前記共振器(20b)に結合され、 第２のパルス発生器(2b)のトリガー回路は特定周波数に等しい２つのパルス発 生器からのパルス間のアリアス周波数オアセットを与えるように連続するパルス に対して線形に変化する遅延により第１のパルス発生器(2a)のトリガー回路に遅 れて動作するようにタイミングが規定され、それによって前記第１のパルス発生 器(2a)の周波数でアンテナ(12)により受信されたエネルギとミキサ(16)により前 記第２のパルス発生器(2b)からのエネルギと混合され、アンテナ(12)により受信 された時間ストレッチされたアリアス信号である前記中間周波数出力における信 号を生成することを特徴とするマイクロ波トランスデューサヘッド。 ７．パルス発生器に対するトリガー回路(108)は類似しており、それぞれ電圧制 御された遅延回路を具備し、その一方はそれに供給された一定の制御電圧を有し 、他方はランプ発生器(120)からそれに供給される線形ランプ制御電圧を有して いる請求項６記載のトランスデューサヘッド。 ８．受信機(204)と、中間周波数出力における信号を受信してそこにおける希望 する反射波を識別し、所望の反射波の遅延により表される距離を決定する反射波 処理手段(206)とを具備しているパルス距離測定システムにおいて、 信号は請求項６または７記載のトランスデューサヘッドから受信され、距離は 受信された信号の波長が第１のパルス発生器により発生されたマイクロ波エネル ギの波長に等しい基準に基づいて決定されることを特徴とするパルス反射距離測 定システム。