JP2003529050A

JP2003529050A - Ｓｓｂパルス・ドップラー検知器及びアクティブ反射器システム

Info

Publication number: JP2003529050A
Application number: JP2001520061A
Authority: JP
Inventors: トーマスイーマキューアン
Original assignee: マキューアンテクノロジーズリミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2003-09-30
Also published as: US6492933B1; AU1187601A; CA2382025A1; EP1216423A2; WO2001016554A3; WO2001016554A2

Abstract

(57)【要約】【課題】多くの振動、動き及び変位検知のアプリケーションに使用できる単一の側波帯ドップラー技術を使用した二重チャンネルマイクロ波検知器が提供される。アクティブ反射器と共に使用すると、検知器は混雑した環境においても正確な距離及び材料厚さ測定を与える。アクティブ反射器はまた検知器への多チャンネル・データ送信に使用できる。【解決手段】本発明の検知器は、４十進ベース帯域範囲を有するフェージングタイプ・ドップラー側波帯復調を持つホモダイン・パルス・ドップラー・レーダーである。距離測定はアクティブ反射器により位相が変調されたドップラー側波帯の位相を比較することにより達成される。アクティブ反射器はアンテナ又は他の反射器に接続されたスイッチ又は変調器を使用する。１つのモードでは、アクティブ反射器はＳＳＢ反射を与えるためにクアドラチュア変調される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の属する技術分野本発明は、マイクロ波動き検知及び距離測定に関し、より詳細には、アクティ
ブ反射器システムを含んだ単側波帯（ＳＳＢ）パルス・ドップラー・レーダーに
関する。

【０００２】従来の技術ドップラー効果は警察レーダー、安全レーダー、及び自動ドアー・レーダーで
動きを検知して測定するために使用される。ドップラー検知とは似ているが、マ
イクロ波振動検知は、ターゲットが誘起した戻りレーダーの位相変調に依存して
おり、一般に特定の工業的／科学的用途に限定されている。良く知られている１
つの例外は、冷戦時代のモスクワの米国大使館へのマイクロ波照射である、音声
が物体に反射すると僅かな振動を生じ、大使館外の振動検知マイクロ波受信機に
より傍受できる。

【０００３】振動検知レーダーは、心臓監視（例えば、１９９６年のマックエワンへの米国
特許第５，５７３，０１２号「身体監視及び映像装置」）、呼吸監視（例えば、
１９７６年のカプラン等への米国特許第３，９９３，９９５号「呼吸監視」）及
び声帯検知（例えば、１９９８年のホルズルチェッター等への米国特許第５，７
２９，６９４号「音波及び電磁波を用いた音声コーデイング、再構成、及び認識
」）など、医療診断／監視及び音声認識において大きな潜在能力を示す。

【０００４】レーダーを使用した振動検知における１つの問題は、ＲＦ波長のλ／２毎に位
置する検知フィールドの周期的な無（ナル）の発生である。従って、レーダーか
らのその距離に依存して振動物体の検出に失敗することがあり得る。この問題は
単相及び直交位相レーダーの両方で生ずる。これはＳＳＢレーダーでのみ除去で
きる。

【０００５】動きの検出はクアドラチュア検出器を装備したドップラー・レーダーにより検
知できる。方向検知に変位検知がさらに付加されており、ここで検出しきい値に
達する前に一方向へ明確な目標の変位が発生しなければならないようにするため
、いくつかのドップラー・サイクルの間に方向の符号が付けられた動きサインが
積分される（１９７６年のハッケット等への米国特許第３，９４２，１７８号「
侵入検出システム」）。

【０００６】変位検知はトリガーする前に目標の実質的な動きを要求することにより、動き
検知器の髪の毛トリガー性質を克服する。変位検知はまた、別の偽の警告の害、
ＲＦ干渉によるトリガー、を減少する。ＲＦ干渉が一方向のみに移動するように
見えること、すなわち、１０．５ＧＨｚ搬送波のほぼ１００Ｈｚ内で一貫したマ
イクロ波搬送波の単一側波帯として見えること、は大変に困難である。一般に、
レーダーや干渉もそのような一貫性又は安定性を有しないであろう。不幸なこと
に、従来技術の変位検知器は干渉拒絶を頑健な様式で実現しておらず、またドッ
プラー側波帯を分離されたアナログ・チャンネルへ完全に復調していない。

【０００７】従来のドップラー・レーダーは、無数のアプリケーションを可能にするのに必
要な重要な特徴に欠けている。例えば、これらは低コスト・アーキテクチャにお
いて実現される時、短パルス距離ゲーテイングと結合された二重チャンネル・ア
ナログ信号単側波帯復調を欠いている。また、従来技術は距離ゲートされたドッ
プラー側波帯間の位相から材料の厚さ又は距離を測定するためにアクティブ反射
器を使用することを教示していない。

【０００８】発明の開示本発明は、ＳＳＢ能力を有することができるアクティブ反射器と組合せられ又
は別個のいずれかで使用できるＳＳＢ復調を使用したホモダイン・パルス・ドッ
プラー・レーダーを含んだシステムである。レーダーはパルス繰返し周波数、ＰＲＦ、でＲＦパルス又は正弦波パケットも
しくはバーストを送信する。ここで使用されように、全体バースト又はパケット
はＲＦパルスと呼ばれ、各パルスは搬送波周波数で１つ又は複数の正弦波波形の
サイクルを含む。送信されたパルス及び受信エコーはクアドラチュアで複数パル
ス繰返しにわたる大きなホールド時間を有する一対のピーク・ホールド検出器に
与えられる。ＲＦパルス幅は９１５ＭＨｚ搬送波周波数で３０ｎｓであり、対応
するＲＦ帯域幅は約３０ＭＨｚである。パルス繰返しを長い時間、例えば１秒、
にわたって積分することにより、ＲＦパルス搬送波から０．１Ｈｚだけ離れたド
ップラー側波帯が検出できる。

【０００９】最大距離又は距離ゲートはＲＦパルス幅により定義される。なぜならば、ＲＦ
ピーク検出器は送信されたパルスが存在する間だけ動作して、送信ＲＦパルスが
終わった後に到着したエコーはピークが検出されないためである。

【００１０】ＲＦピーク・ホールド検出器出力は、位相シフトされて、そして上側側波帯（
ＵＳＢ）及び下側側波帯（ＬＳＢ）出力を与えるために代数的に加算される。Ｕ
ＳＢ出力は対象物がレーダー方向に移動すると発生し、そしてＬＳＢ出力は対象
物がレーダーから離れると発生する。

【００１１】本発明の１つの特徴は、ＵＳＢ及びＬＳＢ出力（又はチャンネル）が方向性の
変位指示を与えるために整流されてフィルタされることが可能である。これらの
指示は、与えられたＬＳＢ又はＵＳＢチャンネルに対して誤った方向の変位の小
さな量がそのチャンネルを効果的にリセットするように重みが付けられた態様で
組合せることができる。これはＲＦ干渉又はぶらつきからの偽の警告を除去する
ために特に有用な特徴である。

【００１２】振動を検知する時、ＵＳＢ又はＬＳＢチャンネルのいずれかが、非クアドラチ
ュア・レーダーではλ／２毎に発生し、クアドラチュア・レーダーではＩ又はＱ
チャンネルにおいて発生する無が存在しない出力を与え、従って、多くのアプリ
ケーションにおける実用性についての障壁を除去する。

【００１３】ＬＳＢ及びＵＳＢチャンネルにより与えられるようなステレオ動作は非自明で
ある。これは各々のステレオ出力が振動する弦の同じ一般周波数を有するがステ
レオ・ヘッドフォンに豊かでエアリーな音を与える異なる音調の品質を有するギ
ター弦振動をピックアップするような多くのアプリケーションにおいては全く予
期されない。他の振動検知アプリケーションは、（１）回転方向指示を含む刃回
転を含んだ機械の振動又は動きの検知、（２）方向に敏感な心臓の動きの検知、
（３）呼吸運動の検知、及び（４）声帯マイクロフォンを含む。

【００１４】振動する対象物を検知する時、ＬＳＢ及びＵＳＢ出力の信号間の位相が振動す
る対象物からλ／４の距離毎に３６０度変化する。９１５ＭＨｚのＲＦ中心周波
数に対して、３６０度は８．２ｃｍの距離を表す。位相信号はとてもきれいであ
るから、距離でミリメートル以下の信号を測定すること、又は、レーダー・アン
テナと振動源の間に挿入された対象物の等価な誘電定数または材料厚みを測定す
ることは容易である。この効果の１つの応用は、液体高を通る通過時間を測定す
ることによりタンク内の水又は油のレベルを測定することである。この技術につ
いての利点は、測定は普通視野の中で振動しているただ１つの対象物である振動
する対象物からの反射に限定されるため、大きな収束アンテナを必要とすること
なく低周波数ＲＦが使用できることである。

【００１５】本発明では２つの金属対象物が互いにこすられる時に発生するようなレーダー
横断面の変化（Δ−ＲＣＳ）が検出できる。もし、２つの滑らかなツイザーズ（
ｔｗｅｅｚｅｒｓ）をレーダー・アンテナの近くで互いに滑らせると、表面の滑
らかさの程度を示す大きな雑音に似た応答（レスポンス）がレーダーにより発生
される。Δ−ＲＣＳ技術はまた、金鉱の中で見つけられような水晶内の金のかた
まりを見つけるために機械的又は音声的圧力との組合せに使用できる。

【００１６】音声トランジスタなどのスイッチング回路又は可変伝導装置を含む電子対象物
も、本発明により容易に検出できるΔ−ＲＣＳサインを与える。アプリケーショ
ンは非接触電子回路読取り、レーダーによる照射の際に「話す」おもちゃ、ＲＦ
識別（ＲＦＩＤ）タグを含む。

【００１７】 Δ−ＲＣＳ効果は電子的制御下で大きなΔ−ＲＣＳを経験する反射器を設計す
ることにより意図的に増強できる。従って、本発明の別の観点は、変調されたダ
イポール又は他の反射器／アンテナである。ここで変調は音声、音楽、連続的な
音又はデータである。変調は、腕時計に使用されるようなタイプの大変に低電力
なＣＭＯＳ回路により与えることができる。そして、変調装置はそのゲートを駆
動するのに本質的に電流を必要としないＦＥＴである。このように形成された微
小電力アクティブ反射器はＲＦエネルギーを放射せず、従って電波規則を受けな
い。しかし、本発明のレーダーにより照射される時、情報を送信できる。

【００１８】アクティブ反射器は、照射レーダーのＬＳＢ又はＵＳＢチャンネルのいずれか
に現れるＳＳＢ反射を与えるためにクアドラチュアに変調できる。従って、通常
コード又は周波数分割技術を越えて、多チャンネル動作が可能である。

【００１９】ＲＦビーム中断システムは、通過する対象物が中断を発生するようにビーム経
路を形成することによりレーダー及びアクティブ反射器により構成できる。利点
は、（１）雪などの環境オーバーコーテイングやパネルを通じてのビーム経路を
形成でき、そして（２）貼り付けアプリッケのように微小電力アクティブ反射器
を自由に位置付けできることを含む。太陽電池を使用する時、単純化された安全
、セキュリテイ、又は家庭自動制御のために、アクティブ反射器を木、ランプ柱
、水泳プール扉、車庫扉枠等に永久的に取付けることができる。

【００２０】アクティブ反射器のシステムは、無線位置システムを形成するためにレーダー
と組合せることができる。ここで、各反射器までの距離はレーダーにより測定さ
れ、そしてレーダーの位置及び／又は１つ若しくは複数の反射器の位置を計算す
るために使用される。

【００２１】本発明のレーダー・システム全体は低コストの既成（オフザシェルフ）部品で
実現できる。ここに示されるアプリケーションは本発明の多くの新規な使用のほ
んのいくつかを示すものである。

【００２２】発明の詳細な説明以下に添付図面を参照して本発明の詳細な説明をする。例示的な部品の値及び
回路パラメータが与えられるが、他の部品の値及び回路パラメータを用いて他の
実施の形態が構築できる。

【００２３】図１は、本発明のホモダインＳＳＢパルス・ドップラー検知器１０（トランシ
ーバ装置）のブロック図を示す。ＲＦ発振器１２は、パルス・ドライバー１６を
経由してＴＸクロック（ＰＲＦ発生器）１４からクロック・パルスを受取り、そ
して２方向ＲＦクアドラチュア・ネットワーク１８を経由した後に送信機／受信
機アンテナ２０にＲＦバースト・パルス（送信パルス）を生成する。代替的に、
ＲＦ発振器１２はバイスタテイック・アプリケーションのために別個の送信アン
テナ２２を駆動してもよい。ＴＸクロック１４は典型的に２ＭＨｚの正方形波形
を生成し、〜３０ｎｓ幅パルスを形成するためにパルス・ドライバー１６を通過
される。このように、駆動パルスは比較的に短い期間のクロック・パルスである
。従って、ＴＸクロック１４及びパルス・ドライバ１６は一緒にクロック信号発
生器１５として見ることができる。代替的に、もし、ＴＸクロック１４が十分に
短いパルスを発生するならば、別のドライバ１６は必要でない。これらの短パル
スは加えられたバイアスの関数として大変急速に発振を開始及び停止するＲＦ発
振器１２をバイアス−オンする。発振は駆動パルスと位相の一貫性を有する。す
なわち、駆動パルスに対するＲＦ正弦波形の位相が発振器が開始する度に一定に
とどまる。顕著なクロック・ツー・ＲＦジッターが存在しない。

【００２４】ＴＸクロック１４は、周波数又は位相が、他のスペクトル・ユーザとの干渉を
減少するためにＲＦ発振器により発生されたスペクトル線を拡散するなどの業界
に知られているさまざまな目的のための光学変調器１３によるオン−オフ・ゲー
テイングにより変調される。変調はレーダー信号を他から識別するためにコード
されてもよい。パルス・ドライバー１６（又はより一般的にクロック信号発生器
１５）は、送信パルスの長さ、従って、距離を制御するために距離調節２４によ
り調節できる。ＰＲＦ発生器１４の周波数は以下に説明するようにΔＦだけ変化
できる。

【００２５】２方向ＲＦクアドラチュア・ネットワーク（又はＲＦクアドネット）１８は、
ＲＦ発振器をアンテナ２０に結合し、アンテナ２０により拾い上げられるエコー
・パルスを受取り、そして、位相がクアドラチュア（直交）にある、例えば、＋
４５及び−４５度の２つの出力を与える。これらの出力はＲＦクアドネット１８
から結合されたＲＦパルスのＰ−Ｐ値を検出してピークをホールドするピーク・
ツー・ピーク（Ｐ−Ｐ）検出器２６、２８に加えられる。代替的に、これらの検
出器はＰ−Ｐ検出器ではなくピーク検出器であってよい。又は、これらは乗算器
（すなわち、ミキサー）であってよいＰ−Ｐ検出器が最大出力を発生しながらＲ
Ｆクアドネットへ最小のＲＦローデイングを与えるためにＰ−Ｐ検出器が好適な
モードである。Ｐ−Ｐ検出器のピーク・ホールド時間はＲＦサイクルに比較して
大変に長く、典型的には多くのマイクロ秒から数秒である。実際には、約１０マ
イクロ秒に固定され、そして検出された信号のさらなる積分は以下に説明するよ
うな検知器１０の出力におけるオプショナルなローパス・フィルタ（ＬＰＦ）４
４、４６により行うことができる。

【００２６】ＲＦクアドネットの代替的な実施の形態は、個別部品よりも導波管のトポロジ
イーに基づいている。ここで送信供電要素及びＩ、Ｑ要素は、Ｐ−Ｐ検出器にク
アドラチュア（直交）出力を提供するために導波管（又は、アンテナ供電ホーン
）に物理的に配されている。１つの実現がマックユーウエンによる共通に係属し
ている出願シリアル番号０９／０７３，１５９「パルス化ＲＦ発振器及びレーダ
ー動き検知器」の図５に与えられている。

【００２７】Ｐ−Ｐ検出器出力は、Ｉ（同相）及びＱ（クアドラチュア位相）信号としての
同相クアドラチュアである。Ｉ、Ｑ信号は、整流されたＤＣ要素及び不要の低周
波数を除去するためにハイパス・フィルタ（ＨＰＦ）３０、３１に供給される。
増幅器３２、３３による増幅後、信号はリミッター３４、３５を経由してＨＰＦ
へ戻り結合される。もし、増幅器からの信号がある値を越えているならば、リミ
ッター３４、３５は増幅器／ＨＰＦ経路の利得を減少して伝える。ＨＰＦが０．
１Ｈｚなどの低い値の遮断周波数（例えば、呼吸監視用）に設定されている時、
この特徴は長い電力上昇過渡及び大きい近距離場過渡を大いに減少する。増幅器３２、３３は、０．１Ｈｚないし２ｋＨｚなどの広い周波数範囲にわた
ってその２つの出力３８、４０の間に一定の９０度の位相シフトを与えるベース
帯域クアドネット３６に結合されている。このように、増幅器３２、３３からの
Ｉ、Ｑ信号は９０度シフトされている。ＳＳＢマトリックス４２は、ＬＳＢ信号
を形成するために線３８、４０からの２つの出力を加え、そしてＵＳＢ信号を形
成するために線３８、４０からの信号を引算する。ＬＳＢ及びＵＳＢの両方の信
号はレーダーに対して外向き（ＬＳＢ）及び内向き（ＵＳＢ）運動に対応したア
ナログ・ドップラー信号である。オプショナル・ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）
４４、４６は信号をさらに積分しそして雑音又は不要な周波数を除去するために
使用できる。

【００２８】重み付けられた方向検出器４８は、距離、すなわち、移動する対象物の変位に
より正味の内向き又は外向きの動きのユニポーラ表示を与えるために、ＬＳＢ及
びＵＳＢ信号を整流又は二乗しそしてフィルタする。そして、これらの表示は代
数的に加算でき、図７を参照してより詳細に説明されるように、対向する変位の
重み付け量が欠けていることにより条件付けられた正味の内向き又は外向きデジ
タル変位指示５０、５２を与えるためにしきい値が検出される。代替的に、重み
付けられた方向検出器４８が検出器２６、２８に対するＩ及びＱ信号と接続でき
る。

【００２９】図２Ａは、クロック１４の１／ＲＥＦ毎に繰返すＲＦ発振器１２により発生さ
れたパルス化ＲＦ正弦波形バースト又はパケット１００を示す。正弦波形の１な
いし無限の数のサイクルを含むことができる正弦波形パケットの幅は、ＲＦパケ
ット１００が終わる前にエコーが受信されなければいけないため、レーダーの最
大距離の検知を画定する。Ｐ−Ｐ検出器出力１０２が送信パケット１００のピー
ク振幅に関連する値を有するため、このゲーテイング機構が発生する。エコー信
号は常に大変低い振幅であり、もしそれらが送信パケットに加算するのに間に合
うように受信されたならば、Ｐ−Ｐ振幅のみに影響を与えることができる。受信
パケット、すなわち、エコーが送信パケットに加えられる時、たとえ部分的に重
なり合っても、それらはＰ−Ｐ検出器出力をＡＭドップラー変化１０４として振
幅変調（ＡＭ）する。従って、ドップラー戻りと送信パケットとのビートは、Ｐ
−Ｐ検出器により検出される。この構成はサンプルを接続する長いホールド・ピ
ーク検出器による効果的なサンプル化データ・システムである。

【００３０】図２Ｂは、図１に詳細に示すようなレーダー及びアンテナ組合せ、又は、セン
サー１１０を示す。クアドラチュア定在波１１２、１１４が検知器から効果的に
投射されている。換言すれば、もし、大きな目標物が検知器１１０方向へ移動す
れば、そのＩ及びＱ信号が波１１２、１１４をあたかもそれらが空間内に固定さ
れているかのように再生する。振動する対象物が点１１８、１２０に位置する時
、Ｉ_VIB及びＱ_VIB信号１２２、１２４が生成される。また、波１１２又は１１４
のピーク又は谷で振動する対象物は定在波の傾きがゼロであるために振動を発生
しない。

【００３１】点１１８、１２０において強調された線により示されるように、振動は実質的
に１サイクル少ない。しかし、Ｉ_VIB及びＱ_VIB信号はおおよそ正弦波形であって
正弦振動について同相である。もし、信号する物体１２６が点１２８、１３０に
位置するならば、位相が外れたＩ_VIB及びＱ_VIB信号１３２、１３４が生成される
。もし、Ｉ_VIB及びＱ_VIBが加えられると、対象物１１６、１２６の位置に依存し
て振幅が２倍になるか又は無くなる。このように、Ｉ、Ｑの単純な加算は信頼の
有る又は一貫性のある振動の検知にはならない。

【００３２】もし、Ｉ、Ｑがクアドラチュア位相シフトされてそして加算されると、これら
は常に直交しているため加算されても決してゼロにならない。事実、これらは一
定の振幅信号となり、通常の無はなく、そして検知器１１０の範囲内でλ／４毎
の変化でもって３６０°変化する相対的位相を有する。シフトされた位相及び代
数的に加算されたＩ、Ｑ信号は検知器１１０のＵＳＢ及びＬＳＢ出力を表す。

【００３３】図３は、図１のＲＦ発振器１２と、ＲＦクアドネット１８と、Ｐ−Ｐ検出器２
６、２８の詳細を示す。＋５ないし０ボルトの駆動パルス１４８が、ＲＦ発振器
１２に線１５０及びキャパシタ−ダイオードＡＣレベル・シフト・ネットワーク
１５２を介して結合されて、コルピッツＲＦ発振器１２におおよそ０ないし−５
ボルトのバイアス・パルスを与える。ＲＦ発振器出力は、ＲＦ発振器により駆動
される時以外は電流を流さないクラスＢバイアス・バッフア／増幅器１５４に結
合される。バッフア／増幅器はＲＦクアドネット１８へＲＦパルス１５８（実際
の９１５ＭＨｚハードウェア・データ）を形成するためにハーモニック阻止フィ
ルタ１５６を介して結合される。選択的に、送信アンテナ２２は別個の送信位置
を与えるためにクアドネットへ結合できる。この送信モードは一般には好まれな
い。しかし、バイスタテイック・レーダー構成においていくつかのアプリケーシ
ョンを有する。好ましいアンテナ構成は、単一の送信／受信アンテナ２０に結合
されたＲＦクアドネットを有する。

【００３４】クアドラチュア・ネットワーク１８は、遅れた位相シフトを与えるために抵抗
と直列に配されたインダクタからなる１つと進んだ位相シフトを与えるために抵
抗と直列に配されたキャパシタからなる別の腕を有する２つのブランチを持った
ブリッジ回路である。ＲＦ搬送波周波数の約±１０％の帯域にわたって、ノード
１６０、１６２に現れる位相差は正確なクアドラチュア、すなわち、９０°の２
°以内に留まる。搬送波周波数はその設計値の１％以内に維持されているため、
正確な９０°位相シフトが維持される。

【００３５】ＲＦパルス１５８は、アンテナ２０への運搬中にＲＦクアドネット１８を通過
し、ノード１６０において＋２２．５度の位相シフトを受け、ノード１６２にお
いて−２２．５度の位相シフトを受ける。受信されたエコー・パルスは、ノード
１６０、１６２間で９０度の正味のドップラー・ビート周波数位相シフトを与え
るために同様の位相シフトを受ける。このように、９０度位相シフトの部分は、
送信の際に生じ、そして受信の際に一部が生じ、ネットワークを２方向性位相シ
フト・ネットワークにする。位相シフトの相対的な量は各方向において等しくな
くてもよい。単に、全体の２方向性位相シフトが９０度であることが必要である
。伝送線を介してネットワークのこのタイプの利点の１つはそれは１点で動作し
て、このため、ハーモニック・フィルタ１５６とアンテナ２０の間に発生する電
圧定在波比（ＶＳＷＲ）に対して敏感でないことである。

【００３６】ピーク・ツー・ピーク検出器２６（２８）は、２つのダイオードからなり、１
つはノード１６０（１６２）に現れるＲＦサイクルの正半分を伝導し、他は負の
サイクルの際に伝導する。Ｉ_det（Ｑ_det）に現れる電圧は２つのダイオードの電
圧降下を引いたピーク・ツー・ピークＲＦ電圧に等しい。

【００３７】Ｐ−Ｐ検出器２６、２８はノード１６０、１６２に結合されていて、図５Ａの
ベース帯域クアドネットへＩ_DET及びＱ_DET検出電圧を与える。これらの検出器に
付随した抵抗及びキャパシタは１つ以上のＲＦパルス繰返しにわたってピーク−
ホールド時間を与え、そして個別のＲＦパルスの一貫性のある積分を実行するた
めに大きさが決められる。

【００３８】図４は、図１中のＨＰＦ３０、増幅器３２、及びリミッター３４の詳細を示す
。ＨＰＦ３０はＲＣネットワークであり、Ｉ_DET信号を増幅器３２に結合し、こ
の増幅器の出力がリミッター・スケーリング増幅器１７０に結合される。他のチ
ャンネル（Ｑ_DET）の動作は同様である。スケーリング増幅器の利得はリミッタ
ー３４のリミッター・ダイオード３４ａ、ｂを駆動するために増幅器３２の出力
に要求される電圧を、余分な入力信号をＨＰＦ３０へそらす条件に設定する。リ
ミッター３４の利点は、ＨＰＦ入力キャパシタ１７２をノード１７４において近
ゼロ電圧状態に急速に持って来ることができることである。入力キャパシタ１７
２は、しばしば大変に大きくて、ダイオード３４ａ、ｂがなければ充電するため
に大変な時間がかかる。通常の動作下では、ノード１７４のドップラー電圧はダ
イオード３４ａ、ｂを伝導するには小さすぎる。ダイオード３４ａ、ｂは、低コ
スト低漏れ個別ダイオードが限られた利用しかできないのに対して、低コスト・
トランジスタ、例えば、２Ｎ３９０４、における大変低い漏れジャクションを容
易に利用できるため、個別のダイオードよりは、背中合わせのトランジスタ・ダ
イオード・ジャンクションで形成される。

【００３９】図５Ａは、図１に示されるベース帯域クアドネット３６及びＳＳＢマトリック
ス４２を示す。ベース帯域クアドネットは、業界に良く知られているアクティブ
・オールパス・ネットワークの二重はしごから構成される。ＳＳＢマトリックス
はＬＳＢ出力を形成するために２つのクアドネット出力チャンネル３８、４０を
加算して反転し、そしてＵＳＢ出力を形成するために２つのクアドネット・チャ
ンネル引算して反転する。最高の性能のために、図５Ａ中の全ての抵抗とキャパ
シタは正確な値でなければならない（例えば、１％の正確性又はそれ以上）。本
発明のいくつかのアプリケーションは単一基本帯域周波数で動作し、図５Ａに示
される４十進の周波数間隔よりも大きいものを生ずる８ステージの代わりに、単
に１つのオールパス・クアドネットのステージが必要とされる。一般に、Ｎステ
ージが利用できる。ここで、Ｎは整数である。

【００４０】図５Ｂは、クアドネットへの２つの入力がゼロ位相差を有すると仮定した、広
い周波数範囲にわたってクワドネット３６の出力３８、４０の位相差を描いたも
のである。このタイプのオールパス位相分割器の大部分はオクターブ又はおおよ
そ周波数範囲の十進にわたって動作する。図５Ｂは、単に８ステージ・ネットワ
ークと共に４十進の範囲にわたって示す。この数学的シミュレーションはハード
ウェアにおいて確認されている。

【００４１】図５Ｃ、図５Ｄは、９１６ＭＨｚのＲＦ中心周波数の回りに±２０Ｈｚ間隔及
び±２ＫＨｚ間隔で周波数に対してＵＳＢ及びＬＳＢチャンネル分離を描いたも
のである。図の中心のＵＳＢ、ＬＳＢクロスオーバーはおどろくぼとシャープで
ある。この図は、ＰＲＦクロック１４を９１６ＭＨｚの回りに１Ｈｚステップで
図５Ｃにおいては±２０Ｈｚ、図５Ｄにおいては±２ＫＨｚをスイープするよう
に設定されたＨＰ８６６０Ｃ周波数シンセサイザーに同期させることにより作ら
れた。ＲＦ発振器１２はＰＲＦクロック１４に位相が固定されているため、ＲＦ
発振器はＰＲＦの倍数毎に正確なスペクトル線を有する。ＰＲＦは２ＭＨｚに設
定されていて、そしてＲＦパルス幅は３０ｎｓであった。図５Ｃ及び図５Ｄに示
される粗さのいくつかは離散したステップ及び描写のエイリアシングの人工物に
起因する。基本帯域クアドネットは１８０のわずかな信号により見られるように
分離レベルを制限した５％部品により製造された。

【００４２】図６Ａは、図１に基づいた一般的な振動検知設定にある検知器１１０を示す。
ＲＦパルス２００は、対象物２０４へ送信されて反射される。いくつかの構成に
おいては、非不透明な材料２０２が伝搬経路中にある。全ての又はどんな検知器
１１０、材料２０２、又は反射対象物２０４は、特定目的のアプリケーション又
はイメージングのために図６Ａ中に一般に２１０の矢印に示されるように回転又
は空間的に移動できる。いくつかの場合においては、対象物２０４は、例えば、
移動する人、車、又はファン刃のように長い距離を通じて単に移動し又は回転さ
れる。他の場合においては、対象物２０４は機械的、音声的（例えば、マイクロ
フォン・アプリケーション）、磁気的（例えば、ラウドスピーカー・アプリケー
ション）、光学的又は電磁気的刺激であってよいエキサイター２０８の結果とし
て振動してよい。プロセッサー２１２は、符号が付けられた強度信号を与えるた
めに、２乗、積分、及び加算などの演算をＵＳＢ、ＬＳＢドップラー側波帯につ
いて実行できる。当然に、ドップラー側波帯サインのＦＦＴを取ることを含む数
多くの処理機能が可能である。

【００４３】図６Ａの設定についての１つのアプリケーションは、振動対象物２０４上の被
覆２０６に起因する振動特性のシフトの検出に依存する。被覆はメッキ、ポリマ
ー被覆、汚染物等であってよく、その厚さ又はその他の特性は検知器１１０によ
る非接触ベースで評価してもよい。

【００４４】図６Ｂ、図６Ｃは、図６Ａの声帯マイクロフォン・アプリケーションを示す。
ここで、ヘッドセットは図１の検知器のアンテナ２２２又は２２４と共に従来の
ブーム・マイクロフォン２００を結合している。ブーム２２６はアンテナ２２２
又は２２４を２方向性クアドネット１８へ接続するケーブルを収容する。アンテ
ナ２２２は、一般に相互接続ケーブルのシールドに接続されている接地要素２２
８と放射器２２７からなるダイポールである。アンテナ２２４は、音声マイクロ
フォン２２０を機械的に支持する役目も果たす接地要素２３２と放射要素２３０
とからなるダイポールである。明らかに、ダイポール・アンテナについての他の
変形も可能である。アンテナ２２２を使用して、図１のＩ（同相）及びＵＳＢ信
号について図６Ｆ内に音“ｈｍｍｍ”の応答が描かれている。

【００４５】図６Ｄには距離に対する振動する金属ツイザーズへのＩ（同相）及びＵＳＢ応
答が描かれている。図２Ｂに関して説明された問題の無の応答が、Ｉ（同相）チ
ャンネルに明確に見えるが、ＵＳＢチャンネルには存在しないことがわかる。従
って、ＳＳＢ復調の価値が示される。

【００４６】図６Ｅは、ドップラー側波帯の分離を示すために図６Ａの検知器から外又は遠
ざかる方へ歩き、停止し、そして内へ歩く人の応答を示す。わずかなチャンネル
のブリード・スルー２４０がベース帯域クアドネット３６の不正確部品のから発
生する。

【００４７】図６Ｇは、図６Ａに概略的に描かれたシステムを使用して、胸に押された単純
なダイポール・アンテナを使用して心臓の活動の同時的な内方向及び外方向成分
を示す。このＳＳＢサインは、感度が無いところがないために、従来技術のレー
ダーよりも胸上のアンテナ位置に対してより一貫している。ＵＳＢ及びＬＳＢ波
形はより一般的で一貫性のあるサインのために符号付きの大きさ指示へさらに処
理できる。ＥＫＧ波形と組合せられる時、心臓刺激−応答データが手術又は長期
間の治療の際の非接触監視を含む、有望な診断／監視アプリケーションに利用可
能となる。

【００４８】図６Ｈは、約１メートルの距離で図６Ａの設定についての呼吸運動を示し、非
接触患者監視又はＳＩＤＳ検出のための潜在能力を示す。

【００４９】図６Ｉは、約１／２メートルの距離におけるコードレス・ハンマー・ドリルか
らの２つの顕著なサインを示し、機械の運動の監視又は診断をするための図６Ａ
の設定についての潜在能力を示す。

【００５０】図６Ｊは、ステレオ・ギター・ピックアップを初めて示す。ギター弦に平行に
置かれた９１５ＭＨｚダイポールにより、弦の１つ弾くことについてさえもＵＳ
Ｂ及びＬＳＢ“ステレオ”チャンネルに多種の顕著に異なった波形を観察するこ
とができる。ステレオ・ヘッドホンによる試聴が図６Ｊの演奏を提供し、両チャ
ンネルは同じ振幅を与え且つ同じ周波数を有するが、音調の品質は右と左のヘッ
ドホンでは大変に異なる。インド人のシタールの演奏者は１つの音色内にすべて
の音楽が含まれていると主張している。このステレオＳＳＢドップラー・レーダ
ー・ピクアップのオープンでエアリーな広がりで聞く時、全てが倍音の中にある
。

【００５１】図６Ｋは、図６Ａの設定に対する９１５ＭＨｚダイポールから５ｃｍ離れた回
転する金属刃により生成され、観察範囲に対する同期ピックオフとしてＩチャン
ネルを使用した図である。これから理解されるように、Ｑチャンネルの位相は回
転方向に依存する。このように、単一ダイポールは刃の回転方向を検知できる。

【００５２】図７は、動く対象物に対する図６Ａの設定中に一般に使用される図１の重み付
けした方向検出器４８のブロック図である。図１の検知器からのＵＳＢ、ＬＳＢ
出力は単極性変化信号を与えるために絶対値回路２５０、２５２、又は代替的に
２乗回路へ加えられ、そして内向運動については線２５８上に、外向運動につい
ては線２６０上に、積分された動きスルー距離、又は、変位サインを与えるため
にＬＰＦ２５４、２５６でフィルタされる。加算要素２６２は、外向チャンネル
（ＬＳＢ）に割当てられた重みＷ_L＞１（典型的に、Ｗ_L〜１０）を使用して内向
サインから外向サインを引き、そして、同様に、外向サインから内向サインを引
く加算要素２６４に対しては、内向きチャンネルに割当てられた重みＷ_U＞１が
使用される。このように加算要素２６２は、もし同時的に外向変位サインがなけ
れば（普通、移動する車又は人については不可能）、内向変位について線２５８
から正の変位サインを出力する。もし、同時的な外向変位があれば、加算要素２
６２の出力は加算入力Ｗ_Lへの線２６０上のサインの印加に起因して鋭く負に振
れる。従って、同時的な反対変位の任意の小さな量は加算出力に正の出力が発生
することを防ぐ。真実の変位はしきい値比較器２６６、２６８のしきい値Ｖ_R1、
Ｖ_R2を越えることができる正の和を発生し、そしてデジタルのＩＮ（内）又はＯ
ＵＴ（外）の指示を発生する（これらはプロセス等を制御するためにプロセッサ
ー２７０によりさらに処理できる）。

【００５３】明らかに、ＲＦ干渉は線２５８、２６０上に大まかに等しいサインを発生する
。重み付けＷ_L、Ｗ_Uにより、大きさにおいてＷ_L、Ｗ_Uが増加するため、正の加算
及び潜在的な偽のトリガーをする確率はゼロに近づく。この結果、この設計に基
づく検知器は増加するＲＦ干渉について増加的に無感覚となり、ＲＦ干渉に起因
して決して偽の警報をトリガーしない。

【００５４】図８Ａは、材料の厚さ、特に、タンク３１０内の液体３０１の高さ、を測定す
るための一般的な設定を示す。検知器１１０は材料又は液体３０１を通過するＲ
Ｆパルス２００を送信し、それは振動又はアクティブ反射器３００から反射され
る。アクティブ反射器は図１０Ａを参照してさらに詳細に説明される。反射器３
００は、エキサイター３０２の制御の下、急速に開いたり閉じたりするスイッチ
に接続されたダイポールなどのアクティブに変調されたアンテナである。代替的
に、別のアクティブ反射器３０４は蛍光灯、機械的振動装置、又は、送信された
ＲＦパルス２００の位相を変調可能などんな反射器であってよい。

【００５５】検知器１１０からのＵＳＢ、ＬＳＢ出力は、アクティブ反射器３００までの距
離、又は、介在する材料の高さと誘電定数の組合せにより変化する位相関係を有
する。ＵＳＢ、ＬＳＢ位相は見かけの反射器距離の線形関数であり、深さ又は厚
さ指示を与えるために位相メータ３０６により測定される。深さ又は厚さ指示は
レベル・コントローラ又は他の応答装置を動作させるためにプロセッサ３０８に
より処理される。

【００５６】アクティブ反射器３００、３０４が便宜上、タンク３１０の外側に示されてい
るが、タンクの内側に配置されてもよい。例えば、ユニット化されたデイップス
テイックを形成するために検知器１１０に取り付けられたロッド３１２上に搭載
されてもよい。

【００５７】ＲＦ発振器１２の中心周波数は、図１に示すようにクロック１４のＰＲＦをΔ
Ｆだけ変化させることにより、小さな量ΔＦだけ変化でき、ＵＳＢ、ＬＳＢ位相
読取りをオフセットして、距離のλ／４毎に繰返すＵＳＢ、ＬＳＢ位相不明瞭さ
よりもずっと長い、１／ΔＦに関連した距離不明瞭さを持つ副尺効果を与える。
従って、ΔＦだけ離された２つの周波数でＵＳＢ、ＬＳＢ位相を比較することに
より、粗い距離測定が１／ΔＦに関連した距離間隔にわたって行なうことができ
る。一方、精度の高い距離測定が単に１つの周波数においてＵＳＢ、ＬＳＢ位相
を見ることにより行なうことができる。ΔＦに基づいた位相副尺効果は他のアプ
リケーションにおいては良く知られている。

【００５８】図８Ｂは、タイミング基準としてオシロスコープを開始するのに使用されるＵ
ＳＢ応答と、距離においてＲ₂−Ｒ₂〜２センチ変化を表す、距離Ｒ₁、Ｒ₂におけ
る位相を変化するのに見られるＬＳＢ応答とを描いている。一対の２５０Ｈｚ振
動ツイザーズがアクティブ反射器として使用された。距離に対する位相シフトは
、ＲＦの１／４波長毎に対して３６０度を通ってサイクルする。この位相シフト
はアクティブ反射器の振動周波数又は変調とは独立である。

【００５９】図８Ｃは、検知器１１０と反射器３０４との間に３センチの紙が挿入された時
の位相の変化を示し、、作物栽培者又はドライヤーに有用な材料厚さ計又は誘電
定数検知器としての本発明の用途を示す。

【００６０】図８Ｄは、検知器１１０と反射器３０４との間に１センチの水が挿入された時
の位相の変化を示す（すなわち、１０センチの水を含んだタンクに１センチの水
が追加された（ＲＥＦ波形））。

【００６１】図９Ａは、普通は偶然又は予期されない効果としてのレーダー断面積の変化又
は反射器Δ−ＲＣＳに基づいた普通でないアクティブ反射器形態を示す。この効
果は２つの対象物が離れているときに電気的に接触している時と比べて異なるＲ
ＣＳを有する事実に起因する。例えば、２つの４分の１波長の金属片は接触して
単一の半波長反射器を形成する時と比べて隔離されている時は異なる反射をする
。もし、２つの片が断続的に接触すると、これらは容易に検出可能な雑音に似た
サインを発生する。

【００６２】図９Ｂは、２つの滑らかな金属ロッド（実際は大変滑らかなステンレススチー
ル・ツイザーズ）が互いに静かに滑る又は擦る時のΔ−ＲＣＳ効果を示す。

【００６３】図９Ａのシステムは、図６Ａのそれと類似している。対象物３６０は２つのロ
ッドまたは他のオブジェクト３５９、３６１を含む。いくつかの構成において、
非不透明材料２０２が伝播経路に存在する。どんな又は全ての検知器１１０、材
料２０２、又は反射対象物３５９、３６１は、アプリケーション特有目的又は映
像のために図６Ａ内の矢印に示すように空間的に移動又は回転されてもよい。対
象物３５６は、機械的、音響的、磁気的、光学的又は電磁気的刺激であってよい
エキサイター２０８の結果として、振動してもよい。プロセッサー２１２は、符
号が付けられた大きさ信号を与えるため、２乗、積分及び加算などのさまざまな
演算をＵＳＢ、ＬＳＢドップラー側波帯に実行できる。当然に、ドップラー側波
帯サインのＦＦＴを取ることを含む多数の他の処理機能が可能である。

【００６４】図９Ｃは金を見つけるためのΔ−ＲＣＳ検出方法についての潜在能力を示す。
しばしば、金のかたまりは割れ目のある水晶又は他の岩石材料中に閉じ込められ
ている。割れ目が一般領域に加えられる圧力Ｐにより僅かに動かされる又は曲げ
られると、割れ目にあるかたまりは擦られて図９Ｃに示すようなΔ−ＲＣＳサイ
ンを生ずる。カリフォルニア金鉱からの水晶中の埋め込まれた金のかたまりは本
発明による間に合わせのレーダーを使用して２メートルの距離で検出できた。圧
力Ｐはスレッジ・ハンマーにより金鉱の壁を叩く又は小さな爆薬の一撃によりか
たまりまで伝搬できる。そして、検知器１１０は岩石に埋め込まれた金属の擦れ
から主として発生するΔ−ＲＣＳサインを検出するために、ヘッドホン又は記録
手段を装備することができる。図９Ａ内には、対象物３６０を材料３５０と置換
え、そして圧力Ｐを材料に加えることにより、材料３５０中の金のかたまり３０
９を検出することが示されている。

【００６５】図９Ｄは、本発明の別の使用示す。これはトランジスタ及びそれらの相互接続
のスイッチングにより、オーディオ・トランジスタ及びそれらの相互接続などの
可変伝導率装置により発生されたΔ−ＲＣＳに基づいた電子製品の非接触読取り
である。図９Ｄは太陽電池で駆動される電子計算機からのサインである。このサ
インはラウド・スピーカーで演奏でき、さまざまな処理機能が娯楽の新案として
聞くことができる。明らかに、おもちゃが本発明に基づいて作れる。人形やイー
スター卵に、おもちゃレーダー“懐中電灯”により照射されている時に声がレー
ダーの戻りを変調する反射器を含むことができる。

【００６６】図１０Ａは、図１に基づいた一般的なアクティブ反射器設定の検知器１１０を
示す。ＲＦパルス２００が、アクティブ反射器４００へ送信されて反射される。
いくつかの構成において、非不透明材料２０２が伝搬経路中に存在する。どんな
又は全ての検知器１１０、材料２０２、又は反射対象物４００は、アプリケーシ
ョン特別目的又は映像のために図１０Ａの矢印に示すように空間移動又は回転し
てよい。いくつかの場合には、アクティブ反射器４００が、例えば、移動する人
、車、又はファン刃に取り付けられて長い距離中を単に移動又は回転される。別
の場合には、アクティブ反射器４００は、機械的、音響的、磁気的、光学的又は
電磁気的刺激であってよいエキサイター又はドライバー４０６の結果により、反
射を変調できる。ドライバーは、音声、音楽、ＣＷ又はデータ信号４０８により
活性できる。エキサイター４０６は、トランジスタ・スイッチ又はその他の電子
ドライバーであってよい。プロセッサ２１２は、符号が付いた大きさの信号を提
供するために２乗、積分、及び加算などのさまざまな演算をＵＳＢ、ＬＳＢドッ
プラー側波帯に実行できる。当然に、ドップラー側波帯サインのＦＦＴを取るこ
とを含む多くの他の処理機能が可能である。この設定の独特な能力は、図８Ｂ、
Ｃ、Ｄに示されるのと同様にＵＳＢ／ＬＳＢ位相関係から検知器１１０と反射器
４００との間の距離を測定する能力である。

【００６７】アクティブ反射器４００は、要素４０２、要素４０２に接続するスイッチ４０
４、及びスイッチ４０４に接続するスイッチ・ドライバー４０６を含む。要素４
０２は理想的にはλ／４長のモノポール又はそれぞれ２つのダイポール・アンテ
ナ要素であってよい。代替的に、反射器４００は導波管搭載スイッチ又は蛍光灯
などの反射プラズマを含む、どんな反射構成であってよい。

【００６８】図１０Ｂは音声情報を送信するための図１０Ａのアクティブ反射器システムの
能力を示す。このデータはドライバー４０６としてのＡＭラジオの出力をアクテ
ィブ反射器４００へ結合することにより得られた。ここで、スイッチ４０４はシ
リコン・バイポーラ・トランジスタから形成された。この構成についての用途は
、検知器１１０からのビーム２００により照射された時に、検知器１１０のＵＳ
Ｂ又はＬＳＢ出力に接続されたラウドスピーカーによりそれらのデータを「話す
」ＲＦＩＤタグを含む。

【００６９】図１０Ｃは、図１０Ａの設定を使用したＲＦビーム中断アプリケーションにつ
いてのデータを示す。ここで、材料２０２は不透明で、検知器１１０と反射器４
００の間に挿入されると時、ビーム２００を阻止する。０．５メートルの検知器
−反射器の間隔の間に人の腕が通過することに対する阻止４１０が、図１０Ｃの
データに示される。図１０ＡのＲＦビーム中断モードについてのアプリケーショ
ンは、機械安全検知器、歩行者及び自動車交通制御システム、家庭セキュリテイ
及び自動化等を含む。明らかに、１つよりも多い数の反射器４００が単一の検知
器１１０と共に使用でき、各々にドライバー４０６により異なる周波数又はコー
ドが与えられる。ドライバー４０６はアクティブ・フィルタの太陽電池又は多年
バッテリー動作を可能にするために微小電力動作に設計できる。

【００７０】図１１は、図１０Ａのシステムについての無線位置決めアプリケーションを示
している。検知器１１０は、ビーム４１２、４１４、及び４１６をアクティブ反
射器４２４、４２６、及び４２８へ送信する。ビーム経路には非不透明材料４１
８、４２０、及び４２２が介在するかもしれない。これらの材料は建物の壁など
のように不可避で意図的でないかもしれない。又は、映像のためや厚さ又は誘電
定数などの材料についての情報を得るためにビーム経路に置かれてもよい。各ア
クティブ反射器は検知器と共に不干渉ベースで全てのアクティブ反射器が動作す
ることを可能にするために時間順序、多重音、又はコード変調してもよい。各反
射器までの距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、図８Ｂ、Ｃ、及びＤから理解されるように
ＵＳＢ、ＬＳＢ位相から導出される。Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３と位置Ｌ１、Ｌ２、
及びＬ３の与えられた知識から、検知器１１０の位置Ｌｘが計算できる。反射器
の位置及び数に依存して、システム中の他の要素の位置を決定するために全ての
距離及び位置を知る必要はない。このシステムの潜在的な有用性は機械制御、在
庫追跡、及びデジタル手術を含む。このシステムの特徴は、ＲＦ搬送波の位相は
大変高い解像度で測定できるため、相対的に低いＲＦ周波数により高い解像度を
えることができる能力である。

【００７１】図８Ａに示すように、ＲＦ発振器１２の中心周波数は小さい量ΔＦだけ変化す
ることができ、ＵＳＢ、ＬＳＢ位相読取りをオフセットして、λ／４毎の距離に
ついて繰り返すＵＳＢ、ＬＳＢ位相の不明瞭さよりもずっと長い１／ΔＦに関係
した距離不明瞭さを持つ副尺効果を発生する。

【００７２】図１２Ａは、アクティブ・クアドラチュア設定における検知器１１０を示して
いる。ＲＦパルス２００は、クアドラチュア・ネットワーク５０４に接続された
要素５０２から形成されたアクティブ・クアドラチュア反射器５００へ送信され
て反射される。いくつかの構成において、非不透明材料２０２が伝搬経路に存在
する。どんな又は全ての検知器１１０、材料２０２、又は反射対象物５００は映
像のため又はアプリケーション特有目的のため図１０Ａ内の矢印に示されるよう
に空間的に移動又は回転されてもよい。いくつかの場合において、反射器５００
は例えば、移動する人、車、又はファン刃に取り付けられた長い距離にわたって
単純に移動又は回転される。他の場合において、アクティブ反射器５００は、Ｒ
Ｆクアドラチュア・ネットワーク５０４への入力（ＣＴＲＬ及びＭＯＤ）に応答
して一般にクアドラチュア位相ベース帯域データ（Φ１、Φ２）を与える機械的
、音響的、磁気的、光学的、又は電磁気的刺激であってよいクアドラチュア・ド
ライバー５０６の結果として反射を変調できるようしてよい。プロセッサ２１２
は、符号付きの大きさの信号を与えるために２乗、積分、及び加算などのさまざ
まな演算をＵＳＢ、ＬＳＢドップラー側波帯に実行できる。当然に、ドップラー
側波帯サインのＦＦＴを取ることを含む多くの他の処理機能も可能である。この
設定の独特な能力は、図８Ｂ、Ｃ、及びＤに示されるのと同様に、ＵＳＢ／ＬＳ
Ｂ位相関係から検知器１１０と反射器５００の間の距離を測定する能力である。

【００７３】図１２Ｂは、クァドラチュア・ネットワーク５０４の１つの実施の形態を示す
。アナログ又はデジタルであるクアドラチュア・ベース帯域データ（Φ１、Φ２
）がクアドラチュア・ドライバー５０６によりネットワーク５０４へ与えられる
。ネットワーク５０４は、位相シフト要素５１０、５１２を接地に切換えるため
のバイポーラ・トランジスタ５０７、５０８からなる２つのスイッチを含み、こ
れにより反射器５００のアンテナ／反射器要素５０２の反射の位相を修正する。
明らかに、アナログ又はデジタルにかかわらず、スイッチ要素５０７、５０８及
び位相シフト要素５１０、５１２の別の実施の形態が本発明の範囲内で可能であ
る。

【００７４】図１２Ｃ及びＤは、図１２Ａの設定と共に可能なＵＳＢ、ＬＳＢチャンネル分
離を示す。図１２Ｃは、Φ１がΦ２よりも先の検知器１１０のＵＳＢ、ＬＳＢ出
力での応答を示し、これによりＵＳＢチャンネルのみに応答を発生する。図１２
Ｄは、Φ１がΦ２よりも後のＬＳＢ応答を示す。ＣＴＲＬとラベルが付けられた
クアド・ドライバ５０６入力は位相進み／遅れ状態を制御し、ＭＯＤとラベルが
付けられたクアド・ドライバ入力は声、データ、又は音変調入力であり、クアド
・ドライバ５０６機能内で２つのベース帯域位相Φ１、Φ２に分割される。

【００７５】アクティブ反射器がＬＳＢに対して設定される時、反射器５００は図１２Ａの
検知器１１０から遠ざかる方へ移動するように見える。そして、反射器がＵＳＢ
に対して設定される時、反射器５００は検知器１１０の方向へ移動するように見
える。もし、検知器１１０（図１に示すような）のＩ、Ｑ出力が観察されれば、
反射器５００はΦ１、Φ２の間の位相関係により定義される方向に回転している
ように見える。

【００７６】本発明がこの周波数の増強された材料浸透のため、９１５ＭＨｚシステムを参
照して説明されたが、本発明の原理は他の周波数、例えば、２．４ＧＨｚ、５．
８ＧＨｚ、又は２４ＧＨｚにも適用できる。複数の検知器又は反射器の使用を含
む詳細に説明された実施の形態についての変形及び修正が、特許請求の範囲の記
載により限定されることが意図された本発明の範囲から何時だすることなく可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の単側波帯パルス・ドップラー・レーダーのブロック図。

【図２Ａ】図１のレーダーのＲＦパルスと検出器信号を示す図。

【図２Ｂ】図１のレーダーの振動検知モードにおける振動誘起位相変調を示す図。

【図３】図１のＲＦ発振器、２方向クアドネット及びピーク・ツー・ピーク検出器の概
略図。

【図４】図１のハイパス・フィルター、増幅器及びリミッターの概略図。

【図５Ａ】図１のベース帯域クアドネット及びＳＳＢマトリックスの概略図。

【図５Ｂ】図１のベース帯域クアドネットの位相特性の数学的プロットを示す図。

【図５Ｃ】図１のシステムに対する短パルスＲＦ搬送波の±２０Ｈｚ内の側波帯分離を示
すハードウェア・データの図。

【図５Ｄ】図１のシステムに対する短パルスＲＦ搬送波の±２ｋＨｚ内の側波帯分離を示
すハードウェア・データの図。

【図６Ａ】振動又は移動する対象物を検出するためのシステムの一般的な構成を示す図。

【図６Ｂ】図６Ａのシステムのレーダーのどマイクロフォンの構成を示す図。

【図６Ｃ】図６Ａのシステムの代替的なレーダーのどマイクロフォンの構成を示す図。

【図６Ｄ】図６Ａの設定について一対の振動ツイザーズと距離に対する応答を示す図。

【図６Ｅ】図６Ａの設定について外方向と内方向へ歩く人に対する応答を示す図。

【図６Ｆ】図６Ａの設定について“ｈｍｍｍ”の音についての人の声帯の振動に対する応
答を示す図。

【図６Ｇ】図６Ａの設定について人の心臓の動きに対する応答を示す図。

【図６Ｈ】図６Ａの設定について人の呼吸の動きに対する応答を示す図。

【図６Ｉ】図６Ａの設定についてハンマー・ドリルの動きに対する応答を示す図。

【図６Ｊ】図６Ａの設定について単一の弾かれたギター弦のステレオ応答を示す図。

【図６Ｋ】図６Ａの設定についてＣＷ（時計方向）及びＣＣＷ（反時計方向）回転刃に対
する応答を示す図。

【図７】図６Ａの一般的設定に対する重み付け対象物変位検知器を示す図。

【図８Ａ】図６Ａのシステムと共にアクティブ反射器を使用したレベル又は厚さ計を示す
図。

【図８Ｂ】図８Ａの設定についての距離に対して側波帯位相の関係を示す図。

【図８Ｃ】目標経路内に挿入された３ｃｍの紙による側波帯位相のシフトを示す図。

【図８Ｄ】目標経路内の水の１ｃｍの増加による側波帯位相のシフトを示す図。

【図９Ａ】目標Δ−ＲＣＳを検出するための一般的な構成を示す図。

【図９Ｂ】図９Ａの設定について滑らかな金属ツイザーズを擦ることへの応答を示す図。

【図９Ｃ】図９Ａの設定について水晶中に埋め込まれた金のかたまりへの応答を示す図。

【図９Ｄ】図９Ａの設定について電子計算機への応答を示す図。

【図１０Ａ】図１の検知器と共にシステム内のアクティブ反射器を使用した一般的な構成を
示す図。

【図１０Ｂ】アクティブ反射器が音声により電子的に変調された時の図１０Ａのシステムの
応答を示す図。

【図１０Ｃ】図１０Ａのシステムの検知器とアクティブ反射器の間の経路を人の腕が遮った
時の応答を示す図。

【図１１】図１０Ａのシステムに基づいた多反射器無線位置システムを示す図。

【図１２Ａ】図１の検知器と共にシステム内の単一側波帯アクティブ反射器のブロック図。

【図１２Ｂ】図１２ＡのＳＳＢ反射器の概略図。

【図１２Ｃ】アクティブ反射器の位相進み変調に対する図１２Ａの検知器からのＵＳＢ及び
ＬＳＢ応答を示す図。

【図１２Ｄ】アクティブ反射器の位相遅れ変調に対する図１２Ａの検知器からのＵＳＢ及び
ＬＳＢ応答を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波ドップラー送受信装置において、送信クロック信号を発生するための送信クロック信号発生器と、送信クロック信号に応答して送信機ＲＦバーストを発生し、各バーストが１つ
又はそれ以上のサイクルの波形を含んでいるパルス化された送信発振器と、送信機ＲＦバーストを２つの位相に分割するため、送信発振器に接続されたＲ
Ｆクアドラチュア・ネットワークと、送信機ＲＦバーストを送信し、そして送信されたＲＦのエコーを受信するため
ＲＦクアドラチュア・ネットワークに接続されたアンテナと、ＲＦバーストの同相（Ｉ）及びクアドラチュア（Ｑ）位相成分を検出するため
にＲＦクアドラチュア・ネットワークに接続されたクアドラチュア検出器と、クアドラチュア検出器に接続されてＩ及びＱ成分の相対的位相を９０度だけシ
フトしてそれらの第１及び第２出力を提供するベース帯域クアドラチュア・ネッ
トワークと、ベース帯域クアドラチュア・ネットワークの第１及び第２出力に接続されて上
側及び下側の側波帯出力を与えるＳＳＢマトリックスと、を有するマイクロ波ドップラー送受信装置。
【請求項２】送信クロック信号発生器が周波数、時間又は振幅変調され、
若しくはランダムにディザー変調されている請求項１に記載の装置。
【請求項３】ＲＦクアドラチュア・ネットワークが２方向性全パス・ネッ
トワークを含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】アンテナが、送信及び受信の両方に使用される単一のアンテ
ナ、又は、１つが送信で他方が受信のための一対のアンテナである請求項１に記
載の装置。
【請求項５】クアドラチュア検出器が、Ｉ及びＱＲＦピーク・ツー・ピ
ーク検出器、Ｉ及びＱＲＦピーク検出器、及びＩ及びＱ乗算器又は混合器から
選択されている請求項１に記載の装置。
【請求項６】検出器が１つの送信されたＲＦバースト間隔よりも大きい範
囲のホールド時間を有する請求項５に記載の装置。
【請求項７】ＲＦクアドラチュア・ネットワークが、送信及び受信信号の
各々を部分的に位相シフトする請求項１に記載の装置。
【請求項８】ＳＳＢマトリックスが第１側波帯出力を得るためにベース帯
域クアドラチュア・ネットワークの第１及び第２出力を加え、第２側波帯出力を
得るために第１及び第２ベース帯域クアドラチュア出力を引算する請求項１に記
載の装置。
【請求項９】ＳＳＢマトリックスの出力又はクアドラチュア検出器の出力
へ接続された重み付け方向検出器をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項１０】クロック信号発生器に接続されて送信されたＲＦバースト
幅を調節することにより最大検出距離を制御する距離調節器をさらに含む請求項
１に記載の装置。
【請求項１１】送信クロック信号発生器が、距離に対するＬＳＢ及びＵＳ
Ｂの相対的位相を識別するために位相副尺を提供するため、周波数の調節可能で
ある請求項１に記載の装置。
【請求項１２】Ｉ又はＱ検出器からの広い電圧行程を素早く制御するため
、Ｉ及びＱ検出器とベース帯域クアドラチュア・ネットワークの間に接続された
リミッター・フィードバックを有するハイパス・フィルターをさらに含む請求項
１に記載の装置。
【請求項１３】ベース帯域クアドラチュア・ネットワークが二重はしごア
クティブ全パス位相分割ネットワークである請求項１に記載の装置。
【請求項１４】短パルス・マイクロ波ドップラー検知器において、ＲＦバーストを与えるためのパルス化されたＲＦ発振器と、ＲＦバーストを送信及び受信するためのアンテナと、パルス化されたＲＦ発振器に接続された第１ポート、アンテナに接続された第
２ポート、Ｉ検出器に接続された第３ポート、及びＱ検出器に接続された第４ポ
ートを有するＲＦクアドラチュア・ネットワークと、ＲＦクアドラチュア・ネットワークのＩ及びＱポートにそれぞれ接続されて複
数クロック繰返しからのＲＦパルスを一貫して積分する第１及び第２ＲＦピーク
検出器と、を有する短パルス・マイクロ波ドップラー検知器。
【請求項１５】Ｉ及びＱ検出器に接続されたベース帯域クアドラチュア・
ネットワークをさらに含む請求項１４に記載の検知器。
【請求項１６】ベース帯域クアドラチュア・ネットワークに接続されたＳ
ＳＢマトリックスをさらに有する請求項１５に記載の検知器。
【請求項１７】短ＳＳＢレーダー・パルスを検知する方法において、ＲＦパルスを発生し、対象物から反射された送信パルスとＲＦ送信機パルスの和のクアドラチュア・
ピークを検出し、パルスのクアドラチュア・ピーク検出をしている間に２つ又はそれ以上のＲＦ
パルスを積分し、ピーク検出された信号のＳＳＢ復調をする、各ステップを含む短ＳＳＢレーダー・パルスを検知する方法。
【請求項１８】送信機ＲＦパルス幅を選択することにより最大検知距離を
制御することをさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】ＳＳＢドップラー信号を検知する方法において、ＲＦクアドラチュア・ネットワークを介してＲＦバーストを対象物へ送信し、対象物から反射された信号をＲＦクアドラチュア・ネットワークで受信し、クアドラチュア・ネットワークからのクアドラチュアＲＦ信号のピークを検出
し、位相シフトされたＩ及びＱベース帯域信号を与えるために検出されたクアドラ
チュアＲＦ信号の位相をシフトし、ＬＳＢ及びＵＳＢ信号を形成するために位相シフトされたベース帯域Ｉ及びＱ
信号を代数的に加算する、各ステップを含む方法。
【請求項２０】クアドラチュア・ピークＲＦ信号が複数のＲＦバーストに
わたり積分される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】レーダー目標変位を検出する方法において、外向き及び内向きチャンネルのそれぞれからのＬＳＢ及びＵＳＢドップラー信
号を整流し、整流されたＬＳＢ及びＵＳＢ信号を積分し、積分されたＬＳＢ及びＵＳＢ信号を代数的に加算し、内向きチャンネルからの定義された信号により外向きチャンネルをリセットし
、そして外向きチャンネルからの定義された信号により内向きチャンネルをリセ
ットするために代数的な和に重み付けし、与えられた方向に定義された量の目標が移動した内向き及び外向き検出信号を
与えるために重み付けした和のしきい値を検出する、各ステップを有する方法。
【請求項２２】１つのチャンネルの信号の重み付け百分率が他方のチャン
ネルの検出を禁ずる請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】レーダー目標の振動を検知する方法において、パルス化されたＲＦバーストを送信し、多相ＲＦバースト信号を得るために送信されたＲＦバースト及び受信されたエ
コー・バーストの位相をシフトし、多相ベース帯域信号を生成するために多相ＲＦバースト信号を検出し、検出されたベース帯域信号の位相をシフトし、ＬＳＢ及びＵＳＢ信号を形成するために位相シフトされたベース帯域信号を代
数的に加算する、ことを含む方法。
【請求項２４】送信されたＲＦバースト及び受信エコー・バーストの両方
の位相が単一の位相シフト・ネットワークにおいて部分的にシフトされる請求項
２３に記載の方法。
【請求項２５】バイオ−メカニカル運動を検知する方法において、ＲＦエネルギーで動いている生物体又は器官を照射し、生物体又は器官を通じて送信された若しくは生物体又は器官から反射されたＲ
Ｆエネルギーの上側又は下側ドップラー運動側波帯の少なくとも１つを検出する
、各ステップを含む方法。
【請求項２６】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項２５に記載の
方法。
【請求項２７】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項２６に記載
の方法。
【請求項２８】人間の声帯を検知することをさらに含む請求項２５に記載
の方法。
【請求項２９】ブームに搭載されたダイポール・アンテナにより声帯を検
知することをさらに含む請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】ブームに搭載されたダイポール・アンテナと一緒に音響マ
イクロフォンを同じく配置することをさらに含む請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】楽器の振動を検知する方法において、ＲＦエネルギーで楽器の振動部品を照射し、楽器の振動部品を通じて送信された若しくは楽器の振動部品から反射されたＲ
Ｆエネルギーの上側又は下側ドップラー運動側波帯の少なくとも１つを検出する
、各ステップを含む方法。
【請求項３２】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項３１に記載の
方法。
【請求項３３】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項３２に記載
の方法。
【請求項３４】楽器が弦を有する楽器である請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】楽器がギター又はピアノである請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】複数の対象物のレーダー横断面の変化を検知する方法にお
いて、ＲＦエネルギーで少なくとも１つの対象物を照射し、少なくとも１つの照射された対象物を少なくとも別の対象物と接触又は非接触
させ、少なくとも１つの照射された対象物を通じて送信された若しくは少なくとも１
つの照射された対象物から反射されたＲＦエネルギーの上側又は下側ドップラー
側波帯の少なくとも１つを検出する、各ステップを含む方法。
【請求項３７】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項３６に記載の
方法。
【請求項３８】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項３７に記載
の方法。
【請求項３９】対象物が電子手段で接触される請求項３６に記載の方法。
【請求項４０】対象物が制御された変調によって接触及び非接触される請
求項３９に記載の方法。
【請求項４１】制御された変調がデータ、声、又は音から選択されている
請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】レーダー横断面の変化から接触している対象物の表面の滑
らかさを測定する方法をさらに含む方法。
【請求項４３】対象物が金又は他の金属の粒子であり、レーダー横断面を
変化するために粒子間に断続的な接触を発生するために機械的又は音響的なエキ
サイテーションを与えることをさらに含む請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】レーダー横断面の変化から電子回路の読出しを得ることを
さらに含む請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】レーダーで距離を検知する方法において、ＲＦエネルギーで変調されたアクティブ反射器を照射し、反射されたエネルギーのＵＳＢとＬＳＢとの間の位相を検出する、各ステップを含む方法。
【請求項４６】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項４５に記載の
方法。
【請求項４７】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項４６に記載
の方法。
【請求項４８】アクティブ反射器が音、データ、又は声で変調されている
請求項４５に記載の方法。
【請求項４９】変調されたアクティブ反射器の前に介在する材料を配置す
ることをさらに含む請求項４５に記載の方法。
【請求項５０】介在する材料の誘電定数を決定することをさらに含む請求
項４９に記載の方法。
【請求項５１】発生した位相変化からの距離不明瞭さを解決するため、量
ΔＦだけＲＦエネルギーの周波数を変化する請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】レーダー・ビームの中断を検知する方法において、レーダーからのＲＦエネルギーでアクティブ反射器を照射し、アクティブ反射器を変調し、レーダーとアクティブ反射器の間のビーム経路の阻止の結果としての変調され
た反射エネルギーの減少を検出する、各ステップを有する方法。
【請求項５３】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項５２に記載の
方法。
【請求項５４】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項５３に記載
の方法。
【請求項５５】ＲＦＩＤタグを検知する方法において、レーダーからのＲＦエネルギーでＲＦＩＤを照射し、ＲＦＩＤタグ内のアクティブ反射器を変調し、レーダによりＲＦＩＤタグから受信された上側又は下側の側波帯の少なくとも
１つの内の変調を検出する、各ステップを方法。
【請求項５６】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項５５に記載の
方法。
【請求項５７】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項５６に記載
の方法。
【請求項５８】ＲＦＩＤタグがレーダーに音、データ、又は声を反射する
請求項５５に記載の方法。
【請求項５９】無線位置決め方法において、レーダーからＲＦエネルギーでもって少なくとも２つのアクティブ反射器を照
射し、アクティブ反射器を変調し、レーダによりアクティブ反射器から受信された上側又は下側の側波帯の少なく
とも１つの内の変調を検出し、上側及び下側の側波帯間の位相により反射器までの距離を測定し、測定された距離を使用して、レーダー又は反射器の少なくとも１つの位置を計
算する、各ステップを含む方法。
【請求項６０】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項５９に記載の
方法。
【請求項６１】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項６０に記載
の方法。
【請求項６２】反射器が音、データ、又は声で変調されている請求項５９
に記載の方法。
【請求項６３】アクティブ反射器をクアドラチュア変調する方法において
、アクティブ反射器の端子に少なくとも２つの位相シフト・ネットワークを結合
し、反射端子を横断する位相シフト・ネットワークを切換える、各ステップを含む方法。
【請求項６４】位相シフト・ネットワークがクアドラチュアに切換えられ
る請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】ＳＳＢ又は多相反射を与えるために位相シフト・ネットワ
ークの切換えを制御するのに声、音、又はデータ変調をさらに含む請求項６４に
記載の方法。
【請求項６６】アクティブ反射器がさらにＲＦＩＤタグ又はおもちゃを含
むさらに含む請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】レーダー及びアクティブ反射器システムにおいて、ＲＦバーストを送信及び受信するためのレーダーと、レーダーへ送信されたＲＦバーストを戻すため反射する変調されたアクティブ
反射器と、アクティブ反射器からのＵＳＢ又はＬＳＢ反射の少なくとも１つを検出するた
めのレーダー内の検出器と、を有するシステム。
【請求項６８】アクティブ反射器が、ＳＳＢ反射を発生するアクティブ反
射器及び二重側波帯反射を発生するアクティブ反射器から選択されている請求項
６７記載のシステム。
【請求項６９】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項６８に記載
の方法。
【請求項７０】回転する対象物を検知する検知器において、回転する対象物にＲＦエネルギーを照射しそこから反射されたエネルギーを受
信するためのレーダーと、Ｉ及びＱ出力を与えるためのレーダー内のクアドラチュア検出器と、対象物の回転の方向を検出するためにＩ及びＱ出力の位相を比較する位相比較
器と、を有する検知器。
【請求項７１】ＲＦエネルギーがパルス化されている請求項７０に記載の
方法。
【請求項７２】ＲＦパルス幅が最大検知距離を定義する請求項７１に記載
の方法。