JP2004354288A

JP2004354288A - レーダ用パルス発生装置

Info

Publication number: JP2004354288A
Application number: JP2003154080A
Authority: JP
Inventors: Seiji Uchino; 政治内野
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】簡単な構成で、面倒な調整をすることなく搬送信号の漏れを十分なレベルまで抑圧する。
【解決手段】パルス変調器２３は、トリガパルス発生器２２からのトリガパルスＴが入力されている期間は搬送信号Ｃを通過させて、トリガパルスＴが入力されていないときには、搬送信号Ｃの通過を阻止する。逓倍器２５は、トリガパルスＴがパルス変調器２３に入力されていないときにパルス変調器２３から漏れる搬送信号に対しては低い逓倍効率を示し、トリガパルスＴがパルス変調器２３に入力されているときにパルス変調器２３から出力されるパルス変調信号に対しては高い逓倍効率を示す。フィルタ３０は、逓倍器２５の出力信号から所望の高調波成分を抽出する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近距離の物体を探査を行なうための小型なレーダシステムに用いられるレーダ用パルス発生装置において、パルス変調波が出力されていないときの搬送信号の漏れを抑圧するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーダシステムは、送信部からパルス変調波を探査対象空間に出力し、そのパルス変調波を受けた物体からの反射波を受信部で受信して、探査対象空間内の物体の有無およびその位置を検知するものであり、遠距離の物体を検知する従来のレーダでは、通常、マグネトロンにパルス信号を与えて高周波のレーダパルスを直接発生してアンテナから発射している（特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−０１２９２１公報
【特許文献２】特開平８−３１３６１９公報
【０００４】
ところが、近年では、このレーダシステムを利用して自動車の走行を支援するシステム、盲人の歩行を支援するシステム等、個人的な利用を目的とする近距離用レーダの実用化が望まれている。
【０００５】
このような近距離用レーダの場合、小電力でアンテナ等を含めて小型に構成する必要があり、また、近距離の物体を精度良く検知できるように波長の短いミリ波あるいは準ミリ波の細いパルス波を用いる必要があり、前記したマグネトロンのような素子は使用できない。
【０００６】
したがって、この周波数帯では図７に示すレーダシスム１０の送信部１１のように、ミリ波や準ミリ波の搬送信号ＣとトリガパルスＴとをダブルバランスドミキサ（以下、ＤＢＭと記す）からなるパルス変調器１２に入力して、搬送信号ＣをトリガパルスＴで振幅変調してパルス変調信号を生成し、そのパルス変調信号を送信用増幅器１３で増幅して送信アンテナ１４から出射する構成となる。
【０００７】
また、この送信部１１から発射されたパルス変調波Ｐが物体１に当たって戻ってくる反射波Ｒを受信アンテナ１６で受けて、その受信された反射波Ｒを受信部１７で受けて信号処理し、物体１の距離や大きさの情報を取得する。
【０００８】
このような構成の近距離用レーダシステムにおいては、送信アンテナ１４と受信アンテナ１６との距離が近いので、送信されたパルス変調波Ｐの一部が受信部１７に入力されることは避けられない。
【０００９】
したがって、送信アンテナ１４からパルス変調波Ｐが出射されている間は、受信部１７の動作を停止させ、パルス変調波Ｐの出射が終了した直後に受信部１７による反射波Ｒの受信処理を行なっている。
【００１０】
ところが、パルス変調器１２の入出力のアイソレーション（オンオフ比）は有限であり、トリガパルスＴが入力していない期間にも僅かであるが搬送信号Ｃを漏出してしまう。
【００１１】
特に、前記したミリ波帯や準ミリ波帯のような高い周波数帯で使用可能なＤＢＭでは、一般的に３０ｄＢ程度のアイソレーションしかとれない。
【００１２】
したがって、例えば送信するパルス変調波Ｐの電力を１Ｗ（３０ｄＢｍ）とすれば、パルス変調波Ｐが出力されていない間に１ｍＷ（０ｄＢｍ）の搬送波が送信アンテナ１４から出力されることになる。
【００１３】
一方、探査対象の物体１の反射率は、その材質や姿勢等によって様々であるが、システムによっては−６０ｄＢの反射率の物体まで検知する必要があり、このような反射率の物体からの反射波Ｒの電力は−３０ｄＢｍとなり、前記搬送波の漏れよりも小さくなってしまい、その影響で物体検知が困難となる。
【００１４】
この問題を解決するため、パルス変調器１２のアイソレーションを改善する方法が考えられている。
【００１５】
その一つの方法としては、図８に示すパルス変調器１２のように、搬送信号ＣとトリガパルスＴを第１のＤＢＭ１２ａに入力して第１のパルス変調信号Ｐ１を生成し、その第１のパルス変調信号Ｐ１を第２のＤＢＭ１２ｂに入力するとともに、トリガパルスＴを遅延回路１２ｃによってＤＢＭ間の信号遅延時間分だけ遅らせて第２のＤＢＭ１２ｂに入力して、第２のパルス変調信号Ｐ２を生成する方法である。
【００１６】
この方法は、２つのＤＢＭを従属接続してパルス変調信号Ｐ２を生成しているので、全体として搬送信号Ｃの漏れを６０ｄＢ程度抑圧できる。
【００１７】
また、２つのＤＢＭを用いた別の方法として、図９に示すように、搬送信号Ｃを９０°ハイブリッド１２ｄによって位相が互いに直交する２つの信号Ｃｉ、Ｃｑに分けてそれぞれ第１のＤＢＭ１２ｅ、第２のＤＢＭ１２ｆに入力し、両ＤＢＭ１２ｅ、１２ｆの出力を０°ハイブリッド１２ｇによって合成し、一方の第１のＤＢＭ１２ｅ側にトリガパルスＴを入力する構成が考えられる。
【００１８】
この場合、トリガパルスＴが入力されていないときに、２つのＤＢＭ１２ｅ、１２ｆから漏れる搬送信号成分は、その２つのＤＢＭ１２ｅ、１２ｆに供給されるバイアス電源（図示せず）の調整によって互いに逆位相となるように設定されて０°ハイブリッド１２ｇで抑圧合成される。
【００１９】
また、トリガパルスＴが入力されると、第１のＤＢＭ１２ｅからのパルス変調信号Ｐが０°ハイブリッド１２ｇを介して出力される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８に示したようにＤＢＭを従属接続によるパルス変調器１２では、遅延回路１２ｃの調整が面倒であり、しかも、その遅延時間の経時変化によってパルス波Ｐ２の幅が変動してしまうという新たな問題が発生する。
【００２１】
また、６０ｄＢの抑圧では、前記した数値例で余裕がなく、さらにＤＢＭを従属しなければ微弱な反射波を検知できない。
【００２２】
また、図９に示したパルス変調器１２は、ＤＢＭのアイソレーションとハイブリッドによる位相相殺効果とで搬送信号の漏れを抑圧しているが、このような構成のパルス変調器であっても、搬送信号Ｃの漏れは−５０ｄＢ程度が限界であった。
【００２３】
本発明は、この問題を解決し、簡単な構成で、面倒な調整をすることなく搬送信号の漏れを十分なレベルまで抑圧できるレーダ用パルス変調装置を提供することを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のレーダ用パルス発生装置は、
搬送信号を出力する信号発生器（２１）と、
トリガパルスを出力するトリガパルス発生器（２２）と、
前記搬送信号と前記トリガパルスとを受け、該トリガパルスが入力されている期間は前記搬送信号を通過させて、前記トリガパルスが入力されていないときには、前記搬送信号の通過を阻止するパルス変調器（２３）と、
前記トリガパルスが前記パルス変調器に入力されていないときに該パルス変調器から漏れる搬送信号に対しては低い逓倍効率を示し、前記トリガパルスが前記パルス変調器に入力されているときに該パルス変調器から出力されるパルス変調信号に対しては高い逓倍効率を示す逓倍器（２５）と、
前記逓倍器の出力信号から所望の高調波成分を抽出するフィルタ（３０）とを備えている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態の近距離レーダ用のパルス発生装置２０の構成を示している。
【００２６】
図１において、信号発生器２１は、このパルス発生装置２０で発生しようとするパルス変調波の搬送周波数の複数分の１の周波数ｆｃの搬送信号Ｃをパルス変調器２３に出力する。
【００２７】
トリガパルス発生器２２は、所定幅（例えば１ｎｓｅｃ幅）のトリガパルスＴを所定タイミングにパルス変調器２３に出力する。なお、このトリガパルス発生器２２がトリガパルスＴを出力するタイミングは、レーダシステムに応じて任意であり、一定周期で出力する場合や、時間毎に間隔を変える場合等もある。
【００２８】
パルス変調器２３は、搬送信号ＣとトリガパルスＴとを受け、トリガパルスＴが入力されている期間は搬送信号Ｃを通過させて、トリガパルスＴが入力されていないときには、搬送信号Ｃの通過を阻止するものであり、前記図９に示したものと同じ構成のものとする。
【００２９】
ただし、このパルス変調器２３の漏れ成分のレベルは、前記したように入力さる搬送信号Ｃのレベルに対して−５０ｄＢ程度となり、パルス変調器２３の出力信号Ｓには、図２に示すように、無視できないレベルの漏れ成分Ｃ′が常時含まれている。なお、図２および後述の図４は、信号の包絡線を表示したものである。
【００３０】
そこで、この実施形態のパルス発生装置２０では、パルス変調器２３の出力信号Ｓを逓倍器２５に入力することで、この漏れ成分を抑圧している。
【００３１】
即ち、逓倍器２５は、ダイオードやトランジスタの非直線性を利用して、入力信号の複数倍の周波数成分を生成するものであるが、その逓倍効率は、入力する信号のレベルに応じて大きく変化する。
【００３２】
この逓倍器２５としては、ダイオードによる両波整流型の逓倍器、単波整流型の逓倍器、トランジスタのＣ級動作による逓倍器等を用いることができるが、ここではダイオードによる両波整流型の逓倍器の例について説明する。
【００３３】
両波整流型の逓倍器２５は、図３に示すように、信号Ｓをトランス２６の一次側巻線２６ａに入力して、センタータップが接地されている２次側巻線２６ｂの両端から互いの位相が１８０°異なる２つの信号を出力させ、その両信号をそれぞれダイオード２７、２８で整流して加算し、その加算成分から直流分をＲＦＣ２９によって除去する構成を有しており、両波整流作用により大きな２逓倍成分を生成している。
【００３４】
この逓倍器２５の場合、図４に示すように、入力信号のレベルが０から所定値Ｌまでの範囲では、ダイオード２７、２８を十分に導通させることができないので、２逓倍波の出力がほとんど得られず（逓倍効率が低い）、所定値Ｌを越えた範囲ではその入力信号の大きさに比例した大きさの２逓倍波が得られる（逓倍効率が高い）。なお、所定値Ｌを越えた範囲での逓倍損失は一般的に１０ｄＢ弱であり、単波整流型に比べて格段に高い逓倍効率を有している。
【００３５】
したがって、この逓倍器２５に入力される信号Ｓの漏れ成分Ｃ′のレベルがＬ以下であれば、パルス変調信号Ｐが入力されていないときの前記図２の出力信号Ｓの漏れ波Ｃ′による２逓倍出力は極めて小さく（例えば入力に対して−３０ｄＢ）なる。
【００３６】
また、パルス変調信号Ｐのレベルは値Ｌより十分に大きいが、逓倍器２５の出力Ｓ′には、２逓倍出力の他に基本波成分や他の高調波成分も無視できないレベルで含まれている。
【００３７】
このため、逓倍器２５の後段には、逓倍器２５の出力から所望の高調波成分（この場合、２逓倍波）のみを抽出するフィルタ３０が設けられている。
【００３８】
したがって、パルス変調器２３から出力される信号Ｓ（図２）に対して、フィルタ３０の出力信号Ｓｐは、図５に示すように、パルスＰが出力されていないときの信号レベルが無視できる程小さく（パルスＰの出力に対して−７０ｄＢ以下）となり、ほぼ周波数２ｆｃ（２逓倍の場合）のパルス変調信号Ｐの成分のみとなる。
【００３９】
また、図６に示すように、バイアス電源３５から逓倍器２５にバイアス電圧を印加することにより、漏れ成分Ｃ′のレベルに応じて逓倍器２５の入出力特性を左右にシフトすることができる（符号３１は、バイパスコンデンサである）。
【００４０】
即ち、漏れ成分Ｃ′のレベルが大きい場合には、バイアス電源３５から逓倍器２５のダイオード２７、２８に逆方向バイアスを印加して、前記図４の特性を右側へシフトしてＬの値を大きく設定すればよい。
【００４１】
また、漏れ成分Ｃ′のレベルに対してＬの値が過剰に大きいような場合には、バイアス電源３５からダイオード２７、２８に順方向バイアスを印加して、前記図４の特性を左側へシフトしてＬを小さく設定すればよい。このようにすれば、パルスＰが入力したときの逓倍出力をより大きくできる。
【００４２】
このように実施形態のレーダ用パルス発生装置２０では、パルス変調器２３からの漏れ成分Ｃ′のレベルが逓倍器２５の低逓倍効率領域にくるように設定して、パルス変調器２３の出力信号Ｓを逓倍し、その逓倍出力のなかから所望の高調波成分をフィルタ３０で選択している。
【００４３】
このため、簡単な構成でありながら、面倒な調整をすることなく、搬送信号の漏れ成分を十分低いレベルまで安定に抑圧することができ、これを近距離レーダシステムに用いることで、受信感度を大幅に向上できる。
【００４４】
また、図６に示したように逓倍器２５の動作点をバイアス電源３５によって設定できるようにしたものでは、高い逓倍効率が得られ、漏れ成分Ｃ′を大きく抑圧できる動作点に設定することができる。
【００４５】
なお、上記説明では、逓倍器２５として、整流素子をダイオードとする両波整流型の２逓倍器の例を説明したが、前記した図４のように逓倍効率が入力レベルによって大きく異なる特性を持つものであれば、その構成は限定されず、前記したように、ダイオード一つによる単波整流型の逓倍器やトランジスタのＣ級動作による逓倍器を用いてもよい。
【００４６】
また、上記説明では、パルス変調器としてハイブリッドを用いた構成のものを用いていたが、パルス変調器の構成は任意であり、上記例に限定されるものではない。
【００４７】
また、上記パルス発生装置では、逓倍器２５の出力からフィルタ３０によって所望の高調波成分を選択し、これを装置出力としていたが、フィルタ３０の出力信号を他の周波数帯に変換してもよい。
【００４８】
その場合、フィルタ３０の出力信号と局発信号をミキサに入力し、ミキサの出力から２信号の和の周波数成分あるいは差の周波数成分をフィルタで抽出する構成、また、フィルタ３０の出力信号を前記同様の逓倍器に入力し、その出力からさらに高い周波数帯の信号をフィルタで抽出する構成、あるいはフィルタ３０の出力信号を分周器に入力して低い周波数帯（例えば搬送信号Ｃの周波数帯）に変換する構成を用いることができ、いずれの構成であっても、フィルタ３０から出力される搬送信号Ｃの漏れは大きく抑圧され、且つ周波数変換部のフィルタによる濾波効果もあるため、周波数変換してもその漏れが増加する恐れはない。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーダ用パルス発生装置では、パルス変調器の出力信号を逓倍器に入力し、その逓倍器の入出力特性の非直線性を利用して漏れ成分を抑圧し、逓倍器の逓倍出力から任意の高調波成分をフィルタによって抽出している。
【００５０】
このため、簡単な構成でありながら、面倒な調整をすることなく、搬送信号の漏れ成分を無視できる十分低いレベルまで安定に抑圧することができ、これを近距離レーダシステムに用いることで、受信感度を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す図
【図２】実施形態のパルス変調器の出力信号の波形を示す図
【図３】実施形態の逓倍器の構成例
【図４】実施形態の逓倍器の逓倍特性
【図５】実施形態のフィルタ回路の出力信号の波形を示す図
【図６】実施形態の要部の変形例を示す図
【図７】近距離レーダシステムの概略構成図
【図８】搬送信号の漏れを抑制するための構成例を示す図
【図９】搬送信号の漏れを抑制するための構成例を示す図
【符号の説明】
２０……パルス発生装置、２１……信号発生器、２２……トリガパルス発生器、２３……パルス変調器、２５……逓倍器、３０……フィルタ、３５……バイアス電源

Claims

搬送信号を出力する信号発生器（２１）と、
トリガパルスを出力するトリガパルス発生器（２２）と、
前記搬送信号と前記トリガパルスとを受け、該トリガパルスが入力されている期間は前記搬送信号を通過させて、前記トリガパルスが入力されていないときには、前記搬送信号の通過を阻止するパルス変調器（２３）と、
前記トリガパルスが前記パルス変調器に入力されていないときに該パルス変調器から漏れる搬送信号に対しては低い逓倍効率を示し、前記トリガパルスが前記パルス変調器に入力されているときに該パルス変調器から出力されるパルス変調信号に対しては高い逓倍効率を示す逓倍器（２５）と、
前記逓倍器の出力信号から所望の高調波成分を抽出するフィルタ（３０）とを備えたレーダ用パルス発生装置。