JP2005337988A

JP2005337988A - レーダ

Info

Publication number: JP2005337988A
Application number: JP2004159660A
Authority: JP
Inventors: Takuo Kashiwa; 卓夫柏; Takayoshi Hirose; 孝睦廣瀬; Akio Funae; 明生船江
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2005-12-08
Also published as: US20050264443A1; GB2414879B; GB2414879A; GB0510568D0; US7221311B2

Abstract

【課題】局部発振信号のミキサ外への漏洩を防止することができるレーダを提供する。
【解決手段】レーダ１は、送信回路１０と受信回路２０とアンテナ２とサーキュレータ３とから構成される。受信回路２０では、サーキュレータ３から送られた受信信号ＲＦを低雑音増幅器２１において増幅する。一方、局部発振器２２において受信信号ＲＦの周波数ｆＲＦの約半分の周波数である局部発振信号ＬＯを発生して、バッファ増幅器２３で増幅する。そして、周波数変換器としてアンチパラレルダイオードペアを用いた偶高調波ミキサ２４において、低雑音増幅器２１から入力された受信信号ＲＦと、バッファ増幅器２３から入力された局部発振信号ＬＯと、を混合して中間周波数信号ＩＦを生成して出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は、送信回路と受信回路を備え、送受信を同時に行うレーダに関する。

従来から、送信回路と受信回路を備え、送受信を同時に行うレーダにおいては、受信した微弱な受信信号を復調可能な周波数にするべく、受信回路に備えられた周波数変換器（以下、「ミキサ」と略する。）において、局部発振器で発生した局部発振信号と受信信号と混合することにより、受信信号の周波数（以下、「受信周波数」と略する。）を中間周波数へ変換する（特許文献１参照）。ここで、局部発振器で発生する局部発振信号の周波数（以下、「局発周波数」と略する。）は、受信周波数から中間周波数分離調した周波数とされている。また、送信回路と受信回路を備え、送受信を同時に行うレーダにおいては、１つのアンテナを送信回路と受信回路とで共有していることから、送信回路からの送信信号をアンテナへ伝達し、また、アンテナからの受信信号を受信回路へ伝達し、一方で、送信回路からの送信信号あるいは受信回路からの局部発振信号をそれぞれ受信回路あるいは送信回路に伝達しないようにするため、サーキュレータが用いられている。

特開２００２−２２８２３号公報

しかしながら、従来の技術のサーキュレータでは、送信回路側から受信回路側への送信信号の漏洩あるいは受信回路側から送信回路側への局部発振信号の漏洩を完全に遮断することができない。また、従来の技術では、ミキサとして図７に示すような基本波ミキサを用いており、ミキサのＬＯ−ＲＦアイソレーション特性がハイブリッド回路等のアイソレーションによるものであり、１５ｄＢ程度のアイソレーションしか得られない。従って、従来の技術では、ＬＯ−ＲＦアイソレーション特性を高めるために、ミキサの前段に低雑音増幅器を設けたり、送信回路と受信回路との間にサーキュレータを設けたりしているが、これらのアイソレーション特性を考慮しても、受信周波数に近い局部発振信号の周波数成分はアンテナからスプリアスとして放射されてしまうという問題がある。

また、従来の技術によるミキサでは、受信信号として大きな電力が入力した場合には、受信信号に近い周波数で動作する局部発振信号の負荷が変動しやすいために、局部発振信号の発振周波数が大きく動くという問題、即ち、周波数引き込みの問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、局部発振信号のミキサ外への漏洩を防止することができるレーダを提供するものである。

課題を解決するための手段及び効果

上記課題を解決するために、本発明に係るレーダは、送信信号を発生する送信回路と、受信信号を受信する受信回路と、前記送信信号を放射するとともに前記受信信号を受信するためのアンテナと、前記送信回路からの送信信号を前記アンテナに伝達するとともに前記アンテナからの受信信号を受信回路に伝達するためのサーキュレータと、を備えるレーダにおいて、前記受信回路は、局部発振信号を発生する局部発振器と、前記局部発振器から送られてきた局部発振信号を増幅するバッファ増幅器と、前記受信信号と前記バッファ増幅器を通過した局部発信信号とを混合するアンチパラレルダイオードペアを用いた偶高調波ミキサと、を備えることを特徴とする。

この構成によると、周波数変換器としてアンチパラレルダイオードペアを用いた偶高調波ミキサを適用しており、局部発振信号の周波数成分は受信信号の周波数成分の約半分であるため、ダイオードのバランスが完全にとれていれば、局部発振信号が偶高調波ミキサの外に漏洩することがない。また、アンテナの周波数特性から局部発振信号がアンテナからスプリアスとして放射されるのを防止することができる。
また、局部発振器の後段にバッファ増幅器を設けていることから、バッファ増幅器のアイソレーション特性により大電力受信時の偶高調波ミキサのインピーダンスの変化による局部発振信号の周波数引き込みも低減される。尚、周波数変換器としてアンチパラレルダイオードペアを用いた偶高調波ミキサの替わりに一般的な高調波ミキサを用いた場合であっても、周波数引き込みの問題を解決することができる。

ここで、本発明に係るレーダの前記受信回路は、前記サーキュレータの後段に設けられ、前記受信信号を増幅して前記偶高調波ミキサに入力する低雑音増幅器、を更に備えることが好ましい。

この構成によると、サーキュレータの後段に低雑音増幅器を設けているため、低雑音増幅器のアイソレーション特性により、局部発振信号がアンテナからスプリアスとして放射されるのを防止することができる。

あるいは、本発明に係るレーダの前記受信回路は、前記サーキュレータの後段に設けられ、前記受信信号を伝達して前記偶高調波ミキサに入力するアイソレータ、を更に備えることが好ましい。

この構成によると、サーキュレータの後段にアイソレータを設けているため、アイソレータのアイソレーション特性により、局部発振信号がアンテナからスプリアスとして放射されるのを防止することができる。ここで、アイソレータとは、伝播すべき方向と逆方向には信号を伝達しないコンポーネントのことを意味する。

あるいは、本発明に係るレーダの前記受信回路は、前記サーキュレータの後段に設けられ、前記受信信号を減衰して前記偶高調波ミキサに入力する減衰器、を更に備えることが好ましい。

この構成によると、サーキュレータの後段に減衰器を設けているため、減衰器のアイソレーション特性により、局部発振信号がアンテナからスプリアスとして放射されるのを防止することができる。

更に、本発明に係るレーダの前記受信回路は、前記偶高調波ミキサの前段に設けられ、イメージ周波数を除去するフィルタ、を更に備えることが好ましい。

この構成によると、偶高調波ミキサの前段にフィルタを設けているため、雑音となるイメージ周波数が除去される。

更に、本発明に係るレーダの前記アンテナは、マイクロ波回路インターフェースとして導波管を用いることが好ましい。

この構成によると、マイクロ波回路インターフェースとして導波管を用いているため、導波管の周波数特性により、導波管の伝道できる周波数以下である局部発信信号は遮断されるため、局部発振信号がアンテナからスプリアスとして放射されるのをより防止することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明のレーダを実施するための最良の形態について、具体的な一例に即して説明する。

次に、本実施の形態に係るレーダについて、図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係るレーダを示すブロック図である。図２は、本実施の形態に係るレーダの受信回路を示すブロック図である。図３は、本実施の形態に係るレーダの受信回路に適用される偶高調波ミキサを示すブロック図である。

図１に示すように、レーダ１は、送信回路１０と、受信回路２０と、アンテナ２と、サーキュレータ３と、から構成される。

レーダ１では、送信回路１０で発生した送信信号は、サーキュレータ３により、照射波としてアンテナ２から照射される。そして、照射波が対象物で反射した反射波は、受信信号としてアンテナ２で受信され、サーキュレータ３により受信回路２０に送られる。

尚、サーキュレータ３は、送信回路１０に接続される端子ａ、アンテナ２に接続される端子ｂ、受信回路２０に接続される端子ｃを有している。そして、サーキュレータ３は、端子ａから端子ｂ、端子ｂから端子ｃ、端子ｃから端子ａの方向の信号を通過させるが、逆方向の信号を遮断するように構成されている。

図２に示すように、受信回路２０は、低雑音増幅器２１と、局部発振器２２と、バッファ増幅器２３と、偶高調波ミキサ２４と、から構成される。

低雑音増幅器２１は、受信回路２０に送られてきた受信信号ＲＦを高ＳＮ比で増幅するためのものである。そして、低雑音増幅器２１は、増幅した受信信号ＲＦを後述する偶高調波ミキサ２４に入力する。

局部発振器２２は、局部発振信号ＬＯを発生して、後述するバッファ増幅器２３に入力する。ここで、この局部発振信号ＬＯの周波数をｆＬＯ、受信信号ＲＦの周波数をｆＲＦ、中間周波数信号ＩＦの周波数をｆＩＦとすると、ｆＬＯ＝（ｆＲＦ−ｆＩＦ）／２と表される。即ち、局部発振信号ＬＯの周波数ｆＬＯは、受信信号ＲＦの周波数ｆＲＦの約半分の周波数である。

バッファ増幅器２３は、局部発振器２２から送られてきた局部発振信号ＬＯを増幅するためのものである。そして、バッファ増幅器２３は、増幅した局部発振信号ＬＯを後述する偶高調波ミキサ２４に入力する。

偶高調波ミキサ２４は、図３に示すように、逆極性の２つのダイオードを並列接続したアンチパラレルダイオードペアを内蔵しており、局発信号変換を行うためのものである。また、偶高調波ミキサ２４は、低雑音増幅器２１と接続される端子ｄ（ＲＦポート）、バッファ増幅器と接続される端子ｅ（ＬＯポート）、端子ｆ（ＩＦポート）とを有している。そして、偶高調波ミキサ２４は、低雑音増幅器２１を通過して端子ｄから入力された受信信号ＲＦと、バッファ増幅器２３を通過して端子ｅから入力された局部発振信号ＬＯと、を混合して中間周波数信号ＩＦを生成し、端子ｆから出力する。

尚、図３に図示していないが、低雑音増幅器２１と偶高調波ミキサ２４の間にイメージリジェクション用のフィルタを付加することが好ましい。ここでいうイメージリジェクション用のフィルタとは、希望する受信信号と局発発振信号の差の周波数分ｆＬＯに対して逆側存在する周波数であるイメージ周波数を除去するためのフィルタのことをいう。即ち、イメージ周波数ｆ｜ＲＦ−ＬＯ｜が同じ中間周波数ｆＩＦになり、このイメージ周波数が偶高調波ミキサ２４に入ると信号のない周波数成分も中間周波数に入り、雑音として加算されてしまう。従って、イメージリジェクション用のフィルタに１／２ｆＬＯを除去する機能を持たせると、雑音となるイメージ周波数が除去される。

ここで、本実施の形態に係るレーダ１の偶高調波ミキサ２４の端子ｄ（ＲＦポート）での周波数スペクトラムを図４に示す。
図４に示すように、偶高調波ミキサ２４は、局発周波数ｆＬＯが受信信号の周波数ｆＲＦの約半分の周波数で励振されるため、ダイオードのバランスが完全に取れていれば、見かけ上の局発周波数成分である２ｆＬＯは偶高調波ミキサ２４内でクローズされることがわかる。

偶高調波ミキサ２４の動作について、以下で詳細に説明する。
図３に示す偶高調波ミキサ２４において、それぞれのダイオードに流れる電流i1及びi2は次式で表される。

よって、それぞれのダイオードのコンダクタンスは、次式で表される。

したがって、合成コンダクタンスｇは、次式で表される。

そして、合成コンダクタンスｇを変形ベッセル関数であらわすと、次式の通りになる。

そして、偶高調波ミキサ２４の出力電流ｉは次式で表される。

ここで、見かけ上の局発周波数成分は次式で表される。

以上から、出力電流ｉには奇数次の項しかなく、見かけ上の局発周波数成分は出力されない、即ち、クローズされることがわかる。

次に、本実施の形態に係るレーダ１の低雑音増幅器２１及びバッファ増幅器２３のアイソレーション特性を図５に示す。
図５に示すように、低雑音増幅器２１及びバッファ増幅器２３は、逆方向には伝達できないアイソレーション特性を有するが、順方向特性に近いものであり、局発周波数ｆＬＯの近傍の帯域内でのアイソレーション特性が最も劣化している。従って、局発周波数ｆＬＯは、低雑音増幅器２１のアイソレーション特性の動作帯域外であり、スプリアス電力が低下することがわかる。一方、局発周波数ｆＬＯの２倍に近い周波数である受信周波数ｆＲＦは、バッファ増幅器２３のアイソレーション特性の動作帯域内であり、大電力受信時の偶高調波ミキサ２４のインピーダンスの変化による局発周波数の引き込みが、バッファ増幅器２３のアイソレーション特性により低減されることがわかる。

次に、本実施の形態に係るレーダ１のアンテナ２での周波数スペクトラムを図６に示す。
図１に示すように、受信回路２０から漏れてくる局部発振信号ＬＯは、送信信号ＲＦと分離するためのサーキュレータ３、アンテナ２を経由する。しかし、その周波数成分ｆＬＯはサーキュレータ３及びアンテナ２の動作帯域の約半分の周波数であるため、図６に示すように、アンテナ２からのスプリアス放射は完全に抑制されることがわかる。

このように、本実施形態に係るレーダ１によれば、周波数変換器としてアンチパラレルダイオードペアを用いた偶高調波ミキサ２４を適用しており、局部発振信号の周波数成分は受信信号の周波数成分の約半分である。
従って、ダイオードのバランスが完全にとれていれば、局部発振信号が偶高調波ミキサ２４の外に漏洩することがない。また、アンテナ２の周波数特性から局部発振信号がアンテナ２からスプリアスとして放射されるのを防止することができる。

また、局部発振器２２の後段にバッファ増幅器２３を設けている。
従って、バッファ増幅器２３のアイソレーション特性により、大電力受信時の偶高調波ミキサ２４のインピーダンスの変化による局部発振信号の周波数引き込みも低減される。

また、サーキュレータ３の後段に低雑音増幅器２１を設けている。
従って、低雑音増幅器２１のアイソレーション特性により、局部発振信号がアンテナ２からスプリアスとして放射されるのを防止することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいてさまざまな変更が可能なものである。

上述の実施の形態では、レーダ１が低雑音増幅器２１を備えているが、低雑音増幅器を備えない構成であっても良い。
この場合は、レーダ１が備えるアンテナ２自体の周波数特性により、局部発振信号がアンテナ２からスプリアスとして放射することを防止することができる。

また、上述の実施の形態では、レーダ１が低雑音増幅器２１を備えているが、低雑音増幅器の代わりにアイソレータや減衰器を備えた構成であっても良い。ここで、アイソレータとは、伝播すべき方向と逆方向には信号を伝達しないコンポーネントのことを意味する。
この場合は、アイソレータや減衰器のアイソレーション特性により、局部発振信号がアンテナ２からスプリアスとして放射されるのを防止することができる。

また、上述の実施の形態におけるアンテナ２は、マイクロ波回路インターフェースとして導波管を用いる構成であっても良い。
この場合は、マイクロ波回路インターフェースとして用いている導波管の周波数特性により、導波管の伝道できる周波数以下である局部発信信号は遮断されるため、局部発振信号がアンテナ２からスプリアスとして放射されるのをより防止することができる。

本実施の形態に係るレーダを示すブロック図である。本実施の形態に係るレーダの受信回路を示すブロック図である。本実施の形態に係るレーダの受信回路に適用される偶高調波ミキサを示すブロック図である。偶高調波ミキサの端子ｄ（ＲＦポート）での周波数スペクトラムを示す図である。本実施の形態に係るレーダの低雑音増幅器及びバッファ増幅器のアイソレーション特性を示す図である。本実施の形態に係るレーダのアンテナでの周波数スペクトラムを示す図である。従来の技術におけるレーダの受信回路に適用される基本波ミキサの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１レーダ
２アンテナ
３サーキュレータ
１０送信回路
２０受信回路
２１低雑音増幅器
２２局部発振器
２３バッファ増幅器
２４偶高調波ミキサ

Claims

送信信号を発生する送信回路と、
受信信号を受信する受信回路と、
前記送信信号を放射するとともに前記受信信号を受信するためのアンテナと、
前記送信回路からの送信信号を前記アンテナに伝達するとともに前記アンテナからの受信信号を受信回路に伝達するためのサーキュレータと、
を備えるレーダにおいて、
前記受信回路は、
局部発振信号を発生する局部発振器と、
前記局部発振器から送られてきた局部発振信号を増幅するバッファ増幅器と、
前記受信信号と前記バッファ増幅器を通過した局部発信信号とを混合するアンチパラレルダイオードペアを用いた偶高調波ミキサと、
を備えることを特徴とするレーダ。
前記受信回路は、
前記サーキュレータの後段に設けられ、前記受信信号を増幅して前記偶高調波ミキサに入力する低雑音増幅器、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ。
前記受信回路は、
前記サーキュレータの後段に設けられ、前記受信信号を伝達して前記偶高調波ミキサに入力するアイソレータ、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ。
前記受信回路は、
前記サーキュレータの後段に設けられ、前記受信信号を減衰して前記偶高調波ミキサに入力する減衰器、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ。
前記受信回路は、
前記偶高調波ミキサの前段に設けられ、イメージ周波数を除去するフィルタ、
を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーダ。
前記アンテナは、マイクロ波回路インターフェースとして導波管を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーダ。