JP2006261797A

JP2006261797A - 送受信モジュール

Info

Publication number: JP2006261797A
Application number: JP2005073345A
Authority: JP
Inventors: Morihiro Okazaki; 守宏岡崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】実運用時に送受信機能の故障診断を行い、故障の発生を検知するとともに、送信もしくは受信のいずれの機能で故障が発生しているかを検知する。
【解決手段】入力される送信信号を空中に放射する送信アンテナと、受信アンテナと、入力信号に比例した直流電圧を得る検波器と、上記送信アンテナに入力される送信信号の一部を、検波器に入力するとともにモニタ端子に出力する結合回路と、入力信号を増幅出力する受信アンプと、上記モニタ端子と上記受信アンテナの出力のいずれかを、上記受信アンプに入力する切替器と、上記受信アンプの出力と送信信号とを混合するミキサと、上記ミキサの出力信号を検波して上記モニタ端子の出力レベルをモニタする検波回路と、を備えたものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、送信アンテナから送信信号を出力し、受信アンテナで受信信号を得て、送信信号と受信信号を混合する送受信モジュールに関する。

ミリ波或いは準ミリ波帯の送受信回路を構成する電子部品を収容した部分パッケージを封止し、同一のパッケ−ジ内に収納した送受信モジュールが知られている。この送受信モジュールでは、部分パッケージ単位で電気特性の検査を簡易に実施した後、パッケージ全体の組立を行い、総合の詳細な検査を行うことによって、検査時間の短縮化を図っている。

国際公開番号ＷＯ０２／０１５４２３

従来の送受信モジュールは、組立ての段階で、発振器や増幅器の能動素子などを部分パッケージ化したものを事前に検査している。
その後、送受信モジュールに組立てた後、送信信号と受信信号を周波数混合して得られるビデオ信号の電気特性などの詳細検査を専用の試験装置を用いて実施している。しかしながら、実運用時には、能動部品の故障によって機能が低下した場合であっても、送受信モジュールにビデオ信号中にノイズが混入して誤検知が発生しているのか、それともモジュール自体が故障しているのかを特定することが簡易に検査できなかった。また、送信系と受信系のどちらで故障が発生しているのかについても、当然の如く特定することが出来なかった。

この発明による送受信モジュールは、実運用時に送受信機能の故障診断を行い、故障の発生を検知するとともに、送信もしくは受信のいずれの機能で故障が発生しているかを検知することを目的とする。

この発明による送受信モジュールは、入力される送信信号を空中に放射する送信アンテナと、空中から入射された受信信号を受ける受信アンテナと、入力信号に比例した直流電圧を得る検波器と、上記送信アンテナに入力される送信信号の一部を、検波器に入力するとともにモニタ端子に出力する結合回路と、入力信号を増幅出力する受信アンプと、上記モニタ端子と上記受信アンテナの出力のいずれかを、上記受信アンプに入力する切替器と、上記受信アンプの出力と送信信号とを混合するミキサと、上記ミキサの出力信号を検波して上記モニタ端子の出力レベルをモニタする検波回路と、を備えたものである。

この発明によれば、送信電力のレベル低下と受信電力のレベル低下を同時にモニタすることができるので、実運用時に故障が発生した場合に、即座に故障を検知することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による送受信モジュールの構成を示す図である。
図において、送受信モジュールは、アンテナ部９と、導波管アダプタ８と、送受信部５０と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３と、Ｄ／Ａコンバータ２と、Ｄ／Ａコンバータ２に接続されたマイコン１と、ビデオアンプ１５と、検波回路１６を備えている。アンテナ部９は導波管アダプタ８を介して送受信部５０に接続されている。アンテナ部９は、層状のトリプレート回路などで構成されたアンテナ内部に、送信信号の一部を取り出す結合回路１０を構成すれば良い。

送受信部５０は、後段増幅器７と、分配器６と、逓倍器５と、前段増幅器４と、多チャンネル切替器１１と、切替器１２と、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１３と、ミキサ（ＭＩＸ）１４を備えて構成される。ＭＩＸ１４はビデオアンプ１５に接続されるとともに、検波回路１６に接続される。検波回路１６はアンテナ部９の結合回路１０に接続されている。多チャンネル切替器１１および切替器１２は、導波管アダプタ８に接続されている。ＶＣＯ３は前段増幅器４に接続されている。

図２は、図１に示す送受信モジュールのアンテナ部の詳細構成を示す図である。
図において、アンテナ部９は、送信系アンテナ素子２４と、結合回路１０と、複数の受信系アンテナ素子２６を備えて構成される。各受信系アンテナ素子２６は受信系接続ライン２７を介して、各受信系出力端子２８にそれぞれ接続される。受信系アンテナ素子２６および各受信系出力端子２８は、♯１〜♯ＮのＮ個（Ｎは２以上の整数）設けられ、Ｎチャンネルの受信系を構成している。各受信系出力端子２８は、それぞれ導波管アダプタ８の対応する受信チャンネル（♯１〜♯Ｎ）に接続されている。

結合回路１０は、それぞれ４端子ポートを有した結合器１８ａ、１８ｂと、終端器２２ａ、２２ｂと、検波器１９とを備えて構成される。送信系入力端子１７は結合器１８ａの一方の入力ポートに接続される。終端器２２ａは結合器１８ａの他方の入力ポートに接続される。また、送信系アンテナ素子２４は送信系接続ライン２５を通じて、結合器１８ａの一方の出力ポートに接続される。結合器１８ａの他方の出力ポートは結合器１８ｂの一方の入力ポートに接続される。結合器１８ａの他方の入力ポートは終端器２２ｂに接続される。結合器１８ａの一方の出力ポートは検波器１９の入力端に接続されて、検波器１９の出力端は検波器出力端子２０に接続される。結合器１８ａの他方の出力ポートはモニタ端子２３に接続される。

次に、実施の形態１による送受信モジュールの動作について説明する。
送信時、マイコン１より周波数変調のデジタル信号がＤ／Ａコンバータ２に入力されると、Ｄ／Ａコンバータ２より変換された周波数変調のための電圧信号が出力される。周波数変調の電圧信号は電圧制御発信器３に入力され、周波数変調された送信信号が電圧制御発信器３より出力される。周波数変調された送信信号は前段増幅器４で増幅された後、逓倍器５で所定の周波数のミリ波信号に周波数変換され、分配器６を介して、後段増幅器７に入力される。また、分配器６では一部の送信信号がローカル信号としてミキサ１４に入力される。

分配器６の出力信号は後段増幅器７で増幅され出力される。後段増幅器７から出力される周波数変調されたミリ波信号は、導波管アダプタ８の送信用導波管に入力される。導波管アダプタ８は、送信用導波管の入力信号をアンテナ部９内の送信系入力端子１７に出力し、結合器１０に入力する。結合器１０に入力されたミリ波信号は、その大部分が送信系接続ライン２５上の結合器１８ａを通過した後、送信系アンテナ素子２４から空間に放射される。また、結合器１８ａは、送信系入力端子１７から入力されるミリ信号のごく一部の信号を、モニタ系接続ライン２１に分岐する。結合回路１０は、送信系アンテナ素子２４の送信性能に影響のない程度の送信損失を考慮して、分岐信号の結合量を設定する。

結合器１８ａで取り出された送信信号は、モニタ系接続ライン２１を介して第２の結合器１８ｂを通過後、検波器１９に入力される。検波器１９では、入力された信号の大きさに比例したＤＣ電圧が、検波器出力端子２０から出力される。検波器出力端子２０から出力された検波出力（ＤＣ電圧）は、検波回路１６にて送信信号のレベル判定（送信レベル判定）が行われる。検波回路１６は、製造段階で予め送信信号の初期レベルを測定しておく。送信レベル判定では、この初期レベルと検波回路１６にて計測される送信信号のレベルとの比較を行い、比較の結果計測される送信信号のレベルが初期レベルよりも所定値以上小さくなる場合に、送信系に異常が発生したと判定する。また、送信レベル判定では、所定の閾値と検波回路１６にて計測される送信信号のレベルとの比較を行い、比較の結果計測される送信信号のレベルが閾値よりも小さくなる場合に、送信系に異常が発生したと判定しても良い。この送信レベル判定結果は、外部に接続される信号処理装置に出力される。

第２の結合器１８ｂで一部取り出された送信信号は、モニタ出力端子２３から出力され、導波管アダプタ８を介して、受信系の切替器１２に入力後、多チャンネル切替器１１に入力される。切替器１２及び多チャンネル切替器１１は、通常運用状態ではモニタ信号を遮断するOFF状態となり、点検状態ではモニタ信号を通過させるON状態となってモニタ信号を擬似受信信号として後方の受信系に出力する。実運用時、通常運用状態の合間に、点検が適宜実施される。

点検時、多チャンネル切替器１１はモニタ信号のみを通過させ、他の外部から入力された受信信号は遮断する。点検時、多チャンネル切替器１１から出力された擬似受信信号は、低雑音増幅器１３で増幅された後、ミキサ１４に入力される。ミキサ１４に入力された擬似信号は、分配器６から入力された同一周波数の送信信号と周波数混合され、入力された擬似信号のレベルに対応したDC電圧が出力される。ミキサ１４の出力は、後段の検波回路１６に入力されて、検波回路１６にて周波数混合された信号のレベル判定（受信レベル判定）が行われる。検波回路１６は、製造段階で予め周波数混合された信号の初期レベルを測定しておく。受信レベル判定では、この初期レベルと検波回路１６にて計測される送信信号のレベルとの比較を行い、比較の結果計測される周波数混合された信号のレベルが初期レベルよりも所定値以上小さくなる場合に、受信系に異常が発生したと判定する。また、受信レベル判定では、所定の閾値と検波回路１６にて計測される受信信号のレベルとの比較を行い、比較の結果計測される周波数混合された受信信号のレベルが閾値よりも小さくなる場合に、受信系に異常が発生したと判定しても良い。この受信レベル判定結果は、外部に接続される信号処理装置に出力される。勿論、受信レベル判定を行う際は、事前に送信レベル判定を行って、送信系に異常がないことを確認しておくことは言うまでもない。
なお、ミキサ１４の出力はビデオアンプ１５に出力されるので、ビデオアンプ１５にて増幅したビデオ出力を得ても良い。

次に、受信時には、アンテナ部９の第１から第N個のそれぞれの受信系アンテナ素子２６に、送信信号が対象物で反射した信号が入力され、受信系接続ライン２７を介して、受信系出力端子２８から導波管アダプタ８に出力される。導波管アダプタ８を通過した受信信号は多チャネル切替器１１に入力される。多チャネル切替器１１は、導波管アダプタ８の受信チャンネルを時分割に順次、低雑音増幅器１３に接続する。これによって、各受信系アンテナ素子２６と低雑音増幅器１３との接続切替が順次行われて、低雑音増幅器１３で増幅された信号は後段へ出力される。

多チャネル切替器１１から順次出力される受信信号は、低雑音増幅器１３にて増幅された後、ミキサ１４に入力される。ミキサ１４は、分配器６から入力された送信信号と低雑音増幅器１３の出力とを周波数混合する。一般に受信信号は、送信信号が反射する対象物までの距離に応じた時間遅れがあるため、送信信号の周波数変調による周波数差分のビデオ信号がミキサ１４から出力される。

各受信系アンテナ素子２６から順次切替入力された受信信号に対応したビデオ信号は、ミキサ１４からビデオアンプ１５に入力され、ビデオアンプ１５にて増幅される。その後、ビデオアンプ１５の増幅信号は、ビデオ出力として外部に接続される信号処理装置に送られる。信号処理装置は、このビデオ出力を周波数検波して対象物の位置や速度判定を行う。また、信号処理装置は、上記点検時の送信検波出力を用いた送信レベル判定や、擬似受信信号の検波出力を用いた受信レベル判定を、製造段階で事前に行うことによって、送信系や受信系の能動素子を事前に校正することができる。さらに、送信レベル判定結果や受信レベル判定結果に基づいて、実運用時であっても、送信信号レベルの低下や受信系の回路利得の低下を判定することができる。

従来の送受信モジュールでは、送受個別にレベル低下をモニタする回路が組み込まれておらず、ビデオ出力にのみ頼らざるを得なかった。このため、モジュール劣化の早期確認が難しかった。特に、送受信モジュールを車載ミリ波レーダに用いる場合には、ＶＣＯや増幅器などいくつもの能動素子が使われているので、これらの素子が万一故障した場合はシステムダウンに繋がり、安全上大きな問題となる可能性があった。したがって、ビデオ出力のレベル低下等の劣化がないかどうかを、常時点検することが重要であった。

これに対して本実施の形態では、マイコン、VCO、増幅器、スイッチ、ミキサ等からなる送受信モジュールにおいて、送信系及び受信系のアンテナ内に送信信号の一部を取り出す結合器を設けている。これによって、結合器の出力を検波器で検出して送信信号をモニタするとともに、一部の送信信号をモジュールの受信系にスイッチの切替え接続によって入力し、擬似試験信号として送ることにより、受信系のレベル低下がないかどうかの確認を、容易に実施することができる。

また、点検時には本来の受信信号ポートを遮断し、専用モニタポートから受信系に信号を入力して、ミキサから出力されるDC電圧を検波回路にてモニタし、受信系の状態を確認する。検波回路は送信出力を検出する検波器の出力をモニタする機能を有して、送受ともに信号レベル検出することで、より確実な故障判定が可能になる。

実施の形態２．
図３はこの実施の形態２による送受信モジュールのアンテナ部の詳細構成を示す図である。図において、図１、２と同一符号のものについては、同じものを用いている。
図３に示す結合回路１０は、結合器１８ａと結合器１８ｂの間のモニタ接続ライン２１上に、遅延回路２９を内蔵している。これにより、点検時多チャンネル切替器１１に入力される擬似信号は、時間遅れを持たせることができる。

したがって、ミキサ１４で送信信号と混合された出力信号は、遅れ時間に対応した周波数差分（ビート信号）のビデオ信号としてミキサ１４から出力される。外部に接続される信号処理装置は、ビート信号のレベル判定を行うことができる。これによって、受信系ビデオ出力を用いて、送受信モジュールのターゲット特性（目標位置検出性能、目標速度検出性能）を確認することが可能となる。

この実施の形態１による送受信モジュールの構成図を示す。この実施の形態１による送受信モジュールのアンテナ部の詳細構成を示す。この実施の形態２による送受信モジュールのアンテナ部の詳細構成を示す。

符号の説明

６分配器、７後段増幅器、９アンテナ部、１０結合回路、１１多チャンネル切替器、１２切替器、１３低雑音増幅器、１４ミキサ、１５ビデオアンプ、１６検波回路、２９遅延回路。

Claims

入力される送信信号を空中に放射する送信アンテナと、空中から入射された受信信号を受ける受信アンテナと、
入力信号に比例した直流電圧を得る検波器と、
上記送信アンテナに入力される送信信号の一部を、検波器に入力するとともにモニタ端子に出力する結合回路と、
入力信号を増幅出力する受信アンプと、
上記モニタ端子と上記受信アンテナの出力のいずれかを、上記受信アンプに入力する切替器と、
上記受信アンプの出力と送信信号とを混合するミキサと、
上記ミキサの出力信号を検波して上記モニタ端子の出力レベルをモニタする検波回路と、
を備えた送受信モジュール。
上記検波回路は、上記検波器の出力に基づいて送信電力の出力レベルをモニタすることを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。
上記結合回路は、上記送信アンテナに入力される送信信号を遅延させて、上記モニタ端子に信号を出力することを特徴とする請求項１記載の送受信モジュール。