JP2010236927A - Multiple-frequency doppler system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To attain miniaturization and cost reduction of a high-frequency circuit module of a multiple-frequency Doppler system. <P>SOLUTION: The high-frequency circuit module of the multiple-frequency Doppler system includes a frequency conversion part which consists of a diode 21, having a non-linear characteristic and a filter 23 and an open stub 22, connected respectively to an output end of the diode 21 and is provided in a front end part of an antenna 17 used for transmission and reception in common, and the output side of the filter 23 is made an output terminal for a Doppler signal d. According to such a constitution, the miniaturization is attained by using a simple circuit constitution which does not have a distributor provided for a conventional circuit module outputting the Doppler signal and does not need other high-frequency circuit components, such as, an amplifier provided for preventing lowering of a power level. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動物体の距離等を2以上の多周波数のマイクロ波やミリ波を用いてドップラーレーダ方式で検出する多周波ドップラー装置に関し、送受信アンテナ一体型に適応した回路モジュールを有した多周波ドップラー装置に関する。   The present invention relates to a multi-frequency Doppler device that detects the distance of a moving object by using a Doppler radar system using two or more multi-frequency microwaves or millimeter waves, and a multi-frequency having a circuit module adapted to a transmission / reception antenna integrated type. The present invention relates to a Doppler device.

従来から、マイクロ波、ミリ波を利用して対象物の距離を測定する方法や対象物の存在の有無を検知する方法(以下、「距離測定方法」という場合「存在有無の検知方法」を含む)が知られており、マイクロ波、ミリ波が同じ電磁波である光よりも透過性がよいことや人が視認できない、といった性質を持つことから、この性質を利用し得る分野を中心に実用化が図られている。
距離測定方法は、マイクロ波、ミリ波を対象物に照射し、対象物からの反射波を検出する方法であり、例えば、(1)FM-CW(Frequency Modulation - continuous wave)方式、(2)2周波ドップラー方式、(3)定在波方式などの方式が知られている。本発明は、この中の多周波(2周波)ドップラー方式に係る。
従来の2周波ドップラー方式では、送信アンテナから送信された2つの周波数の信号が移動する検出対象物に照射され、ドップラーシフトされた反射波を受信した後、ミクサでドップラー周波数に変換される。この周波数変換された2つのドップラー信号の位相差から検出対象物までの距離を算出することができる。
Conventionally, a method for measuring the distance of an object using microwaves and millimeter waves and a method for detecting the presence / absence of an object (hereinafter referred to as a “distance measurement method” includes a “detection method for presence / absence”). ) Is known and has the properties that microwaves and millimeter waves are more transmissive than light that is the same electromagnetic wave and cannot be seen by humans, so it is put to practical use mainly in fields where this property can be used. Is planned.
The distance measurement method is a method of irradiating an object with microwaves and millimeter waves and detecting a reflected wave from the object. For example, (1) FM-CW (Frequency Modulation-continuous wave) method, (2) Two-frequency Doppler method and (3) standing wave method are known. The present invention relates to the multi-frequency (two-frequency) Doppler method.
In the conventional two-frequency Doppler system, a signal having two frequencies transmitted from a transmitting antenna is irradiated to a moving detection target, and after receiving a Doppler-shifted reflected wave, the signal is converted into a Doppler frequency by a mixer. The distance to the detection target can be calculated from the phase difference between the two frequency-converted Doppler signals.

ところで、従来の2周波ドップラー装置は、上記した原理に従った動作を行うための回路モジュールを備えるが、2周波を用いることから、回路モジュールに搭載する構成要素の数もかなり多くなる。
図4は、2周波ドップラー方式において従来提案された回路モジュールの構成を示す図である。同図には、2つのタイプ(A)、(B)の構成例を示している。構成例(A)は送受信アンテナ18,19をそれぞれ分離したタイプであり、構成例(B)は送受信アンテナ17を一体にしたタイプである。図4に示すように、構成例(B)はアンテナが一本ですむという利点があるが、構成例(A)、(B)いずれも2周波それぞれに対応して2系統の高周波回路部を持ち、各系統においてミクサ37,38や発振器側とアンテナ側に分配器31〜34,39を必要とする。
By the way, the conventional two-frequency Doppler device includes a circuit module for performing an operation in accordance with the above-described principle. However, since two frequencies are used, the number of components mounted on the circuit module is considerably increased.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a circuit module conventionally proposed in the two-frequency Doppler system. In the figure, configuration examples of two types (A) and (B) are shown. The configuration example (A) is a type in which the transmission / reception antennas 18 and 19 are separated, and the configuration example (B) is a type in which the transmission / reception antenna 17 is integrated. As shown in FIG. 4, the configuration example (B) has the advantage that only one antenna is required, but both the configuration examples (A) and (B) have two high-frequency circuit sections corresponding to two frequencies. In each system, mixers 37 and 38 and distributors 31 to 34 and 39 are required on the oscillator side and the antenna side.

また、送信系では、アンテナ直前の合成器(図4中には分配器33,39として示す)で送信信号の合成時に3db以上の合成損失が生じ、送信電力低下に影響する。受信系では、送信側と同様に、受信アンテナ直後の分配器34,39で受信信号の分配時に3db以上の分配損失が生じ、受信系の雑音指数に影響を与える。これらの損失による影響を低減するために増幅器やフィルタ40〜42を設けると、回路規模が大きくなってしまう。
また、送受信アンテナ一体型では、構成例(B)に示すように、サーキュレータ35,36がよく使用されるが、準ミリ波帯以上のサーキュレータを基板に実装すると、小型化と同時に低コスト化を難しくする。
Further, in the transmission system, a combination loss of 3 db or more occurs at the time of combining transmission signals by a combiner immediately before the antenna (shown as distributors 33 and 39 in FIG. 4), which affects transmission power reduction. In the receiving system, similarly to the transmitting side, a distribution loss of 3 db or more occurs when the received signal is distributed in the distributors 34 and 39 immediately after the receiving antenna, which affects the noise figure of the receiving system. If amplifiers and filters 40 to 42 are provided in order to reduce the influence of these losses, the circuit scale becomes large.
In addition, as shown in the configuration example (B), the circulators 35 and 36 are often used in the transmission / reception antenna integrated type. Make it difficult.

上記のように、2周波ドップラー方式の回路モジュールの従来例として示した図4(A)、(B)いずれのタイプのモジュールも大きさやコストに問題があり、広い用途に適用できるモジュールとしての条件を備えたものではない。
本発明は、従来の2周波ドップラー方式の高周波回路モジュールおける上記問題に鑑み、これを解決するためになされたもので、その目的は、当該回路モジュールの小型化、低コスト化を図ることにある。
As described above, both types of modules shown in FIGS. 4A and 4B as the conventional example of the two-frequency Doppler circuit module have problems in size and cost, and the condition as a module applicable to a wide range of applications. It is not equipped with.
The present invention has been made in order to solve the above problems in the conventional two-frequency Doppler type high-frequency circuit module, and its object is to reduce the size and cost of the circuit module. .

本発明は、多数の異なる設定周波数の連続波を送受信に共用するアンテナから同時に送信し、送信後に戻ってくる反射波の受信信号から前記周波数に対応するドップラー信号を抽出するための高周波回路を有した多周波ドップラー装置であって、前記高周波回路は、アンテナに直接つながる端部に受信信号と送信信号を混合する周波数変換部を有したことを特徴とする。   The present invention has a high-frequency circuit for simultaneously transmitting a large number of continuous waves of different set frequencies for transmission and reception, and for extracting a Doppler signal corresponding to the frequency from a reception signal of a reflected wave that returns after transmission. In the multi-frequency Doppler device, the high-frequency circuit has a frequency conversion unit that mixes a reception signal and a transmission signal at an end directly connected to an antenna.

本発明によると、多周波ドップラー方式の高周波回路モジュールのフロントエンド部(アンテナにつながる高周波回路部の端部)を1系統にして簡素な回路構成にすることで、回路モジュールの小型化、低消費電力化及び低コスト化を図ることができ、延いてはマイクロ波、ミリ波を用いる対象物の距離測定や対象物の存在有無の検知が必要な各種の用途へと適用分野を拡張することができる。   According to the present invention, the front end portion of the multi-frequency Doppler type high-frequency circuit module (the end portion of the high-frequency circuit portion connected to the antenna) is made into a single system, so that the circuit module is reduced in size and consumption. Power consumption and cost reduction can be achieved, and the application field can be expanded to various applications that require distance measurement of objects using microwaves and millimeter waves and detection of presence / absence of objects. it can.

本発明の多周波ドップラー装置の実施形態に係わる2周波ドップラーモジュールの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the 2 frequency Doppler module concerning embodiment of the multifrequency Doppler apparatus of this invention. 本実施形態の2周波ドップラーモジュールの動作に係る変量の関係を示す表である。It is a table | surface which shows the relationship of the variable which concerns on operation | movement of the 2 frequency Doppler module of this embodiment. 本発明の多周波ドップラー装置の他の実施形態に係わる回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure concerning other embodiment of the multifrequency Doppler apparatus of this invention. 2周波ドップラー装置に採用される回路モジュールの従来例を示す図である。It is a figure which shows the prior art example of the circuit module employ | adopted as a 2 frequency Doppler apparatus.

以下に、本発明に係わる多周波ドップラー装置の実施形態を説明する。
以下に示す実施形態では、本発明に係わる多周波ドップラー装置を2周波ドップラーに適用した例を示す。なお、2周波ドップラー方式による距離測定の原理とドップラー信号から距離を算出する処理の基本的なプロセスは、従来技術と共通しているので、本実施形態では本発明の特徴部分を構成する2周波ドップラーモジュール、即ち、送受信に共用するアンテナから2周波の連続波を送信し、送信後に戻ってくる反射波の受信信号から該2周波に対応するドップラー信号を抽出するための高周波回路モジュール(以下、単に「回路モジュール」ともいう)を中心に説明する。
Hereinafter, an embodiment of a multi-frequency Doppler device according to the present invention will be described.
In the embodiment described below, an example in which the multi-frequency Doppler device according to the present invention is applied to a two-frequency Doppler is shown. Since the principle of distance measurement by the two-frequency Doppler method and the basic process of calculating the distance from the Doppler signal are common to the prior art, in this embodiment, the two frequencies constituting the characteristic part of the present invention are used. A Doppler module, that is, a high-frequency circuit module for transmitting a continuous wave of two frequencies from an antenna shared for transmission and reception, and extracting a Doppler signal corresponding to the two frequencies from a reception signal of a reflected wave returned after transmission (hereinafter referred to as a “high frequency circuit module”). It will be described mainly with reference to “circuit module”.

2周波ドップラーモジュールにおいて、使用するマイクロ波、ミリ波の周波数が高くなってくると、低コストで高い利得や高いPdb(1db利得圧縮時出力電力)を得ること、又低損失で信号を合成、分配することが難しくなる。このため、上記[背景技術]の項において、図4を参照して説明した従来技術の回路モジュールのように、受信アンテナ直後の受信信号の分配器や発振器から出力される送信信号Tx,LO(Local Oscillator)信号を分配する分配器を設けることが必要になって、回路が大型化し、上記信号の電力低下やコストアップを招いていた。
そこで、この実施形態では、フロントエンド部(アンテナにつながる回路の端部)にシングルダイオードミクサを採用し、マイクロ波、ミリ波の透過性を生かすようにすることで、ドップラー信号を出力する回路モジュールにおいて従来必要とした受信信号の分配器や送信信号Tx,LO信号の分配器をなくし、アイソレーション抵抗よりも電力レベルを低下させないことを優先し、かつ従来採用した分配器によって低下する電力レベルを維持するために設けた増幅器等の他の回路要素を廃し簡素な回路構成とする。
In the two-frequency Doppler module, when the microwave and millimeter wave frequencies used are increased, high gain and high P 1 db (output power at 1 db gain compression) can be obtained at low cost, and signals can be transmitted with low loss. It becomes difficult to synthesize and distribute. For this reason, in the above [Background Art] section, as in the conventional circuit module described with reference to FIG. 4, the transmission signals Tx, LO ( It has become necessary to provide a distributor that distributes the signal (Local Oscillator), which increases the size of the circuit, leading to a reduction in power and cost of the signal.
Therefore, in this embodiment, a circuit module that outputs a Doppler signal by adopting a single diode mixer in the front end portion (the end portion of the circuit connected to the antenna) and utilizing the transparency of microwaves and millimeter waves. Therefore, the received signal distributor and the transmission signal Tx and LO signal distributors required in the prior art are eliminated, the power level lowering than the isolation resistance is given priority, and the power level reduced by the conventionally adopted distributor is reduced. Other circuit elements such as an amplifier provided for maintenance are eliminated, and a simple circuit configuration is obtained.

図1は、本実施形態の2周波ドップラーモジュールの回路構成を示す図である。
図1に示す高周波回路モジュールにおいて、アンテナ17は、送信信号Txを送信し、受信信号Rxを受信する送受信に共用するアンテナである。
また、2周波の連続波を送信する送信側の回路は、発振周波数fの発振器11と、発振周波数fの発振器12と、発振器11と発振器12それぞれが発生する信号を合成する合成器14と、合成器14によって合成された信号を増幅する増幅器15を有する。
また、受信側の回路は、フロントエンド部にシングルダイオードミクサを有する。シングルダイオードミクサは、非線形特性を持つダイオード21と、ダイオード21の出力端にそれぞれ接続したフィルタ23及びオープンスタブ(Open stub)22よりなる。
ここに、ドップラー信号を含む信号出力dの端子は、フィルタ23の出力側である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a two-frequency Doppler module according to the present embodiment.
In the high-frequency circuit module shown in FIG. 1, the antenna 17 is an antenna shared for transmission and reception that transmits the transmission signal Tx and receives the reception signal Rx.
The circuit on the transmission side transmits a continuous wave of two frequencies includes an oscillator 11 the oscillation frequency f 1, an oscillator 12 the oscillation frequency f 2, the synthesizer respectively oscillator 11 and the oscillator 12 is combining signals generated 14 And an amplifier 15 for amplifying the signal synthesized by the synthesizer 14.
Further, the circuit on the receiving side has a single diode mixer at the front end. The single diode mixer includes a diode 21 having nonlinear characteristics, a filter 23 and an open stub 22 connected to the output terminal of the diode 21.
Here, the terminal of the signal output d including the Doppler signal is the output side of the filter 23.

周波数変換部のフィルタ23は、ドップラー信号周波数帯を通過させるフィルタである。また、周波数変換部のオープンスタブ(Open stub)22は、発振器11,12の設定周波数の近傍でダイオード21の出力端がShort点になる様にした回路である。本実施形態では、オープンスタブ22におけるスタブの長さは、2周波の発振器11,12の発振周波数をそれぞれf,fと設定した場合、λg/4(λg:高周波信号の線路上波長)の長さに設定することにより、ダイオード21の出力端で発振器の設定周波数におけるShort点をつくることができる。(発振器の設定周波数においては、Short,ドップラー周波数においてはOpen。)
上記のように、本実施形態の受信側の回路にシングルダイオードミクサを採用したのは、発振器11,12からの出力信号をLO信号と送信信号Txの2役で使用するため、また出来るだけ低コスト化を図るため、今回は分波回路を有さないミクサを選択した。
なお、図1の実施形態では、周波数変換部の構成要素にフィルタ23を付加する例を示したが後段の信号処理手段が有する機能によっては、フィルタ23を不要にした形態で実施することができる。
The filter 23 of the frequency conversion unit is a filter that passes the Doppler signal frequency band. An open stub 22 of the frequency conversion unit is a circuit in which the output terminal of the diode 21 becomes a short point in the vicinity of the set frequency of the oscillators 11 and 12. In the present embodiment, the length of the stub in the open stub 22 is λg / 4 (λg: wavelength on the line of the high-frequency signal) when the oscillation frequencies of the two-frequency oscillators 11 and 12 are set to f 1 and f 2 , respectively. By setting the length to, a short point at the set frequency of the oscillator can be created at the output end of the diode 21. (Short at the set frequency of the oscillator and Open at the Doppler frequency.)
As described above, the single diode mixer is employed in the circuit on the receiving side of the present embodiment because the output signals from the oscillators 11 and 12 are used in two roles of the LO signal and the transmission signal Tx, and therefore are as low as possible. In order to reduce costs, we selected a mixer that does not have a demultiplexer.
In the embodiment of FIG. 1, an example is shown in which the filter 23 is added to the components of the frequency conversion unit. However, depending on the function of the signal processing means at the subsequent stage, the filter 23 may be omitted. .

また、送信側の回路の合成器14は、プリント基板の材料によっては薄膜抵抗が実現できないので、集中定数部品を代わりに使用すると、電力がこの部品を構成するアイソレーション抵抗や50Ω終端部において熱として消費されてしまい、大きな伝送損失になる。
この伝送損失を抑えるためには、この合成器14にT分岐とインピーダンス変成器を採用することが一つの解決方法である。この解決方法による効果と発振器の性能から所望の出力電力が得られれば、送信側の回路に設けた増幅器15は不要となる。
Further, the synthesizer 14 of the circuit on the transmission side cannot realize a thin film resistor depending on the material of the printed circuit board. Therefore, when a lumped component is used instead, power is generated in the isolation resistor and the 50Ω termination portion constituting this component. As a transmission loss.
In order to suppress this transmission loss, one solution is to employ a T-branch and an impedance transformer in the synthesizer 14. If a desired output power can be obtained from the effect of this solution and the performance of the oscillator, the amplifier 15 provided in the circuit on the transmission side becomes unnecessary.

次に、上記2周波ドップラーモジュール(図1)の動作条件について説明する。なお、図2は、本実施形態の2周波ドップラーモジュールの動作に係る変量の関係をまとめた(A)〜(C)の3種類の表であり、以下の説明で参照する。なお、各表の数値は、キャリア周波数:24.15GHzで、検知対象物の動く方向と電波の進む方向が一致している場合に得られたものである。
2周波の発振器11,12には、予め定めた発振周波数が設定される。
発振器11に設定された発振周波数をf(対応する角周波数ω)とすると、位相定数βは(2πf)/c(c:光速)と表現される。
Next, the operating conditions of the two-frequency Doppler module (FIG. 1) will be described. FIG. 2 is a table of three types (A) to (C) that summarizes the relationship of variables relating to the operation of the two-frequency Doppler module of this embodiment, and will be referred to in the following description. The numerical values in each table are obtained when the carrier frequency is 24.15 GHz and the direction in which the detection target moves matches the direction in which the radio wave travels.
A predetermined oscillation frequency is set in the two-frequency oscillators 11 and 12.
When the oscillation frequency set in the oscillator 11 is f 1 (corresponding angular frequency ω 1 ), the phase constant β 1 is expressed as (2πf 1 ) / c (c: speed of light).

同様に、発振器12に設定された発振周波数をf(対応する角周波数ω)とすると、位相定数βは(2πf)/cとなる。
2周波の発振器11,12にそれぞれ設定された発振周波数fとfの関係は、図2の表(A)に示すように、検知対象物までの最大検知距離(m)が長くなるにつれて、発振周波数fとfの周波数差(MHz)が小さくなる(キャリア周波数:24.15GHzにおいて、最大検知距離15mに対し周波数差は5MHzとなる)。よって、長い検知距離を得ようとすると周波数差(f−f)が小さくなるので、発振器11,12の周波数安定度(ppm)が低くなり検知精度が保ち難くなる。
Similarly, when the oscillation frequency set in the oscillator 12 is f 2 (corresponding angular frequency ω 2 ), the phase constant β 2 is (2πf 2 ) / c.
As shown in the table (A) of FIG. 2, the relationship between the oscillation frequencies f 1 and f 2 respectively set in the two-frequency oscillators 11 and 12 is as the maximum detection distance (m) to the detection target increases. The frequency difference (MHz) between the oscillation frequencies f 1 and f 2 becomes small (at the carrier frequency: 24.15 GHz, the frequency difference is 5 MHz with respect to the maximum detection distance of 15 m). Therefore, if a long detection distance is to be obtained, the frequency difference (f 1 −f 2 ) becomes small, so that the frequency stability (ppm) of the oscillators 11 and 12 becomes low and it becomes difficult to maintain detection accuracy.

2周波の連続波を送信するために、発振器11から発信された信号の出力電力をV=Acos(ωt)、又発振器12から発信された信号の出力電力をV=Bcos(ωt)とすると、2周波ドップラーモジュールから距離lに存在する速度±vで動く検知対象物からのドップラーシフトを受けた反射波は、それぞれV=Ccos(ωt+2βL)、V=Dcos(ωt+2βL)となる。ここに、Lは移動する検知対象物までの距離を表す。
検知対象物までの距離Lは、検知対象物が移動するので、L=l±vt(t:時間)であるが、時間tが非常に短い時間であると仮定すると、L≒lと近似できる。
なお、図2の表(B)に示すように、検知対象物との間を電波が往復する時間(ns)は、検知距離(m)が長いほど長くなることから、検知距離が短く、検知対象物の移動速度vが遅い方が近似値が真の値に近くなる。
In order to transmit two continuous waves, the output power of the signal transmitted from the oscillator 11 is V 1 = A cos (ω 1 t), and the output power of the signal transmitted from the oscillator 12 is V 2 = B cos (ω 2 t), the reflected waves subjected to the Doppler shift from the detection object moving at the speed ± v existing at the distance l 0 from the two-frequency Doppler module are V 3 = C cos (ω 1 t + 2β 1 L), V 4 = Dcos (ω 2 t + 2β 2 L). Here, L represents the distance to the moving detection object.
The distance L to the detection object is L = l 0 ± vt (t: time) because the detection object moves, but assuming that the time t is a very short time, L≈l 0 Can be approximated.
As shown in the table (B) of FIG. 2, the time (ns) for the radio wave to reciprocate between the detection objects becomes longer as the detection distance (m) is longer. The approximate value is closer to the true value when the moving speed v of the object is slower.

受信信号RxとLO信号をダイオード21(ミクサ)を通すことによって周波数変換され、変換後のミクサ出力端に現れる主な信号は、下記式(1)〜(6)に示す信号である。
Acos(ωt)・Bcos(ωt) 式(1)
Ccos(ωt+2β)・Dcos(ωt+2β) 式(2)
Acos(ωt)・Ccos(ωt+2β) 式(3)
Acos(ωt)・Dcos(ωt+2β) 式(4)
Bcos(ωt)・Ccos(ωt+2β) 式(5)
Bcos(ωt)・Dcos(ωt+2β) 式(6)
The received signals Rx and LO signals are frequency-converted by passing through the diode 21 (mixer), and the main signals appearing at the converted mixer output terminals are signals represented by the following equations (1) to (6).
A cos (ω 1 t) · B cos (ω 2 t) Equation (1)
Ccos (ω 1 t + 2β 1 l 0 ) · Dcos (ω 2 t + 2β 2 l 0 ) Equation (2)
A cos (ω 1 t) · C cos (ω 1 t + 2β 1 l 0 ) Equation (3)
A cos (ω 1 t) · D cos (ω 2 t + 2β 2 l 0 ) Equation (4)
Bcos (ω 2 t) · C cos (ω 1 t + 2β 1 l 0 ) Equation (5)
Bcos (ω 2 t) · Dcos (ω 2 t + 2β 2 l 0 ) Equation (6)

ダイオード21(ミクサ)の出力端に現れる上記式(1)〜(6)に示した主な信号には、ドップラー周波数成分のほか、2周波の発振器11,12にそれぞれ設定された発振周波数fとfの周波数差|f−f|=Δfの成分が含まれている。ただ、発振周波数fとfの周波数差Δfと比較して、検知対象のドップラー信号の周波数は非常に低い。なお、この点は、図2の表(C)に示すドップラー周波数と表(A)の周波数差を比べると、Δfが5〜75MHzであるのに対し、時速20km以下の低速で動く検知対象であれば、ドップラー周波数が1KHzを超えることがないことからも、明らかである。
よって、ダイオード21の出力端に付加したフィルタ23をLPF(ローパスフィルタ)とすることにより、Δfの成分を持つ式(1)(2)(4)(5)等の比較的高い周波数の信号を除去することができる。
The main signals shown in the above equations (1) to (6) appearing at the output terminal of the diode 21 (mixer) include the Doppler frequency component and the oscillation frequencies f 1 set for the two-frequency oscillators 11 and 12, respectively. And the frequency difference of f 2 | f 1 −f 2 | = Δf. However, the frequency of the Doppler signal to be detected is very low compared to the frequency difference Δf between the oscillation frequencies f 1 and f 2 . In addition, this point is a detection target that moves at a low speed of 20 km / h or less, whereas Δf is 5 to 75 MHz when the Doppler frequency shown in Table (C) in FIG. 2 is compared with the frequency difference in Table (A). If present, it is clear from the fact that the Doppler frequency does not exceed 1 KHz.
Therefore, by using the filter 23 added to the output terminal of the diode 21 as an LPF (low-pass filter), a signal having a relatively high frequency such as equations (1), (2), (4), and (5) having a Δf component can be obtained. Can be removed.

LPF(フィルタ23)を通過するドップラー信号を含む信号出力dは、以下に示す処理方法によって距離情報を得るために処理される。
検知対象物までの距離lの情報を含んだ発振周波数fに係る信号を表す式(3)を展開すると、
Acos(ωt)・Ccos(ωt+2β)=(AC/2){cos(2ωt+2β)+cos(2β)} 式(7)
となり、展開した式 (7)の右辺のドップラー周波数成分信号の位相φは、
φ=2β=(4πf)/c 式(8)
と表される。なお、位相定数βは(2πf)/cである。
同様に、発振周波数fに係る信号を表す式 (6) の信号を展開すると、ドップラー周波数成分信号の位相φは、
φ=2β=(4πf)/c 式(9)
と表される。なお、位相定数βは(2πf)/cである。
The signal output d including the Doppler signal passing through the LPF (filter 23) is processed to obtain distance information by the processing method described below.
When Expression (3) representing the signal related to the oscillation frequency f 1 including the information of the distance l 0 to the detection target is developed,
A cos (ω 1 t) · C cos (ω 1 t + 2β 1 l 0 ) = (AC / 2) {cos (2ω 1 t + 2β 1 l 0 ) + cos (2β 1 l 0 )} Equation (7)
Thus, the phase φ 1 of the Doppler frequency component signal on the right side of the expanded equation (7) is
φ 1 = 2β 1 l 0 = (4πf 1 l 0 ) / c Equation (8)
It is expressed. The phase constant β 1 is (2πf 1 ) / c.
Similarly, when the signal of the equation (6) representing the signal related to the oscillation frequency f 2 is expanded, the phase φ 2 of the Doppler frequency component signal is
φ 2 = 2β 2 l 0 = (4πf 2 l 0 ) / c Equation (9)
It is expressed. The phase constant β 2 is (2πf 2 ) / c.

フィルタ23の出力端からは、位相は異なるが同一ドップラー周波数、同一振幅の2つのIF(中間周波)信号の重ね合わさったドップラー周波数成分を含んだ出力信号dが出力されるので、この出力信号を同一周波数、同一振幅の条件の下でディジタル信号処理し、重ね合わされる前の2つのIF信号を割り出し、得られる信号間の位相差Δφを算出する。
このΔφは、発振周波数fとfにそれぞれ対応するドップラー周波数成分信号の上記で説明した位相φと位相φの位相差に当たる。即ち、
Δφ=|φ−φ|=|(4πl)/c||f−f| 式(10)
と表される。
従って、距離lは、周波数変換部の信号出力dに対する信号処理で得た位相差Δφをもとに、
={c/(4π|f−f|)}・Δφ 式(11)
により算出することができる。
From the output terminal of the filter 23, an output signal d including a Doppler frequency component in which two IF (intermediate frequency) signals having different phases but the same Doppler frequency and the same amplitude are superimposed is output. Digital signal processing is performed under the conditions of the same frequency and the same amplitude, two IF signals before superposition are determined, and a phase difference Δφ between the obtained signals is calculated.
This Δφ corresponds to the phase difference between the phases φ 1 and φ 2 described above of the Doppler frequency component signals corresponding to the oscillation frequencies f 1 and f 2 , respectively. That is,
Δφ = | φ 1 −φ 2 | = | (4πl 0 ) / c || f 1 −f 2 | Equation (10)
It is expressed.
Therefore, the distance l 0 is based on the phase difference Δφ obtained by the signal processing for the signal output d of the frequency converter.
l 0 = {c / (4π | f 1 −f 2 |)} · Δφ Equation (11)
Can be calculated.

次に、上記した周波数変換部を設定された発振周波数fとfごとにそれぞれ設ける2周波ドップラーモジュールに係る実施形態を説明する。
上記で図1を参照して説明した2周波ドップラーモジュールは、単一の周波数変換部を発振周波数fとfの2周波に共用する構成を採用した。このため、周波数変換部の信号出力dに対する処理では、発振周波数fとfにそれぞれ対応する信号を重ね合わされた信号から割り出す処理を必要とし、距離等の検知信号を利用する機器の処理能力によっては、利用する際の障害になる場合もある。
そこで、この実施形態では、2周波ドップラーモジュールの回路で発振周波数fとfにそれぞれ対応する信号を分離して出力できるように、周波数変換部を発振周波数fとfごとにそれぞれ設ける構成に改変する。
Next, an embodiment according to a two-frequency Doppler module in which the above-described frequency conversion unit is provided for each of the set oscillation frequencies f 1 and f 2 will be described.
The two-frequency Doppler module described above with reference to FIG. 1 employs a configuration in which a single frequency conversion unit is shared by two frequencies of the oscillation frequencies f 1 and f 2 . For this reason, in the process for the signal output d of the frequency conversion unit, it is necessary to calculate the signal corresponding to the oscillation frequencies f 1 and f 2 from the superimposed signal, and the processing capability of the device using the detection signal such as the distance Depending on the case, it may become an obstacle to use.
Therefore, in this embodiment, a frequency converter is provided for each of the oscillation frequencies f 1 and f 2 so that signals corresponding to the oscillation frequencies f 1 and f 2 can be separated and output by the circuit of the two-frequency Doppler module. Change to configuration.

図3は、本実施形態の2周波ドップラーモジュールの回路構成を示す図である。
図3に示す2周波ドップラー装置の高周波回路モジュールにおいて、アンテナ17は、送信信号Txを送信し、受信信号Rxを受信する送受信に共用するアンテナである。
また、受信側の回路は、フロントエンド部に周波数変換部を有する、という点では上記した図1の回路構成と変わらないが、この実施形態では2周波の発振器11,12それぞれの発振周波数fとfごとに対応する周波数変換部を設ける。
発振周波数fとfごとに設けた周波数変換部は、それぞれ非線形特性を持つダイオード21、21と、ダイオード21、21の各出力端にそれぞれ接続したフィルタ23、23及びオープンスタブ(Open stub)22、22よりなる。
ここに、ドップラー信号を含む信号出力dの端子は、フィルタ23、23の出力側である。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration of the two-frequency Doppler module of the present embodiment.
In the high-frequency circuit module of the two-frequency Doppler device shown in FIG. 3, the antenna 17 is an antenna shared for transmission and reception that transmits the transmission signal Tx and receives the reception signal Rx.
In addition, the circuit on the receiving side is not different from the circuit configuration of FIG. 1 described above in that it has a frequency conversion unit in the front end unit, but in this embodiment, the oscillation frequencies f 1 of the two-frequency oscillators 11 and 12 are each. providing a frequency conversion unit corresponding to each f 2 and.
The frequency converter provided for each of the oscillation frequencies f 1 and f 2 includes diodes 21 1 and 21 2 having nonlinear characteristics, and filters 23 1 and 23 2 connected to output terminals of the diodes 21 1 and 21 2 , respectively. It consists of open stubs 22 1 and 22 2 .
Here, the terminal of the signal output d including the Doppler signal is the output side of the filters 23 1 and 23 2 .

また、2周波の連続波を送信する送信側の回路は、この実施形態では、受信側で発振周波数fとfにそれぞれ対応する信号を分離して出力するので、単一の周波数変換部を用いた図1の回路構成で採用した合成器と増幅器を不要にした構成としている。
図3に示す回路構成とすることで、図4(B)に例示した従来の回路構成に比べ、サーキュレータや損失の大きい分配器等のマイクロ波、ミリ波コンポーネントを多用せず、送信信号Txと受信信号Rxの伝送損失を最小限に抑え、高周波回路モジュールの小型化を実現できる。
Further, in this embodiment, the circuit on the transmission side that transmits a continuous wave of two frequencies separates and outputs the signals corresponding to the oscillation frequencies f 1 and f 2 on the reception side, so that a single frequency conversion unit is provided. The configuration is such that the synthesizer and amplifier employed in the circuit configuration of FIG.
With the circuit configuration shown in FIG. 3, compared with the conventional circuit configuration illustrated in FIG. 4B, the transmission signal Tx can be transmitted without using many microwave and millimeter wave components such as a circulator and a lossy distributor. The transmission loss of the received signal Rx can be minimized and the high frequency circuit module can be reduced in size.

本実施形態の周波数変換部を有する2周波ドップラーモジュールにより奏する効果を下記1.〜11.に示す。
1.筐体を含め高周波モジュールの小型化を図ることができる。
2.従来回路(図4、参照)が必要とした高価なサーキュレータや分配器等のマイクロ波、ミリ波コンポーネントを使用しないので、低コスト化を図ることができる。
3.高周波伝送線路の交差部を回避するような構造を考慮する必要がない(図4(A)に示した従来の送受信アンテナ分離タイプは高周波伝送線路の交差部を回避した例である)。
4.アイソレーション抵抗より伝送損失軽減を優先とする思想では、フロントエンド部とアンテナ間に分配器を設ける必要がないので、伝送損失を必要最小限に抑えることができ、送信電力を増すための増幅器を不要にする。
5.上記4.に記した分配器をなくしたことで、受信時に分配器による伝送損失による雑音指数の劣化を抑えることができる。
The effects obtained by the two-frequency Doppler module having the frequency conversion unit of this embodiment are as follows. ~ 11. Shown in
1. The high frequency module including the housing can be reduced in size.
2. Since expensive microwave and millimeter wave components such as circulators and distributors required by the conventional circuit (see FIG. 4) are not used, the cost can be reduced.
3. There is no need to consider a structure that avoids the intersection of the high-frequency transmission lines (the conventional transmission / reception antenna separation type shown in FIG. 4A is an example of avoiding the intersection of the high-frequency transmission lines).
4). In the concept of giving priority to transmission loss reduction over isolation resistance, it is not necessary to provide a distributor between the front end and the antenna, so transmission loss can be minimized and an amplifier to increase transmission power can be installed. Make it unnecessary.
5). 4. above. By eliminating the distributor described in (2), it is possible to suppress degradation of the noise figure due to transmission loss caused by the distributor during reception.

6.複数の増幅器を使用する必要がないので、消費電力を抑えることができ、筐体の熱設計が容易になり、かつ故障率の低減化が図れる。
7.サーキュレータを必要としないので、複雑な実装の手間を省くことができる。
8.2周波ドップラーモジュールの小型化を図ることによって、筐体設計が容易になる。
9.送受信一体型の構造であるから、受信アンテナからの送信漏れ電力を配慮する必要がない。
10.従来のサーキュレータや分配器等のマイクロ波、ミリ波コンポーネントを多用した重装備のモジュールでは、プリント基板の面積が大きくなり、伝送線路の損失が大きかったが、モジュールの小型化により基板の面積が小さくなり、伝送線路の損失を最小限に抑えることができる。
11.比較的近距離を検知範囲(図2(A),(B)、参照)とする場合、反射電力検出タイプの距離検出器と同等以上の性能を得ることができる。
6). Since it is not necessary to use a plurality of amplifiers, power consumption can be suppressed, the housing thermal design is facilitated, and the failure rate can be reduced.
7). Since a circulator is not required, complicated mounting work can be saved.
The case design is facilitated by downsizing the 8.2 frequency Doppler module.
9. Since it is a transmission / reception integrated structure, there is no need to consider transmission leakage power from the receiving antenna.
10. In conventional heavy-duty modules such as circulators and distributors that use a lot of microwave and millimeter wave components, the printed circuit board area is large and the transmission line loss is large. However, the downsizing of the module reduces the board area. Thus, the loss of the transmission line can be minimized.
11. When a relatively short distance is used as a detection range (see FIGS. 2A and 2B), performance equivalent to or better than a distance detector of the reflected power detection type can be obtained.

11・・・発振器(発振周波数f)、12・・・発振器(発振周波数f)、14・・・合成器、15・・・増幅器、17・・・アンテナ、21,21,21・・・ダイオード、22,22,22・・・オープンスタブ、23,23,23・・・フィルタ。
11 ... oscillator (oscillation frequency f 1), 12 ... oscillator (oscillation frequency f 2), 14 ... synthesizer, 15 ... amplifier, 17 ... antenna, 21, 21 1, 21 2 ... Diode, 22, 22 1 , 22 2 ... Open stub, 23, 23 1 , 23 2 ... Filter.

Claims (4)

多数の異なる設定周波数の連続波を送受信に共用するアンテナから同時に送信し、送信後に戻ってくる反射波の受信信号から前記周波数に対応するドップラー信号を抽出するための高周波回路を有した多周波ドップラー装置であって、
前記高周波回路は、アンテナに直接つながる端部に受信信号と送信信号を混合する単一の周波数変換部を有したことを特徴とする多周波ドップラー装置。
A multi-frequency Doppler having a high-frequency circuit for simultaneously transmitting a large number of continuous waves of different setting frequencies from an antenna shared for transmission and reception and extracting a Doppler signal corresponding to the frequency from a reception signal of a reflected wave returning after transmission A device,
The multi-frequency Doppler device, wherein the high-frequency circuit has a single frequency conversion unit that mixes a reception signal and a transmission signal at an end directly connected to an antenna.
請求項1に記載された多周波ドップラー装置において、
前記周波数変換部は、ダイオードと該ダイオードの出力端に接続したオープンスタブよりなることを特徴とする多周波ドップラー装置。
The multi-frequency Doppler device according to claim 1,
The frequency converter comprises a diode and an open stub connected to the output terminal of the diode.
請求項1又は2に記載された多周波ドップラー装置において、
前記周波数変換部は、ダイオードと該ダイオードの出力端に接続したフィルタよりなることを特徴とする多周波ドップラー装置。
The multi-frequency Doppler device according to claim 1 or 2,
The frequency converter comprises a diode and a filter connected to an output terminal of the diode.
請求項1乃至3のいずれかに記載された多周波ドップラー装置において、
前記周波数変換部は、前記設定周波数ごとにそれぞれ設けたことを特徴とする多周波ドップラー装置。
The multi-frequency Doppler device according to any one of claims 1 to 3,
The multi-frequency Doppler device, wherein the frequency converter is provided for each set frequency.
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