JP2012202923A - Transmission module for radar apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、レーダ装置用送信モジュールに関する。 Embodiments described herein relate generally to a transmission module for a radar apparatus.
パルスレーダ装置は、この装置から離れた箇所に存在する物体に送信信号を送信し、その反射信号を受信して処理することにより、物体の画像を得るものである。 The pulse radar device obtains an image of an object by transmitting a transmission signal to an object existing at a location away from the device and receiving and processing the reflected signal.
このパルスレーダ装置において、送信信号を形成する従来の送信モジュールは、半導体スイッチ、直流の電圧源、および電力増幅器、を有する。送信モジュールにおいて、まず、半導体スイッチに、電圧源によって直流の電圧が印加された状態で、第１の制御パルス列が入力されると、半導体スイッチは、直流の電圧を、第１の制御パルス列に応じたパルス状の電圧からなる第２の制御パルス列に変換する。次に、電力増幅器に、搬送波が入力され、第２の制御パルス列が入力されると、電力増幅器は、搬送波を、第２の制御パルス列に応じた送信信号に変換し、送信用アンテナ素子に送信信号を供給する。 In this pulse radar apparatus, a conventional transmission module that forms a transmission signal includes a semiconductor switch, a DC voltage source, and a power amplifier. In the transmission module, first, when a first control pulse train is input to a semiconductor switch with a DC voltage applied by a voltage source, the semiconductor switch changes the DC voltage according to the first control pulse train. It converts into the 2nd control pulse train which consists of a pulse-like voltage. Next, when the carrier wave is input to the power amplifier and the second control pulse train is input, the power amplifier converts the carrier wave into a transmission signal corresponding to the second control pulse train and transmits it to the transmitting antenna element. Supply the signal.
ところで、近年のパルスレーダ装置は、最大探知距離を長くするために、送信信号の平均電力を増大することが望まれる。このため、電圧源に、小型で大電圧を出力可能な熱電池または発電機が適用される。しかし、この電圧源から出力される電圧は、経時的に変動する。従って、従来のパルスレーダ装置において、半導体スイッチと電圧源との間に、出力電圧の経時的な変動を抑制するための電源変換器が配置される。電源変換器は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータであり、入力された電圧値を変換して出力するトランス、および入出力電圧を制御する複数の半導体スイッチを有する。 By the way, in recent pulse radar devices, it is desired to increase the average power of a transmission signal in order to increase the maximum detection distance. For this reason, a thermal battery or a generator that is small and can output a large voltage is applied to the voltage source. However, the voltage output from this voltage source varies with time. Therefore, in the conventional pulse radar apparatus, a power converter for suppressing the temporal variation of the output voltage is arranged between the semiconductor switch and the voltage source. The power converter is, for example, a DC / DC converter, and includes a transformer that converts and outputs an input voltage value, and a plurality of semiconductor switches that control input / output voltages.
しかし、電圧変換器において大電圧を処理するためには、トランスを大型化する必要がある。従って、電圧源に、熱電池または発電機を適用する場合、電源変換器が大型化し、質量が増大する。例えば、電源変換器は、１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍ程度の体積、および３ｋｇ程度の質量を有する。この結果、送信モジュールは大型化し、質量が増大する。 However, in order to process a large voltage in the voltage converter, it is necessary to enlarge the transformer. Therefore, when a thermal battery or a generator is applied to the voltage source, the power converter becomes large and the mass increases. For example, the power converter has a volume of about 10 cm × 10 cm × 20 cm and a mass of about 3 kg. As a result, the transmission module increases in size and mass.
さらに、トランスに電圧が印加されると、その一部は熱エネルギーに変換されるため、電源変換器による電圧変換の効率は１００％未満である。従って、半導体スイッチと電圧源との間に電源変換器を用いる場合、送信モジュールの電源効率も劣化する。 Further, when a voltage is applied to the transformer, a part of the voltage is converted into heat energy, and thus the efficiency of voltage conversion by the power converter is less than 100%. Therefore, when a power converter is used between the semiconductor switch and the voltage source, the power efficiency of the transmission module also deteriorates.
本発明の実施形態は、最大探知距離を劣化させることなく、小型化、質量の低減が可能であり、かつ電源効率を向上させることができるレ−ダ装置用送信モジュールを提供することを目的とする。 An embodiment of the present invention aims to provide a transmission module for a radar device that can be reduced in size, reduced in mass, and improved in power supply efficiency without degrading the maximum detection distance. To do.
本発明の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュールは、出力電圧が経時的に変動する直流の電圧源と、この電圧源に接続され、前記電圧源から出力される前記出力電圧を検出する電圧モニタ回路と、この電圧モニタ回路に接続され、前記電圧モニタ回路によって検出された前記出力電圧に基づいて、デューティー比が制御された第１の制御パルス列を出力するパルス発生器と、入力端子が前記電圧源に接続されるとともに、制御端子が前記パルス発生器に接続され、前記第１の制御パルス列の前記デューティー比に応じた第２の制御パルス列を出力する半導体スイッチと、所望の周波数の搬送波を出力する搬送波発生器と、前記半導体スイッチの出力端子、および前記搬送波発生器に接続され、前記第２の制御パルス列に含まれる制御パルスが入力されたときに、前記搬送波を増幅して送信信号を形成する電力増幅器と、を具備し、前記パルス発生器は、前記電圧源の出力電圧が基準電圧より低下した場合に、前記第１の制御パルス列のデューティー比を、前記電圧源の出力電圧が基準電圧である場合における前記第１の制御パルス列のデューティー比より高くし、前記電圧源の出力電圧が基準電圧より上昇した場合に、前記第１の制御パルス列のデューティー比を、前記電圧源の出力電圧が基準電圧である場合における前記第１の制御パルス列のデューティー比より低くするように、前記第１の制御パルス列のデューティー比を制御する。 A transmission module for a radar apparatus according to an embodiment of the present invention includes a DC voltage source whose output voltage varies with time, and a voltage monitor that is connected to the voltage source and detects the output voltage output from the voltage source. A circuit, a pulse generator connected to the voltage monitor circuit and outputting a first control pulse train whose duty ratio is controlled based on the output voltage detected by the voltage monitor circuit, and an input terminal having the voltage A semiconductor switch that is connected to a source and has a control terminal connected to the pulse generator, and outputs a second control pulse train according to the duty ratio of the first control pulse train; and outputs a carrier wave of a desired frequency A carrier pulse generator, an output terminal of the semiconductor switch, and a control pulse connected to the carrier wave generator and included in the second control pulse train And a power amplifier that amplifies the carrier wave to form a transmission signal when the signal is input, and the pulse generator is configured to output the first signal when the output voltage of the voltage source drops below a reference voltage. When the duty ratio of the control pulse train is higher than the duty ratio of the first control pulse train when the output voltage of the voltage source is a reference voltage, and the output voltage of the voltage source rises above the reference voltage, The duty ratio of the first control pulse train is controlled so that the duty ratio of the first control pulse train is lower than the duty ratio of the first control pulse train when the output voltage of the voltage source is a reference voltage. .
以下、本発明の実施の形態に係るレーダ装置用送信モジュールについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a transmission module for a radar apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュールは、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比に応じた送信信号を形成するモジュールである。そこで、まず、送信信号が形成される流れにそって、第１の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュールの構成を説明し、次に、第１の制御パルス列Ｐｃ１を形成するための構成を説明する。
(First embodiment)
The radar apparatus transmission module according to the first embodiment is a module that forms a transmission signal according to the duty ratio of the first control pulse train Pc1. Therefore, first, the configuration of the radar apparatus transmission module according to the first embodiment will be described in accordance with the flow in which the transmission signal is formed, and then the configuration for forming the first control pulse train Pc1 will be described. To do.
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュールの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るパルスレーダ装置用送信モジュール１１（以下、送信モジュール１１と称する）は、電圧源１２、半導体スイッチ１３、搬送波発生器１４、および電力増幅器１５を有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a transmission module for a radar apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the pulse radar device transmission module 11 (hereinafter referred to as the transmission module 11) according to the present embodiment includes a
電圧源１２は、半導体スイッチ１３に電圧を印加するための直流の電圧源である。電圧源１２は、例えばマンガン電池やリチウム電池等と比較して、小型かつ大電圧を出力可能な直流の電圧源であり、例えば熱電池、または発電機である。電圧源１２は、小型かつ大電圧が出力可能であるメリットを有するが、出力電圧Ｖが経時的に変動するデメリットも有する。
The
半導体スイッチ１３は、例えば電界効果トランジスタ等のように、スイッチング特性を有するスイッチ素子である。半導体スイッチ１３の入力端子は、電圧源１２に接続される。半導体スイッチ１３の制御端子は、後述するパルス発生器１６に接続される。半導体スイッチ１３が電界効果トランジスタである場合、ドレイン端子が電圧源１２に接続され、ゲート端子がパルス発生器１６に接続される。
The
半導体スイッチ１３は、後述するパルス発生器１６から出力される第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比に応じた第２の制御パルス列Ｐｃ２を出力する。すなわち、半導体スイッチ１３の入力端子に電圧源１２の出力電圧が印加された状態で、半導体スイッチ１３の制御端子に第１の制御パルス列Ｐｃ１が入力される。半導体スイッチ１３は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスが入力されたときにＯＮする。従って、半導体スイッチ１３は、出力端子から、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比に応じた第２の制御パルス列Ｐｃ２を出力する。なお、デューティー比は、パルス幅Ｗとパルス繰り返し時間Ｔとを用いてＷ／Ｔで表わされる。
The
半導体スイッチ１３から出力される第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる各制御パルスのピーク電圧は、電圧源１２の出力電圧に応じた電圧である。従って、各制御パルスのピーク電圧は、変動する出力電圧に応じてそれぞれ異なる。
The peak voltage of each control pulse included in the second control pulse train Pc2 output from the
搬送波発生器１４は、所望の周波数の搬送波を出力する。出力される搬送波は、電力が一定の搬送波であってもよいし、パルス状に変調された搬送波であってもよい。
The
電力増幅器１５は、半導体スイッチ１３の出力端子、および搬送波発生器１４に接続される。電力増幅器１５は、半導体スイッチ１３の出力端子から出力された第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる制御パルスが入力されたときに、搬送波発生器１４から出力された搬送波の電力を増幅する。従って、電力増幅器１５は、第２の制御パルス列Ｐｃ２のデューティー比に応じて搬送波を変調し、送信信号を形成する。
The
ここで、上述のように、第２の制御パルス列Ｐｃ２は、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比に応じたデューティー比を有する。従って、送信信号は、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比に応じたデューティー比を有する。 Here, as described above, the second control pulse train Pc2 has a duty ratio corresponding to the duty ratio of the first control pulse train Pc1. Therefore, the transmission signal has a duty ratio corresponding to the duty ratio of the first control pulse train Pc1.
送信信号に含まれる各パルスのピーク電圧は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる各制御パルスのピーク電圧に応じた電圧である。従って、送信信号に含まれる各パルスのピーク電圧は、各制御パルスのピーク電圧に応じてそれぞれ異なる。 The peak voltage of each pulse included in the transmission signal is a voltage corresponding to the peak voltage of each control pulse included in the second control pulse train Pc2. Therefore, the peak voltage of each pulse included in the transmission signal differs depending on the peak voltage of each control pulse.
ここで、上述のように、第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる各制御パルスのピーク電圧は、電圧源１２の出力電圧に応じた電圧である。従って、送信信号に含まれる各パルスのピーク電圧は、電圧源１２の出力電圧に応じた電圧である。
Here, as described above, the peak voltage of each control pulse included in the second control pulse train Pc2 is a voltage corresponding to the output voltage of the
形成された送信信号は、アンテナ素子１７に送られ、アンテナ素子１７から、レーダ装置から離れた位置の物体に送信される。
The formed transmission signal is transmitted to the
電力増幅器１５は、例えばＧａＮを用いた電界効果トランジスタ（以下、ＧａＮ系のＦＥＴと称する）である。ＧａＮ系のＦＥＴは、ＧａＡｓを用いた電界効果トランジスタ（以下、ＧａＡｓ系のＦＥＴと称する）と比較して、最大出力電圧が高く、また、出力可能な電圧幅が広い特性を有する。例えば、ＧａＮ系のＦＥＴの最大出力電圧は５０Ｖ程度、出力可能な電圧幅は数１０Ｖ程度であるのに対し、ＧａＡｓ系のＦＥＴの最大出力電圧は１０Ｖ程度、出力可能な電圧幅は数Ｖ程度である。従って、電力増幅器１５としてＧａＮ系のＦＥＴを適用した場合、ＧａＡｓ系のＦＥＴを適用した場合と比較して、電源効率に優れ、かつ汎用性に優れた送信モジュールが提供される。
The
なお、電力増幅器１５として、ＧａＮ系のＦＥＴを適用した場合、半導体スイッチ１３の出力端子は、ＧａＮ系のＦＥＴのドレイン端子に接続され、搬送波発生器１４は、ＧａＮ系のＦＥＴのゲート端子に接続される。また、ＧａＮ系のＦＥＴのソース端子は接地される。そして、ＧａＮ系のＦＥＴのドレイン端子に第２の制御パルス列Ｐｃ２が入力されると、ＧａＮ系のＦＥＴのゲート端子に入力された搬送波の電力は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に応じて増幅され、ＧａＮ系のＦＥＴのドレイン端子から送信信号として出力される。
When a GaN-based FET is applied as the
また、送信モジュール１１は、大容量コンデンサ１８を有する。大容量コンデンサ１８の一端は、電圧源１２と半導体スイッチ１３の入力端子との間に接続されており、他端は接地されている。大容量コンデンサ１８は、半導体スイッチ１３の入力端子に印加される電圧を安定化させる。
The
次に、送信信号のデューティー比を決定するための第１の制御パルス列Ｐｃ１を形成するための構成について説明する。送信モジュール１１は、電圧モニタ回路１９、およびパルス発生器１６を有する。
Next, a configuration for forming the first control pulse train Pc1 for determining the duty ratio of the transmission signal will be described. The
電圧モニタ回路１９は、電圧源１２に接続される。電圧モニタ回路１９は、高抵抗の分圧用抵抗器、およびインピーダンス変換用オペアンプＩＣを有する。電圧モニタ回路１９は、電圧源１２の出力電圧を検出して、その検出結果をパルス発生器１６に送る高入力インピーダンス回路であり、電源変換器に含まれるトランスのように、処理する電圧値に応じて大型化されるものとは異なる。電圧モニタ回路１９は、例えば１ｃｍ×１ｃｍ×０．５ｃｍ程度の体積、および１ｇ程度の質量を有する。なお、電圧モニタ回路１９は、高入力インピーダンス回路であるため、電圧源１２からこの回路１９に向かって電流はほとんど流れない。従って、この回路１９を配置しても、電圧源１２から供給されるエネルギーは、ほとんど損失しない。
The
パルス発生器１６は、電圧モニタ回路１９に接続されるとともに、半導体スイッチ１３の制御端子に接続される。パルス発生器１６は、電圧モニタ回路１９による出力電圧の検出結果に応じて制御された所望のデューティー比、および所望の電圧を有する第１の制御パルス列Ｐｃ１を形成し、半導体スイッチ１３の制御端子に出力する。
The
なお、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比は、送信モジュール１１から出力される送信信号の平均電力が、電圧源１２の出力電圧の変動によって変動することが抑制されるように制御される。第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比は、送信モジュール１１から出力される送信信号の平均電力が、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、実質的に一定になるように制御されることが好ましい。
Note that the duty ratio of the first control pulse train Pc1 is controlled such that the average power of the transmission signal output from the
パルス発生器１６は、具体的に、以下のように第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比を制御する。半導体スイッチ１３に印加される電圧が、基準電圧である場合、パルス発生器１６は、パルス幅Ｗを有する複数の制御パルスが、繰り返し時間Ｔで時間軸上に配列されるように、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比Ｗ／Ｔを制御する。
Specifically, the
しかし、半導体スイッチ１３に印加される電圧が基準電圧より低下した場合、送信信号に含まれる各パルスのピーク電圧は、印加される電圧が基準電圧のときの各パルスのピーク電圧Ｖｔより低下し、送信信号の平均電力は低下する。この場合、パルス発生器１６は、送信信号の平均電力が低下することを抑制するために、パルス幅をＷより長くして、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比が、Ｗ／Ｔより高くなるように制御する。
However, when the voltage applied to the
反対に、半導体スイッチ１３に印加される電圧が基準電圧より上昇した場合、送信信号に含まれる各パルスのピーク電圧は、印加される電圧が基準電圧のときの各パルスのピーク電圧Ｖｔより上昇し、送信信号の平均電力は増加する。この場合、パルス発生器１６は、送信信号の平均電力が増加することを抑制するために、パルス幅をＷより短くして、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比が、Ｗ／Ｔより低くなるように制御する。
On the other hand, when the voltage applied to the
このように、パルス発生器１６は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅を制御するため、電圧源１２の出力電圧の変動による送信信号の平均電力の変動が抑制される。なお、パルス発生器１６は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅を、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、送信信号の平均電力が実質的に一定になるように制御することが好ましい。
Thus, since the
また、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのピーク電圧は、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、制御パルスが入力されたときに、常に半導体スイッチ１３がＯＮするように制御される。
Further, the peak voltage of each control pulse included in the first control pulse train Pc1 is controlled so that the
パルス発生器１６は、具体的に、以下のように第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのピーク電圧を制御する。半導体スイッチ１３に印加される電圧が基準電圧である場合、パルス発生器１６は、半導体スイッチ１３に基準電圧が印加されている場合にスイッチ１３をＯＮさせることができるように、各制御パルスのピーク電圧をＶＧに制御する。
Specifically, the
しかし、半導体スイッチ１３に印加される電圧が基準電圧より低下した場合、半導体スイッチ１３がＯＮするために必要な電圧は低下する。この場合、パルス発生器１６は、各制御パルスのピーク電圧がＶＧより低くなるように制御する。
However, when the voltage applied to the
反対に、半導体スイッチ１３に印加される電圧が基準電圧より上昇した場合、半導体スイッチ１３がＯＮするために必要な電圧は上昇する。この場合、パルス発生器１６は、各制御パルスのピーク電圧がＶＧより高くなるように制御する。
On the contrary, when the voltage applied to the
パルス発生器１６は、以上に説明したように、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのピーク電圧を制御するため、半導体スイッチ１３は、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、制御パルスが入力されたときに常にＯＮする。
As described above, since the
次に、送信モジュール１１による送信信号の形成方法を、図２および図３を参照して説明する。図２は、電圧源１２の出力電圧特性を示す図である。図３は、本実施形態に係る送信モジュールのパルス発生器１６で形成される第１の制御パルス列Ｐｃ１と、本実施形態に係る送信モジュールから出力される送信信号と、の関係を模式的に示す説明図である。同図（ａ）は、第１の制御パルス列Ｐｃ１を示し、同図（ａ）は、送信信号を示す。
Next, a method of forming a transmission signal by the
なお、図３に記載された第１の制御パルス列Ｐｃ１および送信信号は、模式的なパルスおよび信号を示している。実際の制御パルスおよび送信信号のパルス幅は、例えば１μｓ〜２００μｓ程度、パルス繰り返し時間は、例えば１０μｓ〜１ｍｓ程度である。 Note that the first control pulse train Pc1 and the transmission signal described in FIG. 3 are schematic pulses and signals. The pulse width of the actual control pulse and transmission signal is, for example, about 1 μs to 200 μs, and the pulse repetition time is, for example, about 10 μs to 1 ms.
図２に示すように、電圧源１２から出力される電圧Ｖは、経過時間ｔとともに変動する。出力電圧Ｖは、経過時間ｔとともに、以下のように変動する。
As shown in FIG. 2, the voltage V output from the
すなわち、出力電圧Ｖは、電圧源１２から電圧が印加されはじめるとともに上昇し続け、時間ｔ１を経過したとき、基準電圧（例えば２４Ｖ）に達する。その後も出力電圧Ｖは上昇を続け、時間ｔ２を経過したとき、出力電圧Ｖはピーク電圧（例えば３６Ｖ）に達する。出力電圧Ｖがピーク電圧に達した後、出力電圧Ｖは下降しはじめ、時間ｔ３を経過したとき、基準電圧（例えば２４Ｖ）に再び達する。その後も出力電圧Ｖは下降し続ける。
That is, the output voltage V continues to rise as the voltage starts to be applied from the
図２に示されるように経時的に変動する出力電圧は、半導体スイッチ１３の入力端子に印加されるとともに、電圧モニタ回路１９によって、電圧が検出される。検出結果は、パルス発生器１６に送られる。
As shown in FIG. 2, the output voltage that varies with time is applied to the input terminal of the
パルス発生器１６は、電圧モニタ回路１９によって検出された出力電圧Ｖの検出結果に基づいて、出力される第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅、およびピーク電圧を制御する。
The
パルス発生器１６は、具体的に、以下のように制御パルスのパルス幅およびピーク電圧を制御する。
Specifically, the
（１）電圧源１２から電圧Ｖが印加されはじめてから、基準電圧に達するまでの期間（０≦ｔ≦ｔ１）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より低い範囲で時間ｔの経過とともに上昇する。この場合、図３（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスのパルス幅を、Ｗｌ３、Ｗｌ２、Ｗｌ１の順に狭くするように制御して出力する。なお、パルス幅Ｗｌ１は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるパルス幅Ｗより広い。
(1) A period from when the voltage V starts to be applied from the
As shown in FIG. 2, the output voltage V rises with the lapse of time t in a range lower than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 3A, the
また、パルス発生器１６は、制御パルスのピーク電圧を、Ｖ６、Ｖ５、Ｖ４の順に高くするように制御して出力する。なお、ピーク電圧Ｖ４は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるピーク電圧ＶＧより低い。
Further, the
（２）出力電圧Ｖが基準電圧に達してから、ピーク電圧に達するまでの期間（ｔ１≦ｔ≦ｔ２）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より高い範囲で時間ｔの経過とともに上昇する。この場合、図３（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスのパルス幅を、Ｗｓ３、Ｗｓ２、Ｗｓ１の順に狭くするように制御して出力する。なお、パルス幅Ｗｓ３は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるパルス幅Ｗより狭い。
(2) Period from when the output voltage V reaches the reference voltage to when it reaches the peak voltage (t1 ≦ t ≦ t2)
As shown in FIG. 2, the output voltage V rises with the passage of time t in a range higher than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 3A, the
また、パルス発生器１６は、制御パルスのピーク電圧を、Ｖ３、Ｖ２、Ｖ１の順に高くするように制御して出力する。なお、ピーク電圧Ｖ３は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるピーク電圧ＶＧより高い。
Further, the
（３）出力電圧Ｖがピーク電圧に達してから、基準電圧に再び達するまでの期間（ｔ２≦ｔ≦ｔ３）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より高い範囲で時間ｔの経過とともに低下する。この場合、図３（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスのパルス幅を、Ｗｓ２、Ｗｓ３の順に広くするように制御して出力する。なお、パルス幅Ｗｓ３は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるパルス幅Ｗより狭い。
(3) A period from when the output voltage V reaches the peak voltage until it reaches the reference voltage again (t2 ≦ t ≦ t3)
As shown in FIG. 2, the output voltage V decreases with the passage of time t in a range higher than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 3A, the
また、パルス発生器１６は、制御パルスのピーク電圧を、Ｖ２、Ｖ３の順に低くするように制御して出力する。なお、ピーク電圧Ｖ３は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるピーク電圧ＶＧより高い。
The
（４）出力電圧Ｖがピーク電圧に再び達した後（ｔ３≦ｔ）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より低い範囲で時間ｔの経過とともに低下する。この場合、図３（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスのパルス幅を、Ｗｌ１、Ｗｌ２、・・・の順に広くするように制御して出力する。なお、パルス幅Ｗｌ１は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるパルス幅Ｗより広い。
(4) After the output voltage V reaches the peak voltage again (t3 ≦ t)
As shown in FIG. 2, the output voltage V decreases with the passage of time t in a range lower than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 3A, the
また、パルス発生器１６は、制御パルスのピーク電圧を、Ｖ４、Ｖ５、・・・・の順に低くするように制御して出力する。なお、ピーク電圧Ｖ４は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御されるピーク電圧ＶＧより低い。
The
パルス発生器１６は、電圧モニタ回路１９によって検出された出力電圧Ｖの検出結果に基づいて、以上に説明したように、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅、およびピーク電圧を制御し、半導体スイッチ１３の制御端子に入力する。なお、パルス発生器１６は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅Ｗｌ１、Ｗｌ２、Ｗｌ３、Ｗｓ１、Ｗｓ２、Ｗｓ３を、それぞれ、送信信号の平均電力が実質的に一定になるように制御することが好ましい。
Based on the detection result of the output voltage V detected by the
半導体スイッチ１３の入力端子に、図２に示されるように経時的に変動する出力電圧が印加された状態で、半導体スイッチ１３の制御端子に第１の制御パルス列Ｐｃ１が入力されると、半導体スイッチ１３は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御信号のパルス幅、および出力電圧に応じた各制御パルスからなる第２の制御パルス列Ｐｃ２を、電力増幅器１５に出力する。
When a first control pulse train Pc1 is input to the control terminal of the
電力増幅器１５に半導体スイッチ１３から第２の制御パルス列Ｐｃ２が入力され、搬送波発生器１４から搬送波が入力されると、電力増幅器１５は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる各制御パルスに応じて搬送波を増幅する。従って、電力増幅器１５は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる各制御信号のパルス幅、およびピーク電圧に応じた各パルスからなる送信信号を形成し、アンテナ素子１７に出力する。
When the second control pulse train Pc2 is input from the
電力増幅器１５において形成される送信信号は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に応じて形成されるが、第２の制御パルス列Ｐｃ２は、図３（ａ）に示される第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅、および電圧源１２の出力電圧に応じて形成される。従って、図３（ｂ）に示されるように、送信信号は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅、および電圧源１２の出力電圧に応じて形成される。
The transmission signal formed in the
なお、送信信号に含まれる各制御信号のピーク電圧が低下した場合であっても、上述のようにパルス幅を長くしてパルス圧縮技術を適用する事により、Ｓ／Ｎ比を満足出来る事は言うまでもない。 Even when the peak voltage of each control signal included in the transmission signal is reduced, it is possible to satisfy the S / N ratio by applying the pulse compression technique with a long pulse width as described above. Needless to say.
このように、送信信号は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅に応じて形成される。第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅は、電圧源１２の出力電圧の変動による送信信号の平均電力の変動が抑制されるように制御されている。従って、電圧源１２の出力電圧が変動しても、送信信号の平均電力の変動は抑制され、パルスレ−ダ装置の主要性能である最大探知距離の劣化は抑制される。
Thus, the transmission signal is formed according to the pulse width of each control pulse included in the first control pulse train Pc1. The pulse width of each control pulse included in the first control pulse train Pc1 is controlled such that fluctuations in the average power of the transmission signal due to fluctuations in the output voltage of the
なお、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのパルス幅を、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、送信信号の平均電力が実質的に一定になるように制御すれば、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、実質的に平均電力が一定の送信信号が形成される。従って、電圧源１２の出力電圧が変動しても、パルスレ−ダ装置の最大探知距離の劣化は、より抑制される。
Note that if the pulse width of each control pulse included in the first control pulse train Pc1 is controlled so that the average power of the transmission signal is substantially constant regardless of the fluctuation of the output voltage of the
以上に説明した第１の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュールによれば、電圧源１２の出力電圧の変動に応じて、送信信号に含まれる各パルスのパルス幅を制御する。従って、電圧源１２の出力電圧が変動しても、送信信号の平均電力が変動することは制御される。従って、従来のように電源変換器を用いることなく、従来の送信モジュールと同等の最大探知距離を実現することができる。従って、最大探知距離を劣化させることなく、小型化、質量の低減が可能であり、かつ電源効率を向上させることができるレーダ装置用送信モジュールを提供することができる。
According to the radar apparatus transmission module according to the first embodiment described above, the pulse width of each pulse included in the transmission signal is controlled in accordance with the fluctuation of the output voltage of the
また、第１の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュールによれば、電源変換器を用いないため、送信モジュールの低コスト化も実現される。 Further, according to the radar apparatus transmission module according to the first embodiment, since the power converter is not used, the cost of the transmission module can be reduced.
以上に説明したレーダ装置用送信モジュール１１は、電圧源１２の出力電圧が基準電圧より低下したときには、送信信号のデューティー比を高くし、基準電圧より上昇したときには、送信信号のデューティー比を低くすることによって、電源変換器を用いることなく、送信信号の平均電力の変動を抑制可能とするものである。しかし、このような送信信号のデューティー比の制御は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる制御パルスの繰り返し時間を制御することによっても制御可能である。以下に、この実施形態を第２の実施形態として説明する。
The radar
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るパルスレーダ装置用送信モジュールの構成は、図１と同様であり、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比の制御方法が異なる。以下に、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比の制御方法について説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the transmission module for a pulse radar device according to the second embodiment of the present invention is the same as that in FIG. 1, and the method for controlling the duty ratio of the first control pulse train Pc1 is different. Hereinafter, a method for controlling the duty ratio of the first control pulse train Pc1 will be described.
パルス発生器１６は、半導体スイッチ１３に印加される出力電圧が基準電圧である場合、パルス発生器１６は、パルス幅Ｗを有する複数の制御パルスが、繰り返し時間Ｔで時間軸上に配列されるように、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比Ｗ／Ｔを制御する。
When the output voltage applied to the
しかし、半導体スイッチ１３に印加される出力電圧が基準電圧より低下した場合、制御パルスの繰り返し時間をＴより短くして、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比が、Ｗ／Ｔより高くなるように制御する。
However, when the output voltage applied to the
反対に、半導体スイッチ１３に印加される出力電圧が基準電圧より上昇した場合、制御パルスの繰り返し時間をＴより長くして、第１の制御パルス列Ｐｃ１のデューティー比が、Ｗ／Ｔより低くなるように制御する。
Conversely, when the output voltage applied to the
このように、パルス発生器１６は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間を制御するため、電圧源１２の出力電圧の変動による送信信号の平均電力の変動が抑制される。なお、パルス発生器１６は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間を、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、送信信号の平均電力が実質的に一定になるように制御することが好ましい。
Thus, since the
なお、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスのピーク電圧は、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、制御パルスが入力されたときに、常に半導体スイッチ１３がＯＮするように制御される。この点は、第１の実施形態と同様であるため、具体的な説明を省略する。
The peak voltage of each control pulse included in the first control pulse train Pc1 is controlled so that the
次に、以上に説明した送信モジュール１１による送信信号の形成方法を、図２および図４を参照して説明する。図４は、本実施形態に係る送信モジュールのパルス発生器１６で形成される第１の制御パルス列Ｐｃ１と、本実施形態に係る送信モジュールから出力される送信信号と、の関係を模式的に示す説明図である。同図（ａ）は、第１の制御パルス列Ｐｃ１を示し、同図（ａ）は、送信信号を示す。
Next, a method of forming a transmission signal by the
なお、図４に記載された第１の制御パルス列Ｐｃ１および送信信号は、模式的なパルスおよび信号を示している。実際の制御パルスおよび送信信号のパルス幅は、例えば１μｓ〜２００μｓ程度、パルス繰り返し時間は、例えば１０μｓ〜１ｍｓ程度である。 Note that the first control pulse train Pc1 and the transmission signal described in FIG. 4 are schematic pulses and signals. The pulse width of the actual control pulse and transmission signal is, for example, about 1 μs to 200 μs, and the pulse repetition time is, for example, about 10 μs to 1 ms.
パルス発生器１６は、電圧モニタ回路１９によって検出された出力電圧Ｖの検出結果に基づいて、出力される第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間、およびピーク電圧を制御する。ピーク電圧の制御方法については、第１の実施形態と同様であるため、具体的な説明を省略し、以下に、パルス発生器１６による、制御パルスの繰り返し時間の制御方法を具体的に説明する。
Based on the detection result of the output voltage V detected by the
（１）電圧源１２から出力電圧Ｖが供給されはじめてから、基準電圧に達するまでの期間（０≦ｔ≦ｔ１）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より低い範囲で時間ｔの経過とともに上昇する。この場合、図４（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスの繰り返し時間を、Ｔｌ２、Ｔｌ１の順に長くするように制御して出力する。なお、繰り返し時間Ｔｌ１は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御される繰り返し時間Ｔより短い。
(1) A period from when the output voltage V starts to be supplied from the
As shown in FIG. 2, the output voltage V rises with the lapse of time t in a range lower than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 4A, the
（２）出力電圧Ｖが基準電圧に達してから、ピーク電圧に達するまでの期間（ｔ１≦ｔ≦ｔ２）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より高い範囲で時間ｔの経過とともに上昇する。この場合、図４（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスの繰り返し時間を、Ｔｓ３、Ｔｓ２、Ｔｓ１の順に長くするように制御して出力する。なお、繰り返し時間Ｔｓ３は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御される繰り返し時間Ｔより長い。
(2) Period from when the output voltage V reaches the reference voltage to when it reaches the peak voltage (t1 ≦ t ≦ t2)
As shown in FIG. 2, the output voltage V rises with the passage of time t in a range higher than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 4A, the
（３）出力電圧Ｖがピーク電圧に達してから、基準電圧に再び達するまでの期間（ｔ２≦ｔ≦ｔ３）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より高い範囲で時間ｔの経過とともに低下する。この場合、図４（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスの繰り返し時間を、Ｔｓ１、Ｔｓ２の順に短くするように制御して出力する。なお、繰り返し時間Ｔｓ２は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御される繰り返し時間Ｔより長い。
(3) A period from when the output voltage V reaches the peak voltage until it reaches the reference voltage again (t2 ≦ t ≦ t3)
As shown in FIG. 2, the output voltage V decreases with the passage of time t in a range higher than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 4A, the
（４）出力電圧Ｖがピーク電圧に再び達した後（ｔ３≦ｔ）
図２に示すように、出力電圧Ｖは、基準電圧より低い範囲で時間ｔの経過とともに低下する。この場合、図４（ａ）に示すように、パルス発生器１６は、制御パルスの繰り返し時間を、Ｔｌ１、Ｔｌ２、Ｔｌ３、・・・の順に短くするように制御して出力する。なお、繰り返し時間Ｔｌ１は、出力電圧Ｖが基準電圧のときに制御される繰り返し時間Ｔより短い。
(4) After the output voltage V reaches the peak voltage again (t3 ≦ t)
As shown in FIG. 2, the output voltage V decreases with the passage of time t in a range lower than the reference voltage. In this case, as shown in FIG. 4A, the
パルス発生器１６は、以上に説明したように、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間を制御するとともに、およびピーク電圧を制御し、半導体スイッチ１３の制御端子に入力する。なお、パルス発生器１６は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間Ｔｌ１、Ｔｌ２、Ｔｌ３、Ｔｓ１、Ｔｓ２、Ｔｓ３を、それぞれ、送信信号の平均電力が実質的に一定になるように制御することが好ましい。
As described above, the
このように、制御パルスの繰り返し時間が制御された第１の制御パルス列Ｐｃ１を半導体スイッチ１３に入力した後、この第１の制御パルス列Ｐｃ１に基づいて送信信号を形成する方法は、第１の実施形態と同様である。
The method of forming the transmission signal based on the first control pulse train Pc1 after inputting the first control pulse train Pc1 in which the repetition time of the control pulse is controlled to the
すなわち、半導体スイッチ１３は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御信号の繰り返し時間、および出力電圧に応じた各制御パルスからなる第２の制御パルス列Ｐｃ２を、電力増幅器１５に出力する。次に、電力増幅器１５は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に含まれる各制御信号の繰り返し時間、およびピーク電圧に応じた各パルスからなる送信信号を形成し、アンテナ素子１７に出力する。
That is, the
電力増幅器１５において形成される送信信号は、第２の制御パルス列Ｐｃ２に応じて形成されるが、第２の制御パルス列Ｐｃ２は、図４（ａ）に示される第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間、および電圧源１２の出力電圧に応じて形成される。従って、図４（ｂ）に示されるように、送信信号は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間、および電圧源１２の出力電圧に応じて形成される。
The transmission signal formed in the
このように、送信信号は、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間に応じて形成される。第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間は、電圧源１２の出力電圧の変動による送信信号の平均電力の変動が抑制されるように制御されている。従って、電圧源１２の出力電圧が変動しても、送信信号の平均電力の変動は抑制され、パルスレ−ダ装置の主要性能である最大探知距離の劣化は抑制される。
Thus, the transmission signal is formed according to the repetition time of each control pulse included in the first control pulse train Pc1. The repetition time of each control pulse included in the first control pulse train Pc1 is controlled so that the fluctuation of the average power of the transmission signal due to the fluctuation of the output voltage of the
なお、第１の制御パルス列Ｐｃ１に含まれる各制御パルスの繰り返し時間を、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、送信信号の平均電力が実質的に一定になるように制御すれば、電圧源１２の出力電圧の変動にかかわらず、実質的に平均電力が一定の送信信号が形成される。従って、電圧源１２の出力電圧が変動しても、パルスレ−ダ装置の最大探知距離の劣化は、より抑制される。
If the repetition time of each control pulse included in the first control pulse train Pc1 is controlled so that the average power of the transmission signal becomes substantially constant regardless of the fluctuation of the output voltage of the
以上に説明した第２の実施形態に係るレーダ装置用送信モジュール１１によれば、電圧源１２の出力電圧の変動に応じて、送信信号に含まれる各パルスの繰り返し時間を制御する。従って、電圧源１２の出力電圧が変動しても、送信信号の平均電力が変動することは制御される。従って、従来のように電源変換器を用いることなく、従来の送信モジュールと同等の最大探知距離を実現することができる。従って、最大探知距離を劣化させることなく、小型化、質量の低減が可能であり、かつ電源効率を向上させることができるレーダ装置用送信モジュールを提供することができる。さらに、送信モジュール１１の低コスト化も実現される。
According to the radar
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、 For example,
１１・・・パルスレーダ装置
１２・・・電圧源
１３・・・半導体スイッチ
１４・・・搬送波発生器
１５・・・電力増幅器
１６・・・パルス発生器
１７・・・アンテナ素子
１８・・・大容量コンデンサ
１９・・・電圧モニタ回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この電圧源に接続され、前記電圧源から出力される前記出力電圧を検出する電圧モニタ回路と、
この電圧モニタ回路に接続され、前記電圧モニタ回路によって検出された前記出力電圧に基づいて、デューティー比が制御された第１の制御パルス列を出力するパルス発生器と、
入力端子が前記電圧源に接続されるとともに、制御端子が前記パルス発生器に接続され、前記第１の制御パルス列の前記デューティー比に応じた第２の制御パルス列を出力する半導体スイッチと、
所望の周波数の搬送波を出力する搬送波発生器と、
前記半導体スイッチの出力端子、および前記搬送波発生器に接続され、前記第２の制御パルス列に含まれる制御パルスが入力されたときに、前記搬送波を増幅して送信信号を形成する電力増幅器と、
を具備し、
前記パルス発生器は、前記電圧源の出力電圧が基準電圧より低下した場合に、前記第１の制御パルス列のデューティー比を、前記電圧源の出力電圧が基準電圧である場合における前記第１の制御パルス列のデューティー比より高くし、
前記電圧源の出力電圧が基準電圧より上昇した場合に、前記第１の制御パルス列のデューティー比を、前記電圧源の出力電圧が基準電圧である場合における前記第１の制御パルス列のデューティー比より低くするように、前記第１の制御パルス列のデューティー比を制御することを特徴とするレーダ装置用送信モジュール。 A DC voltage source whose output voltage varies over time;
A voltage monitor circuit connected to the voltage source and detecting the output voltage output from the voltage source;
A pulse generator connected to the voltage monitor circuit and outputting a first control pulse train in which a duty ratio is controlled based on the output voltage detected by the voltage monitor circuit;
A semiconductor switch having an input terminal connected to the voltage source, a control terminal connected to the pulse generator, and outputting a second control pulse train corresponding to the duty ratio of the first control pulse train;
A carrier wave generator for outputting a carrier wave of a desired frequency;
A power amplifier connected to the output terminal of the semiconductor switch and the carrier wave generator, and amplifying the carrier wave to form a transmission signal when a control pulse included in the second control pulse train is input;
Comprising
The pulse generator generates a duty ratio of the first control pulse train when the output voltage of the voltage source drops below a reference voltage, and the first control when the output voltage of the voltage source is a reference voltage. Higher than the duty ratio of the pulse train,
When the output voltage of the voltage source rises above the reference voltage, the duty ratio of the first control pulse train is lower than the duty ratio of the first control pulse train when the output voltage of the voltage source is the reference voltage. As described above, the transmission module for a radar apparatus controls a duty ratio of the first control pulse train.
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