JP2015194448A - フェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置 - Google Patents

フェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置 Download PDF

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Abstract

【課題】消費電力および占有面積を低減することができるフェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置の提供を図る。【解決手段】基準送信信号Ｓotxを生成する送信用ＰＬＬ２と、前記送信用ＰＬＬを制御する制御回路３と、前記基準送信信号を受け取り、それぞれ増幅および位相制御してユニット送信波Ｓtx1，Ｓtx2を出力する複数の送信ユニット101，102と、前記基準送信信号に基づく信号を遅延する遅延回路８と、前記遅延回路の出力信号を受け取り、自己検査を行う自己検査用信号Ｓstを生成する自己検査用ＰＬＬ４と、を有する。【選択図】図６

Description

この出願で言及する実施例は、フェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置に関する。
従来、配列された複数のアンテナ(フェーズドアレイアンテナ)に対して、位相制御された送信信号をそれぞれ入力し、指向性を制御して送信波(放射電波)を出力するフェーズドアレイ送信機が知られている。このフェーズドアレイ送信機は、例えば、フェーズドアレイレーダーや大容量のデータ伝送を行う無線通信システムの送信機として使用される。
近年、フェーズドアレイレーダーは、例えば、ＦＭ−ＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダーとしての適用が注目されている。このＦＭ−ＣＷレーダーは、比較的簡易な構成により対象物との距離および相対速度を高精度に測定可能なため、例えば、自動車に搭載して衝突を未然に回避し、或いは、前方車両との距離を一定に保持した自動走行を行うことが提案されている。
ところで、例えば、ＦＭ−ＣＷレーダーに用いられるフェーズドアレイ送信機(送受信機)において、送信信号が正常であることを自己検査(自己診断)する自己検査(ＢＩＳＴ：Built-In Self Test)回路が搭載されている。
ここで、ＢＩＳＴ回路は、例えば、フェーズドアレイ送信機が形成された半導体チップの製造時やＦＭ−ＣＷレーダー装置の組み立て時における検査工程の削減、或いは、製品動作時における異常検出や動作補償(振幅・位相制御)を行うために利用される。
製品動作時としては、例えば、フェーズドアレイ送信機が設けられたＦＭ−ＣＷレーダー装置の電源投入時、若しくは、ＦＭ−ＣＷレーダー装置が使用される環境温度の急激な変化時等において、自己検査を行って放出電波の指向特性を制御する。
ところで、従来、フェーズドアレイ送信機，送受信機或いはレーダー装置としては、様々なものが提案されている。
特開平０１−２２７９７７号公報 特開平１０−１８６０２５号公報 特開平０５−２６４７２８号公報
前述したように、例えば、ＢＩＳＴ回路が搭載されたＦＭ−ＣＷレーダー装置が提案されているが、例えば、送信用のＰＬＬ(Phase Locked Loop)とＢＩＳＴ用のＰＬＬは、それぞれ専用のデジタル回路で制御されるようになっている。
このように、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)と自己検査用ＰＬＬ(ＢＩＳＴ用ＰＬＬ：PLL-BIST)に対してそれぞれ専用のデジタル回路を設けると、消費電力および占有面積の増大を招くことになる。さらに、PLL-TXおよびPLL-BISTの設定に時間が掛かるため、ＢＩＳＴ回路を利用した処理に長時間を要することになってしまう。
一実施形態によれば、基準送信信号を生成する送信用ＰＬＬと、前記送信用ＰＬＬを制御する制御回路と、送信ユニットと、遅延回路と、自己検査用ＰＬＬと、を有するフェーズドアレイ送信機が提供される。
前記送信ユニットは、前記基準送信信号を受け取り、それぞれ増幅および位相制御してユニット送信波を出力し、前記遅延回路は、前記基準送信信号に基づく信号を遅延し、前記自己検査用ＰＬＬは、前記遅延回路の出力信号を受け取り、自己検査を行う。
開示のフェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置は、消費電力および占有面積を低減することができるという効果を奏する。
図１は、フェーズドアレイ送信機の動作を説明するための図である。 図２は、フェーズドアレイ送信機の一例を示すブロック図である。 図３は、図２に示すフェーズドアレイ送信機の要部をより詳細に示すブロック図である。 図４は、図３に示すフェーズドアレイ送信機の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図５は、フェーズドアレイ送信機の一実施例を示すブロック図である。 図６は、図５に示すフェーズドアレイ送信機の要部をより詳細に示すブロック図である。 図７は、図６に示すフェーズドアレイ送信機の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 図８は、図６に示すフェーズドアレイ送信機における自己検査処理を説明するための図である。 図９は、本実施例に係る送受信機の一例を示すブロック図である。 図１０は、本実施例に係るレーダー装置の一例を示すブロック図である。
まず、フェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置の実施例を詳述する前に、フェーズドアレイ送信機の例、並びに、その問題点を、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、フェーズドアレイ送信機の動作を説明するための図である。図１において、参照符号110は基準送信信号生成器、101，102，…，10n+1は送信ユニット、そして、ANT1，ANT2，…，ANTn+1は送信アンテナを示す。
図１に示されるように、フェーズドアレイ送信機は、例えば、基準送信信号生成器110、ｎ＋１チャネルの送信ユニット101，102，…，10n+1、および、ｎ＋１チャネルの送信アンテナANT1，ANT2，…，ANTn+1を有する。
送信ユニット101，102，…，10n+1は、可変利得アンプ111，112，…，11n+1、移相器121，122，…，12n+1、および、パワーアンプ131，132，…，13n+1を含む。可変利得アンプ111，112，…，11n+1は、基準送信信号生成器110で生成された基準送信信号Ｓotxを受け取り、基準送信信号Ｓotxの振幅を可変増幅して、移相器121，122，…，12n+1に出力する。
移相器121，122，…，12n+1は、可変利得アンプ111，112，…，11n+1からの出力信号をそれぞれ所定の位相だけシフトさせ、パワーアンプ131，132，…，13n+1に出力する。パワーアンプ131，132，…，13n+1は、移相器121，122，…，12n+1からの出力信号を電力増幅し、その出力信号(電波)Ｓtx1，Ｓtx2，…，Ｓtxn+1を、送信アンテナANT1，ANT2，…，ANTn+1を介して放射する。
例えば、フェーズドアレイ送信機は、各送信アンテナANT1，ANT2，…，ANTn+1から放射される電波の位相を、電気的に制御して光路差の分だけずらし、電波の放射方向に垂直な面で位相を揃えるようになっている。
ここで、第１チャネルの送信ユニット101は、送信アンテナANT1を介して位相φの電波Ｓtx1を放射し、第２チャネルの送信ユニット102は、送信アンテナANT2を介して位相φ＋Δφの電波Ｓtx2を放射する。
さらに、第３チャネルの送信ユニット103(図示しない)は、送信アンテナANT3を介して位相φ＋２Δφの電波Ｓtx3を放射し、そして、第ｎ＋１チャネルの送信ユニット10n+1は、送信アンテナANTn+1を介して位相φ＋ｎΔφの電波Ｓtxn+1を放射する。
以上により、各送信アンテナANT1，ANT2，…，ANTn+1からは、それぞれ所定の位相差(φ，φ＋Δφ，…，φ＋ｎΔφ)を有する電波(Ｓtx1，Ｓtx2，…，Ｓtxn+1)が放射され、その放射電波の等位相面を制御することができるようになっている。なお、各送信ユニット101，102，…，10n+1は、位相の調整と共に、振幅の調整も行う。
このようなフェーズドアレイ送信機は、例えば、自動車に搭載するフェーズドアレイレーダー、或いは、大容量のデータ通信を行う無線通信システム等に適用される。なお、フェーズドアレイ送信機には、例えば、ミリ波帯域の周波数(30GHz〜300GHz)を利用することができるが、これに限定されず、より波長の短いテラヘルツの周波数を利用してもよい。
図２は、フェーズドアレイ送信機の一例を示すブロック図であり、ＢＩＳＴ回路を搭載したフェーズドアレイ送信機、例えば、ＦＭ−ＣＷレーダー装置におけるフェーズドアレイ送信機(送受信機)の一例を示すものである。
なお、図２では、説明を簡略化するために２つの送信ユニット101，102、送信アンテナANT1，ANT2およびスイッチSW1，SW2だけが描かれているが、例えば、上述した図１と同様に、実際には、ｎ＋１個の送信ユニット101，102，…，10n+1等が設けられている。
図２に示されるように、フェーズドアレイ送信機は、２つ(複数)の送信ユニット101，102、２つの送信アンテナANT1，ANT2、２つのスイッチSW1，SW2、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)２０およびＢＩＳＴ用ＰＬＬ(自己検査用ＰＬＬ：PLL-BIST)４０を含む。
さらに、フェーズドアレイ送信機は、送信用デジタル制御回路３０、ＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０、ミキサ(混合器)６およびアナログ振幅・位相検出回路７０を含む。ここで、送信用ＰＬＬ２０は、専用の送信用デジタル制御回路３０により制御され、また、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０は、専用のＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０により制御される。
各送信ユニット101，102は、可変利得アンプ111，112、移相器121，122、パワーアンプ131，132およびカプラ141，142を含む。ここで、カプラ141，142は、パワーアンプ131，132からの出力信号(送信信号：ユニット送信波)Ｓtx1，Ｓtx2の一部(被検査信号)Ｓtx1'，Ｓtx2'を取り出し、スイッチSW1，SW2を介してミキサ６に入力するためのものである。
ミキサ６には、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０からの自己検査用信号Ｓstが入力され、ミキサ６の出力は、振幅・位相検出回路７０に入力される。ここで、例えば、カプラ141，142、スイッチSW1，SW2、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０、ＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０、ミキサ６および振幅・位相検出回路７０は、ＢＩＳＴ回路を形成する。
このＢＩＳＴ回路は、例えば、ＦＭ−ＣＷレーダー装置のフェーズドアレイ送信機において、フェーズドアレイ送信機が形成された半導体チップの製造時やＦＭ−ＣＷレーダー装置の組み立て時における検査工程を削減するために利用される。
さらに、ＢＩＳＴ回路は、例えば、フェーズドアレイ送信機の送信電波を高精度に方向制御するためにも利用され、各送信ユニット101，102から出力される送信波(放射電波)の振幅および位相を、振幅・位相検出回路７０で検出して自動補正を行う。
具体的に、まず、スイッチSW1をオンしてスイッチSW2をオフし、カプラ141により取り込んだ送信ユニット101の送信波Ｓtx1の一部Ｓtx1'をミキサ６に入力し、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０からの自己検査用信号Ｓstと混合する。
ミキサ６の出力は、振幅・位相検出回路７０に入力され、この振幅・位相検出回路７０により送信ユニット101の送信波Ｓtx1における振幅および位相が検出され、例えば、所望の大きさに調整するためのフィードバック制御が行われる。
次に、スイッチSW1をオフしてスイッチSW2をオンし、カプラ142により取り込んだ送信ユニット102の送信波Ｓtx2の一部Ｓtx2'をミキサ６に入力し、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０からの自己検査用信号Ｓstと混合する。
スイッチSW1をオンしたときと同様に、ミキサ６の出力は、振幅・位相検出回路７０に入力され、この振幅・位相検出回路７０により送信ユニット102の送信波Ｓtx2における振幅および位相が検出され、例えば、所望の大きさに調整するためのフィードバック制御が行われる。
このような処理を全ての送信ユニット(101，102，…，10n+1)に対して行うことで、フェーズドアレイ送信機の各送信アンテナ(ANT1，ANT2，…，ANTn+1)から放射される電波の振幅および位相を調整して指向特性の制御が行われる。
このような制御は、例えば、フェーズドアレイ送信機が設けられたＦＭ−ＣＷレーダー装置の電源投入時、若しくは、ＦＭ−ＣＷレーダー装置が使用される環境温度の急激な変化時等において行われるのは前述した通りである。
なお、上述した制御は、ＦＭ−ＣＷレーダー装置等のフェーズドアレイレーダーに限定されるものではなく、例えば、大容量のデータ伝送を行う無線通信システムのフェーズドアレイ送信機等でも同様である。
図３は、図２に示すフェーズドアレイ送信機の要部をより詳細に示すブロック図であり、送信用ＰＬＬ２０およびＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０を詳細に示すものである。また、図４は、図３に示すフェーズドアレイ送信機の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
図３に示されるように、送信用ＰＬＬ２０は、送信用基準クロック発振器２１，位相検出器(ＰＤ：Phase Detector)２２およびループフィルタ(ＬＦ：Loop Filter)２３を含む。さらに、送信用ＰＬＬ２０は、デジタル制御発振器(ＤＣＯ：Digital Controlled Oscillator)２４および分周器(１／Ｐ)２５を含む。
ここで、分周器２５は、例えば、送信用デジタル制御回路３０により、その分周比Ｐが可変制御可能とされている。また、ＤＣＯ２４としては、例えば、アナログの電圧制御発振器(ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator)を適用することもできる。
ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０は、ＢＩＳＴ用基準クロック発振器４１，位相検出器(ＰＤ)４２，ループフィルタ(ＬＦ)４３，デジタル制御発振器(ＤＣＯ)４４および分周器(１／Ｑ)４５を含む。ここで、分周器４５は、例えば、ＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０により、その分周比Ｑが可変制御可能とされている。また、ＤＣＯ４４として、例えば、アナログの電圧制御発振器(ＶＣＯ)を適用することもできる。
次に、図３および図４を参照して、ＢＩＳＴ回路を使用して自己検査を行い、各送信ユニット101，102(101，102，…，10n+1)の出力信号(ユニット送信波)の振幅および位相の制御を行う自己検査(自己診断)モードの処理について説明する。
図３および図４に示されるように、自己検査モードが開始すると、ステップＳＴ１において、送信用デジタル制御回路３０は、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)２０を制御して、例えば、80.000GHzの固定周波数のクロック(基準送信信号)Ｓotxを出力するように設定する。
次に、ステップＳＴ２に進み、ＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０は、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ(PLL-BIST)４０を制御して、例えば、送信用ＰＬＬ２０からのクロックよりも１ＭＨｚ高い80.001GHzの固定周波数のクロック(自己検査用信号)Ｓstを出力するように設定する。
さらに、ステップＳＴ３に進んで、スイッチSW1をオンしてスイッチSW2をオフし、カプラ141により送信ユニット101のパワーアンプ131からの出力信号(被検査信号)Ｓtx1'をミキサ６に入力し、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０からの80.001GHzのクロックＳstと混合する。
ミキサ６の出力信号(１ＭＨｚの中間周波数信号)ＩＦは、アナログ振幅・位相検出回路７０に入力されて、送信ユニット101の出力信号(ユニット送信波)Ｓtx1における振幅および位相が検出される。
すなわち、振幅・位相検出回路７０は、中間周波数信号ＩＦを、Ａ／Ｄ(Analog to Digital)変換および高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)することにより、信号Ｓtx1の振幅および位相が計算される。
次に、ステップＳＴ４に進み、スイッチSW2をオンしてスイッチSW1をオフし、カプラ142により送信ユニット102のパワーアンプ132からの被検査信号Ｓtx2'をミキサ６に入力して、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０からの80.001GHzのクロックＳstと混合する。このミキサ６からの出力信号は、振幅・位相検出回路７０に入力され、送信ユニット102の出力信号Ｓtx2における振幅および位相が検出される。
ここで、送信ユニットの数、すなわち、送信チャネル数がｎ＋１個の場合には、各送信ユニットに対応する１つのスイッチのみをオンして他のスイッチをオフする処理をｎ＋１回繰り返し、各送信ユニットの出力信号における振幅および位相を順に検出する。
そして、ステップＳＴ５に進んで、各チャネル間の振幅差および位相差が基準値内に収まっているかどうかを判定し、基準値内に収まっていないと判定した場合には、ステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ６では、振幅・位相検出回路７０による検出結果に基づいて、例えば、可変利得アンプ111，112および位相器121，122により、送信ユニットの出力信号における振幅および位相を調整して、ステップＳＴ３に戻る。
なお、ステップＳＴ５において、各チャネル間の振幅差および位相差が基準値内に収まっていると判定した場合、フェーズドアレイ送信機からの放射電波の指向特性が基準を満たしているとして自己検査モードを終了し、通常動作モードを開始する。
ここで、通常動作モードにおいて、放射電波の周波数、すなわち、送信用ＰＬＬ２０から出力される基準送信信号Ｓotxの周波数は、固定の周波数ではなく、周期的に変化して間断なく送信し続けるように制御される。
図２〜図４を参照して説明したフェーズドアレイ送信機において、例えば、送信用ＰＬＬ２０には、送信用基準クロック発振器２１が設けられており、また、専用の送信用デジタル制御回路３０により制御されている。さらに、例えば、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０には、ＢＩＳＴ用基準クロック発振器４１が設けられており、また、専用のＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０により制御されている。
すなわち、図２〜図４を参照して説明したフェーズドアレイ送信機は、送信用およびＢＩＳＴ用の２つの基準クロック発振器２１，４１、並びに、送信用およびＢＩＳＴ用の２つのデジタル制御回路３０，５０が設けられている。そのため、消費電力および占有面積の増大を招くことになる。
また、自己検査モードでは、送信用ＰＬＬ２０の出力信号(基準送信信号)ＳotxおよびＢＩＳＴ用ＰＬＬ４０の出力信号(自己検査用信号)Ｓstは、固定の周波数(例えば、Ｓotx：80.000GHz、および、Ｓst：80.001GHz)に設定される。
これに対して、フェーズドアレイ送信機が実際に使用される通常動作モードでは、送信用ＰＬＬ２０から出力される基準送信信号Ｓotxの周波数は、周期的に変化して間断なく送信し続けるように制御される。
そのため、自己検査モードから通常動作モードに切り替わっても、直ちにフェーズドアレイ送信機として使用することが難しい。すなわち、例えば、ＦＭ−ＣＷレーダー装置におけるフェーズドアレイ送信機において、ＢＩＳＴ回路による処理時間を短縮することが難しくなっている。
以下、フェーズドアレイ送信機，送受信機およびレーダー装置の実施例を、添付図面を参照して詳述する。
図５は、フェーズドアレイ送信機の一実施例を示すブロック図であり、ＢＩＳＴ回路を搭載したフェーズドアレイ送信機、例えば、ＦＭ−ＣＷレーダー装置におけるフェーズドアレイ送信機(送受信機)の一例を示すものである。
なお、図５では、説明を簡略化するために２つの送信ユニット101，102、送信アンテナANT1，ANT2およびスイッチSW1，SW2だけが描かれているが、例えば、前述した図１と同様に、実際には、ｎ＋１個の送信ユニット101，102，…，10n+1等が設けられている。
ここで、ＦＭ−ＣＷの送信機は、パルス送信波を使用することなく、周波数変調された連続波を使用して対象物との距離の測定等を行うため、送信時のピーク電力を低く抑えることができ、例えば、送信機を１つの半導体チップとして形成することが可能である。
図５に示されるように、フェーズドアレイ送信機は、２つ(複数)の送信ユニット101，102、２つの送信アンテナANT1，ANT2、２つのスイッチSW1，SW2、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)２およびＢＩＳＴ用ＰＬＬ(自己検査用ＰＬＬ：PLL-BIST)４を含む。
図５に示されるように、フェーズドアレイ送信機は、２つ(複数)の送信ユニット101，102、２つの送信アンテナANT1，ANT2、２つのスイッチSW1，SW2、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)２およびＢＩＳＴ(自己検査)用ＰＬＬ(PLL-BIST)４を含む。
すなわち、図５と前述した図２の比較から明らかなように、本実施例のフェーズドアレイ送信機では、図２における送信用デジタル制御回路３０およびＢＩＳＴ用デジタル制御回路５０は、送信用ＰＬＬ２を制御する制御回路３として纏められている。
さらに、フェーズドアレイ送信機は、制御回路３、ミキサ(混合器)６、振幅・位相検出回路７、遅延回路(τ)８および第１分周器(１／Ｎ)９を含む。ここで、第１分周器９は、固定の分周比Ｎを有し、送信用ＰＬＬ２から出力される基準送信信号ＳotxをＮ分周して遅延回路８に出力する。
各送信ユニット101，102の構成は、図２および図３を参照して説明したのと同様であり、可変利得アンプ111，112、移相器121，122、パワーアンプ131，132およびカプラ141，142を含む。ミキサ６には、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４からの自己検査用信号Ｓstが入力され、ミキサ６の出力は、振幅・位相検出回路７に入力される。
図６は、図５に示すフェーズドアレイ送信機の要部をより詳細に示すブロック図であり、送信用ＰＬＬ２，ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４およびそれらの周辺回路を詳細に示すものである。
また、図７は、図６に示すフェーズドアレイ送信機の動作の一例を説明するためのフローチャートであり、図８は、図６に示すフェーズドアレイ送信機における自己検査処理を説明するための図である。
図６に示されるように、フェーズドアレイ送信機は、２つ(複数)の送信ユニット101，102、２つの送信アンテナANT1，ANT2、２つのスイッチSW1，SW2、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)２およびＢＩＳＴ(自己検査)用ＰＬＬ(PLL-BIST)４を含む。
送信用ＰＬＬ２は、基準クロック発振器２１，位相検出器(ＰＤ：第１位相検出器)２２，ループフィルタ(ＬＦ：第１ループフィルタ)２３，デジタル制御発振器(ＤＣＯ：第１発振器)２４および第２分周器(１／Ｐ)２５を含む。
ここで、基準クロック発振器２１は、前述した図３における送信用基準クロックを発生する送信用基準クロック発振器に対応する。なお、ループフィルタ２３は、位相検出器２２の出力信号から高周波成分を低減(濾波)する。
第２分周器２５は、例えば、制御回路３により、その分周比Ｐが可変制御可能とされている。また、ＤＣＯ２４としては、例えば、アナログの電圧制御発振器(ＶＣＯ)を適用することもできる。
ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４は、位相検出器(ＰＤ：第２位相検出器)４２，ループフィルタ(ＬＦ：第２ループフィルタ)４３，デジタル制御発振器(ＤＣＯ：第２発振器)４４および第３分周器(１／Ｎ)４６を含む。
ここで、第３分周器４６は、第１分周器９と同じ固定の分周比Ｎを有し、デジタル制御発振器４４の出力信号をＮ分周して位相検出器４２にフィードバックするようになっている。また、ＤＣＯ４４として、例えば、アナログの電圧制御発振器(ＶＣＯ)を適用してもよい。なお、ループフィルタ４３は、位相検出器４２の出力信号から高周波成分を低減(濾波)する。
なお、前述したように、送信用ＰＬＬ２から出力される基準送信信号Ｓotxは、第１分周器９によりＮ分周され、その分周された出力信号が遅延回路８を介してＢＩＳＴ用ＰＬＬ４の位相検出器４２に入力される。すなわち、位相検出器４２は、遅延回路８の出力信号および第３分周器４６の出力信号を受け取って位相比較(位相検出)を行う。
次に、図６および図７を参照して、ＢＩＳＴ回路を使用して自己検査を行い、各送信ユニット101，102(101，102，…，10n+1)の出力信号(送信波)の振幅および位相の制御を行う自己検査(自己診断)モードの処理について説明する。
図７と前述した図４の比較から明らかなように、本実施例において、自己検査モードが開始しても、ステップＳＴ１およびＳＴ２の処理は行わず、直接ステップＳＴ３に進む。すなわち、本実施例のフェーズドアレイ送信機による自己検査モードでは、送信用ＰＬＬ(PLL-TX)２およびＢＩＳＴ用ＰＬＬ(PLL-BIST)４は、固定周波数のクロックを出力することなく、通常動作モードと同様に、周波数変調された連続波を出力し続ける。
そのため、図６および図７に示されるように、自己検査モードが開始すると、ステップＳＴ３に進んで、スイッチSW1をオンしてスイッチSW2をオフする。そして、カプラ141により送信ユニット101のパワーアンプ131からの出力信号(被検査信号)Ｓtx1'をミキサ６に入力し、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４からのクロック(自己検査用信号)Ｓstと混合する。
ここで、本実施例における自己検査処理について、図８を参照して説明する。図８において、参照符号Ｓtx1は、送信波(出力信号)としての送信ユニット101からのユニット送信波を示し、また、Ｓstは、受信波としてのＢＩＳＴ用ＰＬＬ４からの自己検査用信号を示す。なお、参照符号ｆbは、ＦＭ−ＣＷ方式における受信波の時間遅れに相当し、ミキサ６から出力される送信波と受信波の周波数差であるビート周波数を示す。
図８に示されるように、本実施例によれば、ミキサ６には、例えば、送信ユニット101からの送信波Ｓtx1、および、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４からの自己検査用信号Ｓstが入力される。ここで、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４の位相検出器４２には、送信用ＰＬＬ２から出力される基準送信信号Ｓotxを第１分周器９によりＮ分周し、さらに、遅延回路８により遅延時間τだけ遅延された信号が入力される。
また、位相検出器４２には、デジタル制御発振器４４の出力信号(自己検査用信号)Ｓstを、第１分周器９の分周比Ｎと同じ分周比Ｎを有する第３分周器４６によりＮ分周した信号が入力される。
これにより、図８に示されるような、自己検査モードにおいても、通常モードと同様に、周波数差を生じる状態が実現されている。すなわち、図２〜図４を参照して説明したような、自己検査モードにおける固定の周波数(80.000GHzおよび80.001GHz)に設定する制御を不要とすることができる。
ミキサ６の出力信号(ビート周波数信号)ｆbは、振幅・位相検出回路７に入力され、送信ユニット101の出力信号(ユニット送信波)Ｓtx1における振幅および位相が検出される。すなわち、振幅・位相検出回路７は、ビート周波数信号ｆbを、Ａ／Ｄ変換およびＦＦＴすることにより、信号Ｓtx1の振幅および位相が計算される。
次に、ステップＳＴ４に進み、スイッチSW2をオンしてスイッチSW1をオフし、カプラ142により送信ユニット102のパワーアンプ132からの被検査信号Ｓtx2'をミキサ６に入力して、ＢＩＳＴ用ＰＬＬ４からの自己検査用信号Ｓstと混合する。このミキサ６からの出力信号は、振幅・位相検出回路７に入力され、送信ユニット102の出力信号Ｓtx2における振幅および位相が検出される。
ここで、送信ユニットの数、すなわち、送信チャネル数がｎ＋１個の場合には、各送信ユニットに対応する１つのスイッチのみをオンして他のスイッチをオフする処理をｎ＋１回繰り返し、各送信ユニットの出力信号における振幅および位相を順に検出する。
そして、ステップＳＴ５に進んで、各チャネル間の振幅差および位相差が基準値内に収まっているかどうかを判定し、基準値内に収まっていないと判定した場合には、ステップＳＴ６に進む。
ステップＳＴ６では、振幅・位相検出回路７による検出結果に基づいて、例えば、可変利得アンプ111，112および位相器121，122により、送信ユニットの出力信号における振幅および位相を調整して、ステップＳＴ３に戻る。
なお、ステップＳＴ５において、各チャネル間の振幅差および位相差が基準値内に収まっていると判定した場合、フェーズドアレイ送信機からの放射電波の指向特性が基準を満たしているとして自己検査モードを終了し、通常動作モードを開始する。
ここで、本実施例において、自己検査モードにおいて、位相検出器４２に入力する遅延回路８の出力信号および第３分周器４６の出力信号は、両方とも送信用ＰＬＬ２から出力される基準送信信号Ｓotxに基づくものであり、周波数変調された連続波である。
従って、本実施例によれば、自己検査モードを終了して通常モードを開始する場合、例えば、図２〜図４を参照して説明したように、自己検査モードの固定周波数から、通常モードの周波数変調された連続波に切り替える処理が不要となる。
このように、本実施例によれば、ＢＩＳＴ用基準クロック発振器(41)およびＢＩＳＴ用ＰＬＬを制御するＢＩＳＴ用制御回路(40)が不要となり、消費電力および占有面積を低減することが可能になる。
さらに、本実施例によれば、自己検査モードにおける制御手順を簡易化して検査時間を短縮することができ、また、自己検査モードから通常モードへの切り替えを直ちに行うことが可能になる。
図９は、本実施例に係る送受信機の一例を示すブロック図であり、前述した図６に示すフェーズドアレイ送信機に対して、受信機の構成を追加したものに相当する。
図９に示されるように、本実施例に係る送受信機５０１は、図５〜図７を参照して説明した送信機に対して、受信アンテナANT21，ローノイズアンプ211，ミキサ60およびスイッチSW10，SW20が追加されている。
ここで、前述した自己検査モードでは、スイッチSW10をオンしてスイッチSW10をオフし、ミキサ６の出力信号を振幅・位相検出回路７に入力する。一方、通常モード(受信時)では、スイッチSW10をオフしてスイッチSW10をオンし、ミキサ60の出力信号を振幅・位相検出回路７に入力する。
なお、図９では、１つの受信アンテナANT21および１つのローノイズアンプ211のみを示すが、送信ユニット(101，102)と同様に、実際には複数設けられている。また、図９では、受信アンテナANTrxは、送信アンテナ(ANT1，ANT2)と独立に設けられているが、例えば、デュプレクサ等を使用して送受信共用アンテナとすることも可能なのはいうまでもない。
図１０は、本実施例に係るレーダー装置の一例を示すブロック図であり、自動車に搭載されたＦＭ−ＣＷレーダー装置500の例を示すものである。
図１０に示されるように、ＦＭ−ＣＷレーダー装置500は、自動車制御システム(上位システム)700により制御され、送受信機501，マイコン(信号処理回路)502，ＣＡＮ通信回路503，電源回路504，送信アンテナANTtxおよび受信アンテナANTrxを含む。
ここで、ＣＡＮ通信回路503は、耐ノイズ性の強化を考慮して設計され、相互接続された機器間のデータ転送に使われる規格であるＣＡＮ(Controller Area Network：ＩＳＯ11898およびＩＳＯ11519として標準化)に基づいた通信を行う回路である。
なお、ＦＭ−ＣＷレーダー装置500は、例えば、複数の半導体チップ501〜504および送受信アンテナANTtx，ANTrxを１つのパッケージとすることができる。また、例えば、使用する周波数がミリ波からテラヘルツになると、アンテナも含めて１つの半導体チップに形成することもできる。
以上において、本実施例は、ＦＭ−ＣＷレーダー装置，ＦＭ−ＣＷレーダー装置に適用される送受信機および送信機に限定されるものではなく、ＢＩＳＴ回路を搭載し、自己検査機能を有する様々な機器に対しても適用することが可能である。
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
以上の実施例を含む実施形態に関し、さらに、以下の付記を開示する。
（付記１）
基準送信信号を生成する送信用ＰＬＬと、
前記送信用ＰＬＬを制御する制御回路と、
前記基準送信信号を受け取り、それぞれ増幅および位相制御してユニット送信波を出力する複数の送信ユニットと、
前記基準送信信号に基づく信号を遅延する遅延回路と、
前記遅延回路の出力信号を受け取り、自己検査を行う自己検査用信号を生成する自己検査用ＰＬＬと、を有する、
ことを特徴とするフェーズドアレイ送信機。
（付記２）
さらに、前記基準送信信号を受け取り、前記基準送信信号を固定の第１分周比だけ分周して前記遅延回路に出力する第１分周器を有する、
ことを特徴とする付記１に記載のフェーズドアレイ送信機。
（付記３）
さらに、
それぞれの前記ユニット送信波の一部を取り出す複数のカプラと、
前記カプラのいずれか１つの出力信号を選択するスイッチと、
前記スイッチにより選択された前記カプラのいずれか１つの出力信号，および，前記自己検査用ＰＬＬからの前記自己検査用信号を混合するミキサと、
前記ミキサの出力を受け取って、それぞれの前記ユニット送信波の振幅および位相を検出する振幅・位相検出回路と、を有する、
ことを特徴とする付記１または付記２に記載のフェーズドアレイ送信機。
（付記４）
さらに、
それぞれの前記ユニット送信波を放射する、前記送信ユニットに対応して設けられた複数の送信アンテナを有する、
ことを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機。
（付記５）
前記送信用ＰＬＬは、
基準クロックを発生する基準クロック発振器と、
前記基準送信信号を受け取り、前記基準送信信号を前記制御回路により可変制御される第２分周比だけ分周する第２分周器と、
前記第２分周器の出力信号，および，前記基準信号を受け取って位相比較を行う第１位相検出器と、
前記第１位相検出器の出力信号から高周波成分を低減する第１ループフィルタと、
前記第１ループフィルタの出力信号に基づいた周波数を有する前記基準送信信号を生成する第１発振器と、を含む、
ことを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機。
（付記６）
前記自己検査用ＰＬＬは、
前記第１分周器と同じ前記第１分周比だけ分周する第３分周器と、
前記第３分周器の出力信号，および，前記遅延回路の出力信号を受け取って位相比較を行う第２位相検出器と、
前記第２位相検出器の出力信号から高周波成分を低減する第２ループフィルタと、
前記第２ループフィルタの出力信号に基づいた周波数を有する前記自己検査用信号を生成する第２発振器と、を含む、
ことを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機。
（付記７）
前記フェーズドアレイ送信機は、ＦＭ−ＣＷレーダー装置におけるフェーズドアレイ送信機である、
ことを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機。
（付記８）
付記１乃至付記７のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機と、
受信機と、を有する、
ことを特徴とする送受信機。
（付記９）
前記受信機は、
受信アンテナと、
前記受信アンテナからの受信信号を増幅して出力するローノイズアンプと、を有する、
ことを特徴とする付記８に記載の送受信機。
（付記１０）
付記８または付記９に記載の送受信機と、
電源回路と、
上位システムとの通信を行う通信回路と、
前記通信回路を介して前記上位システムと通信し、前記送受信機を制御する信号処理回路と、を有する、
ことを特徴とするレーダー装置。
２，２０ 送信用ＰＬＬ(PLL-TX)
３ 制御回路
４，４０ ＢＩＳＴ用ＰＬＬ(自己検査用ＰＬＬ：PLL-BIST)
６，６０ ミキサ(混合器)
７ 振幅・位相検出回路
８ 遅延回路(τ)
９ 第１分周器(１／Ｎ)
２１ 基準クロック発振器(送信用基準クロック発振器)
２２ 位相検出器(ＰＤ：第１位相検出器)
２３ ループフィルタ(ＬＦ：第１ループフィルタ)
２４ デジタル制御発振器(ＤＣＯ：第１発振器)
２５ 分周器(第２分周器：１／Ｐ)
３０ 送信用デジタル制御回路
４１ ＢＩＳＴ用基準クロック発振器
４２ 位相検出器(ＰＤ：第２位相検出器)
４３ ループフィルタ(ＬＦ：第２ループフィルタ)
４４ デジタル制御発振器(ＤＣＯ：第２発振器)
４５ 分周器(１／Ｑ)
４６ 第３分周器(１／Ｎ)
５０ ＢＩＳＴ用デジタル制御回路
７０ アナログ振幅・位相検出回路
101，102，…，10n+1 送信ユニット
110 基準送信信号生成器
111，112 可変利得アンプ
121，122 移相器
131，132 パワーアンプ
141，142 カプラ
211 ローノイズアンプ
500 レーダー装置
501 送受信機(フェーズドアレイ送受信機)
502 マイコン(信号処理回路)
503 ＣＡＮ通信回路
504 電源回路
ANT1，ANT2，…，ANTn+1、ANTtx 送信アンテナ
ANTrx 受信アンテナ
SW1，SW2，SW10，SW20 スイッチ

Claims (7)

  1. 基準送信信号を生成する送信用ＰＬＬと、
    前記送信用ＰＬＬを制御する制御回路と、
    前記基準送信信号を受け取り、それぞれ増幅および位相制御してユニット送信波を出力する複数の送信ユニットと、
    前記基準送信信号に基づく信号を遅延する遅延回路と、
    前記遅延回路の出力信号を受け取り、自己検査を行う自己検査用信号を生成する自己検査用ＰＬＬと、を有する、
    ことを特徴とするフェーズドアレイ送信機。
  2. さらに、前記基準送信信号を受け取り、前記基準送信信号を固定の第１分周比だけ分周して前記遅延回路に出力する第１分周器を有する、
    ことを特徴とする請求項１に記載のフェーズドアレイ送信機。
  3. さらに、
    それぞれの前記ユニット送信波の一部を取り出す複数のカプラと、
    前記カプラのいずれか１つの出力信号を選択するスイッチと、
    前記スイッチにより選択された前記カプラのいずれか１つの出力信号，および，前記自己検査用ＰＬＬからの前記自己検査用信号を混合するミキサと、
    前記ミキサの出力を受け取って、それぞれの前記ユニット送信波の振幅および位相を検出する振幅・位相検出回路と、を有する、
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェーズドアレイ送信機。
  4. 前記送信用ＰＬＬは、
    基準クロックを発生する基準クロック発振器と、
    前記基準送信信号を受け取り、前記基準送信信号を前記制御回路により可変制御される第２分周比だけ分周する第２分周器と、
    前記第２分周器の出力信号，および，前記基準信号を受け取って位相比較を行う第１位相検出器と、
    前記第１位相検出器の出力信号から高周波成分を低減する第１ループフィルタと、
    前記第１ループフィルタの出力信号に基づいた周波数を有する前記基準送信信号を生成する第１発振器と、を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機。
  5. 前記自己検査用ＰＬＬは、
    前記第１分周器と同じ前記第１分周比だけ分周する第３分周器と、
    前記第３分周器の出力信号，および，前記遅延回路の出力信号を受け取って位相比較を行う第２位相検出器と、
    前記第２位相検出器の出力信号から高周波成分を低減する第２ループフィルタと、
    前記第２ループフィルタの出力信号に基づいた周波数を有する前記自己検査用信号を生成する第２発振器と、を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフェーズドアレイ送信機と、
    受信機と、を有する、
    ことを特徴とする送受信機。
  7. 請求項６に記載の送受信機と、
    電源回路と、
    上位システムとの通信を行う通信回路と、
    前記通信回路を介して前記上位システムと通信し、前記送受信機を制御する信号処理回路と、を有する、
    ことを特徴とするレーダー装置。
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