JP2020525757A - 高調波レーダー反射器 - Google Patents

Abstract

整合回路を介して非線形回路に接続されたアンテナを備える、高調波反射器回路であって、高調波反射器回路は、受信周波数（ｆＲＸ）で信号を受信するように構成され、かつ、前記受信した信号を送信周波数（ｆＴＸ）で送信するように構成されており、送信周波数は、受信周波数の倍数であり、高調波反射器回路、受信周波数（ｆＲＸ）は、第１の周波数から第２の周波数までの間隔内にあり、第１の周波数は、少なくとも８００ＭＨｚであり、第２の周波数は、第１の周波数よりも少なくとも３４ＭＨｚ大きく、受信した信号は、最大利用可能出力電力（Ｐｍａｘ）の少なくとも７０％の出力電力（Ｐｏｕｔ）で、送信周波数（ｆＴＸ）で送信される、高調波反射器回路。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダー反射器に関し、特に、高調波レーダー用のレーダー反射器に関する。

高調波レーダーは、捜索活動及び救助活動において、世界中で長期間使用されてきた。典型的な雪崩のシナリオでは、スキーヤーが雪崩で遭難し、その後すぐに救助チームが到着し、スキーヤーは反射器を装備している。救助チームは、送信周波数で信号を送信する検出器を装備しており、スキーヤーの反射器がこの信号を受信すると、反射器は、信号の周波数をその倍数に変換し、信号を送信する。これは、検出器が第１の周波数で送信し、第１の周波数の倍数で受信し、次いで、この情報がスキーヤーの位置を決定するために使用されることを意味している。

ただし、反射器の同調は、第１の周波数で受信し、第１の周波数の倍数で送信するために、アンテナを同調させることを含んでいる。更に、従来の反射器は、共振用ダイオードなどの非線形素子を使用しており、アンテナは、反射器からの出力電力を提供するために、この素子に整合される必要がある。高調波反射器の一例は、米国特許第６４５６２２８Ｂ１号に示されている。この特許は、伝送線路セクションを用いて高調波反射器の構成素子を整合させるためのガイドラインを提供している。

Ｋ．Ｒａｓｉｌａｉｎｅｎ、Ｊ．Ｉｌｖｏｎｅｎ及びＶ．Ｖｉｉｋａｒｉ著「Ａｎｔｅｎｎａ Ｍａｔｃｈｉｎｇ ａｔ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｔｏ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｌｏａｄ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ」（ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１４，ｎｏ．，ｐｐ．５３５〜５３８，２０１５年，ｄｏｉ：１０．１１０９／ＬＡＷＰ．２０１４．２３７０７６０）に別の例が開示されている。

上記のような先行技術によれば、当業者は主に、単一の周波数の反射電力に関して優れた効率を提供することに重点を置いている。

従来の反射器が異なる特性を有する物体上に配置される場合、反射器に対する物体の影響を最小限に抑えるために妥協がなされなければならない。従来の反射器は、物体の典型的な電磁的周囲条件向けに設計されている。したがって、従来の反射器は、スキーブーツ又はスキーヘルメットなどの同様の特性を有する物体に装着されるように設計されている。

欧州特許第１０３５４１８Ｂ１号などの先行技術によれば、アンテナは誘電体内に封入されており、これにより、反射器をスキーブーツの内側に装着する、又はスキーブーツの外側に取り付けられる場合に、問題が解決する。

しかしながら、既知の解決策は、物体が反射器と電磁相互作用することに起因して、サイズ及び特性に大きな違いがある物体の検出に関する課題を呈する。

本発明は、かかる課題を解決することを目的とする。

上述の課題は、受信周波数の到来信号を、受信周波数の倍数の送信周波数で反射する、広帯域応答のために設計された高調波レーダー反射器によって解決される。

先行技術の高調波反射器は狭帯域応答を提供するが、これは、先行技術の高調波反射器が主に、特定の受信周波数における反射損失を最小限にするように同調されるという事実によるものであり、つまり、高調波レーダーに到来する大量のエネルギーが非線形素子に伝達される。この高調波反射器は、狭帯域応答用に同調させることができる。これは、先行技術の高調波反射器が、それが取り付けられる物体との電磁的な相互作用に対して高感度であることを更に示唆する。

先行技術の高調波反射器は、単一の一定の環境に対する性能を最大にするように設計されている。この反射器が、異なる特性を有する環境に配置されると、性能が劣化することになる。これは主に、電磁特性の変化が、異なるアンテナインピーダンスを引き起こし、その結果、反射器のアンテナと非線形素子との間のインピーダンス整合が不十分になるためである。

本発明は、整合回路を介して非線形回路に接続されたアンテナを備える、高調波反射器回路であって、高調波反射器回路は、受信周波数（ｆＲＸ）で信号を受信するように構成され、かつ、前記受信した信号を送信周波数（ｆＴＸ）で再送信するように構成されており、送信周波数は、受信周波数の倍数であり、受信周波数（ｆＲＸ）は、第１の周波数から第２の周波数までの間隔内にあり、第１の周波数は、少なくとも８００ＭＨｚであり、第２の周波数は、第１の周波数よりも少なくとも３４ＭＨｚ高く、受信した信号は、第１の周波数の倍数から第２の周波数の同じ倍数までの送信周波数範囲内の周波数について、最大利用可能出力電力（Ｐｍａｘ）の少なくとも７０％の出力電力（Ｐｏｕｔ）で、送信周波数（ｆＴＸ）で送信される、高調波反射器回路を提供する。これにより、高調波反射器回路の広帯域挙動に起因して、材料及びサイズにおいて大きく異なる物体の検出が可能になる。

一態様によれば、第１の周波数は８６０．５ＭＨｚであり、第２の周波数は９０９．５ＭＨｚである。

一態様によれば、送信周波数ｆＴＸは、２倍受信周波数ｆＲＸである。

一態様によれば、高調波反射器は、金属フィルムを有する可撓性基板を備えている。

一態様によれば、アンテナ及び整合回路の一部は、金属フィルム内に形成される。

一態様によれば、高調波反射器は、非線形素子としてダイオードを備えている。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付図面を参照して、本発明の例示的実施形態の以下の詳細な説明に提示される。

上記は、同様の参照符号が異なる図全体を通じて同じ部品を指す添付図面に示されるような、例示的実施形態の以下のより具体的な説明から明らかとなるであろう。図面は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに例示的実施形態を示すことに重点が置かれている。
検出器及び高調波反射器回路の概略図である。 先行技術の高調波反射器からの反射電力を示すグラフである。 それが取り付けられる物体と相互作用する、先行技術の高調波反射器回路の概略図である。 検出器と一緒の、本発明の一実施形態による高調波反射器回路の概略図である。 本発明の一実施形態による高調波反射器によって提供される応答を示すグラフである。 本発明の一実施形態による高調波反射器回路の一実施形態である。

図１は、全般的に１０１と示される高調波反射器回路、及び全般的に１０２で示される検出器を示している。

検出器１０２は、周波数ｆＲＸの信号Ｓ１を送信し、この信号Ｓ１は高調波反射器回路１０１により受信され、高調波反射器回路１０１により変換され、周波数ｆＴＸの第２の信号Ｓ２として送信される。高調波反射器回路１０１は、アンテナ１０３によって、到来信号Ｓ１を受信する。アンテナ１０３は、周波数ｆＲＸと周波数ｆＴＸの両方についてアンテナ１０３と非線形回路１０５との間のインピーダンス整合をもたらす整合回路１０４に接続される。インピーダンス整合は、第１の信号Ｓ１から第２の信号Ｓ２への、それぞれの周波数ｆＲＸ及びｆＴＸにおいての低損失の変換にとって重要である。

図２に、高調波反射器１０２からの典型的な応答を開示する。第１の曲線２０１は、周波数ｆｃで送信される信号からの反射電力Ｐを示しており、曲線２０１の帯域幅は、非線形回路１０５とアンテナ１０３との間のインピーダンス整合に依存し、及び当然ながら、アンテナ１０３及び非線形回路１０５の帯域幅自体に依存する。

図３では、高調波反射器回路１０１は、接地面３０１と共に示されている。接地面３０１は、自動車又は人などの物理的物体であってもよい。接地面３０１は、高調波反射器回路１０１への誘電結合を引き起こし、それにより、整合回路１０４の特性が変化する。これは、周波数ｆｃにおける反射電力が、対応する曲線２０２上のＰからＰ’まで減少することを意味している。先行技術の高調波反射器回路１０１では、整合回路は、所定の距離にある所定の接地面と所定の誘電環境との整合をもたらすように構成される。例えば、高調波反射器回路１０１は、スキーブーツ又はヘルメットに、すなわち、同じオーダーの大きさ及び同様の誘電特性を有する接地面に装着されるように寸法決定される。これは、眼鏡に装着された又は容器に装着された従来の高調波反射器回路１０１が、接地面と周囲物質の誘電特性との違いが大きいことに部分的に起因して、反射電力Ｐに関して非常に異なる応答をもたらすことを意味している。

本願発明者らは、接地面の変動する特性及び誘電特性という問題は、様々な特性の物体からの高調波レーダー反射を検出するという課題に関連する主な寄与因子であることが分かった。

本願発明者らは、高調波反射器回路１０１の帯域幅を増大させることによって、変動する特性を有する物体からの高調波レーダー反射に関連する上記課題に対する解決策がもたらされることが分かった。これは、反射された高調波電力Ｐが周波数ｆの関数として示されている図４を検討することによって理解できる。第１の曲線４０１は、中心周波数ｆｃ付近の反射された高調波電力を示し、この第１の曲線は、先行技術の曲線２０１と比較してより広い帯域幅を提供する。接地面から高調波反射器回路１０１への容量性カップリングにより、第１の曲線４０１が中心周波数ｆｃ’の第２の曲線４０２へとシフトするように接地面３０１を配置すると仮定する。図４のｙ軸は、周波数ｆＴＸである周波数ｆＲＸの倍数における反射電力を開示している。ｘ軸は、受信周波数ｆＲＸを示している。反射電力ＰはＰ’まで減少し、これは、図２に示される減少よりもはるかに小さい。これは、反射電力Ｐが、接地面３０１によって大きく影響を受けないことを意味している。

図５では、送信周波数ｆＴＸにおける反射電力Ｐは、本発明による高調波反射器回路１０１による受信周波数ｆＲＸの関数として示されている。受信周波数（ｆＲＸ）は、第１の周波数ｆ１から第２の周波数ｆ２までの間隔内にあり、第１の周波数ｆ１は、少なくとも８００ＭＨｚである。第２の周波数ｆ２は、第１の周波数より少なくとも３４ＭＨｚ大きい。受信した信号は、既定の電磁環境について、最大利用可能出力電力（Ｐｍａｘ）の少なくとも７０％の出力電力（Ｐｏｕｔ）で、送信周波数（ｆＴＸ）で送信される。

一実施形態では、第１の周波数は８６０．５ＭＨｚであり、第２の周波数は９０９．５ＭＨｚである。

図６では、全般的に６０１で示される高調波反射器回路の一実施形態は、上面図において縮尺通りに描かれている。この高調波反射器回路６０１は、この実施形態では基板の金属フィルム６０３にはんだ付けされた表面実装ダイオード６０２である、非線形回路を備えている。アンテナ及び整合回路は、基板の金属フィルム６０３に一体成形されている。高調波反射器回路６０１は、縮尺通りに描かれており、つまり、図面を測定し、スケーリングすることによって、広帯域高調波反射器回路６０１を実現することができる。

Claims (7)

1. 整合回路を介して非線形回路に接続されたアンテナを備える、高調波反射器回路であって、前記高調波反射器回路は、受信周波数（ｆＲＸ）で信号を受信するように構成され、かつ、前記受信した信号を送信周波数（ｆＴＸ）で再送信するように構成されており、前記送信周波数は、前記受信周波数の倍数であり、前記高調波反射器回路は、
   前記受信周波数（ｆＲＸ）が、第１の周波数から第２の周波数までの間隔内にあり、
   前記第１の周波数が、少なくとも８００ＭＨｚであり、
   前記第２の周波数が、前記第１の周波数よりも少なくとも３４ＭＨｚ高く、
   前記受信した信号が、最大利用可能出力電力（Ｐｍａｘ）の少なくとも７０％の出力電力（Ｐｏｕｔ）で、前記送信周波数（ｆＴＸ）で再送信される、
   ことを特徴とする、高調波反射器回路。
2. 前記第１の周波数は８６０．５ＭＨｚであり、前記第２の周波数は９０９．５ＭＨｚである、請求項１に記載の高調波反射器。
3. 前記最大利用可能出力電力（Ｐｍａｘ）は、前記アンテナにおける到来放射電力の少なくとも０．１％である、請求項１又は２に記載の高調波反射器。
4. 前記送信周波数は、２倍受信周波数である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高調波反射器。
5. 金属フィルムを有する基板を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の高調波反射器。
6. 前記アンテナ及び前記整合回路の一部は、前記金属フィルム内に形成される、請求項４に記載の高調波反射器。
7. 非線形素子としてダイオードを更に備える、請求項４又は５に記載の高調波反射器。

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