JP3652275B2 - 非放射性誘電体線路用のパルス変調器およびそれを用いたミリ波送受信器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非放射性誘電体線路型のミリ波集積回路，ミリ波レーダーモジュール等に組み込まれて、ミリ波信号をＡＳＫ（Amplituted Shift Keying）変調等させるパルス変調器、およびそれを用いた非放射性誘電体線路構造のミリ波送受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波やミリ波の高周波信号を伝送させる非放射性誘電体線路（Nonradiative Dielectric Waveguideで、以下、ＮＲＤガイドという）の基本構成を図３に示す。同図に示すように、所定の間隔ａでもって平行配置された平行平板導体１１，１２間に、断面が長方形等の矩形状の誘電体線路１３を配置した構成であり、この間隔ａが高周波信号の波長λに対してａ≦λ／２であれば、外部から誘電体線路１３へのノイズの侵入をなくしかつ外部への高周波信号の放射をなくして、誘電体線路１３中で高周波信号を伝搬させることができる。なお、高周波信号の波長λは使用周波数における空気中（自由空間）での波長である。
【０００３】
このようなＮＲＤガイドに組み込まれるパルス変調器の斜視図を図４（ａ）、上方から見たときの平面図を図４（ｂ）に示す｛IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.46,NO.6,JUNE 1998,pp806-810,“High-Speed ASK Transceiver Based on the NRD-Guide Technology at 60-GHz Band”（Futoshi Kuroki）参照｝。
【０００４】
同図において、２０は高周波信号（電磁波）を伝搬させるテフロン，ポリスチレン等から成る誘電体線路で、この誘電体線路２０の一端面には、所定の空隙をあけて、テフロン，ポリスチレン等から成る他の誘電体線路２１が配置され、さらに誘電体線路２０，２１とは誘電率の異なるアルミナセラミックス等から成る誘電体シート２４が配置されている。そして、誘電体シート２４の後方には、Ｃｕ箔等からなるチョーク型バイアス供給線路構造のストリップ線路導体２５がプリントされ、ストリップ線路導体２５の中途にショットキーバリアダイオード２６が実装された配線基板２３が配置される。また、配線基板２３の後方には、テフロン，ポリスチレン等から成るさらに他の誘電体線路２２が配置されている。
【０００５】
そして、誘電体線路２０を伝搬した電磁波は、その先の配線基板２３上のショットキーバリアダイオード２６において、ショットキーバリアダイオード２６に順方向にバイアス電圧をかけたときは吸収され、無バイアスまたは逆方向にバイアス電圧をかけたときは反射する。
【０００６】
ショットキーバリアダイオード２６で反射された電磁波は、再び誘電体線路２０中を伝搬し出力される。このようにして、ショットキーバリアダイオード２６にバイアス電圧をかけることにより、電磁波にＡＳＫ変調を施すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＮＲＤガイド用のパルス変調器では、所望の周波数で動作させるために、誘電体線路２０と誘電体線路２１との空隙、誘電体線路２１，２２の長さ、誘電体シート２４の厚みでインピーダンスの整合をとっており、それらの位置ずれや加工精度が低いと動作周波数がずれ、所望の周波数でのＡＳＫ変調の特性が劣化していた。即ち、それらの加工精度および位置決め精度の維持管理が難しく、また組立ての再現性が低いため、製造の作業性が悪くなり、信頼性の高いものとならず、量産にも向かないという問題点があった。
【０００８】
さらに、従来のＮＲＤガイド用のパルス変調器では、図４（ｂ）のように、ショットキーバリアダイオード２６が実装された配線基板２３を誘電体シート２４と誘電体線路２２で挟む構成になっており、このため組立作業時にショットキーバリアダイオード２６に誘電体線路２２が接触し、ショットキーバリアダイオード２６を破損するという問題点があった。
【０００９】
このような従来のパルス変調器を備えたミリ波送受信器では、ＡＳＫ変調が不十分なため、ミリ波信号のアイソレーション特性が劣化し、ミリ波レーダ等に適用した際に正確な探知が困難になるという問題点があった。
【００１０】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、パルス変調器の組立再現性が向上し、また所望の周波数で動作させるためのインピーダンス整合が容易になるように改善し、パルス変調器の特性を再現性良く安定して得られるとともに、製造が容易化されて量産性に優れたものとすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の非放射性誘電体線路用のパルス変調器は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、前記高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、該誘電体線路の一端側に空隙および他の誘電体線路を介して、配線基板上のチョーク型バイアス供給線路の中途にショットキーバリアダイオードが接続されているとともに該ショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向に合致するように設置されているパルス変調用スイッチとを具備しており、前記空隙の間隔が、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときの前記ショットキーバリアダイオードから前記他の誘電体線路への高周波信号の反射量と前記空隙から前記誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、前記ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が180°異なっていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記の構成により、所望の周波数で動作させるためのインピーダンスの整合を空隙の間隔と他の誘電体線路の長さで行っているため、従来のような誘電体シートや配線基板の裏面側の誘電体線路が不要となり、部品点数が削減され、組立再現性が向上する。また、所望の周波数で動作させるためのインピーダンス整合が容易になり、パルス変調器の良好な特性を再現性良く安定して得られる。従って、信頼性の高いパルス変調器を生産性良く製造できる。
【００１３】
本発明において、前記空隙の間隔が、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときの前記ショットキーバリアダイオードから前記他の誘電体線路への高周波信号の反射量と前記空隙から前記誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されている。
【００１４】
本発明は、上記の構成により、パルス変調器のＯＮ時とＯＦＦ時の高周波信号の反射量の差が最も大きくなり、パルス変調器のアイソレーション特性がより良好になるという作用効果がある。
【００１５】
本発明のミリ波送受信器は、送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を前記第１の誘電体線路中へ伝搬させるミリ波信号発振部と、前記第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記送信用のミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前記送信用のミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続される第１のサーキュレータと、前記サーキュレータと同構成であって、前記第１のサーキュレータの前記第３の接続部に第１の接続部が接続される第２のサーキュレータと、該第２のサーキュレータの第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、前記送受信アンテナで受信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記第２のサーキュレータの前記第３の接続部より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途を近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生するミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記第１のサーキュレータの第２の接続部に、請求項１記載のパルス変調器が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のミリ波送受信器は、上記の構成により、ミリ波信号のＡＳＫ変調等のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、その結果ミリ波レーダー等に適用した場合にその探知距離を増大し得るものとなる。
【００１７】
また、本発明のミリ波送受信器は、送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を前記第１の誘電体線路中へ伝搬させるミリ波信号発振部と、前記第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記送信用のミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前記送信用のミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、該サーキュレータの前記第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線路と、先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けられた第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生するミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記サーキュレータの前記第３の接続部に、請求項１記載のパルス変調器が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のミリ波送受信器は、このような構成により、ミリ波信号のＡＳＫ変調等のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、また送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、従ってミリ波レーダーモジュールに適用した場合受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、さらに探知距離が増大するものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のＮＲＤガイド用のパルス変調器、およびそれを用いたミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて以下に説明する。図１（ａ）は本発明のパルス変調器の斜視図、図１（ｂ）は本発明のパルス変調器を上方から見た平面図である。なお、同図において平行平板導体は省略している。
【００２０】
同図において、１は、テフロン，ポリスチレン，コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）セラミックス、ガラスセラミックス等から成る誘電体線路、２は、誘電体線路１と同じ材料からなる他の誘電体線路、３は、誘電体線路１と誘電体線路２との間に設けられた空隙である。
【００２１】
また、誘電体線路１の一端側に空隙３および他の誘電体線路２を介して、配線基板５上のチョーク型バイアス供給線路６の中途にショットキーバリアダイオード４が接続されているとともにショットキーバリアダイオード４のバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向Ｅに合致するように設置されているパルス変調用スイッチＳｐがある。
【００２２】
また、図２は、パルス変調用スイッチＳｐの配線基板５の平面図であり、チョーク型バイアス供給線路６はλ／４の幅の広い線路部と幅の狭い線路部とが交互に形成されたチョークパターンが施されている。
【００２３】
そして、本発明では、誘電体線路２の長さｄ１と空隙３の間隔ｄ２により、インピーダンス整合がとれ、ＡＳＫ変調の動作を所望の周波数で行うことが可能となる。
【００２４】
本発明のパルス変調器では、誘電体線路１を伝搬してきた電磁波は、まず空隙３により電磁波の一部分が反射する。なお、この時の反射量は空隙３の間隔ｄ２により決定される。そして、残りの電磁波は、誘電体線路２を伝搬し、その先の配線基板５上のチョーク型バイアス供給線路６に実装されたショットキーバリアダイオード４にて、ショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアス電圧をかけたときと逆方向に電圧をかけたときとで、位相が１８０°異なって反射される。反射された電磁波は、再び誘電体線路２を伝搬し、先に空隙３で一部反射した電磁波と合流する。この時、所望の周波数で、ショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアスをかけたときに打ち消し合い、逆方向にバイアスをかけたときに強め合うように誘電体線路２の長さを設定し、かつショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアスをかけたときの反射量と空隙３での反射量が同じになるように空隙３の大きさを設定するのがよい。
【００２５】
例えば、周波数７６．５ＧＨｚの場合、誘電体線路２の長さｄ１は、−１５ｄＢ程度のアイソレーション特性を得るには３．４〜３．８ｍｍ程度とするのがよい。また、周波数７６．５ＧＨｚの場合、空隙３の間隔ｄ２は、ショットキーバリアダイオード４から他の誘電体線路２への高周波信号の反射量（−１１ｄＢ程度）と空隙３から誘電体線路１への高周波信号の反射量（−１０ｄＢ程度）とが略同じになるように設定するには、０．３〜０．５ｍｍ程度がよい。この範囲内であれば、周波数７６．５ＧＨｚにおいてアイソレーション−１５ｄＢ以上の良好な特性のパルス変調が得られる。
【００２６】
このように、所望の周波数でショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアスをかけたときは、空隙３とショットキーバリアダイオード４の反射波が打ち消し合い、電磁波は反射されない。一方、ショットキーバリアダイオード４に逆方向にバイアスをかけたときは、空隙３とショットキーバリアダイオード４の反射波が強め合い、電磁波はほぼ全反射され、良好なＡＳＫ変調が可能となる。
【００２７】
本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。
【００２８】
本発明のＮＲＤガイド用の平行平板導体は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳＵＳ（ステンレススチール），真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金）等の導体板、あるいはセラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したものでもよい。
【００２９】
また、本発明のパルス変調器が組み込まれるＮＲＤガイドは、高周波発生素子としてガンダイオード等の高周波ダイオードを組み込むことによって、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダ等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００３０】
かくして、本発明のＮＲＤガイド用のパルス変調器は、誘電体線路と配線基板との間に空隙および他の誘電体線路を設けたことにより、容易にインピーダンス整合がとれ所望の周波数で良好なＡＳＫ変調を行うことが可能となる。
【００３１】
次に、本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて以下に説明する。図６〜図８は本発明のミリ波レーダーモジュールについて示すものであり、図６は送信アンテナと受信アンテナが一体化されたものの平面図、図７は送信アンテナと受信アンテナが独立したものの平面図、図８はミリ波信号発振部の斜視図である。
【００３２】
図６において、５１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路５３の一端に設けられたミリ波信号発振部であり、送信用のミリ波信号を出力する。
【００３３】
５３は、高周波発生素子としてのガンダイオード等の高周波ダイオードから出力された高周波信号が変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、５４ａは第１の誘電体線路５３に続く第１のモードサプレッサ、５５ａは、第１，第２，第３のモードサプレッサ５４ａ〜５４ｃとフェライト円板とから成る第１のサーキュレータである。５６は、第１のサーキュレータ５５ａの第２のモードサプレッサ５４ｂの一端側に、所定の空隙を開けて設けられた誘電体線路、５７は、誘電体線路５６に接続されたショットキーバリアダイオード（図示せず）が実装された配線基板（パルス変調用スイッチ）であり、本発明のパルス変調器を構成している。モードサプレッサ５４ｃの他端には、第３，第４，第５のモードサプレッサ５４ｃ〜５４ｅとフェライト円板とから成る第２のサーキュレータ５５ｂがあり、第４のモードサプレッサ５４ｄ（第３の誘電体線路）の他端には、先端がテーパー状等とされた送受信アンテナ５８が設けられている。
【００３４】
なお、送受信アンテナ５８は、平行平板導体５１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体５１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００３５】
本発明の第１のサーキュレータ５５ａは、平行平板導体５１に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部５５ａ１，第２の接続部５５ａ２および第３の接続部５５ａ３を有し、一つの接続部から入力されたミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させる構成のものである。なお、第２のサーキュレータ５５ｂの場合、各接続部は、第１の接続部５５ｂ１，第２の接続部５５ｂ２および第３の接続部５５ｂ３である。
【００３６】
また５９は、送受信アンテナ５８で受信され第４のモードサプレッサ５４ｄを伝搬して第２のサーキュレータ５５ｂの第５のモードサプレッサ５４ｅより出力した受信波をミキサー６１側へ伝搬させる第４の誘電体線路、６０は、第１の誘電体線路５３に一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは第１の誘電体線路５３に一端が接合されて、ミリ波信号の一部をミキサー６１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６０ａは、第２の誘電体線路６０のミキサー６１と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミネータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路６０の中途と第４の誘電体線路５９の中途を近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、ミリ波信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００３７】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられている。
【００３８】
また、本発明のミリ波レーダーモジュールの実施の形態の他の例として、送信アンテナと受信アンテナを独立させた図７のタイプがある。同図において、７１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、７２は第１の誘電体線路７３の一端に設けられたミリ波信号発振部であり、送信用のミリ波信号を出力する。
【００３９】
７３は、高周波ダイオードから出力された高周波信号が周波数変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、７４ａは、第１の誘電体線路７３に続く第１のモードサプレッサ、７５は、第１，第２，第３のモードサプレッサ７４ａ〜７４ｃと、フェライト円板とから成るサーキュレータである。７６は、サーキュレータ７５の３のモードサプレッサ７４ｃの一端側に、所定の空隙を開けて設けられた誘電体線路であり、７７は誘電体線路７６に接続されたショットキーバリアダイオード（図示せず）が実装された配線基板があり、本発明のパルス変調器を構成している。７８はサーキュレータ７５の第２のモードサプレッサ７４ｂに接続され、先端がテーパー状等とされた送信アンテナである。
【００４０】
なお、サーキュレータ７５は図６のものと同様の構成であり、各接続部は、第１の接続部７５ａ，第２の接続部７５ｂおよび第３の接続部７５ｃである。
【００４１】
また７９は、第１の誘電体線路７３に一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは第１の誘電体線路７３に一端が接合されて、ミリ波信号の一部をミキサー８０側へ伝搬させる第２の誘電体線路、７９ａは、第２の誘電体線路７９のミキサー８０と反対側の一端部に設けられた無反射終端部である。８２は、受信アンテナ８１で受信された受信波をミキサー８０側へ伝搬させる第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の誘電体線路７９の中途と第４の誘電体線路８２の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００４２】
なお、送信アンテナ７８および受信アンテナ８１は、平行平板導体７１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体７１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００４３】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の空気中での波長であって使用周波数での波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられる。
【００４４】
図６，図７のミリ波レーダーモジュール用のミリ波信号発振部５２，７２を図８に示す。図８で、９２はガンダイオード９３を設置（マウント）するための金属ブロック等の金属部材、９３はミリ波を発振する高周波ダイオードの１種であるガンダイオード、９４は、金属部材９２の一側面に設置され、ガンダイオード９３にバイアス電圧を供給するとともに高周波信号の漏れを防ぐローパスフィルタとして機能するチョーク型バイアス供給線路９４ａを形成した配線基板である。９５は、チョーク型バイアス供給線路９４ａとガンダイオード９３の上部導体とを接続する金属箔リボン等の帯状導体、９６は、誘電体の基体に共振用の金属ストリップ線路９６ａを設けた金属ストリップ共振器、９７は、金属ストリップ共振器９６により共振した高周波信号をミリ波信号発振部外へ導く誘電体線路である。この誘電体線路９７が図６，図７の第１の誘電体線路５３，７３に相当する。
【００４５】
また、図６，図７のミリ波レーダーモジュールはパルス方式であり、その動作原理は以下のようなものである。ミリ波信号発振部より出力されたミリ波信号は、本発明のパルス変調器において、変調信号入力用のＭＯＤＩＮ端子に、パルス形状の電圧を入力することにより、パルス変調がかけられる。そして、送受信アンテナ５８，送信アンテナ７８より出力信号（送信波）を放射した場合、送受信アンテナ５８，送信アンテナ７８の前方にターゲットが存在すると、電波の伝搬速度の往復分の時間差をともなって、反射波（受信波）が戻り、ミキサー６１，８０の出力側のＩＦＯＵＴ端子にて出力される。
【００４６】
このＩＦＯＵＴ端子の出力の送信パルスの遅延時間ｔより、Ｒ＝ｃｔ／２（ｃ：光速）という関係式から距離Ｒを求めることができる。
【００４７】
本発明のミリ波信号発振部において、チョーク型バイアス供給線路９４ａおよび帯状導体９５の材料は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等から成り、特にＣｕ，Ａｇが、電気伝導度が良好であり、損失が小さく、発振出力が大きくなるといった点で好ましい。
【００４８】
また、帯状導体９５は金属部材９２の表面から所定間隔をあけて金属部材９２と電磁結合しており、チョーク型バイアス供給線路９４ａとガンダイオード９３間に架け渡されている。即ち、帯状導体９５の一端はチョーク型バイアス供給線路９４ａの一端に半田付け等により接続され、帯状導体９５の他端はガンダイオード９３の上部導体に半田付け等により接続されており、帯状導体９５の接続部を除く中途部分は宙に浮いた状態となっている。
【００４９】
そして、金属部材９２は、ガンダイオード９３の電気的な接地（アース）を兼ねているため金属導体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導体であれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃｕ−Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材９２は、全体が金属から成る金属ブロック、セラミックスやプラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に金属メッキしたもの、絶縁基体の表面全体または部分的に導電性樹脂材料等をコートしたものであっても良い。
【００５０】
かくして、本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールは、図６のものにおいては、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、従ってミリ波レーダーモジュールに適用した場合受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、探知距離が増大するものとなる。また、図７のものにおいては、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、また送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、さらに探知距離が増大するものとなる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【００５２】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
【００５３】
（実施例）
図１のＮＲＤガイド用のパルス変調器を以下のようにして構成した。平行平板導体として厚さ６ｍｍの２枚のＡｌ板を１．８ｍｍの間隔で配置し、それらの間に、断面形状が１．８ｍｍ（高さ）×０．８ｍｍ（幅）の矩形状であり、比誘電率４．８のコーディライトセラミックスから成る誘電体線路１を配置した。さらに、その一端側に０．４ｍｍの空隙３を開けて、断面形状が１．８ｍｍ（高さ）×０．８ｍｍ（幅）の矩形状で長さが３．６ｍｍであり、比誘電率４．８のコーディライトセラミックスから成る誘電体線路２を配置した。
【００５４】
そして、誘電体線路２の空隙３と反対側の端面に、厚さ０．２ｍｍのガラスエポキシ樹脂からなる配線基板５を配置した。この配線基板５の裏面（誘電体線路２と反対側の面）にはチョーク型バイアス供給線路６がプリントされており、チョーク型バイアス供給線路６の幅の広い線路と幅の狭い線路について、幅の広い線路部の長さはλ／４＝０．７ｍｍ（誘電体基板上では短波長化する）、幅の狭い線路部の長さはλ／４＝０．７ｍｍであり、幅の広い線路部の幅は１．５ｍｍ、幅の狭い線路部の幅は０．２ｍｍであった。そして、チョーク型バイアス供給線路６の途中にはビームリードタイプのショットキーバリアダイオード４をはんだ付けで実装した。
【００５５】
また、空隙３の間隔は、ショットキーバリアダイオード４から誘電体線路２への高周波信号（７６．５ＧＨｚ）の反射量（−１１ｄＢ）と空隙３から誘電体線路１への高周波信号（７６．５ＧＨｚ）の反射量（−１１ｄＢ）とが略同じになるように、０．４ｍｍに設定した。
【００５６】
上記構成のパルス変調器について、ネットワークアナライザを用いて７５〜８０ＧＨｚの高周波帯域で、ショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアス電圧をかけた場合（高周波信号は反射されず出力されない：ｏｆｆ）と逆方向にバイアスをかけた場合（高周波信号は反射されて出力される：ｏｎ）の高周波信号の反射特性を測定した結果を図５に示す。
【００５７】
本実施例は７６．５ＧＨｚ±０．３ＧＨｚを目的の周波数帯域としており、図５よりこの周波数帯域でのｏｎ時の透過特性は−１〜−２ｄＢ程度と非常に損失が小さく、また、ｏｎ時とｏｆｆ時のアイソレーション特性はこの周波数帯域の全域にわたって−１５ｄＢ以上であり、最も高い部分では−４５ｄＢ程度と非常に良好な特性であった。さらに、この最もアイソレーション特性が高い部分の周波数は、所望の７６．５ＧＨｚであり、この周波数において整合が最もとれており、効率良くＡＳＫ変調が行われていることがわかった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のパルス変調器は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、誘電体線路の一端側に空隙および他の誘電体線路を介して、配線基板上のチョーク型バイアス供給線路の中途にショットキーバリアダイオードが接続されているとともにショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向に合致するように設置されているパルス変調用スイッチとを具備しており、空隙の間隔が、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオードから他の誘電体線路への高周波信号の反射量と空隙から誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が180°異なっていることにより、所望の周波数で動作させるためのインピーダンスの整合を、空隙と他の誘電体線路の長さで行っているため、従来のような誘電体シートや配線基板の裏面の誘電体線路が不要となり、部品点数が削減され、組立再現性が向上する。また、所望の周波数で動作させるためのインピーダンスの整合が容易になり、パルス変調器の良好な特性が再現性良く安定して得られる。従って、信頼性の高いパルス変調器を生産性良く製造できる。
【００５９】
本発明において、空隙の間隔が、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオードから他の誘電体線路への高周波信号の反射量と空隙から誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が180°異なっていることにより、パルス変調器のＯＮ時とＯＦＦ時の高周波信号の反射量の差が最も大きくなり、パルス変調器のアイソレーション特性がより良好になるという作用効果がある。
【００６０】
また、本発明の送受信アンテナを有するミリ波送受信器は、本発明のパルス変調器を用いることにより、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、従ってミリ波レーダー等に適用した場合受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、探知距離が増大するものとなる。また、本発明の送信アンテナと受信アンテナが独立したミリ波送受信器は、本発明のパルス変調器を用いることにより、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、また送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果さらに受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、探知距離がさらに増大するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のＮＲＤガイド用のパルス変調器について実施の形態の例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のパルス変調器を上方から見たときの平面図である。
【図２】本発明のパルス変調器に用いられるショットキーバリアダイオードを設けた配線基板の平面図である。
【図３】本発明のＮＲＤガイドの基本構成を示し、内部を一部透視したものの斜視図である。
【図４】（ａ）は従来のＮＲＤガイド用のパルス変調器の斜視図、（ｂ）は（ａ）のパルス変調器を上方から見たときの平面図である。
【図５】本発明のパルス変調器について高周波信号の反射特性を測定した結果のグラフである。
【図６】本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて実施の形態の例を示す平面図である。
【図７】本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明のミリ波レーダーモジュール用のミリ波信号発振部の斜視図である。
【符号の説明】
１：誘電体線路
２：他の誘電体線路
３：空隙
４：ショットキーバリアダイオード
５：配線基板
６：チョーク型バイアス供給線路
【発明の属する技術分野】
本発明は、非放射性誘電体線路型のミリ波集積回路，ミリ波レーダーモジュール等に組み込まれて、ミリ波信号をＡＳＫ（Amplituted Shift Keying）変調等させるパルス変調器、およびそれを用いた非放射性誘電体線路構造のミリ波送受信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波やミリ波の高周波信号を伝送させる非放射性誘電体線路（Nonradiative Dielectric Waveguideで、以下、ＮＲＤガイドという）の基本構成を図３に示す。同図に示すように、所定の間隔ａでもって平行配置された平行平板導体１１，１２間に、断面が長方形等の矩形状の誘電体線路１３を配置した構成であり、この間隔ａが高周波信号の波長λに対してａ≦λ／２であれば、外部から誘電体線路１３へのノイズの侵入をなくしかつ外部への高周波信号の放射をなくして、誘電体線路１３中で高周波信号を伝搬させることができる。なお、高周波信号の波長λは使用周波数における空気中（自由空間）での波長である。
【０００３】
このようなＮＲＤガイドに組み込まれるパルス変調器の斜視図を図４（ａ）、上方から見たときの平面図を図４（ｂ）に示す｛IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES, VOL.46,NO.6,JUNE 1998,pp806-810,“High-Speed ASK Transceiver Based on the NRD-Guide Technology at 60-GHz Band”（Futoshi Kuroki）参照｝。
【０００４】
同図において、２０は高周波信号（電磁波）を伝搬させるテフロン，ポリスチレン等から成る誘電体線路で、この誘電体線路２０の一端面には、所定の空隙をあけて、テフロン，ポリスチレン等から成る他の誘電体線路２１が配置され、さらに誘電体線路２０，２１とは誘電率の異なるアルミナセラミックス等から成る誘電体シート２４が配置されている。そして、誘電体シート２４の後方には、Ｃｕ箔等からなるチョーク型バイアス供給線路構造のストリップ線路導体２５がプリントされ、ストリップ線路導体２５の中途にショットキーバリアダイオード２６が実装された配線基板２３が配置される。また、配線基板２３の後方には、テフロン，ポリスチレン等から成るさらに他の誘電体線路２２が配置されている。
【０００５】
そして、誘電体線路２０を伝搬した電磁波は、その先の配線基板２３上のショットキーバリアダイオード２６において、ショットキーバリアダイオード２６に順方向にバイアス電圧をかけたときは吸収され、無バイアスまたは逆方向にバイアス電圧をかけたときは反射する。
【０００６】
ショットキーバリアダイオード２６で反射された電磁波は、再び誘電体線路２０中を伝搬し出力される。このようにして、ショットキーバリアダイオード２６にバイアス電圧をかけることにより、電磁波にＡＳＫ変調を施すことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＮＲＤガイド用のパルス変調器では、所望の周波数で動作させるために、誘電体線路２０と誘電体線路２１との空隙、誘電体線路２１，２２の長さ、誘電体シート２４の厚みでインピーダンスの整合をとっており、それらの位置ずれや加工精度が低いと動作周波数がずれ、所望の周波数でのＡＳＫ変調の特性が劣化していた。即ち、それらの加工精度および位置決め精度の維持管理が難しく、また組立ての再現性が低いため、製造の作業性が悪くなり、信頼性の高いものとならず、量産にも向かないという問題点があった。
【０００８】
さらに、従来のＮＲＤガイド用のパルス変調器では、図４（ｂ）のように、ショットキーバリアダイオード２６が実装された配線基板２３を誘電体シート２４と誘電体線路２２で挟む構成になっており、このため組立作業時にショットキーバリアダイオード２６に誘電体線路２２が接触し、ショットキーバリアダイオード２６を破損するという問題点があった。
【０００９】
このような従来のパルス変調器を備えたミリ波送受信器では、ＡＳＫ変調が不十分なため、ミリ波信号のアイソレーション特性が劣化し、ミリ波レーダ等に適用した際に正確な探知が困難になるという問題点があった。
【００１０】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、パルス変調器の組立再現性が向上し、また所望の周波数で動作させるためのインピーダンス整合が容易になるように改善し、パルス変調器の特性を再現性良く安定して得られるとともに、製造が容易化されて量産性に優れたものとすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の非放射性誘電体線路用のパルス変調器は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、前記高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、該誘電体線路の一端側に空隙および他の誘電体線路を介して、配線基板上のチョーク型バイアス供給線路の中途にショットキーバリアダイオードが接続されているとともに該ショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向に合致するように設置されているパルス変調用スイッチとを具備しており、前記空隙の間隔が、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときの前記ショットキーバリアダイオードから前記他の誘電体線路への高周波信号の反射量と前記空隙から前記誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、前記ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が180°異なっていることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、上記の構成により、所望の周波数で動作させるためのインピーダンスの整合を空隙の間隔と他の誘電体線路の長さで行っているため、従来のような誘電体シートや配線基板の裏面側の誘電体線路が不要となり、部品点数が削減され、組立再現性が向上する。また、所望の周波数で動作させるためのインピーダンス整合が容易になり、パルス変調器の良好な特性を再現性良く安定して得られる。従って、信頼性の高いパルス変調器を生産性良く製造できる。
【００１３】
本発明において、前記空隙の間隔が、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときの前記ショットキーバリアダイオードから前記他の誘電体線路への高周波信号の反射量と前記空隙から前記誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されている。
【００１４】
本発明は、上記の構成により、パルス変調器のＯＮ時とＯＦＦ時の高周波信号の反射量の差が最も大きくなり、パルス変調器のアイソレーション特性がより良好になるという作用効果がある。
【００１５】
本発明のミリ波送受信器は、送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を前記第１の誘電体線路中へ伝搬させるミリ波信号発振部と、前記第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記送信用のミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前記送信用のミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続される第１のサーキュレータと、前記サーキュレータと同構成であって、前記第１のサーキュレータの前記第３の接続部に第１の接続部が接続される第２のサーキュレータと、該第２のサーキュレータの第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、前記送受信アンテナで受信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記第２のサーキュレータの前記第３の接続部より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途を近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生するミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記第１のサーキュレータの第２の接続部に、請求項１記載のパルス変調器が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のミリ波送受信器は、上記の構成により、ミリ波信号のＡＳＫ変調等のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、その結果ミリ波レーダー等に適用した場合にその探知距離を増大し得るものとなる。
【００１７】
また、本発明のミリ波送受信器は、送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を前記第１の誘電体線路中へ伝搬させるミリ波信号発振部と、前記第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記送信用のミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前記送信用のミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、該サーキュレータの前記第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線路と、先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けられた第４の誘電体線路と、前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生するミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、前記サーキュレータの前記第３の接続部に、請求項１記載のパルス変調器が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明のミリ波送受信器は、このような構成により、ミリ波信号のＡＳＫ変調等のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、また送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、従ってミリ波レーダーモジュールに適用した場合受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、さらに探知距離が増大するものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明のＮＲＤガイド用のパルス変調器、およびそれを用いたミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて以下に説明する。図１（ａ）は本発明のパルス変調器の斜視図、図１（ｂ）は本発明のパルス変調器を上方から見た平面図である。なお、同図において平行平板導体は省略している。
【００２０】
同図において、１は、テフロン，ポリスチレン，コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）セラミックス、ガラスセラミックス等から成る誘電体線路、２は、誘電体線路１と同じ材料からなる他の誘電体線路、３は、誘電体線路１と誘電体線路２との間に設けられた空隙である。
【００２１】
また、誘電体線路１の一端側に空隙３および他の誘電体線路２を介して、配線基板５上のチョーク型バイアス供給線路６の中途にショットキーバリアダイオード４が接続されているとともにショットキーバリアダイオード４のバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向Ｅに合致するように設置されているパルス変調用スイッチＳｐがある。
【００２２】
また、図２は、パルス変調用スイッチＳｐの配線基板５の平面図であり、チョーク型バイアス供給線路６はλ／４の幅の広い線路部と幅の狭い線路部とが交互に形成されたチョークパターンが施されている。
【００２３】
そして、本発明では、誘電体線路２の長さｄ１と空隙３の間隔ｄ２により、インピーダンス整合がとれ、ＡＳＫ変調の動作を所望の周波数で行うことが可能となる。
【００２４】
本発明のパルス変調器では、誘電体線路１を伝搬してきた電磁波は、まず空隙３により電磁波の一部分が反射する。なお、この時の反射量は空隙３の間隔ｄ２により決定される。そして、残りの電磁波は、誘電体線路２を伝搬し、その先の配線基板５上のチョーク型バイアス供給線路６に実装されたショットキーバリアダイオード４にて、ショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアス電圧をかけたときと逆方向に電圧をかけたときとで、位相が１８０°異なって反射される。反射された電磁波は、再び誘電体線路２を伝搬し、先に空隙３で一部反射した電磁波と合流する。この時、所望の周波数で、ショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアスをかけたときに打ち消し合い、逆方向にバイアスをかけたときに強め合うように誘電体線路２の長さを設定し、かつショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアスをかけたときの反射量と空隙３での反射量が同じになるように空隙３の大きさを設定するのがよい。
【００２５】
例えば、周波数７６．５ＧＨｚの場合、誘電体線路２の長さｄ１は、−１５ｄＢ程度のアイソレーション特性を得るには３．４〜３．８ｍｍ程度とするのがよい。また、周波数７６．５ＧＨｚの場合、空隙３の間隔ｄ２は、ショットキーバリアダイオード４から他の誘電体線路２への高周波信号の反射量（−１１ｄＢ程度）と空隙３から誘電体線路１への高周波信号の反射量（−１０ｄＢ程度）とが略同じになるように設定するには、０．３〜０．５ｍｍ程度がよい。この範囲内であれば、周波数７６．５ＧＨｚにおいてアイソレーション−１５ｄＢ以上の良好な特性のパルス変調が得られる。
【００２６】
このように、所望の周波数でショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアスをかけたときは、空隙３とショットキーバリアダイオード４の反射波が打ち消し合い、電磁波は反射されない。一方、ショットキーバリアダイオード４に逆方向にバイアスをかけたときは、空隙３とショットキーバリアダイオード４の反射波が強め合い、電磁波はほぼ全反射され、良好なＡＳＫ変調が可能となる。
【００２７】
本発明でいう高周波帯域は、数１０〜数１００ＧＨｚ帯域のマイクロ波帯域およびミリ波帯域に相当し、例えば３０ＧＨｚ以上、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。
【００２８】
本発明のＮＲＤガイド用の平行平板導体は、高い電気伝導度および加工性等の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳＵＳ（ステンレススチール），真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金）等の導体板、あるいはセラミックス，樹脂等から成る絶縁板の表面にこれらの導体層を形成したものでもよい。
【００２９】
また、本発明のパルス変調器が組み込まれるＮＲＤガイドは、高周波発生素子としてガンダイオード等の高周波ダイオードを組み込むことによって、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダ等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物および他の自動車に対しミリ波を照射し、反射波を元のミリ波と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより障害物および他の自動車までの距離、それらの移動速度等が測定できる。
【００３０】
かくして、本発明のＮＲＤガイド用のパルス変調器は、誘電体線路と配線基板との間に空隙および他の誘電体線路を設けたことにより、容易にインピーダンス整合がとれ所望の周波数で良好なＡＳＫ変調を行うことが可能となる。
【００３１】
次に、本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて以下に説明する。図６〜図８は本発明のミリ波レーダーモジュールについて示すものであり、図６は送信アンテナと受信アンテナが一体化されたものの平面図、図７は送信アンテナと受信アンテナが独立したものの平面図、図８はミリ波信号発振部の斜視図である。
【００３２】
図６において、５１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、５２は第１の誘電体線路５３の一端に設けられたミリ波信号発振部であり、送信用のミリ波信号を出力する。
【００３３】
５３は、高周波発生素子としてのガンダイオード等の高周波ダイオードから出力された高周波信号が変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、５４ａは第１の誘電体線路５３に続く第１のモードサプレッサ、５５ａは、第１，第２，第３のモードサプレッサ５４ａ〜５４ｃとフェライト円板とから成る第１のサーキュレータである。５６は、第１のサーキュレータ５５ａの第２のモードサプレッサ５４ｂの一端側に、所定の空隙を開けて設けられた誘電体線路、５７は、誘電体線路５６に接続されたショットキーバリアダイオード（図示せず）が実装された配線基板（パルス変調用スイッチ）であり、本発明のパルス変調器を構成している。モードサプレッサ５４ｃの他端には、第３，第４，第５のモードサプレッサ５４ｃ〜５４ｅとフェライト円板とから成る第２のサーキュレータ５５ｂがあり、第４のモードサプレッサ５４ｄ（第３の誘電体線路）の他端には、先端がテーパー状等とされた送受信アンテナ５８が設けられている。
【００３４】
なお、送受信アンテナ５８は、平行平板導体５１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体５１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００３５】
本発明の第１のサーキュレータ５５ａは、平行平板導体５１に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部５５ａ１，第２の接続部５５ａ２および第３の接続部５５ａ３を有し、一つの接続部から入力されたミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させる構成のものである。なお、第２のサーキュレータ５５ｂの場合、各接続部は、第１の接続部５５ｂ１，第２の接続部５５ｂ２および第３の接続部５５ｂ３である。
【００３６】
また５９は、送受信アンテナ５８で受信され第４のモードサプレッサ５４ｄを伝搬して第２のサーキュレータ５５ｂの第５のモードサプレッサ５４ｅより出力した受信波をミキサー６１側へ伝搬させる第４の誘電体線路、６０は、第１の誘電体線路５３に一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは第１の誘電体線路５３に一端が接合されて、ミリ波信号の一部をミキサー６１側へ伝搬させる第２の誘電体線路、６０ａは、第２の誘電体線路６０のミキサー６１と反対側の一端部に設けられた無反射終端部（ターミネータ）である。また、図中Ｍ１は、第２の誘電体線路６０の中途と第４の誘電体線路５９の中途を近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、ミリ波信号の一部と受信波を混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００３７】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられている。
【００３８】
また、本発明のミリ波レーダーモジュールの実施の形態の他の例として、送信アンテナと受信アンテナを独立させた図７のタイプがある。同図において、７１は本発明の一方の平行平板導体（他方は省略する）、７２は第１の誘電体線路７３の一端に設けられたミリ波信号発振部であり、送信用のミリ波信号を出力する。
【００３９】
７３は、高周波ダイオードから出力された高周波信号が周波数変調されたミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路、７４ａは、第１の誘電体線路７３に続く第１のモードサプレッサ、７５は、第１，第２，第３のモードサプレッサ７４ａ〜７４ｃと、フェライト円板とから成るサーキュレータである。７６は、サーキュレータ７５の３のモードサプレッサ７４ｃの一端側に、所定の空隙を開けて設けられた誘電体線路であり、７７は誘電体線路７６に接続されたショットキーバリアダイオード（図示せず）が実装された配線基板があり、本発明のパルス変調器を構成している。７８はサーキュレータ７５の第２のモードサプレッサ７４ｂに接続され、先端がテーパー状等とされた送信アンテナである。
【００４０】
なお、サーキュレータ７５は図６のものと同様の構成であり、各接続部は、第１の接続部７５ａ，第２の接続部７５ｂおよび第３の接続部７５ｃである。
【００４１】
また７９は、第１の誘電体線路７３に一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは第１の誘電体線路７３に一端が接合されて、ミリ波信号の一部をミキサー８０側へ伝搬させる第２の誘電体線路、７９ａは、第２の誘電体線路７９のミキサー８０と反対側の一端部に設けられた無反射終端部である。８２は、受信アンテナ８１で受信された受信波をミキサー８０側へ伝搬させる第４の誘電体線路である。また、図中Ｍ２は、第２の誘電体線路７９の中途と第４の誘電体線路８２の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、ミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生させるミキサー部である。
【００４２】
なお、送信アンテナ７８および受信アンテナ８１は、平行平板導体７１に形成された貫通孔を通して高周波信号を入力または出力させ、平行平板導体７１の外面に貫通孔に接続された金属導波管を介して設置されたホーンアンテナ等であってもよい。
【００４３】
そして、これらの各種部品は、ミリ波信号の空気中での波長であって使用周波数での波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に設けられる。
【００４４】
図６，図７のミリ波レーダーモジュール用のミリ波信号発振部５２，７２を図８に示す。図８で、９２はガンダイオード９３を設置（マウント）するための金属ブロック等の金属部材、９３はミリ波を発振する高周波ダイオードの１種であるガンダイオード、９４は、金属部材９２の一側面に設置され、ガンダイオード９３にバイアス電圧を供給するとともに高周波信号の漏れを防ぐローパスフィルタとして機能するチョーク型バイアス供給線路９４ａを形成した配線基板である。９５は、チョーク型バイアス供給線路９４ａとガンダイオード９３の上部導体とを接続する金属箔リボン等の帯状導体、９６は、誘電体の基体に共振用の金属ストリップ線路９６ａを設けた金属ストリップ共振器、９７は、金属ストリップ共振器９６により共振した高周波信号をミリ波信号発振部外へ導く誘電体線路である。この誘電体線路９７が図６，図７の第１の誘電体線路５３，７３に相当する。
【００４５】
また、図６，図７のミリ波レーダーモジュールはパルス方式であり、その動作原理は以下のようなものである。ミリ波信号発振部より出力されたミリ波信号は、本発明のパルス変調器において、変調信号入力用のＭＯＤＩＮ端子に、パルス形状の電圧を入力することにより、パルス変調がかけられる。そして、送受信アンテナ５８，送信アンテナ７８より出力信号（送信波）を放射した場合、送受信アンテナ５８，送信アンテナ７８の前方にターゲットが存在すると、電波の伝搬速度の往復分の時間差をともなって、反射波（受信波）が戻り、ミキサー６１，８０の出力側のＩＦＯＵＴ端子にて出力される。
【００４６】
このＩＦＯＵＴ端子の出力の送信パルスの遅延時間ｔより、Ｒ＝ｃｔ／２（ｃ：光速）という関係式から距離Ｒを求めることができる。
【００４７】
本発明のミリ波信号発振部において、チョーク型バイアス供給線路９４ａおよび帯状導体９５の材料は、Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇ，Ｗ，Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等から成り、特にＣｕ，Ａｇが、電気伝導度が良好であり、損失が小さく、発振出力が大きくなるといった点で好ましい。
【００４８】
また、帯状導体９５は金属部材９２の表面から所定間隔をあけて金属部材９２と電磁結合しており、チョーク型バイアス供給線路９４ａとガンダイオード９３間に架け渡されている。即ち、帯状導体９５の一端はチョーク型バイアス供給線路９４ａの一端に半田付け等により接続され、帯状導体９５の他端はガンダイオード９３の上部導体に半田付け等により接続されており、帯状導体９５の接続部を除く中途部分は宙に浮いた状態となっている。
【００４９】
そして、金属部材９２は、ガンダイオード９３の電気的な接地（アース）を兼ねているため金属導体であれば良く、その材料は金属（合金を含む）導体であれば特に限定するものではなく、真鍮（黄銅：Ｃｕ−Ｚｎ合金），Ａｌ，Ｃｕ，ＳＵＳ（ステンレススチール），Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ等から成る。また金属部材９２は、全体が金属から成る金属ブロック、セラミックスやプラスチック等の絶縁基体の表面全体または部分的に金属メッキしたもの、絶縁基体の表面全体または部分的に導電性樹脂材料等をコートしたものであっても良い。
【００５０】
かくして、本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールは、図６のものにおいては、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、従ってミリ波レーダーモジュールに適用した場合受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、探知距離が増大するものとなる。また、図７のものにおいては、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、また送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、さらに探知距離が増大するものとなる。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を行うことは何等差し支えない。
【００５２】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
【００５３】
（実施例）
図１のＮＲＤガイド用のパルス変調器を以下のようにして構成した。平行平板導体として厚さ６ｍｍの２枚のＡｌ板を１．８ｍｍの間隔で配置し、それらの間に、断面形状が１．８ｍｍ（高さ）×０．８ｍｍ（幅）の矩形状であり、比誘電率４．８のコーディライトセラミックスから成る誘電体線路１を配置した。さらに、その一端側に０．４ｍｍの空隙３を開けて、断面形状が１．８ｍｍ（高さ）×０．８ｍｍ（幅）の矩形状で長さが３．６ｍｍであり、比誘電率４．８のコーディライトセラミックスから成る誘電体線路２を配置した。
【００５４】
そして、誘電体線路２の空隙３と反対側の端面に、厚さ０．２ｍｍのガラスエポキシ樹脂からなる配線基板５を配置した。この配線基板５の裏面（誘電体線路２と反対側の面）にはチョーク型バイアス供給線路６がプリントされており、チョーク型バイアス供給線路６の幅の広い線路と幅の狭い線路について、幅の広い線路部の長さはλ／４＝０．７ｍｍ（誘電体基板上では短波長化する）、幅の狭い線路部の長さはλ／４＝０．７ｍｍであり、幅の広い線路部の幅は１．５ｍｍ、幅の狭い線路部の幅は０．２ｍｍであった。そして、チョーク型バイアス供給線路６の途中にはビームリードタイプのショットキーバリアダイオード４をはんだ付けで実装した。
【００５５】
また、空隙３の間隔は、ショットキーバリアダイオード４から誘電体線路２への高周波信号（７６．５ＧＨｚ）の反射量（−１１ｄＢ）と空隙３から誘電体線路１への高周波信号（７６．５ＧＨｚ）の反射量（−１１ｄＢ）とが略同じになるように、０．４ｍｍに設定した。
【００５６】
上記構成のパルス変調器について、ネットワークアナライザを用いて７５〜８０ＧＨｚの高周波帯域で、ショットキーバリアダイオード４に順方向にバイアス電圧をかけた場合（高周波信号は反射されず出力されない：ｏｆｆ）と逆方向にバイアスをかけた場合（高周波信号は反射されて出力される：ｏｎ）の高周波信号の反射特性を測定した結果を図５に示す。
【００５７】
本実施例は７６．５ＧＨｚ±０．３ＧＨｚを目的の周波数帯域としており、図５よりこの周波数帯域でのｏｎ時の透過特性は−１〜−２ｄＢ程度と非常に損失が小さく、また、ｏｎ時とｏｆｆ時のアイソレーション特性はこの周波数帯域の全域にわたって−１５ｄＢ以上であり、最も高い部分では−４５ｄＢ程度と非常に良好な特性であった。さらに、この最もアイソレーション特性が高い部分の周波数は、所望の７６．５ＧＨｚであり、この周波数において整合が最もとれており、効率良くＡＳＫ変調が行われていることがわかった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のパルス変調器は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、誘電体線路の一端側に空隙および他の誘電体線路を介して、配線基板上のチョーク型バイアス供給線路の中途にショットキーバリアダイオードが接続されているとともにショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向に合致するように設置されているパルス変調用スイッチとを具備しており、空隙の間隔が、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオードから他の誘電体線路への高周波信号の反射量と空隙から誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が180°異なっていることにより、所望の周波数で動作させるためのインピーダンスの整合を、空隙と他の誘電体線路の長さで行っているため、従来のような誘電体シートや配線基板の裏面の誘電体線路が不要となり、部品点数が削減され、組立再現性が向上する。また、所望の周波数で動作させるためのインピーダンスの整合が容易になり、パルス変調器の良好な特性が再現性良く安定して得られる。従って、信頼性の高いパルス変調器を生産性良く製造できる。
【００５９】
本発明において、空隙の間隔が、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオードから他の誘電体線路への高周波信号の反射量と空隙から誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が180°異なっていることにより、パルス変調器のＯＮ時とＯＦＦ時の高周波信号の反射量の差が最も大きくなり、パルス変調器のアイソレーション特性がより良好になるという作用効果がある。
【００６０】
また、本発明の送受信アンテナを有するミリ波送受信器は、本発明のパルス変調器を用いることにより、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、従ってミリ波レーダー等に適用した場合受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、探知距離が増大するものとなる。また、本発明の送信アンテナと受信アンテナが独立したミリ波送受信器は、本発明のパルス変調器を用いることにより、ミリ波信号のパルス変調によるアイソレーション特性が改善され、また送信用のミリ波信号がサーキュレータを介してミキサーへ混入することがなく、その結果さらに受信信号のノイズが低減してミリ波信号の伝送特性に優れ、探知距離がさらに増大するものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のＮＲＤガイド用のパルス変調器について実施の形態の例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のパルス変調器を上方から見たときの平面図である。
【図２】本発明のパルス変調器に用いられるショットキーバリアダイオードを設けた配線基板の平面図である。
【図３】本発明のＮＲＤガイドの基本構成を示し、内部を一部透視したものの斜視図である。
【図４】（ａ）は従来のＮＲＤガイド用のパルス変調器の斜視図、（ｂ）は（ａ）のパルス変調器を上方から見たときの平面図である。
【図５】本発明のパルス変調器について高周波信号の反射特性を測定した結果のグラフである。
【図６】本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて実施の形態の例を示す平面図である。
【図７】本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダーモジュールについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明のミリ波レーダーモジュール用のミリ波信号発振部の斜視図である。
【符号の説明】
１：誘電体線路
２：他の誘電体線路
３：空隙
４：ショットキーバリアダイオード
５：配線基板
６：チョーク型バイアス供給線路
Claims (3)
- 高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、前記高周波信号を伝搬させる誘電体線路と、該誘電体線路の一端側に空隙および他の誘電体線路を介して、配線基板上のチョーク型バイアス供給線路の中途にショットキーバリアダイオードが接続されているとともに該ショットキーバリアダイオードのバイアス電圧印加方向がＬＳＭモードの電磁波の電界方向に合致するように設置されているパルス変調用スイッチとを具備しており、前記空隙の間隔が、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときの前記ショットキーバリアダイオードから前記他の誘電体線路への高周波信号の反射量と前記空隙から前記誘電体線路への高周波信号の反射量とが略同じになるように設定されているとともに、前記ショットキーバリアダイオードに順方向にバイアス電圧を印加したときと逆方向にバイアス電圧を印加したときとで、前記ショットキーバリアダイオードにて反射される高周波信号の位相が 180 °異なっていることを特徴とする非放射性誘電体線路用のパルス変調器。
- 送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、
高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、
該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を前記第１の誘電体線路中へ伝搬させるミリ波信号発振部と、
前記第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、
前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記送信用のミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前記送信用のミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続される第１のサーキュレータと、
前記サーキュレータと同構成であって、前記第１のサーキュレータの前記第３の接続部に第１の接続部が接続される第２のサーキュレータと、
該第２のサーキュレータの第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送受信アンテナを有する第３の誘電体線路と、
前記送受信アンテナで受信され前記第３の誘電体線路を伝搬して前記第２のサーキュレータの前記第３の接続部より出力した受信波をミキサー側へ伝搬させる第４の誘電体線路と、
前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途を近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と前記受信波とを混合させて中間周波信号を発生するミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、
前記第１のサーキュレータの第２の接続部に、請求項１記載のパルス変調器が設けられていることを特徴とするミリ波送受信器。 - 送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、
高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を伝搬させる第１の誘電体線路と、
該第１の誘電体線路に付設され、前記高周波発生素子から出力された前記送信用のミリ波信号を前記第１の誘電体線路中へ伝搬させるミリ波信号発振部と、
前記第１の誘電体線路に、一端側が電磁結合するように近接配置されるかまたは前記第１の誘電体線路に一端が接合されて、前記送信用のミリ波信号の一部をミキサー側へ伝搬させる第２の誘電体線路と、
前記平行平板導体に平行に配設されたフェライト板の周縁部に所定間隔で配置されかつそれぞれ前記送信用のミリ波信号の入出力端とされた第１の接続部，第２の接続部および第３の接続部を有し、一つの前記接続部から入力された前記送信用のミリ波信号をフェライト板の面内で時計回りまたは反時計回りに隣接する他の接続部より出力させるサーキュレータであって、前記第１の誘電体線路の前記送信用のミリ波信号の出力端に前記第１の接続部が接続されるサーキュレータと、
該サーキュレータの前記第２の接続部に接続され、前記送信用のミリ波信号を伝搬させるとともに先端部に送信アンテナを有する第３の誘電体線路と、
先端部に受信アンテナ、他端部にミキサーが各々設けられた第４の誘電体線路と、
前記第２の誘電体線路の中途と前記第４の誘電体線路の中途とを近接させて電磁結合させるかまたは接合させて成り、前記送信用のミリ波信号の一部と受信波とを混合させて中間周波信号を発生するミキサー部と、を設けたミリ波送受信器において、
前記サーキュレータの前記第３の接続部に、請求項１記載のパルス変調器が設けられていることを特徴とするミリ波送受信器。
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