JP4046425B2 - ミリ波レーダのゲインコントロール装置及び方法並びにレーダ装置 - Google Patents

ミリ波レーダのゲインコントロール装置及び方法並びにレーダ装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はミリ波レーダのゲインコントロール装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
車間距離制御装置等に用いられ、前方車両との距離や相対速度を計測するレーダ方式としてミリ波レーダが用いられている。このレーダ方式は簡単な信号処理回路により距離及び相対速度を計測でき、また送受信機を簡単に構成できる。
図1にミリ波レーダの構成の一例を示す。図において、マイコン等から送出される同期信号に基づいて、三角波生成回路1により生成された三角波の変調信号であるFM変調信号は、電圧制御発振器2に入力する。ここではFM変調信号により電圧制御発振器の周波数が変調され、FM変調された送信信号が送信アンテナ4を介して外部に放射されると共に、送信信号の一部は方向性結合器3を介して分岐されローカル信号となる。一方、車両前方の先行車両等の物体で反射された送信信号は受信アンテナ5を介して受信され、HERMT−AMP6を経て前記ローカル信号とRFミキサ7でミキシングされ、IF信号となった後バンドパスフィルタ(BPF)8を経てスイッチング用OSCからの信号とIFミキサ9でミキシングされ、物体に対応するビート信号(レーダ信号)が得られる。このビート信号を信号処理回路11で処理し、先行車両との車間距離や相対速度を得る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
車間距離制御装置等に用いられるミリ波レーダは、大きなトラックから小さなバイクまで検出する必要があり、また通常0mから120m程度までの距離にあるターゲットを検出する必要がある。しかし、ターゲットが大きくて近い距離にある場合には、送信信号がほとんど減衰せずに反射して受信される。そのため、受信信号の波形はダイナミックレンジの関係で飽和が発生して波形が歪んでしまい、この波形を高速フーリエ変換(以下、「FFT処理」と記す)すると、2倍波、3倍波が現れてしまう。図2は歪んだ受信信号の波形(a)とFFT処理した場合の周波数スペクトル(b)を示したものである。ターゲットとの距離や相対速度は周波数スペクトルから算出されるため、図2(b)に示すように2倍波、3倍波が現れてしまうと誤った距離や相対速度が検出されてしまう。
【0004】
ミリ波ユニットの場合は飽和し易いが、ミリ波ユニットの周波数帯である60GHz帯においては、飽和を防ぐためにゲインコントロールをすることは技術的に困難である。
従って、本発明は簡単な手段によりゲインコントロールを行うことによって、受信信号の波形が飽和しないようすることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明ミリ波レーダのゲインコントロールによれば、三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得るミリ波レーダであって
前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号が送られ、該信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する判定手段、
該判定手段の判定結果に基づいて送信出力または受信入力の一方をOFFにする手段を備えており、
前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定手段に送られる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする
【0006】
また、1アンテナ方式ミリ波レーダの場合は,送信出力部と受信入力部に設けられ送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段、受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する手段、及び送信出力または受信入力の一方をOFFにする手段を備えており、受信レベルが飽和レベルに達した場合、送信出力または受信入力の一方をOFFにすることによりゲインをコントロールする。
【0007】
その場合、送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段と送信出力または受信入力をOFFにする手段は、スイッチング機能を持った増幅器を用いることができる。また、送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段はスイッチング機能を持った増幅器とし、送信出力または受信入力をOFFにする手段は別個に設けたスイッチとすることができる。
【0008】
また、2アンテナ方式ミリ波レーダの場合は、受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する手段、及び受信入力または送信出力をOFFにする手段を備えており、受信レベルが飽和レベルに達した場合、受信入力または送信出力をOFFにすることによりゲインをコントロールしている。
その場合、受信入力または送信出力をOFFにする手段は、スイッチング機能を持った増幅器とすることができる。
【0009】
さらに、ターゲットの距離が所定の距離より遠い場合は、ゲインコントロールを停止する手段を備えている。
【0010】
【発明の実施の形態】
図3は本発明の実施形態の構成のブロック図である。図において、三角波生成回路1により生成された三角波の変調信号であるFM変調信号は、電圧制御発振器2に入力する。ここではFM変調信号により電圧制御発振器の周波数が変調され、FM変調された送信信号がスイッチング機能を有した送信側増幅器Amp(T)を経て、送受信アンテナ12から外部に放射されると共に、送信信号の一部は方向性結合器3を介して分岐されローカル信号となる。一方、車両前方の先行車両等の物体で反射された送信信号は送受信アンテナ12で受信され、スイッチング機能を有した受信側増幅器Amp(R)を経て前記ローカル信号とRFミキサ7でミキシングされ、IF信号となる。IF信号はバンドパスフィルタ(BPF)8を経てIFミキサ9でミキシングされ、ターゲットに対応するビート信号(レーダ信号)を得、このビート信号を増幅器21で増幅し、A/D変換器22でA/D変換し、DSP&マイコン13で処理して先行車両との車間距離や相対速度を得る。なお、図3において点線の枠内はミリ波ユニットを表す。
【0011】
本発明のゲインコントロール装置の構成について以下に説明する。図3のIFミキサ9から出力したビート信号は、増幅器21で増幅された後、フィルタ23を通って判定回路24に入力し、DSP&マイコン13に入力する。
また、DSP&マイコン13からON−OFF制御信号a及びOFF−ON制御信号bが出力されている。そして、信号a、bを受けて送信側駆動制御部25からAmp(T)に対してON−OFF駆動信号SWTが、受信側駆動制御部26からAmp(R)に対してOFF−ON駆動信号SWRがそれぞれ送られ、Amp(T)とAmp(R)が交互にON−OFFするよう駆動される。一方、DSP&マイコン13からOFF制御信号cが送信側駆動制御部25または受信側駆動制御部26に送られ、この信号を受けてこれら制御部25、26はAmp(T)またはAmp(R)をOFFに駆動する信号を送る。なお、AMP(T)とAMP(R)のON−OFF駆動またはOFF駆動におけるOFF動作は、ゲインを下げる、あるいは駆動電源をOFFするなどして行われる。
【0012】
次に図3に基づいて本発明によるゲインコントロールについて説明する。通常のレーダの動作時は、Amp(T)とAmp(R)が交互にON−OFFするよう駆動され、アンテナ12を介して送信と受信が交互に行われる。そして、受信された信号は増幅器21、フィルタ23を経て判定回路24に送られる。ここで、受信信号が受信部が飽和する所定のレベルに達したかどうか判定される。判定回路24が所定のレベルを越えたと判断した場合、その旨の信号がDSP&マイコン13に送られ、DSP&マイコン13は送信側駆動制御部25に信号cを送る。すると送信側駆動制御部25はAmp(T)に対してOFFに駆動する信号を送る。これによりAmp(T)はOFFになるが、一方Amp(R)はON−OFFの動作を継続し、アンテナ12から信号を受信している。このような状態において、Amp(T)の送信出力はOFFされているが、出力されているのはミリ波であるためある程度出力され、この出力レベルはAmp(T)がON−OFFされている時より低くなる。そのため、受信レベルも低くなり、飽和することがなくなる。
【0013】
なお、前記所定のレベルは受信部が飽和に達する受信レベルであり、受信部の性能に応じて適宜設定する。
図3の説明では、判定回路24が所定のレベルに達したと判断した場合、送信側駆動制御部25に信号cを送り、Amp(T)に対してスイッチをOFFに駆動する信号を送っている。しかし、受信側駆動制御部26に信号cを送り、Amp(R)に対してOFFに駆動する信号を送るようにしてもよい。この場合は、Amp(R)はOFFになるが、一方Amp(T)はON−OFFの動作を継続し、アンテナ12から信号を送信している。このような状態において、Amp(R)の受信入力はOFFされているが、受信されているのはミリ波であるためある程度入力され、この入力レベルはAmp(R)がON−OFF駆動されている時より低くなる。そのため受信レベルが低くなり、飽和することがなくなる。
【0014】
図4は図3の構成の変形例であり、図3とはミリ波ユニット内の構成が異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。図3の構成においては、送信側において信号aを受けて送信出力をON−OFFする機能と信号cを受けて送信出力をOFFする機能の両方をAmp(T)が有していた。しかし、図4の構成においては、送信側にスイッチング機能を有した増幅器Amp(T)と直列にスイッチS(T)を設け、Amp(T)に信号aを受けて送信出力をON−OFFする機能を持たせ、スイッチS(T)に信号cを受けて送信側出力をOFFする機能を持たせている。図4の装置において、通常のレーダの動作時はAmp(T)とAmp(R)が交互にON−OFFするように駆動され、スイッチS(T)はONとなっており、送受信アンテナ12を介して送信と受信が交互に行われる。そして、受信信号が受信部が飽和に達する所定のレベルを超えた場合、DSP&マイコン13が信号cをスイッチS(T)に送ってOFFにする。一方、Amp(T)とAmp(R)は交互にON−OFFを継続している。このような状態において、Amp(T)の送信出力はスイッチS(T)によりOFFされているが、出力されているのはミリ波であるためある程度出力され、この出力レベルはスイッチS(T)がONされている時より低くなる。このため、受信レベルも低くなり、飽和することがなくなる。
【0015】
図5も図3の構成の変形例であり、図3とはミリ波ユニット内の構成が異なるだけで、その他の構成はほぼ同じである。図5の構成においては、受信側にスイッチ機能を有した増幅器Amp(R)と直列にスイッチS(R)を設け、Amp(R)に信号bを受けて出力を入力信号をON−OFFする機能を持たせ、スイッチS(R)に信号cを受けて受信信号をOFFする機能を持たせている。図5の装置において、通常のレーダの動作時はAmp(T)とAmp(R)が交互にON−OFFするように駆動され、スイッチS(R)はONとなっており、送受信アンテナ12を介して送信と受信が交互に行われる。そして、受信信号が受信部が飽和する所定のレベルに達した場合、DSP&マイコン13が信号cをスイッチS(R)に送ってOFFにする。一方、Amp(T)とAmp(R)は交互にON−OFFを継続している。このような状態において、Amp(R)の受信入力はスイッチS(R)によりOFFされているが、入力するのはミリ波であるためある程度入力し、この入力レベルはスイッチS(R)がONされている時より低くなる。このため、受信レベルも低くなり、飽和することがなくなる。
【0016】
図6は2アンテナの場合の実施形態を示した図である。図6の構成においては送信アンテナ4と受信アンテナ5が別個に設けられており、受信側にスイッチング機能を有したAmp(R)が設けられている。そしてAmp(R)は信号cによりOFF駆動される。図6の装置において、通常のレーダの動作時にはAmp(R)はONにされており、受信アンテナ5からの信号がAmp(R)に入力する。そして、受信信号が受信部が飽和する所定のレベルに達した場合、DSP&マイコン13が信号cを受信側駆動制御部26に送り、Amp(R)をOFFにする。このような状態において、Amp(R)の受信入力はOFFされているが、入力するのはミリ波であるためある程度入力し、この入力レベルはAmp(R)がONしている時より低くなる。このため、受信レベルは低くなり、飽和することがなくなる。
【0017】
図7は2アンテナの場合の別の実施形態を示した図である。図7の構成においては送信アンテナ4と受信アンテナ5が別個に設けられており、送信側にスイッチング機能を有したAmp(T)が設けられている。そしてAmp(T)は信号cにより送信出力をOFFするよう駆動される。図7の装置において、通常のレーダの動作時にはAmp(T)はONにされており、Amp(T)から送信アンテナ4を介して送信信号が出力される。そして、受信信号が受信部が飽和する所定のレベルに達した場合、DSP&マイコン13が信号cを送信側駆動制御部25に送り、Amp(T)の送信出力をOFFにする。このような状態において、Amp(T)の送信出力はOFFされているが、出力されるのはミリ波であるためある程度出力し、この出力レベルはAmp(T)がONしている時より低くなる。このため、受信レベルは低くなり、飽和することがなくなる。
【0018】
図8は、本発明ゲインコントロールの手順を示したフローチャートである。図においてゲインコントロールの動作が開始されると、まず飽和レベルが設定される(S1)。飽和レベルは受信部のダイナミックレンジに対応したレベルに設定する。次に受信レベルが検出され(S2)、検出された受信レベルが設定した飽和レベルと比較され、飽和レベルに達したかどうか判断される(S3)。飽和レベルに達したと判断された場合(Yes)、送信出力または受信出力がOFFにされる。一方、飽和レベルに達していない場合(No)、送信出力または受信出力はOFFにされずに終了する。
【0019】
上記構成では、受信信号があるレベルを超えたときにゲインをコントロールするため、送信側または受信側の回路をOFFとすることを述べたが、ターゲットまでの距離が遠い場合は受信レベルが低くなるため、上記ゲインコントロールをしないようにする必要がある。そのため、高域カットフィルタ23を判定回路24の前に設け、遠距離の場合はレベルを減衰させ、ゲインコントロールが行われないようにする。
【0020】
【発明の効果】
本発明によれば、ミリ波レーダの送信信号の出力または受信信号の入力をOFFすることによりゲインコントロールできるので、簡単な構成により受信信号の波形が飽和しないようにすることができる。また、レーダの送信側増幅器または受信側増幅器にスイッチング機能を持たせてOFF動作を行わせることにより、構成をより簡単にすることができる。そして、本発明は1アンテナ方式または2アンテナ方式のいずれのミリ波レーダにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ミリ波レーダの構成の一例を示した図である。
【図2】歪んだ受信信号の波形とFFT処理した場合の周波数スペクトルを示した図である。
【図3】本発明の実施形態の構成のブロック図である。
【図4】図3に示した実施形態の変形例を示す図である。
【図5】図3に示した実施形態の別の変形例を示す図である。
【図6】2アンテナの場合の本発明の実施形態の構成のブロック図である。
【図7】2アンテナの場合の本発明の別の実施形態の構成のブロック図である。
【図8】本発明ゲインコントロールの手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…三角波生成回路
2…電圧制御発振器
3…方向性結合器
4…送信アンテナ
5…受信アンテナ
6…HEMT AMP
7…RFミキサ
8…バンドパスフィルタ
9…IFミキサ
10…スイッチング用OSC
11…信号処理回路
12…送受信アンテナ
13…DSP&マイコン
21…増幅器
22…A/D変換器
23…高域カットフィルタ
24…判定回路
25…送信側駆動制御部
26…受信側駆動制御部
Amp(T)…送信側増幅器
Amp(R)…受信側増幅器
S(T)…送信側スイッチ
S(R)…受信側スイッチ

Claims (12)

  1. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得るミリ波レーダのゲインコントロール装置であって
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号が送られ、該信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する判定手段と
    該判定手段の判定結果に基づいて送信出力または受信入力の一方をOFFにする手段と、を備え
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定手段に送られる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、ミリ波レーダのゲインコントロール装置。
  2. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得るミリ波レーダのゲインコントロール装置であって、
    送信出力と受信入力の一方又は両方をON−OFFするスイッチング手段と、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号が送られ、該信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する判定手段
    該判定手段の判定結果に基づいて前記スイッチング手段をOFFにする手段と、を備え
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定手段に送られる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、ミリ波レーダのゲインコントロール装置
  3. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得る1アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置であって、
    送信出力部と受信入力部に設けられ送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号が送られ、該信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する判定手段
    該判定手段の判定結果に基づいて前記送信出力または受信入力の一方をOFFにする手段と、を備え
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定手段に送られる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、1アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置。
  4. 前記送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段と送信出力及び受信入力をOFFにする手段は、スイッチング機能を持った増幅器である、請求項3に記載の1アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置。
  5. 前記送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段はスイッチング機能を持った増幅器であり、送信出力または受信入力をOFFにする手段は別個に設けたスイッチである、請求項3に記載の1アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置。
  6. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得る2アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置であって、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号が送られ、該信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定する判定手段と
    該判定手段の判定結果に基づいて受信入力または送信出力OFFにする手段と、を備え
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定手段に送られる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、2アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置。
  7. 前記受信入力または送信出力をOFFにする手段は、スイッチング機能を持った増幅器である、請求項6に記載の2アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール装置。
  8. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得るミリ波レーダのゲインコントロール方法であって、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定し、
    該受信レベルが前記飽和レベルに達していた場合送信出力または受信入力の一方をOFFにし
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定に用いる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、ミリ波レーダのゲインコントロール方法。
  9. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得るミリ波レーダのゲインコントロール方法であって、
    該ミリ波レーダは送信出力と受信入力の一方又は両方をON−OFFするスイッチング手段を備え、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定し、
    該受信レベルが前記飽和レベルに達していた場合前記スイッチング手段をOFFに
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定に用いる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、ミリ波レーダのゲインコントロール方法。
  10. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得る1アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール方法であって、
    該1アンテナ方式ミリ波レーダは送信出力部と受信入力部に設けられ送信出力及び受信入力を交互にON−OFFするスイッチング手段、及び送信出力または受信入力の一方をOFFにする手段を備え、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定し、
    受信レベルが前記飽和レベルに達していた場合送信出力または受信入力の一方をOFFに
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定に用いる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、1アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール方法。
  11. 三角波のFM変調信号により周波数変調された送信信号、及び該送信信号がターゲットで反射された受信信号からビート信号を得て、該ビート信号を処理して前記ターゲットとの距離を得る2アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール方法であって、
    該2アンテナ方式ミリ波レーダは受信入力または送信出力をOFFする手段を備え、
    前記受信信号が高域カットフィルタを経由した後の信号に基づいて受信部が飽和するレベルに受信レベルが達したかどうか判定し
    受信レベルが前記飽和レベルに達していた場合受信入力または送信出力をOFFに
    前記ターゲットとの距離が所定の距離より遠い場合は、前記高域カットフィルタにより前記判定に用いる信号のレベルを減衰させることで、ゲインコントロールが行われないようにする、2アンテナ方式ミリ波レーダのゲインコントロール方法。
  12. 請求項1から7のいずれか1項に記載のゲインコントロール装置を搭載したレーダ装置。
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