JP4062135B2

JP4062135B2 - 高周波発振装置、無線装置およびレーダ

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Publication number: JP4062135B2
Application number: JP2003069311A
Authority: JP
Inventors: 貴敏加藤; 徹石井; 文宣中村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: US7095366B2; EP1458089A1; ATE527750T1; JP2004282292A; EP1458089B1; US20040178946A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波帯やミリ波帯などの超高周波帯の発振信号を発生する発振器を備えた高周波発振装置、無線装置およびレーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＦＭ−ＣＷレーダ（Frequency Modulated - Continuous Wave Radar ）は、所定の周波数範囲内で発振周波数をＦＭ変調させて特定周波数の信号を連続的に出力し、物標からの反射波を受信して、その物標の観測を行う。このようなＦＭ−ＣＷレーダでは、発振周波数の変調に、約１００ＭＨｚ以上の線形性に優れた三角波変調を用いる。
【０００３】
ここで、線形性に優れた三角波を生成するためには、一般に次に示す各方法が考えられる。
（１）周波数変調感度が一定の電圧制御発振器ＶＣＯ（以下、単に「ＶＣＯ」という。）を使用する。
（２）周波数変調感度が一定になるように、変調信号を変調感度特性と逆方向に予め歪ませることで線形性を得る。
（３）発振周波数を連続的に監視し、周波数がずれた場合に補正をかける閉ループ回路を構成する。
【０００４】
ところが、（１）に示した方法では、変調特性に優れるＶＣＯを用いなければならないが、現状このようなＶＣＯを構成することは非常に困難であり、実現したとしても、非常に高価なものとなってしまう。
【０００５】
また、（２）に示した方法は、低周波回路を使用することで、比較的容易に良好な線形性を得ることができるが、オープンループ回路で補正するので、ＶＣＯの特性変動により回路の特性がずれて、線形性を得られなくなることがある。
【０００６】
（３）に示す方法の代表例として、従来からＰＬＬ（Phase Lock Loop ）方式が用いられており、この方式を用いることで線形性に優れた三角波が得られ、ＶＣＯの特性が経時変化しても補正が可能である。しかし、ＰＬＬは、水晶発振器等の基準発振器および分周器などが必要となり、構成が複雑で高価なものとなってしまう。
【０００７】
このＰＬＬの構造を簡素化し、発振中心周波数を安定させた高周波発振装置として、ＶＣＯからの発振信号を伝送する線路に結合する共振器と、該共振器に結合し、共振器から出力される共振エネルギーレベルを検出する検波器と、検波器からの出力に応じてＶＣＯに対する制御電圧信号を生成して出力するＣＰＵを備え、共振器の共振周波数と発振器の発振中心周波数とが一致するように設定した装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２２３１６９公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている高周波発振装置は、ＦＭ−ＣＷ周波数変調信号を利用して共振エネルギーレベル（透過信号レベル）の時間変化を測定し、最大値すなわち共振器の共振周波数を検出する。次に、共振エネルギーレベルの最大値が現れるタイミングにより中心周波数のズレを検出することで、安定した発振中心周波数を得ることができるものである。
【００１０】
しかしながら、このような高周波発振装置では、中心周波数のズレを検出し補正することが容易であるが、各変調波形を補正する場合には、発振中心周波数が共振周波数に一致していること、すなわち、共振エネルギーレベルの最大値（ピーク）で発振中心周波数となることで、発振中心周波数から所望の周波数だけ変調を行った変調信号の周波数と共振エネルギーレベルを検出する検波器の出力とが一意に対応しない。このため、制御電圧信号の設定に至る検波後の信号処理が複雑になってしまう。また、発振中心周波数を共振エネルギーレベルのピークに一致させるので、ピークから離れた部分と比較して、ピーク付近では周波数の変化に対する共振エネルギーレベルの変化量が非常に少ない。このため、共振周波数付近で共振エネルギーレベルから発振周波数を正確に得ることが難しくなってしまう。
【００１１】
この発明の目的は、任意の周波数変調範囲で変調する場合にも容易に発振周波数の補正を行うことができるとともに、全体に複雑な回路構成をとらずに、発振器の発振周波数を安定化させた高周波発振装置および発振周波数補正方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の高周波発振装置は、制御電圧信号によって所定周波数変調範囲内で周波数変調された発振信号を発生する発振器と、発振器の発振信号を伝送する線路に結合し、所定周波数変調範囲外の周波数で共振する共振器と、該共振器に結合して共振器の共振エネルギーレベルを検出するレベル検出手段と、その検出された共振エネルギーレベルに基づいて制御電圧信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１３】
この構成では、制御電圧信号により所定周波数変調範囲内の特定周波数で発振する発振器の発振信号を伝送する線路に、所定周波数変調範囲外の共振周波数を有する共振器を結合させることで、共振器の共振エネルギーレベルを、発振器の発振周波数に対して一意に定まる値として得る。共振エネルギーレベルと発振周波数との関係は予め定めておくことができるので、制御手段は共振エネルギーレベルに基づいて発振周波数を補正するための制御電圧信号を生成し、ＶＣＯに出力する。このように、発振器の発振周波数に対して一意の（一対一の関係の）信号レベルが検出されることで、周波数変調量やリニアリティ等の変調特性において、現実の発振周波数が所望の発振周波数からずれた場合でも、発振周波数の補正を容易に行える。
【００１４】
また、この発明の高周波発振装置は、制御電圧信号によって前記所定周波数変調範囲内で周波数変調された発振信号を発生する発振器と、発振器の発振信号を伝送する線路に結合し、所定周波数変調範囲の中心よりも高い周波数で共振する第１の共振器と、所定周波数変調範囲の中心よりも低い共振周波数で共振する第２の共振器と、第１・第２の共振器にそれぞれ結合して第１・第２の共振器の共振エネルギーレベルを検出する第１・第２のレベル検出手段と、該第１・第２の共振器の共振エネルギーレベルの差分値に基づいて制御電圧信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
この構成では、第１、第２の共振器の共振エネルギーレベルの差分値に基づいて発振周波数を補正するための制御電圧信号を生成し、ＶＣＯに出力する。この差分値は、発振器の発振周波数に対して一意の（一対一の関係の）レベルであり、且つ発振出力の変動の影響を受けにくいので、発振周波数の補正を常に的確に行える。
【００１６】
また、この発明の無線装置は、上述の高周波発振装置と上記発振信号を送信する手段とを備えることを特徴としている。
これにより、所定の高精度な周波数での送信が可能となる。
【００１７】
また、この発明のレーダは、上述の高周波発振装置を備えることで、安定した発振周波数を得るとともに、発振周波数のズレを容易に補正する。これによりＣＷレーダやＦＭ−ＣＷレーダ方式で、物標の探知が正確に行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態に係る高周波発振装置について、図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る高周波発振装置の主要部を示すブロック図である。ここで、１は電圧制御発振器（以下、単に「ＶＣＯ」という。）、２は共振器、３は本発明のレベル検出手段に対応する検波器、４は制御部である。共振器２はＴＥ０１δモードで共振する円柱形状の誘電体から形成されており、検波器３はショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）で構成されている。
図２は制御部４の主要部を示すブロック図である。
【００１９】
図１に示すように、ＶＣＯ１の発振信号は伝送線路１０ａを伝送してＶＣＯ出力１１から出力される。また、ＶＣＯ１の発振信号が伝送線路１０ａを伝送されることで、伝送線路１０ａと共振器２とはＱｅ１の結合量で結合し、この結合により共振器２が励振されて、共振器２と伝送線路１０ｂとがＱｅ２の結合量で結合する。伝送線路１０ｂは検波器３に接続されており、検波器３の出力は制御部４に入力され、制御部４の出力はＶＣＯ１に入力されている。このように、ＶＣＯ１、伝送線路１０ａ、共振器２、伝送線路１０ｂ、検波器３、および制御部４でクローズドループ回路を構成している。
【００２０】
上述の伝送線路１０ａは、誘電体ストリップとこれを挟む上下の導電体平面とによる誘電体線路で形成されており、伝送線路１０ｂは、前記上下の導電体平面とこの間に配置される基板上の線路パターンによるマイクロストリップラインまたはサスペンデッドラインで形成されている。そして共振器２は、前記導電体平面の間で、誘電体ストリップと基板上の線路パターンとの双方に結合する位置に配置されている。
【００２１】
また、図２に示すように制御部４は、ＡＤ変換器４１と、基準電圧テーブル４３および基準制御信号テーブル４４を備えた記憶部４２と、差分検出部４５と、制御信号補正部４６とから構成される。ここで、基準電圧テーブル４３は検波信号レベルと発振周波数との関係が記憶されており、基準制御信号テーブル４４は出力タイミングと本来発振したい発振周波数（以下、「目標周波数」という。）と該目標周波数を得るために必要な制御電圧信号レベル（以下、「目標制御電圧信号レベル」という。）との関係が記憶されている。
【００２２】
このような高周波発振装置では、ＶＣＯ１から出力された発振信号が伝送線路１０ａを伝送することで、伝送線路１０ａは共振器２に結合して、共振器２が励振する。そして、共振器２が伝送線路１０ｂに結合することにより、伝送線路１０ｂに所定のＲＦ信号が出力される。このＲＦ信号のレベル（大きさ）は、図３（ｃ）に示すような共振器２の共振器特性に依存し、発振信号の周波数に応じてＲＦ信号レベルが決定する。この透過信号を検波器３が検波して制御部４に出力する。そして、制御部４が、この検波信号に基づいて、後に示す方法によりＶＣＯ１に対する制御電圧信号を生成してＶＣＯ１に出力することで、ＶＣＯ１の発振周波数を補正する。
【００２３】
次に、発振信号の周波数補正方法について図３を用いて詳細に説明する。
図３はＶＣＯ１に対する制御電圧とその発振周波数、共振器２の共振特性および検波器３の検波信号出力の変化の例を示している。ＶＣＯ１に対する制御電圧を図３（ａ）に示すように、所定の周波数範囲で時間経過に伴って三角波状に変化させれば、これに応じてＶＣＯ１の発振周波数が図３（ｂ）に示すように変化する。すなわち、ＶＣＯ１に対する制御電圧がＶｃ１の時、ＶＣＯ１の発振周波数はｆ１、制御電圧がＶｃ２の時、ＶＣＯ１の発振周波数はｆ２、というように制御電圧の上昇に伴って発振周波数も上昇する。
【００２４】
このようなＶＣＯ１の発振周波数の変化に伴い、共振器２のＲＦ信号レベルも共振器特性に応じて図３（ｃ）に示すように変化するため、検波器３から出力される検波信号レベルが図３（ｄ）に示すように変化する。すなわち、発振周波数がｆ１のとき検波信号レベルはＶ１、発振周波数がｆ２のとき検波信号レベルはＶ２のように変化する。ここで、ｆ１〜ｆ５が発振周波数変調範囲である。
【００２５】
共振器の共振周波数を図３（ｃ）に示すように、ＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも高い周波数に設定することにより、発振周波数の上昇に伴って、検波信号レベルは一方的に高くなっていく。すなわち、発振周波数がｆ１の時の検波信号レベルＶ１よりも、発振周波数ｆ２（＞ｆ１）の時の検波信号レベルＶ２は高い電圧値となり、発振周波数がｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５と上昇していくのに応じて、検波信号レベルはＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５の順に高くなっていき、異なる発振周波数で同じ電圧値をとることはない。つまり、各発振周波数の関係がｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５ならば、各検波信号レベルの関係はＶ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５となる。
このように、共振器の共振周波数をＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも高くすることにより、各発振周波数に対して一意に検波信号レベルが検出される。
【００２６】
このような高周波発振装置では、ユーザが所望の発振周波数を設定すると、制御部４で設定された発振周波数に対する制御電圧信号レベル（以下、「設定制御電圧信号レベル」という。）を記憶部４２の基準制御信号テーブル４４から読み出し、制御信号補正部４６を介してＶＣＯ１に出力する。ＶＣＯ１は入力された設定制御電圧信号レベルに基づいて、所定の発振周波数で発振し、発振信号を伝送線路１０ａに出力する。この発振信号により共振器２と伝送線路１０ｂとが結合して、上述の説明のように、発振信号の発振周波数に応じたレベルのＲＦ信号が検波器３に入力され、検波器３はこのＲＦ信号を検知して、ＲＦ信号レベルに応じたレベルの検波信号を生成し制御部４に出力する。
【００２７】
制御部４のＡＤ変換器４１は入力された検波信号を増幅し、ＡＤ変換することで、現在発振中の発振周波数に応じた検波信号レベル（以下、「実検波信号レベル」という。）をディジタル形式のデータとして得る。一方、制御部４は、現在、設定されている発振周波数（制御電圧信号レベル）を基準制御信号テーブル４４から読み出し、基準電圧テーブル４３で参照して、設定された発振周波数に応じた検波信号レベル（以下、「設定検波信号レベル」という。）を得る。差分検出部４５は、これら実検波信号レベルと設定検波信号レベルとを入力し、差分演算を含む所定の演算処理を行うことで、補正信号を生成して制御信号補正部４６に出力する。補正信号は、実検波信号レベルと設定検波信号レベルとの差分値に基づいた制御電圧信号の補正量を表すものであり、制御信号補正部４６は、この補正信号に基づいて基準制御信号テーブル４４から入力した設定制御電圧レベルを補正し、ＶＣＯ１に出力する。ＶＣＯ１は新たに補正された設定制御電圧レベルに基づいた発振周波数で発振して発振信号を出力する。この一連のクローズドループの信号処理を繰り返し行うことで、所望の発振周波数の発振信号を安定化して出力することができる。
【００２８】
また、共振器の共振周波数が発振周波数範囲よりも高い周波数に設定されていることで、発振周波数に対して一意的に検波信号電圧が測定されるので、従来のように入力された検波信号電圧と発振周波数との関係を改めて解析する必要がないため、比較的簡素な回路構成で、容易に制御電圧信号の補正を行うことができる。
【００２９】
また、共振器特性における変化の少ない共振周波数（ピーク）付近を用いず、変化が大きい部分を利用して、発振周波数に対するＲＦ信号レベルを設定することで、発振周波数の変化にともなうＲＦ信号レベルの変化を大きくとることができる。これにより、発振周波数の変動を容易に検出することができ、より安定して所望の発振周波数でＶＣＯを発振させることができる。
【００３０】
なお、上述の説明では、発振周波数を安定化する方法について説明したが、所定の発振中心周波数から変調を行い発振周波数を変調させる場合にも、周波数変調量に応じた検波信号レベルを制御部で算出して記憶しておくことで、設定した周波数変調量と実際の周波数変調量とのズレを検出して補正することができる。また、リニアリティが要求される変調特性を得る場合にも、設定した発振周波数と現実の発振周波数とのズレを正確に検知し、容易にＶＣＯの発振周波数を補正できるので、設定された変調特性を安定して再現することができる。
【００３１】
また、本実施形態では、共振器の共振周波数を、ＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも高い周波数に設定したが、図４に示すようにＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも低い周波数に設定してもよい。
【００３２】
この場合、発振周波数の上昇に伴って、検波信号レベルは一方的に低くなっていく。すなわち、発振周波数がｆ１の時の検波信号レベルＶ１よりも、発振周波数ｆ２（＞ｆ１）の時の検波信号レベルＶ２は低い電圧値となり、発振周波数がｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５と上昇していくのに対し、検波信号レベルはＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の順に低くなっていき、異なる発振周波数で同じ電圧値となることはない。つまり、各発振周波数の関係がｆ１＜ｆ２＜ｆ３＜ｆ４＜ｆ５ならば、各検波信号レベルの関係はＶ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４＞Ｖ５となる。
このような構成としても、発振周波数に対する検波信号レベルが一意に決定されるので、上述の効果を適用することができる。
【００３３】
次に、第２の実施形態に係る高周波発振装置について図５〜図７を参照して説明する。
【００３４】
図５は本実施形態に係る高周波発振装置の主要部の構成を示すブロック図である。ここで、１はＶＣＯ、２ａ，２ｂはそれぞれ共振周波数の異なる共振器、３ａ，３ｂはそれぞれ共振器２ａ，２ｂに結合する検波器、４は制御部である。共振器２ａ，２ｂはＴＥ０１δモードで共振する円柱形状の誘電体から形成されており、共振器２ａの共振周波数はＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも高い周波数に、共振器２ｂの共振周波数はＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも低い周波数にそれぞれ設定されている。検波器３ａ，３ｂはショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）で構成されている。
図６は制御部４の構成を示すブロック図である。
【００３５】
図５に示したように、ＶＣＯ１の発振信号は伝送線路１０ａを伝送してＶＣＯ出力１１から出力される。また、ＶＣＯ１の発振信号が伝送線路１０ａを伝送されることで、伝送線路１０ａと共振器２ａ，共振器２ｂとはそれぞれＱｅ１，Ｑｅ３の結合量で結合し、この結合により共振器２ａ，２ｂがそれぞれ励振されて、共振器２ａ，２ｂと伝送線路１０ｂ、１０ｃとがそれぞれＱｅ２およびＱｅ４の結合量で結合する。伝送線路１０ｂは検波器３ａに接続されており、伝送線路１０ｃは検波器３ｂに接続されている。そして、検波器３ａ，３ｂの出力は制御部４に入力され、制御部４の出力はＶＣＯ１に入力されている。このように、ＶＣＯ１、伝送線路１０ａ、共振器２ａ，２ｂ、伝送線路１０ｂ，１０ｃ、検波器３ａ，３ｂ、および制御部４でクローズドループ回路を構成している。
【００３６】
また、制御部４は、図６に示すようにＡＤ変換器４１と、基準電位差テーブル４７および基準制御信号テーブル４４を備えた記憶部４２と、差分検出部４５と、制御信号補正部４６とから構成される。ここで、基準電位差テーブル４７は二つの検波器３ａ，３ｂからの検波信号レベルの差分値と発振周波数との関係が記憶されている。
【００３７】
このような高周波発振装置では、ＶＣＯ１から出力された発振信号が伝送線路１０ａを伝送することで、伝送線路１０ａは共振器２ａ，２ｂにそれぞれ結合して、共振器２ａ，２ｂが励振する。そして、共振器２ａ，２ｂが励振し、共振器２ａが伝送線路１０ｂに結合し、共振器２ｂが伝送線路１０ｃに結合することで、伝送線路１０ｂ，１０ｃに発振信号に周波数に応じたレベルのＲＦ信号がそれぞれ伝送される。これらＲＦ信号がそれぞれ検波器３ａ，３ｂで検波されて制御部４に出力される。制御部４は、これら検波信号間の差分値に基づいて、後に示す方法によりＶＣＯ１に対する制御電圧信号を生成してＶＣＯ１に出力することで、ＶＣＯ１の発振周波数が補正される。
【００３８】
次に、発振信号の周波数補正方法について図７を用いて詳細に説明する。
【００３９】
図７はＶＣＯ１に対する制御電圧とその発振周波数、共振器２ａ，２ｂの共振特性、検波器３ａ，３ｂの検波信号出力の変化の例、および検波信号出力の差分値の例を示している。ＶＣＯ１に対する制御電圧を図７（ａ）に示すように、所定の周波数範囲で時間経過に伴って三角波状に変化させれば、これに応じてＶＣＯ１の発振周波数が図７（ｂ）に示すように変化する。すなわち、ＶＣＯ１に対する制御電圧がＶｃ１の時、ＶＣＯ１の発振周波数はｆ１、制御電圧がＶｃ２の時、ＶＣＯ１の発振周波数はｆ２、というように制御電圧の上昇に伴って発振周波数も上昇する。
【００４０】
このようなＶＣＯ１の発振周波数の変化に伴い、共振器２ａのＲＦ信号レベルも共振器特性に応じて図７（ｃ）に示すように変化するため、検波器３ａから出力される検波信号レベルが図７（ｄ）に示すように変化する。すなわち、発振周波数がｆ１のとき、検波信号レベルはＶ１、発振周波数がｆ２のとき、検波信号レベルはＶ２のように変化する。
【００４１】
ここで、共振器２ａの共振周波数を図７（ｃ）に示すように、ＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも高い周波数に設定することにより、発振周波数の上昇に伴って、検波信号レベルは一方的に高くなっていく。すなわち、発振周波数がｆ１の時の検波信号レベルＶ１よりも、発振周波数ｆ２（＞ｆ１）の時の検波信号レベルＶ２は高い電圧値となり、発振周波数がｆ１→ｆ２へと上昇していくのに対し、検波信号レベルはＶａ１→Ｖａ２へと順に高くなっていき、異なる発振周波数で同じ電圧値となることはない。つまり、各発振周波数の関係がｆ１＜ｆ２ならば、各検波信号レベルの関係はＶａ１＜Ｖａ２となる。
【００４２】
一方、ＶＣＯ１の発振周波数の変化に伴い、共振器２ｂのＲＦ信号レベルも共振器特性に応じて図７（ｅ）に示すように変化するため、検波器３ｂから出力される検波信号レベルが図７（ｆ）に示すように変化する。すなわち、発振周波数がｆ１のとき検波信号レベルはＶｂ１、発振周波数がｆ２のとき検波信号レベルはＶｂ２のように変化する。
【００４３】
ここで、共振器２ｂの共振周波数を図７（ｅ）に示すように、ＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも低い周波数に設定することにより、発振周波数の上昇に伴って、検波信号レベルは一方的に低くなっていく。すなわち、発振周波数がｆ１の時の検波信号レベルＶｂ１よりも、発振周波数ｆ２（＞ｆ１）の時の検波信号レベル圧Ｖｂ２は低い電圧値となり、発振周波数がｆ１→ｆ２へと上昇していくのに対し、検波信号レベルはＶｂ１→Ｖｂ２へと低くなっていき、異なる発振周波数で同じ電圧値となることはない。つまり、各発振周波数の関係がｆ１＜ｆ２ならば、各検波信号レベルの関係はＶｂ１＞Ｖｂ２となる。
【００４４】
このように、共振器２ａの共振周波数をＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも高くし、共振器２ｂの共振周波数をＶＣＯ１の発振周波数変調範囲よりも低くすることにより、図７（ｇ）に示すような各発振周波数に対して各検出器３ａ，３ｂで測定される検波信号レベルの差分値（Ｖｂ−Ｖａ）すなわち電位差が算出できる。
【００４５】
なお、上述の実施形態においては、共振器２ａ，２ｂの共振周波数を発振周波数変調範囲外に設定しているが、これらの共振周波数をそれぞれ発振周波数変調範囲内の高周波数側と低周波数側とに設定してもよい。これは、共振器２ａの共振ピークの高周波数側か低周波数側かを、共振器２ｂのＲＦ信号レベルを用いて一意的に決定することができるからである。
【００４６】
このような高周波発振装置では、第１の実施形態に示したように発振信号を出力すると、この発振信号により共振器２ａおよび伝送線路１０ｂが結合するとともに、共振器２ｂおよび伝送線路１０ｃが結合して、上述の説明のように、発振信号の発振周波数に応じたレベルのＲＦ信号が検波器３ａ，３ｂに入力され、検波器３ａ，３ｂはＲＦ信号を検知して、ＲＦ信号レベルに応じたレベルの検波信号を生成し、それぞれ制御部４に出力する。
【００４７】
制御部４のＡＤ変換器４１ａ，４１ｂはそれぞれ検波器３ａ，３ｂから入力された検波信号を増幅し、ＡＤ変換を行うことで、実検波信号レベルをディジタル形式のデータで得る。一方、制御部４は、現在、設定されている発振周波数に対応する制御電圧信号を基準制御信号テーブル４４から読み出し、基準電位差テーブル４７で参照して、設定された発振周波数に応じた検波信号レベルの差分値（以下、「設定差分値」という。）を得る。差分検出部４５は、ＡＤ変換部４１ａ，４１ｂのそれぞれから出力された実検波信号レベルに基づいて差分演算を行い、実検波信号レベル同士の差分値（以下、「実差分値」という。）を算出し、この実差分値と設定差分値とに基づいて、さらに差分演算を含む所定の演算処理を行うことで、補正信号を生成して制御信号補正部４６に出力する。補正信号は、実差分値と設定差分値との差分値に基づいた制御電圧信号の補正量を表すものであり、制御信号補正部４６は、この補正信号に基づいて基準制御信号テーブル４４から入力した設定制御電圧レベルを補正し、ＶＣＯ１に出力する。ＶＣＯ１は新たに補正された設定制御電圧レベルに基づいた発振周波数で発振して、発振信号を出力する。この一連のクローズドループの信号処理を繰り返し行うことで、所望の発振周波数の発振信号を安定して出力することができる。
【００４８】
また、異なる発振周波数間での検波信号レベルの差分値（電位差）の変化量は、単独の検波信号レベルで検出する電圧の変化量よりも大きいので、より高精度に発振周波数のズレが測定でき、安定、且つ高精度に発振周波数補正を行うことができる。
【００４９】
また、ＶＣＯの出力が変動したとしても、上記２つの実検波信号レベルは共に変動するので、その差分値はＶＣＯの出力変動の影響を殆ど受けない。これにより、ＶＣＯの出力に殆ど影響されることなく、さらに安定して発振周波数補正を行うことができる。
【００５０】
なお、上述の各実施形態では誘電体共振器を用いたが、所定の周波数範囲で信号を透過する特性を有する共振器および透過型フィルタを用いてもよい。
【００５１】
また、上述の各実施形態では、ＶＣＯの出力に接続される伝送線路として誘電体線路、検波用の伝送線路としてマイクロストリップ線路、またはサスペンディッド線路の例を示したが、これら両伝送線路として、誘電体線路、マイクロストリップ線路、サスペンディッド線路、ＣＰＷ線路、スロット線路等、いかなる伝送線路も使用可能である。
【００５２】
さらに、発振信号を補正するクローズドループの処理は、ＦＭＣＷ動作の間、リアルタイムに行ってもよいし、別途専用の補正シーケンスを設けて補正動作を行ってもよい。補正シーケンスを低速度で行う場合には、検波用のディバイスとして、速度の遅いセンサ、例えばサーミスタ等を使用することもできる。
【００５３】
次に、第３の実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダについて、図８を参照して説明する。
【００５４】
図８は本実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダの主要部を示すブロック図である。ここで、ＶＣＯ１は電圧制御発振器、ＣＰＬ５はカップラ、ＣＩＲ７はサーキュレータ、ＭＩＸ８はミキサである。カップラＣＰＬ５は、ＶＣＯ１の発振信号をサーキュレータＣＩＲ７の入力ポート側に伝送するとともに、その一部をローカル信号として取り出してミキサＭＩＸ８へ伝送する。サーキュレータＣＩＲ７は、送信信号をアンテナ５０へ伝送し、アンテナ５０からの受信信号をミキサＭＩＸ８へ伝送する。信号処理回路９は、ミキサＭＩＸ８の出力信号に対して所定の処理を行いＣＰＵ４０に出力する。ＣＰＵ４０はＶＣＯ１の発振周波数を三角波状に変調させ、物標からの反射信号とローカル信号との二つのビート信号（ダウンビートとアップビート）の組み合わせにより、物標までの距離と相対速度を算出する。
【００５５】
一方、結合器６は、送信信号を伝送する線路と共振器２とを結合させる。検波器３は、共振器２に結合して、共振器２の透過信号を検波する。ＣＰＵ４０は検波器３からの検波信号を入力し、該検波信号のレベルに基づいてＶＣＯ１に対する制御電圧信号を補正する。
【００５６】
このＦＭ−ＣＷレーダのＶＣＯ１、共振器２、検波器３、および結合器６に上述の高周波発振装置の構成を用い、ＣＰＵ４０に上述の制御部４を組み込んで構成する。このような構成とすることにより、発振周波数が安定した発振信号を出力し、変調特性に優れるＦＭ−ＣＷレーダが構成できる。これにより、物標の探知を正確に行うことができる。また、発振制御を行うクローズドループ回路を簡素な回路で構成できるので、簡素な構造で且つ小型のＦＭ−ＣＷレーダを構成することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、ＦＭ−ＣＷレーダを例に説明したが、ＣＷレーダ等の安定した発振周波数の発振信号を要する無線装置、および高精度で安定した変調特性を要する無線装置に対しても上述の構成および効果を適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
この発明によれば、電圧制御発振器ＶＣＯの周波数変調範囲外に共振周波数を有する共振器をＶＣＯ出力側の伝送線路に結合させることで、ＶＣＯの発振周波数に対して一意（一対一）の関係で共振器の共振エネルギーレベルを検出することができる。この共振エネルギーレベルに基づく検波信号レベルと発振周波数との関係は既知とすることができるので、制御手段がこの共振エネルギーレベルを基に、発振周波数を補正するための制御電圧信号を生成し、ＶＣＯに入力することにより、設定した発振周波数と現実の発振周波数とのズレを容易に補正することができ、安定した発振周波数の発振信号を出力することができる。また、同様にして、設定した周波数変調量と実際の周波数変調量とのズレを検出して、そのズレを容易に補正することができる。
【００５９】
また、共振器の共振周波数が発振器の周波数変調範囲外に設定されているので、共振器の共振周波数を周波数変調範囲内に設定する場合に比べて、周波数の変動に対する共振エネルギーレベルの変化量が大きくなり、容易に且つ高精度に周波数のズレを検出することができる。これより、高精度に発振周波数を補正することができる。
【００６０】
さらに、クローズドループ回路をＶＣＯ、伝送線路、共振器、検波器、および簡素な構造の制御部のみで構成することができるので、安定した出力特性を備えながらも、簡素で小型の高周波発振装置を構成することができる。
【００６１】
また、この発明によれば、発振器の発振信号を伝送する線路に結合し、所定周波数変調範囲の中心よりも高い周波数で共振する第１の共振器と、所定周波数変調範囲の中心よりも低い共振周波数で共振する第２の共振器と、第１・第２の共振器にそれぞれ結合して第１・第２の共振器の共振エネルギーレベルを検出する第１・第２のレベル検出手段と、該第１・第２の共振器の共振エネルギーレベルの差分値に基づいて制御電圧信号を生成する制御手段とを備えたことにより、周波数変化に対する変化量が大きくなるので、さらに高精度に発振周波数を補正することができる。また、発振出力の変動の影響を受けにくいので、発振周波数の補正を常に的確に行える。
【００６２】
また、この発明によれば、上述の高周波発振装置と上記発振信号を送信する手段とを備えて無線装置を構成したことにより、所定の高精度な周波数での送信が可能となる。
【００６３】
また、この発明によれば、上述の高周波発振装置を備えてレーダを構成したことにより、安定した発振周波数および安定した周波数変調を行ってＣＷレーダやＦＭ−ＣＷレーダ方式で、物標の検知を安定且つ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る高周波発振装置の主要部を示すブロック図
【図２】第１の実施形態に係る高周波発振装置の制御部の主要部を示すブロック図
【図３】ＶＣＯ１に対する制御電圧とその発振周波数、共振器２の共振特性および検波器３の検波信号出力の変化の例を示す図
【図４】ＶＣＯ１に対する制御電圧とその発振周波数、共振器２の共振特性および検波器３の検波信号出力の変化の例を示す図
【図５】第２の実施形態に係る高周波発振装置の主要部を示すブロック図
【図６】第２の実施形態に係る高周波発振装置の制御部の主要部を示すブロック図
【図７】ＶＣＯ１に対する制御電圧とその発振周波数、共振器２の共振特性および検波器３の検波信号出力の変化の例を示す図
【図８】第３の実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダの主要部を示すブロック図
【符号の説明】
１−電圧制御発振器（ＶＣＯ）
２，２ａ，２ｂ−共振器
３，３ａ，３ｂ−検波器
４−制御部
４１，４１ａ，４１ｂ−制御部４のＡＤ変換器
４２−制御部４の記憶部
４３−記憶部４２の基準電圧テーブル
４４−記憶部４２の基準制御信号テーブル
４５−差分検出部
４６−制御信号補正部
４７−記憶部４２の基準電位差テーブル
５−カップラ（ＣＰＬ）
６−結合器
７−サーキュレータ（ＣＩＲ）
８−ミキサ（ＭＩＸ）
９−信号処理回路
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ−伝送線路
１１−ＶＣＯ出力端子
５０−アンテナ
４０−ＣＰＵ

Claims

制御電圧信号によって所定周波数変調範囲内で周波数変調された発振信号を発生する発振器と、前記発振器の発振信号を伝送する線路に結合し、前記所定周波数変調範囲外の周波数で共振する共振器と、該共振器に結合して共振器の共振エネルギーレベルを検出するレベル検出手段と、該レベル検出手段により検出された前記共振エネルギーレベルに基づいて前記制御電圧信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴とする高周波発振装置。
制御電圧信号によって所定周波数変調範囲内で周波数変調された発振信号を発生する発振器と、前記発振器の発振信号を伝送する線路に結合し、前記所定周波数変調範囲の中心よりも高い周波数で共振する第１の共振器と、前記所定周波数変調範囲の中心よりも低い共振周波数で共振する第２の共振器と、前記第１・第２の共振器にそれぞれ結合して第１・第２の共振器の共振エネルギーレベルを検出する第１・第２のレベル検出手段と、該第１・第２のレベル検出手段により検出された共振エネルギーレベルの差分値に基づいて前記制御電圧信号を生成する制御手段とを備えたことを特徴とする高周波発振装置。
請求項１または請求項２に記載の高周波発振装置と、前記発振信号を送信する送信手段とを備えた無線装置。
請求項１または請求項２に記載の高周波発振装置を備えた送信手段と、該送信手段からの送信信号に対する物標からの反射信号を受信する受信手段とを備えたレーダ。