JP4268507B2 - 非放射性誘電体線路用の振幅変調器およびそれを用いたミリ波送受信器 - Google Patents

非放射性誘電体線路用の振幅変調器およびそれを用いたミリ波送受信器 Download PDF

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Description

本発明は、非放射性誘電体線路を用いたミリ波集積回路，ミリ波レーダモジュール等に組み込まれ、ミリ波信号をスイッチング制御またはＡＳＫ（Amplituded Shift Keying）変調する振幅変調器、およびそれを用いたミリ波送受信器に関するものである。
従来、マイクロ波やミリ波の高周波信号を伝送させるためには金属導波管が多く用いられてきたが、近年の高周波モジュールの小型化の要求により、誘電体線路を高周波信号の導波路として用いた高周波モジュールが開発されている。中でも、高周波信号の伝送損失の少ない非放射性誘電体線路（NonRadiative Dielectric Waveguide、以下、ＮＲＤガイドともいう。）が注目されている。
このＮＲＤガイドの基本構成を図５に部分破断斜視図で示す。同図に示すように、所定の間隔ａをもって平行配置された平行平板導体11，12の間に、断面形状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中で高周波信号を効率良く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。
このようなＮＲＤガイドに組み込まれる、高周波信号の振幅変調器の従来例を図６（ａ）および（ｂ）に示す（例えば、非特許文献１を参照。）。図６（ａ）は振幅変調器の従来例を示す斜視図、（ｂ）はその振幅変調器を上方から見たときの平面図である。この振幅変調器は、サーキュレータ（circulator、以下、ＣＬＴともいう。）とショットキーバリアダイオードとを組み合わせて使用することにより、高周波信号を振幅変調（スイッチング制御を含む。）するものであり、この振幅変調器を用いたミリ波送受信器やミリ波レーダモジュール等が開発されている。
図６において、20ａ，20ｂ，20ｃは、四フッ化エチレン，ポリスチレン等の誘電体線路からなる、ＬＳＥ（Longitudinal Section Electric）モードの電磁波を遮断するモードサプレッサ、21は周囲にモードサプレッサ20ａ〜20ｃが120°の間隔で放射状に配置されるＣＬＴ用の２枚のフェライト円板、22はモードサプレッサ20ａ〜20ｃの内部に配置された、銅箔等から成るストリップ線路導体であり、電界が平行平板導体の主面に垂直方向であるＬＳＥモードの電磁波を遮断する。また、ストリップ導体線路22は、ＴＥＭ（Transverse ElectroMagnetic）モードを除去するためにλ／４チョークパターンとして形成されている。
また、モードサプレッサ20ｂのフェライト円板21と反対側の他端には、所定の空隙を設けて、四フッ化エチレン，ポリスチレン等から成る誘電体線路23ａが配置され、さらに、アルミナセラミックス等から成り、誘電体線路23ａとは誘電率の異なる誘電体シート24が配置されている。この誘電体シート24の後方には、銅箔等から成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が形成され、その中途にショットキーバリアダイオード（以下、ＳＢＤともいう。）26が実装された配線基板27が配置されている。さらに、配線基板27の後方には、四フッ化エチレン，ポリスチレン等から成る誘電体線路23ｂが配置されている。
そして、モードサプレッサ20ａ中を伝搬してきた電磁波は、フェライト円版21によって波面が時計方向または反時計方向に回転されてモードサプレッサ20ｂへ伝搬され、モードサプレッサ20ｃへは伝搬しない。そして、モードサプレッサ20ｂを伝搬した電磁波は、その先の配線基板27上のＳＢＤ26において、ＳＢＤ26に順方向にバイアス電圧を印加したとき（順方向電流を入力したとき）には、ＳＢＤ26に検波電流が流れて、その電磁波は吸収されて出力されずにオフ状態となる。一方、ＳＢＤ26に逆方向にバイアス電圧を印加したとき（順方向電流を流さないとき）には、その電磁波は反射されて出力され、オン状態となる。このＳＢＤ26で反射された電磁波は、再びモードサプレッサ20ｂ中を伝搬し、フェライト円板21によって波面が回転され、モードサプレッサ20ｃへ伝搬される。
このように、ＳＢＤ26にバイアス電圧を印加することにより、電磁波をＡＳＫ変調（振幅変調）することができる。なお、振幅変調の度合いを大きくすると、スイッチング制御することもできる。
このようなＳＢＤを用いた振幅変調器に関する技術は、例えば非特許文献１，特許文献１および特許文献２に開示されている。
さらに、本出願人は、平行平板導体の内面に互いに対向させて設置された２枚のフェライト板と、２枚のフェライト板に対して略放射状に複数配置された、ＬＳＭモードの電磁波を伝送するとともにＬＳＥモードの電磁波を遮断する誘電体線路から成るモードサプレッサと、モードサプレッサの一方の端面に設置された、誘電体線路と異なる比誘電率を有するインピーダンス整合部材とから成るＣＬＴが設けられており、誘電体配線基板上のチョーク型バイアス供給線路の中途にＳＢＤを接続したパルス変調スイッチを、モードサプレッサの他方の端面に、ＳＢＤ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したＮＲＤガイド用のパルス変調器において、フェライト板の端からＳＢＤまでの距離が略ｎλ／２（ｎは２以上の整数であり、λは高周波信号の波長である。）である構成とすることにより、部品点数が削減されて組立再現性が向上するとともに、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、パルス変調器の特性を再現性良く安定して得られ、信頼性の高いものを生産性良く製造できる、ＮＲＤガイド用のパルス変調器を提案した（特願2001−22711）。
また、本出願人は、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ＳＢＤが接続されているとともにＳＢＤ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たことにより、部品点数が削減されて組立再現性が向上するとともに、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、信頼性の高いものを生産性良く製造できる、ＮＲＤガイド用のパルス変調器を提案した（特願2001−161506）。
また、本出願人は、先端部にＬＳＥモードの電磁波を遮断するモードサプレッサが設けられるとともに高周波信号が伝送される複数の誘電体線路が、平行平板導体の内面に主面が平行かつ同心状に対向配置された２枚のフェライト板に対して各モードサプレッサの先端が接続されるとともに略放射状に配置されているＣＬＴを、一つの接続用誘電体線路を介して２つ接続したＮＲＤガイド用の２段型のＣＬＴにおいて、平行平板導体の外面に、磁力線が平行平板導体の内面に略垂直になっている領域内にフェライト板が存在するように一対の磁石が設置されていることにより、２段型のＣＬＴのそれぞれの回転方向が同じになるため、ＣＬＴが組み込まれるミリ波送受信器等が容易に構成でき、製造が容易化されて量産性に優れたものとなり、また、各ＣＬＴを互いに近接配置することができるので小型化され、さらに、２段型のＣＬＴは磁力線が平行平板導体の内面に略垂直になっている領域内に配置されることから、高周波信号の伝搬損失が小さくなる、ＮＲＤガイド用のＣＬＴを提案した（特願2002−14789）。
また、本出願人は、高周波信号を入力する入力用誘電体線路、先端部にＳＢＤが設けられた変調用誘電体線路およびそのＳＢＤによって振幅変調された高周波信号を出力する出力用誘電体線路をそれぞれ備えた第１および第２のＣＬＴが接続されて設けられており、その第１および第２のＣＬＴは、第１のＣＬＴの出力用誘電体線路が第２のＣＬＴの入力用誘電体線路を兼ねることによって接続されており、第１のＣＬＴ側のＳＢＤの順方向電流を第１のＣＬＴに入力される高周波信号の電圧振幅に対して所定値以上のオン／オフ比が得られるように制御するとともに第２のＣＬＴ側のＳＢＤの順方向電流を第１のＣＬＴのオン／オフ比によって低下した高周波信号の電圧振幅に対して所定値以上のオン／オフ比が得られるように制御する制御回路が設けられていることから、２つのＣＬＴにそれぞれ設けられたＳＢＤに入力する順方向電流をそれぞれ制御することにより、所定値以上のオン／オフ比が得られる、ＮＲＤガイド用の振幅変調器を提案した（特願2002−361333）。
さらにまた、本出願人は、高周波信号を入力する入力用誘電体線路と、その入力用誘電体線路の先端部に設けられた第１のＰＩＮダイオードと、入力用誘電体線路の先端部の延長方向上に第１のＰＩＮダイオードを透過した高周波信号が入力されるように配置された第２のＰＩＮダイオードと、第２のＰＩＮダイオードを透過した高周波信号が入力されるように配置され、第１および第２のＰＩＮダイオード２の少なくとも一方によって振幅変調された高周波信号を出力する出力用誘電体線路とが設けられており、第１のＰＩＮダイオードを透過する高周波信号の透過特性の周波数依存性と第２のＰＩＮダイオードを透過する高周波信号の透過特性の周波数依存性とが異なっていることから、２つのＰＩＮダイオードとして個々にオン／オフ比の周波数特性が異なったものを組み合わせた透過型の振幅変調器として、オフ／オフ比が高くとれる周波数帯域を広くした上で、オン／オフ比の周波数特性の制御に対する攪乱要因を減らして安定な特性を確実に得ることができるＮＲＤガイド用の振幅変調器を提案した（特願2003−366559）。
黒木太司、外４名（Futoshi Kuroki，Masayuki Sugioka，Shinji Matsukawa，Kengo Ikeda，and T．Yoneyama），"ハイ−スピード・ＡＳＫ・トランシーバ・ベースト・オン・ザ・ＮＲＤ−ガイド・テクノロジー・アット・60ＧＨｚ・バンド（High-Speed ASK Transceiver Based on the NRD-Guide Technology at 60-GHz Band）"，アイイーイーイー・トランザクション・オン・マイクロウエーブ・セオリー・アンド・テクニクス（IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniqes），（米国），アイイーイーイー（IEEE），第46巻，第６号，1998年６月，p.806−810 黒木太司、池田研吾、米山務，「ショットキバリアダイオードを用いたＮＲＤガイド高速ＡＳＫ変調器」，1997年電子情報通信学会総合大会講演論文集，社団法人電子情報通信学会，1997年３月６日発行，Vol.１，Ｃ−２−65，p.120 特開平10−270944号公報 米国特許第6,034,574号明細書
しかしながら、図６に示すような２つのＣＬＴおよびＳＢＤからなる従来の振幅変調器は、図７に高周波信号の反射損失の周波数特性を示すグラフを示すように、オン／オフ比（アイソレーション）が周波数によって大きく異なり、オン／オフ比を例えば15ｄＢ以上と大きくとるためには、使用する周波数帯域が限られるという問題点があった。
また、従来の振幅変調器をミリ波レーダモジュール等に組み込んで使用する場合には、ミリ波レーダモジュールは温度変化が激しい自動車のエンジンルーム等に搭載されることとなるが、振幅変調器の周波数特性は温度に依存するため、環境温度によりオン／オフ比が変化するという問題点があった。
また、本出願人が特願2003−366559において提案した技術においても、ＰＩＮダイオードが設けられた２つの基板間で各基板用に設けられた通電用の配線同士が干渉しないようにしつつ、できる限り２つの基板を近づけて配置し、振幅変調器の透過損失を小さいものとしたいという、さらに改善が望まれている点があった。
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、ＰＩＮダイオードが設けられた２つの基板間で各基板用に設けられた通電用の配線同士が干渉しないようにしつつ、できる限り２つの基板を近づけて配置し、振幅変調器の透過損失を小さくすることができる非放射性誘電体線路用の振幅変調器およびそれを用いたミリ波送受信器を提供することにある。
また、本出願人が特願2003−366559において提案した技術においても、振幅変調器の入力側から見た反射係数と出力側から見た反射係数とを同じにして振幅変調器の透過損失を小さいものとし、また、ＰＩＮダイオードが設けられた２つの基板間で各基板用に設けられた電気信号の供給用の配線同士が干渉しないようにしつつ、できる限り２つの基板を近づけて配置し、さらに振幅変調器の透過損失を小さいものとしたいという、さらに改善が望まれている点があった。
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、透過型の振幅変調器において透過損失を小さくすることができる非放射性誘電体線路用の振幅変調器およびそれを用いたミリ波送受信器を提供することにある。
本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器は、１）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、高周波信号を入力する入力用誘電体線路と、この入力用誘電体線路の先端部に設けられた第１のＰＩＮダイオードと、前記入力用誘電体線路の前記先端部の延長方向上に前記第１のＰＩＮダイオードを透過した高周波信号が入力されるように配置された第２のＰＩＮダイオードと、この第２のＰＩＮダイオードを透過した高周波信号が入力されるように配置され、前記第１および第２のＰＩＮダイオードの少なくとも一方によって振幅変調された高周波信号を出力する出力用誘電体線路とが設けられており、前記第１のＰＩＮダイオードおよび前記第２のＰＩＮダイオードは第１および第２の基板にそれぞれ固定されており、前記第１の基板上の前記第１のＰＩＮダイオードと前記入力用誘電体線路の端面とが対向しているとともに前記第２の基板上の前記第２のＰＩＮダイオードと前記出力用誘電体線路の端面とが対向していることを特徴とするものである。
また、本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器は、２）上記１）の構成において、前記第１のＰＩＮダイオードによって振幅変調された高周波信号が入力されるとともにこの高周波信号を前記第２のＰＩＮダイオードに入力するように出力する入力兼出力用誘電体線路を設け、この入力兼出力用誘電体線路の線路長を、前記第１および第２のＰＩＮダイオードに順方向バイアス電圧を印加していないときに、前記第１のＰＩＮダイオードから入力され前記第２のＰＩＮダイオードで反射され前記第１のＰＩＮダイオードで反射されて前記第２のＰＩＮダイオードから前記出力用誘電体線路に漏洩する高周波信号と、前記第１のＰＩＮダイオードから入力され前記第１および第２のＰＩＮダイオードで反射されずに前記第２のＰＩＮダイオードから前記出力用誘電体線路に漏洩する高周波信号との位相差をδとしたとき、δ＝πとなるようにしていることを特徴とするものである。
また、本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器は、３）上記１）および２）の各構成において、前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されていることを特徴とするものである。
本発明の第１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の誘電体線路と、
この第１の誘電体線路の一端に付設され、前記高周波発生素子から出力された高周波信号を周期的に周波数変調して送信用のミリ波信号として出力し前記第１の誘電体線路中を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、
前記第１の誘電体線路の他端に付設された第１の基板上に配置され、前記送信用のミリ波信号を振幅変調する第１のＰＩＮダイオードと、
この第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように第２の基板上に配置され、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号を振幅変調する第２のＰＩＮダイオードと、
一端に前記第２のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように配置された第３の誘電体線路と、
前記平行平板導体に平行に対向配置された２枚の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の接続部を有するサーキュレータであって、前記第１の接続部に前記第３の誘電体線路の他端が接続されたサーキュレータと、
このサーキュレータの前記第２の接続部に一端が接続され、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４の誘電体線路と、
前記送受信アンテナで受信され前記第４の誘電体線路を伝搬して前記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５の誘電体線路と、
前記第２の誘電体線路の中途と前記第５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、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とを具備しており、
前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが上記１）の構成の本発明の振幅変調器を構成していることを特徴とするものである。
また、本発明の第１のミリ波送受信器は、上記構成において、前記第１および第２のＰＩＮダイオードの間に、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力され、前記第２のＰＩＮダイオードに出力する第６の誘電体線路が配置されており、前記平行平板導体、前記第１，第３および第６の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが上記２）の構成の本発明の振幅変調器を構成していることを特徴とするものである。
また、本発明の第１のミリ波送受信器は、上記各構成において、前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されており、前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが、または前記平行平板導体、前記第１，第３および第６の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが上記３）の構成の本発明の振幅変調器を構成していることを特徴とするものである。
本発明の第２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の誘電体線路と、
この第１の誘電体線路の一端に付設され、前記高周波発生素子から出力された高周波信号を周期的に周波数変調して送信用のミリ波信号として出力し前記第１の誘電体線路中を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、
前記第１の誘電体線路の他端に付設された第１の基板上に配置され、前記送信用のミリ波信号を振幅変調する第１のＰＩＮダイオードと、
この第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように第２の基板上に配置され、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号を振幅変調する第２のＰＩＮダイオードと、
一端に前記第２のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように配置された第３の誘電体線路と、
前記平行平板導体に平行に対向配置された２枚の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の接続部を有するサーキュレータであって、前記第１の接続部に前記第３の誘電体線路の他端が接続されたサーキュレータと、
このサーキュレータの前記第２の接続部に一端が接続され、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４の誘電体線路と、
前記サーキュレータの前記第３の接続部に接続され、前記送信アンテナで受信混入した受信波を伝搬させるとともに先端部に設けられた無反射終端部で前記受信波を減衰させる第５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６の誘電体線路と、
前記第２の誘電体線路の中途と前記第６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、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とを具備しており、
前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが上記１）の構成の本発明の振幅変調器を構成していることを特徴とするものである。
また、本発明の第２のミリ波送受信器は、上記構成において、前記第１および第２のＰＩＮダイオードの間に、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力され、前記第２のＰＩＮダイオードに出力する第７の誘電体線路が配置されており、前記平行平板導体、前記第１，第３および第７の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが上記２）の構成の本発明の振幅変調器を構成していることを特徴とするものである。
また、本発明の第２のミリ波送受信器は、上記各構成において、前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されており、前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが、または前記平行平板導体、前記第１，第３および第７の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが上記３）の構成の本発明の振幅変調器を構成していることを特徴とするものである。
本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器によれば、上記構成において、前記第１のＰＩＮダイオードおよび前記第２のＰＩＮダイオードは第１および第２の基板にそれぞれ固定されており、前記第１の基板上の前記第１のＰＩＮダイオードと前記入力用誘電体線路の端面とが対向しているとともに前記第２の基板上の前記第２のＰＩＮダイオードと前記出力用誘電体線路の端面とが対向していることから、従来の振幅変調器では異なっていた振幅変調器の入力用誘電体線路側から見た第１および第２の基板上の形状と出力用誘電体線路側から見た第１および第２の基板上の形状とを、どちらから見た場合でも同じようにすることができるため、振幅変調器の入力側から見た反射係数と出力側から見た反射係数とを整合させて、振幅変調器の透過損失を小さくすることができるものとなる。
また、本発明の振幅変調器によれば、前記第１のＰＩＮダイオードによって振幅変調された高周波信号が入力されるとともにこの高周波信号を前記第２のＰＩＮダイオードに入力するように出力する入力兼出力用誘電体線路を設け、この入力兼出力用誘電体線路の線路長を、前記第１および第２のＰＩＮダイオードに順方向バイアス電圧を印加していないときに、前記第１のＰＩＮダイオードから入力され前記第２のＰＩＮダイオードで反射され前記第１のＰＩＮダイオードで反射されて前記第２のＰＩＮダイオードから前記出力用誘電体線路に漏洩する高周波信号と、前記第１のＰＩＮダイオードから入力され前記第１および第２のＰＩＮダイオードで反射されずに前記第２のＰＩＮダイオードから前記出力用誘電体線路に漏洩する高周波信号との位相差をδとしたとき、δ＝πとなるようにしているときには、それらの高周波信号が第２のＰＩＮダイオードにおいて逆位相で干渉し、互いに弱めあって合波するようになるため、第２のＰＩＮダイオードで高周波信号を反射させて遮断するときに第２のＰＩＮダイオードから漏洩する高周波信号の強度を弱めることができ、高いオン／オフ比が得られるものとなる。
また、本発明の振幅変調器によれば、前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されているときには、第１および第２の基板を互いに近付けて配置した場合であっても、各々の基板上に設けられた電気信号の供給用の配線同士が干渉することを効果的に防止することができるため、第１および第２の基板を互いに近付けて配置することによって、さらに振幅変調器の透過損失を小さくすることができるものとなる。
そして、以上のような本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器を用いた本発明のミリ波送受信器によれば、上記各構成により、高いオン／オフ比でもって高周波信号を振幅変調したりスイッチングしたりできる高性能のものとなる。
本発明の第１のミリ波送受信器によれば、送受信アンテナを有するものの場合であって、本発明の振幅変調器を用いていることにより、高い送信信号強度が得られる高性能のものとなるとともに、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失および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。
また、本発明の第２のミリ波送受信器によれば、送信アンテナと受信アンテナとが独立したものの場合であって、高い送信信号強度が得られる高性能のものとなるとともに、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失および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ＣＬＴを介してミキサーへ混入することがなく、従って、ミリ波レーダモジュールに適用した場合に受信信号のノイズを低減させることができ、ミリ波信号の伝送特性に優れるとともに探知距離をさらに増大し得るものとなる。
本発明のＮＲＤガイド用の振幅変調器およびミリ波送受信器としてのミリ波レーダモジュールについて以下に詳細に説明する。
図１は本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器の実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。また、図２は本発明の振幅変調器の実施の形態の他の例を示す図であり、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）はＡ−Ａ’部分断面図である。図１および図２において、１ａ〜１ｃは誘電体線路、２ａは第１のＰＩＮダイオード、２ｂは第２のＰＩＮダイオード、３ａは第１のＰＩＮダイオード２ａを設けた第１の基板、３ｂは第２のＰＩＮダイオード２ｂを設けた第２の基板、４ａは第１の基板３ａに設けた第１のＰＩＮダイオード２ａに電気信号を供給するための導体線としての導体ピン、４ｂは第２の基板３ｂに設けた第２のＰＩＮダイオード２ｂに電気信号を供給するための導体線としての導体ピン、５ａおよび５ｂは平行平板導体である。なお、図２（ｃ）を除き、平行平板導体は図示していない。
図１に示す本発明の実施の形態の一例の振幅変調器は、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、高周波信号を入力する入力用誘電体線路１ａと、入力用誘電体線路１ａの先端部に設けられた第１のＰＩＮダイオード２ａと、入力用誘電体線路１ａの先端部の延長方向上に第１のＰＩＮダイオード２ａを透過した高周波信号が入力されるように配置された第２のＰＩＮダイオード２ｂと、第２のＰＩＮダイオード２ｂを透過した高周波信号が入力されるように配置され、第１および第２のＰＩＮダイオード２ａ，２ｂの少なくとも一方によって振幅変調された高周波信号を出力する出力用誘電体線路１ｂとが設けられており、第１のＰＩＮダイオード２ａおよび第２のＰＩＮダイオード２ｂは第１の基板３ａおよび第２の基板３ｂにそれぞれ固定されており、第１の基板３ａ上の第１のＰＩＮダイオード２ａと入力用誘電体線路１ａの端面とが対向しているとともに、第２の基板３ｂ上の第２のＰＩＮダイオード２ｂと出力用誘電体線路１ｂの端面とが対向している構成である。
ここで、第１および第２の基板３ａ，３ｂは、図８に斜視図で示すような構成のものである。例えば、図８における配線基板30の一主面にチョーク型バイアス供給線路33を形成し、その中途にフリップチップ実装，バンプ実装またはハンダ実装されたＰＩＮダイオード31を設けたものである。このＰＩＮダイオード31の順方向バイアス電圧の印加をオン／オフして順方向電流をオン／オフすることにより、ミリ波信号をオン／オフ制御（スイッチング制御）等の振幅制御することができる。
図１に示す振幅変調器は、入力用誘電体線路１ａから入力された高周波信号を第１のＰＩＮダイオード２ａもしくは第２のＰＩＮダイオード２ｂのいずれか、または第１のＰＩＮダイオード２ａおよび第２のＰＩＮダイオード２ｂの両方で振幅変調し、振幅変調された高周波信号を出力として出力用誘電体線路１ｂから取り出すといった動作をする。
図１に示す振幅変調器は、第１のＰＩＮダイオード２ａは入力用誘電体線路１ａ側から見て第１の基板３ａ上で対向しているとともに、第２のＰＩＮダイオード２ｂは出力用誘電体線路１ｂ側から見て第２の基板３ｂ上で対向しているので、そうでない場合と比べて、入力用誘電体線路１ａ側から見た第１の基板３ａ上の形状と出力用誘電体線路１ｂ側から見た第２の基板３ｂ上の形状とを、どちらから見た場合でも同じようにすることができるため、振幅変調器の入力用誘電体線路１ａから見た反射係数と出力用誘電体線路１ｂから見た反射係数とが近い値となるように整合させて、入力用誘電体線路１ａから出力用誘電体線路１ｂへ透過する振幅変調された高周波信号の透過損失を小さくすることができるものとなる。
次に、図２に示す本発明の実施の形態の他の例の振幅変調器は、上記の実施の形態の一例と比較して、さらに以下に説明するような構成である。
図２に示す例において、第１の基板３ａに設けられた第１のＰＩＮダイオード２ａと第２の基板３ｂに設けられた第２のＰＩＮダイオード２ｂとは、第１のＰＩＮダイオード２ａから出力された高周波信号が第２のＰＩＮダイオード２ｂに入力されるように入力兼出力用誘電体線路１ｃによって接続されている。
そして、上記構成２）に対応するように、入力兼出力用誘電体線路１ｃの線路長は、第１のＰＩＮダイオード２ａおよび第２のＰＩＮダイオード２ｂに順方向バイアス電圧を印加していないときに、第１のＰＩＮダイオード２ａからこの入力兼出力用誘電体線路１ｃに入力され第２のＰＩＮダイオード２ｂで反射され第１のＰＩＮダイオード２ａで反射されて再び第２のＰＩＮダイオード２ｂ側に戻り、第２のＰＩＮダイオード２ｂから出力用誘電体線路１ｂに漏洩する高周波信号と、第１のＰＩＮダイオード２ａからこの入力兼出力用誘電体線路１ｃに入力され第１のＰＩＮダイオード２ａおよび第２のＰＩＮダイオード２ｂで反射されずに第２のＰＩＮダイオード２ｂから出力用誘電体線路１ｂに漏洩する高周波信号との位相差をδとしたとき、入力兼出力用誘電体線路１ｃの線路長をその位相差δがδ＝πとなるような長さとされている。
さらに、図２に示す例においては、上記構成３）に対応するように、第１および第２の基板３ａ，３ｂ上の第１および第２のＰＩＮダイオード３ａ，３ｂの実装面側に第１および第２のＰＩＮダイオード３ａ，３ｂに電気信号を供給するための導体線としての導体ピン４ａ，４ｂがそれぞれ固定されているとともに、これら導体ピン４ａ，４ｂが、電気的に絶縁されて平行平板導体５ｂを貫通して導出されている。導体ピン４ａ，４ｂを平行平板導体５ｂ等の他の部材から絶縁するには、導体ピン４ａ，４ｂを平行平板導体５ｂ等の他の部材から間隔を開けて配置するようにすればよいが、絶縁性の筒状の絶縁スリーブのようなもの、例えば四フッ化エチレンチューブ（図示せず。）に導体ピン４ａ，４ｂを貫通させたものを平行平板導体５ｂを貫通させ、導体ピン４ａ，４ｂと他との接続部のみをその四フッ化エチレンチューブから露出させることによって、平行平板導体５ｂ等から電気的に絶縁して貫通させてもよい。この場合には、電気信号の供給用以外の導体から導体ピン４ａ，４ｂを確実に絶縁できるものとなる。
図２に示す振幅変調器は、図１に示す振幅変調器と同様に動作するが、第１のＰＩＮダイオード２ａを設けた第１の基板３ａと第２のＰＩＮダイオード２ｂを設けた第２の基板３ｂとが入力兼出力用誘電体線路１ｃで接続されることから、入力用誘電体線路１ａから出力用誘電体線路１ｂへ透過する振幅変調された高周波信号が入力用誘電体線路１ａに閉じこめられて、外部に放射せずに透過するため、その透過損失を小さくすることができるものとなる。
また、入力兼出力用誘電体線路１ｃの長さは、上記位相差δがδ＝（２Ｎ−１）π（ただし、Ｎは整数である。）となるような長さとされているときに、第１のＰＩＮダイオード２ａおよび第２のＰＩＮダイオード２ｂに順方向バイアス電圧を印加してないときに、これら両者の高周波信号を第２のＰＩＮダイオード２ｂにおいて逆位相で干渉させ、互いに弱め合うように合波させることができるため、第２のＰＩＮダイオードで高周波信号を反射させて遮断するときに第２のＰＩＮダイオードから漏洩する高周波信号の強度を弱めることができ、高いオン／オフ比が得られるが、この条件を満足するδ＝πとなるような長さとされていることから高いオン／オフ比が得られるものとなる。しかも、入力用誘電体線路１ａが最も短くなる条件にしても、導体ピン４ａと導体ピン４ｂもしくは第２の基板３ｂとが、または導体ピン４ｂと第１の基板３ａとが機械的に干渉することがないものとなる。
また、第１の基板３ａに取り付けられた導体ピン４ａと第２の基板３ｂに取り付けられた導体ピン４ｂとは、それぞれ導体ピン４ａ，４ｂの第１および第２の基板３ａ，３ｂへの取付け面の背面同士が背中合わせになっているので、第１の基板３ａと第２の基板３ｂとを近付けて配置しても、導体ピン４ａと導体ピン４ｂもしくは第２の基板３ｂとが、または導体ピン４ｂと第１の基板３ａとが機械的に干渉することがないため、第１の基板３ａと第２の基板３ｂとを近づけて配置することができ、これによって、さらに振幅変調器の透過損失を小さくすることができるものとなる。
本発明の振幅変調器において、導体ピン４ａおよび導体ピン４ｂから第１のＰＩＮダイオード３ａおよび第２のＰＩＮダイオード３ｂのそれぞれに電気信号を供給するには、導体ピン４ａ，４ｂはそれぞれ第１および第２の基板３ａ，３ｂのチョーク型バイアス供給線路33の両端に半田付けすればよい。また、導体ピン４ａ，４ｂは、例えば直径が２ｍｍで長さが15ｍｍ程度の円柱状または円筒状の形状で銅等の導電性の材料から成るものを用いれば、取り扱いやすく、しかも良好な導通をとることができて好適である。
本発明の振幅変調器において、誘電体線路１ａ〜１ｃの材料は、四フッ化エチレン，ポリスチレン等の樹脂、または低比誘電率のコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）セラミックス，アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス，ガラスセラミックス等のセラミックスが好ましく、これらは高周波帯域において低損失である。中でもコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）セラミックスを用いると、組立てしやすい範囲で誘電体線路を小型にできるので好適である。
上記構成において、高周波信号の波長が約77ＧＨｚのときには、上記位相差δがδ＝πとなるような入力兼出力用誘電体線路１ｃの長さは約２ｍｍ程度となるが、第１の基板３ａと第２の基板３ｂとを近付けて配置しても、導体ピン４ａと導体ピン４ｂもしくは第
２の基板３ｂとが、または導体ピン４ｂと第１の基板３ａとが機械的に干渉することがない。
本発明の振幅変調器におけるＮＲＤガイド用の平行平板導体は、高い電気伝導度および良好な加工性等の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳＵＳ（ステンレススチール），真鍮（Ｃｕ−Ｚｎ合金）等の導体板が好適である。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。
また、本発明の振幅変調器およびミリ波送受信器は、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用い、高周波発生素子から出力された高周波信号の伝搬路に設けられたバラクタダイオード等の可変容量ダイオードのバイアス電圧を電圧制御することによって周波数変調する電圧制御発振器（Voltage Control Oscillator：ＶＣＯ）と組み合わせることによって、無線ＬＡＮ，自動車のミリ波レーダ等に使用される。例えば、自動車の周囲の障害物および他の自動車に対してミリ波信号を照射し、その障害物および他の自動車からの反射波を元のミリ波信号と合成して中間周波信号を得て、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、ならびにそれらの移動速度等を測定することができる。
なお、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、さらには70ＧＨｚ以上の高周波帯域が好適である。特に、76〜77ＧＨｚが好ましく、この場合には、本発明の振幅変調器を作動周波数が76〜77ＧＨｚ程度である自動車用のミリ波レーダモジュール等のミリ波送受信器に用いた場合に、発振器の発振周波数が温度等で変化しても広い帯域で高周波信号の高い透過特性が得られるものとなる。
次に、本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダモジュールについて以下に説明する。
図３および図４は本発明のミリ波送受信器としてのミリ波レーダモジュールについて実施の形態の例を示すものであり、図３は送信アンテナと受信アンテナとが一体化された本発明の第１のミリ波送受信器についての例を示す平面図、図４は送信アンテナと受信アンテナとが独立した本発明の第２のミリ波送受信器についての例を示す平面図、図９はそれらにおけるミリ波信号発振部の斜視図、図10はそのミリ波信号発振部用の可変容量ダイオード（バラクタダイオード）を設けた配線基板の斜視図である。
図３に示すミリ波レーダモジュールは、送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置された平行平板導体（他方は図示を省略する。）51間に高周波発生素子から出力され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53と、第１の誘電体線路53に付設され、ミリ波信号を周期的に周波数変調して送信用のミリ波信号として出力し、第１の誘電体線路53中を伝搬させるミリ波信号発振部52と、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63側へ伝搬させる第２の誘電体線路62とが設けられている。
また、第１の誘電体線路53の他端に付設された第１の基板54ａ上に配置され、送信用のミリ波信号を振幅変調する第１のＰＩＮダイオード54ｂと、第１のＰＩＮダイオード54ｂを透過したミリ波信号が入力されるように第２の基板56ａ上に配置され、第１のＰＩＮダイオード54ｂを透過したミリ波信号をさらに振幅変調する第２のＰＩＮダイオード56ｂと、一端に第２のＰＩＮダイオード56ｂを透過したミリ波信号が入力されるように配置された第３の誘電体線路57とが設けられている。
また、平行平板導体51間に、平行平板導体51に平行に対向配置された２枚のフェライト板59ａ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59ａ１，第２の接続部59ａ２および第３の接続部59ａ３を有するサーキュレータＡであって、第１の接続部59ａ１に第３の誘電体線路57の他端が接続されたサーキュレータＡと、サーキュレータＡの第２の接続部59ａ２に一端が接続され、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60ａを有する第４の誘電体線路60と、送受信アンテナ60ａで受信され第４の誘電体線路60を伝搬してサーキュレータＡの第３の接続部59ａ３より出力した受信波をミキサー63側へ伝搬させる第５の誘電体線路61と、第２の誘電体線路62の中途と第５の誘電体線路61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して中間周波数信号を発生するミキサー63とが設けられている。
そして、平行平板導体51、第１の誘電体線路53および第３の誘電体線路57、第１および第２の基板54ａ，56ａ、ならびに第１および第２のＰＩＮダイオード54ｂ，56ｂが、図１に示す本発明の実施の形態の一例の振幅変調器を構成している。
また、図３に示すミリ波レーダモジュールは、第１および第２のＰＩＮダイオード54ａ，56ｂの間に、第１のＰＩＮダイオード54ａを透過したミリ波信号が入力され、第２のＰＩＮダイオード56ｂに出力する第６の誘電体線路55が配置されており、第１および第２の基板54ａ，56ａ上に第１および第２のＰＩＮダイオード54ｂ，56ｂに電気信号を供給するための導体線としての導体ピン（図示せず。）がそれぞれ固定されているとともに、これら導体ピンが、電気的に絶縁されて平行平板導体51を貫通して導出されており、平行平板導体51、第１の誘電体線路53および第３の誘電体線路57、第１および第２の基板54ａ，56ａ、ならびに第１のＰＩＮダイオード54ｂおよび第２のＰＩＮダイオード56ｂが、または平行平板導体51、第１，第３および第６の誘電体線路53，57，55、第１および第２の基板54ａ，56ａ、ならびに第１および第２のＰＩＮダイオード54ｂ，56ｂが、図２に示す本発明の実施の形態の他の例の振幅変調器を構成している。
第１の誘電体線路53の一端に設けられた電圧制御型のミリ波信号発振部52は、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向に合致するように、第１の誘電体線路53の高周波発生素子（高周波ダイオード等）の近傍に配置された可変容量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。なお、高周波ダイオードと可変容量ダイオードとの組み合わせと同等の機能を有するＶＣＯ（ＶＣＯ（電圧制御発振器）は制御電圧によって発振周波数を変化させる発振器であり、例えば可変容量ダイオードを用いずにガンダイオード（高周波発生素子）のバイアス電圧を変化させるものも実現可能である。）をミリ波信号発振部として用いてもよく、これによっても同じ目的を達成できることは言うまでもない。
なお、図３において、58ａ〜58ｃはモードサプレッサである。また、54ａ，56ａはミリ波信号を振幅変調する第１および第２のＰＩＮダイオード54ｂ，56ｂが設けられた第１および第２の基板であり、それぞれ図８に示すような構成である。例えば、図８の配線基板30の一主面にチョーク型バイアス供給線路33を形成し、その中途にフリップチップ実装，バンプ実装またはハンダ実装されたＰＩＮダイオード31（54ｂまたは56ｂ）を設けたスイッチである。このＰＩＮダイオード31（54ｂまたは56ｂ）の順方向電流を流す、または流さないという制御をすることにより、ミリ波信号をオン（透過）−オフ（反射）制御（スイッチング制御）または振幅変調することができる。
また、送受信アンテナ60ａは、第４の誘電体線路60の先端をテーパー状とすることにより設けられる。または、送受信アンテナ60ａは、平行平板導体51に開口を設け、平行平板導体51の外面にその開口に金属導波管を介してホーンアンテナ等のアンテナを接続した構成のものでもよい。
また、第１の誘電体線路53は第１のＰＩＮダイオード54ｂの入力用誘電体線路に、第６の誘電体線路55は第１のＰＩＮダイオード54ｂと第２のＰＩＮダイオード56ｂとの間を接続する入力兼出力用誘電体線路に、第３の誘電体線路57は第１のＰＩＮダイオード54ｂおよび第２のＰＩＮダイオード56ｂからの出力用誘電体線路にそれぞれ相当する。
本発明のミリ波送受信器において、２枚の同一形状のフェライト板59ａは平行平板導体51の内面に対してその主面が平行にかつ同心状に対向配置されるが、平行平板導体51の内面にそれらの主面が接していてもよく、また平行平板導体51の内面から所定の間隔をあけて設置してもよい。なお、図３に示すような円板状のフェライト板59ａの代わりに、正多角形のフェライト板を用いてもよい。その場合は、接続される誘電体線路の本数をｎ本（ｎは２以上の整数である。）とすると、その平面形状は正ｍ角形（ｍは３以上の整数である。）とするのがよい。
また、本発明の第２のミリ波送受信器としてのミリ波レーダモジュールは、送信アンテナと受信アンテナとを独立させたものであり、その実施の形態の一例は図４に平面図で示すようなものである。
図４に示す例では、送信用のミリ波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置された平行平板導体（他方は図示を省略する。）71間に高周波発生素子から出力され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73と、第１の誘電体線路73に付設され、ミリ波信号を周期的に周波数変調して送信用のミリ波信号として出力し、第１の誘電体線路73中を伝搬させるミリ波信号発振部66と、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76側へ伝搬させる第２の誘電体線路82とが設けられている。
また、第１の誘電体線路73の他端に付設された第１の基板74ａ上に配置され、送信用のミリ波信号を振幅変調する第１のＰＩＮダイオード74ｂと、第１のＰＩＮダイオード74ｂを透過したミリ波信号が入力されるように第２の基板76ａ上に配置され、第１のＰＩＮダイオード74ｂを透過したミリ波信号をさらに振幅変調する第２のＰＩＮダイオード76ｂと、一端に第２のＰＩＮダイオード76ｂを透過したミリ波信号が入力されるように配置された第３の誘電体線路77とが設けられている。
また、平行平板導体71間に、平行平板導体71に平行に対向配置された２枚のフェライト板79ａ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79ａ１，第２の接続部79ａ２および第３の接続部79ａ３を有するサーキュレータＡであって、第１の接続部79ａ１に第３の誘電体線路77の他端が接続されたサーキュレータＡと、サーキュレータＡの第２の接続部79ａ２に一端が接続され、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80ａを有する第４の誘電体線路80と、送信アンテナ80ａで受信混入した受信波を伝搬させるとともに先端部に設けられた無反射終端81ａで受信波を減衰させる第５の誘電体線路81と、先端部に受信アンテナ83ａ、他端部にミキサー84が各々設けられた第７の誘電体線路83と、第２の誘電体線路82の中途と第７の誘電体線路83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して中間周波数信号を発生するミキサー84とが設けられている。
そして、平行平板導体71、第１の誘電体線路73および第３の誘電体線路77、第１および第２の基板74ａ，76ａ、ならびに第１および第２のＰＩＮダイオード74ｂ，76ｂが、図１に示す本発明の実施の形態の一例の振幅変調器を構成している。
また、図４に示すミリ波レーダモジュールは、第１および第２のＰＩＮダイオード74ａ，76ｂの間に、第１のＰＩＮダイオード74ａを透過したミリ波信号が入力され、第２のＰＩＮダイオード76ｂに出力する第６の誘電体線路75が配置されており、配線基板74ａ，76ａ上に第１および第２のＰＩＮダイオード74ｂ，76ｂに電気信号を供給するための導体線としての導体ピン（図示せず。）がそれぞれ固定されているとともに、これら導体ピンが、電気的に絶縁されて平行平板導体71を貫通して導出されており、平行平板導体71、第１の誘電体線路73および第３の誘電体線路77、第１および第２の基板74ａ，76ａ、ならびに第１のＰＩＮダイオード74ｂおよび第２のＰＩＮダイオード76ｂが、または平行平板導体71、第１，第３および第６の誘電体線路73，77，75、第１および第２の基板74ａ，76ａ、ならびに第１および第２のＰＩＮダイオード74ｂ，76ｂが、図２に示す本発明の実施の形態の他の例の振幅変調器を構成している。
第１の誘電体線路73の一端に設けられた電圧制御型のミリ波信号発振部72は、バイアス電圧印加方向が高周波信号の電界方向に合致するように、第１の誘電体線路73の高周波発生素子の近傍に配置された可変容量ダイオードのバイアス電圧を周期的に制御して、三角波，正弦波等とすることにより、周波数変調した送信用のミリ波信号として出力する。なお、高周波ダイオードと可変容量ダイオードとの組み合わせと同等の機能を有するＶＣＯをミリ波信号発振部として用いてもよく、これによっても同じ目的を達成できることは言うまでもない。
なお、図４において、78ａ〜78ｃはモードサプレッサである。また、74ａ，76ａはミリ波信号を振幅変調する第１および第２のＰＩＮダイオード74ｂ，76ｂが設けられた第１および第２の基板であり、それぞれ図８に示すような構成である。
また、送信アンテナ80ａおよび受信アンテナ83ａは、第４の誘電体線路80および第７の誘電体線路83の先端をテーパー状とすることによりそれぞれ設けられる。または、送信アンテナ80ａ，受信アンテナ83ａは、それぞれ平行平板導体71に開口を設け、平行平板導体71の外面にその開口に金属導波管を介してホーンアンテナ等のアンテナを接続した構成のものでもよい。
また、第１の誘電体線路73は第１のＰＩＮダイオード74ｂの入力用誘電体線路に、第６の誘電体線路75は第１のＰＩＮダイオード74ｂと第２のＰＩＮダイオード76ｂとの間を接続する入力兼出力用誘電体線路に、第３の誘電体線路77は第１のＰＩＮダイオード74ｂおよび第２のＰＩＮダイオード76ｂからの出力用誘電体線路にそれぞれ相当する。
本発明のミリ波送受信器において、２枚の同一形状のフェライト板79ａは平行平板導体71の内面に対してその主面が平行にかつ同心状に対向配置されるが、平行平板導体71の内面にそれらの主面が接していてもよく、また平行平板導体71の内面から所定の間隔をあけて設置してもよい。なお、図４に示すような円板状のフェライト板79ａの代わりに、正多角形のフェライト板を用いてもよい。その場合は、接続される誘電体線路の本数をｎ本（ｎは２以上の整数である。）とすると、その平面形状は正ｍ角形（ｍは３以上の整数である。）とするのがよい。
以上のような図３，図４に示すミリ波レーダモジュール用のミリ波信号発振部52，72をガンダイオードで構成したものを図９，図10に示す。図９，図10において、92はガンダイオード93を設置（マウント）するための略直方体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、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。
さらに、誘電体線路97の中途には、周波数変調用ダイオードであって可変容量ダイオードの１種であるバラクタダイオード90を実装した配線基板98を設置している。このバラクタダイオード90のバイアス電圧印加方向は、誘電体線路97での高周波信号の伝搬方向に垂直かつ平行平板導体の主面に平行な方向（電界方向）とされている。また、バラクタダイオード90のバイアス電圧印加方向は、誘電体線路97中を伝搬するＬＳＭ０１モードの高周波信号の電界方向と合致しており、これにより高周波信号とバラクタダイオード90とを電磁結合させ、バイアス電圧を制御することによりバラクタダイオード90の静電容量を変化させることで、高周波信号の周波数を制御できる。また、99はバラクタダイオード90と誘電体線路97とのインピーダンス整合をとるための高比誘電率の誘電体板である。
また、図10に示すように、配線基板98の一主面には第２のチョーク型バイアス供給線路100が形成され、第２のチョーク型バイアス供給線路100の中途にバラクタダイオード90が配置される。第２のチョーク型バイアス供給線路100のバラクタダイオード90との接続部には、接続用の電極91が形成されている。
そして、ガンダイオード93から発振された高周波信号は、金属ストリップ共振器96を通して誘電体線路97に導出される。次に、高周波信号の一部はバラクタダイオード90部で反射されてガンダイオード93側へ戻る。この反射信号がバラクタダイオード90の静電容量の変化に伴って変化し、発振周波数が変化する。
また、図３，図４に示すミリ波レーダモジュールはＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Waves）方式のものであり、その動作原理は以下のようなものである。ミリ波信号発振部の変調信号入力用のＭＯＤＩＮ端子に、電圧振幅の時間変化が三角波，正弦波等となる入力信号を入力し、その出力信号を周波数変調し、ミリ波信号発振部の出力周波数偏移を三角波，正弦波等になるように偏移させる。そして、送受信アンテナ60ａ，送信アンテナ80ａより出力信号（送信波）を放射した場合、送受信用アンテナ60ａ，送信アンテナ80ａ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伴って、反射波（受信波）が戻ってくる。このとき、ミキサー63，84の出力側のＩＦＯＵＴ端子には、送信波と受信波との周波数差に対応した中間周波信号が出力される。
このＩＦＯＵＴ端子の出力の出力周波数等の周波数成分を解析することで、Ｆｉｆ＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ（Ｆｉｆ：ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）出力周波数であり、Ｒ：距離，ｆｍ：変調周波数，Δｆ：周波数偏移幅，ｃ：光速である。）という関係式から距離を求めることができる。
本発明のミリ波送受信器を構成する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。
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。すなわち、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。
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、金属等の導体であればよく、その材料は金属（合金を含む）であれば特に限定されるものではなく、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よい。
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モジュールは、透過損失の小さい本発明の振幅変調器を有することによって、高い送信信号強度が得られる高性能のものとなり、また、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失およびアイソレーション特性が改善され、その結果、探知距離を増大させることが可能となる（図３に示す例。）。また、透過損失の小さい本発明の振幅変調器を有することによって、高い送信信号強度が得られる高性能のものとなり、より高周波帯域および広い帯域幅でミリ波信号の伝送損失およびアイソレーション特性が改善され、さらに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探知距離をさらに増大させることが可能なものとなる（図４に示す例。）。
なお、本発明は以上の実施の形態の例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で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、第１の基板54ａ，74ａおよび第２の基板56ａ，76ａのそれぞれに第１のＰＩＮダイオード54ｂ，74ｂおよび第２のＰＩＮダイオード56ｂ，76ｂを設ける代わりに、１つの基板の表裏面それぞれに１つずつ、第１および第２のＰＩＮダイオードを設ける構成としてもよく、その場合には、入力兼出力用誘電体線路は必要なくなり、小型化に有利なものとなる。
以上、説明したように、本発明によれば、振幅変調器の入力側から見た反射係数と出力側から見た反射係数とを同じにして振幅変調器の透過損失を小さくし、また、ＰＩＮダイオードが設けられた２つの基板間で各基板用に設けられた電気信号の供給用の配線同士が干渉しないようにしつつ、できる限り２つの基板を近づけて配置して、さらに振幅変調器の透過損失を小さくした非放射性誘電体線路用の振幅変調器およびそれを用いたミリ波送受信器を提供することができるものとなる。
（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器の実施の形態の一例を示す斜視図および平面図である。 （ａ），（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ本発明の非放射性誘電体線路用の振幅変調器の実施の形態の他の例を示す斜視図，平面図および断面図である。 本発明の第１のミリ波送受信器としてのミリ波レーダモジュールについて実施の形態の一例を示す平面図である。 本発明の第２のミリ波送受信器としてのミリ波レーダモジュールについて実施の形態の一例を示す平面図である。 ＮＲＤガイドの基本構成を示す部分破断斜視図である。 従来のＮＲＤガイド用の振幅変調器を示し、（ａ）は振幅変調器の斜視図、（ｂ）は振幅変調器の平面図である。 図３の振幅変調器の高周波信号の反射損失の周波数特性を示すグラフである。 本発明の振幅変調器に用いられるＰＩＮダイオードを設けた配線基板の例を示す斜視図である。 本発明のミリ波レーダモジュールにおける電圧制御型のミリ波信号発振部の例を示す斜視図である。 図９のミリ波信号発振部用のバラクタダイオードを設けた配線基板の例を示す斜視図である。
符号の説明
１ａ：入力用誘電体線路
１ｂ：出力用誘電体線路
１ｃ：入力兼出力用誘電体線路
２ａ：第１のＰＩＮダイオード
２ｂ：第２のＰＩＮダイオード
３ａ：第１の基板
３ｂ：第２の基板
４ａ，４ｂ：導体ピン（導体線）
５ａ，５ｂ：平行平板導体
11，12，51，71：平行平板導体
31：ＰＩＮダイオード
52，72：ミリ波信号発振部
53，73：第１の誘電体線路（入力用誘電体線路）
54ａ，74ａ：第１の基板
54ｂ，74ｂ：第１のＰＩＮダイオード
55，75：第６の誘電体線路（入力兼出力用誘電体線路）
56ａ，76ａ：第２の基板
56ｂ，76ｂ：第２のＰＩＮダイオード
57，77：第３の誘電体線路（出力用誘電体線路）
59ａ，64ａ，67ａ，79ａ：フェライト板
59ａ１，64ａ１，67ａ１，79ａ１：第１の接続部
59ａ２，64ａ２，67ａ２，79ａ２：第２の接続部
59ａ３，64ａ３，67ａ３，79ａ３：第３の接続部
60，80：第４の誘電体線路
60ａ：送受信アンテナ
61，81：第５の誘電体線路
62，82：第２の誘電体線路
63，84：ミキサー
80ａ：送信アンテナ
65，83：第７の誘電体線路
66：第８の誘電体線路
68：第９の誘電体線路
66ａ，68ａ：無反射終端器
83ａ：受信アンテナ
93：ガンダイオード
Ａ：サーキュレータ
Ｂ：第２のサーキュレータ
Ｃ：第３のサーキュレータ

Claims (9)

  1. 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、高周波信号を入力する入力用誘電体線路と、該入力用誘電体線路の先端部に設けられた第１のＰＩＮダイオードと、前記入力用誘電体線路の前記先端部の延長方向上に前記第１のＰＩＮダイオードを透過した高周波信号が入力されるように配置された第２のＰＩＮダイオードと、該第２のＰＩＮダイオードを透過した高周波信号が入力されるように配置され、前記第１および第２のＰＩＮダイオードの少なくとも一方によって振幅変調された高周波信号を出力する出力用誘電体線路とが設けられており、前記第１のＰＩＮダイオードおよび前記第２のＰＩＮダイオードは第１および第２の基板にそれぞれ固定されており、前記第１の基板上の前記第１のＰＩＮダイオードと前記入力用誘電体線路の端面とが対向しているとともに前記第２の基板上の前記第２のＰＩＮダイオードと前記出力用誘電体線路の端面とが対向していることを特徴とする非放射性誘電体線路用の振幅変調器。
  2. 前記第１のＰＩＮダイオードによって振幅変調された高周波信号が入力されるとともに該高周波信号を前記第２のＰＩＮダイオードに入力するように出力する入力兼出力用誘電体線路を設け、該入力兼出力用誘電体線路の線路長を、前記第１および第２のＰＩＮダイオードに順方向バイアス電圧を印加していないときに、前記第１のＰＩＮダイオードから入力され前記第２のＰＩＮダイオードで反射され前記第１のＰＩＮダイオードで反射されて前記第２のＰＩＮダイオードから前記出力用誘電体線路に漏洩する高周波信号と、前記第１のＰＩＮダイオードから入力され前記第１および第２のＰＩＮダイオードで反射されずに前記第２のＰＩＮダイオードから前記出力用誘電体線路に漏洩する高周波信号との位相差をδとしたとき、δ＝πとなるようにしていることを特徴とする請求項１記載の非放射性誘電体線路用の振幅変調器。
  3. 前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の非放射性誘電体線路用の振幅変調器。
  4. 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の誘電体線路と、
    該第１の誘電体線路の一端に付設され、前記高周波発生素子から出力された高周波信号を周期的に周波数変調して送信用のミリ波信号として出力し前記第１の誘電体線路中を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、
    前記第１の誘電体線路の他端に付設された第１の基板上に配置され、前記送信用のミリ波信号を振幅変調する第１のＰＩＮダイオードと、
    前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように第２の基板上に配置され、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号を振幅変調する第２のＰＩＮダイオードと、
    一端に前記第２のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように配置された第３の誘電体線路と、
    前記平行平板導体に平行に対向配置された２枚の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の接続部を有するサーキュレータであって、前記第１の接続部に前記第３の誘電体線路の他端が接続されたサーキュレータと、
    該サーキュレータの前記第２の接続部に一端が接続され、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４の誘電体線路と、
    前記送受信アンテナで受信され前記第４の誘電体線路を伝搬して前記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５の誘電体線路と、
    前記第２の誘電体線路の中途と前記第５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、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とを具備しており、
    前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが請求項１記載の振幅変調器を構成していることを特徴とするミリ波送受信器。
  5. 前記第１および第２のＰＩＮダイオードの間に、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力され、前記第２のＰＩＮダイオードに出力する第６の誘電体線路が配置されており、前記平行平板導体、前記第１，第３および第６の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが請求項２記載の振幅変調器を構成していることを特徴とする請求項４記載のミリ波送受信器。
  6. 前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されており、前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが、または前記平行平板導体、前記第１，第３および第６の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが請求項３記載の振幅変調器を構成していることを特徴とする請求項４または請求項５記載のミリ波送受信器。
  7. 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の誘電体線路と、
    該第１の誘電体線路の一端に付設され、前記高周波発生素子から出力された高周波信号を周期的に周波数変調して送信用のミリ波信号として出力し前記第１の誘電体線路中を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、
    前記第１の誘電体線路の他端に付設された第１の基板上に配置され、前記送信用のミリ波信号を振幅変調する第１のＰＩＮダイオードと、
    前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように第２の基板上に配置され、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号を振幅変調する第２のＰＩＮダイオードと、
    一端に前記第２のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力されるように配置された第３の誘電体線路と、
    前記平行平板導体に平行に対向配置された２枚の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の接続部を有するサーキュレータであって、前記第１の接続部に前記第３の誘電体線路の他端が接続されたサーキュレータと、
    該サーキュレータの前記第２の接続部に一端が接続され、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４の誘電体線路と、
    前記サーキュレータの前記第３の接続部に接続され、前記送信アンテナで受信混入した受信波を伝搬させるとともに先端部に設けられた無反射終端部で前記受信波を減衰させる第５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６の誘電体線路と、
    前記第２の誘電体線路の中途と前記第６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、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とを具備しており、
    前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが請求項１記載の振幅変調器を構成していることを特徴とするミリ波送受信器。
  8. 前記第１および第２のＰＩＮダイオードの間に、前記第１のＰＩＮダイオードを透過したミリ波信号が入力され、前記第２のＰＩＮダイオードに出力する第７の誘電体線路が配置されており、前記平行平板導体、前記第１，第３および第７の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが請求項２記載の振幅変調器を構成していることを特徴とする請求項７記載のミリ波送受信器。
  9. 前記第１および第２の基板上に前記第１および第２のＰＩＮダイオードに電気信号を供給するための導体線がそれぞれ固定されているとともに、これら導体線が、電気的に絶縁されて前記平行平板導体を貫通して導出されており、前記平行平板導体、前記第１および第３の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが、または前記平行平板導体、前記第１，第３および第７の誘電体線路、前記第１および第２の基板、ならびに前記第１および第２のＰＩＮダイオードが請求項３記載の振幅変調器を構成していることを特徴とする請求項７または請求項８記載のミリ波送受信器。
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