JP4428968B2

JP4428968B2 - 半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造およびそれを有するレーダ送受信機

Info

Publication number: JP4428968B2
Application number: JP2003303767A
Authority: JP
Inventors: 健竹之下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP2005069999A

Description

近年、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用いた、移動体通信または車間レーダ等に使用されるレーダ送受信機の研究が盛んに進められている。そして、そのレーダ送受信機においては、高周波信号用の線路や送受信アンテナへの信号電力供給の切り替えあるいはパルス変調等に、ショットキーバリアダイオードやＰＩＮダイオード等の半導体素子スイッチが広く用いられている。

本発明は、移動体通信または車間レーダ等に使用されるレーダ送受信機で用いられる半導体素子スイッチのオン／オフにより生じる、発振器に対する負荷変動の低減構造およびそれを有するレーダ送受信機に関するものである。

従来の半導体素子スイッチを有するレーダ送受信機の構成の代表的なものは、例えば図17にブロック図で示すような回路構成のものである（例えば、特許文献１を参照。）。この図17に示す従来のレーダ送受信機の構成は、次に述べるようなものである。

図17において、１は発振器、２は電力分配器、３は信号処理部、４はパルス変調手段、５ａおよび５ｂは増幅器、６ａおよび６ｂはアンテナ、７はミキサ、８は帯域通過フィルタである。これらの回路構成要素は、伝送線路および制御用線路により接続される。

図17に示すように、発振器１から出力される周波数変調した高周波信号は、電力分配器２で送信信号と局部発振信号とに分配される。送信信号は、さらに信号処理部３からのパルス変調信号を受けてパルス変調手段４でパルス変調され、増幅器５ａで増幅された後、アンテナ６ａからターゲット（図示せず）に向けて放射される。そして、ターゲットで反射してきた反射波が受信アンテナ６ｂで受信され、この受信信号と局部発振信号とがミキサ７でミキシングされて得られたＩＦ信号は、帯域通過フィルタ８で不要な周波数の信号を除去されて、増幅器５ｂで増幅された後に信号処理部３に出力されて所定の信号処理が行なわれる。

そして、このような回路構成のレーダ送受信機において、高周波信号のパルス変調手段４には、前述の半導体素子スイッチが用いられている。
特開2001−74829号公報特開2000−349836号公報

このような回路構成のレーダ送受信機において、パルス変調手段４は、入力された高周波信号を、半導体素子スイッチのオン／オフによる電力減衰比とタイミングとにより高周波信号の電力比とデューティとを調整することによって、パルス変調させる。

しかしながら、このとき、半導体素子スイッチのオン／オフにより、発振器１から見た負荷が変動するため発振器１の負荷依存性により発振周波数が変動してしまうこととなる。すなわち、パルス変調手段４の負荷がパルス変調手段４を構成する半導体素子スイッチのオン／オフにより変動するため、電力分配器２乃至帯域通過フィルタ８の回路構成要素を発振器１から見たときの負荷もそれに伴い変動し、発振器１の負荷依存性により、発振器１の発振周波数がある振れ幅で変動することとなる。そして、レーダ送受信機においては、このような発振器１の発振周波数の変動は速度検知および距離検知の精度に影響を及ぼすため、検知精度を悪くしてしまうという問題点があった。

そのため、このような半導体素子スイッチのオン／オフによる発振器１への不要な高周波信号の反射を減衰させるために、例えばサーキュレータと無反射終端とからなるアイソレータを発振器１の前に取り付けるという構成が用いられる（例えば、特許文献２を参照。）。

しかしながら、このようにアイソレータを発振器１の前に取り付けるという構成では、それによってレーダ送受信機のサイズが大きくなってしまい、小型化の要求に応えることが困難であるという問題点があった。

本発明は、以上のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、レーダ送受信機等のミリ波モジュールにおいて発振器に接続された半導体素子スイッチによる負荷変動を低減することができる低減構造を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、そのような半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有する、安定して作動させることが可能なレーダ送受信機を提供することにある。

本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の一実施形態は、発振器と半導体素子スイッチとを接続する線路の途中にこの線路と特性インピーダンスが異なる負荷を設け、前記負荷において生じる高周波信号の反射波が、前記半導体素子スイッチを介して前記発振器に接続される外部の構成要素において生じる高周波信号の反射波よりも大きくなるようにするか、あるいは相殺するようにしており、前記線路が非放射性誘電体線路であり、前記負荷が前記非放射性誘電体線路の断面において寸法を異ならせた部分であることを特徴とすることを特徴とするものである。

また、本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の他の実施形態は、発振器と半導体素子スイッチとを接続する線路の途中にこの線路と特性インピーダンスが異なる負荷を設け、前記負荷において生じる高周波信号の反射波が、前記半導体素子スイッチを介して前記発振器に接続される外部の構成要素において生じる高周波信号の反射波よりも大きくなるようにするか、あるいは相殺するようにしており、前記線路が導波管であり、前記負荷が前記導波管の途中に設けられ、開口面積を異ならせたアイリスであることを特徴とするものである。

そして、本発明のレーダ送受信機は、発振器と、半導体素子スイッチと、送受信用のアンテナと、これらを接続する高周波信号用の線路とを具備するとともに、本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有することを特徴とするものである。

本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造によれば、発振器と半導体素子スイッチとを接続する線路の途中にこの線路と特性インピーダンスが異なる負荷を設けたことから、半導体素子スイッチを介して発振器に接続される電力分配器，パルス変調手段，ミキサ，アンテナ等のレーダ送受信機の各構成要素よりも負荷において生じる高周波信号の反射の影響が大きくなるようにするか、あるいは相殺するようにして、負荷変動の影響を低減することが可能となる。

すなわち、発振器と半導体素子スイッチとを接続する線路の途中にこの線路と特性インピーダンスが異なる負荷を設けることにより、半導体素子スイッチを介して発振器に接続される電力分配器，パルス変調手段，ミキサ，アンテナ等のレーダ送受信機の各構成要素よりも負荷において生じる高周波信号の反射の影響を大きくするか相殺するようにして負荷変動の影響を低減することができ、発振器の発振周波数の不要な変動を低減することができる。それにより、この半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有するレーダ送受信機においては、その距離探知性能および速度探知性能を向上させることができる。

また、前記線路が非放射性誘電体線路であることから、上記の低減構造においては非放射性誘電体線路の寸法を変更して線路の他の部分と特性インピーダンスが異なる負荷とする際に、非放射性誘電体線路を狭持する平行導体板の間隔を電界の向きが平行導体板に平行な向きとなる平行平板モードが遮断されるようにすれば放射による損失が生じないので、低損失なものとすることができる。このとき、非放射性誘電体線路の途中にこの非放射性誘電体線路と特性インピーダンスが異なる負荷を設けるのには、非放射性誘電体線路の有限区間の信号伝播方向に対して、垂直な断面の寸法を異なる寸法とすることによって、この部分を特性インピーダンスが異なる負荷としてもよい。

また、本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造において、前記線路が導波管である場合には、上記の低減構造においては導波管の断面の寸法の異なる部分を設けることで伝播モードを変えることなく特性インピーダンスを異なるものとできるので、低損失な構造で発振器への負荷変動の影響を低減することができる。このとき、導波管の途中にこの導波管と特性インピーダンスが異なる負荷を設けるのには、導波管の有限区間の信号伝播方向に対して、垂直な断面の寸法を異なる寸法とすることによって、この部分を特性インピーダンスが異なる負荷としてもよい。

そして、本発明のレーダ送受信機によれば、発振器と、半導体素子スイッチと、送受信用のアンテナと、これらを接続する高周波信号用の線路とを具備するとともに、本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有することから、発振器への半導体素子スイッチによる負荷変動の影響が低減できるので、発振周波数の変動が低減され、速度検知・距離検知等のレーダ性能を高精度で安定なものとできる。

なお、ＲＦ回路が非放射性誘電体線路を主に用いて構成されるレーダ送受信機で導波管出力ポートを持つ発振器が非放射性誘電体線路に導波管を介して接続される場合には、導波管内または非放射性誘電体線路内に特性インピーダンスが異なる負荷を設けることが可能であり、また、導波管または非放射性誘電体線路の線路長を調整することが可能である。これにより、これらの調整を設計時に予め設定できるとともに、発振器実装時に発振器の個体差に合わせても設定ができるものとなる。

以下、本発明の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造およびそれを有するレーダ送受信機について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例を説明するための回路構成を示すブロック図である。

図１において、11は発振器、12および17は電力分配器、13および15はサーキュレータ、14は半導体素子スイッチからなるパルス変調手段、16はアンテナ、18はミキサ、19は信号発生器および信号処理器からなる信号処理部、20ａは発振器11とパルス変調手段14とを接続する線路の途中に設けられた、この線路と特性インピーダンスが異なる負荷である。

この例においては、発振器11から出力された高周波信号は負荷20ａを通過して電力分配器12で２方向に分配されて送信信号と局部発振信号とになる。この送信信号は、サーキュレータ13を通過してショットキーバリアダイオード等の半導体素子スイッチからなるパルス変調手段14でパルス変調される。パルス変調された信号は、サーキュレータ15を通過してアンテナ16に供給され、アンテナ16からターゲット（図示せず）に向けて放射される。ターゲットで反射してきた信号はアンテナ16で受信され、サーキュレータ15を通過して電力分配器17を介して前述の局部発振信号とミキサ18でミキシングされてＩＦ信号となり、このＩＦ信号が信号処理部19に入力される。

このとき、パルス変調手段14の負荷がパルス変調手段14を構成する半導体素子スイッチのオン／オフにより変動するため、電力分配器12から負荷20ａの各回路構成要素を発振器11から見たときの負荷もそれに伴い変動する。しかし、負荷20ａにより生じる反射波を電力分配器12から信号処理部19により生じる反射波より大きくするか、負荷20ａによって生じる反射波でもって、電力分配器12〜信号処理部19により生じる反射波を相殺することにより、発振器11への半導体素子スイッチ（パルス変調手段14）のオン／オフによる反射波の変動が小さくなり、これにより、発振器11の発振周波数の変動が小さくなる。

また、図２は、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例を説明するための回路構成を示す、図１と同様のブロック図である。

図２において、図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、11は発振器、12および17は電力分配器、13および15はサーキュレータ、14は半導体素子スイッチからなるパルス変調手段、16はアンテナ、18はミキサ、19は信号発生器および信号処理器から成る信号処理部、20ｂは発振器11とパルス変調手段14とを接続する線路の途中に設けられた位相調整部であり、この線路の線路長を、発振器11側の端に高周波信号の定在波の節が位置するように調整する部分である。

この例においても、発振器11から出力された高周波信号は位相調整部20ｂを通過して電力分配器12で２方向に分配されて送信信号と局部発振信号とになる。この送信信号は、サーキュレータ13を通過してショットキーバリアダイオード等の半導体素子スイッチからなるパルス変調手段14でパルス変調される。パルス変調された信号はサーキュレータ15を通過してアンテナ16に供給され、アンテナ16からターゲット（図示せず）に向けて放射される。ターゲットで反射してきた信号はアンテナ16で受信され、サーキュレータ15を通過して電力分配器17を介して前述の局部発振信号とミキサ18でミキシングされてＩＦ信号となり、このＩＦ信号が信号処理器19に入力される。

このとき、パルス変調手段14の負荷がパルス変調手段14を構成する半導体素子スイッチのオン／オフにより変動するため、電力分配器12から位相調整部20ｂの各回路構成要素を発振器11から見たときの負荷もそれに伴い変動する。しかし、線路の線路長を位相調整部20ｂにおいて調整することによって、反射波の位相を調整して半導体素子スイッチのオン／オフによる差を最小とすることにより、発振器11から見た半導体素子スイッチのオン／オフによる負荷の変動を小さくすることができ、これにより、発振器11の発振周波数の変動が小さくなる。

次に、本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例について説明する。まず、図18は図17に示した従来のレーダ送受信機における発振器１の直後から電力分配器２の直前までに当る部分の概略構成を示した要部斜視図である。また、図19（ａ）は図18のＸ−Ｚ断面図、図19（ｂ）は図18のＹ−Ｚ断面図である。これらの図において、21は導波管線路、22は導波管ポート、23は平行導体板、24は誘電体線路、25は平行導体板23と誘電体線路24とにより構成される非放射性誘電体線路である。導波管線路21の導波管ポート22には発振器１（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路25には電力分配器２（図示せず）が接続される。

これに対し、本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例における同様の部分の概略構成を図３に図18と同様の要部斜視図で、また、図４（ａ）に図19（ａ）と同様のＸ−Ｚ断面図および図４（ｂ）に図19（ｂ）と同様のＹ−Ｚ断面図で示す。

これらの図において、31は導波管線路、32は導波管ポート、33は平行導体板、34は誘電体線路、35は平行導体板33と誘電体線路34とにより構成される非放射性誘電体線路、36は図１に示す負荷20ａに相当する負荷としてのアイリスである。導波管線路31の導波管ポート22には発振器11（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路35には電力分配器12（図示せず）が接続される。そして、発振器11とパルス変調手段14とを接続する線路である導波管線路31の途中に、例えばこの例のように開口面積が異なるアイリス36を設けることにより、この線路（導波管線路31）と特性インピーダンスが異なる負荷（負荷20ａ）を設けている。なお、この図３および図４に示す例は、本発明の第４の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

これにより、アイリス36（負荷20ａ）における発振器11からの高周波信号の反射波が、電力分配器12以後で発生する反射波の大きさに比べて相対的に大きくなるか、または電力分配器12以後で発生する反射波を相殺するようにアイリス36（負荷20ａ）の開口面積および信号伝播方向の長さを決めることにより、パルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができる。

なお、図３および図４で示した例では、線路と特性インピーダンスが異なる負荷20ａとして導波管ＴＥ10モードの電界の向きに対して平行な向きに導波管線路31の開口面積を狭めるようなアイリス36を設けることを図示したが、アイリス36としては、導波管線路31の開口面積を導波管ＴＥ10モードの電界の向きに対して垂直な向きに対して狭めても、または両方に対して狭めてもよい。あるいは、任意の形状でアイリス36を設けて導波管線路31の開口面積を狭めるようにしてもよい。また逆に、導波管線路31の開口面積が広がるようなアイリスを設けてもよい。ただし、いずれの場合も、アイリス36を設けることにより、使用周波数帯域がカットオフ周波数未満にならず、高次モードが発生しない範囲とする必要がある。

次に、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例について説明する。

図１８に示す従来のレーダ送受信機の要部斜視図ならびに図１９（ａ）および（ｂ）に示すそのＸ−Ｚ断面図およびＹ−Ｚ断面図に対し、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例における同様の部分の概略構成を図５に図１８と同様の要部斜視図で、また、図６（ａ）に図１９（ａ）と同様のＸ−Ｚ断面図および図６（ｂ）に図１９（ｂ）と同様のＹ−Ｚ断面図で示す。

これら図５および図６において図３および図４と同様の箇所には同じ符号を付してあり、３１は導波管線路、３２は導波管ポート、３３は平行導体板、３４は誘電体線路、３５は平行導体板３３と誘電体線路３４とにより構成される非放射性誘電体線路であり、ｄＬは図２に示す位相調整部２０ｂに相当する部分の線路の線路長を示している。導波管線路３１の導波管ポート２２には発振器１１（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路３５には電力分配器１２（図示せず）が接続される。そして、発振器１１とパルス変調手段１４とを接続する線路である導波管線路３１を位相調整部２０ｂとして、この部分の線路長ｄＬを、導波管線路３１の発振器１１側の端に定在波の節が位置するように調整している。なお、この図５および図６に示す例は、参考例の第４の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

このように導波管線路31の位相調整部20ｂによってその線路長ｄＬを導波管線路31の発振器11側の端に定在波の節が位置するように調整することによって、発振器11で観測されるパルス変調手段14の半導体素子スイッチのオン／オフによる反射波の差を最小とすることができ、これにより、発振器11から見たパルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができ、発振周波数の変動を小さくして安定して動作させることができる。

次に、図７は本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の他の例における図３と同様の要部斜視図であり、図８（ａ）および（ｂ）は図４（ａ）および（ｂ）と同様のＸ−Ｚ断面図およびＹ−Ｚ断面図である。

これら図７および図８において図３および図４と同様の箇所には同じ符号を付してあり、31は導波管線路、32は導波管ポート、33は平行導体板、34は誘電体線路、35は平行導体板33と誘電体線路34とにより構成される非放射性誘電体線路であり、37は非放射性誘電体線路35の途中に設けられた、図１に示す負荷20ａに相当する負荷としての線路高さを狭めた部分である。導波管線路31の導波管ポート32には発振器11（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路35には電力分配器12（図示せず）が接続される。そして、発振器11とパルス変調手段14とを接続する線路である非放射性誘電体線路35の途中に線路高さを狭めた部分37を設けることにより、この部分37を非放射性誘電体線路35の他の部分と特性インピーダンスが異なる負荷20ａとしている。なお、この図７および図８に示す例は、本発明の第３の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

これにより、線路高さを狭めた部分37（負荷20ａ）における発振器11からの高周波信号の反射波が、電力分配器12以後で発生する合成反射波の大きさに比べて相対的に大きくなるか、または電力分配器12以後で発生する反射波を相殺するように線路高さを狭めた部分37の断面積および信号伝播方向の長さを決めることにより、パルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができる。

なお、図７および図８で示した例では、線路と特性インピーダンスが異なる負荷20ａとして非放射性誘電体線路35のＬＳＭモードの電界の向きに対して垂直な向きに線路の断面積を狭めるような構造（線路高さを狭めた部分37）を設けることを図示したが、この部分37に代えて、非放射性誘電体線路35のＬＳＭモードの電界の向きに対して平行な向きに対して狭めても、あるいは両方に対して狭めてもよい。あるいは、任意の形状で断面積を狭めて負荷20ａとしてもよい。また逆に、断面積が広がるような形状としてもよい。ただし、いずれの場合も、線路高さ37を狭めた部分37を設けることにより、使用周波数帯域がカットオフ周波数未満にならず、不要モードが発生しない範囲とする必要がある。また、不要モードが発生しないようにするためには、高周波信号の伝播方向に対して対称形を保つ必要がある。

次に、図９は、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の他の例における図５と同様の要部斜視図であり、図１０（ａ）および（ｂ）は図６（ａ）および（ｂ）と同様のＸ−Ｚ断面図およびＹ−Ｚ断面図である。

これら図９および図１０において図５および図６と同様の箇所には同じ符号を付してあり、３１は導波管線路、３２は導波管ポート、３３は平行導体板、３４は誘電体線路、３５は平行導体板３３と誘電体線路３４とにより構成される非放射性誘電体線路であり、ｄＬは図２に示す位相調整部２０ｂに相当する部分の線路の線路長を示している。導波管線路３１の導波管ポート３２には発振器１１（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路３５には電力分配器１２（図示せず）が接続される。そして、発振器１１とパルス変調手段１４とを接続する線路である非放射性誘電体線路３５を位相調整部２０ｂとして、この部分の線路長ｄＬを、非放射性誘電体線路３５の発振器１１側の端に定在波の節が位置するように調整している。なお、この図９および図１０に示す例は、、参考例の第３の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

このように非放射性誘電体線路35の位相調整部20ｂによってその線路長ｄＬを非放射性誘電体線路35の発振器11側の端に定在波の節が位置するように調整することによって、発振器11で観測されるパルス変調手段14の半導体素子スイッチのオン／オフによる反射波の差を最小とすることができ、これにより、発振器11から見たパルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができ、発振周波数の変動を小さくして安定して動作させることができる。

次に、図11は本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。

図11において図３と同様の箇所には同じ符号を付してあり、33は平行導体板、34は誘電体線路、35は平行導体板33と誘電体線路34とにより構成される非放射性誘電体線路である。38，39，40は貫通穴を設けた導体板であり、これらを重ねることによって導波管線路が構成され、これら導体板38〜40の貫通穴の開口面積を異ならせることにより、図１に示す負荷20ａに相当する、導波管線路と特性インピーダンスが異なる負荷としてのアイリスが設けられる。導波管線路の導波管ポートには発振器11（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路35には電力分配器12（図示せず）が接続される。そして、発振器11とパルス変調手段14とを接続する線路である導波管線路を貫通穴を設けた導体板38〜40を重ねて構成し、それらの貫通穴の開口面積を異ならせることにより、この導波管線路の他の部分と特性インピーダンスが異なる負荷20ａとしてのアイリスが設けられる。なお、この図11に示す例は、本発明の第５の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

この例においては、負荷20ａとしてのアイリスは貫通穴を設けた導体板38，39，40を重ねて形成されていることから、アイリスの寸法を変更する必要がある場合には、導体板の組合せのみの変更で容易に対応することが可能である。また、この例では導体板38，39，40は３枚構成の場合を示したが、導波管線路を構成する導体板の枚数は２枚以上であればよく、特に限定されるものではない。

これにより、アイリス（負荷20ａ）における発振器11からの高周波信号の反射波が、電力分配器12以後で発生する反射波の大きさに比べて相対的に大きくなるか、または電力分配器12以後で発生する反射波を相殺するようにアイリス（負荷20ａ）の開口面積および信号伝播方向の長さを決めることにより、パルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができる。

なお、この図11に示した例においても、図３および図４で示した例と同様に、線路と特性インピーダンスが異なる負荷20ａとして導波管ＴＥ10モードの電界の向きに対して平行な向きに導波管線路の開口面積を狭めるようなアイリスを設けることを図示したが、前述のように導波管ＴＥ10モードの電界の向きに対して垂直な向きに対して狭めても、または両方に対して狭めてもよい。あるいは任意の形状で開口面積を狭めてもよい。また逆に、導波管線路の開口面積が広がるようなアイリスを設けてもよい。ただし、いずれの場合も、アイリスを設けることにより、使用周波数帯域がカットオフ周波数未満にならず、高次モードが発生しない範囲とする必要がある。

次に、図１２は、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。

図１２において図５と同様の箇所には同じ符号を付してあり、３３は平行導体板、３４は誘電体線路、３５は平行導体板３３と誘電体線路３４とにより構成される非放射性誘電体線路である。４１，４２，４３は貫通穴を設けた導体板であり、これらを重ねることによって導波管線路が構成される。導波管線路の導波管ポートには発振器１１（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路３５には電力分配器１２（図示せず）が接続される。そして、発振器１１とパルス変調手段１４とを接続する線路である導波管線路を貫通穴を設けた導体板４１〜４３を重ねて構成し、それら導体板４１〜４３の厚みを変えることにより、あるいはさらに導体板を追加することにより、この導波管線路を図１における位相調整部２０ｂとして、これら導体板の組合せのみの変更で、この部分の線路長ｄＬを、導波管線路の発振器１１側の端に定在波の節が位置するように調整することに容易に対応することが可能である。なお、この図１２に示す例は、参考例の第５の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

これにより、貫通穴を設けた導体板41〜43を重ねて構成される導波管線路による位相調整部20ｂによってその線路長をこの導波管線路の発振器11側の端に定在波の節が位置するように調整することによって、発振器11で観測されるパルス変調手段14の半導体素子スイッチのオン／オフによる反射波の差を最小とすることができ、これにより、発振器11から見たパルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができ、発振周波数の変動を小さくして安定して動作させることができる。

なお、この例では導体板41，42，43は３枚構成の場合を示したが、導波管線路を構成する導体板の枚数は２枚以上であればよく、特に限定されるものではない。

次に、図13は本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。

図13において図11と同様の箇所には同じ符号を付してあり、33は平行導体板、34は誘電体線路、35は平行導体板33と誘電体線路34とにより構成される非放射性誘電体線路である。44は貫通穴を設けた導体ブロックであり、これによって導波管線路が構成され、この導波管線路の途中に貫通穴の開口面積を異ならせることにより、図１に示す負荷20ａに相当する、導波管線路と特性インピーダンスが異なる負荷としてのアイリスが設けられる。導波管線路の導波管ポートには発振器11（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路35には電力分配器12（図示せず）が接続される。そして、発振器11とパルス変調手段14とを接続する線路である導波管線路を貫通穴を設けた導体ブロック44で構成していることから、アイリスの寸法を変更する必要がある場合には導体ブロック44のみの変更で容易に対応することが可能である。なお、この図13に示す例は、本発明の第６の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

次に、図１４は参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。

図１４において図１２と同様の箇所には同じ符号を付してあり、３３は平行導体板、３４は誘電体線路、３５は平行導体板３３と誘電体線路３４とにより構成される非放射性誘電体線路である。４５は貫通穴を設けた導体ブロックであり、これによって導波管線路が構成され、この導体ブロック４５によって導波管線路の線路長を調整するようにしている。導波管線路の導波管ポートには発振器１１（図示せず）が接続され、これに接続されている非放射性誘電体線路３５には電力分配器１２（図示せず）が接続される。そして、発振器１１とパルス変調手段１４とを接続する線路である導波管線路を貫通穴を設けた導体ブロック４５で構成し、その導体ブロック４５の厚みを変えることにより、この導波管線路を図１における位相調整部２０ｂとしているので、この導体ブロック４５を変更・交換することによって、この部分の線路長ｄＬを、導波管線路の発振器１１側の端に定在波の節が位置するように調整することに容易に対応することが可能である。なお、この図１４に示す例は、参考例の第６の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例でもある。

これにより、貫通穴を設けた導体板ブロック45で構成される導波管線路による位相調整部20ｂによってその線路長をこの導波管線路の発振器11側の端に定在波の節が位置するように調整することによって、発振器11で観測されるパルス変調手段14の半導体素子スイッチのオン／オフによる反射波の差を最小とすることができ、これにより、発振器11から見たパルス変調手段14等の半導体素子スイッチによる負荷変動の発振器11への影響を小さくすることができ、発振周波数の変動を小さくして安定して動作させることができる。

そして、図15は本発明の第１および第３の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施例の結果の一例を示す線図である。図15において、横軸は周波数（Frequency、単位：ＧＨｚ）を、縦軸はその周波数に対するパルス変調手段14を構成するショットキーバリアダイオードスイッチのオン／オフ時に伴う反射差分（単位：ｄＢ）を表し、点線の特性曲線は調整前の結果を、実線の特性曲線は調整後の結果を示している。図15に示す結果では、発振器11の直後から電力分配器12の直前までに当る部分の負荷の値を、調整前の状態に対し、信号伝播方向に１／５波長の長さの区間で導波管線路31の貫通穴の開口面積をアイリス36によって１／１〜１／４の範囲で変化させることによりその部分の特性インピーダンスを変化させて負荷20ａとし、パルス変調手段14の半導体素子スイッチのオン／オフによる反射波の差が76〜77ＧＨｚの周波数範囲で最小となるように調整した後の状態について、パルス変調手段14を構成するショットキーバリアダイオードスイッチのオン／オフ時に伴う反射差分を表している。この図15に示す結果から、76〜77ＧＨｚで調整前は約−19ｄＢであった反射差分が、負荷20ａとしてのアイリス36による導波管線路31の貫通穴の開口面積の調整により約−24ｄＢと小さくなり、導波管線路31の開口面積の調整により特性インピーダンスを変化させた負荷20ａを設けることによる、半導体素子スイッチによる負荷変動の低減の効果が確認できた。

また、図１６は、参考例の第２および第３の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施例の結果の一例を示す線図である。図１６においても、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）を、縦軸はその周波数に対する発振器１１の周波数振れ幅（単位：ＭＨｚ）を表し、黒三角のプロットおよび特性曲線は調整前の結果を、黒丸のプロットおよび特性曲線は調整後の結果を示している。図１６に示す結果では、発振器１１の直後から電力分配器１２の直前までに当る部分の負荷の値を、調整前の状態に対し、導波管線路３１の線路長ｄＬを調整前の状態から０〜１／２波長の範囲で変化させて位相調整部２０ｂとして、半導体素子スイッチのオン／オフによる反射波の差が７６〜７７ＧＨｚの周波数範囲で最小となるように調整した状態について、パルス変調手段１４を構成するショットキーバリアダイオードスイッチのオン／オフ時に伴う発振器１１の発振周波数の振れ幅を表している。この図１６に示す結果から、７６〜７７ＧＨｚで調整前は約２２ＭＨｚであったものが、位相調整部２０ｂとしての導波管線路３１の線路長ｄＬの調整により１３ＭＨｚと小さくなり、位相調整部２０ｂとしての導波管線路３１の線路長ｄＬの調整による、半導体素子スイッチによる負荷変動の低減の効果が確認できた。

本発明のレーダ送受信機は、その概略回路構成が、以上のような図１または図２に示すようなものになる。すなわち、発振器１１と、半導体素子スイッチ、これらの例ではパルス変調手段１４と、送受信用のアンテナ１６と、これらを接続する高周波信号用の線路、これらの例では導波管線路３１や非放射性誘電体線路３５等とを具備するとともに、前述のような本発明の第１乃至第６のいずれかの半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有するものである。そして、その構成における本発明の第１乃至第６の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造は、前述のような図３〜図１４に示すような例によって実現される。

このような本発明のレーダ送受信機によれば、発振器と、半導体素子スイッチと、送受信用のアンテナと、これらを接続する高周波信号用の線路とを具備するとともに、本発明の第１乃至第６のいずれかの半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有することから、発振器への半導体素子スイッチによる負荷変動の影響が低減できるので、発振周波数の変動が低減され、速度検知・距離検知等のレーダ性能を高精度で安定なものとできる。

なお、本発明のレーダ送受信機において、半導体素子スイッチは、アンテナ切り替え手段や位相調整手段であってもよい。また、送受信用のアンテナ16は、送信用と受信用とを兼用しているものに限られず、送信用と受信用とで別々のアンテナであっても構わない。

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で種々の変形を行なうことは何ら差し支えない。例えば、負荷変動の原因となる半導体素子スイッチが複数存在するときは、負荷変動の低減構造をそれぞれの半導体素子スイッチに対応して設けて、それぞれの個体差に個別に対応可能としてもよい。

本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例およびそれを有する本発明のレーダ送受信機の回路構成を示すブロック図である。、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例およびそれを有する本発明のレーダ送受信機の回路構成を示すブロック図である。本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例における、レーダ送受信機における発振器の直後から電力分配器の直前までに当る部分の概略構成を示す要部斜視図である。（ａ）は図３のＸ−Ｚ断面図、（ｂ）は図３のＹ−Ｚ断面図である。、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の一例における、レーダ送受信機における発振器の直後から電力分配器の直前までに当る部分の概略構成を示す要部斜視図である。（ａ）は図５のＸ−Ｚ断面図、（ｂ）は図５のＹ−Ｚ断面図である。本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の他の例における、図３と同様の要部斜視図である。（ａ）は図７のＸ−Ｚ断面図、（ｂ）は図７のＹ−Ｚ断面図である。、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態の他の例における、図５と同様の要部斜視図である。（ａ）は図９のＸ−Ｚ断面図、（ｂ）は図９のＹ−Ｚ断面図である。本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。本発明の第１の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。、参考例の第２の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施の形態のさらに他の例における概略構成を示す要部分解斜視図である。本発明の第１および第３の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施例の結果の一例を示す線図である。本発明の第２および第３の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造の実施例の結果の一例を示す線図である。従来の半導体素子スイッチを有するレーダ送受信機の回路構成の例を示すブロック図である。図１７に示した従来のレーダ送受信機における発振器の直後から電力分配器の直前までに当る部分の概略構成を示した要部斜視図である。（ａ）は図１８のＸ−Ｚ断面図、（ｂ）は図１８のＹ−Ｚ断面図である。

符号の説明

11・・・・・発振器
12、17・・・電力分配器
13、15・・・サーキュレータ
14・・・・・パルス変調手段（半導体素子スイッチ）
16・・・・・アンテナ
18・・・・・ミキサ
19・・・・・信号処理部
20ａ・・・・負荷
20ｂ・・・・位相調整部
31・・・・・導波管線路
35・・・・・非放射性誘電体線路
38〜43・・・貫通穴を設けた導体板
44、45・・・貫通穴を設けた導体ブロック
ｄＬ・・・・線路長（位相調整部20ｂ）

Claims

発振器と、
半導体素子スイッチと、
前記発振器と前記半導体素子スイッチとを接続する線路の途中に設けられ、該線路と特性インピーダンスが異なる負荷であって、前記負荷において生じる高周波信号の反射波が、前記半導体素子スイッチを介して前記発振器に接続される外部の構成要素において生じる高周波信号の反射波よりも大きくなるようにするか、あるいは相殺するようにした負荷と、を有しており、
前記線路が非放射性誘電体線路であり、前記負荷が前記非放射性誘電体線路の断面において寸法を異ならせた部分であることを特徴とする半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造。
発振器と、
半導体素子スイッチと、
前記発振器と前記半導体素子スイッチとを接続する線路の途中に設けられ、該線路と特性インピーダンスが異なる負荷であって、前記負荷において生じる高周波信号の反射波が、前記半導体素子スイッチを介して前記発振器に接続される外部の構成要素において生じる高周波信号の反射波よりも大きくなるようにするか、あるいは相殺するようにした負荷と、を有しており、
前記線路が導波管であり、前記負荷が前記導波管の途中に設けられ、開口面積を異ならせたアイリスであることを特徴とする半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造。
発振器と、半導体素子スイッチと、送受信用のアンテナと、これらを接続する高周波信号用の線路とを具備するとともに、請求項１または請求項２記載の半導体素子スイッチによる負荷変動の低減構造を有することを特徴とするレーダ送受信機。