JP4489539B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明はレーダ装置に関する。特に、ターゲットに向けて電波を送信するとともに、ターゲットからの反射波を受信し、送信波と受信波を乗算した検波電圧からターゲットを探知するレーダ装置に関する。

ドップラ効果を利用するレーダ装置が知られている。ドップラ効果を利用するレーダ装置は、電波をターゲットに向けて送信する送信アンテナと、ターゲットで反射した電波を受信する受信アンテナと、送信アンテナの送信出力と受信アンテナの受信出力を乗算する検波回路を利用する。検波回路からは、ドップラ効果によるうなりの振動電圧が出力され、その振動の周波数からターゲットの移動速度を測定することができる。
特許文献１にドップラ効果を利用する人体検知装置が記載されている。この装置は、発振器と、発振器の出力波をターゲット（人体）に向けて送信する送信アンテナと、ターゲットからの反射波を受信する受信アンテナと、発振器の出力波と受信アンテナの受信波を乗算するミクサを備えている。ミクサの出力する検波電圧は、ターゲットの存否や移動速度によって変化することから、ミクサの出力する検波電圧に基づいてターゲットの存否を検知するようにしている。
特開２００２−２７７５５８号公報

ドップラ効果を利用するレーダ装置は、例えばＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置やパルス方式のレーダ装置に比して、構成が簡単であるという利点を備えている。しかしながら、近年では非接触式のセンサが様々な電気製品に必要とされており、さらに構成が簡単なレーダ装置が必要とされている。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、構成が簡単なレーダ装置を具現化するための技術を提供する。

本発明が提供する一つのレーダ装置は、エミッタが接地されているトランジスタと、一端がトランジスタのベースに接続されており、他端がトランジスタのコレクタに接続されており、両端間にコンデンサが介在している伝送線路と、トランジスタのコレクタ電圧を測定する電圧測定手段とを備えている。伝送線路の少なくとも一部は、マイクロストリップ線路によって形成されている。

このレーダ装置は、トランジスタのベースに適当なバイアス電圧（直流電圧）を供給し、トランジスタのコレクタに適当な電源電圧（直流電圧）を供給すると、動作を開始する。このとき、伝送線路に介在するコンデンサによって、伝送線路によって接続されているベースとコレクタの間は、直流に対して遮断される。
トランジスタでは、ベース電流に生じた微小な振動が、コレクタ電流の大きな振動となって現れる。その結果、トランジスタでは、ベース側電圧（ベース−エミッタ間電圧）の微小な振動成分が、コレクタ側電圧（コレクタ−エミッタ間電圧）の大きな振動に増幅される。よく知られているように、トランジスタでは、ベース側電圧の振動に対して、コレクタ側電圧の振動は位相が反転することとなる。

トランジスタのコレクタ側電圧の振動は、伝送線路を伝播してトランジスタのベースに帰還する。振動電圧の位相は伝送線路を伝播している間に変化し、所定の周波数の振動については、トランジスタのコレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が逆位相（位相差が１８０度）となる。トランジスタは、振動電圧の位相を反転させることから、コレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が逆位相となるときに、正帰還の状態となる。トランジスタと伝送線路で構成される回路は、増幅と正帰還の循環によって、所定の周波数で発振する。このトランジスタの発振によって高周波が生成され、生成された高周波をレーダ装置の送信波に利用することができる。このレーダ装置では、トランジスタが発振器および増幅器として機能するとともに、伝送線路が帰還回路として機能することによって、レーダ装置の送信波用の発振回路が構成される。

レーダ装置で生成された高周波信号は、伝送線路を形成するマイクロストリップ線路をアンテナとして周囲に放射される。放射された高周波電波はターゲットによって反射され、その反射波は当該マイクロストリップ線路をアンテナとして受信される。即ち、伝送線路を構成するマイクロストリップ線路は、高周波電波の送受信アンテナとしても機能する。その結果、トランジスタのベースには、送信している高周波電圧と受信している高周波電圧が併せて入力される。
トランジスタは、ベースに入力する電圧とコレクタから出力する電圧との関係に非線形性を有している。この非線形性を利用して、トランジスタは高周波信号の検波回路（ミクサ）等に用いられている。このレーダ装置においても、トランジスタは、送信している高周波電圧と受信している高周波電圧を検波し、コレクタから検波電圧を出力する。トランジスタは、検波回路（ミクサ）としても機能する。
トランジスタのコレクタ電圧は電圧測定手段によって測定される。電圧測定手段が測定したコレクタ電圧から、トランジスタが出力している検波電圧を知ることができる。トランジスタが出力する検波電圧から、例えばターゲットの存否や、ターゲットの移動速度を探知することができる。

このレーダ装置は、主に、トランジスタと伝送線路から構成されている。トランジスタは発振器や増幅器や検波回路等の機能を併せて果たしており、伝送線路は帰還回路や送受信アンテナ等の機能を併せて果たしている。それにより、このレーダ装置は、極めて簡単な構成によって実現することができる。

本発明が提供する他のレーダ装置は、エミッタが接地されている第１トランジスタと、エミッタが接地されている第２トランジスタと、一端が第１トランジスタのベースに接続されており、他端が第２トランジスタのコレクタに接続されており、両端間にコンデンサが介在している第１伝送線路と、一端が第２トランジスタのベースに接続されており、他端が第１トランジスタのコレクタに接続されており、両端間にコンデンサが介在している第２伝送線路と、第１トランジスタと第２トランジスタの少なくとも一方のコレクタ電圧を測定する電圧測定手段とを備えている。第１伝送線路と第２伝送線路の少なくとも一方は、その少なくとも一部がマイクロストリップ線路によって形成されている。

このレーダ装置は、各トランジスタのベースに適当なバイアス電圧（直流電圧）を供給し、各トランジスタのコレクタに適当な電源電圧（直流電圧）を供給すると、動作を開始する。このとき、各伝送線路に介在するコンデンサによって、一方のトランジスタのベースと他方のトランジスタのコレクタの間は、直流に対して遮断される。
このレーダ装置の各トランジスタでは、ベース側電圧の微小な振動成分が、コレクタ側電圧の大きな振動に増幅される。
第１トランジスタのコレクタ側電圧の振動は、第２伝送線路と第２トランジスタと第１伝送線路を順に伝播し、第１トランジスタのベースに帰還する。振動電圧の位相は第２伝送線路と第２トランジスタと第１伝送線路を伝播している間に変化し、所定の周波数の振動については、第１トランジスタのコレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が逆位相（位相差が１８０度）となる。第１トランジスタは、振動電圧の位相を反転させることから、コレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が逆位相となるときに、正帰還の状態となる。第１トランジスタは、増幅と正帰還の循環によって、所定の周波数で発振する。第２トランジスタも同様に、所定の周波数で発振する。このトランジスタの発振によって高周波信号が生成され、生成された高周波をレーダ装置の送信波に利用することができる。

レーダ装置で生成された高周波信号は、第１伝送線路や第２伝送線路を構成するマイクロストリップ線路をアンテナとして周囲に放射される。放射された高周波電波はターゲットによって反射され、その反射波は当該マイクロストリップ線路をアンテナとして受信される。即ち、各伝送線路を構成するマイクロストリップ線路は、高周波電波の送受信アンテナとしても機能する。その結果、各トランジスタのベースには、送信している高周波電圧と受信している高周波電圧が併せて入力される。
各トランジスタは、送信している高周波電圧と受信している高周波電圧を検波し、コレクタから検波電圧を出力する。各トランジスタは、検波回路（ミクサ）としても機能する。
第１トランジスタが出力する検波電圧は、第２伝送線路、第２トランジスタ、第１伝送線路を順に伝播し、第１トランジスタのベースに帰還する。検波電圧の周波数は十分に低いことから、各伝送線路を伝播する間では位相がほとんど変化せず、第１、第２トランジスタによる２回の位相反転によって、検波電圧は正帰還することとなる。それにより、第１トランジスタが出力する検波電圧は増幅されることとなる。同様に、第２トランジスタが出力する検波電圧も増幅される。
少なくとも一方のトランジスタのコレクタ電圧は、電圧測定手段によって測定される。電圧測定手段が測定したコレクタ電圧から、トランジスタが出力している検波電圧を知ることができる。このレーダ装置では、トランジスタが出力している検波電圧が増幅されているので、トランジスタが出力している検波電圧をより確実に測定することができる。それにより、例えばターゲットの存否や、ターゲットの移動速度を高い感度で探知することができる。

このレーダ装置は、主に、２つのトランジスタとそれらを接続する２つの伝送線路から構成されている。各トランジスタは発振器や増幅器や検波回路等としての機能を併せて果たしており、各伝送線路は帰還回路や送受信アンテナとしての機能を併せて果たしている。それにより、このレーダ装置は、極めて簡単な構成によって実現することができる。

本発明によるレーダ装置では、伝送線路の少なくとも一部がマイクロストリップ線路で形成されている。
マイクロストリップ線路は、高周波信号に対して、分布定数のインダクタ（コイル）とキャパシタ（コンデンサ）として機能する。伝送線路にマイクロストリップ線路を用いることにより、インダクタやキャパシタを用いることなく、伝送線路のインダクタンスやキャパシタンスを設定することができる。

また本発明によるレーダ装置では、電圧測定手段が、ローパスフィルタ回路を介してコレクタ電圧を測定することが好ましい。
トランジスタのコレクタでは、トランジスタの発振による高周波電圧と、トランジスタの検波による検波電圧が出力されている。また、検波電圧には、周波数が比較的に低い成分と、周波数が比較的に高い成分が混在している。ターゲットの看視に必要なのは、検波電圧の周波数が比較的に低い成分である。ローパスフィルタ回路を介してコレクタ電圧を測定することにより、必要な電圧をより正確に測定することが可能となる。

本発明により、構成が簡単なレーダ装置を具現化することが可能となる。

最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）レーダ装置は、トランジスタのコレクタに直流の電源電圧を印加するための電源入力回路を備えている。電源入力回路は、直流電源とインダクタと抵抗を備えており、それらが直列に接続されている。電源入力回路のインダクタ側の一端が、コンデンサよりもコレクタ側の伝送線路に接続されている。即ち、電源入力回路は、コンデンサとコレクタの間の伝送線路に直流の電源電圧を印加する。
（形態２）レーダ装置は、トランジスタのベースに直流のバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧入力回路を備えている。バイアス電圧入力回路は、直流電源とインダクタと抵抗を備えており、それらが直列に接続されている。バイアス電圧入力回路のインダクタ側の一端が、コンデンサよりもベース側の伝送線路に接続されている。即ち、バイアス電圧入力回路は、コンデンサとベースの間の伝送線路に直流のバイアス電圧を印加する。
（形態３）電圧測定器は、ローパスフィルタ回路を介して、電源入力回路のインダクタと抵抗の間における電位を測定する。

本発明を実施する実施例について図面を参照して説明する。本実施例は、本発明の技術を、高周波（例えばマイクロ波やミリ波）電波を用いるレーダ装置に具現化するものである。
図１に示すように、本実施例のレーダ装置１０は、トランジスタ１と、一端がトランジスタ１のベースに接続されており、他端がトランジスタ１のコレクタに接続されている伝送線路３を備えている。伝送線路３上にはコンデンサ５が介在している。伝送線路３は、コンデンサ５の一端からトランジスタ１のベースへと伸びているベース側線路６と、コンデンサ５の他端からトランジスタ１のコレクタへと伸びているコレクタ側線路４を備えている。レーダ装置１０では、トランジスタ１と伝送線路３によってループ状の回路が構成されている。トランジスタ１のエミッタは接地されて用いられる。

レーダ装置１０では、コレクタ側線路４とベース側線路６が、マイクロストリップ線路で構成されている。
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図であり、コレクタ側線路４を構成しているマイクロストリップ線路の断面構成をよく示している。図２に示すように、コレクタ側線路４は、接地されている導体基板４ａと、導体基板４ａ上に形成されている誘電体層４ｂと、誘電体層４ｂ上に形成されているストリップ導体４ｃを備えている。誘電体層４ｂは、テフロン（登録商標）樹脂で形成されており、誘電率が略２．６であり、厚みＤが略０．８ミリメートルである。ストリップ導体４ｃは、銅で形成されており、幅Ｗが略２ミリメートルであり、厚みが略０．０２ミリメートルである。ベース側線路６についても、コレクタ側線路４と略同様に構成されている。
トランジスタ１のベースからコレクタまで、伝送線路３が伸びている長さは略５０ｍｍである。
上記した伝送線路３の構成は、具体的な一例を示すものである。よく知られているように、伝送線路３の構成を変更することによって、伝送線路３の電気的な特性を変更することができる。特にマイクロストリップ線路は、高周波信号に対して、分布定数のインダクタ（コイル）とキャパシタ（コンデンサ）として機能する。マイクロストリップ線路を用いる場合、誘電体層４ｂの誘電率や、誘電体層４ｂの厚さＤや、スリップ導体４ｃの幅Ｗや、スリップ導体４ｃの厚さＴを変更することにより、レーダ装置１０のループ状回路の電気特性を変更することができる。伝送線路３の具体的な形態は、レーダ装置１０に所望する特性に合わせて設定するとよい。

図１に示すように、レーダ装置１０は、コレクタ側線路４に直流電圧ＶＡを入力するための電源入力回路７を備えている。電源入力回路７は、コレクタ側線路４に接続されており、伝送線路３全体のほぼ中間位置（長手方向からみて）に接続されている。電源入力回路７は、インダクタ（コイル）７ａと、抵抗７ｂと、直流電圧の入力端子７ｃを備えており、それらが直列に接続されている。入力端子７ｃに入力された直流電圧ＶＡは、抵抗７ｂとインダクタ７ａを介してコレクタ側線路４に入力される。
レーダ装置１０は、トランジスタ１のベースにバイアス電圧ＶＢを入力するためのバイアス電圧入力回路９を備えている。バイアス電圧入力回路９は、ベース側線路６に接続されている。バイアス電圧入力回路９は、インダクタ９ａと、抵抗９ｂと、直流電圧の入力端子９ｃを備えており、それらが直列に接続されている。入力端子９ｃに入力された直流のバイアス電圧ＶＢは、抵抗９ｂとインダクタ９ａを介してベース側線路６に入力される。バイアス電圧ＶＢによって、トランジスタ１の動作点が設定される。

図１に示すように、レーダ装置１０は、電源入力回路７のインダクタ７ａと抵抗７ｂの間のノードＣに接続されているローパスフィルタ回路８と、ローパスフィルタ回路８に接続されている電圧測定器２を備えている。即ち、電圧測定器２は、ローパスフィルタ回路８を介して、ノードＣの電圧（電位）を測定するように構成されている。低周波成分に関していえば、トランジスタ１のコレクタ電圧と、コレクタ側線路４の電圧と、ノードＣにおける電圧は略同一であることから、電圧測定器２は、ローパスフィルタ回路８を介してトランジスタ１のコレクタ電圧を測定することとなる。そのことから、ローパスフィルタ回路８と電圧測定器２をコレクタ側線路４のどの位置に接続した場合でも、電圧測定器２が測定する電圧は略同一となり、高周波成分を除去したコレクタ電圧を測定することができる。ただし、本実施例のように、電源入力回路７のインダクタ７ａを介して接続しておくと、その接続によってコレクタ側線路４の電気特性に与える影響を少なくすることができる。
図１に示すように、ローパスフィルタ回路８は、例えば抵抗器８ａとコンデンサ８ｂによって構成されるＲＣ型ローパスフィルタ回路を用いることができる。

上記のように構成されたレーダ装置１０では、電源入力回路７の入力端７ｃに直流電圧ＶＡを印加し、バイアス電圧入力回路９の入力端９ｃにバイアス電圧ＶＢを印加することによって、レーダ装置１０の動作が開始される。このとき、コンデンサ５は、直流電圧を絶縁するように作用することから、トランジスタ１のコレクタ側に印加される直流電圧ＶＡが、トランジスタ１のベースに印加されることはない。
直流電圧ＶＡには略４から１０ボルトの直流電圧を用いることができ、バイアス電圧ＶＢには略０．８ボルトの直流電圧を用いることができる。

トランジスタ１では、ベース電流に生じた微小な振動が、コレクタ電流の大きな振動となって現れる。その結果、トランジスタ１では、ベース側電圧の微小な振動成分が、コレクタ側電圧の大きな振動となって現れる。よく知られているように、トランジスタでは、ベース側電圧の振動に対して、コレクタ側電圧の振動は位相が反転することとなる。
トランジスタ１のコレクタ側電圧の振動は、伝送線路３を伝播し、トランジスタ１のベースに帰還する。振動電圧の位相は伝送線路３を伝播している間に変化し、所定の周波数の振動電圧については、トランジスタ１のコレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が、逆位相（位相差が１８０度）となる。トランジスタ１は、振動電圧の位相を反転させることから、コレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が逆位相となるときに、正帰還の関係となる。トランジスタ１と伝送線路３で構成するループ状回路は、増幅と正帰還の循環によって、所定の周波数で発振する。トランジスタ１が発振することによって、レーダ装置１０のループ状回路に高周波信号が生成される。このように、レーダ装置１０では、トランジスタ１が増幅器として機能するとともに、伝送線路３が帰還回路として機能することによって、高周波信号を生成する発振回路が構成される。生成される高周波信号は、レーダ装置１０の送信波に利用することができる。このとき、インダクタ７ａ、９ａによって、ループ状回路に生成された高周波信号が、電源電圧ＶＡやベース電圧ＶＢの供給側に伝播してしまうことが抑止される。
トランジスタ１の発振周波数は、トランジスタ１の電気特性や、伝送線路３の電気特性や、印加しているバイアス電圧ＶＢ等によって決まる。それらを調節することによって、トランジスタ１の発振周波数を調節することができる。

レーダ装置１０で生成された高周波信号は、コレクタ側線路４やベース側線路６をアンテナとして周囲に放射される。即ち、高周波電波となって送信される。図１に示すように、送信された電波ＷＴは、レーダ装置１０の近傍に位置するターゲットＴで反射される。その反射波ＷＲは、コレクタ側線路４やベース側線路６をアンテナとして受信される。即ち、コレクタ側線路４やベース側線路６は、高周波電波の送受信アンテナとしても機能する。特に本実施例のレーダ装置１０では、コレクタ側線路４やベース側線路６にマイクロストリップ線路が採用されているので、高周波電波を送信しやすく、また受信しやすい構成となっている。

コレクタ側線路４やベース側線路６によって受信された高周波電波ＷＲは、コレクタ側線路４やベース側線路６を伝播し、レーダ装置１０が発振している高周波信号とともに、トランジスタ１のベースに入力される。
一般にトランジスタは、ベースに入力する電圧とコレクタから出力する電圧との関係に非線形性を有している。この非線形性を利用して、トランジスタは高周波信号の検波回路等に用いられている。レーダ装置１０においても、トランジスタ１は、発振（送信）している高周波信号と受信している高周波信号を検波し、両者を乗算した検波電圧ＶＤをコレクタから出力する。

よく知られているように、ターゲットＴが比較的に速い速度で移動していると、ターゲットによる反射波ＷＲではドップラ効果による周波数変化が生じる。その結果、検波電圧ＶＤはうなりの周波数で変動する。
一方、ターゲットＴが停止、あるいは低速で移動している場合、詳しくは後記するが、トランジスタ１のコレクタから出力される検波電圧ＶＤは、レーダ装置１０とターゲットＴとの間の距離をＬ、レーダ装置１０が発振（送信）している高周波信号の周波数をｆ、電波の空気中における速度（光速に略等しい）をｃとすると、
ＶＤ＝Ａｃｏｓ（４πＬｆ／ｃ） ・・（Ａ）
となる。波長λ＝ｃ／ｆとなることから、
ＶＤ＝Ａｃｏｓ（４πＬ／λ） ・・（Ｂ）
となる。（Ａ）、（Ｂ）式から明らかなように、検波電圧ＶＤは、レーダ装置１０からターゲット１までの距離Ｌによって変化する。

トランジスタ１のコレクタから出力される検波電圧ＶＤは、その周波数が十分に低い（あるいは振動しない）ことから、電圧測定器２によって測定される。図３は、横軸にターゲットＴまでの距離Ｌを示し、縦軸に電圧測定器２によって測定される電圧ＶＣを示すグラフである。なお、ターゲットＴの速度は十分に低いとする。図３に示すように、電圧ＶＣは、所定の電圧Ｖ０を基準値として、距離Ｌに対して周期的に振動する。電圧Ｖ０は、供給している電源電圧ＶＡ等によって決まるものであり、電圧Ｖ０に対する増減分が検波電圧ＶＤとなる。
ターゲットＴの移動速度ｖが比較的に遅い場合、検波電圧ＶＤは距離Ｌの変化に起因して振動する。検波電圧ＶＤの周波数をＦとすると、（Ｂ）式から、
Ｆ＝２・ｖ／λ＝２・（ｖ／ｃ）・ｆ
となる。従って、電圧測定器２で測定した電圧ＶＣの変動周波数から、ターゲットＴの速度ｖを計算することができる。

検波電圧ＶＤの振幅は、ターゲットＴからの反射波ＷＲの強度によって変化し、ターゲットＴが遠方に行くほど小さくなる。その結果、レーダ装置１０の近傍にターゲットＴが存在していなければ、電圧測定器２から出力される電圧ＶＤは、基準電圧Ｖ０に略等しくなる。従って、電圧測定器２から出力される電圧ＶＣと基準電圧Ｖ０との差分に基づいて、ターゲット１の存否を検出することもできる。ただし、図３に示すように、ターゲット１までの距離Ｌが所定距離（例えばＬ＝λ／８、３λ／８、５λ／８、・・）で静止している場合、電圧ＶＣが基準電圧Ｖ０と等しくなり、ターゲットＴの存否を検出することができない。そのことから、例えばレーダ装置１０の看視範囲を波長λに応じて限定し、上記の所定距離を含まないようにするのがよい。換言すれば、レーダ装置１０に所望する看視範囲（距離）に応じて、レーダ装置１０の発振周波数を調節するとよい。先に説明したように、例えばトランジスタ１や伝送線路３の電気特性を変更したり、ベース電圧ＶＤを変更することによって、レーダ装置１０の発振周波数を調節することが可能である。例えば看視範囲をλ／８未満とすれば、看視範囲に存在するターゲットを見落とすことがない。

トランジスタ１が出力する検波電圧ＶＤについての説明を補足する。例えば、レーダ装置１０が高周波電波ＷＴを時刻ｔ１において送信し、その高周波電波が距離Ｌの位置にある反射体で反射され、その反射波ＷＲを時刻ｔ３において受信したとする。ターゲットＴが停止、あるいは低速で移動している場合、トランジスタ１のベースには、受信電波による電圧ｓｉｎ（２πｆ・ｔ１）と、発振信号による電圧ｓｉｎ（２πｆ・ｔ３）が入力される。各電圧の振幅については後記するので、ここでは扱わない。トランジスタ１から出力される検波電圧ＶＤは、
ＶＤ＝ｓｉｎ（２πｆ・ｔ３）×ｓｉｎ（２πｆ・ｔ１）
＝ ［ｃｏｓ｛２πｆ（ｔ３−ｔ１）｝］／２
−［ｃｏｓ｛２πｆ（ｔ３＋ｔ１）｝］／２
となる。
時間（ｔ３−ｔ１）は、時刻ｔ１に電波が送信されてから、ターゲットＴで反射されて、時刻ｔ３に受信されるまでの時間である。即ち、
（ｔ３−ｔ１）＝２・Ｌ／ｃ
となる。また、時間（ｔ３＋ｔ１）については、
（ｔ３＋ｔ１）＝２・ｔ３−（ｔ３−ｔ１）
＝２・ｔ３−２・Ｌ／ｃ
となる。従って、検波電圧ＶＤは、
Ｍ＝［ｃｏｓ｛２πｆ（２・Ｌ／ｃ）｝］／２
−［ｃｏｓ｛２πｆ（２・ｔ３−２・Ｌ／ｃ）｝］／２
となる。上記した時刻ｔ３における検波電圧ＶＤは、時刻ｔ３に限らず一般的な時刻ｔについて成り立つので、
Ｍ＝［ｃｏｓ｛２πｆ（２・Ｌ／ｃ）｝］／２
−［ｃｏｓ｛２πｆ（２・ｔ−２・Ｌ／ｃ）｝］／２
となる。
上式において、第２項は振動数２ｆの高い周波数で振動する項であり、ローパスフィルタ回路８によって除去される成分である。また、上記では送信出力と受信出力の振幅について詳しく記述していないが、検波後の振幅はターゲット１の電波反射率とターゲット１までの距離Ｌなどによって変化することが一般に知られている。従って、検波電圧ＶＤは、
ＶＤ＝Ａｃｏｓ（４πＬｆ／ｃ）または、
ＶＤ＝Ａｃｏｓ（４πＬ／λ））と表される。
これが前記した（Ａ）、（Ｂ）式である。

（実施例２） 図４は、本実施例のレーダ装置３０の構成を示している。図４に示すように、レーダ装置３０は、第１トランジスタ１１と、第２トランジスタ２１を備えている。第１トランジスタ１１と第２トランジスタ２１は共に、エミッタが接地されて用いられる。第１トランジスタ１１と第２トランジスタ２１は、互いに同一仕様のものでもよいし異なる仕様のものでもよい。本実施例の第１トランジスタ１１と第２トランジスタ２１は、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタである。なお、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ２１には、電界効果型トランジスタ等を用いることもできる。

レーダ装置３０は、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ２１のコレクタを接続している第１伝送線路１３を備えている。第１伝送線路１３上には第１コンデンサ１５が介在している。第１伝送線路１３では、第１コンデンサ１５の一端と第１トランジスタ１１のベースを接続している第１ベース側線路１６と、第１コンデンサ１５の他端と第２トランジスタ２１のコレクタを接続している第１コレクタ側線路１４が形成されている。第１伝送線路１３は、第１コンデンサ１５を介して第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ２１のコレクタを接続している。
レーダ装置３０は、第２トランジスタ２１のベースと第１トランジスタ１１のコレクタを接続している第２伝送線路２３を備えている。第２伝送線路２３上には第２コンデンサ２５が介在している。第２伝送線路２３では、第２コンデンサ２５の一端と第２トランジスタ２１のベースを接続している第２ベース側線路２６と、第２コンデンサ２５の他端と第１トランジスタ１１のコレクタを接続している第２コレクタ側線路２４が形成されている。第２伝送線路２３は、第２コンデンサ２５を介して第２トランジスタ２１のベースと第１トランジスタ１１のコレクタを接続している。
レーダ装置３０では、第１トランジスタ１１と、第１伝送線路１３と、第２トランジスタ２１と、第２伝送線路２３とが順に接続されたループ状の回路が構成されている。
第１伝送線路１３と第２伝送線路２３は、互いに同一となるように構成してもよいし、異なるように構成してもよい。
レーダ装置３０では、第１コレクタ側線路１４と、第１ベース側線路１６と、第２コレクタ側線路２４と、第２ベース側線路２６が、マイクロストリップ線路で構成されている。詳しくは、図２に示した構成によるマイクロストリップ線路を採用している。また、伝送線路１３、２３の長さがそれぞれ略５０ｍｍとなるように形成されている。なお、第１伝送線路１３や第２伝送線路２３の具体的な形態は、レーダ装置３０に所望する特性に合わせて設定するとよい。

図４に示すように、レーダ装置３０は、第１コレクタ側線路１４に直流電圧ＶＡを入力するための第１電源入力回路１７を備えている。第１電源入力回路１７は、第１コレクタ側線路１４に接続されており、第１伝送線路１３のおよそ中間位置（長手方向からみて）に接続されている。第１電源入力回路１７は、インダクタ１７ａと抵抗１７ｂと直流電圧の入力端子１７ｃを備えており、それらが直列に接続されている。入力端子１７ｃに入力された直流電圧ＶＡは、抵抗１７ｂとインダクタ１７ａを介して第１コレクタ側線路１４に入力される。
レーダ装置３０は、第２コレクタ側線路２４に直流電圧ＶＡを入力するための第２電源入力回路２７を備えている。第２電源入力回路２７は、第２コレクタ側線路２４に接続されており、第２伝送線路２３のおよそ中間位置（長手方向からみて）に接続されている。第２電源入力回路２７は、インダクタ２７ａと抵抗２７ｂと直流電圧の入力端子２７ｃを備えており、それらが直列に接続されている。入力端子２７ｃに入力された直流電圧ＶＡは、抵抗２７ｂとインダクタ２７ａを介して第２コレクタ側線路２４に入力される。

レーダ装置３０は、第１トランジスタ１１のベースにバイアス電圧ＶＢを入力するための第１バイアス電圧入力回路１９を備えている。バイアス電圧入力回路１９は、第１ベース側線路１６に接続されている。第１バイアス電圧入力回路１９は、インダクタ１９ａと抵抗１９ｂと直流電圧の入力端子１９ｃを備えており、それらが直列に接続されている。入力端子１９ｃに入力された直流のバイアス電圧ＶＢは、抵抗１９ｂとインダクタ１９ａを介して第１ベース側線路１６に入力される。バイアス電圧ＶＢによって、第１トランジスタ１１の動作点が設定される。
レーダ装置３０はまた、第２トランジスタ２１のベースにバイアス電圧ＶＢを入力するための第２バイアス電圧入力回路２９を備えている。第２バイアス電圧入力回路２９は、第２ベース側線路２６に接続されている。バイアス電圧入力回路２９は、インダクタ２９ａと抵抗２９ｂと直流電圧の入力端子２９ｃを備えており、それらが直列に接続されている。入力端子２９ｃに入力された直流のバイアス電圧ＶＢは、抵抗２９ｂとインダクタ２９ａを介して第２ベース側線路２６に入力される。バイアス電圧ＶＢによって、第２トランジスタ２１の動作点が設定される。
なお、第１ランジスタ１１と第２トランジスタ２１に印加するバイアス電圧ＶＢは、同一であってもよいし、互いに異なるようにしてもよい。

図４に示すように、レーダ装置３０は、第１電源入力回路１７のインダクタ１７ａと抵抗１７ｂの間のノードＣ１に接続されているローパスフィルタ回路１８と、ローパスフィルタ回路１８に接続されている電圧測定器１２を備えている。電圧測定器１２は、実施例１で説明した電圧測定器２と同様に、ローパスフィルタ回路１８を介して第２トランジスタ２１のコレクタ電圧を測定することとなる。

上記のように構成されたレーダ装置３０では、第１電源入力回路１７の入力端１７ｃと第２電源入力回路２７の入力端２７ｃに直流電圧ＶＡを印加し、第１バイアス電圧入力回路１９の入力端１９ｃと第２バイアス電圧入力回路２９の入力端２９ｃにバイアス電圧ＶＢを印加することによって、レーダ装置３０の動作が開始される。このとき、第１コンデンサ１５や第２コンデンサ２５は、直流電圧を絶縁するように作用することから、直流電圧ＶＡが、第１トランジスタ１１や第２トランジスタ２１のベースに印加されることはない。
直流電圧ＶＡには略４から１０ボルトの直流電圧を用いることができ、バイアス電圧ＶＢには略０．８ボルトの直流電圧を用いることができる。

各トランジスタ１１、２１では、ベース電流に生じた微小な振動が、コレクタ電流の大きな振動となって現れる。その結果、各トランジスタ１１、２１では、ベース側電圧の微小な振動成分が、コレクタ側電圧の大きな振動となって現れる。よく知られているように、トランジスタでは、ベース側電圧の振動に対して、コレクタ側電圧の振動は位相が反転することとなる。
第１トランジスタ１１のコレクタ側電圧の振動は、第２伝送線路２３と第２トランジスタ２１と第１伝送線路１３を順に伝播し、第１トランジスタ１１のベースに帰還する。振動電圧の位相は第２伝送線路２３と第２トランジスタ２１と第１伝送線路１３を伝播している間に変化し、所定の周波数の振動電圧については、第１トランジスタ１１のコレクタでの振動の位相とベースでの振動の移動が、逆位相（位相差が１８０度）となる。第１トランジスタ１１は、振動電圧の位相を反転させることから、コレクタでの振動の位相とベースでの振動の位相が逆位相となるときに、正帰還の関係となる。第１トランジスタ１１は、この増幅と正帰還の循環によって、所定の周波数で発振する。同様に、第２トランジスタ２１も所定の周波数で発振する。第１トランジスタ１１と第２トランジスタ２１の発振により、レーダ装置３０のループ状の回路には高周波信号が生成される。レーダ装置３０では、トランジスタ１１、２１が増幅器として機能するとともに、トランジスタ１１、２１と伝送線路１３、２３によるループ状回路が帰還回路として機能することによって、高周波信号を生成する発振回路が構成される。

レーダ装置３０で生成された高周波信号は、第１伝送線路１３や第２伝送線路２３をアンテナとして周囲に放射される。即ち、高周波電波となって送信される。図４に示すように、送信された電波ＷＴは、レーダ装置３０の近傍に位置するターゲットＴで反射される。その反射波ＷＲは、コレクタ側線路１４、２４やベース側線路１６、２６をアンテナとして受信される。即ち、コレクタ側線路１４、２４やベース側線路１６、２６は、高周波電波の送受信アンテナとしても機能する。
コレクタ側線路１４、２４やベース側線路１６、２６によって受信された高周波電波ＷＲは、コレクタ側線路１４、２４やベース側線路１６、２６を伝播し、レーダ装置３０が発振（送信）している高周波信号とともに、各トランジスタ１１、２１のベースに入力される。レーダ装置３０においても、各トランジスタ１１、２１は、発振（送信）している高周波電圧と受信している高周波電圧を検波し、両者を乗算した検波電圧ＶＤをコレクタから出力する。実施例２では、第２トランジスタ２１が出力した検波電圧ＶＤが、電圧測定器１２によって測定される。電圧測定器１２が測定する電圧ＶＣは、図３に示したように、ターゲットＴまでの距離によって変動する。電圧測定器１２の測定値に基づいて、ターゲットＴの存否を検出したり、ターゲットＴの速度を検出することができる。
電圧測定器１２は、ノードＣ１における電圧にかえて、第２電源入力回路２７上のノードＣ２（図４参照）における電圧を測定してもよい。即ち、電圧測定器１２は、ローパスフィルタ回路１８を介して、第１トランジスタ１１のコレクタ電圧を測定するものでもよい。

本実施例のレーダ装置３０では、ループ状の回路に２つのトランジスタ１１、２１が介在している。トランジスタ１１、２１が出力する検波電圧ＶＤは、周波数が十分に低いことから、各伝送線路１３、２３を伝播する間では位相の変化がほとんどなく、各トランジスタ１１、２１を通過する際に位相が反転（１８０度の移相）される。各トランジスタ１１、２１が出力する検波電圧ＶＤは、２度の位相反転によって正帰還する。その結果、各トランジスタ１１、２１が出力する検波電圧ＶＤは、各トランジスタ１１、２１でより増幅され、コレクタ電圧に明らかに発現するようになる。即ち、図３に示す電圧測定器１２の測定電圧ＶＣの振動成分ＶＤの振幅がより大きくなり、検波電圧ＶＤをより確実に抽出することができる。本実施例のレーダ装置３０は、実施例１のレーダ装置１０に比して、高い感度を備えている。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

実施例１のレーダ装置の構成を示す図。 マイクロストリップ線路の断面構成を示す図。 ターゲットまでの距離と検波電圧との関係を示す図。 実施例２のレーダ装置の構成を示す図。

符号の説明

１０・・実施例１のレーダ装置
３０・・実施例２のレーダ装置
１、１１、２１・・トランジスタ
２、１２・・電圧測定器
３、１３、２３・・伝送線路
４、１４、２４・・コレクタ側線路
５、１５、２５・・コンデンサ
６、１６、２６、・・ベース側線路
７、１７、２７、・・電源入力回路
８、１８・・ローパスフィルタ回路
９、１９、２９、・・バイアス電圧入力回路

Claims (8)

1. エミッタが接地されているトランジスタと、
   一端がトランジスタのベースに接続されており、他端がトランジスタのコレクタに接続されており、両端間にコンデンサが介在している伝送線路と、
   トランジスタのコレクタ電圧を測定する電圧測定手段を備え、
   前記伝送線路の少なくとも一部は、マイクロストリップ線路によって形成されており、
   前記トランジスタのベースには直流のバイアス電圧が印加されるとともに、前記トランジスタのコレクタに直流の電源電圧が印加されることによって、前記トランジスタと前記伝送線路で構成される回路には高周波信号が生成され、
   生成された高周波信号は、前記伝送線路を構成するマイクロストリップ線路をアンテナとし、送信波となって周囲に放射されるとともに、ターゲットによって反射されたその反射波が、当該マイクロストリップ線路をアンテナとして受信され、
   前記トランジスタのコレクタから出力される送信波と受信波の検波電圧が、前記電圧測定手段によって測定される、
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. コンデンサとベースの間の伝送線路に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電圧入力回路をさらに備えることを特徴とする請求項１のレーダ装置。
3. コンデンサとコレクタの間の伝送線路に直流の電源電圧を印加する電源入力回路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２のレーダ装置。
4. 前記電圧測定手段が、ローパスフィルタ回路を介してコレクタ電圧を測定することを特徴とする請求項１から３のいずれかのレーダ装置。
5. エミッタが接地されている第１トランジスタと、
   エミッタが接地されている第２トランジスタと、
   一端が第１トランジスタのベースに接続されており、他端が第２トランジスタのコレクタに接続されており、両端間にコンデンサが介在している第１伝送線路と、
   一端が第２トランジスタのベースに接続されており、他端が第１トランジスタのコレクタに接続されており、両端間にコンデンサが介在している第２伝送線路と、
   第１トランジスタと第２トランジスタの少なくとも一方のコレクタ電圧を測定する電圧測定手段を備え、
   前記第１伝送線路と前記第２伝送線路の少なくとも一方は、その少なくとも一部がマイクロストリップ線路によって形成されており、
   前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのそれぞれのベースには直流のバイアス電圧が印加されるとともに、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタのそれぞれのコレクタに直流の電源電圧が印加されることによって、前記第１トランジスタ、前記第２トランジスタ、前記第１伝送線路及び前記第２伝送線路で構成される回路には高周波信号が生成され、
   生成された高周波信号は、前記第１伝送線路又は前記第２伝送線路を構成するマイクロストリップ線路をアンテナとし、送信波となって周囲に放射されるとともに、ターゲットによって反射されたその反射波が、当該マイクロストリップ線路をアンテナとして受信され、
   前記第１トランジスタと第２トランジスタの少なくとも一方のコレクタから出力される送信波と受信波の検波電圧が、前記電圧測定手段によって測定される、
   ことを特徴とするレーダ装置。
6. コンデンサとベースの間の伝送線路に直流のバイアス電圧を印加するバイアス電圧入力回路をさらに備えることを特徴とする請求項５のレーダ装置。
7. コンデンサとコレクタの間の伝送線路に直流の電源電圧を印加する電源入力回路をさらに備えることを特徴とする請求項５又は６のレーダ装置。
8. 前記電圧測定手段が、ローパスフィルタ回路を介してコレクタ電圧を測定することを特徴とする請求項５から７のいずれかのレーダ装置。

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