JP4755657B2

JP4755657B2 - ミリ波送受信モジュール

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Publication number: JP4755657B2
Application number: JP2008009689A
Authority: JP
Inventors: 心一神戸
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2028-01-18
Also published as: JP2008102161A

Description

この発明は、ミリ波の電波を送受信する装置で用いられるミリ波送受信モジュールに関するものである。

ミリ波の電波は、波長が１ｍｍ〜１０ｍｍ、つまり周波数が３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの電波である。半導体技術の発達によりミリ波デバイスの低コスト化が進み、商用レベルでの実現が可能となったことから、ミリ波の実用化が通信や放送、センシングなど多岐に渡る分野で進められている。例えば、センシングの分野では、レーダ装置は、昼夜、天候を問わず安定したセンシング性能を維持できることから、車両の安全走行を支援するシステムでは、車両や障害物を検知するセンサとしてミリ波レーダの実用化が進められている（例えば特許文献１）。

特開２０００−１０５２７６号公報

ところで、ミリ波の電波を送受信する装置で用いられるミリ波送受信モジュールでは、当該モジュールにおいて異常や故障を検知する機能を装備すれば、上位側処理系の負荷を軽減でき、また多種の異常や故障を特定することができ、適切な措置を迅速に採ることができるようになるが、回路規模の増大を招来し小型化という課題に逆行するという問題がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、小型化を図りつつ当該ミリ波送受信モジュールにおいて異常や故障を検知する機能を装備したミリ波送受信モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ミリ波の電波を送受信する装置の送受信アンテナが接続される高周波回路と、前記高周波回路に送信電波を発生させ、前記高周波回路から入力する受信信号を処理する信号処理回路と、前記高周波回路を構成する多数のＭＭＩＣ中の所定数に共通に供給するドレイン電圧を当該高周波回路の直近部或いは内部に設けた、当該高周波回路内の周囲温度を検出する周囲温度モニタのモニタ結果に基づき調整するとともに、前記ＭＭＩＣの所定数のそれぞれに供給するゲート電圧を前記ＭＭＩＣの所定数を流れるドレイン電流の総和を検出する電流モニタのモニタ結果を用いて調整するバイアス調整系とを備えるミリ波送受信モジュールにおいて、運用時に、前記バイアス調整系が用いる前記モニタのモニタ結果を利用して異常発生有無を監視する異常監視系、を備え、前記異常監視系は、前記バイアス調整系がそのバイアス回路が備えるＡ／Ｄ変換器の出力値から読み取った前記電流モニタの検出電流値が前記ＭＭＩＣの所定数を流れるドレイン電流の総和上限値を超えるか否かを監視するドレイン電流監視手段を備え、前記異常監視系は、異常発生を検知すると、外部や上位の処理系に報知するとともに、必要に応じて当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止する手段を備えたことを特徴とする。

以上説明したとおり、この発明によれば、電流モニタのモニタ結果に基づいてＭＭＩＣ群の異常発生有無を監視する異常監視系を装備するので、上位側処理系の負荷を軽減でき、また多種の異常や故障を特定することができ、適切な措置を迅速に採ることができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかるミリ波送受信モジュールの好適な実施の形態を詳細に説明する。

図１は、この発明の一実施の形態であるミリ波送受信モジュールの構成を示すブロック図である。なお、ここでは、ＦＭＣＷ（周波数変調連続波：Frequency Modulated Continuous Wave）ミリ波レーダへの適用例について説明する。

図１に示すミリ波送受信モジュールは、ＦＭＣＷレーダが備える送信アンテナ１と受信アンテナ２とが接続される高周波回路３と、高周波回路３に接続される専用集積回路（ＡＳＩＣ）４とを備えている。ＡＳＩＣ４には、信号処理回路５とバイアス回路６とが一体的に集積回路化されている。

高周波回路３は、本来的な基本要素として、信号処理回路４から送信指令（三角波電圧信号）を受けてＦＭＣＷ信号を発生する電圧制御発振器（以降「ＶＣＯ」と記す）３１と、ＶＣＯ３１が出力するＦＭＣＷ信号の一部を送信アンテナ１に与え、残りをミキサ３３にローカル信号として与える方向性結合器３２と、受信アンテナ２の受信信号を前記ローカル信号によって周波数変換するミキサ３３と、ミキサ３３の変換出力を増幅し受信信号として信号処理回路４に与えるビデオ増幅器３４とを備えている。

信号処理回路５は、ＦＭＣＷレーダにおける送信処理と計測処理等を行う主回路部（以降「マイコン」と記す）５１と、マイコン５１からの送信指令（三角波電圧信号）をアナログ信号に変換し高周波回路３のＶＣＯ３１に与えるＤ／Ａ変換器５２と、高周波回路３のビデオ増幅器３４からの受信信号をデジタル信号に変換しマイコン５１に与えるＡ／Ｄ変換器５３とを備えている。

まず、この発明の理解を容易にするため、ＦＭＣＷレーダの計測動作について概略説明する。ＦＭＣＷレーダの計測処理系は、基本的には、送信アンテナ１と受信アンテナ２とが接続される高周波回路３と信号処理回路５とで構成される。

すなわち、ＶＣＯ３１は、信号処理回路５から三角波電圧信号を受けて、周波数が、一定期間内時間と共に上昇する上昇変調信号と一定期間内時間と共に下降する下降変調信号とからなるＦＭＣＷ信号を発生する。このＦＭＣＷ信号の一部が方向性結合器３２から送信アンテナ１に供給され、送信アンテナ１からミリ波電波が目標物に向けて照射される。また、残りのＦＭＣＷ信号はローカル信号としてミキサ３３に供給される。なお、このＦＭＣＷ信号は、例えば７０ＧＨｚ帯のミリ波信号である。

受信アンテナ２に捕捉された目標物での反射波は、受信信号としてミキサ３３に入力する。ミキサ３３は、受信アンテナ２からの受信信号と方向性結合器３２からのローカル信号とをミキシングし、両者の周波数差を周波数に持つビート信号を出力する。このビート信号は、ビデオ増幅器３４にて適宜レベルに増幅され、Ａ／Ｄ変換器５３を介してマイコン５１に入力される。マイコン５１は、入力したビート信号における上昇変調期間での周波数と下降変調期間での周波数とから、目標物体までの距離と目標物体の移動速度とを求める。

さて、高周波回路３では、送信系（方向性結合器３２など）と受信系（ミキサ３３、ビデオ増幅器３４など）は、それぞれ複数のＭＭＩＣで構成されている。また、ＶＣＯ３１は、７０ＧＨｚ帯のミリ波信号を例えば１９ＧＨｚから多段に逓倍して生成するために複数のＭＭＩＣが使用されている。この高周波回路３を構成する多数のＭＭＩＣの各ゲート電圧は、ＭＭＩＣ個々のばらつきに応じたバイアス調整を必要とする。また、ドレイン電圧には、温度補償を必要とする。特に、ＶＣＯ３１を構成する複数のＭＭＩＣについてのドレイン電圧の温度補償は、実際の動作過程において周囲温度に影響されず一定した送信電力を得るのに重要である。また、実際の動作過程において高周波回路３を構成する多数のＭＭＩＣの正常性を確認できるようにする必要がある。そのようなバイアス電圧調整系および異常監視系を、この実施の形態においては、マイコン５１を含めて次のように構成している。

すなわち、高周波回路３の直近部には、ＭＭＩＣを流れるドレイン電流を検出する電流モニタ３５と、当該高周波回路３の周囲温度を検出する周囲温度モニタ３６と、ＭＭＩＣの接合部上限温度をモニタするデバイス（以降「ＤＶＣ」と記す）温度モニタ３７とが設けられている。電流モニタ３５は、例えば図２に示すように構成されるが、その検出出力は、バイアス回路６を介してマイコン５１に入力される。周囲温度モニタ３６は、例えばサーミスタと抵抗素子を組み合わせた分圧回路で構成され、検出温度値を電圧信号に変換して出力するが、その検出出力は、同様にバイアス回路６を介してマイコン５１に入力される。また、ＤＶＣ温度モニタ３７は、各ＭＭＩＣの直近に配置されるが、その検出出力は、同様にバイアス回路６を介してマイコン５１に入力される。

そして、マイコン５１には、上記したＦＭＣＷレーダにおける送信処理と計測処理等を行う機能に加えて、バイアス回路６を介して入力される周囲温度モニタ３６と電流モニタ３５の各出力に基づき各ＭＭＩＣのバイアス電圧を調整設定し、それをバイアス回路６から各ＭＭＩＣに供給させる機能と、実際の動作過程においてバイアス回路６を介して入力される電流モニタ３５と周囲温度モニタ３６とＤＶＣ温度モニタ３７の各出力に基づき高周波回路３を構成する多数のＭＭＩＣの正常性や送信電力を確認する異常監視機能（図２参照）とが追加されている。したがって、バイアス回路６は、この実施の形態では、図２に示すように、高周波回路３のＭＭＩＣとマイコン５１との間のいわゆるインタフェース機能を持つものとして構成されている。

以下、図２〜図１２を参照して、この実施の形態によるバイアス調整系および異常監視系の構成と動作について説明する。まず、図２を参照して、構成について説明する。図２は、図１に示すミリ波送受信モジュールにおけるバイアス調整系および異常監視系の構成例を示すブロック図である。ここで、バイアス電圧の調整は、送信系のＭＭＩＣ群と、受信系のＭＭＩＣ群と、ＶＣＯ３１における周波数逓倍系のＭＭＩＣ群との３系統に分けて実施される。この３系統のＭＭＩＣ群毎に図２に示すバイアス調整系が設けられている。また、動作過程での異常監視も３系統のＭＭＩＣ群毎に行われるが、これはマイコン５１において、図２に示すバイアス調整系を利用して実施される。

図２おいて、マイコン５１は、ドレイン電圧の設定処理とゲート電圧のバイアス調整設定処理と異常監視時に各モニタの出力値を取り込み演算等を行う制御処理部５４と、制御処理部５４が指示するドレイン電圧を出力するドレイン設定電圧出力部５５と、制御処理部５４がドレイン電圧の設定処理を行う際に参照する温度データテーブルとゲート電圧のバイアス調整および送信電力の監視を行う際のデータ領域が設けられ、また異常監視時に必要な各種のデータが格納されるメモリ５６と、制御処理部５４が指示するゲート電圧を出力するゲート設定電圧出力部５７と、制御処理部５４の処理結果に基づき異常判定を行う異常判定処理部５８と、異常判定処理部５８の異常判定結果を外部や上位の処理系に報知する異常結果出力部５９とを備えている。異常判定処理部５８は、制御処理部５４を介してメモリ５６を利用するようになっている。

バイアス回路６は、入力段にＤ／Ａ変換器を備えるドレインバイアス用レギュレータ６１と、Ａ／Ｄ変換器６２，６３，６４と、Ｄ／Ａ変換器６５−１〜６５−ｎとを備えている。高周波回路３は、上記した３つのＭＭＩＣ群の１つであるＭＭＩＣ４０−１〜４０−ｎとを備えている。また、高周波回路３の直近部には、周囲温度モニタ３６およびＤＶＣモニタ３７が設けられている。電流モニタ３５は、シャント抵抗素子３８と電圧比較回路３９とで構成されている。なお、シャント抵抗素子３８の抵抗値は、既知であるが、その値は小さい。

ドレイン設定電圧出力部５５の出力は、ドレインバイアス用レギュレータ６１に与えられる。ドレインバイアス用レギュレータ６１の出力は、シャント抵抗素子３８を介してＭＭＩＣ４０−１〜４０−ｎの各ドレイン電極Ｄに共通に与えられる。シャント抵抗素子３８の両端電圧は、電圧比較回路３９に入力され、電圧比較回路３９の出力は、Ａ／Ｄ変換器６２を介して制御処理部５４に入力されている。また、周囲温度モニタ３６の出力は、Ａ／Ｄ変換器６３を介して制御処理部５４に入力されている。また、ＤＶＣ温度モニタ３７の出力は、Ａ／Ｄ変換器６４を介して制御処理部５４に入力されている。そして、ゲート設定電圧出力部５７の出力端にはＤ／Ａ変換器６５−１〜６５−ｎが並列に接続され、Ｄ／Ａ変換器６５−１〜６５−ｎの各出力は、ＭＭＩＣ４０−１〜４０−ｎの対応するゲート電極Ｇに印加されるようになっている。

バイアス調整系の動作について説明する。まず、図２を参照してドレイン電圧の設定について説明する。ドレイン電圧は、図２に示すように、同じＭＭＩＣ群について共通に同値として設定されるが、高周波回路３内の周囲温度を考慮する必要があるので、ドレイン電圧の設定処理は、製品出荷後も定期的に行われる。そのため、メモリ５６には、予め、温度値とそれに対する設定電圧値との関係を示す温度データテーブルが格納されている。

図２において、周囲温度モニタ３６が検出した周囲温度値は、Ａ／Ｄ変換器６３を介して制御処理部５４に入力される。制御処理部５４は、定期的にＡ／Ｄ変換器６３の出力値をサンプリングし、周囲温度値を求める。周囲温度モニタ３６が検出した周囲温度値は、上記したように電圧値になっているので、制御処理部５４は、Ａ／Ｄ変換器６３の出力値（電圧値）と分圧回路への印加電圧とからサーミスのタ抵抗値Ｒを求め、次の式（１）を用いて周囲温度値Ｔを求める。
Ｒ＝Ｒ₀×ｅｘｐ｛Ｂ×［（１／Ｔ）−（１／Ｔ₀）］｝・・・（１）
但し、式（１）において、Ｒ₀は室温（２５度）での既知抵抗値、Ｂは温度パラメータ、Ｔ₀は室温（２５度）である。

制御処理部５４は、周囲温度値を求めると、メモリ５６からその周囲温度値に対応する設定電圧値を読み取り、それをドレイン設定電圧出力部５５に与える。これによって、ドレイン設定電圧出力部５５から設定電圧データがドレインバイアス用レギュレータ６１に出力され、ドレインバイアス用レギュレータ６１からＭＭＩＣ４０−１〜４０−ｎの各ドレイン電極Ｄに周囲温度を考慮したドレイン電圧が印加される。

また、ゲート電圧のバイアス調整は、製品出荷時の調整試験工程の一部として、図３に示すようにして行われる。なお、図３は、図２に示すバイアス調整系によるゲート電圧の設定をあるＭＭＩＣ群における１つのＭＭＩＣについて行う場合を説明する図である。

図２において、ＭＭＩＣ４０−１〜４０−ｎの各ゲート電圧のバイアス調整は、ＭＭＩＣ４０−１からＭＭＩＣ４０−ｎまで順々に行う。上記のようにＭＭＩＣ４０−１〜４０−ｎの各ドレイン電極Ｄにドレイン電圧が印加されると、電流モニタ３５では、シャント抵抗素子３８の両端にドレイン電流による降下電圧が現れ、電圧比較回路３９にてシャント抵抗素子３８の両端電圧Ｖが求められる。この電圧Ｖは、Ａ／Ｄ変換器６２を介して制御処理部５４に入力される。制御処理部５４は、メモリ５６に記憶されているシャント抵抗素子３８の抵抗値Ｒを読み出し、ドレイン電流ＩをＩ＝Ｖ÷Ｒの演算を行って求める。

図３において、制御処理部５４は、まず、ＭＭＩＣ４０−１に対するゲート電圧出力指令をゲート設定電圧出力部５７に発行する。ゲート設定電圧出力部５７が出力するゲート電圧値は、Ｄ／Ａ変換器６４−１を介してＭＭＩＣ４０−１のゲート電極Ｇの印加されるが、ゲート設定電圧出力部５７は、制御処理部５４から中止指令が入力するまで、ＭＭＩＣ４０−１のゲート電極Ｇへの印加電圧を徐々に増加させる。ＭＭＩＣ４０−１のドレイン電流Ｉの変化分ΔＩには、許容範囲７１が定められている。制御処理部５４は、上記のように電流モニタ３５の検出信号からドレイン電流Ｉの変化を監視し、ドレイン電流Ｉの変化分ΔＩを求め、ドレイン電流Ｉの変化分ΔＩが許容範囲７１内に収まることを検出すると、ゲート設定電圧出力部５７に中止指令を発行する。ゲート設定電圧出力部５７は、制御処理部５４から中止指令が入力すると、そのときの設定電圧値７２を決定値として保持する。

制御処理部５４は、上記のように決定したゲート設定電圧値をＭＭＩＣ４０−１のゲート電極Ｇに印加した状態で、上記と同様の手順でＭＭＩＣ４０−２について実施する。次のＭＭＩＣ４０−３についても上記のように決定したゲート設定電圧値をＭＭＩＣ４０−１およびＭＭＩＣ４０−２の各ゲート電極Ｇに印加した状態で同様に実施する。以降、最終のＭＭＩＣ４０−ｎまでの各ゲート電圧を、以前の各ＭＭＩＣにゲート電圧設定値を印加した状態で順々に設定する。

このようにして、制御処理部５４は、３系統のＭＭＩＣ群についてドレイン電圧とゲート電圧のバイアス設定処理を行う。次に、図４〜図１２を参照して、実際の動作過程での異常監視動作について説明する。この実施の形態では、（１）電流モニタ３５と周囲温度モニタ３６による送信電力の監視（図４〜図６）と、（２）電流モニタ３５によるドレイン電流の監視（図７、図８）と、（３）周囲温度モニタ３６によるドレイン電圧の監視（図９、図１０）と、（４）周囲温度モニタ３６およびＤＶＣモニタ３７によるＭＭＩＣの周囲温度の監視（図１１、図１２）とが行えるようになっている。

（１）送信電力の監視では、ＦＭＣＷレーダの送信電力が、電波法や仕様で定める基準内に入っているか否か、レーダシステムとしての検出性能を維持できる範囲内であるか否かを監視する。この実施の形態では、ＦＭＣＷレーダの送信電力を実際にモニタするのではなく、図４〜図６に示すように、電流モニタ３５のモニタ結果を使用して送信電力の正常性を判定する。図４は、送信電力の監視動作を説明するフローチャートである。図５は、図４に示す送信電力の低下および増大の電流式しきい値を求める処理手順の内容を説明する図である。図６は、図４に示す正常であるか否かの判断手順の内容を説明する図である。なお、送信電力に影響を与えるＭＭＩＣは、ＶＣＯ３１を構成する周波数逓倍系のＭＭＩＣ群である。送信電力の監視では、周波数逓倍系のＭＭＩＣ群を流れるドレイン電流の総和を電流モニタ３５から取り込んで判定することになる。

図４において、制御処理部５４は、電流モニタ３５の出力を読み込み（ステップＳＴ１）、電力値を求め（ステップＳＴ２）、異常判定処理部５８に与える。前述したように、電流モニタ３５の出力値は、電圧比較回路３９が変換した電圧値Ｖであるが、シャント抵抗素子３８の抵抗値Ｒは既知であるので、ドレイン電流Ｉは、Ｉ＝Ｖ÷Ｒの演算によって求まるので、電力値ＶＩが求まる。

異常判定処理部５８は、制御処理部５４から電力値を受け取ると、メモリ５７を参照して電力に関する法規事項を取り込み、法規違反でないか否かを判断する（ステップＳＴ３）。そして、法規違反でない場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）は、メモリ５７を参照して電力に関する仕様事項を取り込み、仕様違反でないか否かを判断する（ステップＳＴ４）。異常判定処理部５８は、法規違反である場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、または、仕様違反である場合（ステップＳＴ４：Ｙｅｓ）は、異常結果出力部５９に指示を出して送信電力異常を外部に報知させ（ステップＳＴ５）、判断した異常状態が所定時間（例えば１０分）以上継続するか否かを監視する（ステップＳＴ６）。

異常判定処理部５８は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合（ステップＳＴ６：Ｎｏ）は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）は、レーダシステムとしての動作エラー発生を回避するため当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し（ステップＳＴ７）、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する（ステップＳＴ８）。周囲温度異常に起因する他の異常には、ドレイン電流やドレイン電圧の過大異常、接合部温度異常などがあり、それぞれの監視ルーチンにて判定される。

異常判定処理部５８は、周囲温度異常に起因する他の異常が発生していない場合（ステップＳＴ８：Ｎｏ）、つまり、法規違反のみ、仕様違反のみである場合は、修理が必要であるとして異常判定処理を終了する。一方、他の異常が発生している場合（ステップＳＴ８：Ｙｅｓ）は、その原因である周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールを再起動し（ステップＳＴ９）、異常判定処理を終了する。なお、「周囲温度異常」とは、周囲温度の上下限異常であり、接合部温度の監視ルーチンにて判定される。

また、異常判定処理部５８は、制御処理部５４から受け取った電力値が、法規違反でなく（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、かつ仕様違反でない（ステップＳＴ４：Ｎｏ）場合は、周囲温度モニタ３６の出力取り込みを定期的に行っている制御処理部５４から現周囲温度値を取得し（ステップＳＴ１０）、図５に示す手順で、送信電力の低下しきい値と増大しきい値とを求め（ステップＳＴ１１）、図６に示す手順で、現送信電力の正常性、つまりレーダシステムとしての検出性能が維持できる電力であるか否かを判断する（ステップＳＴ１２）。図５と図６を参照して説明する。

図５において、メモリ５６には、予め、図５（ａ）に示すドレイン電流Ｉと周囲温度Ｔとの関係特性８０と、図５（ｂ）に示す送信電力Ｐと周囲温度Ｔとの関係特性８１とが格納されている。図５（ａ）（ｂ）では、周囲温度Ｔの測定点は、説明の便宜からＴ１，Ｔ２，Ｔ３の３ポイントとなっている。

異常判定処理部５８は、図５（ｂ）に示す関係特性８１に対し、送信電力が、例えば３０％増大した場合の関係特性８２と３０％低下した場合の関係特性８３とを求める。次いで、例えば、周囲温度モニタ３６が検出した周囲温度が温度Ｔ２であった場合、送信電力増大時の関係特性８２での周囲温度Ｔ２に対応する関係特性８１での温度Ｔａ（Ｔａ＜Ｔ２）を求め、また送信電力低下時の関係特性８１での周囲温度Ｔ２に対応する関係特性８１での温度Ｔｂ（Ｔｂ＞Ｔ２）を求める。そして、図５（ｃ）に示すように、異常判定処理部５８は、求めた温度Ｔａ，Ｔｂを図５（ａ）に示す関係特性８０に適用し、送信電力低下電流しきい値８４と送信電力電流増大しきい値８５を求める。同様にして、周囲温度Ｔ１，Ｔ３における送信電力低下電流しきい値と送信電力電流増大しきい値を求め、図６に示す手順で異常判定を行う。

図６において、周囲温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、周囲温度モニタ３６が検出した周囲温度値である。電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は、電流モニタ３５が検出した電流値である。送信電力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、電流モニタ３５が検出した電流値から換算した電力値である。送信電力低下電流しきい値Ｉ１．ｍａｘ，Ｉ２．ｍａｘ，Ｉ３．ｍａｘ、および送信電力増大電流しきい値Ｉ１．ｍｉｎ，Ｉ２．ｍｉｎ，Ｉ３．ｍｉｎとは、図５にて説明した手順で求めた送信電力低下電流しきい値８４、および送信電力増大電流しきい値８５である。

周囲温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各測定点において、上記のようにして求めた低下電流しきい値と増大電流しきい値とを用いて送信電力の正常性を判断する。すなわち、ｎ＝１、２、３とした場合、Ｉｎ（電流値）＞Ｉｎ，ｍａｘ（送信電力低下低下しきい値）であるときは、送信電力低下異常と判定する。Ｉｎ，ｍｉｎ（送信電力増大しきい値）≦Ｉｎ≦Ｉｎ，ｍａｘであるときは、送信電力正常と判定する。Ｉｎ＜Ｉｎ，ｍｉｎであるときは、送信電力増大異常と判定する。このようにして現周囲温度値において測定されたドレイン電流値から換算した送信電力についてその正常性を判断する。

さて、図４のステップＳＴ１２において、異常判定処理部５８は、電流モニタ３５のモニタ結果から得られた送信電力が正常範囲値であると判断した場合（ステップＳＴ１２：Ｙｅｓ）は、異常判定処理を終了するが、正常範囲値でないと判断した場合（ステップＳＴ１２：Ｎｏ）は、異常結果出力部５９に指示を出して送信電力異常を上位の処理系に報知し（ステップＳＴ１３）、送信電力異常が所定期間（例えば１０分）以上継続するか否かを監視する（ステップＳＴ１４）。

異常判定処理部５８は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合（ステップＳＴ１４：Ｎｏ）は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合（ステップＳＴ１４：Ｙｅｓ）には、レーダシステムとしての動作エラー発生等を回避するため当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し（ステップＳＴ１５）、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する（ステップＳＴ１６）。他の異常が発生していない場合（ステップＳＴ１６：Ｎｏ）、つまり、法規違反でもなく、仕様違反でもなく、送信電力の増大・減少のみである場合は、上位処理系の判定に従うとして異常判定処理を終了する。一方、他の異常が発生している場合（ステップＳＴ１６：Ｙｅｓ）は、その原因である周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールの再起動し（ステップＳＴ９）、異常判定処理を終了する。

（２）次に、ドレイン電流の監視では、ＭＭＩＣの短絡故障や特性異常、周囲温度が定格値を超えた場合などによって過大電流が流れることがあるので、過大電流の発生有無を監視する。図７は、ドレイン電流と周囲温度との関係を示す特性図である。図８は、ドレイン電流の監視動作を説明するフローチャートである。

制御処理部５４は、周囲温度モニタ３６のモニタ結果に応じてドレイン電圧を調整設定するので、周囲温度が高くなると設定するドレイン電圧も高くなる。したがって、図７に示すように、ドレイン電圧の増加に応じてドレイン電流は、ＭＭＩＣの周囲温度の上昇に伴い増大する特性を持っている。この実施の形態では、周囲温度が規定値範囲内のある温度Ｔ（例えば室温２５度）において、ある系統のＭＭＩＣ群における絶対最大定格の総和としての上限電流値Ｉｍａｘを定めてメモリ５６に設定し、図８に示す手順で、過大電流の発生有無を監視する。

図８において、制御処理部５４は電流モニタ３５の出力を取り込み、ドレイン電流値Ｉを求め、異常判定処理部５８に渡す（ステップＳＴ２１）。異常判定処理部５８は、制御処理部５４から受け取ったドレイン電流値Ｉがメモリ５６に格納してある上限電流値Ｉｍａｘを超えているか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。その結果、異常判定処理部５８は、Ｉ≦Ｉｍａｘである場合（ステップＳＴ２２：Ｎｏ）は、ドレイン電流の監視処理を終了するが、Ｉ＞Ｉｍａｘである場合（ステップＳＴ２２：Ｙｅｓ）は、異常結果出力部５９に指示を出して送信電力異常を外部に報知し（ステップＳＴ２３）、ドレイン電流過大異常が所定期間（例えば１０分）以上継続するか否かを監視する（ステップＳＴ２４）。

異常判定処理部５８は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合（ステップＳＴ２４：Ｎｏ）は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合（ステップＳＴ２４：Ｙｅｓ）は、故障発生を回避するために当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し（ステップＳＴ２５）、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する（ステップＳＴ２６）。ここでの周囲温度異常に起因する他の異常は、ドレイン電圧過大異常、ＭＭＩＣの接合部温度異常などである。周囲温度異常に起因する他の異常が発生していない場合（ステップＳＴ２６：Ｎｏ）、つまり、ドレイン電流過大異常のみである場合は、修理が必要であるとして異常判定処理を終了する。一方、周囲温度異常に起因する他の異常が発生している場合（ステップＳＴ２６：Ｙｅｓ）は、その異常の原因である周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールの再起動し（ＳＴ２７）、異常判定処理を終了する。

（３）次に、ドレイン電圧の監視では、ドレインバイアス用レギュレータ６１の短絡故障やＭＭＩＣの特性異常、周囲温度が定格値を超えた場合などに過大のドレイン電圧が発生することがあるので、過大電圧の発生有無を監視する。また、ＭＭＩＣに短絡故障が発生すると、ドレイン電圧の過大低下が発生することがあるので、そのドレイン電圧の過大低下も監視する。図９は、ドレイン電圧と周囲温度との関係を示す特性図である。図１０は、ドレイン電圧の監視動作を説明するフローチャートである。なお、図１０では、ドレイン電圧の過大異常を監視する場合について示している。

制御処理部５４は、周囲温度モニタ３６のモニタ結果に応じてドレイン電圧を調整設定するので、周囲温度が高くなると設定するドレイン電圧も高くなる。したがって、図９に示すように、ドレイン電圧は、ＭＭＩＣの周囲温度の上昇に伴い増大する特性を持っている。この実施の形態では、周囲温度が規定値範囲内のある温度Ｔ（例えば室温２５度）において、ある系統のＭＭＩＣ群への最大印加電圧（絶対最大定格値）としての上限電圧値Ｖｍａｘを定めてメモリ５６に設定し、図１０に示す手順で、過大電圧の発生有無を監視する。したがって、ドレイン電圧の過大低下発生有無を監視する場合は、下限電圧値を定めてメモリ５６に設定すればよい。

図１０において、制御処理部５４は周囲温度モニタ３６の出力を取り込み（ステップＳＴ３１）、メモリ３６からその周囲温度値に対応するドレイン電圧値Ｖを取り出して再設定を行い、その再設定したドレイン電圧値Ｖを異常判定処理部５８に渡す（ステップＳＴ３２）。異常判定処理部５８は、制御処理部５４から受け取ったドレイン電圧値Ｖがメモリ５６に格納されている上限電圧値Ｖｍａｘを超えているか否かを判定する（ステップＳＴ３３）。その結果、異常判定処理部５８は、Ｖ≦Ｖｍａｘである場合（ステップＳＴ３３：Ｎｏ）は、問題ないとしてドレイン電圧の監視処理を終了するが、Ｖ＞Ｖｍａｘである場合（ステップＳＴ３３：Ｙｅｓ）は、異常結果出力部５９に指示を出してドレイン電圧上限異常を外部に報知し（ステップＳＴ３４）、そのドレイン電圧上限異常が所定期間（例えば１０分）以上継続するか否かを監視する（ステップＳＴ３５）。

異常判定処理部５８は、判断した異常状態が所定時間以上継続しない場合（ステップＳＴ３５：Ｎｏ）は、問題ないとして異常判定処理を終了するが、判断した異常状態が所定時間以上継続する場合（ステップＳＴ３５：Ｙｅｓ）は、故障発生を回避するために当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止し（ステップＳＴ３６）、周囲温度異常に起因する他の異常が発生しているか否かを判断する（ステップＳＴ３７）。ここでの周囲温度異常に起因する他の異常は、ドレイン電流過大異常、ＭＭＩＣの接合部温度異常である。周囲温度異常に起因する他の異常が発生していない場合（ステップＳＴ３７：Ｎｏ）、つまり、ドレイン電圧過大異常のみである場合は、修理が必要であるとして異常判定処理を終了する。一方、周囲温度異常に起因する他の異常が発生している場合（ステップＳＴ３７：Ｙｅｓ）は、その周囲温度異常の解消を待って当該ミリ波送受信モジュールの再起動し（Ｓ３８）、異常判定処理を終了する。

（４）次に、ＭＭＩＣの周囲温度の監視では、周囲温度が定格値を超えた場合は、ＭＭＩＣの接合部温度が最大値を超えて上昇し、また周囲温度が定格値の範囲内にある場合でもＭＭＩＣの特性異常などによってＭＭＩＣの接合部温度が最大値を超えて上昇することがあるので、ＭＭＩＣが故障しないように周囲温度を監視する。このＭＭＩＣの周囲温度の監視では、ドレイン電流やドレイン電圧の監視では、検知できない周囲温度異常も監視することができる。図１１は、ＭＭＩＣの接合部温度が最大値を超えるか否かを調べる手順処理を説明する図である。図１２は、ＭＭＩＣの周囲温度の監視動作を説明するフローチャートである。

図１１では、縦軸にＭＭＩＣの周囲温度が示され、横軸にＭＭＩＣの接合部温度が示されている。図１１に示すように、ＭＭＩＣの周囲温度の監視では、周囲温度モニタ３６がモニタした温度値８７は定格値の範囲内にあり、周囲温度上限異常ではないが、ＤＶＣ温度モニタ３７がモニタした温度値８８が規定値を超えている場合は、ＭＭＩＣの接合部温度が最大接合部温度Ｔｊ．ｍａｘを超えている可能性が大きいので、メモリ５６に最大接合部温度Ｔｊ．ｍａｘを設定し、例えば図１２に示す手順でそれを監視する。

図１２において、制御処理部５４は周囲温度モニタ３６の出力を取り込み、その周囲温度値を異常判定処理部５８に渡す（ステップＳＴ４１）。異常判定処理部５８は、制御処理部５４から受け取った周囲温度値がメモリ５６に格納されている周囲温度値の定格値範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳＴ４２）。

異常判定処理部５８は、制御処理部５４から受け取った周囲温度値が定格値範囲内にある場合（ステップＳＴ４２）は、制御処理部５４にＤＶＣ温度モニタ３７の出力を取り込む指示を出し、制御処理部５４から受け取ったＤＶＣ温度モニタ３７の出力が定格値を超えているか否か判定する（ステップＳＴ４３）。その結果、ＤＶＣ温度モニタ３７の出力が定格値を超えていない場合（ステップＳＴ４３：Ｎｏ）は、異常判定処理部５８は、問題ないとして異常監視処理を終了する。

一方、ＤＶＣ温度モニタ３７の出力が定格値を超えている場合（ステップＳＴ４３：Ｙｅｓ）は、異常判定処理部５８は、ＭＭＩＣの接合部温度Ｔｊを、
Ｔｊ＝Ｔａ＋θｊａ×Ｐ・・・（２）
なる式（２）を用いて計算する（ステップＳＴ４４）。なお、式（２）において、Ｔａはモニタした周囲温度、θｊａは熱抵抗、ＰはＭＭＩＣの消費電力である。

異常判定処理部５８は、計算した接合部温度Ｔｊがメモリ５６に格納されている最大接合部温度Ｔｊ．ｍａｘを超えるか否かを判定する（ステップＳＴ４５）。その結果、計算した接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ．ｍａｘを超えていない場合（ステップＳＴ４５：Ｎｏ）は、異常判定処理部５８は、問題ないとして異常監視処理を終了する。

一方、計算した接合部温度Ｔｊが最大接合部温度Ｔｊ．ｍａｘを超えている場合（ステップＳＴ４５：Ｙｅｓ）は、異常判定処理部５８は、異常結果出力部５９に指示を出して接合部上限異常を外部に報知する（ステップＳＴ４６）。そして、周囲温度が正常である場合に生じたので、当該送受信モジュールの動作を停止し（ステップＳＴ４７）、修理に委ねるとして異常監視処理を終了する。

また、先のステップＳＴ４２において、周囲温度が定格値範囲の上下に外れている場合（ステップＳＴ：Ｎｏ）は、異常判定処理部５８は、異常結果出力部５９に指示を出して周囲温度の上限・下限異常を外部に報知し（ステップＳＴ４８）、周囲温度の上限・下限異常が所定時間（例えば１０分）以上継続するか否かを監視する（ステップＳＴ４９）。そして、異常判定処理部５８は、周囲温度の上限・下限異常が所定時間以上継続しない場合（ステップＳＴ４９：Ｎｏ）は、問題ないとして異常監視処理を終了するが、周囲温度の上限・下限異常が所定時間以上継続する場合（ステップＳＴ４９：Ｙｅｓ）は、故障発生を回避するために当該送受信モジュールの動作を停止し（ステップＳＴ５０）、周囲温度異常が解消するのを待機し（ステップＳＴ５１）、周囲温度異常が解消すると（ステップＳＴ５１：Ｙｅｓ）、当該送受信モジュールを再起動し（ステップＳＴ５２）、異常監視処理を終了する。

なお、周囲温度モニタ３６、ＤＶＣ温度モニタ３７は、サーミスタを高周波回路３の直近部に設けるとして説明したが、高周波回路３の内部に設けてもよいことは言うまでもない。周囲温度モニタ３６、ＤＶＣ温度モニタ３７を高周波回路３の内部に設けると、高周波回路３の周囲温度値、ＤＶＣ温度値をより正確に検出することができる。また、電流モニタ３５の設置箇所も高周波回路３の内外を問わないことは当然である。

このように、この実施の形態によれば、当該ミリ波送受信モジュール自体において、当該ミリ波送受信モジュールを用いる装置の特性指標を与える送信電力、当該ミリ波送受信モジュールにおけるＭＭＩＣのドレイン電流、ドレイン電圧および接合部温度をそれぞれ監視し、異常を検知すると報知することができるので、上位処理系の監視負担を軽減することができる。

このとき、送信電力の異常監視では、ＶＣＯ３１における逓倍系のＭＭＩＣ群が対象となるが、ＭＭＩＣのドレイン電流、ドレイン電圧および接合部温度の各異常監視では、送信系のＭＭＩＣ群と受信系のＭＭＩＣ群とＶＣＯ３１における逓倍系のＭＭＩＣ群との３系統それぞれについて監視する構成であるので、回路規模が増大するが、バイアス回路６は、集積回路化に好適な構成になっているので、図１に示したように、高周波回路３の周辺回路である信号処理回路５とバイアス回路６を専用集積回路（ＡＳＩＣ）６として一体的に集積回路化することができ、小型化を図ることができる。

なお、集積回路化に関しては、電流モニタ３５は、発熱を伴うシャント抵抗素子３７を含むことから全体として高周波回路３に設けるとして説明したが、電圧比較回路３８はバイアス回路６側に設けてもよい。

また、この実施の形態では、信号処理回路５の主回路部であるマイコン５１にバイアス調整系の主機能部と異常監視機能（図２に示すマイコン５１の構成）とを負担させた例を示したが、バイアス調整系の主機能部および異常監視機能を独立して設けるようにしてもよい。この場合でも同様の作用・効果が得られる。

以上のように、この発明にかかる送受信モジュールは、当該送受信モジュール自体において異常監視を行うのに有用であり、特に、小型化が図れるので、そのような要請があるミリ波レーダに用いるのに好適である。

この発明の一実施の形態であるミリ波送受信モジュールの構成を示すブロック図である。図１に示すミリ波送受信モジュールにおけるバイアス調整系および異常監視系の構成例を示すブロック図である。図２に示すバイアス調整系によるゲート電圧の設定をあるＭＭＩＣ群における１つのＭＭＩＣについて行う場合を説明する図である。送信電力の監視動作を説明するフローチャートである。図４に示す送信電力の低下および増大の電流式しきい値を求める処理手順の内容を説明する図である。図４に示す正常であるか否かの判断手順の内容を説明する図である。ドレイン電流と周囲温度との関係を示す特性図である。ドレイン電流の監視動作を説明するフローチャートである。ドレイン電圧と周囲温度との関係を示す特性図である。ドレイン電圧の監視動作を説明するフローチャートである。ＭＭＩＣの周囲温度の監視動作を説明するフローチャートである。図１１に示すＭＭＩＣの接合部温度が最大値を超えるか否かを調べる手順処理を説明する図である。

符号の説明

１送信アンテナ
２受信アンテナ
３高周波回路
４専用集積回路（ＡＳＩＣ）
５信号処理回路
６バイアス回路
３５電流モニタ
３６周囲温度モニタ
３７デバイス（ＤＶＣ）モニタ（ＭＭＩＣ接合部温度上限モニタ）
３８シャント抵抗素子
３９電圧比較回路
４０−１〜４０−ｎＭＭＩＣ（モノリシックマイクロ波集積回路）
５４制御処理部
５５ドレイン設定電圧出力部
５６メモリ
５７ゲート設定電圧出力部
５８異常判定処理部
５９異常結果出力部
６１ドレインバイアス用レギュレータ
６２，６３，６４Ａ／Ｄ変換器
６５−１〜６５−ｎＤ／Ａ変換器

Claims

ミリ波の電波を送受信する装置の送受信アンテナが接続される高周波回路と、
前記高周波回路に送信電波を発生させ、前記高周波回路から入力する受信信号を処理する信号処理回路と、
前記高周波回路に含まれる送信系の多数のＭＭＩＣに共通に供給するドレイン電圧を、当該高周波回路の直近部或いは内部に設けた、当該高周波回路内の周囲温度を検出する周囲温度モニタのモニタ結果に基づき調整するとともに、前記送信系の多数のＭＭＩＣのそれぞれに供給するゲート電圧を前記送信系の多数のＭＭＩＣのそれぞれを流れるドレイン電流の総和を検出する電流モニタのモニタ結果を用いて順々に調整する送信バイアス調整系と、
前記高周波回路に含まれる受信系の多数のＭＭＩＣに共通に供給するドレイン電圧を、前記周囲温度モニタのモニタ結果に基づき調整するとともに、前記受信系の多数のＭＭＩＣのそれぞれに供給するゲート電圧を前記受信系の多数のＭＭＩＣのそれぞれを流れるドレイン電流の総和を検出する電流モニタのモニタ結果を用いて順々に調整する受信バイアス調整系、
とを備えるミリ波送受信モジュールにおいて、
運用時に、前記各バイアス調整系が用いる前記電流モニタのモニタ結果を利用して異常発生有無を監視する異常監視系を備え、
前記異常監視系は、各バイアス調整系が備えるＡ／Ｄ変換器の出力値から読み取った当該電流モニタの検出電流値が前記送信系および受信系の多数のＭＭＩＣを流れるドレイン電流の総和上限値をそれぞれ超えるか否かを監視するドレイン電流監視手段を備え、
前記異常監視系は、異常発生を検知すると、外部や上位の処理系に報知するとともに、前記異常発生が所定時間以上継続している場合は、当該ミリ波送受信モジュールの動作を停止する手段を備えることを特徴とするミリ波送受信モジュール。