JP6976216B2 - 送受信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置に用いる送受信モジュールに関する。

下記特許文献１には、飛しょう体に搭載されるレーダ装置の機能構成が示されている。飛しょう体又は衛星といった移動体に搭載されるレーダ装置においては、装置の小型化が求められる。装置の小型化のため、レーダ装置の構成要素であるフロントエンド部は、一体化されてモジュール化されることが行われる。

特開平９−２３６４００号公報

近年、移動体に搭載されるレーダ装置においては、小型化と共に、高性能化も求められる。高性能化のためには、フロントエンド部をモジュール化した送受信モジュールを低雑音化する必要がある。低雑音化のためには、送受信モジュールを構成する内部回路間において、アイソレーションを確保する必要がある。

ところが、送受信モジュールを小型化すると、バイアス電圧を供給する内部回路が接近し、バイアスライン間の距離が短くなるので、バイアスラインによって形成される閉ループに電磁界結合が発生し易くなる。このため、送受信モジュールの雑音指数（Ｎｏｉｓｅ Ｆｉｇｕｒｅ：以下「ＮＦ」と呼ぶ）が悪化するという問題がある。従って、送受信モジュールにおけるＮＦの悪化は、小型化を阻害する要因となる。このため、小型化を追求しつつ、送受信モジュールにおけるＮＦの悪化を抑制する技術が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型化を追求しつつ、ＮＦの悪化を抑制することができる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、本発明に係る送受信モジュールは、送受信端子、高周波信号を増幅する第１の増幅器、及び第１の増幅器の出力を送受信端子に伝送し、送受信端子に入力された受信信号を受信する第１の切替部を備える。また、送受信モジュールは、受信信号を終端する終端器、受信信号を増幅する第２の増幅器、及び第１の切替部が出力する受信信号を受信して終端器及び第２の増幅器の何れかに出力する第２の切替部を備える。更に、送受信モジュールは、第１の切替部にバイアス電圧を付与する第１のバイアスライン、第２の切替部にバイアス電圧を付与する第２のバイアスライン、及び第２の増幅器にバイアス電圧を付与する第３のバイアスラインを備える。更に、送受信モジュールは、一端が第１のバイアスラインに接続され、他端が接地される第１のキャパシタンス要素、一端が第２のバイアスラインに接続され、他端が接地される第２のキャパシタンス要素、及び一端が第３のバイアスラインに接続され、他端が接地される第３のキャパシタンス要素を備える。

本発明によれば、送受信モジュールを小型化してもＮＦの悪化を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１に係る送受信モジュールの構成例を示すブロック図 ＮＦの悪化の説明に供する図１との比較図 実施の形態２に係る送受信モジュールの構成例を示すブロック図 実施の形態３に係る送受信モジュールの構成例を示すブロック図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る送受信モジュールについて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下では、電気的な接続と物理的な接続とを区別せずに、単に「接続」と称して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る送受信モジュール５０は、レーダ装置におけるフロントエンド部を一体化してモジュール化したものである。フロントエンド部とは、ユーザ又は外部から装置の処理部を見たときに、最も前面に位置する部位である。レーダ装置の場合、フロントエンド部は、低周波信号にダウンコンバートする前の高周波信号を処理する部位を指して呼ぶことが一般的である。

図１において、実施の形態１に係る送受信モジュール５０は、第１の増幅器である高出力増幅器（Ｈｉｇｈ Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｒｅ：以下「ＨＰＡ」と呼ぶ）１と、第１の切替部である第１のスイッチ３ａと、第２の切替部である第２のスイッチ３ｂとを備える。また、送受信モジュール５０は、終端器であるダミー抵抗４と、第２の増幅器である低雑音増幅器（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｒｅ：以下「ＬＮＡ」と呼ぶ）５とを備える。送受信モジュール５０を収容する筐体１８には、送受信端子７と、送信信号入力端子１２ａと、受信信号出力端子１２ｂとが設けられている。また、筐体１８には、第１のバイアス印加端子である端子１３ａと、第２のバイアス印加端子である端子１３ｂと、第３のバイアス印加端子である端子１３ｃとが設けられている。

ＨＰＡ１は、高周波信号を増幅する送信系の増幅器である。第１のスイッチ３ａは、ＨＰＡ１の出力を受信して送受信端子７に伝送する。或いは、第１のスイッチ３ａは、送受信端子７に入力された受信信号を受信して第２のスイッチ３ｂに伝送する。

ＨＰＡ１の入力側は送信信号入力端子１２ａに接続される。送信信号入力端子１２ａの先には、図示しない励振器がある。励振器は、レーダ信号の基となる高周波信号を生成する。

第１のスイッチ３ａは、第１端子３ａ１、第２端子３ａ２及び第３端子３ａ３を有する。第１のスイッチ３ａの第２端子３ａ２は、ＨＰＡ１の出力側に接続される。第１のスイッチ３ａの第１端子３ａ１は、送受信端子７に接続される。送受信端子７の先には、図示しない送信アンテナ及び受信アンテナがある。第１のスイッチ３ａの接点が第２端子３ａ２に接続されているとき、ＨＰＡ１から送られたレーダ信号は、送受信端子７を介して送信アンテナに伝送される。送信アンテナは、レーダ信号を空間に放射する。受信アンテナは、レーダ信号による目標物体（以下「物標」と呼ぶ）からの反射信号を受信する。

第２のスイッチ３ｂは、第１端子３ｂ１、第２端子３ｂ２及び第３端子３ｂ３を有する。第２のスイッチ３ｂの第１端子３ｂ１は、第１のスイッチ３ａの第３端子３ａ３に接続される。第２のスイッチ３ｂの第２端子３ｂ２は、ダミー抵抗４の一端に接続される。第２のスイッチ３ｂの第３端子３ｂ３は、ＬＮＡ５の入力側に接続される。

第１のスイッチ３ａの接点が第３端子３ａ３に接続されているとき、第２のスイッチ３ｂは、第１のスイッチ３ａから出力される受信信号を受信する。

第１のスイッチ３ａの接点が第３端子３ａ３に接続され、且つ、第２のスイッチ３ｂの接点が第２端子３ｂ２に接続されているとき、受信信号は、第１のスイッチ３ａ及び第２のスイッチ３ｂを介してダミー抵抗４に伝送される。

ダミー抵抗４の他端は接地される。ダミー抵抗４は、第２のスイッチ３ｂから伝送された信号を終端する終端器として機能する。ダミー抵抗４は、送受信モジュール５０の送信時の信号をＬＮＡ５の側には伝送させずにＬＮＡ５を保護するときに使用される。

また、第１のスイッチ３ａの接点が第３端子３ａ３に接続され、且つ、第２のスイッチ３ｂの接点が第３端子３ｂ３に接続されているとき、受信信号は、第１のスイッチ３ａ及び第２のスイッチ３ｂを介してＬＮＡ５に伝送される。

ＬＮＡ５は、受信系の増幅器である。ＬＮＡ５の出力側は受信信号出力端子１２ｂに接続される。受信信号出力端子１２ｂの先には、図示しない受信回路がある。受信回路は、ＬＮＡ５から送られてきた受信信号を処理に適した周波数帯にダウンコンバートして信号処理を行う。レーダ装置が物標検出用のレーダである場合、受信回路は、受信信号に基づいて、物標までの距離、物標の相対速度及び物標の方位を算出する。レーダ装置が合成開口レーダである場合、受信回路は、受信信号に基づいて、観測対象エリアの画像を生成する。

第１のスイッチ３ａ、第２のスイッチ３ｂ及びＬＮＡ５には、動作電圧であるバイアス電圧が付与される。第１のスイッチ３ａへのバイアス電圧は、第１のバイアスライン６ａによって付与される。第１のバイアスライン６ａは端子１３ａに接続されている。端子１３ａに印加されたバイアス電圧は、第１のスイッチ３ａに付与される。

第２のスイッチ３ｂへのバイアス電圧は、第２のバイアスライン６ｂによって付与される。第２のバイアスライン６ｂは端子１３ｂに接続されている。端子１３ｂに印加されたバイアス電圧は、第２のスイッチ３ｂに付与される。

ＬＮＡ５へのバイアス電圧は、第３のバイアスライン６ｃによって付与される。第３のバイアスライン６ｃは端子１３ｃに接続されている。端子１３ｃに印加されたバイアス電圧は、ＬＮＡ５に付与される。

第１の接地ライン１５ａ、及び第２の接地ライン１５ｂは、送受信モジュール５０の内部において接地される。

第１のバイアスライン６ａと第１の接地ライン１５ａとの間には、フィルタ要素であるコンデンサ１０ａが接続されている。第２のバイアスライン６ｂと第１の接地ライン１５ａとの間には、フィルタ要素であるコンデンサ１０ｂが接続されている。第２のバイアスライン６ｂと第２の接地ライン１５ｂとの間には、フィルタ要素であるコンデンサ１０ｃが接続されている。第３のバイアスライン６ｃと第２の接地ライン１５ｂとの間には、フィルタ要素であるコンデンサ１０ｄが接続されている。

コンデンサ１０ａは、第１のキャパシタンス要素を構成する。コンデンサ１０ｂ，１０ｃは、第２のキャパシタンス要素を構成する。コンデンサ１０ｄは、第１のキャパシタンス要素を構成する。コンデンサ１０ａ〜１０ｄ、並びに、第１の接地ライン１５ａ及び第２の接地ライン１５ｂを設ける理由については後述する。

次に、実施の形態１に係る送受信モジュール５０の要部の動作について、図１及び図２の図面を参照して説明する。図２は、ＮＦの悪化の説明に供する図１との比較図である。図２では、図１に示す実施の形態１の構成において、コンデンサ１０ａ〜１０ｄと、第１の接地ライン１５ａ及び第２の接地ライン１５ｂとが除かれている。

図２には、第１の閉ループ２０と、第２の閉ループ２１と、第３の閉ループ２２とが太線で示されている。第１の閉ループ２０は、第１のバイアスライン６ａと、筐体１８と、第２のバイアスライン６ｂとによって、送受信モジュール５０の内部に形成される閉回路である。第２の閉ループ２１は、第２のバイアスライン６ｂと、筐体１８と、第３のバイアスライン６ｃとによって、送受信モジュール５０の内部に形成される閉回路である。第３の閉ループ２２は、第１のバイアスライン６ａと、筐体１８と、第３のバイアスライン６ｃとによって、送受信モジュール５０の内部に形成される閉回路である。

ＬＮＡ５で発生したノイズは、第３のバイアスライン６ｃを伝送して漏れ出すことがある。このノイズは、第２の閉ループ２１によって、第２のスイッチ３ｂに伝わり、ＬＮＡ５の入力側に戻る。このため、第２の閉ループ２１によって、送受信モジュール５０のＮＦが悪化することがある。

他の閉ループにおいても同様である。例えば、第３の閉ループ２２では、ＬＮＡ５で発生したノイズが、第１のスイッチ３ａに伝わり、第２のスイッチ３ｂを介して、ＬＮＡ５の入力側に戻る。このため、第３の閉ループ２２によって、送受信モジュール５０のＮＦが悪化することがある。

また、第１の閉ループ２０では、第２の閉ループ２１を通じて伝送されたＬＮＡ５のノイズが、第２のスイッチ３ｂを経由して第１のスイッチ３ａに伝わり、ＬＮＡ５の入力側に戻る。このため、第１の閉ループ２０によって、送受信モジュール５０のＮＦが悪化することがある。

これに対し、実施の形態１では、前述の通り、第１のバイアスライン６ａと第１の接地ライン１５ａとの間にコンデンサ１０ａを備え、第２のバイアスライン６ｂと第１の接地ライン１５ａとの間にコンデンサ１０ｂを備えている。また、第２のバイアスライン６ｂと第２の接地ライン１５ｂとの間にコンデンサ１０ｃを備え、第２のバイアスライン６ｂと第３の接地ライン１５ｃとの間にコンデンサ１０ｄを備えている。このため、ＬＮＡ５で発生したノイズが第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１及び第３の閉ループ２２に伝送されたとしても、当該ノイズは、コンデンサ１０ａ〜１０ｄのうちの少なくとも１つでアースラインに吸収される。これにより、ＬＮＡ５の入力側に戻ろうとするノイズを抑制でき、ＮＦの悪化を抑制することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る送受信モジュールによれば、第１のスイッチ３ａにバイアス電圧を付与する第１のバイアスライン６ａと第１の接地ライン１５ａとの間にコンデンサ１０ａが接続され、第２のスイッチ３ｂにバイアス電圧を付与する第２のバイアスライン６ｂと第１の接地ライン１５ａとの間にコンデンサ１０ｂが接続される。また、第２のバイアスライン６ｂと第２の接地ライン１５ｂとの間にコンデンサ１０ｃが接続され、ＬＮＡ５にバイアス電圧を付与する第３のバイアスライン６ｃと第２の接地ライン１５ｂとの間にコンデンサ１０ｄが接続される。これにより、ＬＮＡ５で発生し、ＬＮＡ５の入力側に戻ろうとするノイズを抑制できる。従って、送受信モジュール５０を小型化しても、ＮＦの悪化を抑制することができる。

なお、図１では、コンデンサ１０ａの一端を第１のバイアスライン６ａに接続し、コンデンサ１０ａの他端を第１の接地ライン１５ａを介して接地する接続構成を例示したが、この接続構成に限定されない。コンデンサ１０ａの他端は、第１の接地ライン１５ａを用いずに、直接、接地される構成であってもよい。コンデンサ１０ｂ〜１０ｄについても同様であり、第１の接地ライン１５ａ及び第２の接地ライン１５ｂを用いずに、直接、接地される構成であってもよい。

また、図１では、フィルタ要素としてキャパシタンス要素を有するコンデンサを例示したが、この構成に限定されない。フィルタ要素は、キャパシタンス要素を含むチップ部品で構成してもよいし、基板上のパターンで構成してもよい。

また、図１では、紙面の左側から、第１のバイアスライン６ａ、第２のバイアスライン６ｂ及び第３のバイアスライン６ｃの順に配置される例を示したが、この配置例に限定されない。例えば、信号の入出力の方向を変更した場合、小型化の追求のために多層基板を用いる場合などにおいては、バイアスラインの配線の順序が図１とは異なる場合がある。これらの場合、第１のバイアスライン６ａに２つのコンデンサが接続されることもあり得る。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２に係る送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。図３に示す送受信モジュール５０Ａでは、図１に示す実施の形態１に係る送受信モジュール５０において、第１のスイッチ３ａがサーキュレータ２及び検波器９に変更されている。その他の構成については、実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は割愛する。

サーキュレータ２は、方向性のある切替器である。サーキュレータ２は、ＨＰＡ１の出力を受信して、検波器９に伝送する。また、サーキュレータ２は、検波器９の出力を受信して第２のスイッチ３ｂに伝送する。

検波器９は、サーキュレータ２から送られてきた信号を送受信端子７に伝え、送受信端子７から送られてきた信号をサーキュレータ２に伝えることができる、双方向の伝送機能を有する機器である。従って、サーキュレータ２を介して伝送されたレーダ信号は、送受信端子７を介して図示しない送信アンテナに伝送される。また、送受信端子７を介して受信した受信信号は、サーキュレータ２及び第２のスイッチ３ｂを介してＬＮＡ５に伝送される。

図３に示す実施の形態２の構成においても、図２に示される第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１及び第３の閉ループ２２が形成される。このため、第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１及び第３の閉ループ２２のうちの少なくとも１つによって伝送されるＬＮＡ５のノイズによって、送受信モジュール５０ＡのＮＦが悪化することの懸念がある。

しかしながら、ＬＮＡ５で発生し、第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１又は第３の閉ループ２２で伝送されたノイズは、コンデンサ１０ａ〜１０ｄのうちの少なくとも１つでアースラインに吸収される。これにより、ＬＮＡ５で発生し、ＬＮＡ５の入力側に戻ろうとするノイズを抑制することができる。従って、送受信モジュール５０Ａを小型化しても、ＮＦの悪化を抑制することができる。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３に係る送受信モジュールの構成例を示すブロック図である。図４に示す送受信モジュール５０Ｂでは、図３に示す実施の形態２に係る送受信モジュール５０Ａにおいて、検波器９がスイッチ３ｃに変更され、送受信端子７が送信端子７ａ及び受信端子７ｂに変更されている。その他の構成については、実施の形態２の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は割愛する。

スイッチ３ｃの第１端子３ｃ１はサーキュレータ２に接続され、スイッチ３ｃの第２端子３ｃ２は送信端子７ａに接続され、スイッチ３ｃの第３端子３ｃ３は受信端子７ｂに接続される。

スイッチ３ｃの接点が第２端子３ｃ２に接続されているとき、サーキュレータ２を介して伝送されたレーダ信号は、送信端子７ａを介して図示しない送信アンテナに伝送される。送信アンテナは、レーダ信号を空間に放射する。

スイッチ３ｃの接点が第３端子３ｃ３に接続されているとき、受信端子７ｂを介して受信した受信信号は、サーキュレータ２及び第２のスイッチ３ｂを介してＬＮＡ５に伝送される。

図４に示す実施の形態３の構成においても、図２に示される第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１及び第３の閉ループ２２が形成される。このため、第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１及び第３の閉ループ２２のうちの少なくとも１つによって伝送されるＬＮＡ５のノイズによって、送受信モジュール５０ＢのＮＦが悪化することの懸念がある。

しかしながら、ＬＮＡ５で発生し、第１の閉ループ２０、第２の閉ループ２１又は第３の閉ループ２２で伝送されたノイズは、コンデンサ１０ａ〜１０ｄのうちの少なくとも１つでアースラインに吸収される。これにより、ＬＮＡ５で発生し、ＬＮＡ５の入力側に戻ろうとするノイズを抑制することができる。従って、送受信モジュール５０Ｂを小型化しても、ＮＦの悪化を抑制することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ ＨＰＡ、２ サーキュレータ、３ａ 第１のスイッチ、３ｂ 第２のスイッチ、３ｃ スイッチ、３ａ１，３ｂ１，３ｃ１ 第１端子、３ａ２，３ｂ２，３ｃ２ 第２端子、３ａ３，３ｂ３，３ｃ３ 第３端子、４ ダミー抵抗、５ ＬＮＡ、６ａ 第１のバイアスライン、６ｂ 第２のバイアスライン、６ｃ 第３のバイアスライン、７ 送受信端子、７ａ 送信端子、７ｂ 受信端子、９ 検波器、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ コンデンサ、１２ａ 送信信号入力端子、１２ｂ 受信信号出力端子、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 端子、１５ａ 第１の接地ライン、１５ｂ 第２の接地ライン、１８ 筐体、２０ 第１の閉ループ、２１ 第２の閉ループ、２２ 第３の閉ループ、５０，５０Ａ，５０Ｂ 送受信モジュール。

Claims (4)

1. 送受信端子と、
   高周波信号を増幅する第１の増幅器と、
   前記第１の増幅器の出力を前記送受信端子に伝送し、前記送受信端子に入力された受信信号を受信する第１の切替部と、
   前記受信信号を終端する終端器と、
   前記受信信号を増幅する第２の増幅器と、
   前記第１の切替部が出力する前記受信信号を受信して前記終端器及び前記第２の増幅器の何れかに出力する第２の切替部と、
   前記第１の切替部にバイアス電圧を付与する第１のバイアスラインと、
   前記第２の切替部にバイアス電圧を付与する第２のバイアスラインと、
   前記第２の増幅器にバイアス電圧を付与する第３のバイアスラインと、
   一端が前記第１のバイアスラインに接続され、他端が接地される第１のキャパシタンス要素と、
   一端が前記第２のバイアスラインに接続され、他端が接地される第２のキャパシタンス要素と、
   一端が前記第３のバイアスラインに接続され、他端が接地される第３のキャパシタンス要素と、
   を備え、
   前記第１の切替部は、
   前記第１の増幅器の出力を受信するサーキュレータと、
   前記サーキュレータの出力を受信して前記送受信端子に伝送すると共に、前記送受信端子に入力された前記受信信号を受信する検波器と、
   を備え、
   前記サーキュレータは、前記検波器の出力を受信して前記第２の切替部に伝送する
   ことを特徴とする送受信モジュール。
2. 送信端子及び受信端子と、
   高周波信号を増幅する第１の増幅器と、
   前記第１の増幅器の出力を受信するサーキュレータと、
   前記サーキュレータの出力を前記送信端子に伝送し、前記受信端子に入力された受信信号を受信して前記サーキュレータに出力する切替部と、
   前記受信信号を終端する終端器と、
   前記受信信号を増幅する第２の増幅器と、
   前記サーキュレータが出力する前記受信信号を受信して前記終端器及び前記第２の増幅器の何れかに出力する第２の切替部と、
   前記切替部にバイアス電圧を付与する第１のバイアスラインと、
   前記第２の切替部にバイアス電圧を付与する第２のバイアスラインと、
   前記第２の増幅器にバイアス電圧を付与する第３のバイアスラインと、
   一端が前記第１のバイアスラインに接続され、他端が接地される第１のキャパシタンス要素と、
   一端が前記第２のバイアスラインに接続され、他端が接地される第２のキャパシタンス要素と、
   一端が前記第３のバイアスラインに接続され、他端が接地される第３のキャパシタンス要素と、
   を備えたことを特徴とする送受信モジュール。
3. 前記第１のキャパシタンス要素の他端は、第１の接地ラインを介して接地され、
   前記第２のキャパシタンス要素の他端は、第１の接地ライン又は第２の接地ラインを介して接地され、
   前記第３のキャパシタンス要素の他端は、第２の接地ラインを介して接地される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送受信モジュール。
4. 前記第１から第３のキャパシタンス要素は、チップ部品又は基板上のパターンで構成される
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の送受信モジュール。

Images