JPH05275929A

JPH05275929A - 周波数逓倍回路

Info

Publication number: JPH05275929A
Application number: JP9721992A
Authority: JP
Inventors: Satoru Komatsu; 覚小松; Hideaki Ono; 英明小野; Kazuhisa Sato; 和久佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1993-10-22

Abstract

(57)【要約】〔目的〕出力レベルを最適値に設定可能な周波数逓倍回
路を提供する。〔構成〕特性がバイアスに応じて変化する非線形素子
（１）と、この非線形素子（１）の出力レベルを検出す
る手段（５，６）と、この検出された出力レベルを最適
値に接近させるように上記非線形素子に対するバイアス
を制御する手段（１０〜１３）とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用ミリ波帯ＦＭレ
ーダ装置の構成回路などとして利用される周波数逓倍回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】乗用車などの車両に搭載され追突や衝突
防止用警報装置などに利用される車載レーダ装置は、数
１０ｃｍ程度の至近距離をも検出範囲とする必要上高い
分解能が要求され、この分解能の点でパルスレーダの形
式よりもＦＭレーダの形式が適している。また、先行車
両や対向車両などの標的までの最遠測距範囲は数１００
ｍ程度の比較的短距離で足りるため、放射電波が必要以
上遠方まで伝播したり、既存のマイクロ波帯の通信設備
に干渉したりすることを回避する上で６０ＧＨｚ程度の
伝播減衰量の大きなミリ波帯の電波が適している。この
ミリ波帯の利用はアンテナの小型化を図るという点でも
好適である。

【０００３】本出願人が先に出願した「ＦＭレーダ」と
題する特願平３ー４２９７９号の明細書には、図４のブ
ロック図に示す構成の時分割動作のミリ波帯ＦＭレーダ
装置が開示されている。掃引回路１２１からはタイミン
グ制御回路１２０の制御のもとに三角波が出力され、こ
れを受ける可変周波数発振器１１０から２０ＧＨｚ程度
のマイクロ波帯の周波数変調された信号（ＦＭ信号）が
出力される。このマイクロ波帯のＦＭ信号は、パワーデ
バイダ１１１で２分割され、遅延回路１２５を経てある
いは直接、タイミング制御回路１２０の制御のもとに切
り換えられるスイッチ回路１２２と１２３に供給され、
それぞれの後段に配置された３逓倍回路１１４ａ〜１１
４ｄの一つと、３逓倍回路１１５ａ〜１１５ｄの一つに
時分割的に分配される。

【０００４】スイッチ回路１２２を構成する４個のｐｉ
ｎダイオードは、図５の上段の波形ＳＷａ〜ＳＷｄに例
示するようなタイミングで順次オン／オフされ、図５の
下段の波形ｆａ〜ｆｄに例示するように、周波数が時間
と共に直線的に増加したのち直線的に減少するＦＭ信号
が、各ｐｉｎダイオードを介して周波数３逓倍回路１１
４ａ〜１１４ｄに供給される。スイッチ回路１２３を構
成する４個のｐｉｎダイオードのオン／オフタイミング
と、各ｐｉｎダイオードを経て周波数３逓倍回路１１５
ａ〜１１５ｄに供給されるＦＭ信号の周波数変化も図５
と同様のものとなる。

【０００５】３逓倍回路１１４ａ〜１１４ｄから出力さ
れる６０ＧＨｚ程度のミリ波帯のＦＭ信号は、サーキュ
レータ１１６ａ〜１１６ｄを経てアンテナ１１８ａ〜１
１８ｄから放射され、３逓倍回路１１５ａ〜１１５ｄか
ら出力されるミリ波帯のＦＭ信号は参照信号として混合
回路１１７ａ〜１１７ｄの一方の入力端子に供給され
る。標的で反射されアンテナ１１８ａ〜１１８ｄで受信
されたミリ波帯のＦＭ信号はサーキュレータ１１６ａ〜
１１６ｄを経て混合回路１１７ａ〜１１７ｄの他方の入
力端子に供給され、一方の入力端子に供給される参照信
号と混合される。混合回路１１７ａ〜１１７ｄから出力
されたマイクロ波帯のビート信号はスイッチ２４を経て
検出回路１１９に供給される。混合回路１１７ａ〜１１
７ｄから出力されるビート信号の周波数を１／ｆ雑音に
妨害されない高域にシフトするために、パワーデバイダ
１１１とスイッチ回路１２２の間に遅延回路１２５が挿
入されている。

【０００６】アンテナ対１１８ａと１１８ｂは同一の指
向性を有すると共に水平面内でわずかにずれた方向にビ
ームを放射するように設置されている。従って、このア
ンテナ対を構成する各アンテナのうち標的の方向にビー
ムを放射した側のアンテナに受信される反射波の振幅
が、標的からずれた方向にビームを放射した側のアンテ
ナに受信される反射波の振幅よりも大きくなる。この振
幅／角度変換の原理を応用して、混合回路１１７ａと１
１７ｂから出力されるビート信号の振幅比からターゲッ
トの水平面内の方向が検出される。同様にして、アンテ
ナ対１１８ｃ，１１８ｄは同一の指向性を有すると共に
垂直面内でわずかにずれた方向にビームを放射するよう
に設置され、混合回路１１７ｃ，１１７ｄから出力され
るビート信号の振幅比から垂直面内の標的の方向が検出
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来のミ
リ波帯ＦＭレーダ装置では、サーキュレータとアンテナ
間を接続するフィーダの挿入損失を低減するうえでフイ
ーダの長さを極力短縮することが望ましく、このためサ
ーキュレータとその前段の各回路を収納する筐体が車外
に露出されるアンテナと一体に構成される。この結果、
各回路を収納する筐体も車外に配置されることになり、
−３０°Ｃ程度の低温から＋８０°Ｃ程度の高温にわた
る広い温度範囲にわたって安定な動作が要求される。こ
のような広い温度範囲では周波数逓倍回路の出力が大幅
に変動し、探知可能距離が変動するという問題がある。

【０００８】また、ビート信号の振幅比から標的の方向
を検出する構成では、対となる３逓倍回路１１４ａと１
１５ａなどにおいて出力振幅が個別に変動すると、標的
の方向の検出精度が低下するという問題もある。従っ
て、本発明の一つの目的は、広い温度範囲にわたって出
力が安定な周波数逓倍回路を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の周波数逓倍回路
は、特性がバイアスによって変化する非線形素子と、こ
の非線形素子の出力レベルを検出する出力レベル検出回
路と、この検出された出力レベルを最適値に接近させる
ように非線形素子に対するバイアスを制御するバイアス
制御手段を備えている。

【００１０】

【作用】周波数逓倍回路を構成する可変容量ダイオード
（バラクター）などの非線形素子は、動作温度によって
特性が変化すると共にそのバイアス値によっても特性が
変化し、その出力が複雑に変化する。この温度とバイア
ス値による出力の変化を出力信号線に結合させた方向性
結合器と検波器などから成る検出回路によって検出され
る。この検出された出力レベルを最適値に接近させるよ
うに、マイクロプロセッサなどの制御手段を用いてバイ
アス値が制御される。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の周波数逓倍回路の構成を示
すブロック図であり、１はバラクターダイオード、２は
低域通過濾波器、３は直流阻止コンデンサ、４は帯域通
過濾波器、５は方向性結合器、６は検波器、７はチョー
クコイル、８は検波電圧の出力端子、９はバイアス電流
の入力端子、１０はマイクロプロセッサ、１１はＡ／Ｄ
変換器、１２はＤ／Ａ変換器、１３はバイアス電流発生
器である。また、Ｉは信号入力端子、Ｏは信号出力端子
である。

【００１２】図１の周波数逓倍回路のうち点線で囲んだ
部分は、マイクロストリップなどの形式で誘電体基板上
に一体に形成され、検波電圧の出力端子８とバイアス電
流の入力端子９はマイクロストリップ線路と同軸線路と
の変換器を兼ねており、検波電圧の出力端子８には同軸
線路を介してＡ／Ｄ変換器１１が接続されると共に、バ
イアス電流の入力端子９にはバイアス電流発生器１３が
接続される。

【００１３】図１の周波数逓倍回路は、図４に示したミ
リ波帯ＦＭレーダ装置の周波数３逓倍回路１１４ａ〜１
１４ｄ、１１５ａ〜１１５ｄへの応用が想定されてい
る。信号入力端子Ｉに供給される周波数２０ＧＨｚ程度
のマイクロ波帯のＦＭ信号は、低域通過濾波器２と直流
阻止コンデンサ３とを通過してバラクターダイオード１
のカソード端子に供給され、その非線形の入出力特性に
よって種々の高調波を発生させる。発生した種々の高調
波のうち周波数６０ＧＨｚ程度のミリ波帯の３倍の高調
波のみが帯域通過濾波器４と方向性結合器５とを通過し
て後段のサーキュレータ１１６や混合器１１７に連なる
信号出力端子Ｏに供給される。

【００１４】入力端子Ｉに供給されるマイクロ波帯のＦ
Ｍ信号の振幅を一定に保った場合でも、信号出力端子Ｏ
に出現する出力信号の振幅はバラクターダイオードのバ
イアス電流や周囲温度の変化に伴うバラクターダイオー
ド１の特性の変化に伴って変化する。この出力信号の振
幅は、１０ｄＢ程度の結合度の方向性結合器６を介して
検波器６に供給され、出力信号の振幅に応じた大きさの
電圧に変換され、出力端子８を介してＡ／Ｄ変換器１１
に供給され、ここでディジタル信号に変換されてマイク
ロプロセッサ１０に供給される。マイクロプロセッサ１
０は、この検波出力が常にほぼ一定値となるように、バ
イアス電流発生器１３からバラクターダイオード１に供
給されるバイアス電流値をＤ／Ａ変換器１２を介して制
御する。

【００１５】上記バイアス電流の制御の一例を説明する
ために、この逓倍周波数回路の出力信号の振幅，バイア
ス電流，温度の三者の関係が図２に示すようなものと仮
定する。但し、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３のそれぞれは、この周
波数逓倍回路の動作が要求される温度範囲の中心値、最
低値、最高値のうちの一つである。マイクロプロセッサ
１０は、バイアス発生回路１３を制御することにより、
ここから出力されるバイアス電流値を所定の４個の離散
的な値α、β、γ、δの一つに設定できるようなプログ
ラムを保持している。マイクロプロセッサ１０は、電源
の投入に伴って動作を開始するたびに、バイアス電流値
をα，β，γ，δの順序で４段階にわたって変化させ、
これに伴う出力信号の振幅を検出する。そして、出力信
号の振幅を所望値Ｐｏに最も接近させたバイアス電流値
を最適値として検出し、以後バイアス電流値を上記最適
値に固定する。

【００１６】このように、マイクロプロセッサ１０を介
在させることにより、バイアス電流値の複雑な制御を容
易に行うことができる。バイアス電流値の設定値を４個
以上、例えば８個とすることにより更に高精度の制御を
行うこともできる。あるいはまた、４個のバイアス電流
値α〜δのそれぞれの近傍に更にステップの細かい４個
の値を設定しておき、最初の段階で最適値として決定し
たバイアス電流値の近傍で、さらにステップの細かい４
個の値の一つを最終的に選択するように構成することも
できる。この実施例の周波数逓倍回路を図４に例示した
ようなＦＭレーダ装置に適用することは、振幅／角度変
換による標的の方向の測定に必要な出力振幅の精度が確
保できるという点で、特に好適である。

【００１７】このように、ＣＰＵを介在させることによ
り、これを多数のサーミスタやレベル比較回路などを含
むハードウエア回路で実現する場合に比べて、容易・確
実な制御が可能となる。また、このような制御方法の採
用により、前段のマイクロ波帯の発振器の発振出力やｐ
ｉｎスイッチの挿入損失の温度特性などによる入力レベ
ルの変動をも補償しながら出力の安定化などの最適化を
実現できる。

【００１８】本実施例の周波数逓倍回路は、図４に例示
した多数の３逓倍回路を含む時分割式のＦＭレーダ装置
に適用すれば一層好適である。これは、比較的高価なマ
イクロプロセッサ、あるいはＤ／Ａ変換器やＡ／Ｄ変換
器をスイッチで切り換えて時分割式に共用することによ
り、周波数逓倍回路１個当たりのコストを大幅に低減で
きるからである。

【００１９】図３は、図１の周波数逓倍回路を図４のミ
リ波帯ＦＭレーダ装置の３逓倍回路に応用し、そのバイ
アス電流の最適値をこのＦＭレーダ装置の動作中におい
ても所定周期で行わせる動作を説明するための波形図で
ある。

【００２０】図５の波形ＳＷａ〜ＳＷｄに示した各ｐｉ
ｎダイオードのオン期間を、波形ＳＷａについて図３の
波形Ｓａに例示するように、５回にわたるオン／オフ期
間に変更する。この５回のオン期間内に、図４の３逓倍
回路１１４ａ，１１５ｂを構成する周波数逓倍回路のバ
イアス電流値を図２に例示したような４個の値α，β，
γ，δという具合に順次変更してゆき、各時点の出力信
号の振幅Ｐout を順次検出してゆくことによりバイアス
電流の最適値を４回のオン期間をかけて決定する。この
最適値（図示の例ではγ）を最後のオン期間に対して設
定し、この期間内に放射されたＦＭ信号を利用して標的
の距離と方向などの測定が行われる。

【００２１】このように、始めの４回のオン期間内に周
波数逓倍回路に供給されるマイクロ波帯のＦＭ信号はは
バイアス電流の最適値を決定するためにのみ使用されレ
ーダ装置としての測定は行われない。このため、ＦＭ信
号の周波数を、図４の波形δｆで例示するように、５回
にわたって直線的に増減させてもよいが、波形Δｆで例
示するように、測定に関係のない最初の４回は周波数を
一定値に保ち、測定が行われる５回目だけ直線的に増減
させるようにしてもよい。

【００２２】以上、出力信号の振幅を温度によらず一定
に保つようにバイアス電流を制御する例を説明したが、
この振幅を各温度における最大値に保つように制御する
構成とすることもできる。

【００２３】バラクターダイオードなど非線形素子のバ
イアス電流を制御する構成を例示したが、そのバイアス
電圧を制御するように構成することもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の周
波数逓倍回路は、非線形素子の出力レベルを検出する出
力レベル検出して最適値に接近させるように非線形素子
に対するバイアスを制御するバイアス制御手段を備える
構成であるから、出力の安定化などを含む出力の最適化
を高精度に実現できる。

【００２５】本発明の周波数逓倍回路は、これを多数備
え、多数によって１個のマイクロプロセッサやＤ／Ａ，
Ａ／Ｄ変換器が時分割式に共用されるような構成の時分
割式のＦＭレーダ装置に使用すれば、特に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の周波数逓倍回路の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１の周波数逓倍回路におけるバイアス電流値
の制御方法を説明するために想定した特性の一例を示す
概念図である。

【図３】図１の周波数逓倍回路を図４の時分割式ミリ波
帯ＦＭレーダ装置に適用した場合の動作の一例を説明す
るためのタイミングチャートである。

【図４】本発明の周波数逓倍回路を適用するのに特に適
した時分割動作のミリ波帯ＦＭレーダ装置Ｍレーダ装置
の構成の一例を示すブロック図である。

【図５】図４のＦＭレーダ装置の典型的な動作の一例を
説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１バラクターダイオード２逓倍通過濾波器４帯域通過濾波器５方向性結合器６検波器 10 マイクロプロセッサ 11 Ａ／Ｄ変換器 12 Ｄ／Ａ変換器 13 バイアス電流発生器Ｉ信号入力端子Ｏ信号出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特性がバイアスに応じて変化する非線形素
子と、この非線形素子の出力レベルを検出する出力レベル検出
回路と、この検出された出力レベルを最適値に接近させるように
前記非線形素子に対するバイアスを制御するバイアス制
御手段を備えたことを特徴とする周波数逓倍回路。
【請求項２】前記出力レベル検出回路は、前記周波数逓
倍回路の出力端子に連なる出力信号線に結合せしめられ
る方向性結合器と、この方向性結合器の出力を検波して
前記出力レベルに応じた大きさの電圧を出力する検波器
とを含むことを特徴とする請求項１記載の周波数逓倍回
路。
【請求項３】前記バイアス制御手段は、マイクロプロセ
ッサを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の周波
数逓倍回路。
【請求項４】前記マイクロプロセッサは、前記バイアス
値を離散的に変更しながら前記出力検出回路で検出され
る各出力レベルを検出し、所望の値に最も近い出力レベ
ルを発生させたバイアス値を最適バイアス値として検出
し、以後のバイアス値をこの最適バイアス値に設定する
ことを特徴とする請求項３記載の周波数逓倍回路。
【請求項５】前記最適バイアス値の検出は、この周波数
逓倍回路の動作開始の直後にのみ行われることを特徴と
する請求項４記載の周波数逓倍回路。
【請求項６】前記最適バイアス値の検出は、適宜な周期
で行われることを特徴とする請求項４記載の周波数逓倍
回路。
【請求項７】時分割式のＦＭレーダ装置を構成する複数
の周波数逓倍回路として使用され、前記マイクロプロセ
ッサはこれら複数の周波数逓倍回路に時分割的に共用さ
れることを特徴とする請求項３乃至５記載の周波数逓倍
回路。