JPH06216654A - 非放射性誘電体線路ミキサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 非放射性誘電体線路レーダーモジュールなど
の小型化・低廉化を実現できる小型・簡易・安価な非放
射性誘電体線路ミキサーを提供する。 〔構成〕非放射性誘電体線路（１，２，６）の途中に、
この非放射性誘電体線路を横切って配置されるシングル
ダイオード・ミキサー（１０）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用ミリ波レーダー
装置の構成要素などとして利用される非放射性誘電体線
路ミキサーに関する。

【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用レーダー装置
は、数十ｃｍ程度の至近距離をも検出範囲とする必要上
高分解能が要求され、この高分解能の点でパルスレーダ
ーの形態よりもＦＭレーダーの形態が適している。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
は数百ｍ程度の比較的短距離で足りるため、放射電波が
必要以上に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ため、６０Ｇ
Ｈｚ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、アンテナの大きさとその
前後段のＦＭ信号発生器やミキサーなどを含めたレーダ
ーモジュールの小型化を図る上からも適している。

【０００３】従来、上記６０ＧＨｚ程度のミリ波帯のレ
ーダーモジュールは、マイクロストリップ線路の形式で
構成されているが、周波数が上がるにつれて線路からの
放射電力が大きくなり損失が増大すると共に、複数系統
のレーダーモジュールを近接させて配置した場合に、相
互干渉が生じやすく測定精度が低下するという問題があ
る。また、レーダーモジュールの一層の小型化、部品点
数の節減及びこれによる低廉化も必要とされている。

【０００４】上記問題点を解決するための新たな線路形
式として、電子情報通信学会論文誌vol.J73 ー1 ，No.
3, pp 87 ー94(1990 年 3月) に掲載された「非放射性
誘電体線路を用いたミリ波集積回路」と題する米山教授
の論文に開示されている非放射性誘電体線路（Non-Radi
ative-Dielectric-waveguide：ＮＲＤガイド）が適して
いる。この非放射性誘電体線路は、半波長よりわずかに
小さな間隔を保って対向する２枚の導体板の間に棒状の
誘電体を挿入することによりこの棒状体に沿う電磁波の
伝播のみを可能としたものである。この非放射性誘電体
線路では線路の上下方向には導体板によって遮蔽される
とともに、線路の側方に漏洩しようとする電波の伝播も
導体板の間隔が半波長未満であるために遮断される。こ
のため、線路からの電力放射は極めて小さく、多数の系
統のモジュール相互の干渉を回避することができる。ま
た、非放射性誘電体線路では、線路相互を近接させたり
フェライトなどを付加することにより方向性結合器やサ
ーキュレーター等の各種部品が容易に作成出来ることか
ら、２枚の金属平板間に複数の高周波機能素子を作成で
き、従来のマイクロウエーブＩＣ（ＭＩＣ）と比較して
も遜色のないモジュール全体の小型化が実現可能であ
る。

【０００５】上記米山教授の論文には、非放射性誘電体
線路を用いたミリ波帯の送信機と受信機が開示されてい
る。本発明者は、マイクロストリップ線路を用いた従来
のＦＭレーダーモジュールについては送信側のＦＭ信号
発振器と受信側の局部発信器とを共用する手法が一般的
であるという点を鑑みて、図５に示すような構成の非放
射性誘電体線路を用いたミリ波帯のＦＭレーダーモジュ
ールを試作した。図５に示すレーダーモジュールは、上
部導体板３０とこれと同形状の下部導体板との間に挿入
された直線状あるいは曲線状の棒状の誘電体線路から構
成される非放射性誘電体線路を基本として、ガンダイオ
ードとバラクタダイオードによるＦＭ信号発生器３１、
アイソレーター３２、方向性結合器３３、３６、送信ア
ンテナ３４、受信アンテナ３５及び平衡型のシングルバ
ランスドミキサー３７から構成されている。

【０００６】ＦＭ信号発生器３１で発生したミリ波帯の
ＦＭ信号は、アイソレーター３２を通過したのち、半分
の電力が方向性結合器３３を介して送信アンテナ３４に
供給され、送信アンテナ３４に供給されたＦＭ信号は、
その先端部より外部に放射される。物体からの反射波は
受信アンテナ３５に受信され、その半分は方向性結合器
３６を介して他方のミキサーダイオードに供給される。
この場合物体からの反射波が送信アンテナ３４にも入力
するが、この信号はアイソレーター３３により無反射終
端に送られ熱に変換される。方向性結合器３３により得
られたロ─カル信号はもう一方の方向性結合器３６によ
り物体からの反射信号とともにシングルバランスドミキ
サー３７の２つのダイオードに対して約半分に電力が分
割されて供給される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図５に示した非放射性
誘電体線路を用いたＦＭレーダーモジュールによれば、
線路からの放射電力が極めて小さいため、６０ＧＨｚ程
度のミリ波帯においても線路自体による損失は小さく、
多系統のモジュール相互の干渉も有効に回避されること
が確認された。しかしながら、このＦＭレーダーモジュ
ールは、小型化と部品点数の削減の点では、まだ改良の
余地がある。

【０００８】また、図５に示したＦＭレーダモジュール
を構成するミキサーの形式は同一特性のダイオードを２
個使用してインピーダンスの整合を図るという平衡型で
あるため、部品コストが増大すると共にモジュールの小
型化が困難になるという問題がある。

【０００９】さらに、平衡型のミキサーでは、ローカル
信号を２分割して各ミキサーダイオードに供給するとい
う原理上、所望レベルの出力信号を得るためには、発生
させた高周波信号の相当の部分をローカル信号に割当て
なければならないという問題がある。すなわち、送信ア
ンテナから外部に送出する分がそれだけ少なくなり、で
最大検知距離が小さくなるという問題がある。

【００１０】また、平衡型のミキサでは、線路とダイオ
ード間のインピーダンスマッチングを行ううえで、高誘
電率箔膜とエアーギャップとを調整する煩雑な作業が必
要となるだけでなく、２個のダイオードを同一特性でマ
ッチングさせるのが困難となるという問題もある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ＦＭレーダモジュールな
どの構成要素として好適な本発明の非放射性誘電体線路
ミキサーは、送信高周波信号の一部と受信高周波信号な
どが互いに逆向きに伝播する非放射性誘電体線路の途中
に誘電体線路を横切ってミキサーダイオードを配置した
構成となっている。

【００１２】さらに、本発明の一実施例の非放射性誘電
体線路ミキサーによれば、非放射性誘電体線路のＬＳＭ
０１モードの最大電界強度を示す位置よりオフセットさ
せてダイオードを配置したときのオフセット量やミキサ
ーダイオードの線路に対するミキサーダイオードへのバ
イアス電力を印加するプリントパターンを調整すること
により、非放射性誘電体線路ミキサーを透過する伝播信
号の透過量を調整することができ、さらに、線路とのイ
ンピーダンスの整合を図ることも可能となる。

【００１３】本発明の非放射性誘電体線路ミキサーを適
用したＦＭレーダモジュールの好適な一例によれば、送
信アンテナと受信アンテナとが送受共用アンテナにより
実現され、非放射性誘電体線路ミキサーがこの送受共用
アンテナとＦＭ信号発生器間を連結する非放射性誘電体
線路の途中に配置される。

【００１４】

【作用】本発明の非放射性誘電体線路ミキサーの作用を
送受共用アンテナを使用するＦＭレーダーモジュールに
適用した場合を例にとって説明すれば、ＦＭ信号発生器
で発生されたミリ波帯のＦＭ信号が非放射性誘電体線路
を通して、送受共用アンテナに受信され非放射性誘電体
線路を放射の場合と逆向きに伝播する。この非放射性誘
電体線路の途中には、これを横切るようにシングルダイ
オード・ミキサーが配置されている。この結果、シング
ルダイオードミキサーには、送受共用のアンテナに向か
う高周波信号と送受共用のアンテナで受信された高周波
信号の２種類のお互いに対向する高周波信号が入力され
て混合され、ある周波数のビート信号が発生される。

【００１５】このビート信号の周波数は、高周波信号発
生器をＦＭ信号を発生するように使用する場合にはアン
テナから標的までのＦＭ信号波の往復の伝播時間を示
し、高周波信号発生器として一定周波数の高周波信号を
使用する場合には標的との相対速度を示すことになる。
このように、本発明の非放射性誘電体線路ミキサーは、
互いに逆向に伝播する高周波信号をミキシングすること
ができるシングルダイオード・ミキサーを線路の途中に
配置することにより、モジュール全体の小型化が実現で
きる。

【００１６】また本発明の非放射性誘電体線路ミキサー
は、非放射性誘電体線路の誘電体線路を横切るようにダ
イオードを配置したときに、伝播モードのうちのＬＳＭ
モードの最大電界強度を示す位置よりオフセットさせて
ダイオードを配置することにより、線路とのインピーダ
ンスを整合させることが可能であり、従来技術による線
路とダイオードとの整合方法とは異なり、高誘電率箔膜
やエアーギャップの調整が不要になるため製造上のバラ
ツキがなくなる。このインピーダンスの整合方法をシン
グルダイオード・ミキサーに応用すれば、２個のダイオ
ードの特性を合わせる必要がないので、ミキサー単体の
小型化のみならず、レーダー・モジュール全体の小型化
とともに特性のバラツキを回避できる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の非放射性誘電体線路ダイオ
ード・ミキサーを適用したＦＭレーダーモジュールの構
成例を示す平面図と側面図であり、１は下部導体板、２
は上部導体板、３はＦＭ信号発生器、４、６、７は非放
射性誘電体線路を構成する誘電体線路、５はサーキュレ
ーター、８は無反射終端器、９ａは送受信アンテナのホ
ーン、９ｂはリフレター、１０はシングルダイオードミ
キサーである。

【００１８】ＦＭ信号発生器３は、金属ブロック体のガ
ンダイオードマウント３ａと、このダイオードマウント
の側面に保持されたガンダイオードと周波数変調用のバ
ラクターダイオードとを実装したマイクロストリップ線
路３ｂと、このマイクロストリップ線路３ｂに含まれる
ガンダイオードが発生したＦＭ信号を誘電体線路４を含
む非放射性誘電体線路上に導く共振器を兼ねた金属スト
リップ３ｃとから構成されている。

【００１９】下部導体板１と上部導体板２とは、ガンダ
イオードが発生するミリ波帯のＦＭ信号の半波長よりも
やや小さな間隔を保って平行に配置されているため、こ
のＦＭ信号は２枚の平行平板間の誘電体線路に沿っての
み伝播可能になる。主要な伝播モードとしてはＬＳＭ０
１モードとＬＳＥ０１モードの２種類が存在するが、こ
れらのうち低損失性のＬＳＭ０１モードが利用される。
回路構造の対称が損なわれる箇所で発生するＬＳＥ０１
モードを抑制するために、誘電体線路の該当の箇所にモ
ードサプレッサが埋め込まれている。

【００２０】シングルダイオード・ミキサー１０は、図
２の平面図と図３の正面図に拡大して示すように、前後
にインピーダンス整合のための空隙や高誘電率の箔膜が
不要となり、誘電体線路６の幅も一定のままでダイオー
ド１２が装着された誘電体基板１１に垂直状態で当接し
て誘電体基板の両面に配置される。

【００２１】誘電体基板１１の中央部のダイオード取付
けパターン１５上にダイオード１２が誘電体基板１１の
中心よりオフセット１６させた位置にとりつけられる。
このオフセット量は誘電体線路６のＬＳＭ０１モードの
最大電界強度を示す位置よりはなされた距離に相当す
る。このオフセット量を最適なものに調整し、ダイオー
ド取付けパターン１５の面接と形状を最適化することに
よりインピーダンスが整合され、空隙や高誘電率箔膜が
不要となる。なお、ダイオード取付けパターン１５上に
は複数のダイオードを平行配置することもでき、もしく
はダオード１２の代わりに他の同機能を有する固体素子
を使用する事もできる。

【００２２】さらに、ダイオードの取付けオフセット量
１６とダイオード取付けパターン１５の面積及び形状に
よりミキサー透過電磁波１７の電力量とダイオード・ミ
キサーでの変換電磁波１８の電力量の分岐比率を制御す
ることができる。

【００２３】左右２つのダイオード取付けパターン１５
にはλ／４チョークパターン１３が形成され、非放射性
誘電体線路からの高周波信号の漏れを防ぐとともに、ダ
イオード・ミキサー１２にバイアス電圧を供給してい
る。ダイオード・ミキサー１２により変換され、λ／４
チョークパターン１３により不要な高周波信号が除去さ
れたビート信号は、リード線１４により外部に導かれ
る。

【００２４】図１において、ＦＭ信号発生器３が発生し
たミリ波帯のＦＭ信号は、誘電体線路４を含む非放射性
誘電体線路に沿って伝播してサーキュレーター５に入力
し、出力側の誘電体線路６を含む非放射性誘電体線路に
導かれ、この誘電体線路６の途中に配置されたシングル
ダイオード・ミキサー１０に到達し、その大部分はこの
シングルダイオード・ミキサー１０を通して送受信共用
アンテナ９から外部に放射され、残りの電力はシングル
ダイオード・ミキサー１０に周波数変換用に吸収され
る。

【００２５】この送受共用のアンテナ９は、根元側から
先端側に向けて直線的に増加する開口面を有するホーン
アンテナ部９ａと、このホーンアンテナ部９ａの前方に
配置されたパラボラ反射鏡９ｂとから構成され、誘電体
線路６の先端部分まで伝播してきたＦＭ信号を外部に放
射する。この外部に放射され、標的で反射されたＦＭ信
号の反射波は、上記放射経路を辿って誘電体線路６の先
端部分に導かれ、誘電体線路６を含む非放射性誘電体線
路に沿って伝播し、シングルダイオード・ミキサー１０
に入力する。

【００２６】このように、シングルダイオード・ミキサ
ー１０には、送受信アンテナ９から放射されるＦＭ信号
と、標的で反射されて送受共用アンテナ９に受信された
反射信号とのお互いに伝播方向が対向する信号が入力し
て、混合されて、数十ＫＨｚから数ＭＨｚ程度の低周波
のビート信号に変換されて、リード線１４を介してモジ
ュール外部に導かれる。シングルダイオード・ミキサー
１０を通過した反射波の一部は、サーキュレーター５を
通して出力側の誘電体線路７を含む非放射性誘電体線路
に沿って伝播し、無反射終端８に吸収されて消滅する。

【００２７】以上、本発明の非放射性誘電体線路ミキサ
ーを適用したレーダーモジュールを送受共用アンテナを
使用する例について説明した。しかしながら、本発明の
ミキサは、送信用と受信用のアンテナを別個に使用する
レーダーモジュールについても適用できる。この場合、
図４に示すように、送信用アンテナ１２に供給されるＦ
Ｍ信号の一部を方向性結合器１３などを用いて分離し、
この分離したＦＭ信号を非放射性誘電体線路を用いて本
発明のシングルダイオード・ミキサー１０に伝播させ、
受信アンテナ１１より受信された反射ＦＭ信号をシング
ルダイオード・ミキサー１０に伝播させる構成にしても
よい。

【００２８】また、シングルダイオード・ミキサー１０
にバイアス電圧を供給すると共にビート信号を外部に導
くための線路として簡易なリード線を使用する構成を例
示した。しかしながら、このリード線に代えて、同軸線
路等の他の線路を使用することはビート信号の周波数か
ら考えて構成可能である。

【００２９】更に、図１と図２に示したＦＭレーダにお
いて、高周波信号発生器をＦＭ信号発生器から一定の周
波数の信号を発生するＣＷ信号発生器に置き換えること
により、ビート周波数から標的との相対速度を検出する
ドップラーレーダー・モジュールを構成できる。また、
高周波信号発生器として異なるタイミングでＦＭ（周波
数掃引）モードとＣＷ（周波数固定）モードとに切り換
えて動作させることにより時分割的に相対距離と相対速
度を検出できる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の非
放射性誘電体線路ミキサーは、これを非放射性誘電体線
路レーダーモジュールに適用した場合を例にとれば、高
周波信号発生器から送信アンテナに供給される高周波信
号と、送信アンテナから放射され受信アンテナで受信さ
れた高周波反の反射信号とが互いに逆向きに伝播される
非放射性誘電体線路の途中にこの非放射性誘電体線路を
横切ってシングルダイオード・ミキサーを配置する構成
であるから、部品点数の削減と小型化が実現され、送受
共用のアンテナを用いれば、より一層の小型化が実現さ
れると同時に、ローカル信号の強度が要求されないので
最大検知距離が拡大する。

【００３１】また、本発明による非放射性誘電体線路ミ
キサーは、従来の平衡型のシングルバランスドミキサ─
とは異なり、高誘電率箔膜とエア─ギャップを使用せず
にインピ─ダンスの整合を図ることが可能となり、整合
を図るための調整の煩雑さがなくなりると共にミキサー
の小型化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非放射性誘電体線路ミキサー適用した
ＦＭレーダモジュールの構成の一例を示す平面図と側面
図である。

【図２】図１中のシングルダイオード・ミキサー１０の
拡大平面図である。

【図３】図１中のシングルダイオード・ミキサー１０の
拡大正面図である。

【図４】本発明の非放射性誘電体線路ミキサー適用した
ＦＭレーダモジュールの他の構成の一例を示す平面図で
ある。

【図５】先行技術の適用により構成したＦＭレーダモジ
ュールの構成を示す平面図である。

【符号の説明】

1 ,2 上下の導体板 3 ＦＭ信号発生器 4,6 上下の導体板1,2 と共に非放射性誘電体線路
を構成する誘電体線路 5 サーキュレータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２枚の平行平板間に誘電体線路を保持した
   構造を有する非放射性誘電体線路に固体素子を配置した
   非放射性誘電体線路ミキサーにおいて、 前記非放射性誘電体線路を横切るように前記固体素子を
   配置し、伝播方向が逆向きの少なくとも２種類の高周波
   信号を混合することを特徴とする非放射性誘電体線路ミ
   キサー。
2. 【請求項２】２枚の平行平板間に誘電体線路を保持した
   構造の非放射性誘電体線路に固体素子が前記誘電体線路
   を横切るように配置した非放射性誘電体線路ミキサーに
   おいて、 前記固体素子を非放射性誘電体線路のＬＳＭモードの最
   大電界強度を示す位置よりオフセットさせて配置したこ
   とを特徴とする非放射性誘電体線路ミキサー。