JP2855246B2 - Millimeter wave transmitting / receiving device, millimeter wave receiving device, and millimeter wave transmitting / receiving antenna - Google Patents
Millimeter wave transmitting / receiving device, millimeter wave receiving device, and millimeter wave transmitting / receiving antennaInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ミリ波領域の送受信装
置として利用する。本発明は自動車に装備される接近警
報装置、衝突防止装置、その他電磁波によるレーダ装置
に利用するために開発されたものであるが、その他の装
置にも利用することができる。本発明は非放射性誘電線
路（ＮＲＤガイド、Non Radiative Dielectric Guide)
を用いた高周波回路に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used as a transmitting / receiving device in a millimeter wave region. Although the present invention has been developed for use in approach warning devices, collision prevention devices, and other radar devices using electromagnetic waves, the present invention can also be used for other devices. The present invention relates to a non-radiative dielectric line (NRD guide).
And a high-frequency circuit using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】きわめて高い周波数の電磁波を利用した
レーダ装置により、先行車両との接近警報装置、接近す
る物体を警報する衝突防止装置、その他を自動車に装備
することが試みられている。近年、自動車用のレーダ装
置としては６０ＧＨｚ帯の電波割当が行われることが計
画されている。2. Description of the Related Art Attempts have been made to equip automobiles with a warning device for approaching a preceding vehicle, a collision prevention device for warning an approaching object, and the like, by using a radar device utilizing electromagnetic waves of extremely high frequency. 2. Description of the Related Art In recent years, it has been planned that a 60-GHz band radio wave will be allocated to a radar device for an automobile.
【０００３】この周波数帯の発振器あるいは集積回路に
ついての技術は、例えば「米山：非放射性誘電線路（Ｎ
ＲＤガイド）を用いたミリ波集積回路、電子情報通信学
会論文誌Ｃ−Ｉ，Vol J73-C-I No3 pp87-94 1990年３
月」に開示がある。この文献には、この周波数帯の発振
器、ガイド、電力分配器、アンテナなどについての記載
がある。さらに本願出願人は、この周波数帯の送信装置
および変調装置について特許出願した（特願平５−５２
６０７号、本願出願時において未公開）。[0003] Techniques for oscillators or integrated circuits in this frequency band are described in, for example, "Yoneyama: Non-radiative dielectric line (N
Millimeter-wave integrated circuit using RD guide), IEICE Transactions on Information, CI, Vol J73-CI No3 pp87-94 March 1990
Month ". This document describes an oscillator, a guide, a power divider, an antenna, and the like in this frequency band. Further, the applicant of the present application has applied for a patent for a transmission device and a modulation device in this frequency band (Japanese Patent Application No. 5-52).
607, unpublished at the time of filing the present application).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】６０ＧＨｚ帯の電磁波
はその波長が自由空間で約５ｍｍであり、従来の立体回
路や半導体集積回路を単に小型化しても実用的な送受信
装置を実現することはできない。この周波数帯の装置を
自動車に搭載するレーダ装置とするには、従来型のホー
ンアンテナを利用したのでは形状が小さくなり過ぎて実
用的な装置が得られない。さらに、送受信装置として単
純な構成であり、振動に対しても安定な装置が必要であ
る。The electromagnetic wave in the 60 GHz band has a wavelength of about 5 mm in free space, and a practical transmitter / receiver cannot be realized even if the conventional three-dimensional circuit or semiconductor integrated circuit is simply miniaturized. . If a conventional horn antenna is used for a radar device to be mounted on an automobile in a device in this frequency band, a practical device cannot be obtained because the shape becomes too small. Furthermore, a transmission / reception device having a simple configuration and a device that is stable against vibration is required.
【０００５】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、簡単な回路構成で自動車に搭載するに適する形
状および大きさのミリ波送受信装置を提供することを目
的とする。本発明は、６０ＧＨｚ帯の自動車用レーダ装
置のフロントエンド（送受信端）を提供することを目的
とする。The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a millimeter wave transmitting / receiving apparatus having a simple circuit configuration and a shape and a size suitable for mounting on an automobile. An object of the present invention is to provide a front-end (transmission / reception end) of a 60-GHz band automotive radar device.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点はミ
リ波送受信装置であり、その特徴とするところは、ミリ
波発振器と、この発振器の出力を導く非放射性誘電線路
により構成された第一の導波路と、この第一の導波路に
挿入された角度変調器と、この第一の導波路の出力端に
その第一端子が結合されたサーキュレータと、このサー
キュレータの第二端子に結合された送受信アンテナと、
このサーキュレータの第三端子に結合された周波数混合
器と、前記第一の導波路を発振器からサーキュレータの
方向に進む信号を一部分離しこの周波数混合器の搬送波
入力に結合させる方向性結合器とを備えたところにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is a millimeter-wave transmitting / receiving apparatus, which is characterized by a millimeter-wave oscillator and a nonradiative dielectric line for guiding the output of the oscillator. A first waveguide, an angle modulator inserted into the first waveguide, a circulator whose first terminal is coupled to an output end of the first waveguide, and a second terminal of the circulator. A combined transmit and receive antenna;
A frequency mixer coupled to a third terminal of the circulator, and a directional coupler for partially separating the signal traveling from the oscillator toward the circulator from the first waveguide and coupling the signal to the carrier input of the frequency mixer. There.
【０００７】ここで角度変調器は、周波数変調器または
位相変調器である。Here, the angle modulator is a frequency modulator or a phase modulator.
【０００８】また、ミリ波発振器と、この発振器の出力
を導く非放射性誘電線路により構成された第一の導波路
と、この第一の導波路に挿入された周波数変調器と、こ
の第一の導波路の出力端にその第一端子が結合されたサ
ーキュレータと、このサーキュレータの第二端子に結合
され非放射性誘電線路により構成された第二の導波路
と、この第二の導波路の他端に接続されたアンテナと、
このサーキュレータの第三端子に結合され非放射性誘電
線路により構成された第三の導波路と、この第三の導波
路の出力端に結合された第一の周波数混合器と、前記第
一の導波路を発振器からサーキュレータの方向に進む信
号を一部分離する第一の方向性結合器と、この第一の方
向性結合器で分離された信号を導く非放射性誘電線路に
より構成された第四の導波路と、この第四の導波路の出
力端に結合された第二の周波数混合器と、この第四の導
波路をこの第一の方向性結合器からこの第二の周波数混
合器の方向に進む信号と前記第三の導波路をこの第一の
周波数混合器に向かう方向に進む信号とを相互に結合さ
せる第二の方向性結合器とを備え、前記第一の周波数混
合器および第二の周波数混合器は互いに平衡混合器を構
成するように設定される構成とすることもできる。Also, a millimeter wave oscillator, a first waveguide constituted by a non-radiative dielectric line for guiding the output of the oscillator, a frequency modulator inserted in the first waveguide, A circulator having a first terminal coupled to an output end of the waveguide, a second waveguide composed of a non-radiative dielectric line coupled to a second terminal of the circulator, and the other end of the second waveguide An antenna connected to
A third waveguide coupled to a third terminal of the circulator and constituted by a non-radiative dielectric line; a first frequency mixer coupled to an output end of the third waveguide; A fourth directional coupler formed by a first directional coupler that partially separates a signal traveling in the direction of the oscillator from the oscillator to the circulator, and a nonradiative dielectric line that guides the signal separated by the first directional coupler. A waveguide, a second frequency mixer coupled to an output end of the fourth waveguide, and the fourth waveguide extending from the first directional coupler toward the second frequency mixer. A second directional coupler that mutually couples the traveling signal and the signal traveling in the direction toward the first frequency mixer through the third waveguide, wherein the first frequency mixer and the second Frequency mixers set to form a balanced mixer with each other It can also be configured to be.
【０００９】本発明の第二の観点はミリ波受信装置であ
り、その特徴とするところは、受信信号が供給される非
放射性誘電線路により構成された導波路と、搬送波が供
給される非放射性誘電線路により構成された導波路と、
この二つの導波路をそれぞれ進行する受信信号および搬
送波を相互に結合させる方向性結合器と、この二つの導
波路の出力端にそれぞれ結合された二つの周波数混合器
とを備え、この二つの周波数混合器は互いに平衡混合器
を構成するように設定されたところにある。A second aspect of the present invention is a millimeter-wave receiving apparatus, which is characterized by a waveguide constituted by a non-radiative dielectric line to which a received signal is supplied, and a non-radiative waveguide to which a carrier is supplied. A waveguide constituted by a dielectric line;
A directional coupler for mutually coupling a received signal and a carrier traveling through the two waveguides, and two frequency mixers respectively coupled to the output ends of the two waveguides; The mixers are set to form a balanced mixer with each other.
【００１０】また、二つの導波路と二つの周波数混合器
とは、その間にそれぞれ設けられた間隙（例えば信号の
半波長相応）および非放射性誘電線路片を介して結合す
る構造を備え、これにより信号雑音比を改善することが
できる。Further, the two waveguides and the two frequency mixers have a structure in which the two waveguides and the two frequency mixers are coupled via a gap (for example, corresponding to a half wavelength of a signal) provided therebetween and a non-radiative dielectric line piece. The signal-to-noise ratio can be improved.
【００１１】本発明の第三の観点は、非放射性誘電線路
により構成されその信号進行方向に角度をもって形成さ
れた放射面を有する形状のミリ波送受信用アンテナであ
る。A third aspect of the present invention is a millimeter wave transmitting / receiving antenna having a radiation surface formed of a non-radiative dielectric line and having a radiation surface formed at an angle in the signal traveling direction.
【００１２】[0012]
【作用】ガンダイオードから発生した発振出力は、金属
ストリップ共振器に共振して５０〜７０ＧＨｚ、さらに
詳しくは、５９〜６５ＧＨｚ内の所望の安定な発振周波
数となる。この発振器出力は、非放射性誘電体線路中を
伝搬して変調器に到達する。変調器は、可変容量ダイオ
ードを非放射性誘電体にマウントしたものを非放射性誘
電体線路に直交に挿入したものである。可変容量ダイオ
ードは、電圧に対して静電容量が変化する素子である。
その変化によって非放射性誘電体線路に伝搬された出力
信号の一部が反射し、発振器側に戻る信号が可変容量ダ
イオードの容量と共に変化する。これにより、発振器の
出力の発振周波数が変化して変調される。The oscillation output generated from the Gunn diode resonates with the metal strip resonator and has a desired stable oscillation frequency in the range of 50 to 70 GHz, more specifically, in the range of 59 to 65 GHz. This oscillator output propagates through the non-radiative dielectric line and reaches the modulator. The modulator has a variable capacitance diode mounted on a non-radiative dielectric and inserted orthogonally into the non-radiative dielectric line. A variable capacitance diode is an element whose capacitance changes with voltage.
Due to the change, a part of the output signal propagated to the non-radiative dielectric line is reflected, and the signal returned to the oscillator changes with the capacitance of the variable capacitance diode. As a result, the oscillation frequency of the output of the oscillator changes and is modulated.
【００１３】このようにして変調された信号がアンテナ
から電波として放射される。また、アンテナから放射さ
れたものと同じ信号が方向性結合器により分岐されて周
波数混合器に局部発振信号として入力される。電波の放
射方向に障害物が存在しなければ、周波数混合器に入力
された局部発振信号は他の信号の影響を受けずに出力さ
れる。ところが、障害物が存在すれば、その障害物によ
り反射された電波はアンテナに戻る。その戻った信号を
周波数混合器に入力する。周波数混合器の局部発振信号
は、この戻った信号の影響を受ける。したがって、周波
数混合器の出力信号の波形は戻った信号が存在しない場
合に比較して変形する。この出力信号の変形状況を観測
することにより電波の放射方向に存在する障害物の位置
および自分との相対速度を検出することができる。The signal thus modulated is radiated from the antenna as a radio wave. The same signal radiated from the antenna is split by the directional coupler and input to the frequency mixer as a local oscillation signal. If there is no obstacle in the direction of radio wave emission, the local oscillation signal input to the frequency mixer is output without being affected by other signals. However, if an obstacle exists, the radio wave reflected by the obstacle returns to the antenna. The returned signal is input to the frequency mixer. The local oscillation signal of the frequency mixer is affected by this returned signal. Therefore, the waveform of the output signal of the frequency mixer is deformed as compared with the case where no returned signal exists. By observing the state of deformation of the output signal, it is possible to detect the position of an obstacle present in the direction of radio wave emission and the relative speed with respect to the obstacle.
【００１４】これにより、簡単な回路構成で自動車に搭
載するに適する形状および大きさのミリ波送受信装置が
実現できる。このミリ波送受信装置は、６０ＧＨｚ帯の
自動車用レーダ装置のフロントエンドに適用できる。Thus, it is possible to realize a millimeter-wave transmitting / receiving apparatus having a simple circuit configuration and a shape and a size suitable for mounting on an automobile. This millimeter wave transmitting / receiving device can be applied to the front end of a 60 GHz band automotive radar device.
【００１５】[0015]
【実施例】本発明実施例の構成を図１を参照して説明す
る。図１は本発明実施例装置のブロック構成図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【００１６】本発明はミリ波送受信装置であり、その特
徴とするところは、ミリ波発振器１と、このミリ波発振
器１の出力を導く非放射性誘電線路により構成された第
一の導波路１１と、この第一の導波路１１に挿入された
周波数変調器４と、この第一の導波路１１の出力端にそ
の第一端子が結合されたサーキュレータ６と、このサー
キュレータ６の第二端子に結合された送受信アンテナ７
と、このサーキュレータ６の第三端子に結合された周波
数混合器９と、前記第一の導波路１１をミリ波発振器１
からサーキュレータ６の方向に進む信号を一部分離しこ
の周波数混合器９の搬送波入力に結合させる方向性結合
器５、８とを備えたところにある。The present invention relates to a millimeter wave transmitting / receiving apparatus, which is characterized by a millimeter wave oscillator 1 and a first waveguide 11 constituted by a non-radiative dielectric line for guiding the output of the millimeter wave oscillator 1. A frequency modulator 4 inserted into the first waveguide 11, a circulator 6 having a first terminal coupled to an output end of the first waveguide 11, and a circulator 6 coupled to a second terminal of the circulator 6. Transmitting and receiving antenna 7
A frequency mixer 9 coupled to a third terminal of the circulator 6;
And a directional coupler 5, 8 for partially separating the signal traveling in the direction of the circulator 6 from the signal and coupling the signal to the carrier input of the frequency mixer 9.
【００１７】次に、図２および図３を参照して本発明実
施例装置の構成を説明する。図２は本発明実施例装置の
平面図である。図３は本発明実施例装置の斜視図であ
る。本発明実施例装置であるミリ波送受信装置は、ミリ
波発振器１と、このミリ波発振器１の出力を導く非放射
性誘電線路により構成された第一の導波路１１と、この
第一の導波路１１に挿入された周波数変調器４と、この
第一の導波路１１の出力端にその第一端子が結合された
サーキュレータ６と、このサーキュレータの第二端子に
結合され非放射性誘電線路により構成された第二の導波
路１２と、この第二の導波路の他端に接続されたアンテ
ナ７と、このサーキュレータ６の第三端子に結合され非
放射性誘電線路により構成された第三の導波路１３と、
この第三の導波路１３の出力端に結合された第一の周波
数混合器９１と、第一の導波路１１をミリ波発振器１か
らサーキュレータ６の方向に進む信号を一部分離する第
一の方向性結合器５と、この第一の方向性結合器５で分
離された信号を導く非放射性誘電線路により構成された
第四の導波路１４と、この第四の導波路１４の出力端に
結合された第二の周波数混合器９２と、この第四の導波
路１４をこの第一の方向性結合器５からこの第二の周波
数混合器９２の方向に進む信号と第三の導波路１３をこ
の第一の周波数混合器９１に向かう方向に進む信号とを
相互に結合させる第二の方向性結合器８とを備え、第一
の周波数混合器９１および第二の周波数混合器９２は互
いに平衡混合器を構成するように設定されている。本発
明実施例装置は、自動車に搭載するレーダ装置のフロン
トエンドとして用いるために試作したものである。Next, the configuration of the apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view of the apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of the apparatus according to the embodiment of the present invention. A millimeter-wave transmitting / receiving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a millimeter-wave oscillator 1, a first waveguide 11 including a non-radiative dielectric line for guiding the output of the millimeter-wave oscillator 1, and a first waveguide A frequency modulator 4 inserted into the circulator 11, a circulator 6 having a first terminal coupled to an output end of the first waveguide 11, and a nonradiative dielectric line coupled to a second terminal of the circulator 11. A second waveguide 12, an antenna 7 connected to the other end of the second waveguide, and a third waveguide 13 coupled to a third terminal of the circulator 6 and configured by a nonradiative dielectric line. When,
A first frequency mixer 91 coupled to an output end of the third waveguide 13 and a first direction for partially separating a signal traveling from the millimeter wave oscillator 1 to the circulator 6 through the first waveguide 11 Directional coupler 5, a fourth waveguide 14 composed of a non-radiative dielectric line for guiding a signal separated by the first directional coupler 5, and coupled to an output end of the fourth waveguide 14. And the signal passing through the fourth waveguide 14 from the first directional coupler 5 toward the second frequency mixer 92 and the third waveguide 13. And a second directional coupler 8 for mutually coupling the signal traveling in the direction toward the first frequency mixer 91. The first frequency mixer 91 and the second frequency mixer 92 are mutually balanced. It is set to constitute a mixer. The device according to the present invention is prototyped for use as a front end of a radar device mounted on an automobile.
【００１８】次に、本発明実施例装置の動作を説明す
る。ミリ波発振器１のガンダイオード３０が金属ストリ
ップ共振器２に共振して６０ＧＨｚの電波を発振する。
発振した電波は第一の導波路１１に介挿された高誘電率
シート３および周波数変調器４を介して三角形波に変調
される（周波数変調器の詳細については、特願平５−０
５２６０７、本願出願時において未公開、を参照された
い）。この変調された電波は方向性結合器５によって２
方向に分配される。本発明実施例装置では、第一の導波
路１１と方向性結合器５との間隙は０．１ｍｍとした。Next, the operation of the apparatus according to the embodiment of the present invention will be described. The Gunn diode 30 of the millimeter wave oscillator 1 resonates with the metal strip resonator 2 and oscillates a 60 GHz radio wave.
The oscillated radio wave is modulated into a triangular wave via the high-permittivity sheet 3 and the frequency modulator 4 inserted in the first waveguide 11 (for details of the frequency modulator, refer to Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei.
52607, unpublished at the time of filing this application). This modulated radio wave is converted by the directional coupler 5 into
Distributed in the direction. In the apparatus according to the present invention, the gap between the first waveguide 11 and the directional coupler 5 was 0.1 mm.
【００１９】分配された電波の一方は、サーキュレータ
６を介して第二の導波路１２に供給され、さらにアンテ
ナ７に供給される。他方は、第四の導波路１４を介して
第二の周波数混合器９２のミキサローカル信号として用
いられる。アンテナ７に供給された電波は、空間に放射
される。障害物が存在する場合には、電波は反射され再
びアンテナ７およびサーキュレータ６を介して第三の導
波路１３に供給され、第一の周波数混合器９１のミキサ
ローカル信号として用いられる。また、第三の導波路１
３に供給された信号の一部は、第二の方向性結合器８に
より第四の導波路１４に導かれ、第二の周波数混合器９
２にも供給される。本発明実施例装置では、第三の導波
路１３と方向性結合器８との間隙は０．２ｍｍとした。
これにより、第一の周波数混合器９１と第二の周波数混
合器９２とは平衡混合器を構成しており、ＩＦ（中間周
波数）信号が反射情報として出力される。また、第一お
よび第二の周波数混合器９１および９２と、第三および
第四の導波路１３および１４との結合は間隙を介して行
われる。本発明実施例装置では、この間隙を２．２ｍｍ
とした。平衡混合器を用いることにより、偶数次（２
次、４次）の非直線性の雑音が打ち消され全体として信
号対雑音比が改善される。また、上下金属板間が半波長
以下であるから偶数次の高調波が生じない。この実施例
構成では、平衡混合器を構成するダイオードにバイアス
電圧を供給していないから構成が単純である。One of the distributed radio waves is supplied to the second waveguide 12 via the circulator 6 and further supplied to the antenna 7. The other is used as a mixer local signal of the second frequency mixer 92 via the fourth waveguide 14. The radio wave supplied to the antenna 7 is radiated into space. When an obstacle exists, the radio wave is reflected and supplied again to the third waveguide 13 via the antenna 7 and the circulator 6, and is used as a mixer local signal of the first frequency mixer 91. Also, the third waveguide 1
A part of the signal supplied to the third frequency mixer 3 is guided to the fourth waveguide 14 by the second directional coupler 8 and the second frequency mixer 9
2 is also supplied. In the device according to the present invention, the gap between the third waveguide 13 and the directional coupler 8 was 0.2 mm.
Thereby, the first frequency mixer 91 and the second frequency mixer 92 constitute a balanced mixer, and an IF (intermediate frequency) signal is output as reflection information. The coupling between the first and second frequency mixers 91 and 92 and the third and fourth waveguides 13 and 14 is performed via a gap. In the embodiment of the present invention, this gap is 2.2 mm.
And By using an equilibrium mixer, even order (2
Next, the fourth-order (non-linear) noise is canceled, and the signal-to-noise ratio is improved as a whole. Further, since the distance between the upper and lower metal plates is less than half a wavelength, even harmonics do not occur. In this embodiment, the configuration is simple because no bias voltage is supplied to the diodes constituting the balanced mixer.
【００２０】次に、図４を参照して障害物の有無とＩＦ
信号との関係を説明する。図４は障害物の有無とＩＦ信
号との関係を示す図である。図４は横軸にＩＦ信号周波
数を示し、縦軸にＩＦ信号レベルを示す。図４（ａ）
は、電波の放射方向に障害物が存在しない場合のＩＦ信
号を示している。約１ＭＨｚ〜５ＭＨｚにわたりほとん
ど平坦な波形になっている。図４（ｂ）は、電波の放射
方向の２０ｍ前方に障害物が存在する場合のＩＦ信号を
示している。２ＭＨｚを少し越えたところにレベルの高
い波形が現れている。図４（ｃ）は、電波の放射方向の
３０ｍおよび４７ｍ前方に障害物が存在する場合のＩＦ
信号を示している。３ＭＨｚを少し越えたところと４Ｍ
Ｈｚと５ＭＨｚとの間にレベルの高い波形が現れてい
る。本発明実施例装置のミリ波送受信装置をレーダ装置
のフロントエンドとして用いた場合には、これらの波形
の状況により電波の放射方向にある障害物の距離および
自分との相対速度を検出することができる。Next, with reference to FIG.
The relationship with the signal will be described. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the presence or absence of an obstacle and the IF signal. FIG. 4 shows the IF signal frequency on the horizontal axis and the IF signal level on the vertical axis. FIG. 4 (a)
Indicates an IF signal when no obstacle exists in the direction of radio wave emission. The waveform is almost flat over about 1 MHz to 5 MHz. FIG. 4B shows an IF signal when an obstacle exists 20 m ahead of the radio wave radiation direction. A high-level waveform appears slightly over 2 MHz. FIG. 4C shows an IF in the case where an obstacle exists 30 m and 47 m ahead of the radio wave radiation direction.
The signal is shown. A little over 3MHz and 4M
A high-level waveform appears between Hz and 5 MHz. When the millimeter wave transmitting / receiving device of the embodiment of the present invention is used as a front end of a radar device, it is possible to detect the distance of an obstacle in the radiation direction of radio waves and the relative speed with respect to itself based on the state of these waveforms. it can.
【００２１】次に、本発明実施例装置の諸特性を図５な
いし図１４を参照して説明する。図５は、金属ストリッ
プ共振器長、発振周波数、送信出力の関係を示す図であ
る。横軸に金属ストリップ共振器長（ｍｍ）をとり、縦
軸に発振周波数（ＧＨｚ）および送信出力（ｍＷ）をと
る。金属ストリップ共振器長が２．２５ｍｍを越えたと
ころから送信出力は最大値をとり、約１６０ｍＷとな
る。このときの発振周波数は約５９ＧＨｚ〜６１ＧＨｚ
である。本発明実施例装置では、金属ストリップ共振器
長は２．２５ｍｍに設定した。Next, various characteristics of the apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the length of the metal strip resonator, the oscillation frequency, and the transmission output. The horizontal axis indicates the metal strip resonator length (mm), and the vertical axis indicates the oscillation frequency (GHz) and the transmission output (mW). From the point where the metal strip resonator length exceeds 2.25 mm, the transmission output reaches a maximum value and is about 160 mW. The oscillation frequency at this time is about 59 GHz to 61 GHz
It is. In the device of the present invention, the length of the metal strip resonator was set to 2.25 mm.
【００２２】図６は周波数変調器４の周波数変調特性を
示す図である。横軸にバラクタダイオードバイアス電圧
をとり、縦軸に周波数変調幅および出力をとる。２００
ＭＨｚにわたり出力５０ｍＷ以上のほぼ線形な変調特性
が得られた。FIG. 6 is a diagram showing the frequency modulation characteristics of the frequency modulator 4. The horizontal axis represents the varactor diode bias voltage, and the vertical axis represents the frequency modulation width and output. 200
An almost linear modulation characteristic with an output of 50 mW or more over MHz was obtained.
【００２３】図７は方向性結合器特性を示す図である。
横軸に入力信号の周波数をとり、縦軸に方向性結合器の
出力信号レベルをとる。図８は方向性結合器特性の測定
配置を示す図である。図８に示す入力信号Ｓ１１に対す
る出力信号Ｓ２１を測定した。導波路３１と方向性結合
器３２との間隙は１．０ｍｍとして測定した。６０ＧＨ
ｚで入力信号Ｓ１１に対して−３．２５ｄＢ減衰した出
力信号Ｓ２１が得られた。FIG. 7 is a diagram showing characteristics of the directional coupler.
The horizontal axis represents the frequency of the input signal, and the vertical axis represents the output signal level of the directional coupler. FIG. 8 is a diagram showing a measurement arrangement of the directional coupler characteristic. The output signal S21 with respect to the input signal S11 shown in FIG. 8 was measured. The gap between the waveguide 31 and the directional coupler 32 was measured as 1.0 mm. 60GH
An output signal S21 attenuated by -3.25 dB from the input signal S11 at z was obtained.
【００２４】図９はサーキュレータ６の挿入損失特性を
示す図である。図１０はサーキュレータ６のアイソレー
ション特性を示す図である。図１１はサーキュレータ６
の挿入損失特性およびアイソレーション特性の測定配置
を示す図である。図９は横軸に入力信号の周波数（ＧＨ
ｚ）をとり、縦軸に挿入損失レベル（ｄＢ）をとる。こ
の測定結果は、図１１に示す測定配置により測定した。
サーキュレータ６の三つの各端子にはモードサプレッサ
が接続され、さらに一つの端子には無反射終端が接続さ
れ、他の二つの端子にはそれぞれ四フッ化エチレン樹脂
片ＡおよびＢが接続されている。図１１に示す四フッ化
エチレン樹脂片Ａから実線で示した入力信号Ｓ１１を供
給し、四フッ化エチレン樹脂片Ｂにおいて実線で示した
出力信号Ｓ２１を測定した。６０．２５ＧＨｚにおいて
−０．５ｄＢの挿入損失が測定された。FIG. 9 is a diagram showing the insertion loss characteristics of the circulator 6. FIG. 10 is a diagram showing the isolation characteristics of the circulator 6. FIG. 11 shows the circulator 6
FIG. 4 is a diagram showing a measurement arrangement of insertion loss characteristics and isolation characteristics of the present invention. FIG. 9 shows the frequency (GH) of the input signal on the horizontal axis.
z), and the vertical axis represents the insertion loss level (dB). This measurement result was measured by the measurement arrangement shown in FIG.
A mode suppressor is connected to three terminals of the circulator 6, a non-reflection terminal is connected to one terminal, and pieces of tetrafluoroethylene resin A and B are connected to the other two terminals, respectively. . The input signal S11 indicated by the solid line was supplied from the tetrafluoroethylene resin piece A shown in FIG. 11, and the output signal S21 indicated by the solid line was measured on the tetrafluoroethylene resin piece B. An insertion loss of -0.5 dB was measured at 60.25 GHz.
【００２５】図１０は横軸に入力信号の周波数（ＧＨ
ｚ）をとり、縦軸にアイソレーションレベルをとる。こ
の測定結果は、図１１に示す測定配置により測定した。
図１１に示す四フッ化エチレン樹脂片Ｂから破線で示し
た入力信号Ｓ２２を供給し、四フッ化エチレン樹脂片Ａ
で破線で示した出力信号Ｓ１２を測定した。６０．５Ｇ
Ｈｚにおいて−２９．９４ｄＢのアイソレーションが得
られた。また、６０．５ＧＨｚを中心にして約３．５Ｇ
Ｈｚの帯域でアイソレーションが得られた。FIG. 10 shows the frequency (GH) of the input signal on the horizontal axis.
z), and the vertical axis indicates the isolation level. This measurement result was measured by the measurement arrangement shown in FIG.
An input signal S22 indicated by a broken line is supplied from the tetrafluoroethylene resin piece B shown in FIG.
The output signal S12 indicated by the broken line was measured. 60.5G
At -Hz an isolation of -29.94 dB was obtained. In addition, about 3.5 G centering on 60.5 GHz
Isolation was obtained in the Hz band.
【００２６】図１２はアンテナ７の水平方向の放射パタ
ーンを示す図である。横軸に水平方向放射角度をとり、
縦軸に放射レベルをとる。これにより９０°方向、すな
わち前方にビーム幅２２°の広い指向性を有することが
測定された。これは自動車に設置して前方を走行する車
両その他を検出するに十分な角度である。FIG. 12 is a diagram showing a radiation pattern of the antenna 7 in the horizontal direction. Take the horizontal radiation angle on the horizontal axis,
The vertical axis represents the radiation level. Thereby, it was measured to have a wide directivity of 90 ° direction, that is, a beam width of 22 ° forward. This is an angle that is sufficient to detect a vehicle or the like installed in a car and traveling ahead.
【００２７】図１３はアンテナ７の垂直方向の放射パタ
ーンの示す図である。横軸に垂直方向放射角度をとり、
縦軸に放射レベルをとる。これにより９０°方向、すな
わち前方にビーム幅２６．５°の広い指向性を有するこ
とが測定された。これも前方を走行する車両その他を検
出するに十分な角度である。FIG. 13 is a diagram showing a radiation pattern of the antenna 7 in the vertical direction. Take the vertical radiation angle on the horizontal axis,
The vertical axis represents the radiation level. Thereby, it was measured to have a wide directivity with a beam width of 26.5 ° in the 90 ° direction, that is, in the forward direction. This is also an angle sufficient to detect a vehicle or the like traveling ahead.
【００２８】図１４は平衡混合器の変換損失特性を示す
図である。横軸にＩＦ周波数をとり、縦軸に変換損失レ
ベルをとる。ＩＦ周波数が高くなるにしたがい、変換損
失レベルも大きくなる。その範囲は約−７．５ｄＢない
し−１４ｄＢであり、５ＭＨｚ未満は−８ｄＢ程度であ
り、実用的に十分な値である。ＩＦマッチングをとるこ
とにより変換損失はさらに改善される。FIG. 14 is a diagram showing the conversion loss characteristics of the balanced mixer. The horizontal axis indicates the IF frequency, and the vertical axis indicates the conversion loss level. As the IF frequency increases, the conversion loss level increases. The range is about -7.5 dB to -14 dB, and the value below 5 MHz is about -8 dB, which is a practically sufficient value. Conversion loss is further improved by IF matching.
【００２９】本発明実施例では、周波数変調方式により
変調する構成として説明したが、これを位相変調方式に
より変調する構成を同様に実現することができる。変調
信号として上記実施例では三角波を選んだが、これは一
般にパルス変調とすることができる。本発明の装置は、
必要があればＰＣＭ変調として通信に利用することが可
能である。Although the embodiment of the present invention has been described as a configuration in which modulation is performed by the frequency modulation method, a configuration in which the modulation is performed by the phase modulation method can be similarly realized. In the above embodiment, a triangular wave is selected as the modulation signal, but this can be generally pulse modulation. The device of the present invention
If necessary, it can be used for communication as PCM modulation.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば簡
単な回路構成で自動車に搭載するに適する形状および大
きさのミリ波送受信装置が実現できる。本発明は、６０
ＧＨｚ帯の自動車用レーダ装置のフロントエンドに適用
できる。As described above, according to the present invention, it is possible to realize a millimeter wave transmitting / receiving apparatus having a simple circuit configuration and a shape and a size suitable for mounting on an automobile. The present invention provides 60
The present invention can be applied to a front end of an automotive radar device in the GHz band.
【図１】本発明実施例装置のブロック構成図。FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明実施例装置の平面図。FIG. 2 is a plan view of the apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明実施例装置の斜視図。FIG. 3 is a perspective view of the apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図４】障害物の有無とＩＦ信号との関係を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the presence or absence of an obstacle and an IF signal.
【図５】金属ストリップ共振器長、発振周波数、送信出
力の関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a relationship among a metal strip resonator length, an oscillation frequency, and a transmission output.
【図６】周波数変調器の周波数変調特性を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating frequency modulation characteristics of a frequency modulator.
【図７】方向性結合器特性を示す図。FIG. 7 is a diagram illustrating characteristics of a directional coupler.
【図８】方向性結合器特性の測定配置を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a measurement arrangement of a directional coupler characteristic.
【図９】サーキュレータの挿入損失特性を示す図。FIG. 9 is a diagram showing insertion loss characteristics of a circulator.
【図１０】サーキュレータのアイソレーション特性を示
す図。FIG. 10 is a diagram showing isolation characteristics of a circulator.
【図１１】サーキュレータの挿入損失特性およびアイソ
レーション特性の測定配置を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a measurement arrangement of insertion loss characteristics and isolation characteristics of a circulator.
【図１２】アンテナの水平方向の放射パターンを示す
図。FIG. 12 is a diagram showing a radiation pattern in the horizontal direction of the antenna.
【図１３】アンテナの垂直方向の放射パターンの示す
図。FIG. 13 is a diagram showing a radiation pattern in a vertical direction of the antenna.
【図１４】平衡混合器の変換損失特性を示す図。FIG. 14 is a diagram showing conversion loss characteristics of a balanced mixer.
１ ミリ波発振器 ２ 金属ストリップ共振器 ３ 高誘電率シート ４ 周波数変調器 ５、８、３２ 方向性結合器 ６ サーキュレータ ７ アンテナ ９ 周波数混合器 １１ 第一の導波路 １２ 第二の導波路 １３ 第三の導波路 １４ 第四の導波路 ２０ アルミ板 ３０ ガンダイオード ３１ 導波路 ９１ 第一の周波数混合器 ９２ 第二の周波数混合器 Ａ、Ｂ 四フッ化エチレン樹脂片 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Millimeter wave oscillator 2 Metal strip resonator 3 High permittivity sheet 4 Frequency modulator 5, 8, 32 Directional coupler 6 Circulator 7 Antenna 9 Frequency mixer 11 First waveguide 12 Second waveguide 13 Third 14 Fourth waveguide 20 Aluminum plate 30 Gunn diode 31 Waveguide 91 First frequency mixer 92 Second frequency mixer A, B Tetrafluoroethylene resin piece
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95 H03C 7/02──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01S 7/00-7/42 G01S 13/00-13/95 H03C 7/02
Claims (5)
力を導く非放射性誘電線路により構成された第一の導波
路（１１）と、この第一の導波路に挿入された角度変調
器（４）と、この第一の導波路（１１）の出力端にその
第一端子が結合されたサーキュレータ（６）と、このサ
ーキュレータの第二端子に結合された送受信アンテナ
（７）と、このサーキュレータ（６）の第三端子に結合
された周波数混合器（９）と、前記第一の導波路（１
１）を発振器（１）からサーキュレータ（６）の方向に
進む信号を一部分離しこの周波数混合器の搬送波入力に
結合させる方向性結合器（５、８）とを備えたことを特
徴とするミリ波送受信装置。1. A millimeter-wave oscillator (1), a first waveguide (11) constituted by a non-radiative dielectric line for guiding the output of the oscillator, and an angle modulator inserted in the first waveguide (4) a circulator (6) having a first terminal coupled to an output end of the first waveguide (11); a transmitting / receiving antenna (7) coupled to a second terminal of the circulator; A frequency mixer (9) coupled to a third terminal of the circulator (6);
A directional coupler (5, 8) for partially separating a signal from the oscillator (1) in the direction of the circulator (6) from the oscillator (1) and coupling the signal to the carrier input of the frequency mixer. Transceiver.
力を導く非放射性誘電線路により構成された第一の導波
路（１１）と、この第一の導波路に挿入された周波数変
調器（４）と、この第一の導波路（１１）の出力端にそ
の第一端子が結合されたサーキュレータ（６）と、この
サーキュレータの第二端子に結合され非放射性誘電線路
により構成された第二の導波路（１２）と、この第二の
導波路の他端に接続されたアンテナ（７）と、このサー
キュレータ（６）の第三端子に結合され非放射性誘電線
路により構成された第三の導波路（１３）と、この第三
の導波路の出力端に結合された第一の周波数混合器（９
１）と、前記第一の導波路（１１）を発振器（１）から
サーキュレータ（６）の方向に進む信号を一部分離する
第一の方向性結合器（５）と、この第一の方向性結合器
で分離された信号を導く非放射性誘電線路により構成さ
れた第四の導波路（１４）と、この第四の導波路の出力
端に結合された第二の周波数混合器（９２）と、この第
四の導波路（１４）をこの第一の方向性結合器（５）か
らこの第二の周波数混合器（９２）の方向に進む信号と
前記第三の導波路（１３）をこの第一の周波数混合器
（９１）に向かう方向に進む信号とを相互に結合させる
第二の方向性結合器（８）とを備え、 前記第一の周波数混合器（９１）および第二の周波数混
合器（９２）は互いに平衡混合器を構成するように設定
されたことを特徴とするミリ波送受信装置。2. A millimeter-wave oscillator (1), a first waveguide (11) composed of a non-radiative dielectric line for guiding the output of the oscillator, and a frequency modulator inserted in the first waveguide (4) a circulator (6) having a first terminal coupled to an output end of the first waveguide (11), and a second circulator composed of a nonradiative dielectric line coupled to a second terminal of the circulator. A second waveguide (12), an antenna (7) connected to the other end of the second waveguide, and a third radiator coupled to a third terminal of the circulator (6) and constituted by a nonradiative dielectric line. And a first frequency mixer (9) coupled to the output end of the third waveguide.
1) a first directional coupler (5) for partially separating a signal traveling in the first waveguide (11) from the oscillator (1) toward the circulator (6); A fourth waveguide (14) constituted by a non-radiative dielectric line for guiding the signal separated by the coupler, and a second frequency mixer (92) coupled to an output end of the fourth waveguide. The signal passing through the fourth waveguide (14) from the first directional coupler (5) toward the second frequency mixer (92) and the third waveguide (13) A second directional coupler (8) for mutually coupling a signal traveling in a direction toward the first frequency mixer (91) with the first frequency mixer (91) and a second frequency Millimeter wave transmission / reception, wherein the mixers (92) are set to constitute a balanced mixer with each other. apparatus.
により構成された導波路（１３）と、搬送波が供給され
る非放射性誘電線路により構成された導波路（１４）
と、この二つの導波路（１３、１４）をそれぞれ進行す
る受信信号および搬送波を相互に結合させる方向性結合
器（８）と、この二つの導波路（１３、１４）の出力端
にそれぞれ結合された二つの周波数混合器（９１、９
２）とを備え、この二つの周波数混合器（９１、９２）
は互いに平衡混合器を構成するように設定されたことを
特徴とするミリ波受信装置。3. A waveguide (13) constituted by a non-radiative dielectric line to which a received signal is supplied, and a waveguide (14) constituted by a non-radiative dielectric line to which a carrier is supplied.
And a directional coupler (8) for mutually coupling a received signal and a carrier traveling through the two waveguides (13, 14), respectively, and coupling the output ends of the two waveguides (13, 14) to each other. Two frequency mixers (91, 9
2), and the two frequency mixers (91, 92)
Are set so as to constitute a balanced mixer with each other.
波数混合器（９１、９２）とは、その間にそれぞれ設け
られた間隙を介して結合する構造を備えた請求項３記載
のミリ波受信装置。4. The millimeter according to claim 3, wherein the two waveguides (13, 14) and the two frequency mixers (91, 92) have a structure in which the two waveguides are coupled via gaps provided between them. Wave receiver.
号進行方向に角度をもって形成された放射面を有する形
状のミリ波送受信用アンテナ。5. A millimeter wave transmitting / receiving antenna having a radiation surface formed of a non-radiative dielectric line and having a radiation surface formed at an angle in a signal traveling direction.
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|---|---|---|---|
| JP5223614A JP2855246B2 (en) | 1993-09-08 | 1993-09-08 | Millimeter wave transmitting / receiving device, millimeter wave receiving device, and millimeter wave transmitting / receiving antenna |
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