JP6457968B2 - パルスレーダー装置及びその部品 - Google Patents

Description

本発明は、０ｍ以上の至近距離の測距が可能なパルスレーダー装置及びその部品に関する。

測距対象物までの距離を測定するレーダー装置として、干渉に強く、分解能を高くとることができるパルスレーダーが多用されている。この種のパルスレーダーでは、至近距離では送信信号波による妨害波が生じ、この妨害波と測距対象物からの反射信号波とが重なると信号成分の分離が困難となる。妨害波には、送信信号波の受信アンテナへの回り込み波とパルスレーダー装置内で生じる内部反射波とがある。回り込み波は、送信信号波が送信アンテナから受信アンテナまでの空間を介して受信に影響を及ぼすもの（送信信号波のリーク）である。内部反射波は、高周波部の設計上の不整合や特性変動などによって生じ、それが高周波部の部品間ないし伝送線路内を伝わり、受信系回路に影響を及ぼすものである。

このような妨害波を除去する技術として、特許文献１に開示されているレーダー装置では、ベースバンド部で近距離の受信信号のマスク処理を行うことで妨害波を遮断している。また、特許文献２に開示されているレーダー装置では、パルスの送信周期よりも遅い周期でサンプリングや積算することで時間軸伸長させ、これにより受信波の信号成分を遅延させるなどして至近距離の測定に対応させている。

特開２００６−９８１６７号公報 特許３２９４７２６号公報

特許文献１に開示されているマスク処理では、マスクする距離が固定であるため、測距の基準位置から０ｍ付近の至近距離の測定はできない。また、測距対象物が移動物体である場合、その位置によっては反射信号波も遮断してしまうおそれがある。また、特許文献２に開示されたレーダー装置では、高周波部の回路構成が複雑になるだけでなく、時間軸伸張や積算では、基準位置から０ｍ付近の至近距離での信号検出が難しいばかりでなく、基準位置に近づくほど測距精度が下がるという課題が残る。
本発明は、簡素な構成で送信による妨害波の影響を抑えつつ、至近距離の測定を可能にする近距離パルスレーダー装置を提供することを主たる課題とする。

本発明によれば、ローカル信号波を出力する高周波発振器と、前記ローカル信号波を２分配する第１のラットレース回路、及び、分配された一方のローカル信号波をパルス変調する第２のラットレース回路を含む分波変調回路と、前記第２のラットレース回路でパルス変調された送信信号波を放射する送信アンテナと、測距対象物で前記送信信号波が反射された反射信号波と該反射信号波以外の回り込み波とを受信する受信アンテナと、分配された他方のローカル信号波を前記回り込み波と所定の位相差にして出力する移相回路と、前記反射信号波を前記移相回路の出力信号でホモダイン検波する検波回路とを有する、パルスレーダー装置を提供することができる。

また、本発明によれば、パルスレーダー装置のような測距装置に組込可能な高周波ボードを提供することができる。この高周波ボードは、例えば２４［ＧＨｚ］帯以上で使用される送信アンテナ及び受信回路を有する測距装置に組込可能な高周波ボードであって、高周波基板と、該高周波基板に実装された第１のラットレース回路と第２のラットレース回路とを有し、第１のラットレース回路は、前記測距装置からローカル信号波を入力する入力ポートと、入力されたローカル信号波を前記第２のラットレース回路へ導く第１のポートと、入力されたローカル信号波を前記受信回路へ導く第２のポートとを含み、前記第２のラットレース回路は、前記第１のポートを通じて入力されたローカル信号波を変調して前記送信アンテナに導く変調回路を含み、前記第１のポートと前記第２のポートとの間の電気長は、前記第２のラットレース回路から前記第１のポートを通じて前記第２のポートへ伝わる内部反射波が減衰する長さに設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、受信アンテナが受信する反射信号波以外の回り込み波や内部反射波による妨害波が減衰されるので、パルス方式の電波レーダーでありながら複雑な回路の追加がなく、簡素な構成で、０ｍに限りなく近い至近距離の測距を高精度に行うことができる。

本発明を適用した近距離パルスレーダー装置の構成図。 本実施形態の分波変調回路の構成図。 本実施形態の移相回路の構成図。 本実施形態による制御系統のタイミングチャート。 本実施形態における無入力時の検波出力波形図の例示図。 （ａ）〜（ｃ）は近距離パルスレーダー装置のケースの外観図。

以下、本発明を測距装置の一例となる近距離パルスレーダー装置に適用した場合の実施の形態例を説明する。図１は、近距離パルスレーダー装置の構成図である。この近距離パルスレーダー装置１は、高周波部１０、高周波発振器２０、制御回路３０、送信アンテナ４０、受信アンテナ５０、ベースバンド回路６０及びＡ／Ｄ変換回路７０を備えて構成される。これらの構成部品は、後述するケースに収容される。

高周波部１０は、測距装置に組込可能な高周波ボードであり、分波変調回路１１，移相回路１２、ミキサー１３を含んで構成される。すなわち、高周波基板であるコンポジット基材に、銅膜の伝送線路パターンを形成するとともに、所定部位に回路部品を実装して構成される。コンポジット基材の材質及びサイズは使用する周波数によって異なるが、後述するとおり、本実施形態では、２４ＧＨｚ帯を使用するので、厚みが０．２５４ｍｍの熱硬化性樹脂／セラミックフィラー・ガラスクロスのコンポジット基材を用いる場合の例を説明する。高周波ボードは、１枚のコンポジット基材に全ての回路部品を実装して構成することができる。

高周波発振器２０は、ＣＷ（無変調連続波）の高周波信号波（「ローカル信号波」という）を高周波部１０の分波変調回路１１に入力する。ここでは、２４ＧＨｚ帯を使用した場合の例を説明するが、本発明は、１０ＧＨｚ帯のように比較的低い周波数帯の測距装置，あるいは、７９ＧＨｚ帯のように、より高い周波数帯で使用するパルスレーダー装置においても適用できるものである。

制御回路３０は、測距情報を利用する図示しない外部装置（アプリケーションプログラムが起動するコンピュータ）から受信した基準信号（CLK）を基に短パルス信号、位相信号、制御信号を生成する。また、短パルス信号と後述するデジタルの検波信号に基づいて測距のための信号処理を行う。制御回路３０自体は、ＤＳＰ（Digital Signal
Processor）で実現することができる。短パルス信号は、パルス幅１００ｎｓｅｃ以下のパルス信号をいい、パルス変調に用いられる。短パルス信号は、高周波部１０の分波変調回路１１に入力される。位相信号は、高周波部１０の移相回路１２による位相偏移量を調整するために用いられる信号である。制御信号は、分波変調回路１１や移相回路１２の動作を制御する信号である。

送信アンテナ４０は、分波変調回路１１から出力される送信信号波を測距対象物に向けて放射する。受信アンテナ５０は、測距対象物からの反射された反射信号波と、反射信号波以外の回り込み波を受信し、ミキサー１３に入力する。なお、図１では、送信アンテナ４０と受信アンテナ５０とを別体で構成しているが、共用アンテナとしてもよい。

ミキサー１３は検波回路の一例であり、受信した反射信号波及び回り込み波と移相回路１２の出力信号とを混合してホモダイン検波し、検波信号をベースバンド回路６０に出力する。ベースバンド回路６０は検波信号をパルス増幅する。Ａ／Ｄ変換回路７０は、ベースバンド回路６０で増幅された検波信号をデジタル信号に変換し、制御回路３０へ出力する。制御回路３０は、検波信号のデジタル信号と短パルス信号とに基づいて対象物までの測距情報を生成し、これを外部装置へ出力する。

次に、高周波部１０の各構成部品について説明する。図２は分波変調回路１１の構成図である。分波変調回路１１は、上述した高周波ボードの一つであり、コンポジット基材上にラットレース回路型の分配回路（ラットレース回路）を実装する。高周波で使用する分配回路として、ブランチライン型（分岐線路型）の分配回路が知られているが、本実施形態ではそれを使用しない。これは、ラットレース型の分配回路の方が、ブランチライン型よりもインピーダンスが高く、伝送線路パターンのライン幅を狭くできるためである。これにより、２４ＧＨｚのような高周波数帯でも容易かつ簡易に小型の分配回路を構成することができ、また、インピーダンスが安定しているため、分配回路内で、性能に影響を与えずにパルス信号やバイアス等の供給線路（供給点）を容易に接続することができるようになる。

分波変調回路１１は、高周波発振器２０から出力されるローカル信号波を２分配する第１のラットレース回路１１１、及び、分配された一方のローカル信号波をパルス変調する第２のラットレース回路１１２を含んで構成される。第１のラットレース回路１１１は、一方のローカル信号波を第２のラットレース回路１１２へ導くためのポート（第１のポート）と、他方のローカル信号波を受信回路側、本例では移相回路１２へ導くためのポート（第２のポート）とを含む。第１のポートと第２のポートとのポート間は、第２のラットレース回路１１２から第１のポートを通じて第２のポートへ伝わる内部反射波が減衰する電気長（電気的な長さ）に設定されている。これについては後述する。
第２のラットレース回路１１２は、第１ラットレース回路１１１から第１のポートを通じて入力されたローカル信号波をパルス変調し、変調後のローカル信号波を送信アンテナ４０の給電点へ供給する。

ここで、第１ラットレース回路１１１及び第２のラットレース回路１１２のポート構成例（ポート間の電気長を含む）を説明する。第１ラットレース回路１１１は、ポートＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を有する。第２のラットレース回路１１２は、ポートＰ５，Ｐ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９を有する。ポートＰ４とポートＰ５とは共通ポートとして構成される。ポートＰ９はバイアス点となり、短パルス信号が入力される。各ポートＰ１〜Ｐ９は、ライン幅が√２Ｚｏ（Ｚｏは回路インピーダンス＝５０Ω）の伝送線路パターンで形成される。

ポートＰ１−Ｐ２、Ｐ２−Ｐ３、Ｐ３−Ｐ４、Ｐ５−Ｐ６、Ｐ６−Ｐ７、Ｐ７−Ｐ８、Ｐ８−Ｐ９のそれぞれの間は、使用周波数の波長λに対して１／４λの電気長に形成される。他方、ポートＰ１−Ｐ４、Ｐ５−Ｐ８のそれぞれの間は、３／４λの電気長に形成される。第１ラットレース回路１１１のポートＰ１を入力ポートとすると、ポートＰ４が上記第１のポート、ポートＰ２が上記第２のポートとなる。ポートＰ３はアイソレーションポートとなる。

このように構成される第１ラットレース回路１１１では、ポートＰ２，Ｐ４において、ポートＰ１に入力されたローカル信号波が時計回りと反時計回りとで同相となる。そのため、ポートＰ４からローカル信号波を出力することができる。ポートＰ３では、ポートＰ１に入力されたローカル信号波が時計回りと反時計回りとで逆相となる。そのため、ポートＰ２からは、ポートＰ１から入力されたローカル信号波を、ポートＰ３の接続状況を考慮することなく、移相回路１２側へ出力することができる。
第２のラットレース回路１１２では、ポートＰ５を入力ポート（第１ラットレース回路１１１からみた第１のポート）とすると、通常のラットレース回路では、ポートＰ６、Ｐ８が出力ポート、ポートＰ７、Ｐ９がアイソレーションポートとなるが、本実施形態のラットレース回路では、ポートＰ６とポートＰ８がローカル信号波の位相を制御する役目を担うので、ポートＰ６、Ｐ８、Ｐ９がアイソレーションポート、ポートＰ７が出力ポートとなる。このポートＰ７は送信アンテナ４０の給電点につながるポートとなる。

第１ラットレース回路１１１のポートＰ１は、直流遮断コンデンサＣ１を介して高周波発振器２０と接続される。ポートＰ２は、直流遮断コンデンサＣ２を介して移相回路１２に接続される。ポートＰ３は、直流遮断コンデンサＣ３を介して終端抵抗Ｒ２（＝５０Ω）の一端に接続される。終端抵抗Ｒ２の他端はＧＮＤ（接地端）に接続される。直流遮断コンデンサＣ３と終端抵抗Ｒ２との間には、スタブパターンＳＴが形成される。ポートＰ４は、第２のラットレース回路のポートＰ５に接続される。

ここで、ポートＰ３に接続されたスタブパターンＳＴについて説明する。第１ラットレース回路１１１のポートＰ４には、第２のラットレース回路１１２のポートＰ５を通じて内部反射波が侵入する。このような内部反射波が、測距精度に影響を及ぼすことは上述のとおりである。ポートＰ４から見てポートＰ２はアイソレーションポートとなるため、もともと内部反射波は大きくないが、より高い測距精度を確保するためにはこれを更に低減することが望ましい。また、内部反射波の一部はポートＰ３にも侵入する。ポートＰ４−Ｐ５間に整合用のスタブパターンを挿入すれば内部反射波を低減させることができるが、反面、ポートＰ４−Ｐ５が共通ラインのため、高周波信号波まで大きく影響を受けて損失が大きくなる。

そこで、本実施形態では、第１ラットレースは、ポートＰ３がポートＰ２及びポートＰ４の合成器として作用する点に着目し、ポートＰ３、及び、直流遮断用コンデンサＣ３と終端抵抗Ｒ２との間のラインにスタブパターンＳＴを設け、ポートＰ３に侵入する反射信号波をスタブパターンＳＴにより反射させ、この反射信号波がＰ４から侵入した内部反射波を打ち消すようにしている。スタブパターンＳＴは、例えばスタブ幅０．６８ｍｍ，長さ１．５ｍｍに設定される。これにより、ポートＰ１から入力されるローカル信号波に影響を及ぼすことなく、ポートＰ２に到達する第２ラットレース回路１１２からの内部反射波を限りなく０まで低減することができる。そのため、移相回路１２側に出力されるのは、殆どポートＰ１から入力されたローカル信号波だけにすることができる。このように、第１ラットレース回路１１１は、内部反射波を限りなく０に低減してローカル信号波を効率的に送信アンテナ４０側と移相回路１２側へ分波する回路として動作する。

第２のラットレース回路１１２では、上記のとおり、第１ラットレース回路１１１のポートＰ４を通じてポートＰ５にローカル信号波が入力される。ポートＰ６は、伝送線路パターンＭ１，ダイオードＤ２，伝送線路パターンＭ３を介してＧＮＤ（接地端）に接続される。ポートＰ８は、伝送線路パターンＭ２，ダイオードＤ１，伝送線路パターンＭ４を介して接地端に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、制御回路３０からの制御信号に基づいて導通／非導通の切り換えを選択的に行うためのスイッチング素子である。

伝送線路パターンＭ１，Ｍ２は、そこを伝搬する信号波の位相を任意に設定するためのリアクタンスとして機能する。本例では、伝送線路パターンＭ１は、位相を２７０度遅くする長さにしてある。伝送線路パターンＭ２は、位相を９０度遅くする長さにしてある。伝送線路パターンＭ３，Ｍ４は、それぞれダイオードＤ１，Ｄ２の容量性リアクタンスを打ち消す長さである。これにより、ダイオードＤ１，Ｄ２の導通／非導通の切換動作に伴う位相の変動を抑制することができる。

このように構成される第２のラットレース回路１１２では、制御回路３０からの制御信号でダイオードＤ１，Ｄ２を導通にすることにより、伝送線路パターンＭ１，Ｍ２の端部が短絡状態（ＳＨＯＲＴ）となる。一方、制御回路３０からの制御信号でダイオードＤ１，Ｄ２を非導通にすることにより、伝送線路パターンＭ１，Ｍ２の端部が開放状態（ＯＰＥＮ）となる。これにより、送信アンテナ４０から放射される送信信号波の位相が伝送線路パターンＭ１，Ｍ２のリアクタンスに応じて変化するので、簡易な構成かつ制御態様で、直流変動がなく、定振幅の位相変調回路を実現することができる。なお、ポートＰ６から見た場合に、ポートＰ８がアイソレーションポートとなり、ポートＰ８から見た場合に、ポートＰ６がアイソレーションポートとなるため、ポート同士の影響は受けず、第２のラットレース回路１１２の特性インピーダンスが安定したものとなる。

ポートＰ９には、第２のラットレース回路１１２から見て特性インピーダンスが相対的に高くなるように、ＲＦチョーク用のインダクタンス素子Ｌ１とダイオード電流制御用抵抗Ｒ１とが挿入される。そして、第１ラットレース回路１１１とポートP５を通じて入力されたローカル信号波が、制御回路３０から入力される短パルス信号によりパルス位相変調される。このようにパルス位相変調された送信信号波がポートＰ７から直流遮断用コンデンサＣ４を介して送信アンテナ４０へ出力される。

第２のラットレース回路１１２による変調動作をより詳しく説明すると、以下のようになる。まず、ダイオードＤ１，Ｄ２が非導通のとき、ポートＰ６，Ｐ８が開放状態となる。このとき、ポートＰ５−Ｐ７間の時計回りでは、入力されたローカル信号波は、通常のラットレース回路では位相が１８０度遅れ（２λ／４）となるが、本実施形態では伝送線路パターンＭ１により位相が２７０度（３λ／４）遅れるため、全体では９０度（λ／４）の遅れとなる。反時計回りでは、通常のラットレース回路では位相変化はないが、本実施形態では伝送線路パターンＭ２で位相が９０度（λ／４）遅れるため、全体では９０度（λ／４）遅れとなる。その結果、時計回り、反時計回り共に同相となるので、位相が９０度遅れたままの送信信号波がポートＰ７から送信アンテナ４０へ出力される。

一方、ダイオードＤ１，Ｄ２が導通のとき、ポートＰ６，Ｐ８は短絡状態となる。このとき、送信信号波の位相が反転（１８０度）する。ポートＰ５−Ｐ７間では、時計回りでは伝送線路パターンＬ１Ｍ１で位相が４５０度遅れるため、全体では位相が２７０度遅れとなる。他方、反時計回りでは伝送線路パターンＬ２Ｍ２で２７０度位相が遅れる。そのため、全体では位相が２７０度遅れとなる。その結果、時計回り、反時計回り共に同相となるので、位相が２７０度遅れた送信信号波がポートＰ７から送信アンテナ４０へ出力される。このように、ダイオードＤ１，Ｄ２の導通／非導通の切換動作により、送信信号波の位相差は１８０度（＝２７０−９０）となり、０度／１８０度差の位相変調が可能となる。

ダイオードＤ１，Ｄ２は、応答の早いショットキーバリアダイオードを使用する。これにより短パルス信号に対応することができる。また、インダクタンス素子Ｌ１は、ライン幅０．１ｍｍ，長さ１．５５ｍｍのパターンで構成している。ダイオード電流制御用抵抗Ｒ１は１２０Ωである。伝送線路パターンＭ１は幅０．５５ｍｍ，長さ３．０ｍｍ、伝送線路パターンＭ２は幅０．５５ｍｍ，長さ１．２ｍｍ、Ｍ３，Ｍ４を幅０．５５ｍｍ，長さ０．２ｍｍにそれぞれ設定している。ただし、これらの数値は使用周波数に応じて多少変更される場合がある。短パルス信号は、Ｌｏｗレベルを０ｖ、Ｈｉｇｈレベルを＋３．３ｖに設定している。

次に、移相回路１２について説明する。移相回路１２は、分波変調回路１１のポートＰ２で分配されたローカル信号波の位相と回り込み波の位相とが所定の位相差となるように調整する回路である。回り込み波とローカル信号波との位相差は、送信アンテナ４０と受信アンテナ５０との距離、使用する周波数帯及び送信信号波の出力などが決まれば、計算により特定することができる。本実施形態では、回り込み波とローカル信号波との位相偏移が無くなるようにした上で、当該ローカル信号波の位相を０度〜９０度の範囲で変化させる。ローカル信号波と回り込み波との位相偏移が無くなるようにするのは、ミキサー１３でホモダイン検波する際に回り込み波でＮＵＬＬ点を発生させ、これにより回り込み波による妨害波の影響を無くすためである。また、当該ローカル信号波の位相を０度〜９０度の範囲で変化させるのは、検波信号を振幅最大まで変化させるためである。これは、測距対象物が移動する場合、距離によっては反射信号波でもＮＵＬＬ点が発生するためである。すなわち、測距対象物までの距離（使用周波数の波長λ毎、２４Ｇ帯では略１２ｍｍ毎）で反射信号波とローカル信号波との位相偏移が無くなり、ＮＵＬＬ点が生じてしまい、測距精度が低下する可能性がある。そこで、ミキサー１３に入力するローカル信号波の位相を変化させ、検波信号を振幅最大まで変化させることにより、検波信号を有意な値として出力することができる。

上記のように動作させるため、本実施形態では、移相回路１２を図３のように構成した。図３を参照すると、移相回路１２は、直流遮断用コンデンサＣ５、可変移相器１２１、遅延ライン（ＤＬ）１２２、直流遮断用コンデンサＣ６を備える。直流遮断用コンデンサＣ５は、分波変調回路１１から分配されたローカル信号波の直流成分を遮断する。可変移相器１２１は、所定の位相差を０、すなわち、回り込み波とローカル信号波との位相偏移が無くなるようにする。可変移相器１２１は、ハイブリッドカップルド型のダイオードを含んで構成される。遅延ライン（ＤＬ）１２２は、通過するローカル信号波の位相を遅延させる。直流遮断用コンデンサＣ６は、ミキサー１３への出力信号の直流成分を遮断する。

遅延ライン（ＤＬ）１２２と直流遮断用コンデンサＣ６との間には、インピーダンス素子Ｌ２を介して電流調整用抵抗Ｒ３が接続され、電流調整用抵抗Ｒ３には位相信号が供給される。位相信号は、制御回路３０より供給される信号であり、可変移相器１２１のダイオードを導通又は非導通にする。位相信号はデジタル（方形波）信号又はノコギリ波（三角波）である。位相信号がデジタル信号の場合、可変位相器１２２は、ローカル信号波の位相を、予め設定された０度／９０度を選択的に切り換える。位相信号がノコギリ波の場合、可変位相器１２２は、ローカル信号波の位相を０度と９０度の範囲で徐々に切り換える。これにより、ミキサー１３において反射信号波の検波時のＮＵＬＬ点を無くしている。

なお、図３の例では、遅延手段として遅延ライン（ＤＬ）１２２を用いる場合の例を示したが、リアクタンス装荷でも対応することができる。リアクタンス装荷の場合、スイッチング素子などを用いて伝送経路のリアクタンスを可変させ、電気的な長さを変えることになる。

また、本実施形態の移相回路１２では、分波変調回路１１によりローカル信号波には内部反射波による妨害波が含まれず、回り込み波の位相のみを考慮すれば良いため、遅延手段の位相設定が容易になり、位相偏移の調整が簡便となる。

ミキサー１３は、分波変調回路１１、移相回路１２と共に１枚の高周波ボード上に実装してもよいし、単独の高周波ボードとして実装してもよい。その際、分波変調回路１１と同様、ラットレース回路（第３のラットレース回路）を用いてミキサー１３を構成することができる。
ラットレース回路でミキサー１３を構成する場合、入力ポートは受信アンテナ５０の給電点とコンデンサなどを介して接続される。また、もう一つの入力ポートは、相互の干渉のない電気長だけ離れた部位に形成され、移相回路１２と接続され、位相調整されたローカル信号波が入力される。出力ポートはベースバンド回路６０に接続される。

ミキサー１３では、受信アンテナ５０からの反射信号波及び回り込み波を移相回路１２から入力されるローカル信号波でホモダイン検波するが、ホモダイン検波では、出力される検波信号の振幅が反射信号波等の位相に応じて変化する。振幅の変化は定常波となり、位相９０度毎に「腹」と「節」とが繰り返される。回り込み波はローカル信号波との位相偏移が無いことから回り込み波が無くなる。また、送信信号波自体が０／１８０度の位相変調がなされ、かつ、ローカル信号波の位相が０度〜９０度の範囲で変わるので、反射信号波のＮＵＬＬ点が回避され、基準位置から０ｍ付近の至近距離でも精度良く測距が可能な状態を実現することができる。

図４は、本実施形態による短パルス信号、位相信号及び検波信号のタイミングチャートである。図４最上段は短パルス信号の拡大図である。図４中、Ｔ１＝５ｎｓ、Ｔ２＝０．５μｓ、Ｔ３＝Ｔ４＝５００μｓである。図４に示す例では、ホモダイン検波により検波信号の振幅がＮＵＬＬ点で位相信号がＨｉｇｈ、位相９０度となるように制御回路３０が制御する。位相信号をＬｏｗにすると位相が０度となり、検波信号が現れる。そのため、位相信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを切り替えながら時間的に検波信号を処理することで、ＮＵＬＬ点の無い高精度の測距が可能となる。この場合、検波信号をソフトウエアでモニタリングしながら位相信号を制御することも可能である。

図５は、従来型のパルスレーダー装置と本実施形態の近距離パルスレーダー装置１との動作比較例を示す図である。ここでは、対象物のない無入力時の検波信号の出力波形を示している。従来型のパルスレーダー装置の検波信号は、図５の中段に示すように、至近距離で送信時に起因する妨害波が出力され、至近距離測定の妨げになっている。そのため、例えば０ｍでの測距ができない。一方、本実施形態の近距離パルスレーダー装置１の場合、検波信号における妨害波は打ち消される。そのため、測距対象物が、測距の基準位置（０ｍ）に限りなく近い至近距離に存在する場合であっても精度良く測距が可能となる。基準位置は、例えば送信アンテナ４０の設置位置であり、設計時に定めることができる。

このように、本実施形態の近距離パルスレーダー装置１では、ホモダイン検波特有のＮＵＬＬ点（信号最小点）を利用し、回り込み波とローカル信号波の位相偏移を無くすことにより送信時における回り込み波を低減することができる。また、ミキサー１３に入力されるローカル信号波の位相を０度〜９０度の範囲で変化させることで、測距精度の劣化を防ぐことができる。

本実施形態の近距離パルスレーダー装置１は、例えば、金属製のベース上に設けた回路基板に構成し、小型のケースに収容して製品化することができる。図６（ａ）は、近距離パルスレーダー装置１が構成された回路基板を搭載した金属ベース１００とそれを収容するケースの平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は裏面図である。金属ベース１００はダイカスト製で矩形状であり、その上面には、金属ベース１００よりやや小さい同じく矩形状のＲＦ基板１１０が搭載されている。ＲＦ基板１１０の中央部には、後述するように高周波発振器２０を含めた高周波部１０が搭載されることから、高周波による電磁輻射を防止するための金属カバー１２０が被せられる。一方、金属ベース１００の下面中央部には、近距離パルスレーダー装置１の制御回路３０、ベースバンド回路６０、Ａ／Ｄ変換回路７０を含む各種信号処理回路を搭載した信号処理基板１３０が、金属製のシールドカバー１４０に収納された状態で取り付けられている。金属ベース１００、信号処理基板１３０、シールドカバー１４０には、ＲＦ基板１１０と信号処理基板１３０との間の電気的接続および制御回路３０から外部装置への接続に必要なケーブルまたはコネクタを収容するための、連通する孔部１５０が設けられている。なお、このようなＲＦ基板１１０、信号処理基板１３０を搭載する金属ベース１００は、一点鎖線で示したように、硬質絶縁体からなる電波透過性で前記金属ベース１００のサイズよりやや大きい、ケース１６０に収容される。

前記ＲＦ基板１１０には、上述したとおり、中央部に高周波発振器２０を含む高周波部１０が搭載されるとともに、前記中央部を挟んだ左右に、送信アンテナ４０と受信アンテナ５０とが、それぞれ形成される。高周波部１０には、図２に示した分波変調回路１１、図３に示した移相回路１２のほか、ラットレース回路で構成した図１のミキサー１３も実装される。送信アンテナ４０と受信アンテナ５０は平面アンテナであり、それぞれ上方に指向性を持つ同等のアンテナ性能を有するものである。なお、前記ＲＦ基板１１０と信号処理基板１３０との電気的接続は、前記孔部１５０を介して配線ケーブルにより行うか、もしくは孔部１５０内に設けた接続用コネクタにより行われる。また、近距離パルスレーダー装置１の出力、すなわち信号処理基板１３０上に設けられた制御回路３０からの出力信号は、シールドカバー１４０の下方に設けた孔部１５０の開口部より、配線ケーブルまたはコネクタにより取り出され、外部装置へ出力される。

このような構造のケース１６０は、２４ＧＨｚ帯の場合、厚みが１ｃｍ前後、長辺でも１５ｃｍ程度の小型なものとなる。そのため、様々な場所に取り付けることができる。例えば、駐車場の所定領域に埋め込み、当該領域に存在するのが車両の検出などにも応用することができる。そして、測距基準位置であるケース１６０の外側表面と送信アンテナ４０の位置とは極めて近接して設けられるから、測距対象物が、ケース１６０に接触している場合を含め、測距の基準位置に限りなく近い至近距離に存在する場合であっても精度良く測距を行うことが可能である。

１・・・近距離パルスレーダー装置、１０・・・高周波部、１１・・・分波変調回路、１１１，１１２・・・ラットレース回路、１２・・・移相回路、１３・・・ミキサー、２０・・・高周波発振器、３０・・・制御回路、４０・・・送信アンテナ、５０・・・受信アンテナ、６０・・・ベースバンド回路、７０・・・Ａ／Ｄ変換回路、１００・・・金属ベース。

Claims (12)

1. ローカル信号波を出力する高周波発振器と、
   前記ローカル信号波を２分配する第１のラットレース回路、及び、分配された一方のローカル信号波をパルス変調する第２のラットレース回路を含む分波変調回路と、
   前記第２のラットレース回路でパルス変調された送信信号波を放射する送信アンテナと、
   測距対象物で前記送信信号波が反射された反射信号波と前記反射信号波以外の回り込み波とを受信する受信アンテナと、
   分配された他方のローカル信号波を前記回り込み波と所定の位相差にして出力する移相回路と、
   前記反射信号波を前記移相回路の出力信号でホモダイン検波する検波回路とを有する、
   パルスレーダー装置。
2. 前記第１のラットレース回路は、前記一方のローカル信号波を前記第２のラットレース回路へ導くための第１のポートと、前記他方のローカル信号波を前記移相回路へ導くための第２のポートとを含み、
   前記第１のポートと前記第２のポートとの電気長は、前記第２のラットレース回路から前記第１のポートを通じて前記第２のポートへ伝わる内部反射波が減衰する長さに設定されている、
   請求項１に記載のパルスレーダー装置。
3. 前記第１のラットレース回路は、前記第１のポートと前記第２のポートとの間にアイソレーションポートが形成されており、
   前記アイソレーションポートには、その一端が接地された終端抵抗の他端に接続されたスタブパターンが設けられ、前記アイソレーションポートに到達した前記内部反射波を前記スタブパターンで減衰させる、
   請求項２記載のパルスレーダー装置。
4. 前記第２のラットレース回路は、前記第１のポートを通じて入力された前記一方のローカル信号波を０度又は１８０度の位相差でパルス位相変調する変調手段を有する、
   請求項３に記載のパルスレーダー装置。
5. 前記変調手段は、前記一方のローカル信号波が伝搬する伝送線路パターンと、その導通又は非導通により前記伝送線路パターンの電気的な長さを変化させるスイッチング素子とを含んで構成される、
   請求項４に記載のパルスレーダー装置。
6. 前記スイッチング素子が、ショットキーバリアダイオードである、
   請求項５に記載のパルスレーダー装置。
7. 前記移相回路は、前記他方のローカル信号波の前記検波回路へ入力される位相を遅延させる遅延手段と、遅延したローカル信号波の位相を所定の範囲で変化させる位相調整手段とを含んで構成される、
   請求項１ないし６のいずれか一項に記載のパルスレーダー装置。
8. 前記位相調整手段は、前記遅延したローカル信号波が伝搬する経路の電気的な長さを予め設定された複数の長さを選択的に変えることにより当該ローカル信号波の位相を変化させる、
   請求項７記載のパルスレーダー装置。
9. 前記検波回路が、前記反射信号波及び前記回り込み波と前記移相回路の出力信号とを混合する第３のラットレース回路を含んで構成される、
   請求項８に記載のパルスレーダー装置。
10. 前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記分波変調回路、前記移相回路及び前記検波回路が電波透過性のケースに収容されており、
    測距の基準位置が前記ケースの表面であり、
    前記測距対象物が前記ケースに接触可能である、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載のパルスレーダー装置。
11. 前記送信信号波及び前記反射信号波が２４［ＧＨｚ］帯以上の周波数である、
    請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のパルスレーダー装置。
12. 送信アンテナ及び前記送信アンテナから放射された送信信号波が測距対象物で反射された反射信号波と、該反射信号波以外の回り込み波と、を受信する受信アンテナを有する測距装置に組込可能な高周波ボードであって、
    高周波基板と、
    該高周波基板に実装された第１のラットレース回路、第２のラットレース回路、移相回路及び検波回路と、を有し、
    前記第１のラットレース回路は、前記測距装置からローカル信号波を入力する入力ポートと、入力されたローカル信号波を前記第２のラットレース回路へ導く第１のポートと、入力されたローカル信号波を前記受信回路へ導く第２のポートと、を含み、
    前記第２のラットレース回路は、前記第１のポートを通じて入力されたローカル信号波を変調して前記送信アンテナに導く変調回路を含み、
    前記移相回路は、前記第２のポートから出力されたローカル信号波を前記回り込み波と所定の位相差にして出力し、
    前記検波回路は、前記反射信号波を前記移相回路の出力信号でホモダイン検波する、
    高周波ボード。

Images