(57)【要約】【課題】リンギングの発生を抑えたインパルス信号を出力するＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路を実現する。【解決手段】パルス信号発生回路１と、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号を高周波伝送路５１に分岐し、高周波伝送路５１により振幅が反転され時間が遅延されたパルス信号を、パルス信号発生回路１から伝送されるパルス信号と再結合してインパルス信号を生成する生成回路５と、インパルス信号発生回路１の全体のインピーダンスに占める寄生成分の割合を相対的に減らすことにより、インパルス信号のリンギングを抑圧する抵抗７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＷＢレーダに搭載され、
一定の周期でパルス信号を発生するパルス信号発生回路と、
このパルス信号発生回路に接続され、芯線とグラウンド線を終端で短絡させた高周波伝送路を有し、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号を高周波伝送路に分岐し、高周波伝送路によりパルス信号発生回路から伝送されるパルスに対して振幅が反転され時間が遅延された信号を、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号と再結合することによりインパルス信号を生成する生成回路と、
高周波伝送路に並列に接続され、インパルス信号発生回路の全体のインピーダンスに占める寄生成分の割合を相対的に減らすことにより、インパルス信号のリンギングを抑圧する抵抗と、
を備えることを特徴とするＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路。
【請求項２】
請求項１に記載のＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路であって、
高周波伝送路の特性インピーダンスを、パルス信号発生回路の信号源抵抗より大きくすることにより、パルス信号発生回路から発生されたパルス信号の分圧比を変え、これによりインパルス信号の振幅を大きくすることを特徴とするＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路であって、
前記パルス信号発生回路に、整流素子を備え、
前記整流素子は、パルス信号の電圧が逆方向に印加されたときに、過渡的に逆方向に出力される電流を、時間に対して急峻に０にすることを特徴とするＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路。
【請求項４】
請求項３に記載のＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路であって、
前記整流素子は、ステップリカバリダイオードであることを特徴とするＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物までの距離を、インパルス信号を利用して測定するＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
数ＧＨｚ程度の超広帯域かつ非常に短いパルス幅の信号を、搬送波（キャリア）を使わずに、ノイズ以下（例えば−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚ以下）の微弱電力で送信することにより、他の無線通信システムと干渉することなく、高速データ伝送を実現するＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）と呼ばれる無線技術がある（非特許文献１）。このＵＷＢは、通信のみならず、高精度で物体の位置を特定する軍事用レーダや災害時の人命捜索などの用途でも利用されている。従来、このＵＷＢは、前述したような民生分野以外で利用されてきたが、２００２年２月１４日に、米国連邦通信委員会（ＦＣＣ）が、ＵＷＢを民生分野で利用することを承認したことにより、前述したような高速データ伝送やＵＷＢを用いたレーダ（以下、「ＵＷＢレーダ」と呼ぶ）の民生分野への転用が期待されている。
【０００３】
【非特許文献１】「日経エレクトロニクス」２００２年３月１１日号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述したようなＵＷＢレーダは、非常に短いパルス幅の信号（以下、「インパルス信号」と呼ぶ）を、被測定物に対して送信し、被測定物で反射したインパルス信号を受信し、受信したインパルス信号と送信したインパルス信号の時間差を検出し、検出した時間差により、アンテナから被測定物までの距離を測定する。また、ＵＷＢレーダでは、その測定感度を向上させるために、前述したインパルス信号を一定の周期で送信し、被測定物で反射して一定の周期で受信されるインパルス信号を同期させて累積加算することにより、測定感度を向上させている。
【０００５】
このようなＵＷＢレーダには、前述したようなインパルス信号を発生するインパルス信号発生回路が搭載されている。インパルス信号発生回路から発生されるインパルス信号では、インパルス信号発生回路を構成する部品に含まれる寄生成分により、インパルス信号が正負に振動するリンギングが発生する。このように、インパルス信号発生回路から出力されるインパルス信号にリンギングがあると、累積加算されたインパルス信号のＳ／Ｎ比を劣化させ測定感度を悪くしてしまう。
【０００６】
本発明は、以上のような課題に対してなされたものであり、その目的は、ＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路からリンギングの発生を抑えたインパルス信号を出力することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の構成は、ＵＷＢレーダに搭載され、一定の周期でパルス信号を発生するパルス信号発生回路と、このパルス信号発生回路に接続され、芯線とグラウンド線を終端で短絡させた高周波伝送路と、を有し、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号を高周波伝送路に分岐し、高周波伝送路によりパルス信号発生回路から伝送されるパルスに対して振幅が反転され時間が遅延された信号を、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号と再結合することによりインパルス信号を生成する生成回路と、高周波伝送路に並列に接続され、インパルス信号発生回路の全体のインピーダンスに占める寄生成分の割合を相対的に減らすことにより、インパルス信号のリンギングを抑圧する抵抗と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、高周波伝送路の特性インピーダンスを、パルス信号発生回路の信号源抵抗より大きくすることにより、パルス信号発生回路から発生されたパルス信号の分圧比を変え、これによりインパルス信号の振幅を大きくすることが望ましい。
【０００９】
また、前記パルス信号発生回路に、整流素子を備え、前記整流素子は、パルス信号の電圧が逆方向に印加されたときに、過渡的に逆方向に出力される電流を、時間に対して急峻に０にすることが望ましい。
【００１０】
また、前記整流素子は、ステップリカバリダイオードであることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路からリンギングの発生を抑えたインパルス信号を出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路の構成を示す回路図である。図２は、本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路の動作を示す図である。図３は、本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路から出力されるインパルス信号の波形を示す図である。以下、本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路の構成について詳細に説明する。
【００１３】
図１に示すＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路は、パルス信号発生回路１、整流素子３、インパルス生成回路５、抵抗７を備え、超広帯域かつ非常に短いパルス幅のインパルス信号を出力端子から出力する。整流素子３、抵抗７は、同一基板に実装され、インパルス生成回路５も、マイクロストリップ線路等の高周波伝送路で形成されている。パルス信号発生回路１は、前述した基板上に実装しても良いし、別基板に実装して伝送線路で接続しても良い。
【００１４】
パルス信号発生回路１は、パルス信号発生源１１と信号源抵抗１３を備えている。このパルス信号発生源１１は、正負の電圧を交互に繰り返すパルス信号を発生し、これを出力する。また、信号源抵抗１３は、パルス信号発生回路１の出力インピーダンスを等価的に示す信号源抵抗であり、そのインピーダンスは５０Ωに設定されている。
【００１５】
整流素子３は、ダイオード３１を備え、前述したパルス信号発生回路１から発生されたパルス信号を整流する整流素子である。ダイオード３１は、ベアチップのダイオードであり、セラミック等のパッケージに搭載され、外部の電極とワイヤボンディング（又はダイレクトボンディング）等により接続されている。ここで、寄生インダクタンス３３−１，３３−２は、ダイオード３１と前述した外部の電極とを接続させているワイヤボンディング等によるインダクタンス成分を等価的に示す寄生インダクタンスである。また、寄生キャパシタンス３５は、２つの外部電極間のキャパシタンス成分を等価的に示す寄生キャパシタンスである。なお、後述するが、この整流素子３には、逆方向電圧を印加したときの逆方向電流が過渡的に流れる蓄積時間が比較的長く、この蓄積時間経過後、逆方向電流が０（ゼロ）になるまでの時間（遷移時間）が、短いダイオードを用いることが望ましい。このような、遷移時間の短いダイオードとして、ステップリカバリダイオードがあり、整流素子３には、これを用いることが望ましい。
【００１６】
インパルス生成回路５は、高周波伝送路５１を備えている。この高周波伝送路５１は、芯線とグラウンド線を終端で短絡させている。なお、この高周波伝送路５１の特性インピーダンスは、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３よりも高い値に設定されている。これについては、後述する。
【００１７】
抵抗７は、高周波伝送路５１に並列に接続されている。この抵抗７の抵抗値は、インパルス信号発生回路の全体のインピーダンスに占める寄生インダクタンスと寄生キャパシタンス（寄生成分）の割合を相対的に減らす値に設定されている。なお、抵抗７の抵抗値については、後述する。
【００１８】
以上の構成により、本実施形態に示すインパルス信号発生回路は、出力端子から出力されるインパルス信号のリンギングの発生を抑えることができる。以下、動作について図１から図３を用いて詳細に説明する。
【００１９】
パルス信号発生源１１は、図２（ａ）に示すように、正負の電圧を交互に繰り返すパルス信号を発生する。そして、パルス信号発生源１１で発生したパルス信号は、パルス信号発生回路１の出力部から出力される。パルス信号発生回路１から出力されたパルス信号が、整流素子３に順方向（正）に電圧が印加されたときのみ定常的に電流が流れ、この電流量に応じて、図２（ｂ）に示すように電圧が出力される。ここで、整流素子３は、図２（ｂ）に示すように、パルス信号が負になったときに、過渡的に逆方向に電流が流れ、この電流量に応じた電圧が出力される。前述したように、整流素子３には、遷移時間の短いダイオード（ステップリカバリダイオード）を用いている。このため、過渡的に逆方向に出力された電圧は蓄積時間経過後に時間に対して急峻に０になる。このような整流素子３から出力されたパルス信号が、インパルス生成回路５に入力されることにより、非常に短いパルス幅のインパルス信号を生成することができる。このインパルス信号の生成を、以下に説明する。
【００２０】
前述したように、インパルス生成回路５は、高周波伝送路５１が入出力部に対して並列に接続されている。このため、インパルス生成回路５の入出力部と高周波伝送路５１の分岐点から、高周波伝送路５１の終端の方向にパルス信号が伝搬する。また、高周波伝送路５１は、終端が短絡されているため、高周波伝送路５１を伝搬するパルス信号は、図２（ｃ）に示すように、高周波伝送路５１の終端で振幅を反転させて全反射する。そして、この振幅が反転されたパルス信号は、高周波伝送路５１の終端から、整流素子３と高周波伝送路５１の分岐点の方向に伝搬し、図２（ｃ）に示すように、高周波伝送路５１を往復伝搬する分遅延する。これにより、整流素子３と高周波伝送路５１の分岐点では、パルス信号と、振幅が反転され時間が遅延されたパルス信号と、が再結合される。高周波伝送路５１としては、例えば、特性インピーダンス５０Ω、伝送路の遅延時間３０ｐｓである。
【００２１】
従って、インパルス生成回路５では、図２（ｄ）に示すように、パルス信号が同一振幅で反転されて再結合されているため相殺され、高周波伝送路５１を往復伝搬した分の遅延時間のパルス幅を有するインパルス信号が生成される。そして、このインパルス生成回路５により生成されたインパルス信号は、出力端子に接続された５０Ωの伝送路を通り放射抵抗５０Ωのアンテナを介して空中に輻射される。ここで、ＵＷＢレーダに搭載されるインパルス生成回路５の出力端子から出力されるインパルス信号の波形を図３に示し、抵抗７によるインパルス信号に発生するリンギングの低減について、以下に説明する。
【００２２】
図３において、波形１０１は、抵抗７を∞Ω（＝開放状態）にしたときの波形である。同様に波形１０３は、抵抗７を１００Ωにしたときの波形であり、波形１０５は、抵抗７を７５Ωにしたときの波形であり、波形１０７は、抵抗７を５０Ωにしたときの波形であり、波形１０９は、抵抗７を２５Ωにしたときの波形である。抵抗７が信号源抵抗１３から出力端子に至るラインに対して並列に接続されているため、抵抗７の抵抗値を小さくするほど、ＵＷＢレーダに搭載されたインパルス信号発生回路の全体のインピーダンスに占める寄生成分の割合を相対的に減らすことになり、図３に示すように、インパルス信号に発生するリンギングを小さくすることができる。
【００２３】
また、前述したように、インパルス信号はパルス信号発生回路１から出力されたパルス信号から生成しているが、パルス信号とインパルス信号は、そのパルス幅が数十〜数百倍異なる。このため、パルス信号発生回路１から出力されるパルス信号に僅かでもジッタがあると、インパルス信号には、このジッタがインパルス信号のパルス幅に対して数十〜数百倍ほど相対的に大きなものとなる。このような大きなジッタが発生したときに、インパルス信号に発生するリンギングが大きいと、前述したような受信信号を累積加算したときに、Ｓ／Ｎ比の劣化を受けやすくなるが、本実施形態に示したようにインパルス信号に発生するリンギングを抑えておけば、累積加算したときにＳ／Ｎ比の劣化を受けにくくなる。
【００２４】
一方、図３に示すように抵抗７の抵抗値が小さいほど、インパルス信号の振幅が小さくなり、測定できる距離（測定レンジ）が小さくなる。インパルス信号のリンギングを抑え、振幅を大きくするために、本実施形態に示すＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路では、高周波伝送路５１の特性インピーダンスを、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３より大きくすることにより、パルス信号発生回路１から発生されたパルス信号の分圧比を変え、これによりインパルス信号の振幅を大きくする。以下、これについて詳細に説明する。
【００２５】
高周波伝送路における特性インピーダンスは、高周波信号の電圧成分と電流成分の関係を示す関数である。従って、高周波伝送路５１の特性インピーダンスが、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３よりも大きければ大きいほど、パルス信号発生回路１から出力されたパルス信号は、高周波伝送路５１により多く印加される。一例として、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３を５０Ωとし、高周波伝送路５１の特性インピーダンスが、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３と同じ５０Ωであるとき、パルス信号発生回路１から出力されたパルス信号は、信号源抵抗１３と、高周波伝送路５１の５０Ωと出力端子の外部に接続されるアンテナの放射抵抗５０Ωからなる並列抵抗２５Ωとの分圧になり、２５／（５０＋２５）＝１／３、つまり１／３に分圧される。これにより分圧されたパルス信号により生成されたインパルス信号が、出力端子から出力される。
【００２６】
同様に、高周波伝送路５１の特性インピーダンスが、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３の２倍の１００Ωであるとき、パルス信号発生回路１から出力されたパルス信号は、信号源抵抗１３と、高周波伝送路５１の１００Ωとアンテナ放射抵抗５０Ωの並列となる１００／３＝３３．３Ωとの分圧になり、３３．３／（５０＋３３．３）＝４／１０に分圧される。これにより、前述したような高周波伝送路５１の特性インピーダンスが、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３と同じであるときよりも大きな振幅が得られる。これにより、後段でインパルス信号のリンギングを抑えるために抵抗７を挿入しても、高周波伝送路５１の特性インピーダンスを、パルス信号発生回路１の信号源抵抗１３よりも大きくすることにより、パルス信号自体を大きくできるため、充分な振幅を有するインパルス信号をアンテナに給電することができる。
【００２７】
以上、説明したように、本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路は、一定の周期でパルス信号を発生するパルス信号発生回路と、このパルス信号発生回路に接続され、芯線とグラウンド線を終端で短絡させた高周波伝送路と、を有し、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号を高周波伝送路に分岐し、高周波伝送路によりパルス信号発生回路から伝送されるパルス信号に対して振幅が反転され時間が遅延された信号を、パルス信号発生回路から伝送されるパルス信号と再結合することによりインパルス信号を生成するインパルス生成回路と、インパルス生成回路に並列に接続され、インパルス信号発生回路の全体のインピーダンスに占める寄生成分の割合を相対的に減らすことにより、インパルス信号のリンギングを抑圧する抵抗と、を備える構成とした。これにより、出力されるインパルス信号のリンギングの発生を抑えたＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路を実現することができる。
【００２８】
また、本実施形態に示したように、高周波伝送路の特性インピーダンスを、パルス信号発生回路の信号源抵抗より大きくすることにより、パルス信号発生回路から発生されたパルス信号の分圧比を変え、これによりインパルス信号の振幅を大きくすることが可能となる。さらに、前記パルス信号発生回路に、整流素子を備え、前記整流素子は、パルス信号の電圧が逆方向に印加されたときに、過渡的に逆方向に出力される電流を、時間に対して急峻に０にすることにより、よりパルス幅の短いインパルス信号を生成することが可能となる。
【００２９】
なお本実施形態では、高周波伝送路として、マイクロストリップ線路を用いたが、コイル等のインダクタであっても同様な効果が得られることは言うまでもなく、本願の趣旨から離れるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路の構成を示す回路図である。
【図２】本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路の動作を示す図である。
【図３】本実施形態に係るＵＷＢレーダに搭載されるインパルス信号発生回路から出力されるインパルス信号を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  パルス信号発生回路、３  整流素子、５  インパルス生成回路、７  抵抗、１１  パルス信号発生源、１３  信号源抵抗、３１  ダイオード、３３−１，３３−２  寄生インダクタンス、３５  寄生キャパシタンス、５１  高周波伝送路。
【図１】
2006071523.tif 000003
【図２】
2006071523.tif 000004
【図３】
2006071523.tif 000005