(57)【要約】【課題】高電子移動度トランジスタに特有の故障モードを検出できるようにする。【解決手段】制御回路３１は、ゲート電圧切替部５１を制御してトランジスタＴ１に印加するゲート電圧Ｖｇが検査用電圧Ｖ２となるように設定する。検査用電圧Ｖ２は、例えばトランジスタＴ１のピンチオフ電圧Ｖｐに設定する。制御回路３１は、検査用電圧Ｖ２が印加されたときのドレイン電流Ｉｄの電流値を検出する。その電流値に基づいて、トランジスタＴ１の故障を判別する。故障の判別の際には動作電圧Ｖ１とは別に設定された検査用電圧Ｖ２をゲート電圧Ｖｇとして印加し、そのときのドレイン電流Ｉｄの電流値に基づいて故障の判別を行うようにしたので、通常の動作状態では検出しにくい高電子移動度トランジスタに特有の故障モードの検出ができるようになる。【選択図】図２
2008209382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を送出すると共に、検出対象物で反射された反射波を受信することによって前記検出対象物を検出するレーダ装置であって、
高電子移動度トランジスタを用いた電子回路を少なくとも１つ備え、
前記電子回路が、
前記高電子移動度トランジスタに印加するゲート電圧を動作電圧または検査用電圧のいずれかに切り替える切替手段と、
前記検査用電圧を印加したときの前記高電子移動度トランジスタのドレイン電流の電流値を検出する検出手段と、
その検出された前記電流値と第１の基準値とを比較することにより前記高電子移動度トランジスタに故障が発生しているか否かを判断する判断手段と
を有していることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記切替手段の切り替え制御を行う制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判断手段によって故障が発生していないと判断された場合には、前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧に前記動作電圧が印加されるよう、前記切替手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記判断手段は、
検出された前記電流値と第２の基準値とを比較し、前記電流値が前記第１の基準値を超え、かつ前記第２の基準値以下であれば、前記高電子移動度トランジスタに特有の故障モードが発生していると判断する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記高電子移動度トランジスタに直接または間接的に接続された周辺回路をさらに備え、
前記判断手段は、
検出された前記電流値と第２の基準値とを比較し、前記電流値が前記第２の基準値を超えていれば、前記高電子移動度トランジスタおよび前記周辺回路に故障が発生していると判断する
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記検査用電圧は、前記高電子移動度トランジスタのピンチオフ電圧、またはピンチオフ電圧と最大定格電圧との間の電圧に設定されている
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記動作電圧は、前記高電子移動度トランジスタにおけるゲート電圧に対する相互コンダクタンスの特性曲線の傾きが正となるような第１の電圧領域の電圧である
ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記切替手段は、前記動作電圧を、前記第１の電圧領域の電圧と前記第１の電圧領域とは異なる第２の電圧領域の電圧とに切り替える機能をさらに有し、
前記制御手段は、前記判断手段によって前記高電子移動度トランジスタに故障が発生していると判断された場合には、前記動作電圧として前記第２の電圧領域の電圧が前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧に印加されるように前記切替手段を制御する
ことを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記第２の電圧領域は、前記高電子移動度トランジスタにおけるゲート電圧に対する相互コンダクタンスの特性曲線の傾きが負となる領域である
ことを特徴とする請求項７に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記第２の電圧領域は、前記相互コンダクタンスの特性曲線の傾きが負で最大となるような領域である
ことを特徴とする請求項８に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記電子回路は、前記反射波を受信する側に設けられたミキサ回路である
ことを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電子移動度トランジスタを用いた電子回路を備え、例えば車載用として利用されるレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、送信波を送出してから、検出対象物からの反射波を受信するまでの時間に基づいて検出対象物の距離を測定するレーダ装置が知られている。また、ドプラー効果を用いて検出対象物との相対速度を検知する方式のレーダ装置が知られている。さらに、搬送波に周波数変調をかけて、位置検出もできる機能を持つレーダ装置もある。この種のレーダ装置は例えば、自動車に搭載されて先行車などの障害物との相対距離および相対速度を測定する車載用レーダとして使用されている。車載用レーダのようなレーダ装置は、使える周波数が法律により決められていて、概ねマイクロ波、準ミリ波あるいはミリ波帯が用いられることがほとんどである。このような周波数帯での電子回路に用いられる半導体素子は、化合物半導体を用いることが多い。特に、良好な高周波特性を有するＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）と呼ばれる半導体素子が好んで使用される。
【０００３】
特許文献１には、周波数変調した送信波を出力する方式のレーダ装置において、装置内の高周波回路部品の故障判別を行う手法が記載されている。また、特許文献２には、半導体素子の温度検出を行うことにより、半導体素子の異常診断を行う手法が記載されている。これらに記載されている故障判別の手法は、回路部品の通常動作時において何らかの異常が検知されたときに回路部品に故障があると判別するものである。すなわち、装置を通常の動作状態で動作させ、その状態で回路部品に異常があるか否かを判別している。
【特許文献１】特開平１０−６２５２５号公報
【特許文献２】特開２００４−８０８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＨＥＭＴには、特有の故障モードがあり、装置を通常の動作状態で動作させながら故障の判別を行うような従来の手法では、何らかの理由でＨＥＭＴが故障、あるいは不良になっていても検出ができない場合がある。ＨＥＭＴの故障を検出する方法としては、例えば、ＨＥＭＴのドレイン電極と電源との間にドレイン電流検出用の抵抗を挿入し、通常の動作時にドレイン電流を監視する方法が考えられる。しかしながら、ＨＥＭＴの場合には、以下で説明するように、通常の動作モードでドレイン電流を流しながらその電流値を常時監視していても故障が発見できない特有の故障モードがある。
【０００５】
図１２は、正常なＨＥＭＴにおける、ゲート電圧Ｖｇ（横軸）対ドレイン電流Ｉｄ（縦軸）の特性を示している。図１３は、不良（故障モード）のあるＨＥＭＴにおける、ゲート電圧Ｖｇ（横軸）対ドレイン電流Ｉｄ（縦軸）の特性を示している。正常なＨＥＭＴでは、図１２に示したように、ゲート電圧Ｖｇの絶対値が所定の電圧（ピンチオフ電圧Ｖｐ）を超えるとドレイン電流Ｉｄがほぼゼロとなりほとんど流れなくなる。一方、不良のあるＨＥＭＴでは、図１３に示したように、ゲート電圧Ｖｇがピンチオフ電圧Ｖｐに達してもドレイン電流Ｉｄがほぼゼロとならずに、必要以上の電流が流れてしまう。通常、ＨＥＭＴは、アイドリング電流を流した状態で使用され、例えば送信側の増幅回路（変調器等）では、通常の動作時に例えば図１２，図１３に示したような動作電圧Ｖ１がゲート電圧Ｖｇとして印加される。このような動作電圧Ｖ１が印加された状態では、ドレイン電流Ｉｄの電流値は、図１２の正常なＨＥＭＴと図１３の不良のあるＨＥＭＴとで差が少ない。すなわち、通常の動作時にＨＥＭＴが故障モードに入ったとしても、ドレイン電流Ｉｄの電流値の変化が小さいので、その電流値を監視しただけでは故障の検出が困難である。このため、従来では、故障した状態のＨＥＭＴをそのまま使用してしまうおそれがある。例えば車載用のレーダ装置において運転時の安全性を向上させるためにも、レーダ装置を実動作させる前に故障の有無が判断できることが好ましい。また、ＨＥＭＴが故障モードに入ったとしても、何らかの措置を取ることで、通常と同様の動作をさせることができれば便利である。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高電子移動度トランジスタに特有の故障モードを検出できるようにしたレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるレーダ装置は、送信波を送出すると共に、検出対象物で反射された反射波を受信することによって検出対象物を検出するレーダ装置であって、高電子移動度トランジスタを用いた電子回路を少なくとも１つ備え、その電子回路が、高電子移動度トランジスタに印加するゲート電圧を動作電圧または検査用電圧のいずれかに切り替える切替手段と、検査用電圧を印加したときの高電子移動度トランジスタのドレイン電流の電流値を検出する検出手段と、その検出された電流値と第１の基準値とを比較することにより高電子移動度トランジスタに故障が発生しているか否かを判断する判断手段とを有するものである。
【０００８】
本発明によるレーダ装置では、動作電圧とは別に設定された検査用電圧が高電子移動度トランジスタのゲート電圧として選択的に印加される。また、その検査用電圧を印加したときの高電子移動度トランジスタのドレイン電流の電流値が検出される。その検出された電流値と第１の基準値とを比較することにより高電子移動度トランジスタに故障が発生しているか否かが判断される。このように、通常の動作状態で動作させながら故障の判別を行うような従来の手法とは異なり、故障の判別の際には動作電圧とは別に設定された検査用電圧を使用することで、高電子移動度トランジスタに特有の故障モードの検出ができるようになる。
【０００９】
本発明によるレーダ装置において、切替手段の切り替え制御を行う制御手段をさらに備え、その制御手段が、判断手段によって故障が発生していないと判断された場合には、高電子移動度トランジスタのゲート電圧に動作電圧が印加されるよう、切替手段を制御するようにしても良い。これにより、故障が発生していないことが確認された後、回路が実動作するので、電子回路を実動作させたときの安全性が向上する。
【００１０】
また、本発明によるレーダ装置において、判断手段が、検出された電流値と第２の基準値とを比較し、電流値が第１の基準値を超え、かつ第２の基準値以下であれば、高電子移動度トランジスタに特有の故障モードが発生していると判断するようにしても良い。
また、本発明によるレーダ装置において、高電子移動度トランジスタに直接または間接的に接続された周辺回路をさらに備えていても良い。そして、判断手段が、検出された電流値と第２の基準値とを比較し、電流値が第２の基準値を超えていれば、高電子移動度トランジスタおよび周辺回路に故障が発生していると判断するようにしても良い。
これらの場合において、第２の基準値は例えば、正常な高電子移動度トランジスタが取り得る最大の電流値（Ｉｄｓｓ）に設定される。検出された電流値がＩｄｓｓよりも大きい場合には、高電子移動度トランジスタのみならず、その周辺回路にも故障が発生している可能性があるので、そのような故障状態が検出される。
【００１１】
また、本発明によるレーダ装置において、検査用電圧は例えば、高電子移動度トランジスタのピンチオフ電圧、またはピンチオフ電圧と最大定格電圧との間の電圧に設定される。正常な高電子移動度トランジスタの場合、ピンチオフ電圧では、ドレイン電流Ｉｄがほぼゼロとなりほとんど流れなくなるので、高電子移動度トランジスタに特有の故障モードの検出が容易となる。
【００１２】
本発明によるレーダ装置において、動作電圧は、例えば、高電子移動度トランジスタにおけるゲート電圧に対する相互コンダクタンスの特性曲線の傾きが正となるような第１の電圧領域の電圧である。このような相互コンダクタンスの傾きが正となるような第１の電圧領域の電圧は、通常、例えば反射波を受信する側に設けられたミキサ回路において使用される。
【００１３】
本発明によるレーダ装置において、切替手段は、動作電圧を、第１の電圧領域の電圧と第１の電圧領域とは異なる第２の電圧領域の電圧とに切り替える機能をさらに有していても良い。そして、制御手段が、判断手段によって高電子移動度トランジスタに故障が発生していると判断された場合には、動作電圧として第２の電圧領域の電圧が高電子移動度トランジスタのゲート電圧に印加されるように切替手段を制御するようにしても良い。
この場合、第２の電圧領域は、例えば、高電子移動度トランジスタにおけるゲート電圧に対する相互コンダクタンスの特性曲線の傾きが負となるような領域に設定すると良く、より好ましくは相互コンダクタンスの特性曲線の傾きが負で最大となるような領域に設定すると良い。
これにより、高電子移動度トランジスタに故障が発生した場合であっても、適切に設定された第２の電圧領域の電圧に切り替えて動作させることにより、例えばミキサ回路において高電子移動度トランジスタを用いている場合には、第１の電圧領域の電圧で動作させているときと同様の変換利得を得ることが可能となる。これにより、故障時にも電子回路としての性能低下が防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のレーダ装置によれば、通常の動作状態で動作させながら故障の判別を行うような従来の手法とは異なり、故障の判別の際には動作電圧とは別に設定された検査用電圧をゲート電圧として印加し、そのときのドレイン電流の電流値に基づいて故障の判別を行うようにしたので、通常の動作状態では検出しにくい高電子移動度トランジスタに特有の故障モードの検出ができるようになる。これにより、例えば車載用レーダとして使用した場合において、実動作させる前に故障の有無が判断でき、運転時の安全性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置の一構成例として、パルスレーダ装置を示している。このレーダ装置は、例えば車載用レーダとして使用することができる。
【００１７】
このレーダ装置は、送信用の変調パルス信号５２の発生や受信パルスの解析処理などを行う信号処理部１０と、所定周波数の局部発振波５０を発生する局部発振器１１と、局部発振器１１によって発生された局部発振波５０を送信用の搬送波５１として増幅する送信アンプ１２と、搬送波５１を変調パルス信号５２でパルス変調して送信パルス信号を生成する変調器１３と、送信パルス信号を送信波として放射する送信アンテナ１４とを備えている。このレーダ装置はまた、送信アンテナ１４から電波として送信された送信波のうち、図示しない検出対象物で反射された反射波を受信して受信パルス信号として出力する受信アンテナ２１と、その受信パルス信号を増幅する２段構成の高周波増幅器２２，２３とを備えている。このレーダ装置はまた、増幅された受信パルス信号５３を局部発振器１１からの局部発振波５０で復調するミキサ２４と、復調された受信パルス信号を増幅する中間周波増幅器２５とを備えている。このレーダ装置はまた、装置内の高周波回路部分の故障検出処理などを行う制御回路３１と、故障検出された場合の通知処理を行う異常通知部３２とを備えている。制御回路３１は、図２において後述するように、電流値算出部３１Ａと故障判定部３１Ｂとを有している。
【００１８】
このレーダ装置では、信号処理部１０内のパルス発生回路から、送信用の変調パルス信号５２が出力される。そして、局部発振器１１によって発生され、送信アンプ１２によって増幅された搬送波５１が、変調器１３によって変調パルス信号５２でパルス変調され、送信パルス信号が生成される。その送信パルス信号が、送信アンテナ１４から電波の送信波として図示しない検出対象物に向けて放射される。受信アンテナ２１では、図示しない検出対象物で反射された反射波を受信して受信パルス信号として出力する。受信パルス信号は、高周波増幅器２２，２３、ミキサ２４および中間周波増幅器２５で復調処理および増幅処理された後、信号処理部１０に入力される。信号処理部１０では、受信パルス信号を解析して、検出対象物を検知し、検出対象物との距離を算出する。具体的には、送信パルス信号を送信したタイミングと受信パルス信号を検出したタイミングとの時間差から、検出対象物までの伝搬往復時間を算出し、その伝搬往復時間に光速を乗算することで、このレーダ装置と検出対象物との往復距離を算出することができる。
【００１９】
ここで、このレーダ装置において、局部発振器１１、送信アンプ１２、および変調器１３、ならびに高周波増幅器２２，２３、およびミキサ２４はそれぞれ、ＨＥＭＴを用いた高周波回路部分となっている。そのそれぞれの高周波回路部分が、本発明における「電子回路」の一構成要素となっている。本実施の形態において、各高周波回路部分が、本発明における「電子回路」の一具体例に対応する。
【００２０】
図２は、本実施の形態に係るレーダ装置における電子回路の一例として、変調器１３の具体的な構成例を示している。この変調器１３は、ＨＥＭＴからなるトランジスタＴ１を有している。この変調器１３はまた、キャパシタＣ１、キャパシタＣ２、キャパシタＣ３、インダクタＬ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、検出用抵抗素子Ｒ３、ゲート電圧切替部４１、整合回路４２、および電圧測定回路４３を有している。
【００２１】
キャパシタＣ２およびインダクタＬ１の一端は、トランジスタＴ１のゲート電極に接続されている。キャパシタＣ１の一端はインダクタＬ１の他端に接続され、他端は接地されている。送信アンプ１２によって増幅された搬送波５１は、キャパシタＣ２を介してトランジスタＴ１のゲート電極に入力される。インダクタＬ１およびキャパシタＣ１は、ゲート電圧Ｖｇを与える電源系統に交流成分が流入するのを阻止するフィルタとして機能している。ゲート電圧切替部４１は、印加するゲート電圧Ｖｇを動作電圧Ｖ１（例えば−０．２Ｖ）または検査用電圧Ｖ２（例えば−１Ｖ）のいずれかに切り替えスイッチである。ゲート電圧切替部４１の切り替え制御は制御回路３１によって行われる。ゲート電圧切替部４１のスイッチとしての共通端子４１Ｃは、インダクタＬ１を介してトランジスタＴ１のゲート電極に接続されている。ゲート電圧切替部４１のスイッチとしての一方の切替端子４１Ａは動作電圧Ｖ１を与える電源に抵抗Ｒ２を介して接続され、他方の切替端子４１Ｂは検査用電圧Ｖ２を与える電源に接続されている。ゲート電圧切替部４１の一方の切替端子４１Ａはまた、抵抗Ｒ１の一端に接続されている。信号処理部１０からの変調パルス信号５２は、抵抗Ｒ１を介してゲート電圧切替部４１の一方の切替端子４１Ａ側から入力される。
【００２２】
キャパシタＣ３および整合回路４２は、トランジスタＴ１のドレイン電極側に設けられている。送信パルス信号は、キャパシタＣ３および整合回路４２を介してトランジスタＴ１のドレイン電極側から出力される。
【００２３】
検出用抵抗素子Ｒ３は、トランジスタＴ１のドレイン電極とそのドレイン電極にドレイン電圧Ｖｄを与える電源との間に設けられている。電圧測定回路４３は、検出用抵抗素子Ｒ３の両端の電圧を測定するものである。制御回路３１の電流値算出部３１Ａは、電圧測定回路４３で測定された電圧値から、トランジスタＴ１のドレイン電流Ｉｄの電流値を算出するようになっている。その電流値は、検出用抵抗素子Ｒ３の両端に現れる電圧値を検出用抵抗素子Ｒ３の抵抗値で割った商の値で求めることができる。制御回路３１の故障判定部３１Ｂは、その電流値に基づいてトランジスタＴ１に故障があるか否かを判断するようになっている。なお、故障の具体的な判断方法は図３を用いて後述する。
【００２４】
制御回路３１はそのほかにも、ゲート電圧切替部４１の切り替え制御や、異常通知部３２の制御を行う機能を有している。異常通知部３２は、例えば異常が生じた旨を表示する表示手段や異常が生じた旨を警告音で知らせる音声出力手段で構成され、制御回路３１の制御に基づいて、異常が生じた場合には異常が生じた旨を適宜、外部に通知する。
【００２５】
なお、変調器１３以外の高周波回路部分についても同様に、検出用抵抗素子Ｒ３および電圧測定回路４３を有している。制御回路３１は、変調器１３以外の高周波回路部分についても同様に、ドレイン電流Ｉｄの電流値に基づいて故障の判断を行うようになっている。
【００２６】
ここで、本実施の形態において、ゲート電圧切替部４１が、本発明における「切替手段」の一具体例に対応する。また、検出用抵抗素子Ｒ３、電圧測定回路４３、および電流値算出部３１Ａが、本発明における「検出手段」の一具体例に対応する。また、故障判定部３１Ｂが、本発明における「判断手段」の一具体例に対応する。また、制御回路３１が本発明における「制御手段」の一具体例に対応する。
【００２７】
次に、このレーダ装置における故障検出に関する動作を説明する。
図３は、故障検出処理の一例を示している。このレーダ装置は、装置の動作モードとして、通常動作モードと検査モードとを有している。なお以下では、説明を簡略化するため図２の変調器１３を検査するモードについて説明するが、その他の回路部分についても同様である。その他の高周波回路部分についても、同様にして順次故障の判断が行われる。制御回路３１は、すべての高周波回路部分について故障が無いと判断されれば、装置全体の動作状態を通常動作モードに設定して通常動作モードに移行する。
【００２８】
電源投入が行われると（ステップＳ１）、制御回路３１は、電源投入時の初期動作として装置の動作状態を検査モードに設定する（ステップＳ２：Ｙ）。なお、電源投入時の初期動作として検査モードに入る場合に限らず、任意のタイミングで検査モードに入れるようにしても良い。例えば検査モードに入る指示を行う操作部を備え、使用者の指示に応じて任意のタイミングで検査モードに入るようにしても良い。この場合、制御回路３１は、検査モードに入る指示がなければ（ステップＳ２：Ｎ）、装置の動作状態を通常動作モードに設定して通常動作モードに移行する（ステップＳ１０）。通常動作モードでは、制御回路３１は、ゲート電圧切替部４１を制御してトランジスタＴ１に印加するゲート電圧Ｖｇが動作電圧Ｖ１となるように設定する。通常動作モードでの動作電圧Ｖ１は、例えば図１２に示したように、例えば−０．２Ｖ〜−０．４Ｖ程度に設定される。
【００２９】
一方、検査モードに入ると、制御回路３１は、ゲート電圧切替部４１を制御してトランジスタＴ１に印加するゲート電圧Ｖｇが検査用電圧Ｖ２となるように設定する（ステップＳ３）。検査用電圧Ｖ２は、例えば図１２に示したように、トランジスタＴ１のピンチオフ電圧Ｖｐ、またはピンチオフ電圧Ｖｐと最大定格電圧（例えば−３Ｖ）との間の電圧に設定される。検査用電圧Ｖ２をこのような値に設定にするのは、図１３に示したようなトランジスタＴ１の故障モードの検出を行いやすくするためである。ゲート電圧Ｖｇの絶対値がピンチオフ電圧Ｖｐよりも大きいときには、トランジスタＴ１が正常であれば図１２に示したようにドレイン電流Ｉｄの電流値が所定値（例えば１ｍＡ程度）よりも小さくなる。一方、同様の検査用電圧Ｖ２を与えたときに図１３に示したような故障モードであれば所定値を超えるドレイン電流Ｉｄが流れる。このようなドレイン電流Ｉｄが流れると検出用抵抗素子Ｒ３の両端には電圧降下が生じるので、故障モードの判別が容易に行える。
【００３０】
制御回路３１は、上記した検査用電圧Ｖ２が印加されたときのドレイン電流Ｉｄの電流値を検出する（ステップＳ４）。具体的には、検査用電圧Ｖ２が印加されたときの検出用抵抗素子Ｒ３の両端の電圧が電圧測定回路４３で測定され、制御回路３１の電流値算出部３１Ａが、その電圧値から、ドレイン電流Ｉｄの電流値を算出する。次に、制御回路３１の故障判定部３１Ｂは、その検出された電流値が所定の値（第１の基準値）を超えているか否かを判断する（ステップＳ５）。ここでいう「第１の基準値」は、上記したようにゲート電圧Ｖｇがピンチオフ電圧Ｖｐであるときに正常なトランジスタＴ１に流れる上限の値（例えば１ｍＡ）に設定すると良い。制御回路３１の故障判定部３１Ｂによってドレイン電流Ｉｄの電流値が第１の基準値以下であると判断された場合（ステップＳ５：Ｎ）には、制御回路３１は、装置の動作状態を通常動作モードに設定して通常動作モードに移行する（ステップＳ１０）。この場合、制御回路３１は、ゲート電圧切替部４１を制御してトランジスタＴ１に印加するゲート電圧Ｖｇが動作電圧Ｖ１となるように設定する。
【００３１】
ドレイン電流Ｉｄとして第１の基準値を超える電流値が検出された場合（ステップＳ５：Ｙ）には、制御回路３１の故障判定部３１Ｂは、さらに、その電流値を第２の基準値と比較する（ステップＳ６）。ここでいう「第２の基準値」は、正常なトランジスタＴ１が取り得る最大の電流値（Ｉｄｓｓ、ゲート電圧Ｖｇをゼロにしたときのドレイン電流Ｉｄの値）に設定すると良い（図１２参照）。制御回路３１の故障判定部３１Ｂは、検出された電流値と第２の基準値とを比較し、電流値が第１の基準値を超え、かつ第２の基準値以下であれば（ステップＳ６：Ｙ）、トランジスタＴ１に特有の故障モードが発生し、トランジスタＴ１自身の不良であると判断する（ステップＳ７）。そして、制御回路３１は、異常通知部３２を制御して、そのような異常が生じた旨を表示したり警告音を発生するなどして、異常が生じた旨を適宜、外部に通知する。
【００３２】
また、制御回路３１の故障判定部３１Ｂは、検出された電流値が第１の基準値を超え、さらに第２の基準値をも超えていた場合（ステップＳ６：Ｎ）には、トランジスタＴ１のゲートがドレイン電流Ｉｄを全く制御できていない状態であるので、トランジスタＴ１のみならず、トランジスタＴ１に直接または間接的に接続された周辺回路部分にも故障が発生している可能性があると判断する（ステップＳ９）。そして、制御回路３１は、異常通知部３２を制御して、そのような異常が生じた旨を表示したり警告音を発生するなどして、異常が生じた旨を適宜、外部に通知する。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態によるレーダ装置によれば、通常の動作状態で動作させながら故障の判別を行うような従来の手法とは異なり、故障の判別の際には動作電圧Ｖ１とは別に設定された検査用電圧Ｖ２をゲート電圧Ｖｇとして印加し、そのときのドレイン電流Ｉｄの電流値に基づいて故障の判別を行うようにしたので、通常の動作状態では検出しにくい高電子移動度トランジスタ（トランジスタＴ１）に特有の故障モードの検出ができるようになる。これにより、例えば車載用レーダとして使用した場合において、実動作させる前に故障の有無が判断でき、運転時の安全性を向上させることができる。
【００３４】
図４は、このレーダ装置において、変調器１３から正常に出力された理想的な送信パルス信号の一例を示している。一方、図５は、変調器１３のトランジスタＴ１に故障がある場合の送信パルス信号の一例を示している。横軸は時間、縦軸は出力値を示す。正常に出力された送信パルス信号は、図４に示したように、パルスのオン期間Ｔ１とオフ期間Ｔ２とで出力値が明確に判別できる。一方、トランジスタＴ１に故障が生じた場合（例えば図１３に示したような故障モードが生じた場合）には、図５に示したように、パルスのオン期間Ｔ１の出力値が低下するほか、オフ期間Ｔ２にも出力値が生ずるようになる。このように、送信側の高周波回路部分に故障が生じ、図５に示したような送信パルス信号が送信波として出力されると、受信側ではそのパルスの判別ができなくなり、レーダ装置として正常に機能しなくなるおそれがある。また、送信側の高周波回路部分に故障がなくとも、受信側の高周波回路部分に故障が生じた場合には、ゲインの低下が起きるなどしてやはり、レーダ装置として正常に機能しなくなるおそれがある。本実施の形態では、従来では検出が困難であった故障を未然に検出することができるので、例えば車載用のレーダ装置に適用した場合において運転時の安全性を向上させることができる。
［第２の実施の形態］
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。なお、上記第１の実施の形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３６】
図６は、本実施の形態に係るレーダ装置における電子回路の一構成例を示している。上記第１の実施の形態では、ＨＥＭＴを用いた電子回路の一例として、送信側の変調器１３の構成例（図２）を示したが、図６は、ＨＥＭＴを用いた電子回路の一例として受信側のミキサ２４の具体的な構成例を示している。なお、本実施の形態に係るレーダ装置の全体構成は、図１と同様である。
【００３７】
ミキサ２４は、図２に示した変調器１３と同様、ＨＥＭＴからなるトランジスタＴ１１を有している。このミキサ２４はまた、変調器１３と同様、ゲート電圧切替部４１、および電圧測定回路４３を有している。このミキサ２４はまた、キャパシタＣ１１、キャパシタＣ１２、キャパシタＣ１３、インダクタＬ１１、抵抗Ｒ１１、検出用抵抗素子Ｒ１３、整合回路１４２を有している。これらは、変調器１３におけるキャパシタＣ１、キャパシタＣ２、キャパシタＣ３、インダクタＬ１、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、検出用抵抗素子Ｒ３、整合回路４２と同様の機能を有している。ただし、検出用抵抗素子Ｒ１３は、ドレイン電流制限用の抵抗素子としての機能を兼ねている。
【００３８】
ミキサ２４はさらに、動作電圧切替部６１を有している。動作電圧切替部６１は、変調器１３における動作電圧Ｖ１に代えて、トランジスタＴ１１に印加するゲート電圧Ｖｇを第１の動作電圧Ｖ１１と第２の動作電圧Ｖ１２とに切り替えるためにスイッチである。なお、第１の動作電圧Ｖ１１は、トランジスタＴ１１に故障がない場合の通常の動作電圧として印加されるものであり、後述の第１の電圧領域の電圧（例えば−０．６Ｖ）に対応する。第２の動作電圧Ｖ１２は、トランジスタＴ１１に故障がある場合の動作電圧として印加されるものであり、後述の第２の電圧領域の電圧（例えば−０．２５Ｖ）に対応する。
【００３９】
動作電圧切替部６１の切り替え制御は、ゲート電圧切替部４１と同様、制御回路３１によって行われる。動作電圧切替部６１のスイッチとしての共通端子６１Ｃは、ゲート電圧切替部４１およびインダクタＬ１１を介してトランジスタＴ１１のゲート電極に接続されている。動作電圧切替部６１の共通端子６１Ｃはまた、抵抗Ｒ１１の一端に接続されている。動作電圧切替部６１のスイッチとしての一方の切替端子５１Ａは第１の動作電圧Ｖ１１を与える電源に抵抗Ｒ１４を介して接続され、他方の切替端子５１Ｂは第２の動作電圧Ｖ１２を与える電源に抵抗Ｒ１２を介して接続されている。
【００４０】
本実施の形態において、ゲート電圧切替部４１と動作電圧切替部６１とが、本発明における「切替手段」の一具体例に対応する。なお、図６では、切替手段を、ゲート電圧切替部４１と動作電圧切替部６１とに分けて別々に設けているが、これらは１つの切替部として統合されていても良い。
【００４１】
このミキサ２４では、図１の高周波増幅器２２，２３によって増幅された受信パルス信号５３が、抵抗Ｒ１１を介してゲート電圧切替部４１の一方の切替端子４１Ａ側からトランジスタＴ１１のゲート電極に入力される。また、局部発振器１１からの局部発振波５０が、キャパシタＣ１２を介してトランジスタＴ１１のゲート電極に入力される。
【００４２】
図７は、このミキサ２４における動作電圧の切替処理を示している。
このミキサ２４では、電源投入が行われると（ステップＳ１１）、制御回路３１によって、上記第１の実施の形態と同様にしてトランジスタＴ１１の故障の有無が判断される。制御回路３１は、トランジスタＴ１１に故障（不良）がないと判断された場合（ステップＳ２：Ｎ）には、ゲート電圧切替部４１および動作電圧切替部６１を切り替え制御してトランジスタＴ１１のゲート電圧Ｖｇとして第１の動作電圧Ｖ１１が印加されるようにする。以後、ミキサ２４は、第１の動作電圧Ｖ１１で動作する（ステップＳ１３）。一方、トランジスタＴ１１に故障（不良）がある判断された場合（ステップＳ２：Ｙ）には、制御回路３１は、ゲート電圧切替部４１および動作電圧切替部６１を切り替え制御してトランジスタＴ１１のゲート電圧Ｖｇとして第２の動作電圧Ｖ１２が印加されるようにする（ステップＳ１４）と共に、異常通知部３２を制御して、トランジスタＴ１１に異常が生じた旨を表示したり警告音を発生するなどして、異常が生じた旨を適宜、外部に通知する（ステップＳ１５）。以後、ミキサ２４は、第２の動作電圧Ｖ１２で動作する（ステップＳ１６）。このようにして、トランジスタＴ１１に故障が発生した場合であっても、後述するように適切に設定された第２の動作電圧Ｖ１２に切り替えて動作させることにより通常の動作電圧である第１の動作電圧Ｖ１１で動作させているときと同様の変換利得を得ることが可能となる。これにより、故障時にも電子回路としての性能低下が防止される。
【００４３】
次に、第１の動作電圧Ｖ１１および第２の動作電圧Ｖ１２の詳細を説明する。
図８は、ドレイン電流制限用の抵抗（図６の検出用抵抗素子Ｒ１３）が設けられている場合において、トランジスタＴ１１が正常である場合の各抵抗値ごとのゲート電圧Ｖｇに対するドレイン電流Ｉｄの特性例（Ｖｇ−Ｉｄ特性）を示している。また、図９は、ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタＴ１１が正常である場合の各抵抗値ごとのゲート電圧Ｖｇに対する相互コンダクタンスＧｍの特性例（すなわちＶｇ−Ｉｄ特性の傾き）を示している。なお、符号８１を付した特性曲線が制限用抵抗の値が最も小さい場合であり、符号８２，８３，８４を付した順に、制限用抵抗の値が大きい場合の特性を示している。また、図１１は、ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタＴ１１が正常である場合の各抵抗値ごとのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓに対する変換利得ＣＧ（コンバージョンゲイン、相互コンダクタンスＧｍの特性曲線の傾きの大きさに相当する）の特性例を示している。
【００４４】
受信側のミキサ２４では、ゲート電圧の変化に対して相互コンダクタンスＧｍの変化が大きいほど、大きい変換利得ＣＧを得ることができる（図９および図１１参照）。一方、相互コンダクタンスＧｍの変化が大きい領域としては、図９に示したように、２つの領域１，２がある。領域１（第１の電圧領域）は、相互コンダクタンスＧｍの特性曲線の傾きが正の領域であり、好ましくは相互コンダクタンスＧｍの特性曲線の傾きが正で最大となる領域（図９において、相互コンダクタンスＧｍが略直線的に変化している部分（補助線９１Ａ，９１Ｂで挟まれている領域）が実質的に傾きが最大の領域となる）である。また領域２（第２の電圧領域）は、相互コンダクタンスＧｍの特性曲線の傾きが負の領域であり、好ましくは相互コンダクタンスＧｍの特性曲線の傾きが負で最大となる領域（図９において、相互コンダクタンスＧｍが略直線的に変化している部分（補助線９２Ａ，９２Ｂで挟まれている領域）が実質的に傾きが最大の領域となる）である。この場合、図８および図９を対応させてみると明らかなように、傾きが正で最大となる領域１の方が、ドレイン電流Ｉｄが小さい。すなわち、領域１で動作させることにより、小さい消費電力で大きい変換利得ＣＧを得ることができる。このため、通常のミキサでは、領域１を動作電圧として用いている。また、消費電力をより小さくするため、ピンチオフ電圧Ｖｐに近い非線形部分の領域を動作電圧として用いている。本実施の形態のミキサ２４においても、この領域１の電圧を第１の動作電圧Ｖ１１として用いている。
【００４５】
ここで、領域１は、ピンチオフ電圧Ｖｐに近い領域であるため、トランジスタＴ１１に故障が生じて図１３に示したような状態になると、利得が大幅に低下してしまう。トランジスタＴ１１に故障が生じると、ピンチオフ電圧Ｖｐの減少と動作電圧でのドレイン電流Ｉｄの増加との２つの変化が起きる。このような変化が起きると、その動作領域での相互コンダクタンスＧｍの変化が少なくなりミキサとしての変換利得が取れず、受信機では感度の低下という機器全体の性能低下につながることになる。
【００４６】
図１０は、ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタＴ１１に故障がある場合のゲート電圧Ｖｇに対する相互コンダクタンスＧｍの特性例を示している。例えば図９の符号８３を付した特性が、図１０に示したように変化する。図１０から分かるように、領域１に対応する部分では相互コンダクタンスＧｍの変化が少なくなる（正常な場合に対して特性が変わる）。一方、領域２では、相互コンダクタンスＧｍの変化は大きいままである（正常な場合に対して特性の変化が少ない）。このため、トランジスタＴ１１に故障があったとしても、領域２で動作させてやれば、消費電流は大きくなるものの、ミキサとして必要とされる変換利得が十分得られる。本実施の形態のミキサ２４では、この領域２の電圧を第２の動作電圧Ｖ１２として用いている。
【００４７】
以上説明したように、本実施の形態によるレーダ装置によれば、トランジスタＴ１１に故障が発生した場合であっても、適切に設定された第２の電圧領域の電圧Ｖ１２に切り替えて動作させるようにしたので、第１の電圧領域の電圧Ｖ１１で動作させているときと同様の変換利得を得ることが可能となり、故障時にも電子回路としての性能低下が防止される。
［その他の実施の形態］
【００４８】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、本発明はパルス変調方式のレーダ装置に限らず、他の方式であっても適用可能である。例えばＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式のレーダ装置にも適用可能である。ＦＭ−ＣＷレーダでは、周波数変調された連続波を送信し、検出対象物で反射された信号を受信して送信信号と合成することでビート信号を生成し、そのビート信号を解析することで検出対象物との相対距離および相対速度を検出する。
【００４９】
また、上記各実施の形態では、１つの高電子移動度トランジスタを用いた電子回路について説明したが、本発明は、高電子移動度トランジスタを複数用いた電子回路にも適用可能である。この場合、複数の高電子移動度トランジスタのそれぞれに対して上記実施の形態と同様の故障検出の処理を行えば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るレーダ装置における電子回路の一構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における故障検出の処理を説明する流れ図である。
【図４】正常な送信パルス信号の一例を示す波形図である。
【図５】異常がある場合の送信パルス信号の一例を示す波形図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るレーダ装置における電子回路の一構成例を示す回路図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における動作電圧の切替処理を説明する流れ図である。
【図８】ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタが正常である場合の各抵抗値ごとのゲート電圧Ｖｇ対ドレイン電流Ｉｄの特性例を示す特性図である。
【図９】ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタが正常である場合の各抵抗値ごとのゲート電圧Ｖｇ対相互コンダクタンスＧｍの特性例を示す特性図である。
【図１０】ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタに故障がある場合のゲート電圧Ｖｇ対相互コンダクタンスＧｍの特性例を示す特性図である。
【図１１】ドレイン電流制限用の抵抗が設けられている場合において、トランジスタが正常である場合の各抵抗値ごとのゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ対変換利得ＣＧの特性例を示す特性図である。
【図１２】トランジスタが正常である場合のゲート電圧Ｖｇ対ドレイン電流Ｉｄの特性例を示す特性図である。
【図１３】トランジスタに故障がある場合のゲート電圧Ｖｇ対ドレイン電流Ｉｄの特性例を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…信号処理部、１１…局部発振器、１２…送信アンプ、１３…変調器、１４…送信アンテナ、２１…受信アンテナ、２２，２３…高周波増幅器、２４…ミキサ、２５…中間周波増幅器、３１…制御回路、３２…異常通知部、４１…ゲート電圧切替部、４２…整合回路、４３…電圧測定回路、５０…局部発振波、５１…搬送波、５２…変調パルス信号、５３…受信パルス信号、６１…動作電圧切替部、Ｒ３…検出用抵抗素子、Ｔ１，Ｔ１１…トランジスタ（ＨＥＭＴ）、Ｖ１…動作電圧、Ｖ２…検査用電圧、Ｖ１１…第１の動作電圧（第１の電圧領域の電圧）、Ｖ１２…第２の動作電圧（第２の電圧領域の電圧）。
【図１】
2008209382.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年7月10日(2008.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記切替手段の切り替え制御を行う制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記判断手段によって故障が発生していないと判断された場合には、前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧として前記動作電圧が印加されるよう、前記切替手段を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
前記切替手段は、前記動作電圧を、前記第１の電圧領域の電圧と前記第１の電圧領域とは異なる第２の電圧領域の電圧とに切り替える機能をさらに有し、
前記制御手段は、前記判断手段によって前記高電子移動度トランジスタに故障が発生していると判断された場合には、前記動作電圧として前記第２の電圧領域の電圧が前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧として印加されるように前記切替手段を制御する
ことを特徴とする請求項６に記載のレーダ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
動作電圧切替部６１の切り替え制御は、ゲート電圧切替部４１と同様、制御回路３１によって行われる。動作電圧切替部６１のスイッチとしての共通端子６１Ｃは、ゲート電圧切替部４１およびインダクタＬ１１を介してトランジスタＴ１１のゲート電極に接続されている。動作電圧切替部６１の共通端子６１Ｃはまた、抵抗Ｒ１１の一端に接続されている。動作電圧切替部６１のスイッチとしての一方の切替端子６１Ａは第１の動作電圧Ｖ１１を与える電源に抵抗Ｒ１４を介して接続され、他方の切替端子６１Ｂは第２の動作電圧Ｖ１２を与える電源に抵抗Ｒ１２を介して接続されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
図７は、このミキサ２４における動作電圧の切替処理を示している。
このミキサ２４では、電源投入が行われると（ステップＳ１１）、制御回路３１によって、上記第１の実施の形態と同様にしてトランジスタＴ１１の故障の有無が判断される。制御回路３１は、トランジスタＴ１１に故障（不良）がないと判断された場合（ステップＳ１２：Ｎ）には、ゲート電圧切替部４１および動作電圧切替部６１を切り替え制御してトランジスタＴ１１のゲート電圧Ｖｇとして第１の動作電圧Ｖ１１が印加されるようにする。以後、ミキサ２４は、第１の動作電圧Ｖ１１で動作する（ステップＳ１３）。一方、トランジスタＴ１１に故障（不良）がある判断された場合（ステップＳ１２：Ｙ）には、制御回路３１は、ゲート電圧切替部４１および動作電圧切替部６１を切り替え制御してトランジスタＴ１１のゲート電圧Ｖｇとして第２の動作電圧Ｖ１２が印加されるようにする（ステップＳ１４）と共に、異常通知部３２を制御して、トランジスタＴ１１に異常が生じた旨を表示したり警告音を発生するなどして、異常が生じた旨を適宜、外部に通知する（ステップＳ１５）。以後、ミキサ２４は、第２の動作電圧Ｖ１２で動作する（ステップＳ１６）。このようにして、トランジスタＴ１１に故障が発生した場合であっても、後述するように適切に設定された第２の動作電圧Ｖ１２に切り替えて動作させることにより通常の動作電圧である第１の動作電圧Ｖ１１で動作させているときと同様の変換利得を得ることが可能となる。これにより、故障時にも電子回路としての性能低下が防止される。