(57)【要約】【課題】能動素子の非線形成分に起因した虚像信号を抑制したスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置を提供する。【解決手段】スペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置（逆拡散変調部１３３）は、（ａ）結合線路（線路１６２ａ，１６２ｂ）と結合線路（線路１６２ｃ，１６２ｄ）とから構成され、不平衡信号として入力した受信信号を一対の平衡信号に変換する不平衡平衡変換回路１６２と、（ｂ）１以上のトランジスタから構成されるスイッチ回路（トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４）を有し、擬似雑音符号と同一の符号系列の擬似雑音符号が差動信号として入力し、不平衡平衡変換回路１６２から出力された一対の平衡信号が入力し、差動信号として入力した擬似雑音符号を使用して、一対の平衡信号をスイッチ回路によって逆拡散するバランス型逆拡散回路１６１とが同一の半導体基板上に形成されている。【選択図】図５
2008145424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
擬似雑音符号を使用して生成した広帯域信号を探知用電波として送信し、物体に反射されて返ってきた前記探知用電波の反射波を受信し、前記擬似雑音符号を使用して前記探知用電波の反射波から前記物体を検出するスペクトル拡散型レーダ装置に実装されるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置であって、
第１の結合線路と第２の結合線路とから構成され、前記探知用電波の反射波に由来する受信信号を不平衡信号として前記第１の結合線路と前記第２の結合線路とに入力し、入力した受信信号を一対の平衡信号に変換し、変換して得られた一対の平衡信号を前記第１の結合線路と前記第２の結合線路とから出力する不平衡平衡変換回路と、
１以上のトランジスタから構成されるスイッチ回路を有し、前記擬似雑音符号と同一の符号系列の擬似雑音符号が差動信号として入力し、前記不平衡平衡変換回路から出力された一対の平衡信号が入力し、差動信号として入力した擬似雑音符号を使用して、前記一対の平衡信号を前記スイッチ回路によって逆拡散し、逆拡散して得られた差動信号を出力信号として出力するバランス型逆拡散回路と
が同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とするスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、少なくとも、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、第４のトランジスタから構成され、
前記差動信号として入力する擬似雑音符号のうち、第１の信号が入力される第１の信号入力端子に、第１のトランジスタの第１の端子と第４のトランジスタの第１の端子とが接続され、第２の信号が入力される第２の信号入力端子に、第２のトランジスタの第１の端子と第３のトランジスタの第１の端子が接続され、
前記一対の平衡信号のうち、正信号が入力される正信号入力端子に、第１のトランジスタの第２の端子と第２のトランジスタの第２の端子とが接続され、前記一対の平衡信号のうち、負信号が入力される負信号入力端子に、第３のトランジスタの第２の端子と第４のトランジスタの第２の端子とが接続され、
前記出力信号として出力する差動信号のうち、第１の信号が出力される第１の信号出力端子に、第１のトランジスタの第３の端子と第３のトランジスタの第３の端子とが接続され、第２の信号が出力される第２の信号出力端子に、第２のトランジスタの第３の端子と第４のトランジスタの第３の端子とが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項３】
前記第１の結合線路は、互いに並行し、電磁的に結合する第１の線路と第２の線路とからなり、
前記第２の結合線路は、互いに並行し、電磁的に結合する第３の線路と第４の線路とからなり、
前記第２の線路の一端と前記第４の線路の一端とが接続され、一本の線路を形成し、
前記第２の線路の他端に前記受信信号が入力され、
前記不平衡平衡変換回路は、
前記第１の線路の一端に接続され、前記正信号を出力する正信号出力端子と、前記第３の線路の一端に接続され、前記負信号を出力する負信号出力端子とを有し、前記第１の線路の他端である第１の終端部と、前記第３の線路の他端である第２の終端部とが高周波的に接地されており、所定の直流電流を供給する直流電源回路が前記第１の終端部と前記第２の終端部とに接続され、前記正信号出力端子を通して前記正信号入力端子に電流を供給し、前記負信号出力端子を通して前記負信号入力端子に電流を供給する
ことを特徴とする請求項２に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項４】
前記トランジスタは、前記第１の端子をベースとし、前記第２の端子をエミッタとし、前記第３の端子をコレクタとするバイポーラトランジスタである
ことを特徴とする請求項２に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項５】
前記トランジスタは、前記第１の端子をゲートとし、前記第２の端子をソースとし、前記第３の端子をドレインとする電界効果トランジスタである
ことを特徴とする請求項２に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項６】
差動増幅器を介して前記不平衡平衡変換回路と前記バランス型逆拡散回路とが接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項７】
差動増幅器を介して前記不平衡平衡変換回路と前記バランス型逆拡散回路とが接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項８】
差動増幅器を介して前記不平衡平衡変換回路と前記バランス型逆拡散回路とが接続されている
ことを特徴とする請求項３に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置。
【請求項９】
狭帯域信号を発生させる信号源と、
擬似雑音符号を発生させる擬似雑音符号発生手段と、
前記擬似雑音符号発生手段において発生させた擬似雑音符号を使用して、前記信号源において発生させた狭帯域信号を広帯域信号に拡散変調する拡散変調手段と、
前記拡散変調手段において拡散変調されて得られた広帯域信号を探知用電波として送信する送信手段と、
所定の物体に反射されて返ってくる前記探知用電波の反射波を受信信号として受信する受信手段と、
前記擬似雑音符号発生手段において発生させた擬似雑音符号と同一の擬似雑音符号を使用して前記受信信号を狭帯域信号に逆拡散変調する逆拡散変調手段と、
前記逆拡散変調手段において逆拡散変調されて得られた狭帯域信号の特定の周波数成分から前記物体の特性を特定する信号処理手段と
を備え、
請求項１に記載のスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置が前記逆拡散変調手段に使用されている
ことを特徴とするスペクトル拡散型レーダ装置。
【請求項１０】
前記スイッチ回路は、少なくとも、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、第４のトランジスタから構成され、
前記差動信号として入力する擬似雑音符号のうち、第１の信号が入力される第１の信号入力端子に、第１のトランジスタの第１の端子と第４のトランジスタの第１の端子とが接続され、第２の信号が入力される第２の信号入力端子に、第２のトランジスタの第１の端子と第３のトランジスタの第１の端子が接続され、
前記一対の平衡信号のうち、正信号が入力される正信号入力端子に、第１のトランジスタの第２の端子と第２のトランジスタの第２の端子とが接続され、前記一対の平衡信号のうち、負信号が入力される負信号入力端子に、第３のトランジスタの第２の端子と第４のトランジスタの第２の端子とが接続され、
前記出力信号として出力する差動信号のうち、第１の信号が出力される第１の信号出力端子に、第１のトランジスタの第３の端子と第３のトランジスタの第３の端子とが接続され、第２の信号が出力される第２の信号出力端子に、第２のトランジスタの第３の端子と第４のトランジスタの第３の端子とが接続されている
ことを特徴とする請求項９に記載のスペクトル拡散型レーダ装置。
【請求項１１】
前記第１の結合線路は、互いに並行し、電磁的に結合する第１の線路と第２の線路とからなり、
前記第２の結合線路は、互いに並行し、電磁的に結合する第３の線路と第４の線路とからなり、
前記第２の線路の一端と前記第４の線路の一端とが接続され、一本の線路を形成し、
前記第２の線路の他端に前記受信信号が入力され、
前記不平衡平衡変換回路は、
前記第１の線路の一端に接続され、前記正信号を出力する正信号出力端子と、前記第３の線路の一端に接続され、前記負信号を出力する負信号出力端子とを有し、前記第１の線路の他端である第１の終端部と、前記第３の線路の他端である第２の終端部とが高周波的に接地されており、所定の直流電流を供給する直流電源回路が前記第１の終端部と前記第２の終端部とに接続され、前記正信号出力端子を通して前記正信号入力端子に電流を供給し、前記負信号出力端子を通して前記負信号入力端子に電流を供給する
ことを特徴とする請求項１０に記載のスペクトル拡散型レーダ装置。
【請求項１２】
差動増幅器を介して前記不平衡平衡変換回路と前記バランス型逆拡散回路とが接続されている
ことを特徴とする請求項１１に記載のスペクトル拡散型レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトル拡散方式を利用したレーダ装置に実装されるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置に関し、特に、能動素子の非線形成分に起因した虚像信号を抑制したスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車にレーダ装置が搭載され、先行車両や後方障害物などの検出に利用されている。これによって、衝突回避などの安全性向上、後退発車支援に代表される運転利便性向上など、大きな成果が齎されている。これに伴い、自動車に搭載されるレーダ装置（以下、車載レーダ装置と呼称する。）に関する技術が色々と提案されている。その一例として、スペクトル拡散方式を利用したレーダ装置（以下、スペクトル拡散型レーダ装置と呼称する。）などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば、車載レーダ装置において、他の車両に搭載された同種のレーダ装置から送信される電波の影響を抑えることは非常に重要である。これに対して、スペクトル拡散型レーダ装置から送信された電波は、異なる符号系列を使用するレーダ装置や他方式のレーダ装置では受信機内で抑圧される。このように、スペクトル拡散型レーダ装置は、他のレーダ装置に与える影響が小さい。また、他のレーダ装置や同じ周波数帯を利用する無線通信装置などから電波が送信されている場合においても、スペクトル拡散型レーダ装置は、このような不要な電波が物体探知能力に対して大きな障害にならない。
【０００４】
これは、スペクトル拡散型レーダ装置では、擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号と呼称する。）を使用して広帯域に亘って周波数拡散された電波が送信されるためである。また、電波が広帯域に亘って周波数拡散されるので、単位周波数あたりの電力を小さくすることができ、他のレーダ装置に与える影響を小さくすることができる。さらに、ＰＮ符号のチップ・レートと符号周期とを調整することで、距離分解能と最大探知距離との関係を自由に設定することができ、電波を連続的に送信することができるので、ピーク電力が大きくなるということが起こらない。
【０００５】
図１は、従来の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置の構成を示す図である。図１に示すスペクトル拡散型レーダ装置は、クロック信号発生部１１と、ＰＮ符号発生部１２と、符号遅延部１３と、信号源２１と、拡散変調部２２と、送信部２３と、送信アンテナ２４と、受信アンテナ３１と、受信部３２と、逆拡散変調部３３と、信号処理部３４とを備える。図１に示されるように、ここでは、一例として、スペクトル拡散型レーダ装置１０では、ＰＮ符号としてＭ系列符号が使用されているとする。単一のピークを有するＭ系列符号の自己相関特性を利用して、遅延時間を変化させながら、単一のピークが得られる遅延時間を検出し、物体の反射強度と距離とを計測するように構成されている。
【０００６】
スペクトル拡散型レーダ装置１０は、信号源２１で発生させた狭帯域信号を、ＰＮ符号発生部１２で発生させたＰＮ符号を使用して拡散変調部２２で拡散変調処理を施す。拡散変調部２２で拡散変調処理を施して得られた広帯域信号を、送信部２３を介して送信アンテナ２４に出力する。送信アンテナ２４に出力された広帯域信号を探知用電波として送信アンテナ２４から送信する。
【０００７】
スペクトル拡散型レーダ装置１０は、送信された探知用電波が物体に反射されて返ってきた探知用電波の反射波を受信アンテナ３１で受信する。受信アンテナ３１で受信された探知用電波の反射波を受信信号として、受信部３２を介して逆拡散変調部３３に出力する。逆拡散変調部３３に出力された受信信号を、符号遅延部１３で遅延させたＰＮ符号を使用して逆拡散変調部３３で逆拡散変調処理を施す。逆拡散変調部３３で逆拡散変調処理を施して得られた信号を信号処理部３４に出力する。
【０００８】
ここで、逆拡散変調部３３から出力された信号に、信号源２１で発生させた狭帯域信号と同じ周波数成分が含まれるとする。この場合において、信号処理部３４は、このときの符号遅延部１３で遅延させた時間が、探知用電波の往復伝搬時間として確定する。また、確定した往復伝搬時間に相当する距離が物体までの距離として確定する。
【０００９】
一方、逆拡散変調部３３から出力された信号に、信号源２１で発生させた狭帯域信号と同じ周波数成分が含まれないとする。この場合において、信号処理部３４は、符号遅延部１３で遅延させる時間を変化させる。
【００１０】
ここで、逆拡散変調部３３は、一般にバランス型ミキサなどの２相の位相変調器（ＢＰＳＫ変調器）により構成される。
【００１１】
図２は、従来の形態における逆拡散変調部の構成を示す図である。図２に示されるように、逆拡散変調部３３は、バランス型逆拡散回路６１と、不平衡平衡変換回路６２とを備える。なお、不平衡平衡変換回路６２は、バランス型逆拡散回路６１に含まれるトランジスタを動作させるためのバイアス電流を供給する電流電源回路を含む。バランス型逆拡散回路６１は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４と、抵抗Ｒ１及びＲ２と、電圧源Ｖｃと、出力端子ＯＵＴ１及びＯＵＴ２と、ＰＮ符号端子ＰＮ１及びＰＮ２とを備える。不平衡平衡変換回路６２は、トランジスタＱ５、Ｑ６及びＱ７と、キャパシタＣ１及びＣ２と、抵抗Ｒ３、Ｒ４及びＲ５と、受信信号端子ＲＦと、電圧源Ｖｂ１及びＶｂ２とを備える。バランス型逆拡散回路６１と不平衡平衡変換回路６２とは、線路５１ａ及び５１ｂを含む平衡線路５１を介して接続されている。逆拡散変調部３３は、ギルバートセルとして広く知られている回路により構成されている。また、一対の平衡信号を構成する平衡信号の間で遅延が生じない条件で設計されている。
【００１２】
具体的には、逆拡散変調部３３は、トランジスタＱ５のベース端子がコンデンサＣ１を介してＲＦ端子と接続され、トランジスタＱ６のベース端子がコンデンサＣ２によって高周波的に接地されている。トランジスタＱ５のコレクタ端子が線路５１ａに接続され、トランジスタＱ６のコレクタ端子が線路５１ｂに接続されている。ＲＦ端子から不平衡信号が入力すると、入力した不平衡信号が一対の平衡信号に変換され、変換されて得られた一対の平衡信号が平衡線路５１に出力される。
【００１３】
また、逆拡散変調部３３は、トランジスタＱ１，Ｑ４のベース端子がＰＮ１端子と接続され、トランジスタＱ２，Ｑ３のベース端子がＰＮ２端子と接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ３のコレクタ端子がＯＵＴ１端子と接続され、トランジスタＱ２，Ｑ４のコレクタ端子がＯＵＴ２端子と接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子が線路５１ａに接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ端子が線路５１ｂに接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４から構成されるスイッチ回路に平衡線路５１を介して一対の平衡信号が入力すると、ＰＮ１端子とＰＮ２端子とから差動信号として入力したＰＮ符号に応じて、入力した一対の平衡信号の極性が反転する。極性が反転した一対の平衡信号が、ＯＵＴ１端子とＯＵＴ２端子とから出力する。
【特許文献１】特開平７−１２９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の技術において、所定の時間に亘って送信された探知用電波が複数の物体で反射され、往復伝搬時間がそれぞれ異なる複数の反射波が受信アンテナ３１で受信されたとする。この場合において、複数の受信信号が逆拡散変調部３３に入力されることによって逆拡散変調部３３から出力される信号に歪が生じ、本来なら表れるはずがない個所（遅延時間）にスプリアス信号（虚像信号）が表れるという問題がある。
【００１５】
これは、複数の受信信号が入力されるトランジスタＱ５は、コレクタ電流（ＩC）とコ
レクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）との特性（ＩC−ＶCE特性）に示されるように、コレク
タ電流（ＩC）がコレクタ・エミッタ間電圧（ＶCE）に対して指数関数的に変化する。こ
のため、トランジスタＱ５から出力される信号には、入力された信号の高次の成分が含まれ、この高次の成分が歪となって表れる。
【００１６】
具体的には、この高次の成分によって、複数の受信信号の間で乗算演算をした成分が生じる。この成分は、Ｍ系列符号のシフト加法性により、各受信信号の遅延量とは異なる第３の遅延量を有する同じＭ系列符号で変調した信号と等価な信号になる。これから、逆拡散変調部３３から出力される信号には、本来なら物体が存在しない第３の遅延量に相当する位置に、あたかも反射物体があるかのような虚像信号が表れることになり、不都合が生じる。
【００１７】
ここで、Ｍ系列符号のシフト加法性とは、遅延量が異なっても同一のＭ系列符号発生器から生成された２つのＭ系列符号を排他的論理輪演算すると、それぞれのＭ系列符号の遅延量とは異なる第３の遅延量を有したＭ系列符号になるという特性をいう。
【００１８】
また、トランジスタＱ６のベースだけが高周波的に接地されているので、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６とは、アンバランスな状態で動作している。このような状態において、トランジスタＱ５とトランジスタＱ６とから出力される平衡信号には、本来なら差動回路では抑圧される偶数次の成分が含まれる。Ｍ系列符号のシフト加法性に由来する不要信号が生じ、逆拡散変調部３３から出力される信号に虚像信号が含まれてしまう。
【００１９】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、能動素子の非線形成分に起因した虚像信号を抑制したスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置、およびスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置が実装されたスペクトル拡散型レーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明に係わるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置は、（ａ）擬似雑音符号を使用して生成した広帯域信号を探知用電波として送信し、物体に反射されて返ってきた前記探知用電波の反射波を受信し、前記擬似雑音符号を使用して前記探知用電波の反射波から前記物体を検出するスペクトル拡散型レーダ装置に実装されるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置であって、（ａ１）第１の結合線路と第２の結合線路とから構成され、前記探知用電波の反射波に由来する受信信号を不平衡信号として第１の結合線路と第２の結合線路とに入力し、入力した受信信号を一対の平衡信号に変換し、変換して得られた一対の平衡信号を第１の結合線路と第２の結合線路とから出力する不平衡平衡変換回路と、（ａ２）１以上のトランジスタから構成されるスイッチ回路を有し、前記擬似雑音符号と同一の符号系列の擬似雑音符号が差動信号として入力し、前記不平衡平衡変換回路から出力された一対の平衡信号が入力し、差動信号として入力した擬似雑音符号を使用して、前記一対の平衡信号を前記スイッチ回路によって逆拡散し、逆拡散して得られた差動信号を出力信号として出力するバランス型逆拡散回路とが同一の半導体基板上に形成されていることを特徴とする。
【００２１】
これによって、受信信号が能動素子に直接入力せず、受動素子からなる不平衡平衡変換回路（バラン）に入力するので、能動素子の非線形成分に起因した虚像信号を抑制することができ、理想的な信号を出力することができる。
【００２２】
なお、本発明は、スペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置として実現されるだけではなく、スペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置が実装されたスペクトル拡散型レーダ装置として実現されるとしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、受信機において、受信信号を受動素子からなる不平衡平衡変換回路に入力することで信号歪を抑制し、Ｍ系列符号のシフト加法性により発生する虚像信号を抑圧することができ、理想的な信号を出力するレーダ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係わる実施の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置は、下記（ａ）〜（ｄ）に示される特徴を備える。
【００２５】
（ａ）擬似雑音符号を使用して生成した広帯域信号を探知用電波として送信し、物体に反射されて返ってきた探知用電波の反射波を受信し、擬似雑音符号を使用して探知用電波の反射波から物体を検出するスペクトル拡散型レーダ装置に実装されるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置であって、（ａ１）第１の結合線路と第２の結合線路とから構成され、探知用電波の反射波に由来する受信信号を不平衡信号として第１の結合線路と第２の結合線路とに入力し、入力した受信信号を一対の平衡信号に変換し、変換して得られた一対の平衡信号を第１の結合線路と第２の結合線路とから出力する不平衡平衡変換回路と、（ａ２）１以上のトランジスタから構成されるスイッチ回路を有し、擬似雑音符号と同一の符号系列の擬似雑音符号が差動信号として入力し、不平衡平衡変換回路から出力された一対の平衡信号が入力し、差動信号として入力した擬似雑音符号を使用して、一対の平衡信号をスイッチ回路によって逆拡散し、逆拡散して得られた差動信号を出力信号として出力するバランス型逆拡散回路とが同一の半導体基板上に形成されている。
【００２６】
（ｂ）スイッチ回路は、少なくとも、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、第４のトランジスタから構成され、（ｂ１）差動信号として入力する擬似雑音符号のうち、第１の信号が入力される第１の信号入力端子に、第１のトランジスタの第１の端子と第４のトランジスタの第１の端子とが接続され、第２の信号が入力される第２の信号入力端子に、第２のトランジスタの第１の端子と第３のトランジスタの第１の端子が接続され、（ｂ２）一対の平衡信号のうち、正信号が入力される正信号入力端子に、第１のトランジスタの第２の端子と第２のトランジスタの第２の端子とが接続され、一対の平衡信号のうち、負信号が入力される負信号入力端子に、第３のトランジスタの第２の端子と第４のトランジスタの第２の端子とが接続され、（ｂ３）出力信号として出力する差動信号のうち、第１の信号が出力される第１の信号出力端子に、第１のトランジスタの第３の端子と第３のトランジスタの第３の端子とが接続され、第２の信号が出力される第２の信号出力端子に、第２のトランジスタの第３の端子と第４のトランジスタの第３の端子とが接続されている。
【００２７】
（ｃ）第１の結合線路は、互いに並行し、電磁的に結合する第１の線路と第２の線路とからなり、第２の結合線路は、互いに並行し、電磁的に結合する第３の線路と第４の線路とからなり、第２の線路の一端と第４の線路の一端とが接続され、一本の線路を形成し、第２の線路の他端に前記受信信号が入力され、不平衡平衡変換回路（バラン）は、第１の線路の一端に接続され、正信号を出力する正信号出力端子と、第３の線路の一端に接続され、負信号を出力する負信号出力端子とを有し、第１の線路の他端である第１の終端部と、第３の線路の他端である第２の終端部とが高周波的に接地されており、所定の直流電流を供給する直流電源回路が第１の終端部と第２の終端部とに接続され、正信号出力端子を通して正信号入力端子に電流を供給し、負信号出力端子を通して負信号入力端子に電流を供給する。
【００２８】
（ｄ）トランジスタは、第１の端子をベースとし、第２の端子をエミッタとし、第３の端子をコレクタとするバイポーラトランジスタである。
【００２９】
なお、（ｅ）トランジスタは、第１の端子をゲートとし、第２の端子をソースとし、第３の端子をドレインとする電界効果トランジスタであるとしてもよい。
【００３０】
また、（ｆ）差動増幅器を介して不平衡平衡変換回路とバランス型逆拡散回路とが接続されているとしてもよい。
【００３１】
以上の点を踏まえて本実施の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置について説明する。
【００３２】
図３は、本実施の形態におけるスペクトル解散型レーダ装置の使用例を示す図である。図３に示されるように、ここでは、一例として、車両１０１のフロントとリアとにスペクトル拡散型レーダ装置を備えるとする。この場合において、車両１０１に備わるスペクトル拡散型レーダ装置は、先行車両１０２、障害物１０３等の物体に対して、探知用電波を送信する。送信した探知用電波が物体で反射され、探知用電波の反射波を受信する。これによって、受信した探知用電波の反射波から、障害物の有無、距離、相対速度などが特定される。
【００３３】
具体的には、スペクトル拡散型レーダ装置は、擬似雑音符号（以下、ＰＮ符号と呼称する。）としてＭ系列符号を使用して探知用電波を生成し、生成した探知用電波を送信する。送信した探知用電波が物体に反射されて返ってきた探知用電波の反射波を受信する。受信した探知用電波の反射波から、探知用電波を生成するときに使用したＰＮ符号を特定する。このとき、単一のピークを有するＭ系列符号の自己相関特性を利用して、探知用電波の反射波との相関ピークが単一のピークになるＰＮ符号を、探知用電波を生成するときに使用したＰＮ符号として特定する。また、特定したＰＮ符号を発生させてから探知用電波の反射波を受信するまでの時間を計測する。計測した時間と、探知用電波の反射波の強度とから、その物体までの距離と、その物体の反射強度とを特定する。
【００３４】
図４は、本実施の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置の構成を示す図である。図４に示されるように、ここでは、一例として、スペクトル拡散型レーダ装置１００は、クロック信号発生部１１１、ＰＮ符号発生部１１２、符号遅延部１１３、信号源１２１、拡散変調部１２２、送信部１２３、送信アンテナ１２４、受信アンテナ１３１、受信部１３２、逆拡散変調部１３３、信号処理部１３４を備える。なお、逆拡散変調部１３３以外の構成要素は、図１に示す従来のスペクトル拡散型レーダ装置の構成要素と同じ機能を有する。
【００３５】
クロック信号発生部１１１は、クロック信号を発生させる。発生させたクロック信号をＰＮ符号発生部１１２に出力する。
【００３６】
ＰＮ符号発生部１１２は、クロック信号発生部１１１から出力されたクロック信号が入力する。入力したクロック信号に応じてＰＮ符号を発生させる。発生させたＰＮ符号を拡散変調部１２２と符号遅延部１１３とに出力する。
【００３７】
符号遅延部１１３は、ＰＮ符号発生部１１２から出力されたＰＮ符号が入力する。遅延時間を変化させながら、入力したＰＮ符号を遅延させて逆拡散変調部１３３に出力する。
【００３８】
信号源１２１は、狭帯域信号を発生させる。発生させた狭帯域信号を拡散変調部１２２に出力する。ここでは、一例として、ギガヘルツ帯域の高周波信号を狭帯域信号として使用する。
【００３９】
拡散変調部１２２は、ＰＮ符号発生部１１２から出力されたＰＮ符号が入力する。信号源１２１から出力された狭帯域信号が入力する。入力した狭帯域信号に対して、入力したＰＮ符号を使用して拡散変調処理を施す。拡散変調処理を施して得られた広帯域信号を送信部１２３に出力する。
【００４０】
ここで、拡散変調処理とは、ＰＮ符号に応じて、０度および１８０度の２相のいずれかに狭帯域信号の位相を変調し、ＰＮ符号のビットレートの２倍の周波数帯域に亘って周波数を拡散する処理である。これによって、送信アンテナ１２４から送信される探知用電波の単位周波数あたりの電力を小さくすることができる。
【００４１】
送信部１２３は、拡散変調部１２２から出力された広帯域信号が入力する。入力した広帯域信号に対して、必要に応じて周波数変換や増幅などの信号処理を施して送信アンテナ１２４に出力する。
【００４２】
送信アンテナ１２４は、送信部１２３から出力された広帯域信号を探知用電波として送信する。
【００４３】
ここでは、話を簡潔にするために、送信アンテナ１２４から送信された探知用電波が物体に反射され、探知用電波の反射波が受信アンテナ１３１で受信されたとする。
【００４４】
受信アンテナ１３１は、探知用電波の反射波を受信する。受信した探知用電波の反射波を受信信号として受信部１３２に出力する。
【００４５】
受信部１３２は、受信アンテナ１３１から出力された受信信号が入力する。入力した受信信号に対して、必要に応じて低雑音増幅や周波数変換などの信号処理を施して逆拡散変調部１３３に出力する。
【００４６】
逆拡散変調部１３３は、符号遅延部１１３から出力されたＰＮ符号が入力する。受信部１３２から出力された受信信号が入力する。入力した受信信号に対して、入力したＰＮ符号を使用して逆拡散変調処理を施す。逆拡散変調処理を施して得られた信号を信号処理部１３４に出力する。
【００４７】
ここで、逆拡散変調処理とは、入力した受信信号に、ＰＮ符号の位相と一致する成分が含まれる場合は、送信機で拡散変調処理が施される前の狭帯域信号と同じ信号が出力し、ＰＮ符号の位相と一致する成分が含まれない場合は、広帯域に亘って拡散されたままの広帯域信号が出力する処理である。これによって、様々な遅延成分を有する受信信号が逆拡散変調部１３３に入力しても、ＰＮ符号の位相と一致する成分以外は、広帯域信号として出力されるので、ＰＮ符号の位相と一致する成分のみを抽出することができる。
【００４８】
信号処理部１３４は、逆拡散変調部１３３から出力された信号が入力する。入力した信号に含まれる成分の中から、信号源１２１で発生させた狭帯域信号と同じ成分を選択する。選択した成分から、強度を測定することにより、物体の有無を検出する。
【００４９】
ここで、入力した信号に、信号源１２１で発生させた狭帯域信号と同じ成分が含まれるとする。この場合において、信号処理部１３４は、このときの符号遅延部１１３で遅延させた時間に相当する距離が物体までの距離として確定する。
【００５０】
一方、入力した信号に、信号源１２１で発生させた狭帯域信号と同じ成分が含まれないとする。この場合において、信号処理部１３４は、符号遅延部１１３で遅延させる時間を変化させる。
【００５１】
図５は、本実施の形態における逆拡散変調部の回路構成を示す図である。図５に示されるように、逆拡散変調部１３３は、バランス型逆拡散回路１６１、不平衡平衡変換回路１６２、電流電源回路１６３から構成される。図５に示すバランス型逆拡散回路１６１は、図２に示す従来の逆拡散変調部３３に備えられるバランス型逆拡散回路６１と同じ構成である。バランス型逆拡散回路１６１と不平衡平衡変換回路１６２とが、同一の特性を有する線路１５１ａと線路１５１ｂとから構成される平衡線路１５１を介して接続されている。ここでは、バランス型逆拡散回路１６１及び不平衡平衡変換回路１６２は、同一の半導体基板上に集積されている。すなわち、直流電源Ｖｂ１、Ｖｃを除く、能動素子、受動素子、配線などが同一の半導体基板上に集積されている。具体的には、一対の平衡信号を構成する平衡信号の間で遅延が生じない条件で設計された能動素子、受動素子、配線などが集積されたＧａＡｓ  ＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）のような高周波化合物半導体装置と、その高周波化合物半導体装置に直流電圧Ｖｂ１，Ｖｃを供給する電源とから構成される。
【００５２】
バランス型逆拡散回路１６１は、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４、抵抗Ｒ１，Ｒ２、直流電源Ｖｃを備える。トランジスタＱ１，Ｑ４のベース端子がＰＮ１端子に接続されている。トランジスタＱ２，Ｑ３のベース端子がＰＮ２端子に接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ３のコレクタ端子がＯＵＴ１端子に接続されている。トランジスタＱ２，Ｑ４のコレクタ端子がＯＵＴ２端子に接続されている。トランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタ端子が正信号入力端子１７１ａに接続されている。正信号入力端子１７１ａは、線路１５１ａを介して正信号出力端子１７２ａに接続されている。トランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタ端子が負信号入力端子１７１ｂに接続されている。線路１５１ｂを介して負信号出力端子１７２ｂに接続されている。正信号入力端子１７１ａ及び負信号入力端子１７１ｂには、不平衡平衡変換回路１６２から出力された一対の平衡信号のそれぞれが入力される。抵抗Ｒ１の一端がＯＵＴ１端子に接続されている。抵抗Ｒ２の一端がＯＵＴ２端子に接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の他端が直流電源Ｖｃの一端に接続されている。直流電源Ｖｃの他端が接地されている。
【００５３】
これによって、不平衡平衡変換回路１６２から出力された一対の平衡信号が線路１５１ａ，１５１ｂから構成される平衡線路１５１を介してバランス型逆拡散回路１６１に入力する。符号遅延部１１３から出力されたＰＮ符号がＰＮ１端子とＰＮ２端子とを介して差動信号としてバランス型逆拡散回路１６１に入力する。ＰＮ１端子とＰＮ２端子とを介して差動信号として入力したＰＮ符号に従って、入力した一対の平衡信号の極性を反転させる。反転させて得られた差動信号をＯＵＴ１端子とＯＵＴ２端子とを介して信号処理部１３４に出力する。
【００５４】
不平衡平衡変換回路１６２は、線路１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ、コンデンサＣ１，Ｃ２を備える。線路１６２ａの一端が端子１７３ａを介してコンデンサＣ１の一端に接続されている。線路１６２ａの他端が正信号出力端子１７２ａに接続されている。線路１６２ｃの一端が端子１７３ｂを介してコンデンサＣ２の一端に接続されている。線路１６２ｃの他端が負信号出力端子１７２ｂに接続されている。正信号出力端子１７２ａ及び負信号出力端子１７２ｂから、一対の平衡信号がそれぞれ出力される。線路１６２ｂの一端がＲＦ端子に接続されている。線路１６２ｂの他端が線路１６２ｄの一端に接続されている。線路１６２ｄの他端が開放されている。
【００５５】
さらに、結合線路は、線路１６２ａと線路１６２ｂ並びに線路１６２ｃと線路１６２ｄによって構成される。これらの結合線路によって不平衡平衡変換回路１６２（平面バラン）が構成される。
【００５６】
これによって、受信部１３２から出力された受信信号がＲＦ端子を介して不平衡平衡変換回路１６２に不平衡信号として入力すると、入力した不平衡信号が理想的な一対の平衡信号に変換される。変換されて得られた一対の平衡信号が平衡線路１５１を介してバランス型逆拡散回路１６１に出力される。
【００５７】
ここで、不平衡信号とは、逆拡散変調部１３３を構成する半導体基板の裏面に形成された接地面の電位を基準とする信号である。平衡信号とは、平衡線路１５１を構成する線路１５１ａと線路１５１ｂとの間における差動電位となる信号である。
【００５８】
電流電源回路１６３は、トランジスタＱ５，Ｑ６、抵抗Ｒ５，Ｒ６、直流電源Ｖｂ１を備える。トランジスタＱ５のコレクタ端子が高周波的に接地されているコンデンサＣ１と線路１６２ａとの接続点を介してコンデンサＣ１の一端と線路１６２ａの一端とに接続されている。トランジスタＱ６のコレクタ端子が高周波的に接地されているコンデンサＣ２と線路１６２ｃとの接続点を介してコンデンサＣ２の一端と線路１６２ｃの一端とに接続されている。トランジスタＱ５のエミッタ端子が抵抗Ｒ５の一端に接続されている。抵抗Ｒ５の他端が接地されている。トランジスタＱ６のエミッタ端子が抵抗Ｒ６の一端に接続されている。抵抗Ｒ６の他端が接地されている。トランジスタＱ５，Ｑ６のベース端子が直流電源Ｖｂ１の一端に接続されている。直流電源Ｖｂ１の他端が接地されている。
【００５９】
これによって、トランジスタＱ５と抵抗Ｒ５とから構成される回路と、トランジスタＱ６と抵抗Ｒ６とから構成される回路とから、不平衡平衡変換回路１６２を構成する線路１６２ａ，１６２ｃを通して、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４を動作させるためのバイアス電流が、平衡線路１５１を構成する線路１５１ａ，１５１ｂのそれぞれに流れる。トランジスタＱ５，Ｑ６は、高周波的な接地点に接続されており、トランジスタＱ５，Ｑ６には高周波電圧が伝達されないので、能動素子であるトランジスタＱ５，Ｑ６によって非線形歪が生じない。
【００６０】
このように、不平衡平衡変換回路１６２を、能動素子を使用せずに、受動素子だけで構成することによって、不平衡平衡変換処理を施すときに非線形の歪が全く生じない回路を提供することができる。
【００６１】
また、トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４から構成されるスイッチ回路は、ＰＮ１端子とＰＮ２端子とに差動信号として入力されるＰＮ符号により、トランジスタＱ１，Ｑ４、または、トランジスタＱ２，Ｑ３のいずれかの組だけが導通するスイッチング動作をする。非線形歪が生じやすい中間的な状態をとらないよう、ＰＮ１端子とＰＮ２端子とに与える差動電圧を調整することで、非線形歪を抑制することができる。
【００６２】
以上、本実施の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置によれば、受信信号が能動素子に直接入力せず、受動素子からなる不平衡平衡変換回路１６２（平面バラン）に入力する。これによって、能動素子の非線形成分に起因した虚像信号を抑制することができ、理想的な信号を出力することができる。また、このスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置を逆拡散変調部１３３に使用することによって、偶数次の非線形歪を抑制することができ、虚像信号の生じない理想的なスペクトル拡散型レーダ装置を提供することができる。
【００６３】
なお、不平衡平衡変換回路１６２とバランス型逆拡散回路１６１との間に差動増幅回路を挿入するとしてもよい。この場合において、差動増幅回路では、偶数次の非線形歪が抑圧されるので、全体の動作として、偶数次歪を抑制し、虚像信号の発生を抑圧しつつ、信号を増幅し、レーダ装置の物体検出能力を向上させることができる。
【００６４】
なお、図５に示されるように、バイポーラトランジスタを使用して逆拡散変調部１３３を構成するとした。しかし、バイポーラトランジスタの代わりに、電界効果トランジスタを使用して逆拡散変調部１３３を構成しても、本実施の形態における効果と同等の効果を発揮することができる。
【００６５】
なお、図５に示されるように、線路１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄが直線形状であるとした。しかし、これらの線路が屈曲していても、らせん形状になっていても、本実施の形態における効果と同等の効果を発揮することができる。
【００６６】
なお、線路１６２ｄの一端が直接またはコンデンサを介して高周波的に接地されているとしても、本実施の形態における効果と同等の効果を発揮することができる。
【００６７】
ここで、回路の非線形性とＭ系列のシフト加法性とについて説明する。
回路に非線形性がある場合は、入力信号Ｖiと出力信号Ｖoとの間に下記の式（１）で示される関係がある。
【００６８】
【数１】
2008145424.tif 000003
【００６９】
ここで、２つの受信信号が入力したとする。１つは、下記の式（２）で示されるように、Ｍ系列符号ＭiによりＢＰＳＫ変調された受信信号Ｒ1とする。もう１つは、下記の式（３）で示されるように、Ｍiがｊビット分遅延した受信信号Ｒ2とする。下記の式（３）で示されるように、この２つの受信信号が加算された信号が入力する。
【００７０】
【数２】
2008145424.tif 000004
【００７１】
【数３】
2008145424.tif 000005
【００７２】
【数４】
2008145424.tif 000006
【００７３】
ここで、送信機において拡散変調される前の信号として周波数ｆの単一周波数の信号とする。また、Ｔは、Ｍ系列符号１ビット分の時間を表しており、Ｍiは、Ｍ系列符号に対
応して１または−１をとるものとする。
【００７４】
そして、式（４）と式（１）とから、下記の式（５）となる。
【００７５】
【数５】
2008145424.tif 000007
【００７６】
ここで、下記の式（６）で示される関係式が成り立つ。
【００７７】
【数６】
2008145424.tif 000008
【００７８】
なお、Ｍ系列符号の自己相関特性によりＭi2＝１となって、Ｍ系列符号による変調の効果がなくなっており、Ｒx2n（ｎは自然数、ｘは１または２）も同様である。また、ＭiＭi-jの成分が、Ｍ系列符号のシフト加法性により、ＭiともＭi-jとも位相が異なる同一系列のＭ系列符号Ｍi-kと等価である。そして、これが虚像信号の原因となることに注目すると、偶数次の非線形性に由来する成分ａ2n（Ｒ1＋Ｒ2）2nにＭiＭi-jの成分が含まれることから、虚像信号が偶数次の非線形性に由来するといえる。
【００７９】
偶数次の非線形性に由来する信号には周波数ｆの成分は存在しない。その他の周波数成分は理想的な受信機では排除されることが好ましい。しかし、実際には、周波数ｆを中心として逆拡散によって生じる信号を直交復調器などの信号処理回路によって、選択的に周波数ゼロを中心としたベースバンド周波数に変換される。変換されて得られる信号、すなわち、真のレーダ信号に対して、直交復調器の非線形性やスルーリークなどにより、偶数次の非線形性に由来する信号の周波数成分であっても、この信号の周波数成分を完全には排除することが困難である。これによって、この信号の周波数成分がベースバンド周波数に変換され、変換されて得られる信号が虚像信号として出力されてしまう。特に、受信信号は、反射した物体までの距離の４乗に反比例して信号強度が減衰する。例えば、１０ｍ程度離れた人体と極近距離の金属板のような強反射物体とでは、９０ｄＢ程度の信号強度の差ができる。このため、微弱な虚像信号であっても大きな問題となる。これから、逆拡散変調部１３３までの経路において偶数次の非線形性を極力排除することが、虚像信号のない理想的なスペクトル拡散型レーダ装置を実現するために重要となる。
【００８０】
この点において、実施の形態による半導体装置では、不平衡平衡変換回路１６２により、バランス型逆拡散回路１６１に入力される受信信号は一対の平衡信号に変換されている。ここで、半導体装置として半導体基板上に作製される不平衡平衡変換回路は高度な半導体製造技術によって非常に精度よく作製することが可能であり、一対の線路から構成される平衡線路１５１には位相誤差や振幅誤差の少ない理想的な差動信号を得ることができる。よって、バランス型逆拡散回路１６１は、バランスがとれた理想的な状態で動作するので、偶数次の非線形性による信号の歪を抑制することができる。すなわち、理想的なバランスのとれた差動信号Ｖdは一対の信号線のそれぞれの電位をＶ1、Ｖ2とすると、下記の式（７）から式（９）で示される。
【００８１】
【数７】
2008145424.tif 000009
【００８２】
【数８】
2008145424.tif 000010
【００８３】
【数９】
2008145424.tif 000011
【００８４】
ここで、Ｖ0はコモン電位である。非線形回路を通過した後の偶数次の微分非線形性に
よる成分が下記の式（１０），式（１１）とで示される。
【００８５】
【数１０】
2008145424.tif 000012
【００８６】
【数１１】
2008145424.tif 000013
【００８７】
ここで、Ｖ0’は非線形回路通過後のコモン電位であり、Ａは定数である。偶数次の成
分は、同相信号に変換されており、同相信号に変換された成分が差動増幅器などを介して容易に減衰させることができる。
【００８８】
また、不平衡平衡変換回路１６２とバランス型逆拡散回路１６１とを同一の半導体基板上に集積する。これによって、平衡線路１５１を構成する線路１５１ａ，１５１ｂのそれぞれの線路長が高度な半導体製造技術によって非常に精度よく等長に作製することができる。これから、不平衡平衡変換回路１６２を半導体装置の外部のセラミック基板や、プリント基板上に作製し、ワイヤボンドなどで平衡線路を形成して半導体装置上の逆拡散器に接続する場合に比べて、位相誤差や振幅誤差の少ない、理想的な差動信号を得ることができる。偶数次の非線形性に由来する信号の歪を抑制することができ、虚像信号のない理想的なスペクトル拡散型レーダ装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、スペクトル拡散方式を利用したレーダ装置に実装されるスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置などとして、特に、能動素子の非線形成分に起因した虚像信号を抑制したスペクトル拡散型レーダ装置用半導体装置などとして利用することができる。また、本発明のスペクトル拡散型レーダ装置は、車載レーダ装置などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】従来の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置の構成を示す図
【図２】従来の形態における逆拡散変調部の回路構成を示す図
【図３】本発明に係わる実施の形態におけるスペクトル解散型レーダ装置の使用例を示す図
【図４】本発明に係わる実施の形態におけるスペクトル拡散型レーダ装置の構成を示す図
【図５】本発明に係わる実施の形態における逆拡散変調部の回路構成を示す図
【符号の説明】
【００９１】
１０，１００  スペクトル拡散型レーダ装置
１１，１１１  クロック信号発生部
１２，１１２  ＰＮ符号発生部
１３，１１３  符号遅延部
２１，１２１  信号源
２２，１２２  拡散変調部
２３，１２３  送信部
２４，１２４  送信アンテナ
３１，１３１  受信アンテナ
３２，１３２  受信部
３３，１３３  逆拡散変調部
３４，１３４  信号処理部
５１，１５１  平衡線路
５１ａ，５１ｂ，１５１ａ，１５１ｂ  線路
６１，１６１  バランス型逆拡散回路
６２，１６２  不平衡平衡変換回路
１０１  車両
１０２  先行車両
１０３  障害物
１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ  線路
１６３  電流電源回路
１７１ａ  正信号入力端子
１７１ｂ  負信号入力端子
１７２ａ  正信号出力端子
１７２ｂ  負信号出力端子
１７３ａ，１７３ｂ  端子
【図１】
2008145424.tif 000014
【図２】
2008145424.tif 000015
【図３】
2008145424.tif 000016
【図４】
2008145424.tif 000017
【図５】
2008145424.tif 000018