(57)【要約】【課題】  ＦＭ−ＣＷレーダにおける送信波として用いる三角変調波を発振する発振器１において、高周波の信号を低コストに変調できるようにする。【解決手段】  誘電体共振器、空胴共振器、マイクロストリップ共振器などから成る共振器３に近接して、導電体や誘電体から成る回転子２を設け、マイクロストリップライン４や負性抵抗回路などとともに発振器１を構成する。そして、前記回転子２の形状を、周方向に変化させておく。したがって、前記回転子２を回転すると、共振器２に対向する共振空間が変化し、発振周波数を変化することができる。そして、ミリ波帯などの高周波信号を扱う場合には、電気的方法によって共振周波数を変化させることが難しいのに対して、機械的な方法によって共振周波数の変化を実現させ、優れた線形性や周波数特性を、低コストに得ることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振器と、前記共振器に近接して配置される回転子とを備えて成る発振器であって、
前記回転子は、周方向に形状が変化して成り、前記回転子を回転させることによって、前記共振器と前記回転子との距離が変化して発振周波数が変化することを特徴とする発振器。
【請求項２】
前記請求項１記載の発振器を用いることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記回転子には１次放射器を備え、前記回転子の回転によって、前記発振器の発振周波数を変化させるとともに、前記１次放射器の走査を行うことを特徴とする請求項２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、車両に搭載されて、車間距離や相対速度の測定に用いられる、いわゆるＦＭ−ＣＷレーダ装置等に好適に用いられる発振器およびそのレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前記ＦＭ−ＣＷレーダは、たとえば７６ＧＨｚのミリ波を用い、前記車間距離や相対速度を、比較的天候や昼夜の影響を受け難く、かつ精度良く測定することができるので、一部の車両に搭載が始まっている。その測定原理は、広く知られており、前記７６ＧＨｚの三角変調波を送信し、受信波の時間の遅れ（対象物からの反射波が戻ってくるまで時間）から距離を測定することができ、ドップラー効果による送信波と受信波との周波数のズレ（ドップラーシフト量）から相対速度を測定することができる。
【０００３】
具体的には、送信波に対して受信波は時間の遅れ（Δｔ）と周波数のズレとを起こし、時間の遅れ（Δｔ）は対象物までの距離を表し、周波数のズレは対象物との相対速度を表す。そして対象物まで距離Ｒは
２Ｒ＝Δｔ×Ｃ（Ｃは光速）、すなわちＲ＝Δｔ×Ｃ／２        …（Ａ）
によって求めることができる。
【０００４】
ここで、相対速度が０としてビート周波数をｆｒとすると、Δｔが大きいほどｆｒが大きくなり、具体的には
Δｔ＝ｆｒ／（２×ΔＦ×ｆｍ）
（ΔＦは送信波の変調幅、ｆｍは繰り返し周波数）
の関係を満たすことが知られている。
【０００５】
これを（Ａ）に代入して、
Ｒ＝Ｃ×ｆｒ／（４×ΔＦ×ｆｍ）
となり、ビート周波数ｆｒを元にして、距離Ｒを求めることができる。
【０００６】
上述の説明は、ドップラーシフト量が０（相対速度が０の場合）として説明したものであるが、相対速度が０でない場合であっても、
ｆｒ＝（ｆｂ1＋ｆｂ2）／２
（ｆｂ1は三角変調波の上り区間のビート周波数、ｆｂ2は三角変調波の下りビート周波数）
として上記式を適用することができる。
【０００７】
また、相対速度Ｖは、送信波のキャリア周波数をｆｏとすると、
ｆｄ＝（ｆｂ1−ｆｂ2）／２
として、
Ｖ＝Ｃ・ｆｄ／（２・ｆｏ）
から、求めることができる。
【０００８】
したがって、このようなＦＭ−ＣＷレーダには、変調幅１００ＭＨｚ程度の線形性の優れた三角変調波を作成し、変調を行う必要がある。通常、変調をかけるには、バラクタダイオードなどの可変リアクタンス素子を変調素子として利用したＶＣＯ（電圧制御型発振器）を使用するのが一般的である。しかしながら、ミリ波の領域では、このバラクタダイオードを使用して、共振器の共振周波数を変えることができるＶＣＯを得ることは困難である。以下に、その理由を詳述する。
【０００９】
すなわち、前記バラクタダイオードは、半導体のＰＮ接合に印加する電圧を変化することで、空乏層容量を変化させ、容量の変化を得る。ＶＣＯに利用するバラクタダイオードの容量としては、通常、変調に適切な−５０ｊΩ程度のインピーダンスになる容量が選ばれる。このインピーダンス値よりも充分大きい容量のバラクタダイオードを使用した場合、バラクタダイオードは殆ど短絡に見え、共振周波数の変化を生じ難い。一方、このインピーダンス値よりも充分小さい容量のバラクタダイオードを使用した場合、バラクタダイオードは殆ど開放に見え、やはり共振周波数の変化を生じ難い。
【００１０】
ミリ波、たとえば前記７６ＧＨｚ帯においては、インピーダンスが前記−５０ｊΩとなる容量は０．０４２ｐＦとなり、一般に入手可能な容量値（０．３ｐＦ以上）を使うと、前記のように略短絡に見えてしまうことに加え、並列に存在する寄生容量や、直列に存在する寄生インダクタが、バラクタダイオードの容量変化を隠してしまうことになる。このため、前述のように、ミリ波領域では、バラクタダイオードを使用して、共振器の共振周波数を変えるＶＣＯを得ることは、きわめて困難である。
【００１１】
また、ＦＭ−ＣＷレーダ用に、線形性の優れた三角変調波を得るためには、
１．周波数変調感度が一定のＶＣＯを使用する。
２．特開平８−１８３４３号公報で示されるように、周波数変調感度が一定になるよう、変調信号を逆方向に歪ませて、線形な変調波を得る。
３．特開平６−１２０７３５号公報で示されるように、発振周波数をリアルタイムでモニタし、周波数がズレた場合には補正をかける、クローズドループを使用する。
の３つの方法が考えられる。
【特許文献１】特開平８−１８３４３号公報（公開日：平成８年１月１９日）
【特許文献２】特開平６−１２０７３５号公報（公開日：平成６年４月２８日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記１の方法を実現するためには、変調特性の優れたＶＣＯが必要になるけれども、そのようなＶＣＯを実現するのは非常に困難である。
【００１３】
また、前記２の方法は、低周波回路を使用して、比較的容易に良好な線形性を得ることができる。しかしながら、この方式はオープンループ補正であるので、ＶＣＯの特性変動が起きると、特性がズレてしまうという問題がある。また、補正回路もコスト高の要因になる。
【００１４】
さらにまた、前記３の方法の代表としては、ＰＬＬ（フェイズロックループ）が挙げられる。ＰＬＬを使用すれば、線形性の優れた三角変調波が比較的容易に得られ、ＶＣＯ特性の経時変化があっても、補正が可能である。しかしながら、ＰＬＬには、基準発振器および分周器などが必要になり、構成が複雑で、コストがかかるという問題がある。さらに、ミリ波帯では、基準信号と比較するためにダウンコンバートする必要があり、このダウンコンバートするための回路が複雑で、より一層高価になってしまう。このＰＬＬに類似のＦＬＬ（Frequency Locked Loop）という方法もあるが、やはり基準発振器が必要で、コストがかかることが問題である。
【００１５】
したがって、上記の方法の何れも、技術的あるいはコスト的に問題が有る。
【００１６】
本発明の目的は、高周波の信号を低コストに変調することができる発振器およびレーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の発振器は、共振器と、前記共振器に近接して配置される回転子とを備えて成る発振器であって、前記回転子は、周方向に形状が変化して成り、前記回転子を回転させることによって、前記共振器と前記回転子との距離が変化して発振周波数が変化することを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、誘電体共振器、空胴共振器、マイクロストリップ共振器などから成る共振器に近接して、導電体や誘電体から成る回転子を設け、マイクロストリップラインや負性抵抗回路などとともに発振器を構成する。そして、前記回転子は、たとえば前記導電体の場合には円筒状体の両端が閉塞されて成り、前記誘電体の場合には中実の円柱状体から成り、周方向に形状が変化して形成される。その形状の変化は、外周面に施されている場合には前記共振器は該外周面に臨み、前記円筒状体の端部を閉塞する端板に施されている場合には前記共振器は該端板に臨み、前記形状の変化としては、周方向に、順次凹凸を形成したり、波打たせたりする。
【００１９】
したがって、前記回転子を回転させることによって、前記共振器に対向する共振空間が変化し、発振周波数を変化することができる。そして、ミリ波帯などの高周波信号を扱う場合には、電気的方法によって共振周波数を変化させることが難しいのに対して、機械的な方法によって共振周波数の変化を実現させ、優れた線形性や周波数特性を、低コストに得ることができる。
【００２０】
また、本発明のレーダ装置は、前記の発振器を用いることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、前述のように、機械的な方法によって共振周波数変化を実現させ、優れた線形性や周波数特性を、低コストに得ることができるレーダ装置を実現することができる。
【００２２】
さらにまた、本発明のレーダ装置は、前記回転子には１次放射器を備え、前記回転子の回転によって、前記発振器の発振周波数を変化させるとともに、前記１次放射器の走査を行うことを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、１次放射器が放射レーダ波の走査を行うにあたって、前述のような共振空間が変化する前記回転子と一体で構成する。
【００２４】
したがって、走査型のレーダ装置の構成を簡略化することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の発振器は、以上のように、誘電体共振器、空胴共振器、マイクロストリップ共振器などから成る共振器に近接して、導電体や誘電体から成る回転子を設け、マイクロストリップラインや負性抵抗回路などとともに発振器を構成し、前記回転子の形状を周方向に変化して形成しておき、前記回転子を回転させることによって、前記共振器に対向する共振空間が変化し、発振周波数を変化させる。
【００２６】
それゆえ、ミリ波帯などの高周波信号を扱う場合には、電気的方法によって共振周波数を変化させることが難しいのに対して、機械的な方法によって共振周波数を実現させ、優れた線形性や周波数特性を、低コストに得ることができる。
【００２７】
また、本発明のレーダ装置は、以上のように、前記の発振器を用いる。
【００２８】
それゆえ、前述のように、機械的な方法によって共振周波数の変化を実現させ、優れた線形性や周波数特性を、低コストに得ることができるレーダ装置を実現することができる。
【００２９】
さらにまた、本発明のレーダ装置は、以上のように、前記回転子には１次放射器を備え、前記回転子の回転によって、前記発振器の発振周波数を変化させるとともに、前記１次放射器の走査を行う。
【００３０】
それゆえ、１次放射器が放射レーダ波の走査を行うにあたって、前述のような共振周波数の変化を実現するための前記回転子と一体で構成し、走査型のレーダ装置の構成を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
【実施例１】
【００３２】
本発明の第１の実施例について、図１〜図３に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３３】
図１は、前記ＦＭ−ＣＷレーダに用いられる一般的な発振器の概略ブロック図である。従来の発振器では、リアクタンスＸｖを変化し、共振器と結合した変調回路のリアクタンスＸｖ’を変化することで、共振回路の共振周波数を変化させ、前記三角変調波の周波数変調が行われる。そして、前述のように、前記リアクタンスＸｖの変化は、バラクタダイオードなどの可変リアクタンス素子を用いることで行われている。これに対して本発明では、共振器のリアクタンスＸ１を直接変化することで、共振周波数を変化させ、前記三角変調波の周波数変調が行われる。そして、その共振周波数の変化は、以下のように回転子を用いることで行われる。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施例の発振器１の構造を示す斜視図である。この発振器１は、図示しないモータによって回転駆動される回転子２と、それに結合する共振器３と、マイクロストリップライン４と、図示しない負性抵抗回路となどを備えて構成される。前記共振器３は、ＴＥ０１δ誘電体共振器であり、この共振器３上方に近接して、金属、または樹脂等の表面をメタライズして成り、あるいは誘電体から成る前記回転子２が設けられる。
【００３５】
そして、注目すべきは、本発明では、前記回転子２は、たとえば前記導電体の場合には円筒状体の両端が閉塞されて成り、前記誘電体の場合には中実の円柱状体から成り、周方向に形状が変化して形成されることである。その形状の変化が、たとえば前記円筒状体の端部を閉塞する端板に施されている場合には、図３で示すように、回転子２を、円板部５の下面から外壁６を延設して形成し、その外壁６を三角変調波状に形成することで実現される。そして、この図３で示すように、前記共振器３は該端板に臨む。これに対して、前記形状の変化が回転子の外周面に施されている場合には、前記共振器は該外周面に臨む。
【００３６】
また、前記共振器３としては、前記ＴＥ０１δ共振器以外に、ＴＥ０１０、ＰＤＴＬ共振器等を用いることができる。また、前記誘電体共振器ではなく、空胴共振器や、マイクロストリップ共振器などの平面回路による共振器が用いられてもよい。さらにまた、ＴＭモード共振器を用いる場合には、該共振器の側面を回転子２の導体凹凸に近付けてもよい。
【００３７】
したがって、前記回転子２を回転させることによって、前記共振器３に対向する共振空間が変化し、発振周波数を変化することができる。そして、ミリ波帯などの高周波信号を扱う場合には、前述のように電気的方法によって共振周波数を変化させることが難しいのに対して、機械的な方法によって共振周波数の変化を実現させ、優れた線形性や周波数特性を、低コストに得ることができる。
【実施例２】
【００３８】
本発明の第２の実施例について、図４および図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
【００３９】
図４は、本発明の第２の実施例のレーダ装置６１の全体構成を示す斜視図である。このレーダ装置６１は、大略的に、ＲＦ（高周波）回路６２上に、前記発振器１と同様の発振器６３が実装されて構成されている。そして、注目すべきは、このレーダ装置６１では、発振器６３の回転子（前記発振器１の回転子２に相当する）が、レーダ波の１次放射器６４と共用されていることである。前記１次放射器６４の側面には、１次放射器６４に内蔵されたアンテナ６５からの、レーダ波を放射する開口６５ａが設けられており、またこの１次放射器６４はモータ６６によって回転駆動され、放射する前記レーダ波を走査する。
【００４０】
図５は、上述のように構成されるレーダ装置６１の電気的構成を示すブロック図である。このレーダ装置６１では、発振器６３は、共振器６９と負性抵抗回路６８とからなる。そして、回転子として機能する１次放射器６４が、前述のように共振器６９の共振周波数を変化し、三角変調波となるように共振器６９の発振周波数を変化させる。こうして、前記発振器１から成る発振器６３を用いて、レーダ装置６１を構成することができる。
【００４１】
ＲＦ回路基板６２では、前記発振器６３によって変化された変調信号は、カプラ７１で分岐され、サーキュレータ７２とミキサ７０とに入力される。前記サーキュレータ７２に入力された変調信号はロータリージョイント７３を介してアンテナ６５から放射され、このアンテナ６５で受信された信号はロータリージョイント７３を介して前記サーキュレータ７２を通って前記ミキサ７０へ伝播する。ミキサ７０では、前記カプラ７１で分岐されてきた送信（変調）信号と、サーキュレータ７２からの受信信号とが混合され、ビート信号が作成され、出力される。
【００４２】
また、前記回転子２を、レーダ波の走査を行う１次放射器６４と共用することで、走査型のレーダ装置の構成を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ＦＭ−ＣＷレーダに用いられる一般的な発振器の概略ブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施例の発振器の構造を示す斜視図である。
【図３】図２で示す発振器における回転子を底面側から見た斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施例のレーダ装置の全体構成を示す斜視図である。
【図５】図４で示すレーダ装置の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１，６３    発振器
２    回転子
３    共振器
４    マイクロストリップライン
５    円板部
６    外壁
６１    レーダ装置
６２    ＲＦ（高周波）回路
６３    発振器
６４    １次放射器
６５    放射器
６６    モータ
６８    負性抵抗回路
６９    共振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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