(57)【要約】【課題】受信パルスの検出精度を高くし、かつ受信装置を小型にすることを課題とする。【解決手段】受信信号を相互に９０度の位相差を有する第１及び第２の受信信号に分配する９０度ハイブリッド回路（１０４）と、第１の受信信号の線に接続され、クロック信号に同期して第１の受信信号のレベルを抽出する第１の抽出回路（１０５Ｉ）と、第２の受信信号の線に接続され、クロック信号に同期して第２の受信信号のレベルを抽出する第２の抽出回路（１０５Ｑ）とを有する受信装置が提供される。【選択図】図１
2007158966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を相互に９０度の位相差を有する第１及び第２の受信信号に分配する９０度ハイブリッド回路と、
前記第１の受信信号の線に接続され、クロック信号に同期して前記第１の受信信号のレベルを抽出する第１の抽出回路と、
前記第２の受信信号の線に接続され、前記クロック信号に同期して前記第２の受信信号のレベルを抽出する第２の抽出回路と
を有することを特徴とする受信装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の抽出回路は、インピーダンスマッチング回路を介さずに、前記９０度ハイブリッド回路に直接接続されることを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の抽出回路は、前記受信信号の周波数の２倍の周波数の入力信号に対してレベル抽出を行うことができる動作速度を有することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項４】
さらに、無線信号を受信するためのアンテナと、
前記アンテナにより受信した信号をフィルタリングするフィルタとを有し、
前記９０度ハイブリッド回路は、前記フィルタの出力信号を入力することを特徴とする請求項１記載の受信装置。
【請求項５】
受信信号を相互に９０度の位相差を有する第１及び第２の受信信号に分配する分配ステップと、
クロック信号に同期して前記第１の受信信号のレベルを抽出する第１の抽出ステップと、
前記クロック信号に同期して前記第２の受信信号のレベルを抽出する第２の抽出ステップと
を有することを特徴とする受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信装置及び受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダは、パルス信号を無線送信し、ターゲットに反射したパルス信号を受信し、その送信パルスと受信パルスとの時間差を基に、ターゲットまでの距離を測定することができる。
【０００３】
図６はレーダの受信装置の構成例を示すブロック図であり、図７はその動作を示すタイムチャートである。増幅器６０２は、アンテナ６０１により受信した信号を増幅する。スプリッタ６０３は、増幅器６０２の出力信号を信号ＡＩ１及びＡＱ１に分配する。信号ＡＩ１及びＡＱ１は、相互に位相が同じである。テンプレート波形生成ブロック６０７は、テンプレート波形ＴＭＩ及びＴＭＱを生成する。テンプレート波形ＴＭＩは０度の位相を有し、テンプレート波形ＴＭＱは９０度の位相を有する。相関器６０４Ｉは、信号ＡＩ１及びテンプレート波形ＴＭＩを乗算する。相関器６０４Ｑは、信号ＡＱ１及びテンプレート波形ＴＭＱを乗算する。積分器６０５Ｉは、相関器６０４Ｉの出力信号を積分する。積分器６０５Ｑは、相関器６０４Ｑの出力信号を積分する。Ａ／Ｄ変換器６０６Ｉは、クロック信号ＣＫＩに同期して積分器６０５Ｉの信号をアナログからデジタルに変換し、信号ＡＩ２を出力する。Ａ／Ｄ変換器６０６Ｑは、クロック信号ＣＫＱに同期して積分器６０５Ｑの信号をアナログからデジタルに変換し、信号ＡＱ２を出力する。クロック信号ＣＫＩは０度の位相を有し、クロック信号ＣＫＱは９０度の位相を有する。信号ＡＩ２はＩチャネルの信号であり、信号ＡＱ２はＱチャネルの信号である。
【０００４】
図８は他のレーダの受信装置の構成例を示すブロック図であり、図９はその動作を示すタイムチャートである。増幅器８０２は、アンテナ８０１により受信した信号を増幅する。バンドパスフィルタ８０３は、増幅器８０２の出力信号をフィルタリングし、信号Ｂ１を出力する。サンプルアンドホールド回路８０４は、クロック信号ＣＫの立ち下がりに同期して、信号Ｂ１のレベルをサンプルし、ホールドする。時刻ｔ１のように、信号Ｂ１のピークポイント９０１をサンプルすることができる場合がある。また、時刻ｔ２のように、ピークでないポイント９０２をサンプルしてしまうこともある。Ａ／Ｄ変換器８０５は、クロック信号ＣＫに同期して、サンプルアンドホールド回路８０４の出力信号をアナログからデジタルに変換し、信号Ｂ２を出力する。受信信号は、Ｉチャネル及びＱチャネルに分配されていない。
【０００５】
また、下記の特許文献１の図４には、超広帯域インパルス・レーダ信号処理装置に使用するサンプル／ホールド回路及びアナログ・デジタル変換器が記載されている。
【０００６】
また、下記の特許文献２には、スペクトラムの問題を回避するパルスにより送受信を行うウルトラワイドバンド通信システムが記載されている。
【０００７】
また、下記の特許文献３には、直接スペクトラム拡散（ＤＳ−ＳＳ）と組み合わせて耐干渉波能力を高めたウルトラワイドバンド通信方式の通信装置が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特表平８−５０９０６５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５９１９６号公報
【特許文献３】特開２００５−２０４３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
受信パルスを検出するためには、図６のようにテンプレート波形と相関をとる方法と、図８のように受信パルスのピークを直接サンプルする方法がある。ＲＦ部の占めるスペースを小さくするためには、テンプレート波形生成ブロック６０７を必要とせず、受信パルスのピークを直接サンプルする方式が有効である。しかし、この場合、受信パルスのピークポイント９０１で必ずサンプルしなければならないため、サンプルのタイミング制御が困難となり、パルス検出精度が低下する。
【００１０】
本発明の目的は、受信パルスの検出精度を高くし、かつ受信装置を小型にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一観点によれば、受信信号を相互に９０度の位相差を有する第１及び第２の受信信号に分配する９０度ハイブリッド回路と、前記第１の受信信号の線に接続され、クロック信号に同期して前記第１の受信信号のレベルを抽出する第１の抽出回路と、前記第２の受信信号の線に接続され、前記クロック信号に同期して前記第２の受信信号のレベルを抽出する第２の抽出回路とを有する受信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
第１及び第２の抽出回路を用いることにより、高精度で受信パルスを検出することができる。また、９０度ハイブリッド回路を用いることにより、第１及び第２の抽出回路の入力端における受信信号の反射を防止し、高精度で受信パルスを検出することができ、かつ受信装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施形態によるウルトラワイドバンド（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）信号受信装置の構成例を示すブロック図であり、図２はその動作を示すタイムチャートである。ＵＷＢ信号受信装置は、近距離レーダに使用される。レーダは、パルス信号を無線送信し、ターゲットに反射したパルス信号を受信し、その送信パルスと受信パルスとの時間差を基に、ターゲットまでの距離を測定することができる。レーダが送受信するパルスは、インパルス波形のうちの所定の周波数成分からなるパルスである。例えば、レーダはＵＷＢインパルスレーダであり、インパルス通信を行う。
【００１４】
アンテナ１０１は、ＵＷＢ無線信号を受信する。低雑音増幅器１０２は、アンテナ１０１により受信した信号を増幅する。バンドパスフィルタ１０３は、増幅器１０２により増幅された信号をフィルタリングし、入力信号のうちの所定の周波数帯域のみ通過させ、ノイズを除去する。
【００１５】
９０度ハイブリッド回路１０４は、バンドパスフィルタ１０３の出力信号を相互に９０度の位相差を有する受信信号ＳＩ１及びＳＱ１に分配する。受信信号ＳＩ１の線は高速レベル抽出回路１０５Ｉの入力端に接続され、受信信号ＳＱ１１の線は高速レベル抽出回路１０５Ｑの入力端に接続される。例えば、９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１から高速レベル抽出回路１０５Ｑの入力端までの距離は、前記入力端１１１から高速レベル抽出回路１０５Ｉの入力端までの距離よりも９０度の位相分長い。これにより、受信信号ＳＱ１は、受信信号ＳＩ１に対して９０度位相が遅れた信号になる。受信信号ＳＩ１は、図２に示すように、パルス信号を含む。レーダは、パルス信号を送信し、ターゲットに反射したパルス信号を受信信号ＳＩ１として受信する。パルス信号は、例えば、マイクロ波及び準ミリ波を含むＵＷＢ信号であり、２４〜２９ＧＨｚの信号である。
【００１６】
高速レベル抽出回路１０５Ｉは、入力トランジスタ１１０のゲートが受信信号ＳＩ１の線に接続され、クロック信号ＣＫに同期して受信信号ＳＩ１のレベルを抽出し、信号ＳＩ３を出力する。高速レベル抽出回路１０５Ｑは、入力トランジスタ１１０のゲートが受信信号ＳＱ１の線に接続され、クロック信号ＣＫに同期して受信信号ＳＱ１のレベルを抽出し、信号ＳＱ３を出力する。
【００１７】
アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１０６Ｉは、高速レベル抽出回路１０５Ｉの出力信号ＳＩ３をアナログからデジタルに変換し、Ｉチャネル信号ＳＩ４を出力する。Ａ／Ｄ変換器１０６Ｑは、高速レベル抽出回路１０５Ｑの出力信号ＳＱ３をアナログからデジタルに変換し、Ｑチャネル信号ＳＱ４を出力する。
【００１８】
図２に示すように、時刻ｔ１において、高速レベル抽出回路１０５Ｉは、クロック信号ＣＫの立ち下がりに同期して、受信信号ＳＩ１のレベル２０１を抽出する。そして、高速レベル抽出回路１０５Ｉは、クロック信号ＣＫがローレベルの間はその抽出したレベル２０１を保持して出力信号ＳＩ３を出力し、クロック信号ＣＫがハイレベルの間はレベルが０の出力信号ＳＩ３を出力する。高速レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑは、受信信号の周波数の２倍の周波数の入力信号に対してレベル抽出を行うことができる動作速度を有し、サンプルアンドホールド回路と同じ機能を果たす。時刻ｔ１では、Ｉチャネル信号ＳＩ４は、レベル２０１に変化して保持される。
【００１９】
受信信号ＳＱ１は、受信信号ＳＩ１に対して９０度位相が遅れた信号である。時刻ｔ１において、高速レベル抽出回路１０５Ｉは受信信号ＳＩ１のレベル２０１を抽出し、高速レベル抽出回路１０５Ｑは受信信号ＳＱ１のレベル２０２を抽出する。レベル２０２のポイントは、レベル２０１の時刻ｔ１に対して位相が９０度遅れたポイントである。したがって、時刻ｔ１において、Ｉチャネル信号ＳＩ４はレベル２０１となり、Ｑチャネル信号ＳＱ４はレベル２０２となる。この場合、受信パルスは、Ｉチャネル信号ＳＩ４により検出できたことになる。このように、Ｉチャネル信号ＳＩ４及びＱチャネル信号ＳＱ４の両方を用いることにより、受信パルスを高精度で検出することができる。
【００２０】
Ｉチャネル信号ＳＩ４のレベル値をＩで表し、Ｑチャネル信号ＳＱ４のレベル値をＱで表すとする。ベースバンド回路は、Ｉチャネル信号ＳＩ４及びＳＱ４を入力し、√（Ｉ2＋Ｑ2）を演算することにより、受信パルスの包絡線検波を行うことができる。
【００２１】
本実施形態では、高速レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑが受信パルスのレベルを抽出することにより、図６の相関器６０４Ｉ，６０４Ｑ及びテンプレート波形生成ブロック６０７を不要とし、受信装置を小型化することができる。
【００２２】
受信信号ＳＩ１及びＳＱ１の周波数が高くなると、レベル抽出回路１０５Ｉ，１０５Ｑを構成するトランジスタ１１０のゲート長は短くなり、高速化される。そのため、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの入力インピーダンスが高くなり、反射波ＳＩ２及びＳＱ２が生じる。しかし、高入力インピーダンスのレベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの前段に９０度ハイブリッド回路１０４を配置することにより、Ｉチャネル反射波ＳＩ２及びＱチャネル反射波ＳＱ２が相互に９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１で打ち消し合う。
【００２３】
図３は、Ｉチャネル反射波ＳＩ２及びＱチャネル反射波ＳＱ２を示す波形図である。Ｑチャネル信号ＳＱ１の線は、Ｉチャネル信号ＳＩ１の線に対して９０度の位相分長い。Ｑチャネル反射波ＳＱ２は、９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１からレベル抽出回路１０５Ｑの入力端に進み、そこで反射して９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１に戻る。その結果、Ｑチャネル反射波ＳＱ２は、Ｉチャネル反射波ＳＩ２に対して１８０度位相が遅れる。Ｉチャネル反射波ＳＩ２及びＱチャネル反射波ＳＱ２は、１８０度の位相差が生じるので、相互に打ち消し合う。その結果、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑは、反射波ＳＩ２及びＳＱ２の影響を受けず、受信信号ＳＩ１及びＳＱ１のレベルを適切に抽出することができる。すなわち、反射波ＳＩ２及びＳＱ２による受信パルス波形の劣化を防ぐことができる。
【００２４】
本実施形態は、受信装置（ＲＦ部）の省スペース化及び受信パルスの検出精度を両立するために、受信信号を９０度ハイブリッド回路１０４によりＩチャネル信号ＳＩ１及びＱチャネル信号ＳＱ１に分配する。レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑに与えるクロック信号ＣＫは同位相である。これにより、仮にレベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの入力端で反射波ＳＩ２及びＳＱ２が生じても、Ｉチャネル反射波ＳＩ２に対してＱチャネル反射波ＳＱ２は位相が１８０度遅れているために、９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１では、反射波ＳＩ２及びＳＱ２が相殺される。これにより、受信パルス波形を劣化させることなく、受信信号をＩチャネル信号ＳＩ１及びＱチャネル信号ＳＱ１に分配することが可能となる。
【００２５】
ここで、比較例として、９０度ハイブリッド回路１０４の代わりに図６のスプリッタ６０３を設け、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑに与えるクロック信号の位相を９０度ずらした受信装置を考える。すなわち、スプリッタは、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑに同じ位相の信号を供給し、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑは、９０度位相が異なるタイミングでデータを抽出する。以下、この受信装置を、比較例の受信装置という。
【００２６】
２４ＧＨｚ帯のＵＷＢ信号等の高い周波数を超広帯域に利用する場合には、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの入力インピーダンスを全帯域にわたりマッチさせることが難しくなる。そのため、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの入力端で反射した信号ＳＩ２及びＳＱ２がスプリッタの入力端に戻ってきてしまう。そのため、受信信号ＳＩ１，ＳＱ１と反射信号ＳＩ２，ＳＱ２の重ね合わさった波形がレベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑによって抽出されてしまい、パルス検出精度が劣化してしまう。
【００２７】
図４及び図５は、本実施形態の受信装置及び比較例の受信装置の反射波の影響を示すシミュレーション結果の波形図である。
【００２８】
図４は、５０Ωで完全にインピーダンスマッチングをとった理想状態におけるシミュレーション結果を示す波形図である。
【００２９】
信号４０１は、本実施形態の９０度ハイブリッド回路１０４を用いた受信装置の信号であり、９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１の信号波形を示す。インピーダンスマッチングがとれているため、反射がない信号４０１となる。
【００３０】
信号４０２は、比較例のスプリッタを用いた受信装置の信号であり、スプリッタの入力端の信号波形を示す。インピーダンスマッチングがとれているため、反射がない信号４０２となる。
【００３１】
インピーダンスマッチングがとれている場合には、反射が生じないので、信号４０１及び信号４０２には差がみられない。
【００３２】
図５は、レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの高入力インピーダンスによる反射がある場合のシミュレーション結果を示す波形図である。
【００３３】
信号５０１は、本実施形態の９０度ハイブリッド回路１０４を用いた受信装置の信号であり、９０度ハイブリッド回路１０４の入力端１１１の信号波形を示す。反射波ＳＩ２及びＳＱ２が相互に打ち消しあうため、反射が防止され、図４の信号４０１と同様の信号となる。
【００３４】
信号５０２は、比較例のスプリッタを用いた受信装置の信号であり、スプリッタの入力端の信号波形を示す。スプリッタの入力端で反射波ＳＩ２，ＳＱ２と入射波ＳＩ１，ＳＱ１が重なって打ち消し合い、信号５０２の振幅が大きく減少してしまっている。反射の影響により、信号５０２から受信パルスが消滅してしまし、受信パルスを検出できなくなってしまう。
【００３５】
本実施形態のレベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの入力端は、インピーダンスマッチング回路を介さずに、９０度ハイブリッド回路１０４に直接接続される。レベル抽出回路１０５Ｉ及び１０５Ｑの入力インピーダンスが高い場合には、本実施形態及び比較例の受信回路の差が顕著になる。比較例の信号５０２は、反射により、受信パルスのレベルが大きく減少してしまい、受信パルスの検出が困難になる。これに対し、本実施形態の信号５０１は、反射波ＳＩ２及びＳＱ２が相互に打ち消されるので、受信パルスのレベルは減少せず（受信パルス波形は劣化せず）、高精度に受信パルスを検出することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【００３７】
本発明の実施形態は、例えば以下のように種々の適用が可能である。
【００３８】
（付記１）
受信信号を相互に９０度の位相差を有する第１及び第２の受信信号に分配する９０度ハイブリッド回路と、
前記第１の受信信号の線に接続され、クロック信号に同期して前記第１の受信信号のレベルを抽出する第１の抽出回路と、
前記第２の受信信号の線に接続され、前記クロック信号に同期して前記第２の受信信号のレベルを抽出する第２の抽出回路と
を有することを特徴とする受信装置。
（付記２）
前記第１及び第２の抽出回路は、インピーダンスマッチング回路を介さずに、前記９０度ハイブリッド回路に直接接続されることを特徴とする付記１記載の受信装置。
（付記３）
前記第１及び第２の抽出回路は、前記受信信号の周波数の２倍の周波数の入力信号に対してレベル抽出を行うことができる動作速度を有することを特徴とする付記１記載の受信装置。
（付記４）
さらに、無線信号を受信するためのアンテナと、
前記アンテナにより受信した信号をフィルタリングするフィルタとを有し、
前記９０度ハイブリッド回路は、前記フィルタの出力信号を入力することを特徴とする付記１記載の受信装置。
（付記５）
さらに、前記アンテナにより受信した信号を増幅する増幅器を有し、
前記フィルタは、前記増幅器の出力信号を入力することを特徴とする付記４記載の受信装置。
（付記６）
さらに、前記第１の抽出回路の出力信号をアナログからデジタルに変換する第１のアナログデジタル変換器と、
前記第２の抽出回路の出力信号をアナログからデジタルに変換する第２のアナログデジタル変換器とを有することを特徴とする付記１記載の受信装置。
（付記７）
さらに、無線信号を受信するためのアンテナと、
前記アンテナにより受信した信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器により増幅された信号をフィルタリングするフィルタと、
前記第１の抽出回路の出力信号をアナログからデジタルに変換する第１のアナログデジタル変換器と、
前記第２の抽出回路の出力信号をアナログからデジタルに変換する第２のアナログデジタル変換器とを有し、
前記９０度ハイブリッド回路は、前記フィルタの出力信号を入力することを特徴とする付記１記載の受信装置。
（付記８）
受信信号を相互に９０度の位相差を有する第１及び第２の受信信号に分配する分配ステップと、
クロック信号に同期して前記第１の受信信号のレベルを抽出する第１の抽出ステップと、
前記クロック信号に同期して前記第２の受信信号のレベルを抽出する第２の抽出ステップと
を有することを特徴とする受信方法。
（付記９）
さらに、アンテナにより受信した信号をフィルタリングするフィルタリングステップを有し、
前記分配ステップは、前記フィルタリングされた信号を分配することを特徴とする付記８記載の受信方法。
（付記１０）
さらに、前記アンテナにより受信した信号を増幅する増幅ステップを有し、
前記フィルタリングステップは、前記増幅された信号をフィルタリングすることを特徴とする付記９記載の受信方法。
（付記１１）
さらに、前記第１の抽出ステップにより抽出されたレベルをアナログからデジタルに変換する第１のアナログデジタル変換ステップと、
前記第２の抽出ステップにより抽出されたレベルをアナログからデジタルに変換する第２のアナログデジタル変換ステップとを有することを特徴とする付記８記載の受信方法。
（付記１２）
さらに、アンテナにより受信した信号を増幅する増幅ステップと、
前記増幅された信号をフィルタリングするフィルタリングステップと、
前記第１の抽出ステップにより抽出されたレベルをアナログからデジタルに変換する第１のアナログデジタル変換ステップと、
前記第２の抽出ステップにより抽出されたレベルをアナログからデジタルに変換する第２のアナログデジタル変換ステップとを有し、
前記分配ステップは、前記フィルタリングされた信号を分配することを特徴とする付記８記載の受信方法。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態によるウルトラワイドバンド信号受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態によるウルトラワイドバンド信号受信装置の動作を示すタイムチャートである。
【図３】Ｉチャネル反射波及びＱチャネル反射波を示す波形図である。
【図４】５０Ωで完全にインピーダンスマッチングをとった理想状態におけるシミュレーション結果を示す波形図である。
【図５】レベル抽出回路の高入力インピーダンスによる反射がある場合のシミュレーション結果を示す波形図である。
【図６】レーダの受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】図６の受信装置の動作を示すタイムチャートである。
【図８】他のレーダの受信装置の構成例を示すブロック図である。
【図９】図８の受信装置の動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１０１  アンテナ
１０２  増幅器
１０３  バンドパスフィルタ
１０４  ９０度ハイブリッド回路
１０５Ｉ，１０５Ｑ  高速レベル抽出回路
１０６Ｉ，１０６Ｑ  アナログデジタル変換器
１１０  トランジスタ
１１１  入力端
【図１】
2007158966.tif 000003
【図２】
2007158966.tif 000004
【図３】
2007158966.tif 000005
【図４】
2007158966.tif 000006
【図５】
2007158966.tif 000007
【図６】
2007158966.tif 000008
【図７】
2007158966.tif 000009
【図８】
2007158966.tif 000010
【図９】
2007158966.tif 000011