(57)【要約】【課題】温度変化に対して発振周波数が安定である発振装置を提供すること。【解決手段】所定の周波数で発振する発振装置１０において、増幅素子を有し、当該増幅素子の動作点によって発振周波数が変化する発振回路１１と、温度に応じて発振回路の動作点を調整することにより、発振回路の温度による発振周波数のずれを調整する調整回路１５と、を有することを特徴とする発振装置。【選択図】図１
2012211855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で発振する発振装置において、
増幅素子を有し、当該増幅素子の動作点によって発振周波数が変化する発振回路と、
温度に応じて前記発振回路の動作点を調整することにより、前記発振回路の温度による発振周波数のずれを調整する調整回路と、
を有することを特徴とする発振装置。
【請求項２】
前記発振回路は、トランジスタを前記増幅素子として有し、前記トランジスタの出力信号を前記トランジスタの入力側端子に帰還することで発振回路を構成し、
前記調整回路は、前記トランジスタのバイアス電圧を調整することにより動作点を調整し、発振周波数を調整する、
ことを特徴とする請求項１記載の発振装置。
【請求項３】
前記調整回路は、温度により抵抗値が変化するサーミスタおよび抵抗素子により構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の発振装置。
【請求項４】
温度変化をΔＴ［℃］とし、前記発振回路の温度変化による発振周波数の変化の割合をＡ［Ｈｚ／℃］とし、前記調整回路による動作点の変化に基づく前記発振回路の発振周波数の変化の割合をＢ［Ｈｚ／Ｖ］とし、前記調整回路による動作点の調整量をΔＶｔｕｎｅとしたとき、以下の式が成立する、
ΔＴ＝（Ｂ／Ａ）×ΔＶｔｕｎｅ
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発振装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の発振装置を有する車載レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振装置および車載レーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来において、高周波帯域（例えば、準ミリ波またはミリ波帯域）の発振を行うための発振装置としては、例えば、特許文献１に示すような技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１１０３３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された技術では、環境温度が変化した場合に、発振周波数が変化してしまう。このような環境温度の変化による発振周波数の変化は、温度変化が激しい車両に車載レーダ装置を搭載した場合、レーダ特性の安定性や、検出精度に影響が出るといった問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は温度変化に対して発振周波数が安定である発振装置および車載レーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、所定の周波数で発振する発振装置において、増幅素子を有し、当該増幅素子の動作点によって発振周波数が変化する発振回路と、温度に応じて前記発振回路の動作点を調整することにより、前記発振回路の温度による発振周波数のずれを調整する調整回路と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、温度変化に対して発振周波数が安定である発振装置を提供することができる。
【０００７】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記発振回路は、トランジスタを前記増幅素子として有し、前記トランジスタの出力信号を前記トランジスタの入力側端子に帰還することで発振回路を構成し、前記調整回路は、前記トランジスタのバイアス電圧を調整することにより動作点を調整し、発振周波数を調整することを特徴とする。
このような構成によれば、温度に対する安定性が高い高周波帯域の発振装置を得ることができる。
【０００８】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記調整回路は、温度により抵抗値が変化するサーミスタおよび抵抗素子によって構成されることを特徴とする。
このような構成によれば、簡単な回路構成によって、温度変化による発振周波数の変化を効率良く抑制することができる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、温度変化をΔＴ［℃］とし、前記発振回路の温度変化による発振周波数の変化の割合をＡ［Ｈｚ／℃］とし、前記調整回路による動作点の変化に基づく前記発振回路の発振周波数の変化の割合をＢ［Ｈｚ／Ｖ］とし、前記調整回路による動作点の調整量をΔＶｔｕｎｅとしたとき、以下の式が成立する、ΔＴ＝（Ｂ／Ａ）×ΔＶｔｕｎｅことを特徴とする発振装置。
このような構成によれば、調整回路のパラメータを簡単に求めることができる。
【００１０】
また、他の発明は、前述の発振装置を有する車載レーダ装置である。
このような構成によれば、温度変化が激しい車両に搭載した場合であっても特性が安定し、かつ、検出精度が高い車載レーダ装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、温度変化に対して発振周波数が安定である発振装置および車載レーダ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発振装置の構成例を示す図である。
【図２】（Ａ）は図１に示す第１実施形態の温度と発振周波数の関係の一例を示し、（Ｂ）はバイアス電圧と発振周波数の関係の一例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る発振装置の構成例を示す図である。
【図４】図３に示す第２実施形態の温度と発振周波数の関係の一例を示す図である。
【図５】図３に示す第２実施形態のバイアス電圧と発振周波数の関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
（Ａ）第１実施形態の構成の説明
図１は、本発明の第１実施形態に係る発振装置の構成例を示す図である。この図１に示すように、発振装置１０は、発振回路１１、抵抗素子１２，１３、および、サーミスタ１４を有している。
【００１５】
ここで、発振回路１１は、出力端子とバイアス端子とを有しており、バイアス端子に印加される電圧に応じた周波数で発振し、発振信号を出力端子から出力する。一例として、発振回路１１は、環境温度が上昇すると発振周波数が減少し、環境温度が下降すると発振周波数が増加する特性を有している。また、発振回路１１は、バイアス端子に印加されるバイアス電圧が上昇すると発振周波数が増加し、バイアス電圧が下降すると発振周波数が減少する特性を有している。なお、発振回路１１の温度による発振周波数の特性、バイアス電圧による発振周波数の特性は前記各特性の逆特性であってもよく、本案件の特許性を限定するものではない。
【００１６】
一例として、抵抗素子１３は、一方の端子がサーミスタ１４の一方の端子と接続され、他方の端子が接地されている。サーミスタ１４は、一方の端子が抵抗素子１３の一方の端子と接続され、他方の端子が接地されている。抵抗素子１２は、一方の端子がサーミスタ１４および抵抗素子１３の一方の端子にそれぞれ接続され、他方の端子が電源Ｖｃに接続されている。なお、これら抵抗素子１２，１３およびサーミスタ１４によって温度補償回路１５が構成される。なお、サーミスタ１４は、温度上昇に伴って抵抗値が増加するＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）特性を有している。このため、温度補償回路１５から出力される電圧は、温度が上昇するとそれに応じて増加する。なお、発振回路１１の温度による発振周波数の特性、バイアス電圧による発振周波数の特性によっては、サーミスタ１４は温度上昇に伴って抵抗値が減少するＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）特性を有していてもよい。また、抵抗素子の配置も一例であり、本案件の特許性を限定するものではない。
【００１７】
（Ｂ）第１実施形態の動作の説明
つぎに、以上の第１実施形態の動作について説明する。図２（Ａ）は発振回路１１の発振周波数の変動量と、装置温度の変化量との関係を示す図である。この図に示すように、発振回路１１は、装置の温度が上昇すると、発振周波数が減少する特性を有している。また、図２（Ｂ）は、発振回路１１のバイアス端子に印加される電圧と、発振周波数との関係を示す図である。この図に示すように、発振回路１１は、バイアス端子に印加される電圧が上昇すると、発振周波数が増加し、バイアス端子に印加される電圧が下降すると、発振周波数が減少する。また、サーミスタ１４は、温度が上昇すると抵抗値が増加するので、温度補償回路１５から出力される電圧は、温度が上昇すると増加する。
【００１８】
ここで、発振装置１０の各パラメータは、温度変化をΔＴ［℃］とし、図２（Ａ）に示す発振回路１１の温度変化による発振周波数の変化の割合をＡ［Ｈｚ／℃］とし、図２（Ｂ）に示す発振回路１１のバイアス端子に印加する電圧と発振周波数の変動化の割合をＢ［Ｈｚ／Ｖ］とし、バイアス端子に印加する電圧の変化量をΔＶｔｕｎｅとしたとき、これらの間には以下の式（１）が成立する。
ΔＴ＝（Ｂ／Ａ）×ΔＶｔｕｎｅ  ・・・（１）
【００１９】
温度補償回路１５としては、以下の式（２）が成立するように、抵抗素子１２，１３およびサーミスタ１４が設定されている。
ΔＶｔｕｎｅ／ΔＴ＝Ａ／Ｂ  ・・・（２）
【００２０】
このため、温度がΔＴ変化すると、発振回路１１の発振周波数はＡ×ΔＴ変化する。温度補償回路１５は、この温度変化によって電圧ΔＶｔｕｎｅ＝Ａ／Ｂ×ΔＴを出力する。発振回路１１はバイアス電圧がΔＶｔｕｎｅ変化すると、動作点の変化によって、発振周波数がＢ×ΔＶｔｕｎｅ変化する。このため、発振回路１１の発振周波数はＡ×ΔＴ変化する。これにより、前述した温度がΔＴ変化したことによる発振周波数のＡ×ΔＴの変化が相殺されるので、温度が変化しても発振周波数は変化しない。
【００２１】
以上に説明したように、第１実施形態では、動作点の変化によって発振周波数が変化する発振回路１１に対して、抵抗素子１２，１３およびサーミスタ１４によって構成される温度補償回路１５を付加し、これによって温度補償を行うようにしたので、簡単な回路構成により、発振周波数がずれることを防止できる。
【００２２】
また、以上の第１実施形態では、抵抗素子１２，１３およびサーミスタ１４によってハードウエア的に、温度補償を行うようにしたので、ソフトウエア的に温度補償を行う場合に比較して、例えば、中央制御装置および記憶装置等を省略することにより、装置の構成を簡略化し、製造コストを低減することができる。
【００２３】
（Ｃ）第２実施形態の構成の説明
つぎに、第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態の構成例を示す図である。この図に示すように、第２実施形態の発振装置２０は、増幅素子２１、ループ回路２２、サーミスタ２３、抵抗素子２４，２５、および、バイアス回路２６，２７を有している。
【００２４】
ここで、増幅素子２１は、例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor））または電界効果トランジスタ（ＦＥＴ（Field Effect Transistor））等によって構成されている。増幅素子２１は、ソース端子が接地され、ドレイン端子がバイアス回路２７を介して電源Ｖｄに接続されている。また、ゲート端子は、ループ回路２２の出力端に接続され、バイアス回路２６を介して、抵抗素子２５、サーミスタ２３のそれぞれの一方の端子に接続されている。
【００２５】
ループ回路２２は、入力端がバイアス回路２７の他端に接続され、出力端が増幅素子２１のゲート端子に接続されている。ループ回路２２は、バイアス回路２７を介して出力される出力信号のうち発振周波数に該当する信号を増幅素子２１のゲート端子に帰還する。
【００２６】
サーミスタ２３は、正の温度特性を有するＰＴＣ型の特性を有しており、温度変化に応じてその抵抗値が変化する。サーミスタ２３の一方の端子は増幅素子２１のゲート端子に接続され、他方の端子は接地されている。抵抗素子２５はサーミスタ２３と並列に接続されている。抵抗素子２４は、一方の端子がバイアス回路２６を介して増幅素子２１のゲート端子に接続され、他方の端子が電源Ｖｇに接続されている。なお、増幅素子２１、及びループ回路２２、バイアス回路２６，２７は発振回路３４を構成し、サーミスタ２３および抵抗素子２４，２５は温度補償回路３５を構成する。
【００２７】
バイアス回路２６は例えば、マイクロストリップラインやチップ部品によって構成され、一方の端子が増幅素子２１のゲート端子に接続され、他方の端子が抵抗素子２４の一方の端子に接続されている。なお、バイアス回路２６は直流成分を遮断し、発振周波数成分を増幅素子２１のゲート端子に対して出力する機能や、増幅素子２１のゲート端子から電源Ｖｇ側に流出する発振周波数の信号を防止する機能、および高周波信号をグランドに対して逃がす機能などを有している。
【００２８】
バイアス回路２７は、バイアス回路２６と同様に、マイクロストリップラインまたはチップ部品によって構成され、増幅素子２１のドレイン端子に接続されている。なお、バイアス回路２７は直流成分を遮断し、発振周波数成分を図示しない後段の回路およびループ回路２２に対して出力する機能や、増幅素子２１のドレイン端子から電源Ｖｄ側に流出する発振周波数の信号を防止する機能、および、高周波信号をグランドに対して逃がす機能などを有している。
【００２９】
（Ｄ）第２実施形態の動作の説明
つぎに、図４，５を参照して、図３に示す第２実施形態の動作について説明する。図４は、図２（Ａ）に対応する図であり、第２実施形態の温度と発振周波数の変化を示す図である。図５は、図Ｂ（Ａ）に対応する図であり、第２実施形態の電圧調整量と発振周波数の変動量との関係を示す図である。以下、具体的に説明する。
【００３０】
図４から、第２実施形態の温度変化による発振周波数の変化の割合Ａ［ＧＨｚ／℃］は、−０．００２４である。また、図５から、第２実施形態のバイアス電圧の変化による発振周波数の変化の割合Ｂ［ＧＨｚ／Ｖ］は、０．２９である。したがって、温度補償回路３５は、ΔＶｔｕｎｅ／ΔＴ＝Ａ／Ｂ＝−０．００８２［Ｖ／℃］が成立するように素子値を設定する。
【００３１】
このように設定することで、第１実施形態の場合と同様に、温度変化によって発振周波数が変化すると、これを打ち消すようにバイアス電圧が調整されて発振周波数の変化が相殺される。以下に具体的に説明する。
【００３２】
図４に示すように、発振装置２０の温度が変化すると、図４に示すように、温度の変化に応じて発振周波数が変化する。例えば、温度が２０［℃］上昇すると、発振周波数が約０．０５［ＧＨｚ］減少する（図４参照）。ここで、温度補償回路３５は、前述したように、ΔＶｔｕｎｅ／ΔＴ＝０．００８２［Ｖ／℃］に設定されている。このため、温度が２０［℃］上昇すると、電圧ΔＶｔｕｎｅが約０．１６４［Ｖ］増加する。ΔＶｔｕｎｅが約０．１６４［Ｖ］増加すると、増幅素子２１のゲート端子に印加される電圧（バイアス電圧）が上昇する。すると、増幅素子２１の動作点が変化し、発振周波数が変化（上昇）する。なお、この周波数の上昇は、図５に示すように約０．０５［ＧＨｚ］であるので、温度上昇による発振周波数の減少を打ち消す分だけ、発振周波数が増加され、発振周波数は変化しない。
【００３３】
以上に説明したように、第２実施形態では、温度変化によって発振装置２０の発振周波数が変化した場合には、温度補償回路３５によって増幅素子２１のバイアス電圧を変化させることで動作点を調整し、温度変化による周波数の変化を打ち消すように発振周波数を変化させるようにした。これにより、簡単な回路構成によって、発振装置２０の温度補償を行うことができる。
【００３４】
また、第２実施形態では、サーミスタ２３および抵抗素子２４，２５によってハードウエア的に温度補償を行うようにしたので、ソフトウエア的に温度補償を行う場合に比較して、例えば、中央処理装置や記憶装置のようなハードウエアを不要とすることができるので、回路構成を単純化することができる。
【００３５】
（Ｅ）変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、高電子移動度トランジスタまたは電界効果トランジスタを増幅素子として用いるようにしたが、これら以外の増幅素子（例えば、ＭＭＩＣ（Monolithic Microwave Integrated Circuit）等）を用いることも可能である。
【００３６】
また、以上の第２実施形態では、増幅素子２１のゲート端子に印加する電圧を変化させて発振周波数を調整するようにしたが、例えば、ソース端子に印加される電圧を調整することで、動作点を変化させて発振周波数を調整するようにしてもよい。その場合、図３に示す回路において、サーミスタ２３および抵抗素子２４，２５をゲート端子から除外してゲート端子に電源Ｖｇを直接接続するとともに、増幅素子２１のソース端子とグランドの間に並列接続した抵抗素子２５とサーミスタ２３を接続するようにすればよい。なお、素子値の設定方法については前述した場合と同様である。
【００３７】
また、以上の実施形態では、発振装置単体の構成を示したが、これらの発振装置から出力される発振信号を電波として送信して対象から反射された電波を検出し、送信信号と受信信号の時間差および周波数差等に基づいて、対象の位置や速度を検出するレーダ装置に本発明の発振装置を適用することも可能である。その場合、例えば、車載レーダ装置の場合、環境温度などによって発振装置の温度が大幅に変化する場合があるが、そのような場合であっても、常に一定の周波数で発振することができるので、精度良く対象を検出することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  発振装置
１１  発振回路
１２，１３  抵抗素子
１４  サーミスタ
１５  温度補償回路
２０  発振装置
２１  増幅素子
２２  ループ回路
２３  サーミスタ
２４，２５  抵抗素子
２６，２７  バイアス回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2012211855.tif 000006
【図５】
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