(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ送信信号を送信し反射信号を受信するアンテナと、
第１入力ポート、前記アンテナに結合された第１入力／出力ポート、及び第２入力／出力ポートを有し、前記第１入力ポート及び前記第１入力／出力ポートの間で送信される信号が所定量ある３モードミキサと、
該３モードミキサの前記第１入力ポートに結合された連続波信号源であって、第１周波数、第１振幅及び第１位相を有する第１信号を供給し、該第１信号の一部が、前記第１入力ポート及び第１入力／出力ポートの間に送信され前記アンテナに結合されると共に、前記センサ送信信号として送信され、前記３モードミキサが、前記アンテナから前記反射信号を受信すると共に受信された前記反射信号と前記第１信号とを混成して出力としてベースバンドビデオ信号を供給する連続波信号源と、
前記３モードミキサの前記第２入力／出力ポートに結合され、出力としてセンサ出力信号を供給するように構成された受信器と
を具備するセンサ前端において、
該センサ前端は、
前記センサ送信信号を位相変調する位相変調器と、
位相復調信号を生成するよう構成された、前記受信器の位相復調器と、
前記第２入力／出力ポートに結合された端子、前記位相変調器に結合された第１出力端子、及び前記位相復調器に結合された第２出力端子を有し、前記端子を前記第１出力端子又は前記第２出力端子に接続する送受信スイッチとをさらに具備し、
前記送受信スイッチの前記端子が前記第２出力端子に結合されると、前記３モードミキサにより供給される前記ベースバンドビデオ信号が、前記送受信スイッチの前記第２出力端子を通って前記受信器に供給されることを特徴とするセンサ前端。
【請求項２】
前記位相変調器は、前記送受信スイッチの前記端子が前記第１出力端子に結合されると、前記位相変調器が前記３モードミキサに位相変調を与え、前記センサ送信信号が位相変調されるように前記第１入力ポートから前記第１入力／出力ポートに伝送される前記第１信号の位相を変調することを特徴とする請求項１記載のセンサ前端。
【請求項３】
前記３モードミキサ及び前記アンテナの間に直列に挿入された移相器をさらに具備し、
該移相器は、送信される前記センサ送信信号及び受信される前記反射信号を所定量だけ位相をずらすことを特徴とする請求項１記載のセンサ前端。
【請求項４】
位相ずれの前記所定量は４５°であることを特徴とする請求項３記載のセンサ前端。
【請求項５】
前記３モードミキサは二重平衡ミキサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ前端。
【請求項６】
前記３モードミキサは一重平衡ミキサであることを特徴とする請求項１記載のセンサ前端。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子レーダー用のセンサ前端に関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体までの距離、又はある環境では物体の接近速度を決定すべき種々の応用分野で、種々の近接センサが使用されている。計測されたデータは処理システムに送られて分析されることが多い。代表例として、この分析により、距離及び速度の一方又は両方が所定の安全閾値を越えたかどうか、及び警報するか又は別のアクションをとるかが決定される。近接センサは、例えば防犯警報機、障害物の検出及び自動車を含む種々の応用分野で使用される。自動車の近接センサは、その自動車の速度での他の自動車又は障害物の相対位置及び接近速度を決定することに使用される。これらセンサは、物理的に小さく、軽量、高信頼性及び低コストでなければならない。これらセンサを用いるシステムの要求事項は、物理的性能及び経済的要素の両方の観点で非常に厳しいことが多い。センサを複雑にすればするほど、部品点数が多くなり、付随して高コストになり、重量が大きくセンサの体積も大きくなり、センサの信頼性が低くなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１６６４４３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、部品点数が少なく、センサのコスト、寸法、及び重量が小さいながら、必要な機能及び信頼性を有するセンサを提供することが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
マルチモードの部品、すなわち送信及び受信の両方に使用される部品を使用することによって技術的機能を提供しながら、より少ない部品点数の電子センサ用センサ前端が開示される。このセンサ前端は、センサ前端が信号を送信する際には信号源として、センサ前端が信号を受信する際には局部発振器(local oscillator)として機能する連続波信号源を具備する。また、センサ前端は、センサ前端が信号を送信する際には位相変調器として、センサ前端が信号を受信する際にはミキサ／ダウンコンバータとして機能する３モードミキサ(tri-mode mixer)を含む。センサ前端は、センサ信号を送信すると共に物体からの反射信号を受信する作用をするアンテナをさらに具備する。同相及び直角位相信号部品が設けられるように、送信されたセンサ信号、受信された反射信号、又はその両方に所定の位相シフトを与える移相器を付加してもよい。反射信号を受信する際に、物体の位置及び速度を決定するのに使用され得るベースバンドセンサ出力信号を供給する受信モジュールが、３モードミキサに結合される。センサ出力信号がサンプリングされてアナログ信号として供給されるか、又はサンプリングされたセンサ出力信号がアナログ・デジタルコンバータに供給されてセンサ出力信号をデジタル形式に変換するか、或はそれら両方をするために、サンプリングモジュールを付加してもよい。
【０００６】
特に、アンテナ部と、センサ信号を送信し反射信号を受信するための共通開口とを有するアンテナを具備するセンサ前端が開示される。連続波信号源は、第１入力ポート及び第１入力／出力ポート間に所定信号量を供給する３モードミキサの第１入力ポートに結合される。第１入力ポートから第１入力／出力ポートに供給される信号は、位相変調器によって３モードミキサの第２入力／出力ポートに供給される位相変調信号によってパルス及び位相変調される。位相変調された信号は、第１入力／出力ポートで３モードミキサを出て、センサ信号として送信されるためアンテナ部に供給される。ある物体がアンテナのビーム幅の範囲内である場合、センサ信号の一部は反射信号として反射してアンテナ開口に戻り、３モードミキサの第１入力／出力ポートに結合される。第１入力ポートに結合された連続波信号源は局部発振器として作動し、３モードミキサは局部発振器及び受信反射信号を混成し、第２入力／出力ポートからベースバンドビデオ出力信号を供給する。位相変調器及び受信器プロセッサ間で第２入力／出力ポートを切り換えるのに、送受信スイッチが使用される。受信器プロセッサは、ベースバンドビデオ出力信号を変調する位相変調器を具備し、センサ出力信号として変調後のベースバンドビデオ出力信号を供給する。
【０００７】
前述の方法及びシステムの他の形態、特徴及び側面は以下に詳細に説明される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明のセンサ前端のアーキテクチャのブロック図を示す。図２及び図３は、位相変調器を有する送信器機能部と、位相コード復調器を有する受信器機能部とをそれぞれ示す。図４ないし図１１は、図１ないし図３に示されたセンサ前端での使用に適する回路を示す。図１２は、センサ前端の別の実施形態を示す。以下の実施形態はマイクロ波周波数及び部品に関して説明されているが、本明細書に開示されている装置及び方法は別の周波数及びシステムにも適用可能である。
【００１０】
図１に示されているように、制御器１０４は、複数の制御信号を供給してセンサ前端１００内の種々の部品の適切なタイミング及び動作を保証する。センサ前端１００は、アンテナ１０２から位相変調センサ信号１２１を送信すると同時に反射信号１２３をコヒーレントに受信することができ、且つベースバンドビデオ信号としてさらに処理するためにこの信号をダウンコンバートするトランシーバ１０６を有する。
【００１１】
特に、トランシーバ１０６は、制御器１０４から２つの制御信号を受信する。第１制御信号は、トランシーバ１０６内での信号経路を決定する送受信制御信号１０１である。第２制御信号は、センサ信号が「同相」又は「直角位相」信号であるかどうかを決定するＩ／Ｑ信号１１５としてトランシーバ１０６に供給される。制御器は、信号が直角位相信号であるべきかを決定し、直角位相である場合、移相器（図１に図示せず）にＩ／Ｑ信号１１５を供給して送信信号及び受信信号の一方又は両方を移相する。また、トランシーバ１０６は位相変調器１０８から位相変調信号１０３を受信する。位相変調器１０８は、制御器１０４から位相変調器制御信号１１３を受信し、所定の信号位相状態のうち一つを選択することによって位相変調器制御信号１１３に応答する。図示の実施形態では、２つの信号状態が使用されている。位相変調器１０８は、位相変調制御信号１１３に対応する位相変調信号１０３をトランシーバ１０６に供給する。トランシーバ１０６は、位相変調信号１０３を使用する送信器信号を位相変調する。
【００１２】
位相変調された送信器信号は移相器に供給され、送信器信号が直角位相である場合、送信器信号は移相器により移相される。この位相変調された、場合によっては移相された、送信器信号は、アンテナ部に供給され、センサ信号１２１としてアンテナ１０２の共通開口から放射される。ある物体１２２がアンテナ１０２のビーム幅内に存在する場合、物体１２２はセンサ信号１２１を反射し、アンテナは共通開口で反射信号１２３の一部を捕捉する。反射信号１２３の捕捉された部分は、ダウンコンバージョン及びさらに処理するために、ライン１１９を介してトランシーバ１０６に供給される。
【００１３】
トランシーバ１０６は、アンテナ１０２及びライン１１９を介して反射信号１２３の捕捉された部分を受信し、出力としてベースバンドビデオ出力信号１１７を供給する。ベースバンドビデオ出力信号１１７は、ダウンコンバートされたビデオ信号であり、反射信号１２３の捕捉された部分の振幅及び位相の代表である。ダウンコンバートされたベースバンドビデオ信号１１７は、トランシーバ１０６に結合された前置増幅器１１０に供給される。前置増幅器１１０は、トランシーバ１０６から受信されるベースバンドビデオ出力信号１１７の関数である増幅された信号を出力として供給する。また、一実施形態における前置増幅器１１０は、制御器１０４に結合され、制御器から感度時間制御（ＳＴＣ）信号を受信する。ＳＴＣ信号は利得制御信号であり、直ぐ近くの物体、又は直ぐ近くの物体からの反射信号から受信器が飽和するのを防止する物体のために受信器利得セッティングを低減する。
【００１４】
前置増幅器１１０の出力は位相復調器１１２の入力に供給される。また、位相復調器１１２は、制御器１０４から位相復調信号１０７を受信し、位相変調器１０８により選択された位相変調スキームの逆である位相復調スキームを前置増幅されたベースバンドビデオ信号に適用することによって、位相復調信号に応答する。位相復調器１１２は、出力として位相復調された信号を供給する。
【００１５】
サンプル・ホールドモジュール１１４は位相復調器１１２及び制御器１０４に結合される。サンプル・ホールドモジュールは、制御器１０４からサンプル・ホールド信号１０９を受信し、位相変調出力信号をサンプリングすることによりサンプル信号１０９に応答する。サンプル・ホールドモジュール１１４は、アナログセンサ出力信号１１８としてこのサンプリングされた信号を供給する。また、サンプリングされた信号は、デジタルストレージ及び分析のために、センサ出力１１８のデジタル化された出力１２０を供給するアナログ・デジタルコンバータ１１６に結合してもよい。
【００１６】
図２は、図１に示されたセンサ前端１００の送信器及び位相変調器部分を示す。特に図２は、マイクロ波部品２０１及び送信・位相変調部品２０３を示す。マイクロ波部品２０１は、第１周波数、第１振幅及び第１位相を有するトランシーバ信号を供給する連続波（ＣＷ）信号発振器２０２を有する。前述のように、トランシーバ信号は、送信中、信号が変調され、センサ信号１２１としてアンテナ１０２から放射される際に使用される。加えて、トランシーバ信号はまた、反射信号１２３の捕捉された部分をダウンコンバートされるのに使用される３モードミキサ(tri-mode mixer)に局部発振信号として反射信号１２３の捕捉された部分を受信する際に使用される。ＣＷ信号発振器２０２は、所望の作動周波数に一致するいかなる能動要素でもよい。Ｘバンドを通る所望の作動周波数用に代表的にはバイポーラ接合トランジスタが適当であり、Ｗバンドを通る所望の周波数用には電界効果トランジスタ又はガン（ＧＵＮＮ）デバイスが適当である。高Ｑ値の共振器（図示せず）を付加して周波数の安定性を増大させてもよい。
【００１７】
一般にミキサは、送信器ではアップコンバータ及び位相変調器として使用され、受信器ではダウンコンバータとして使用される。代表的には、ミキサは２つの入力を有し、一方は局部発振器信号を受信し、他方は信号を受信してダウンコンバートされる。本明細書に開示されるセンサ前端において、３モードミキサ２０４は、受信器モードにおけるミキサとして機能するのみならず、送信モードにおける送信パルス変調器及び位相変調器として機能する。この３モード動作は、送信及び受信の双方の際にいくつかの部品を使用することによって、センサ前端の部品数が減少することができる。
【００１８】
３モードミキサ２０４は、第１入力ポート２０５でＣＷ信号発振器２０２からトランシーバ信号を受信する。３モード２０４の第１入力／出力ポート２０７は、送信器の作動中に移相器２０６に位相変調されたトランシーバ信号を供給するか、又は受信器の作動中に移相器２０６から反射信号１２３の捕捉された部分を受信するのに使用される。
【００１９】
センサ信号１２１としてアンテナ１０２から送信される信号は、３モードミキサ２０４によって供給される。３モードミキサ２０４は第１入力ポート２０５及び第１入力／出力ポート２０７間に十分な振幅を有する信号パルスを通すので、ミキサを通って供給されたトランシーバ信号の部分は第１入力／出力ポート２０７から出力として供給される。供給される信号量は、３モードミキサ２０４から移相器２０６に切り換えられアンテナ１０２から送信されたトランシーバ信号の部分が、所望のシステム仕様に従って物体を検出するのに十分であるように、十分でなければならない。求される電力量は、特定の検出範囲、特定の物体のレーダー断面積、アンテナの利得及び受信器の感度の関数であるのが代表的である。加えて、送信の際、３モードミキサは位相変調器として動作し、位相変調器２０３から第２入力／出力ポート２０９で受信された位相変調された信号１１５に応答してトランシーバ信号の位相状態を調整する。
【００２０】
図２に示された実施形態において、位相変調器２０３は、２移相キー（bi-phased shift keyed、以下ＢＰＳＫという）位相変調スキームを使用しており、ＢＰＳＫ位相変調スキームは「０」「１」で代表される２つの位相状態を有する。ここで、本実施形態は、同相すなわち互いの位相のずれが０°か、異相すなわち互いの位相のずれが１８０°のいずれかである。位相変調器２０３は、これら２位相状態の一方を平衡ミキサ入力／出力２０４に供給する。２つの移相部品の特定の選択は、制御器１０４からの信号１１３により制御されるスイッチ２１２を介して選択されている。本実施形態において、２つの位相状態は、逆極性の電圧源２１４，２１６によって生成され、２つの反対極性の一方を３モードミキサ２０４の第２入力／出力ポート２０９に印加する。
【００２１】
スイッチ２１０は、制御器１０４から受信される送受信信号１０１の制御の下でトランシーバの送信／受信機能を切り換えるように設けられる。このようにして、スイッチ２１０が送信即ち「Ｔ」位置に位置すると、位相変調制御信号１１３に応答する位相変調器２０３は３モードミキサ２０４の第２入力／出力ポート２０９に位相変調信号を供給する。位相変調信号は、トランシーバ信号に印加され、３モードミキサ２０４の第１入力／出力ポート２０７から供給されるトランシーバ信号の位相で出力として反射される。
【００２２】
前述したように、好適な実施形態において、トランシーバは同相／直角位相モード（Ｉ／Ｑモード）で作動することができる。本実施形態において、Ｉ／Ｑ信号１１５に応答する移相器２０６は、アンテナ１０２からの送信の前に、所定の角度だけ位相変調されたトランシーバ信号の位相をずらす。好適な実施形態では、アンテナ１０２による送信の前にトランシーバ信号が４５°だけ位相をずらされる。Ｉ／Ｑモードは、互いに９０°位相がずれた２つの信号すなわち互いに直交する２つの信号を用いて、静止物体すなわちアンテナから一定距離を保っている物体を検出するのに特に好適である。これら直交する２信号の各々は直交ベクトル空間における位置ベクトルを表わし、これら２つの信号ベクトルの合成ベクトルは２測定の時間の間、物体に対する位置ベクトルを表わす。
【００２３】
図３は、スイッチ２１０が受信すなわち「Ｒ」位置に位置する際のトランシーバ１０６を示す。特に図３は、ＣＷ信号源２０２、３モードミキサ２０４、移相器２０６、及び反射エネルギー１２３を受信するアンテナ１０２を有するマイクロ波デバイス２０１を示す。反射された信号エネルギー１２３の一部は、アンテナ１０２によって捕捉され、移相器２０６に供給される。前述したように、センサ前端１００がＩ／Ｑモードで作動すると、移相器２０６は、アンテナ１０２からの送信の前に位相を４５°ずらす。Ｉ／Ｑモードで作動すると、位相制御器２０６は、代表的には４５°である所定の量だけ反射信号１２３の捕捉された部分の位相をずらす。このようにして、受信信号は互いに９０°位相がずれ、すなわち直交している。各信号に対して多数のパルスが使用されている一実施形態において、Ｉパルス及びＱパルスの間に重なりがないので、所定数の同相パルスが送信され、所定数の直交パルスが続く。センサ前端がＩ／Ｑモードで作動していない場合、移相器２０６は３モードミキサ２０４の第１入力／出力ポート２０７に受信された反射信号を送る。
【００２４】
第１入力／出力ポート２０７に供給された反射信号１２３の捕捉された部分は、３モードミキサ２０４内で局部発振器信号として第１入力ポート２０５に供給されたＣＷ信号発振器からのトランシーバ信号、及びベースバンド信号へのダウンコンバートされた信号と組み合わせられる。３モードミキサ２０４の出力すなわちベースバンドビデオ信号は第２入力／出力ポート２０９で与えられる。本実施形態において、ベースバンドビデオ信号は、ＢＰＳＫ位相変調信号から生じ、３モードミキサ２０４における混成は本質的にコヒーレントである。このようにして、ベースバンドビデオ信号も双極、すなわちベースバンドビデオ信号は正及び負の電圧を有する。ベースバンドビデオ信号は、Ｒ位置での送受信スイッチ２１０によって前置増幅器１１０に接続されている。
【００２５】
前置増幅器１１０はベースバンドビデオ信号を受信し、また、ＳＴＣコマンド信号１０５を受信することができる。前述したように、ＳＴＣコマンド信号は、前置増幅器１１０の利得を調節し、直ぐ近くの物体により生じ得る受信飽和を回避するために使用される。前置増幅されたベースバンドビデオ信号は、コンデンサ３０４，３０６及び位相復調器スイッチ３０８を有する位相復調器１１２に供給される。位相復調器スイッチ３０８は、制御器１０４によって供給されるライン１０７上の位相復調制御信号に応答し、ベースバンドビデオ信号に対して必要な位相復調をするのに使用される。スイッチ３０８は、変調信号と略同期した復調スキームを提供するために、スイッチ２１２（図２参照）と略同期して切り換わる。ＢＰＳＫ位相変調が使用される本実施形態において、前置増幅器１１０の一方の出力は反転出力であり、他方の出力は非反転出力である。従って、前置増幅されたベースバンドビデオ信号の適切な位相復調は、双極ベースバンドビデオ信号を単極信号に変換する。復調器１１２の出力はサンプルモジュール１１４に供給される。サンプルモジュール１１４は、位相復調された信号をサンプリングすることにより、制御器１０４が供給したサンプル信号１０９に応答する。サンプリングされた信号は、センサ出力１１８として及びアナログ・デジタルコンバータ１１６への入力としての一方又は両方として供給される。アナログ・デジタルコンバータ１１６は、サンプリングされた位相復調された信号のデジタル表現を出力として供給することにより、Ａ／Ｄ変換信号１１１に応答する。
【００２６】
図４は、２つの平行する送信及び受信サイクル４０１，４０３の間、図１に示されたセンサ前端の作動を示す一連のグラフを示す。グラフ４０２はセンサ送信信号１２１を示し、グラフ４０４は受信された反射信号１２３を示し、グラフ４０６はベースバンドビデオ信号を示し、グラフ４０８は位相復調されたビデオ信号を示し、グラフ４１０はサンプリングされた出力信号を示す。特に、第１送信センサ信号パルス４１６は「１」状態と任意に定義され、第１パルス４１６と１８０°位相がずれた第２センサ信号パルス４１８は、グラフ４０２に示されているように「０」として任意に定義されている。第１及び第２の受信反射信号パルス４２０，４２２は、第１及び第２の送信パルス４１６，４１８にそれぞれ対応し、減衰され時間遅延されたものがグラフ４０４に示されている。第１及び第２受信パルスに対応したダウンコンバートされたビデオ信号パルス４２４，４２６は、前述しグラフ４０６に示されているように、本質的に双極である。ダウンコンバートされたベースバンドビデオ信号は、受信された反射信号とＣＷ信号源をコヒーレントに混成する３モードミキサの作動により、双極である。本実施形態において、ベースバンドビデオ出力信号は、３モードミキサで使用されるＣＷ信号源によって供給されるコヒーレントな信号と比較して、受信信号の相対位相に比例し、反射信号の捕捉された部分の強度に比例する。双極ベースバンドビデオ信号は、グラフ４０８に示された復調器により公知の位相コードを使用した単相信号に変換される。最後に、サンプルされた出力４３２はグラフ４１０に示されたように供給される。
【００２７】
図５及び図６は、図１に示されたセンサ前端１００に使用されるのに適した３モードミキサの２実施形態を示す。図５は、第１バラン５０４、第２バラン５０８及び４ダイオードリングを有する二重平衡ミキサ（ＤＢＭ）５００である。特に、第１バラン５０４は、局部発振器「Ｌ」入力ポートである第１入力ポート２０５に結合される。バラン５０４は、入力信号を分割すると共に、４ダイオードリング５０６に対称的信号を供給する。本実施形態の３モードミキサにおいて、ダイオード５０１，５０３，５０５，５０７はスイッチとして考えることができ、特にスイッチ対は第２バラン５０８に印加される複数の信号を逆にするのに使用される。ダイオード５０７，５０３は第１のダイオード切換え対を形成し、ダイオード５０１，５０５は第２のダイオード切換え対を形成する。
【００２８】
送信器として作動する場合、２対のダイオードは、第２入力／出力ポート２０９に正又は負の電流を印加することにより、スイッチを入れ、切る。第２入力／出力ポート２０９に供給される正の電流は、ダイオード５０７，５０３のスイッチを切り、ダイオード５０１，５０５のスイッチを切る。同様に、第２入力／出力ポート２０９に供給される負の電流は、ダイオード５０１，５０５のスイッチを切り、ダイオード５０３，５０７のスイッチを切る。このようにして、Ｌ入力ポートすなわち第１入力ポート２０５からＲ入力ポートすなわち第１入力／出力ポート２０７に送信された信号の位相に影響を与えることができる。
【００２９】
受信器として作動する場合、ダイオードスイッチ対は、第１入力ポート２０５すなわち３モードミキサのＬ入力ポートに供給された信号により、入れられ切られる。正の進行信号に対しては、ダイオード５０３，５０７のスイッチが入り、ダイオード５０１，５０５のスイッチが切られる。第１入力ポート２０５での負の進行信号に対しては、ダイオード５０１，５０５のスイッチが入り、ダイオード５０３，５０７のスイッチが切られる。これは、出力バラン５０８の極性を逆転し、第１周波数での一連のパルスにより第１入力／出力ポートからの入力信号を効果的に増大させ、２つの信号を効果的に混成する効果を有することが理解されよう。
【００３０】
図６は、図１に示されたセンサ前端での仕様に適する３モードミキサの別の実施形態を示す。ミキサ５２０は一重平衡ミキサ(single balanced mixer)である。この一重平衡ミキサ５２０は、ダイオード５２１，５２３を横切ってバラン５２４から双極ドライブ信号に関連した空により、第１入力ポート２０５及び第１入力／出力ポート２０７間に固有の隔離を有する。第１入力／出力ポート２０７からの高周波エネルギーが第２入力／出力ポート２０９に入らないようにするために、インダクタ５３０が設けられている。ダウンコンバートされたベースバンドビデオ信号が入力／出力ポート２０７を通って漏れないようにするために、コンデンサ５２８が付加される。
【００３１】
センサ信号を送信する際に位相変調器として作動するとき、第２入力／出力ポート２０９への正及び負の入力電流は、それに伴ってスイッチダイオード５２１，５２３を入れそして切る。これは、第１入力ポート２０５から第１入力／出力ポート２０７へミキサを介して漏れる信号の位相を逆転する効果を有する。
【００３２】
受信された反射信号をダウンコンバートする際にミキサとして作動するとき、第１入力ポート２０５からの信号が変化するに伴い、ダイオード５２１，５２３がオン及びオフにバイアスされる。このようにして、第１入力ポート２０５からの信号は、ダイオード５２１，５２３のいずれかで第１入力／出力ポート２０７からの受信された入力信号と混成される。
【００３３】
図７及び図８は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチを使用した単極双投スイッチの実施形態及びＦＥＴスイッチを制御する適当なパルス発生器(generator)をそれぞれ示す。特に、単極双投スイッチ６０２と１対のＦＥＴスイッチ６００を使用した等価回路とが図７に示されている。第１ＦＥＴ６０４は通常、ゲート６０８に印加される第１電圧を使用して入力端子６０５に接続されている。相補電圧が第２ＦＥＴ６０６のゲート６１０に印加されて第２ＦＥＴ６０６を切り、常開(normally open)コンタクトを形成する。ゲート６１２，６１４に印加された電圧が切り換えられると、中央の端子６０５が常閉(normally closed)端子から切り離され、常開端子に接続される。10n秒以上等の適度な切換え速度では、適当に形成されたＴＴＬ論理回路が使用され、ＦＥＴスイッチの切換えに使用されたパルスを供給してもよい。
【００３４】
より速いパルスが必要な場合、ＦＥＴスイッチと共に使用されるのに適するパルス発生器６２０が図８に示されている。高速過渡時間、すなわち逆バイアスが印加されると導通状態から非導通状態に急激に切り換わる時間を有するステップリカバリーダイオード（ＳＲＤ）６４２が使用される。ドライバ６２４からのドライブ信号が立ち下がると、ＳＲＤがオフになり、速い負の進行パルスがコンデンサ６４４，６５２に供給される。コンデンサ６４４，６５２は負の進行パルスを識別し、第１出力６４７に負の進行パルス６５４を、第２出力６４９に相補パルスを供給する。
【００３５】
図９は、本明細書に説明されるサンセ前端と共に使用されるのに適する移相器２０６の一実施形態を示す。移相器２０６は４端子７０２，７０４，７０５，７０７を有する直角混成器(quadrature hybrid)７０６を有する。端子７０２は入力端子として任意にセットされる。直角混成器は、一方の端子での入力信号を混成器の反対側の端子の出力である２信号に分割するデバイスである。これら２出力信号は、入力信号の電力の半分であり、互いに９０°位相がずれているのが代表的である。本実施形態において、端子７０２での入力信号は分割され、端子７０５，７０７間で位相がずらされる。信号が端子７０２での入力である場合、端子７０５，７０７で生ずる反射が混成器を通って伝播し、端子７０２，７０４での出力になる。従って、端子７０５，７０７に結合されたいかなる伝送ライン又は回路要素のインピーダンス及び反射率は、直角混成器７０６に向かって戻り反射を生じ、端子７０４での出力として端子７０２での入力信号の位相がずれたものを供給する。伝送ライン７０８，７１０は、当該周波数での１／４波長であり、終端インピーダンス用のインピーダンス変成器として作動する。位相制御信号は、端子７２２への入力であり、ＰＩＮダイオード７１２，７１４を入れたり切ったりするように作動する。ＰＩＮダイオードがオンの場合、ＰＩＮダイオードは１／４波長伝送ライン７０８，７１０の端子端部を短絡して接地し、反射率１となると共に２伝送ラインへの入力でのインピーダンスが殆ど無限になる。ＰＩＮダイオード７１２，７１４が切られる場合、ＰＩＮダイオード７１２，７１４のインピーダンスは、１／４波長伝送ライン７０８，７１０によってそれぞれ変成される。
【００３６】
図１０は、図１に示されたセンサ前端での使用に適するサンプルモジュール８００を示す。特に、サンプルモジュール８００は、短い持続パルスを供給する前端８０１を有する。前端８０１は図８に関連して説明される。ＳＲＤ６４２によって生成された識別されたパルスは、それらを順方向にバイアスするダイオード８０２，８０４に印加される。ダイオード８０２，８０４を順方向へバイアスすることは、サンプル入力８０６に生ずる電流信号の少なくとも一部がコンデンサ６４４，６５２に供給されサンプル出力８０８を提供することができる。
【００３７】
ＳＮ比の増加及び物体検出の強化の一方又は両方をするために、公知の信号処理技法を加えてもよい。受信信号のノイズ変動を低減するために、非コヒーレント信号統合が使用される。これは、平均値を中心にランダムに変化し得る変動を低減することに類似する。一実施形態において、サンプルコマンドは反射信号２１３を受信している間の特定の時間に発することができるので、特定の値の範囲（ビン）がサンプリングされ観測される。いかなる特定範囲のビンに対しても、物体への時間は以下の式で決定される。
【数１】
0004210103.tif 000002
ここで、ｃは光速であり、Ｒｄはビンの範囲ｄであり、τｄは時間遅延である。Ｉ／Ｑモードが使用されている場合、交流パルスの反復周波数サイクルの間、多数のＩチャンネル及び多数のＱチャンネルのサンプルがとられ、次式に従って処理される。
【数２】
0004210103.tif 000003
ここで、ｎはＩサンプル及びＱサンプルの総数である。得られた値Ｅが所定の閾値を越えると、物体が検出されてビンの範囲ｄ内に存在することが決定できる。ビン範囲内に静止物体があることが確実に検出されるように、可能であるなら同相信号及び直角位相信号の両方が使用されるべきである。ＳＮ比はとられたサンプル数の２乗根として改善することができることが示される。
【００３８】
当業者には公知である他の信号処理技法も同様に使用可能である。図１１は、サンプリングされた信号に使用できる信号処理技法の一実施形態を示すブロック図である。特に、指数平均化器(exponential averager)９００は、第１マルチプレクサ９０４に結合された入力９０２を有する。第１マルチプレクサ９０４は、入力ライン９０２に現れる信号に第１定数９０６を乗ずる。その結果えられたものは、第１マルチプレクサ９０４から得られたものに第２マルチプレクサ９１４で得られたものを加える総和モジュール９０８に供給される。第２マルチプレクサ９１４は、好適には１から第１定数を減じた差である第２定数９１６に、ストレージレジスタ９１２に保存された出力結果９１６を乗ずる。指数平均化から得られるノイズ電力変動の低減は次式で示される。
【数３】
0004210103.tif 000004
ここで、αは第１定数の値であり、σは復調された信号のノイズ電力変動である。
【００３９】
前述の実施における利点は、単一のストレージレジスタのみが使用されることである。別体の２つの指数平均化器は、Ｉ／ＱシステムでＩチャンネル及びＱチャンネルの両方をサンプリングする場合に使用される必要がある。図１１に示される指数平均化システムにおいて、第１係数及び第２係数の重みは、システムの要求事項に従って変更可能である。より小さな第１係数及び付随するより大きな第２係数は入力サンプルを減衰させるので、前に平均化された出力が主要な項目である。より大きな第１係数が使用され、付随するより小さな第２係数が使用される場合、式において主要な項目であるので、システムは入力データの変化により迅速に応答できる。第１係数及び第２係数の適切な値の選択は、特定のシステム要求事項によって決定される。
【００４０】
前述したように、センサ信号パルスを位相コード化してもよい。十分な数のパルスが位相コード手順に含まれている場合、受信器は干渉信号との相関をなくす(de-correlate)ことができ、受信器の信号検出及びＳＮ比を改善することができる。加えて、他の信号源からの干渉の変性衝撃を低減するために、信号を位相コード化してもよい。特に前述したように、受信信号は、受信信号及び第１信号が存在する場合にのみ出力が供給されるように、第１信号と混成される。第１信号の位相コード化及び受信信号の位相コードと第１信号との対応化により、本明細書に説明されたセンサ前端が、信号の干渉を排除すると共にシステムの信頼性及び安全保障を増大することが可能になる。
【００４１】
図１２は、センサ前端の別の実施形態１０００を示す。特に、センサ前端１０００は、関連する部品１００４と共に送信の際に増幅器として及び受信の際にバイアスされていないミキサとして作動するＦＥＴ１００６に結合されたＣＷ信号源１００２を有する。本実施形態はより大きな送信電力を可能にするが、図１２に示されるように、位相コード化スキームを実施するために特に付加された付加部品がなくては位相コード化は不可能である。位相変調及び位相復調がないことを除き、センサ前端１０００の他の部品の作動は、図４ないし図１１に示されたセンサ前端１００及び回路と同じである。
【００４２】
当業者であれば、本明細書に開示されたコンセプトから離れることなく、位相がコード化されたセンサ前端を提供する前述の方法、装置に種々の変形・変更が可能であることを理解すべきである。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されたと見るべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサ前端の一実施形態のブロック図である。
【図２】図１に示されたセンサ前端の送信器及び位相コード変調器のブロック図である。
【図３】図１に示されたセンサ前端の受信器及び位相コード復調器のブロック図である。
【図４】図１に示されたセンサ前端の動作を示すグラフである。
【図５】図１に示されたセンサ前端での使用に適する３モードミキサの実施形態を示す図である。
【図６】図１に示されたセンサ前端での使用に適する３モードミキサの別の実施形態を示す図である。
【図７】図１に示されたセンサ前端での使用に適する単極双投スイッチの一実施形態を示す図である。
【図８】図７の単極双投スイッチと共に使用されるパルス発生器、及び図１に示されたセンサ前端での使用に適する組合せを示す図である。
【図９】図１に示されたセンサ前端での使用に適する移相器の一実施形態を示す図である。
【図１０】図１に示されたセンサ前端での使用に適するサンプルモジュールを示す図である。
【図１１】図１に示されたセンサ前端での使用に適する指数平均化モジュールのブロック図である。
【図１２】本発明のセンサ前端の別の実施形態のブロック図である。
【符号の説明】
１００    センサ前端
１０２    アンテナ
１０４    制御器
１０６    トランシーバ
１０８    位相変調器
１１４    サンプルモジュール
１１６    アナログ・デジタルコンバータ
１１７    出力信号
１２１    センサ信号
１２２    物体
１２３    反射信号
２０２    連続波信号源
２０４    ３モードミキサ
２０５    第１入力ポート
２０７    第１入力／出力ポート
【図１】
0004210103.tif 000005
【図２】
0004210103.tif 000006
【図３】
0004210103.tif 000007
【図４】
0004210103.tif 000008
【図５】
0004210103.tif 000009
【図６】
0004210103.tif 000010
【図７】
0004210103.tif 000011
【図８】
0004210103.tif 000012
【図９】
0004210103.tif 000013
【図１０】
0004210103.tif 000014
【図１１】
0004210103.tif 000015
【図１２】
0004210103.tif 000016