(57)【要約】送信部は、アンテナから所定のスペクトラムマスクを満たす短パルス波を空間に放射する。受信部は、前記送信部から放射される前記短パルス波の前記空間に存在する物体による反射波を受信処理する。信号処理部は、前記受信部からの出力信号に基づいて、前記物体の解析処理を行う。前記送信部は、所定幅のパルス信号を所定周期で出力するパルス発生器と、前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受け、該パルス信号の幅相当時間だけ発振動作して、前記短パルス波を出力するバースト発振器とを有している。前記短パルス波のスペクトラムのメインローブのほぼ全体が、前記所定のスペクトラムマスクにおける２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲に入り、且つ、前記所定のスペクトラムマスクの有するＲＲ電波発射禁止帯に対する放射電力密度が前記メインローブのピークの放射電力密度より２０ｄＢ以上低くなるように、前記パルス信号の幅、周期及び前記バースト発振器の発振周波数が設定されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナから所定のスペクトラムマスクを満たす短パルス波を空間に放射する送信部と、
前記送信部から放射される前記短パルス波の前記空間に存在する物体による反射波を受信処理する受信部と、
前記受信部からの出力信号に基づいて、前記物体の解析処理を行う信号処理部とを具備し、
前記送信部は、
所定幅のパルス信号を所定周期で出力するパルス発生器と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受け、該パルス信号の幅相当時間だけ発振動作して、前記短パルス波となる短パルス信号を出力するバースト発振器とを有しており、
前記アンテナから前記空間に放射される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブのほぼ全体が、前記所定のスペクトラムマスクにおける２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲に入り、且つ、前記所定のスペクトラムマスクの有するＲＲ電波発射禁止帯に対する放射電力密度が前記メインローブのピークの放射電力密度より２０ｄＢ以上低くなるように、前記パルス発生器から出力される前記パルス信号の幅、周期及び前記バースト発振器から出力される前記短パルス信号の発振周波数が設定されていることを特徴とするＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項２】
前記バースト発振器から出力される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブの両端が前記所定のスペクトラムマスクにおける２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲に入ることを特徴とする請求項１に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項３】
前記バースト発振器から出力される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブの低周波数側のサイドローブが前記所定のスペクトラムマスクの有する電波発射禁止帯に重なることを特徴とする請求項１に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項４】
前記バースト発振器は、
信号反転器と、該信号反転器の出力信号を遅延して入力端に帰還する帰還回路とからなり、前記信号反転器の入出力応答時間と前記帰還回路の遅延時間によって決まる周波数で発振する発振部と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項５】
前記バースト発振器は、
信号反転器と、該信号反転器の出力信号を遅延して入力端に帰還する帰還回路とからなり、前記信号反転器の入出力応答時間と前記帰還回路の遅延時間によって決まる周波数で発振する発振部と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路とにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項６】
前記バースト発振器は、
信号反転器と、該信号反転器の出力信号を遅延して入力端に帰還する帰還回路とからなり、前記信号反転器の入出力応答時間と前記帰還回路の遅延時間によって決まる周波数で発振する発振部と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路とにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項７】
前記バースト発振器は、
増幅器と、該増幅器の入力部または出力部に接続された共振器と、前記増幅器の出力側から入力側に正帰還をかける帰還回路とからなり、前記共振器によって決まる周波数で発振する発振部と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路とにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項８】
前記バースト発振器は、
増幅器と、該増幅器の入力部または出力部に接続された共振器と、前記増幅器の出力側から入力側に正帰還をかける帰還回路とからなり、前記共振器によって決まる周波数で発振する発振部と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路とにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項９】
前記バースト発振器は、
増幅器と、該増幅器の入力部または出力部に接続された共振器と、前記増幅器の出力側から入力側に正帰還をかける帰還回路とからなり、前記共振器によって決まる周波数で発振する発振部と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路とにより構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１０】
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１１】
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１２】
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１３】
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１４】
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタが設けられていることを特徴とする請求項７に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１５】
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子をキャビティで囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする請求項１に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１６】
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子をキャビティで囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする請求項２に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１７】
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子をキャビティで囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする請求項３に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１８】
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子をキャビティで囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする請求項４に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項１９】
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子をキャビティで囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする請求項７に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【請求項２０】
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子をキャビティで囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする請求項１０に記載のＵＷＢの短パルスレーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はＵＷＢの短パルスレーダ（ｓｈｏｒｔ  ｒａｎｇｅ  ｒａｄｅｒｓ）に係り、特に、２２〜２９ＧＨｚのＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ）で使用する短パルスレーダにおいて、国際無線通信規則（ＲＲ）の規定を正しく遵守できるようにするための技術を採用したＵＷＢの短パルスレーダに関する。
【背景技術】
【０００２】  車載用の近距離レーダ（ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ｓｈｏｒｔ  ｒａｎｇｅ  ｒａｄａｒ）や視覚障害者のためのレーダとして、ＵＷＢを用いた短パルスレーダが実用化されようとしている。【０００３】  ＵＷＢを用いる短パルスレーダは、通常のレーダと同様に、送信部のアンテナから短パルス波を空間に放射し、その空間に存在する物体による反射波を受信して、物体の解析処理を行う。【０００４】  図２４は、この種の短パルスレーダの送信部の概略構成を示している。【０００５】  すなわち、この送信部は、キャリア信号発生器１から出力されたＵＷＢ内の所定周波数のキャリア信号Ｓを、スイッチ回路２に入力し、このスイッチ回路２をパルス発生器３から所定周期で出力されたパルス信号Ｐａにより開閉して、短パルスＰｂを生成し、これを増幅器４で増幅し、アンテナ５から出力する。
【発明の開示】
【０００６】  しかしながら、上記のようにキャリア信号Ｓの経路に挿入されたスイッチ回路２を開閉して短パルスＰｂを生成する構成では、スイッチ回路２のアイソレーションの不完全性に起因するリークにより、キャリア信号の出力を完全に停止させることができないという問題がある。
【０００７】  特に、前記したように周波数の高いＵＷＢにおいて、このようなキャリアリークを防止することが困難であると共に、ＵＷＢを用いる短パルスレーダではパルスオフの時間がパルスオンの時間よりも約４倍長くなるため、キャリアリークの電力が非常に大きくなる結果、その短パルスＰｂのスペクトラム密度Ｓｘは、例えば、図２５に示すように、キャリア周波数ｆｃの位置にリーク成分Ｓ′が大きく突出した特性になる。
【０００８】  このリーク成分Ｓ′は、正規の送信タイミングに出力された短パルス波に対する反射波の実質的な受信感度を制限することになり、レーダ探査範囲を狭め、低反射率の障害物の検出を困難にする。
【０００９】  また、前記ＵＷＢレーダシステムに関して、ＦＣＣ（米国連邦通信委員会）は、次の非特許文献１において、図２６のスペクトラムマスクを規定している。
【００１０】  ＦＣＣ  ０４−２８５  ＳＥＣＯＮＤ  ＲＥＰＯＲＴ  ＡＮＤ  ＯＲＤＥＲ  ＡＮＤ  ＳＥＣＯＮＤ  ＭＥＭＯＲＡＮＤＡＭ  ＯＰＩＮＩＯＮ  ＡＮＤ  ＯＲＤＥＲ
Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １６，２００４
このスペクトラムマスクは、２００４年１２月１６日付けで開示されたもので、それ以前のものより一段と厳しい規格となっている。
【００１１】  このスペクトラムマスクにおいて、ＵＷＢのうち、１．６１〜２３．１２ＧＨｚの範囲及び２９．０ＧＨｚ以上の範囲の電力密度は−６１．３ｄＢｍ／ＭＨｚ以下、２３．１２〜２３．６ＧＨｚ、２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲の電力密度は−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚ以下に規定されている。
【００１２】  また、電波天文や地球探査衛星業務（ＥＥＳＳ）のパッシブセンサを保護するため、国際無線通信規則（ＲＲ）で意図的に電波発射を禁止している２３．６〜２４．０ＧＨｚのいわゆるＲＲ電波発射禁止帯（ｐｒｏｈｉｂｉｔｅｄ  ｂａｎｄ）（または制限帯域（ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ  ｂａｎｄ）とも呼ばれる）では、従来の放射電力密度より２０ｄＢ低い−６１．３ｄＢｍ／ＭＨｚに押さえている。
【００１３】  上記帯域内における放射電力密度が規制されているので、上記のようなリーク成分Ｓ′が大きいと、その分だけ正規の送信タイミングにおける出力レベルを低く設定しなければならず、探査距離等が大きく制限されてしまう。
【００１４】  そこで、図２６に示しているように、ＵＷＢのうち、−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚより高い放射が許されているドップラレーダ用の２４．０５〜２４．２５ＧＨｚの帯域（ＳＲＤ：Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｄｅｖｉｃｅ））に、短パルスＰｂのキャリア周波数を一致させて、そのリーク成分Ｓ′による問題を避けることも考えられている。
【００１５】  しかし、このＳＲＤ帯の近傍には、前述のＲＲ電波発射禁止帯が存在し、しかも、上記のようにパルス信号でキャリア信号を断続したパルス変調信号は、数１００ＭＨｚ〜２ＧＨｚのスペクトラム幅を有しているので、上記のようにＲＲ電波発射禁止帯の近傍のＳＲＤ帯にキャリア周波数を設定した場合、その短パルスのスペクトラムのかなり高いレベルの部分がＲＲ電波発射禁止帯に重なってしまい、上記最新のスペクトラムマスクのように−６１．３ｄＢｍ以下に抑えることは極めて困難である。
【００１６】  また、ＲＲ電波発射禁止帯については、地球探査衛星に妨害を与えないように、地球上で他の目的に使用する電波の垂直面の放射方向（仰角方向）について、３０°を超える範囲の放射強度が、放射角０°〜３０°までの放射強度に対して−２５ｄＢ以下（２００５年１月以降）となるよう規定され、その規格は数年毎に厳しくなっている。
【００１７】  したがって、上記のようにＳＲＤ帯にキャリア周波数を設定した場合には、その送信電波の放射方向が高くならないように、アンテナの垂直面の放射角の広がりを抑える必要がある。
【００１８】  しかし、アンテナの垂直面の放射角の広がりを抑えるためには、多数のアンテナ素子を高さ方向に並べてアレー化しなければならず、高さ寸法が大きくなり、車載が困難となる。本発明の目的は、以上のような従来技術の問題を解決するため、ＵＷＢにおいてキャリア信号のリークを発生させない方式を実現し、これにより、ＵＷＢレーダとして規定されているスペクトラムマスクを遵守しながら、ＲＲ電波発射禁止帯、ＳＲＤ帯への妨害がおこらないようにしたＵＷＢの短パルスレーダを提供することである。
【００１９】  前記目的を達成するために、本発明の第１の態様によると、
アンテナ（２２）から所定のスペクトラムマスクを満たす短パルス波（Ｐｔ）を空間（１）に放射する送信部（２１）と、
前記送信部から放射される前記短パルス波の前記空間に存在する物体（１ａ）による反射波（Ｐｒ）を受信処理する受信部（４０）と、
前記受信部からの出力信号に基づいて、前記物体の解析処理を行う信号処理部（６１）とを具備し、
前記送信部は、
所定幅のパルス信号を所定周期で出力するパルス発生器（２３）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受け、該パルス信号の幅相当時間だけ発振動作して、前記短パルス波となる短パルス信号を出力するバースト発振器（２４）とを有しており、
前記アンテナから前記空間に放射される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブのほぼ全体が、前記所定のスペクトラムマスクにおける２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲に入り、且つ、前記所定のスペクトラムマスクの有するＲ電波発射禁止帯に対する放射電力密度が前記メインローブのピークの放射電力密度より２０ｄＢ以上低くなるように、前記パルス発生器から出力される前記パルス信号の幅、周期及び前記バースト発振器から出力される前記短パルス信号の発振周波数が設定されていることを特徴とするＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２０】  前記目的を達成するために、本発明の第２の態様によると、
前記バースト発振器から出力される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブの両端が前記所定のスペクトラムマスクにおける２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲に入ることを特徴とする第１の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２１】  前記目的を達成するために、本発明の第３の態様によると、
前記バースト発振器から出力される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブの低周波数側のサイドローブが前記所定のスペクトラムマスクの有する電波発射禁止帯に重なることを特徴とする第１の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２２】  前記目的を達成するために、本発明の第４の態様によると、
前記バースト発振器は、
信号反転器（２５）と、該信号反転器の出力信号を遅延して入力端に帰還する帰還回路（２６）とからなり、前記信号反転器の入出力応答時間と前記帰還回路の遅延時間によって決まる周波数で発振する発振部（２４ａ）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路（２４ｂ）とにより構成されていることを特徴とする第１の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２３】  前記目的を達成するために、本発明の第５の態様によると、
前記バースト発振器は、
信号反転器（２５）と、該信号反転器の出力信号を遅延して入力端に帰還する帰還回路（２６）とからなり、前記信号反転器の入出力応答時間と前記帰還回路の遅延時間によって決まる周波数で発振する発振部（２４ａ）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路（２４ｂ）とにより構成されていることを特徴とする第２の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２４】  前記目的を達成するために、本発明の第６の態様によると、
前記バースト発振器は、
信号反転器（２５）と、該信号反転器の出力信号を遅延して入力端に帰還する帰還回路（２６）とからなり、前記信号反転器の入出力応答時間と前記帰還回路の遅延時間によって決まる周波数で発振する発振部（２４ａ）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路（２４ｂ）とにより構成されていることを特徴とする第３の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２５】  前記目的を達成するために、本発明の第７の態様によると、
前記バースト発振器は、
増幅器（７２）と、該増幅器の入力部または出力部に接続された共振器（７３）と、前記増幅器の出力側から入力側に正帰還をかける帰還回路（７４）とからなり、前記共振器によって決まる周波数で発振する発振部（２４ａ）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路（２４ｂ）とにより構成されていることを特徴とする第１の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２６】  前記目的を達成するために、本発明の第８の態様によると、
前記バースト発振器は、
増幅器（７２）と、該増幅器の入力部または出力部に接続された共振器（７３）と、前記増幅器の出力側から入力側に正帰還をかける帰還回路（７４）とからなり、前記共振器によって決まる周波数で発振する発振部（２４ａ）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路（２４ｂ）とにより構成されていることを特徴とする第２の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２７】  前記目的を達成するために、本発明の第９の態様によると、
前記バースト発振器は、
増幅器（７２）と、該増幅器の入力部または出力部に接続された共振器（７３）と、前記増幅器の出力側から入力側に正帰還をかける帰還回路（７４）とからなり、前記共振器によって決まる周波数で発振する発振部（２４ａ）と、
前記パルス発生器から出力される前記パルス信号を受けている期間だけ、前記発振部を発振状態にするスイッチ回路（２４ｂ）とにより構成されていることを特徴とする第３の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２８】  前記目的を達成するために、本発明の第１０の態様によると、
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタ（３１）が設けられていることを特徴とする第１の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００２９】  前記目的を達成するために、本発明の第１１の態様によると、
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタ（３１）が設けられていることを特徴とする第２の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３０】  前記目的を達成するために、本発明の第１２の態様によると、
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタ（３１）が設けられていることを特徴とする第３の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３１】  前記目的を達成するために、本発明の第１３の態様によると、
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタ（３１）が設けられていることを特徴とする第４の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３２】  前記目的を達成するために、本発明の第１４の態様によると、
前記送信部には、前記バースト発振器から出力される前記短パルス波に含まれる周波数成分のうち、２３．６〜２４．０ＧＨｚの成分を抑圧するフィルタ（３１）が設けられていることを特徴とする第７の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３３】  前記目的を達成するために、本発明の第１５の態様によると、
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子（１２３）をキャビティ（３０）で囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする第１の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３４】  前記目的を達成するために、本発明の第１６の態様によると、
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子（１２３）をキャビティ（３０）で囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする第２の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３５】  前記目的を達成するために、本発明の第１７の態様によると、
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子（１２３）をキャビティ（３０）で囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする第３の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３６】  前記目的を達成するために、本発明の第１８の態様によると、
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子（１２３）をキャビティ（３０）で囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする第４の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３７】  前記目的を達成するために、本発明の第１９の態様によると、
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子（１２３）をキャビティ（３０）で囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする第７の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３８】  前記目的を達成するために、本発明の第２０の態様によると、
前記送信部のアンテナは、アンテナ素子（１２３）をキャビティ（３０）で囲んだ構造を有し、該キャビティの共振周波数が２３．６〜２４．０ＧＨｚの範囲に入るようにして、該帯域の利得を低下させていることを特徴とする第１０の態様に従うＵＷＢの短パルスレーダが提供される。
【００３９】  このように構成される本発明によるＵＷＢの短パルスレーダでは、パルス信号を受け、そのパルス幅相当時間だけ発振動作するバースト発振器により短パルス波を生成しているので、キャリア信号のリークが原理的に発生せず、ＵＷＢのうち２３．６〜２４ＧＨｚのＲＲ電波発射禁止帯と重ならない周波数領域にメインローブのほぼ全体を配置することができ、ＦＣＣの規定を遵守したＵＷＢの短パルスレーダを実現することができる。
【００４０】  また、本発明によるＵＷＢの短パルスレーダでは、送信部のフィルタやアンテナとして、ＲＲ電波発射禁止帯の信号を抑圧するものを併用することにより、ＲＲ電波発射禁止帯への電波の放射をより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態によるＵＷＢの短パルスレーダの構成を説明するために示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるバースト発振器の一例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図３】図３は、図２のバースト発振器の動作を説明するために示すタイミング図である。
【図４】図４は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるバースト発振器の別の例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図５】図５は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるバースト発振器のさらに別の例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図６】図６は、キャリア周波数が２６．５ＧＨｚ、パルス幅Ｔｐが１ｎＳのときに図１のバースト発振器から出力される信号のスペクトラム電力密度分布を示す図である。
【図７】図７は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるＢＲＦの減衰特性を示す図である。
【図８】図８は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部の送信アンテナに用いられる円偏波アンテナの構成を説明するために示す斜視図である。
【図９】図９は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部の送信アンテナに用いられる円偏波アンテナの構成を説明するために示す正面図である。
【図１０】図１０は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部の送信アンテナに用いられる円偏波アンテナの構成を説明するために示す背面図である。
【図１１】図１１は、図９の１１−１１線拡大断面図である。
【図１２】図１２は、図９の１２−１２線拡大断面図である。
【図１３】図１３は、図９の円偏波アンテナが適用されるシーケンシャル回転アレーの構成を説明するために示す背面図である。
【図１４】図１４は、図１３のシーケンシャル回転アレーの構成において、共振器の共振周波数がＲＲ電波発射禁止帯となるように構成した円偏波アンテナの利得特性を説明するために示す図である。
【図１５】図１５は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの受信部の検波回路に用いられる線形乗算器の一例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図１６】図１６は、図１５の線形乗算器の動作を説明するために示すタイミング図である。
【図１７】図１７は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの受信部に用いられるサンプルホールド回路の構成を説明するために示す原理図である。
【図１８】図１８は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるバースト発振器のさらに別の例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図１９】図１９は、図１８のバースト発振器の具体例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２０】図２０は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるバースト発振器のさらに別の例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２１】図２１は、図２０のバースト発振器の具体例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２２】図２２は、図１のＵＷＢの短パルスレーダの送信部に用いられるバースト発振器のさらに別の例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２３】図２３は、図２０のバースト発振器の具体例の構成を説明するために示すブロック図である。
【図２４】図２４は、従来の短パルスレーダの構成を説明するために示すブロック図である。
【図２５】図２５は、従来の短パルスレーダのスペクトラム電力密度分布を示す図である。
【図２６】図２６は、ＦＣＣによって規定されるスペクトラムマスクを説明するために示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】  以下、図面に基づいて本発明の幾つかの実施の形態を説明する。【００４３】（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１の実施形態によるＵＷＢの短パルスレーダ２０の構成を説明するために示すブロック図である。【００４４】  このＵＷＢの短パルスレーダ２０は、基本的には、アンテナ２２から所定のスペクトラムマスクを満たす短パルス波Ｐｔを空間１に放射する送信部２１と、前記送信部２１によって放射された短パルス波Ｐｔの前記空間１に存在する物体１ａによる反射波Ｐｒを受信処理する受信部４０と、前記受信部４０からの受信信号に基づいて、前記物体の解析処理を行う信号処理部６１とを具備し、前記送信部２１は、所定幅のパルス信号を所定周期で出力するパルス発生器２３と、前記パルス発生器２３から出力される前記パルス信号を受け、該パルス信号の幅相当時間だけ発振動作して、前記短パルス波となる短パルス信号を出力するバースト発振器２４とを有しており、前記アンテナから前記空間に放射される前記短パルス波のスペクトラムのメインローブのほぼ全体が、前記所定のスペクトラムマスクにおける２４．０〜２９．０ＧＨｚの範囲に入り、且つ、前記所定のスペクトラムマスクの有するＲＲ電波発射禁止帯に対する放射電力密度が前記メインローブのピークの放射電力密度より２０ｄＢ以上低くなるように、前記パルス発生器から出力される前記パルス信号の幅、周期及び前記バースト発振器から出力される前記短パルス信号の発振周波数が設定されていることを特徴とする。【００４５】  このＵＷＢの短パルスレーダ２０は、具体的には、送信部２１と、受信部４０と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６０と、信号処理部６１及び制御部６２とにより構成されている。【００４６】  送信部２１は、制御部６２から、例えば、所定周期Ｔｇで出力される送信トリガ信号Ｇを受ける毎に、所定幅Ｔｐ（例えば、１ｎｓ）で所定キャリア周波数Ｆｃ（例えば、２６ＧＨｚ）の短パルス波（バースト波）Ｐｔを生成して送信アンテナ２２から空間１へ放射するように構成されている。【００４７】  この送信部２１は、図１に示しているように、送信アンテナ２２の他に、送信トリガ信号Ｇのレベルが所定方向（例えば、立ち上がり方向）に遷移するタイミングに同期して幅Ｔｐ（例えば１ｎＳ）のパルス信号Ｐａを発生するパルス発生器２３と、このパルス発生器２３からのパルス信号Ｐａを受けている間Ｔｐだけ（パルス幅相当時間Ｔｐだけ）キャリア周波数Ｆｃの短パルス信号（バースト信号）Ｐｂを発振出力するバースト発振器２４とを有している。【００４８】  ここで、バースト発振器２４としては種々の構成が考えられる。【００４９】  例えば、図２に示すバースト発振器２４のように、発振部２４ａと、インバータ（信号反転器）２５と、インバータ２５の出力信号を所定時間（Ｔ１）遅延して入力端に帰還する帰還回路２６とにより構成され、パルス信号Ｐａにより開閉するスイッチ回路２４ｂによって、発振部２４ａの動作状態を発振状態と発振停止状態のいずれかに切り換えるように構成されている。【００５０】  帰還回路２６は、例えば、抵抗（またはコイル）とコンデンサによるＬ型、Ｔ型等のローパスフィルタ（ＬＰＦ）で構成される。【００５１】  スイッチ回路２４ｂは、インバータ２５の入力端（または出力端でもよい）とアースライン��の間を開閉するように挿入されていることにより、図３の（ａ）に示すように、パルス信号Ｐａがローレベル（パルス非入力状態）のときには閉状態となり、パルス信号Ｐａがハイレベル（パルス入力状態）のときには開状態となるように、半導体デバイスによる電子スイッチで構成されている。【００５２】  スイッチ回路２４ｂが閉じている間、インバータ２５の出力はハイレベルで、帰還回路２６の出力も本来はハイレベルであるがスイッチ２４ｂにより強制的にローレベルに固定されている。【００５３】  そして、スイッチ回路２４ｂが開くと、図３の（ｂ）に示すように、帰還回路２６の本来のハイレベル出力が遅延なくインバータ２５に入力される。【００５４】  また、インバータ２５の入出力の応答遅延時間Ｔ０が経過すると、図３の（ｃ）に示すように、インバータ２５の出力がローレベルとなる。【００５５】  そして、この時点から帰還回路２６の遅延時間Ｔ１が経過すると、インバータ２５の入力が図３の（ｂ）に示すようにローレベルとなる。【００５６】  また、この時点からさらに応答遅延時間Ｔ０が経過すると、インバータ２５の出力が図３の（ｃ）に示すようにハイレベルとなる。【００５７】  以下、スイッチ２４ｂが開いている間、上記動作が繰り返されることになり、発振部２４ａからは、周波数が１／２（Ｔ０＋Ｔ１）の矩形波がバースト状に発振出力されることになり、スイッチ２４ｂが閉じると発振部２４ａの発振動作が停止する。【００５８】  なお、ここで、バースト信号Ｐｂの周波数１／２（Ｔ０＋Ｔ１）が、例えば、２６．５ＧＨｚとなるように、帰還回路２６の時定数（遅延時間）が設定されている。【００５９】  この送信部２１は、上記のようにパルス信号Ｐａによってバースト発振器２４の発振動作そのものを制御する構成であるので、原理的にキャリア漏れは発生しない。【００６０】  したがって、ＵＷＢの使用に際して規定されている電力密度の制限は、発振時に出力される短パルス波の瞬時パワーについてのみ考慮すればよく、ＵＷＢのスペクトラムマスクで規定されている電力を最大限有効に使用することができる。【００６１】  また、キャリア漏れがないので、ＵＷＢのスペクトラムマスクにおける任意の位置にメインローブを配置することができ、そのメインローブのほぼ全体がＲＲ電波発射禁止帯と重ならないようにすることができる。【００６２】  また、上記したインバータ２５とスイッチ２４ｂは、図４に示すように、トランジスタで構成することが可能である。【００６３】  すなわち、インバータ２５は、トランジスタＱ１と負荷抵抗Ｒ１とで構成され、その出力端のコレクタから入力端のベースの間に帰還回路２６が接続されている。【００６４】  また、スイッチ２４ｂはトランジスタＱ２で構成され、そのベースに入力されるパルス信号Ｐａがハイレベルの間は、コレクタ・エミッタ間が導通して、トランジスタＱ１の出力レベルを強制的にローレベルに固定し、発振部２４ａの発振動作を停止させる。【００６５】  また、パルス信号Ｐａがローレベルになると、トランジスタＱ２がオフ状態となるので、トランジスタＱ１と帰還回路２６によって、発振部２４ａの発振動作を起動する。【００６６】  図４において、トランジスタ��３と負荷抵抗Ｒ２は、発振信号を出力させるための出力回路であり、トランジスタＱ１のエミッタに現れる発振信号電圧と、ベースに入力されている基準電圧Ｖｒとの大小を比較し、その比較結果をコレクタ側から出力する構成となっている。【００６７】  なお、図４において、参照符号１を付して示される素子は電流源である。【００６８】  図５は、前記インバータ２５とスイッチ回路２４ｂとをＮＯＲ回路２７で構成したバースト発振器２４の例を示している。【００６９】  この構成のバースト発振器２４の場合、前記の場合と逆に負論理のパルス信号Ｐａ′が用いられ、このパルス信号Ｐａ′がハイレベルの間（パルス非入力期間）には、ＮＯＲ回路２７の出力をローレベルに強制的に固定して発振停止状態とされ、パルス信号Ｐａがローレベルの間（パルス入力期間）には、帰還回路２６に対してＮＯＲ回路２７をインバータとして作用させて発振状態とされる。【００７０】  図６は、キャリア周波数が２６．５ＧＨｚ、パルス幅Ｔｐが１ｎＳのときにバースト発振器２４から出力される信号Ｐｂのスペクトラム電力密度分布Ｓｘを示すものであり、このスペクトラム分布Ｓｘのメインローブの両端（理論的に出力電力ゼロとなる周波数）は２６．５±１ＧＨｚとなる。【００７１】  一般に、パルス幅をτ、中心周波数をｆｃとすると、スペクトラム分布Ｓｘのメインローブの両端は、ｆｃ±１／τで表される。【００７２】  したがって、このメインローブは、前記した２３．６〜２４ＧＨｚのＲＲ電波発射禁止帯に重ならない。【００７３】  また、メインローブの両側のサイドローブはＲＲ電波発射禁止帯に重なるが、通常そのレベルはメインローブに比べて格段に低いため、問題にならない。【００７４】  また、後述するように、ＢＲＦ３１と送信アンテナ２２により、このＲＲ電波発射禁止帯の成分を抑圧することが可能である。【００７５】  なお、図６では短パルス波Ｐｔのスペクトラムのメインローブ全体がＵＷＢのうちＲＲ電波発射禁止帯より高い領域に入るように設定しているが、これは本発明を限定するものではなく、メインローブのほぼ全体が２４．０〜２９ＧＨｚの範囲に入るように、パルス信号Ｐａの幅、周期およびバースト発振器２４の発振周波数を設定すればよい。【００７６】  ここで、メインローブのほぼ全体としては、例えば、スペクトラムＳｘのピークから−２０ｄＢまでの範囲を一つの基準とすることができ、このときピークが−４１．３ｄＢｍ／ＭＨｚであれば、メインローブの下側のレベルは、常にＲＲ電波発射禁止帯の規定レベル−６１．３ｄＢ／ＭＨｚ以下となって規定のマスクを満たすことになる。【００７７】  ただし、サイドローブのレベルがＲＲ電波発射禁止帯において−６１．３ｄＢ／ＭＨｚを超える場合には、後述するＢＲＦ３１または送信アンテナ２２のノッチ作用により、減衰させればよい。【００７８】  上記バースト発振器２４から出力される短パルス信号（バースト信号）Ｐｂは、電力増幅器３０により規定電力に増幅され、ＢＲＦ３１を介して送信アンテナ２２に供給され、この送信アンテナ２２から短パルス波Ｐｔが探査対象の空間１へ放射される。【００７９】  ここで、電力増幅器２５からの出力信号に対して帯域外不要放射を抑圧す���バンドリジェクションフィルタ（ＢＲＦ）３１は、例えば、図７に示すように、２３．６〜２４ＧＨｚのＲＲ電波発射禁止帯に対して大きな減衰特性をもつノッチフィルタであり、このＢＲＦ３１により、ＲＲ電波発射禁止帯への放射レベルは、さらに低減する。【００８０】  なお、電力増幅器３０の利得は、後述する制御部６２によって可変できるようになっている。【００８１】  短パルス波Ｐｔを空間１に放射する送信アンテナ２２は、ＵＷＢの短パルス波Ｐｔを効率よく空間へ放射するために、広帯域な特性が要求される。【００８２】  この実施形態では、ＵＷＢで広帯域に使用できるものとして、スパイラル素子を用いた円偏波型のアンテナを用いている。【００８３】  勿論、この円偏波型のアンテナに代えて、ボウタイアンテナなどを素子とした直線偏波型のアンテナを用いることもできる。【００８４】  図８乃至図１２は、送信アンテナ２２の基本構造を示している。【００８５】  この送信アンテナ２２は、例えば、低誘電率（３．５前後）の基板材質からなる厚さ１．２ｍｍの誘電体基板１２１と、その誘電体基板１２１の一面側（図８、図９で背面側）に設けられた地板導体１２２と、誘電体基板１２１の反対面側（図８、図９で前面側）にパターン形成された右巻き矩形スパイラルの不平衡型のアンテナ素子１２３と、このアンテナ素子１２３のスパイラル中心側の端部（給電点）に一端が接続され、誘電体基板１２１をその厚さ方向に貫通して地板導体１２２の穴１２２ａを通過する給電ピン１２５を有している。【００８６】  この送信アンテナ２２は、不平衡型の給電線、例えば、同軸ケーブルや、地板導体１２２をアースラインとするコプレーナ線路あるいは後述するマイクロストリップ線路等により給電ピン１２５の他端側から給電することにより、アンテナ素子１２３から左回り円偏波の電波を放射することができる。【００８７】  ただし、このような構造のアンテナでは、誘電体基板１２１の表面に沿った表面波が励振され、その表面波の影響により所望特性が得られない場合がある。【００８８】  そこで、この実施形態のアンテナ２２では、図１１、図１２に示しているように、一端側が地板導体１２２に接続され、誘電体基板１２１を貫通して、他端側が誘電体基板１２１の反対面まで延びた円柱状の金属ポスト１３０を、アンテナ素子１２３を囲むように所定間隔で設けてキャビティ構造とし、さらに、誘電体基板１２１の反対面側に、各金属ポスト１３０の他端側をその並び方向に沿って順次短絡し、且つ各金属ポスト１３０との接続位置からアンテナ素子１２３方向に所定距離延びた枠状導体１３２を設けて、表面波を抑圧している。【００８９】  枠状導体１３２のキャビティ内壁から内側に延びる距離（以下、リム幅と記す）をＬＲとすると、このＬＲはキャビティ内の電波の伝搬波長の約１／４に相当している。【００９０】  なお、この金属ポスト１３０は、例えば誘電体基板１２１に貫通する穴の内壁にメッキ加工（スルーホールメッキ）することで実現されている。【００９１】  このような枠状導体１３２を備えたキャビティをスパイラルで励振することによって、表面波が抑圧され、広帯域にわたり対称性のよい指向性を有する円偏波アンテナを得ることがで���る。【００９２】  また、このキャビティをボウタイアンテナなどの直線偏波アンテナ素子で励振しても、やはり表面波が抑圧され円偏波と同様な広帯域特性を有する直線偏波アンテナを得ることができる。【００９３】  上記アンテナ２２は、単独でＵＷＢの各種通信システムに用いることができるが、ＵＷＢレーダとして必要とされる利得が不足する場合や、ビームを絞る必要がある場合には、上記アンテナ２２をアレー化すればよい。【００９４】  また、円偏波型のアンテナをアレー化する場合、交差偏波分を抑圧して、アンテナ全体としての偏波特性を改善できるシーケンシャル回転アレーを採用することができる。【００９５】  このシーケンシャル回転アレーとは、次の非特許文献２に開示されているように、同一平面上に複数Ｎの同一のアンテナ素子を配置したアレーアンテナにおいて、各アンテナ素子を放射方向の軸回りに順次ｐ・π／Ｎラジアンずつ回転して配置すると共に、各アンテナ素子への給電位相をその配置角に応じてｐ・π／Ｎラジアンずつ偏移したアンテナである。【００９６】  ここで、ｐは、１以上Ｎ−１以下の整数である。
【非特許文献２】Ｔ．Ｔｅｓｈｉｒｏｇｉ  ｅｔ  ａｌ．，Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ  Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｗｉｔｈ  Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｒｏｔａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  ｏｆ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ＩＳＡＰ−８５，０２４−３，ｐｐ．１１７−１２０，１９８５
【００９７】  このような構造にすることで、各アンテナ素子の偏波特性が不完全な円偏波（つまり楕円偏波）の場合であっても、アンテナ全体としては交差偏波成分が相殺されてほぼ完全な円偏波特性を得ることができる。【００９８】  図１３は、上記原理を用いてアレー化したアンテナ２２の構成を示している。【００９９】  このアンテナ２２は、縦長矩形の共通の誘電体基板１２１′及び図示しない地板導体に、前記アンテナ素子１２３を、２列４段にアレー化して構成したものである。【０１００】  また、このアンテナ２２の地板導体側には、複数のアンテナ素子に励振信号を分配給電するための給電部（図示せず）が形成されている。【０１０１】  誘電体基板１２１′の表面には、前記実施形態と同様に右巻き矩形スパイラルに形成された８つのアンテナ素子１２３（１）〜１２３（８）が２列４段に設けられている。【０１０２】  また、各アンテナ素子１２３（１）〜１２３（８）は、一端側が地板導体に接続されている金属ポスト１３０を並べて形成したキャビティにより囲まれており、さらに、各金属ポスト１３０との接続位置から各アンテナ素子１２３方向に所定距離（前記したリム幅ＬＲ分）延びた枠状導体１３２′により、金属ポスト１３０の他端側をその並び方向に沿って連結して、各アンテナ素子毎に表面波の発生を抑圧している。【０１０３】  上記したアンテナ２２は、誘電体基板に、金属ポスト１３０によるキャビティと枠状導体１３２′を設けることによって共振器を構成し、これを円偏波のアンテナ素子で励振していると考えることができる。【０１０４】  アンテナ２２は、共振器であるから共振周波数が存在し、その周波数ではアンテナの入力インピーダンスが非常に大きくなり、放射をしなくなる。【０１０５】  この共振周波数は、前記共振器と円偏波のアンテナ素子の構造パラメータで決まる。【０１０６】  したがって、アンテナ利得の周波数特性は、前記共振周波数付近で急激に深い落ち込み（ノッチ）が生じることになる。【０１０７】  この共振周波数を例えば、前記したＲＲ電波発射禁止帯（２３．６〜２４．０ＧＨｚ）に合わせれば、地球探査衛星との干渉を大幅に低減できる。【０１０８】  図１４は、この点を考慮して、前記図１３に示した構成のアンテナを試作し、その主偏波の右旋円偏波成分（ＲＨＣＰ）と、交差偏波の左旋円偏波成分（ＬＨＣＰ）の利得の周波数特性を測定した結果を示している。【０１０９】  この例では、主偏波成分は、２４．５〜３１ＧＨｚにわたって１３ｄＢｉ以上の利得を有しており、且つＲＲ電波発射禁止帯で、ピークレベルから約２０ｄＢ低下した鋭いノッチが生じていることが判る。【０１１０】  共振器またはスパイラル型のアンテナ素子のいずれか一方、あるいは両方の構造パラメータを適切に選択することにより、ノッチが生じる周波数を前記したＲＲ電波発射禁止帯に容易に一致させることができる。【０１１１】  したがって、このノッチ周波数をＲＲ電波発射禁止帯に合わせて使用することにより、前記したキャリアリークのないバースト発振器２４、ＲＲ電波発射禁止帯にノッチ周波数をもつＢＲＦ３１の採用とあわせ、Ｒ電波発射禁止帯への電波の放射レベルを容易に２０ｄＢ以上低減させることができ、ＦＣＣの新しい規定によるスペクトラムマスクを満たすことができる。【０１１２】  このように構成された送信アンテナ２２から空間１へ出力された短パルス波Ｐｔは、空間１内に存在する物体１ａで反射し、その反射波Ｐｒが受信部４０の受信アンテナ４１で受信される。【０１１３】  この受信アンテナ４１は、送信アンテナ２２と同一構成である。【０１１４】  ただし、円偏波の電波は、反射によって偏波回転方向が逆転する性質を有しているので、送信アンテナと受信アンテナの偏波回転方向を逆にすることにより、２次反射成分（より厳密に言えば偶数次反射成分）を抑圧して、１次反射成分（より厳密に言えば奇数次反射成分）に対する選択性を高くできる。【０１１５】  その結果、この短パルスレーダでは、２次反射によって生じる偽像を低減させることができるようになる。【０１１６】  反射波Ｐｒを受信した受信アンテナ４１から出力される受信信号Ｒは、ＬＮＡ（低雑音増幅器）４２により増幅された後、帯域幅２ＧＨｚ程度のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４３により帯域制限される。【０１１７】  そして、帯域制限された反射信号Ｒ′が検波回路４４によって検波される。【０１１８】  なお、ＬＮＡ４２の利得は、制御部６２によって可変できるようになっている。【０１１９】  検波回路４４は、ＢＰＦ４３から出力される反射信号Ｒ′を同相（０°）分岐する分岐回路４５と、その同相分岐された反射信号同士を線形乗算する線形乗算器４６と、線形乗算器４６の出力信号からベースバンド成分Ｗを抽出する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４７とによって構成されている。【０１２０】  線形乗算器４６には、二重平衡ミキサを用いる等いくつかの方式があり、高速動作をする線形乗算器として、ギルバートミキサを用いて構成する方法が考えられる。【０１２１】  ギルバートミキサは、図１５に示すように、３組の差動増幅器４６ａ、４６ｂ、４６ｃからなる。【０１２２】  そして、差動増幅器４６ａに第１信号Ｖ１を差動入力し、その負荷側に接続された２組の差動増幅器４６ｂ、４６ｃに第２信号Ｖ２を差動入力すると、第１信号Ｖ１と第２信号Ｖ２の積に等しい信号成分のみが負荷抵抗Ｒ３、Ｒ４から出力される。【０１２３】  この構成の線形乗算器４６に、例えば、図１６の（ａ）に示すような正弦状の信号Ｓ（ｔ）を同相でバースト状に入力すると、その出力信号は、図２０の（ｂ）に示すように、入力信号Ｓ（ｔ）を２乗した波形となり、その包絡線（ベースバンド）Ｗは、入力信号Ｓ（ｔ）の電力に比例している。【０１２４】  このように複数の差動増幅器からなる線形乗算器４６は、モノリシックマイクロウェーブ集積回路（ＭＭＩＣ）で極めて小型に構成することができ、しかも、ローカル信号を供給する必要がないので、電力消費が少なくて済む。【０１２５】  検波回路４４で得られたベースバンド信号Ｗは、サンプルホールド回路４８に入力される。【０１２６】  このサンプルホールド回路４８は、図１７にその原理図を示すように、抵抗４８ａとコンデンサ４８ｂによる積分回路にスイッチ４８ｃを介してベースバンド信号Ｗを入力する構成を有している。【０１２７】  そして、このサンプルホールド回路４８は、パルス発生器４９からのパルス信号Ｐｃがハ��レベル（ローレベルでもよい）の間、スイッチ４８ｃを閉じてベースバンド信号Ｗを積分し、パルス信号Ｐｃがローレベルになると、スイッチ４８ｃを開いて積分結果を保持する。【０１２８】  パルス発生器４９は、制御部６２から、送信トリガ信号Ｇより遅れて出力される受信トリガ信号Ｇ′を受ける毎に所定幅Ｔｃのパルス信号Ｐｃを生成して、サンプルホールド回路４８に出力する。【０１２９】  したがって、この受信部４０は、受信トリガ信号Ｇ′を受けてから所定時間Ｔｃが経過するまでの間に受信された反射波Ｐｒに対する検波処理を行っている。【０１３０】  なお、図示していないが、パルス信号Ｐｃの幅Ｔｃは制御部６２によって可変できるようになっている。【０１３１】  サンプルホールド回路４８で積分されて保持された信号Ｈは、その保持直後にＡ／Ｄ変換器６０によってデジタル値に変換され、信号処理部６１に入力される。【０１３２】  信号処理部６１は、受信部４０で得られた信号Ｈに基づいて、空間１に存在する物体１ａについての解析を行い、その解析結果を図示しない出力機器（例えば、表示器、音声発生器）によって報知し、また制御に必要な情報を制御部６２に通知する。【０１３３】  制御部６２は、この短パルスレーダ２０について予め決められたスケジュールにしたがって、あるいは、信号処理部６１の処理結果に応じて、送信部２１及び受信部４０に対する各種制御（トリガ信号Ｇ，Ｇ′の間の遅延時間の可変制御等）を行うことにより、所望の距離領域の探査を行わせる。【０１３４】  上記した短パルスレーダ２０では、バースト発振器２４としてインバータの出力を入力に遅延帰還して発振させる構成を採用している。【０１３５】  しかるに、図１８に示すバースト発振器２４の発振部２４ａのように、共振器７３を負荷とする増幅器７２の出力を帰還回路７４により増幅器７２の入力側に正帰還して発振させる構成を採用することもできる。【０１３６】  この場合、増幅器７２の入力端あるいは出力端とアースラインとの間を、前記と同様にスイッチ回路２４ｂで開閉することにより、発振部２４ａを発振動作状態と発振停止状態とに切り換える。【０１３７】  図１９は、図１８のバースト発振器２４のより具体的な回路例を示している。【０１３８】  図１９において、発振部２４ａは、コイルＬ１とコンデンサＣ１の並列接続で形成される共振器７３ａと、この共振器７３ａを負荷とするトランジスタＱ１と、ベース抵抗Ｒ１とからなる増幅器７２ａ及びコイルＬ２とコンデンサＣ２の並列接続で形成される共振器７３ｂと、共振器７３ｂを負荷とするトランジスタＱ２と、ベース抵抗Ｒ２とからなる増幅器７２ｂを有している。【０１３９】  また、トランジスタＱ１のコレクタ（増幅器７２ａの出力）とトランジスタＱ２のベース（増幅器７２ｂの入力）との間はコンデンサＣ３を介して接続されている。【０１４０】  また、トランジスタＱ２のコレクタ（増幅器７２ｂの出力）とトランジスタＱ１のベース（増幅器７２ａの入力）との間はコンデンサＣ４を介して接続されている。【０１４１】  さらに、両トランジスタＱ１、Ｑ２のエミッタは、定電流源Ｉ１を介して負電源Ｖｅに接続されている。【０１４２】  また、両トランジスタＱ１、Ｑ２の��ース抵抗Ｒ１、Ｒ２は、バイアス電源Ｖｂに接続されている。【０１４３】  この発振部２４ａは、トランジスタＱ１、Ｑ２が交互にオンオフして発振動作を継続するので、一方の増幅器７２ａを増幅器の主体とすれば、他方の増幅器７２ｂは、増幅器７２ａの出力を増幅器７２ｂで反転増幅して増幅器７２ａの入力側に正帰還するための帰還回路７４を構成していることになる。【０１４４】  また、増幅器７２ａを前段、増幅器７２ｂを後段とする１つの同相増幅器と見なせば、後段の増幅器７２ｂから前段の増幅器７２ａに信号を帰還しているコンデンサＣ４が帰還回路７４を構成していることになる。【０１４５】  いずれにしても、この発振部２４ａは、共振器、増幅器、帰還回路から構成されている発振部と見なすことができる。【０１４６】  なお、この構成の発振部２４ａでは、位相が互いに反転した２相のバースト発振信号Ｐｂ１、Ｐｂ２を出力させることができる。【０１４７】  一方、スイッチ回路２４ｂはトランジスタＱ３からなり、このトランジスタＱ３のコレクタがアースラインに接続され、エミッタが増幅器７２ａのトランジスタＱ１（他方のトランジスタＱ２でもよい）のベースに接続されている。【０１４８】  そして、このトランジスタＱ３のベースで受けたパルス信号Ｐがローレベルのとき、コレクタ・エミッタ間を開状態とし、正帰還ループを維持して発振部２４ａを発振状態にすると共に、パルス信号Ｐがハイレベルのとき、コレクタ・エミッタ間を閉状態として、正帰還がかからないようにして発振部２４ａを発振停止状態にする。【０１４９】  上記のバースト発振器の例は、スイッチ回路２４ｂによって、増幅器７２の入力側とアースラインの間を閉じて正帰還がかからないようにしている。【０１５０】  しかるに、スイッチ回路２４ｂは、増幅器７２の出力側とアースラインの間、すなわち、共振器７３と並列に接続してもよい。【０１５１】  この場合、パルス信号Ｐａによりスイッチ回路２４ｂを閉じて増幅器７２の出力側をアースラインに接続する（共振器７３を短絡させる）ことにより、前記と同様に増幅器７２の入力側への正帰還がかからなくなり、発振部２４ａが発振停止状態となる。【０１５２】  また、上記回路例では、正帰還ループをアースラインに接続して正帰還がかからないようにしている。【０１５３】  しかに、上記のような２つの共振器７３ａ、７３ｂを有する発振部２４ａの場合、両共振器７３ａ、７３ｂの共振周波数が等しいことが発振条件の一つとなるので、一方の共振器の共振周波数を所望の発振周波数から大きくかけ離れた周波数に切り替えることにより、正帰還がかからないようにすることができる。【０１５４】  上記各実施例では、増幅器７２の入力側に正帰還が十分かからないようにすることで発振停止状態としており、増幅器７２は定常的に能動状態にあるので、スイッチ回路２４ｂの切り替わりに対して高速な応答性を保ちながら、リークを発生させることなく、パルス信号のレベルに応じた発振信号の断続的な出力が可能となる。【０１５５】  また、図２０に示すバースト発振器２４のように、発振部２４の増幅器７２の電源供給ラインにスイッチ回路２４ｂを接続し、増幅器７２に対する電源の供給（バイアス電源も含む）を規制して、発振動作を停止させることもできる。【０１５６】  具体的には、図２１に示すように、トランジスタＱ３からなるスイッチ回路２４ｂを定電流源１１の代わりに用い、パルス信号ＰによってトランジスタＱ３をオンオフさせるように構成することにより、発振部２４ａを発振状態と発振停止状態の間で切り替えて発振信号を断続的に出力させる。【０１５７】  また、図示しないがバイアス電源Ｖｂの供給をスイッチ回路２４ｂによって規制することにより、発振信号を断続的に出力させるようにしてもよい。【０１５８】  また、このように増幅器７２に対する電源供給を制御してバースト波を発生させる構成の場合、電源を供給しても発振動作がすぐに開始されない場合が考えられる。【０１５９】  このような場合には、図２２に示すバースト発振器２４のように、スイッチ回路２４ｂと逆動作のスイッチ回路７５を用い、増幅器７２に対する電源供給が停止している間だけスイッチ回路７５を閉じて共振器７３に所定電流を流しておくように構成する。【０１６０】  そして、スイッチ回路２４ｂが閉じて電源が供給されるタイミングにスイッチ回路７５を開いて、共振器７３から過渡現象による共振周波数の信号を発生させて、発振状態に遅延なく移行させる。【０１６１】  図２３は、図２２のバースト発振器２４のより具体的な回路例を示している。【０１６２】  すなわち、この回路例では、一方（両方でもよい）の共振器７３ａと増幅器７２ａとの間と、電源Ｖｅとの間をトランジスタＱ４によるスイッチ回路７５で開閉する構成としている。【０１６３】  そして、このトランジスタＱ４のベースには、パルス信号Ｐａを反転した信号Ｐａ′が与えられる。【０１６４】  なお、上記の共振型の各バースト発振器２４において、共振器７３をＬＣ型のものだけでなく、伝送路型（例えば、λ／４型）の共振器で構成するようにしてもよい。【０１６５】  したがって、以上のような本発明によれば、従来技術の問題を解決して、ＵＷＢにおいてキャリア信号のリークを発生させない方式を実現し、これにより、ＵＷＢレーダとして規定されているスペクトラムマスクを遵守しながら、ＲＲ電波発射禁止帯、ＳＲＤ帯への妨害がおこらないようにしたＵＷＢの短パルスレーダを提供することができる。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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