JPH11231044A - レーダ装置，電圧制御発振器及び電圧制御発振器の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波回路の構成を複雑化することなくレー
ダ装置の検出性能を向上させる。 【解決手段】 発振周波数を変調信号Ｓｍにより制御可
能であると共に、変調信号Ｓｍに対する発振周波数の変
化率を制御信号Ｓｋにより調整可能な電圧制御発振器１
２は、変調信号Ｓｍに従って、時間に対して直線的に周
波数が増減する三角波状に周波数変調された送信信号Ｓ
ｓを生成し、この送信信号Ｓｓは、制御信号Ｓｋを変化
させると、変調周期が変化することなく周波数変調幅の
みが変化する。これに応じて、送受信信号Ｓｓ（Ｌ），
Ｓｒを混合してなるビート信号Ｓｂが表れる周波数帯が
変化する。つまり、制御信号Ｓｋを適宜変化させること
により、常に、外部雑音や低周波雑音の影響の少ない周
波数帯にてビート信号の検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の衝突防止
等に使用され、周波数変調されたレーダ波を送受信する
ことにより、目標物体との相対距離や相対速度に関する
情報を取り出すＦＭＣＷ方式のレーダ装置、該レーダ装
置に好適な電圧制御発振器及び電圧制御発振器の制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年レーダ装置を自動車に搭載し、衝突
防止等の安全装置として応用する試みがなされている
が、車載用のレーダ装置としては、目標物の距離と相対
速度とを同時に検出可能であり、しかも構成が比較的簡
単で小型化・低価格化に適したＦＭＣＷ方式のレーダ装
置（以下、ＦＭＣＷレーダ装置とよぶ）が用いられてい
る。

【０００３】このＦＭＣＷレーダ装置では、図８（ａ）
に実線で示すように、三角波状の変調信号により周波数
変調され、周波数が時間に対して直線的に漸次増減する
送信信号Ｓｓをレーダ波として送信し、目標物体により
反射されたレーダ波を受信する。この時、受信信号Ｓｒ
は、図８（ａ）に点線で示すように、レーダ波が目標物
体との間を往復するのに要する時間、即ち目標物体まで
の距離に応じた時間Ｔｄだけ遅延し、レーダと目標物体
との相対速度に応じた周波数Ｆｄだけドップラシフトす
る。

【０００４】そして、このような受信信号Ｓｒと送信信
号Ｓｓとをミキサで混合することにより、図８（ｂ）に
示すように、これら信号Ｓｒ，Ｓｓの差の周波数成分で
あるビート信号Ｓｂを発生させ、送信信号Ｓｓの周波数
が増加する時のビート信号Ｓｂの周波数（以下、上り変
調時のビート周波数とよぶ）をｆｕ、送信信号Ｓｓの周
波数が減少する時のビート周波数（以下、下り変調時の
ビート周波数とよぶ）をｆｄとして、目標物体との距離
Ｒ及び相対速度Ｖを、以下の（１）（２）式を用いて算
出するように構成されている。

【０００５】

【数１】

【０００６】

【数２】

【０００７】なお、ｃは電波伝搬速度、Ｔは送信信号を
変調する三角波の周期、△Ｆは送信信号の周波数変調
幅、Ｆｏは送信信号の中心周波数である。ここで、この
ようなＦＭＣＷレーダ装置を車載用レーダ装置として適
用するには、約１００〜２００ｍを最大距離として、そ
れ以下の範囲内にある目標物体を、少なくとも数ｍの距
離分解能で検出できるように構成する必要がある。な
お、ＦＭＣＷレーダ装置の距離分解能△Ｒは（３）式、
また相対速度がゼロの場合に検出されるビート周波数ｆ
ｂは（４）式で表されることが知られている。

【０００８】

【数３】

【０００９】

【数４】

【００１０】この（３）式から明かなように、数ｍの距
離分解能を得るためには、周波数変動幅△Ｆを、１００
ＭＨｚ程度に設定する必要があり、また、このような周
波数変動幅△Ｆを確保するためには、送信信号の中心周
波数Ｆｏを、ミリ波と呼ばれる周波数帯（数十ＧＨｚ〜
数百ＧＨｚ）に設定する必要がある。

【００１１】そして、制御の応答性を考慮して、三角波
の周期Ｔを１ｍｓ程度に設定した場合、（４）式から明
らかなように、数十ＫＨｚ〜数百ＫＨｚのビート信号を
検出することになる。ところがミリ波のような高周波帯
の信号を扱う高周波用ミキサでは、図９に示すように、
信号強度の揺らぎの周波数成分からなるＡＭ−ＦＭ変換
ノイズや、周波数に反比例した強度を有する１／ｆノイ
ズがミキサの出力に重畳される。しかも、これらＡＭ−
ＦＭ変換ノイズ及び１／ｆノイズ（以下、合わせて低周
波ノイズとよぶ）の強度は、ビート信号Ｓｂと同じ数十
ＫＨｚ〜数百ＫＨｚの周波数領域で比較的強いため、ビ
ート信号Ｓｂの信号対雑音比（以下、ＳＮ比という）を
劣化させてしまうという問題があった。

【００１２】特に、ＳＮ比は、目標物体の検出距離に大
きな影響を与える（具体的には、ＳＮ比が１２ｄＢ向上
すると検出距離が約２倍になる）ため、雑音を抑えＳＮ
比を向上させることはレーダの性能を向上させる上で極
めて重要である。これに対して、例えば特開平５−４０
１６９号公報には、送信信号Ｓｓ又は受信信号Ｓｒに、
新たな信号を重畳して高調波を発生させることにより、
高周波用ミキサにて送受信信号Ｓｓ，Ｓｒを混合した時
に、本来より高い周波数帯にビート信号を発生させ、更
に、このビート信号に、送信信号Ｓｓ又は受信信号Ｓｒ
に重畳した信号を、中間周波用ミキサにて再度混合する
ことにより、ビート信号を本来の数十ＫＨｚ〜数百ＫＨ
ｚの周波数帯に再変換するように構成されたＦＭＣＷレ
ーダ装置が開示されている。

【００１３】この装置では、送信信号Ｓｓ又は受信信号
Ｓｒに重畳する信号の周波数を数ＭＨｚ程度に設定すれ
ば、送受信信号Ｓｓ，Ｓｒを混合する高周波用ミキサか
ら出力されるビート信号を、低周波ノイズの影響が十分
に小さくなる領域（数ＭＨｚ程度）に発生させることが
でき、また、このビート信号を数十ＫＨｚ〜数百ＫＨｚ
の周波数に変換する中間周波用ミキサは、高周波用ミキ
サが取り扱うミリ波に比べて周波数の低いビート信号や
スイッチング信号（いずれも数ＭＨｚ程度）を扱うの
で、その出力に重畳される低周波ノイズは、高周波用ミ
キサに比べて十分に小さい。

【００１４】即ち、高周波用ミキサでは、低周波ノイズ
の影響が小さい周波数領域にビート信号Ｓｂを発生さ
せ、このビート信号Ｓｂの周波数成分を、低周波ノイズ
の少ない中間周波用ミキサにて本来の周波数帯に変換し
ているので、低周波ノイズの影響を低減でき、ビート信
号ＳｂのＳＮ比が改善されるのである。

【００１５】また、特開平４−１４２８６号公報には、
送信信号を周波数変調する三角波の周期を短くすること
によって、ビート信号の表れる周波数を高周波側に移行
させるレーダ装置が開示されている。これについては、
前述の（４）式を見れば、三角波の周期を短くすると、
ビート信号が表れる周波数帯を高くできることがわか
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者（特開平
５−４０１６９号）のレーダ装置では、ミリ波帯の高周
波信号である送信信号や受信信号に新たな信号を重畳す
る処理を行わなければならない。これは、レーダ波を減
衰させることになるため、検出感度を劣化させてしまう
という問題や、高周波回路は一般に回路への組み付けが
難しく、また値段も高いため、製造に手間を要すると共
に装置が高価なものとなるという問題があった。

【００１７】一方、後者（特開平４−１４２８６号）の
レーダ装置では、送信信号を周波数変調する三角波の周
期を短くすることで、信号処理時のＳＮ比を劣化させて
しまうという問題があった。即ち、車載用ＦＭＣＷレー
ダ装置等では、一般的に、ビート信号の処理を高速フー
リエ変換（ＦＦＴ）を用いて行っているが、このＦＦＴ
処理後の周波数分解能△ｆは、（５）式にて表すことが
できる。

【００１８】 △ｆ＝１／Ｔｓ （５） なお、Ｔｓは、上り変調又は下り変調の各期間内で、ビ
ート信号を検出するためのサンプリングを行っている期
間（以下、サンプリング期間という）である。従って、
各サンプリング期間Ｔｓは、当然、送信信号を周波数変
調する三角波の周期Ｔの１／２以下（Ｔｓ≦Ｔ／２）の
値となる。

【００１９】また、ＦＦＴ処理を行うと、処理された信
号に白色雑音が重畳されることが知られており、そのス
ペクトル密度が均一な場合、白色雑音の強度Ｎは、ボル
ツマン定数ｋ及び絶対温度ＴＨを用いて（６）式にて表
すことができる。 Ｎ＝ｋ・ＴＨ・△ｆ＝ｋ・ＴＨ／Ｔｓ （６） つまり、ビート信号が発生する周波数帯を高くするため
に、送信信号を周波数変調する三角波の周期Ｔを短くす
ると、当然、サンプリング時間Ｔｓも短くしなければな
らず、その結果、（６）式から明らかなように、白色雑
音強度Ｎが大きくなって、レーダ装置での信号処理時の
ＳＮ比が劣化してしまうのである。

【００２０】本発明は、上記問題点を解決するために、
高周波回路を複雑化することなく、検出性能を向上させ
ることが可能なレーダ装置、このレーダ装置を構成する
のに好適な電圧制御発振器、及び電圧制御発振器の制御
方法を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた発明である請求項１に記載のレーダ装置で
は、送信信号生成手段が、時間に対して直線的に周波数
が変化するよう三角波状に変調された高周波の送信信号
を生成し、この送信信号がレーダ波として送出される。
目標物体により反射されたレーダ波の受信信号に、送信
信号生成手段からの送信信号をローカル信号として混合
し、該混合された信号の周波数差を成分とするビート信
号に基づいて、目標物体との距離又は相対速度のうち少
なくともいずれか一方を求める。

【００２２】ところで、送信信号生成手段は、送信信号
の変調周期を一定にしたまま該送信信号の周波数変調幅
（以下、単に変調幅という）を変化可能に構成されてい
る。即ち、上述の（４）式から明らかなように、変調幅
△Ｆを変化させれば、送信信号の変調周期Ｔを変化させ
ることなく、ビート信号が発生する周波数帯を変化させ
ることができるのである。

【００２３】従って、本発明のレーダ装置によれば、受
信信号に重畳された外部雑音等が、ビート信号のＳＮ比
を劣化させている場合に、送信信号の変調幅を適宜変化
させ、外部雑音の影響の小さい周波数帯にビート信号が
表れるようにすることができるため、どのような周波数
帯に外部雑音が表れたとしても、常に、ＳＮ比の優れた
ビート信号にて検出を行うことができる。

【００２４】なお、周知のように低周波ノイズは周波数
が高くなるほど小さくなるため、通常は、送信信号生成
手段が許す限り、変調幅が広くなるように設定し、ビー
ト信号が表れる周波数帯をできるだけ高くして検出を行
うことが望ましい。また、本発明のレーダ装置では、ビ
ート信号が発生する周波数帯を変化させても、三角波の
変調周期が一定であるため、検出したビート信号の信号
処理をＦＦＴを用いて行う場合に、白色雑音を増大させ
てしまうことがなく、ＳＮ比の良好な状態で信号処理を
行うことができる。

【００２５】しかも、送信信号及び受信信号の信号経路
等、高周波信号を取り扱う高周波回路に新たな回路を追
加する必要がないため、装置構成が簡単であり、しかも
高周波信号である送受信信号を減衰させ検出感度を劣化
させてしまうこともない。つまり、本発明によれば、低
周波雑音や外部雑音の影響が最も小さい周波数帯でビー
ト信号を検出できると共に、検出されたビート信号の信
号処理時に重畳される白色雑音を低く抑えることがで
き、更には高周波信号を減衰させる高周波回路部品等を
取り付ける必要もないため、当該レーダ装置の検出性能
を最大限に引き出すことができる。

【００２６】次に、送信信号生成手段は、例えば請求項
２に記載のように、時間に対して信号レベルが直線的に
変化する三角波状の変調信号を発生する変調信号発生器
と、変調信号発生器からの変調信号に応じた周波数で発
振して送信信号を生成する周波数可変発振器と、変調信
号発生器が発生する変調信号の振幅を制御信号に従って
変化させる振幅変調器とにより構成してもよいし、ま
た、請求項３に記載のように、時間に対して信号レベル
が直線的に変化する三角波状の変調信号を発生する変調
信号発生器と、変調信号発生器からの変調信号に応じた
周波数で発振すると共に、変調信号に対する発振周波数
の変化率を調整可能な周波数可変発振器とにより構成し
てもよい。

【００２７】いずれにしても、変調信号発生器は、一定
周期（周波数），一定振幅の変調信号を生成すればよい
ため、簡単な構成の変調信号発生器の用いて装置を構成
することができる。ところで、一般に、この種のレーダ
装置に用いられる周波数可変発振器の一つとして、トラ
ンジスタに正帰還を加えることにより負性抵抗を示すよ
う構成された負性抵抗回路と、該負性抵抗回路のトラン
ジスタに直列又は並列接続される共振回路とからなり、
トランジスタのゲートに印加する直流バイアス電圧（ひ
いてはトランジスタのゲート・ソース間容量）を外部か
らの変調信号に応じて変化させることにより、発振周波
数を変化させるように構成された電圧制御発振器が知ら
れている。

【００２８】この電圧制御発振器では、使用する変調信
号の振幅に対して、所望の周波変調幅が得られるよう
に、トランジスタの帰還量を決めるスタブを調整するこ
とにより、変調信号に対する発振周波数の変化率を設定
していた。つまり、この種の電圧制御発振器では、変調
信号に対する発振周波数の変化率は固定されてしまうた
め、請求項３に記載の周波数可変発振器として使用する
ことができなかった。

【００２９】しかし、この種の電圧制御発振器について
の研究を重ねた結果、図７に示すように、トランジスタ
のドレインへの直流バイアス電圧Ｖｄを変化させると、
変調信号に対する発振周波数の変化率が変化すること、
つまり、この種の電圧制御発振器では、請求項５に記載
のように、外部からの制御信号に従ってトランジスタの
ドレインに印加する直流バイアス電圧を変化させること
により、変調信号に対する発振周波数の変化率を調整す
る制御が可能であることを見出した。

【００３０】この電圧制御発振器の制御方法を具体的に
実現したものが、請求項６に記載された電圧制御発振器
であり、更に、請求項３に記載のレーダ装置において、
周波数可変発振器として、請求項６に記載の電圧制御発
振器を用いて構成したものが、請求項４に記載のレーダ
装置である。

【００３１】このように構成された請求項４に記載のレ
ーダ装置によれば、電圧制御発振器の発振器本体は、従
来からあるものをそのまま用いることができ、直流バイ
アス電圧を変化させる変化率調整手段を追加するだけの
簡単な構成で、レーダ装置の検出性能の向上を図ること
ができる。

【００３２】また請求項６に記載の電圧制御発振器は、
変調信号に対する発振周波数の変化率を任意に設定でき
るため、上述のレーダ装置に限らず、より様々な用途に
用いることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。 ［第１実施例］図１は、第１実施例の障害物検出用レー
ダ装置の全体構成を表すブロック図である。

【００３４】図１に示すように、本実施例のレーダ装置
１０は、送信信号Ｓｓとしてミリ波帯の高周波信号を生
成し、該高周波信号の周波数を変調信号Ｓｍに応じて制
御可能であると共に、変調信号Ｓｍに対する高周波信号
の周波数の変化率を制御信号Ｓｋに応じて調整可能な周
波数可変発振器としての電圧制御発振器１２と、電圧制
御発振器１２に供給する変調信号Ｓｍとして、時間に対
して直線的に周波数が増減するような変調を電圧制御発
振器１２に行わせるための三角波を生成する変調信号発
生器としての三角波発生器１４と、電圧制御発振器１２
が生成する送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する送
信アンテナ１６と、電圧制御発振器１２からの送信信号
Ｓｓを電力分配し、ローカル信号Ｌを生成する分配器１
８と、レーダ波を受信する受信アンテナ２０と、受信ア
ンテナ２０からの受信信号Ｓｒに、分配器１８からのロ
ーカル信号Ｌを混合し、これら信号の差の周波数成分で
あるビート信号Ｓｂを生成する高周波用ミキサ２２と、
高周波用ミキサ２２からのビート信号Ｓｂに基づいて、
目標物体との距離、及び相対速度を検出する信号処理部
２４とを備えている。

【００３５】そして、信号処理部２４は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心
に構成され、三角波発生器１４への起動，停止信号を出
力するための出力ポート、制御信号Ｓｋを生成するため
のＤ／Ａ変換器、ビート信号Ｓｂをデジタル値に変換し
てＣＰＵに取り込むためのＡ／Ｄ変換器、Ａ／Ｄ変換器
を介して取り込んだデータについて、高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）を高速に実行するための演算処理装置等を備
えている。

【００３６】なお、本実施例では電圧制御発振器１２及
び三角波発生器１４が送信信号生成手段に相当し、ま
た、制御信号Ｓｋを生成するためのＤ／Ａ変換器が変化
率調整手段に相当する。ここで、図２は、電圧制御発振
器１２の詳細な構成を表す回路図である。

【００３７】図２に示すように、電圧制御発振器１２
は、高電子移動度電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ：hi
gh electron mobility transistor ）２６ａ、及びＨＥ
ＭＴ２６ａに正帰還を加えるためＨＥＭＴ２６ａのソー
スに接続された帰還用スタブ２６ｂからなる負性抵抗回
路２６と、ＨＥＭＴ２６ａのゲートに接続された伝送線
からなる共振回路２８と、共振回路２８のゲートへの接
続端とは反対側端に接続された高周波信号接地用のコン
デンサ３０と、一端がＨＥＭＴ２６ａのドレイン，他端
が当該電圧制御発振器１２の出力端子ＯＵＴに接続され
た伝送線３２ａ、及び一端が出力端子ＯＵＴ，他端が抵
抗Ｒ１を介して制御信号Ｓｋの入力端子ＩＮ２に接続さ
れた伝送線３２ｂからなり、当該電圧制御発振器１２の
出力インピーダンスを調整する出力整合回路３２と、伝
送線３２ｂの入力端子ＩＮ２側端に接続された高周波信
号接地用のコンデンサ３４と、抵抗３６ａ，３６ｂ，３
６ｃからなり、入力端子ＩＮ１に印加される変調信号Ｓ
ｍを分圧してなるバイアス電圧を、共振回路２８とコン
デンサ３０との接続端から共振回路２８を介してＨＥＭ
Ｔ２６ａのゲートに印加するバイアス印加回路３６とを
備えている。

【００３８】このように構成された電圧制御発振器１２
では、入力端子ＩＮ１に印加される変調信号Ｓｍ（の電
圧値）に応じて、ＨＥＭＴ２６ａのゲート・ソース間に
印加するバイアス電圧が変化し、これに伴ってゲート・
ソース間容量が変化することにより発振周波数、即ち出
力端子ＯＵＴから出力される送信信号Ｓｓの周波数が変
化する。

【００３９】また、入力端子ＩＮ２に印加する制御信号
Ｓｋを変化させると、ＨＥＭＴ２６ａのドレイン電圧Ｖ
ｄが変化し、先に図７に示したように、変調信号Ｓｍに
対する発振周波数の変化率が変化する。なお、図７は、
ドレイン電圧Ｖｄを２．５Ｖ，２．０Ｖ，１．５Ｖに設
定し、それぞれについて、変調信号Ｓｍの電圧値を−８
〜０Ｖの範囲で１Ｖずつ変化させた時の発振周波数の測
定結果を表すグラフである。図７に示すように、ドレイ
ン電圧Ｖｄ（即ち制御信号Ｓｋ）を小さくする程、グラ
フの傾き、即ち変調信号Ｓｍに対する発振周波数の変化
率が大きくなり、具体的には、変調信号Ｓｍをグラフに
示す範囲（−８〜０Ｖ）で変化させるとすると、送信信
号Ｓｓの変調幅△Ｆは、０．７ＧＨｚから３．３ＧＨｚ
へ約５倍に広域化することになる。また、ドレイン電圧
Ｖｄがいずれの場合でも、線形性が良好に保持されてい
る。

【００４０】ここで、図３は、（ａ）及び（ｂ）が、そ
れぞれ変調信号Ｓｍ及び制御信号Ｓｋの電圧値の変化を
表す波形図、（ｃ）が送信信号Ｓｓの周波数の変化を表
す波形図である。上記のように構成された本実施例のレ
ーダ装置１０では、信号処理部２４が、まず三角波発生
器１４を起動することにより、三角波発生器１４にて生
成された一定周期かつ一定振幅の三角波を変調信号Ｓｍ
として電圧制御発振器１２の入力端子ＩＮ１に印加し、
これと共に、信号処理部２４に設けられたＤ／Ａ変換器
にて一定電圧Ｖａを発生させ、これを制御信号Ｓｋとし
て電圧制御発振器１２の入力端子ＩＮ２に印加する。す
ると、電圧制御発振器１２の出力端子ＯＵＴからは、制
御信号Ｓｋの電圧値Ｖａに応じた変調幅△Ｆａで変調さ
れた送信信号Ｓｓが出力される。

【００４１】そして、この送信信号Ｓｓを、送信アンテ
ナ１６がレーダ波として放射すると共に、分配器１８が
その一部をローカル信号Ｌとして分離する。また、送信
アンテナ１６から放射され、目標物体に反射して戻って
きたレーダ波を受信アンテナ２０が受信すると、高周波
用ミキサ２２が、この受信アンテナ２０からの受信信号
Ｓｒと、分配器１８からのローカル信号Ｌとを混合して
ビート信号Ｓｂを生成する。

【００４２】このビート信号Ｓｂは、信号処理部２４に
設けられたＡ／Ｄ変換器にてＡ／Ｄ変換され、信号処理
部２４に取り込まれる。なお、ビート信号ＳｂをＡ／Ｄ
変換するサンプリングは、上り変調又は下り変調毎に、
そのほぼ全期間（Ｔ／２）をサンプリング期間として、
検出すべきビート周波数ｆｕ，ｆｄの最大値の２倍に相
当する周期以下のサンプリング周期にて行うものとす
る。

【００４３】そして、信号処理部２４では、ビート信号
ＳｂをＡ／Ｄ変換することにより得られたデジタルデー
タを、上り変調時又は下り変調時の各サンプリング期間
毎に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することにより、各サ
ンプリング期間毎のスペクトラムを求め、そのスペクト
ラムから上り変調時のビート周波数ｆｕ，及び下り変調
時のビート周波数ｆｄを抽出し、これらビート周波数ｆ
ｕ，ｆｄに基づき、上述の（１）（２）式を用いて、目
標物体との距離Ｒや相対速度Ｖを算出する処理を実行す
る。

【００４４】この時、ＦＦＴの演算結果からビート信号
ＳｂのＳＮ比を求め、ＳＮ比が悪い場合には、制御信号
Ｓｋの電圧値を変化させ（図３中：時刻ｔ１）、ビート
信号Ｓｂが発生する周波数帯を変化させて、同様の処理
を繰り返す。なお、図３では、信号処理部２４が、制御
信号Ｓｋの電圧値をＶａより小さな値Ｖｂに変化させて
おり、電圧制御発振器１２における変調信号Ｓｍに対す
る発振周波数の変化率が大きくなるため、出力端子ＯＵ
Ｔからは、この電圧値Ｖｂに応じて、先の変調幅△Ｆａ
より大きな変調幅△Ｆｂで変調された送信信号Ｓｓが出
力され、ビート信号Ｓｂはより高い周波数帯に発生する
ようになる。

【００４５】ここで、図４に、送信信号Ｓｓの変調幅△
Ｆを４００ＭＨｚ及び１００ＭＨｚとして、上り変調時
のビート信号のスペクトラムをシミュレーションにより
求めた結果を表す。但し、目標物体までの距離を５０
ｍ，相対速度を１０ｍ／ｓ，送信信号Ｓｓの変調周期Ｔ
を２．５６ｍｓとした。

【００４６】図４に示すように、変調幅△Ｆが１００Ｍ
Ｈｚの時にビート周波数ｆｕは２１ＫＨｚとなり、一
方、変調幅△Ｆが４００ＭＨｚの時にビート周波数ｆｕ
は９９ＫＨｚとなった。また、低周波ノイズの影響によ
り、変調幅△Ｆを４００ＭＨｚとした時の方が、変調幅
△Ｆを１００ＭＨｚとした時より、ＳＮ比が約８ｄＢ向
上していることがわかる。

【００４７】以上説明したように、本実施例のレーダ装
置１０においては、送信信号Ｓｓの周波数変調幅△Ｆを
変化させることにより、ビート信号Ｓｂが表れる周波数
帯を変化させている。従って、本実施例のレーダ装置１
０によれば、受信信号Ｓｒに重畳された外部雑音等が、
ビート信号ＳｂのＳＮ比を劣化させているような場合
に、送信信号Ｓｓの変調幅△Ｆを適宜変化させ、外部雑
音の影響の小さい周波数帯にビート信号Ｓｂが表れるよ
うにすることができるため、どのような周波数帯に外部
雑音が表れたとしても、常に、ＳＮ比の優れたビート信
号Ｓｂにて検出を行うことができる。

【００４８】また、本実施例のレーダ装置１０では、電
圧制御発振器１２の変調信号Ｓｍに対する発振周波数の
変化率を調整することにより、送信信号Ｓｓを周波数変
調する三角波の周期Ｔを変化させることなく、変調幅△
Ｆのみを変化させている。このため、本実施例のレーダ
装置１０によれば、検出したビート信号ＳｂをＦＦＴ処
理することにより重畳される白色雑音の強度は、変調幅
△Ｆ（即ちビート信号Ｓｂが発生する周波数帯）によら
ず一定であり、ＳＮ比を劣化させてしまうことがないの
で、常に、ＳＮ比の良好な状態で信号処理を行うことが
できる。

【００４９】更に、本実施例のレーダ装置１０では、送
信信号Ｓｓ，受信信号Ｓｒ，ローカル信号Ｌの信号経路
等、高周波信号を取り扱う高周波回路に新たな回路を追
加する必要がないため、装置構成が簡単であり、しかも
これらの高周波信号Ｓｓ，Ｓｒ，Ｌを減衰させ検出感度
を劣化させてしまうこともない。

【００５０】つまり、本実施例のレーダ装置１０によれ
ば、低周波雑音や外部雑音の影響が最も小さい周波数帯
でビート信号Ｓｂを検出できると共に、検出されたビー
ト信号Ｓｂの信号処理時に重畳される白色雑音を低く抑
えることができ、しかも高周波信号Ｓｓ，Ｓｒ，Ｌを減
衰させる高周波回路部品等を新たに取り付ける必要もな
いため、当該レーダ装置１０の検出性能を最大限に引き
出すことができる。

【００５１】また本実施例のレーダ装置１０では、電圧
制御発振器１２として、負性抵抗回路２６と共振回路２
８とを備えた周知のものを用いており、負性抵抗回路２
６を構成するＨＥＭＴ２６ａのドレインに印加する直流
バイアス電圧を変化させるためのＤ／Ａ変換器等を追加
するだけの簡単な構成で、レーダ装置１０の検出性能の
向上を図ることができる。 ［第２実施例］次に第２実施例について説明する。

【００５２】なお、本実施例のレーダ装置４０は、第１
実施例のレーダ装置１０とは、電圧制御発振器周辺の構
成が異なるだけであるため、この相違点についてのみ説
明する。即ち、本実施例のレーダ装置４０では、図５に
示すように、変調信号Ｓｍに対する発振周波数の変化率
が固定された電圧制御発振器４２を用いている。

【００５３】この電圧制御発振器４２は、例えば、図２
に示した電圧制御発振器１２において、ＨＥＭＴ２６ａ
のドレインへのバイアス電圧を印加する入力端子ＩＮ２
に、一定のバイアス電圧を印加する通常の制御方法で用
いられたものである。そして、この電圧制御発振器４２
と三角波発生器１４との間に、三角波発生器１４が出力
する三角波の振幅を、信号処理部２４からの制御信号Ｓ
ｋに応じて変化させる振幅変調手段としての可変増幅器
４４が設けられている。なお、本実施例では、可変増幅
器４４は、制御信号Ｓｋの電圧値が小さいほど、増幅率
が大きくなるものとする。

【００５４】このように構成された本実施例のレーダ装
置４０では、図６に示すように、信号処理部２４が、制
御信号Ｓｋ（図中（ｂ）参照）をある電圧値Ｖａに設定
して、三角波発生器１４を起動すると、三角波発生器１
４にて生成された一定周期かつ一定振幅の三角波（図中
（ａ）参照）は、可変増幅器４４にて制御信号Ｓｋの電
圧値Ｖａに応じた大きさに振幅を増幅された後、変調信
号Ｓｍ（図中（ｃ）参照）として電圧制御発振器４２に
入力され、電圧制御発振器４２からは、変調信号Ｓｍの
振幅に応じた周波数変調幅△Ｆａを有する送信信号Ｓｓ
（図中（ｄ）参照）が出力される。

【００５５】そして、信号処理部２４が、制御信号Ｓｋ
の電圧値を変化（Ｖａ→Ｖｂ）させると（時刻ｔ１）、
可変増幅器４４での増幅率が変化するため、変調信号Ｓ
ｍの振幅が変化する。図６では、可変増幅器４４での増
幅率を増大させるように制御信号Ｓｋを変化させている
ため、変調信号Ｓｍの振幅も大きくなり、これに応じて
送信信号Ｓｓの周波数変調幅も大きく（△Ｆａ→△Ｆ
ｂ）なる。

【００５６】つまり、本実施例のレーダ装置４０では、
第１実施例のレーダ装置１０と同様に、送信信号Ｓｓの
周波数変調幅△Ｆを変化させることにより、ビート信号
Ｓｂが表れる周波数帯を変化させることができ、しか
も、送信信号Ｓｓの変調周期Ｔを変化させることなく周
波数変調幅△Ｆのみを変化させている。

【００５７】また、本実施例のレーダ装置４０では、変
調信号Ｓｍの振幅を可変にする可変増幅器４４を設けた
だけであり、高周波信号Ｓｓ，Ｓｒ，Ｌの信号経路等の
高周波回路に新たな回路を追加する必要がないため、第
１実施例のレーダ装置１０と同様に、装置構成が簡単で
あり、しかもこれらの高周波信号Ｓｓ，Ｓｒ，Ｌを減衰
させ検出感度を劣化させてしまうこともない。

【００５８】従って、本実施例のレーダ装置４０によれ
ば、第１実施例のレーダ装置１０と全く同様に、低周波
雑音や外部雑音の影響が最も小さい周波数帯でビート信
号Ｓｂを検出できると共に、検出されたビート信号Ｓｂ
の信号処理時に重畳される白色雑音を低く抑えることが
でき、しかも高周波信号Ｓｓ，Ｓｒ，Ｌを減衰させる高
周波回路部品等を新たに取り付ける必要もないため、当
該レーダ装置４０の検出性能を最大限に引き出すことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例のレーダ装置の全体構成図であ
る。

【図２】 高周波発振器の詳細な構成を表す回路図であ
る。

【図３】 第１実施例のレーダ装置各部の信号波形を表
す説明図である。

【図４】 シミュレーション結果を表すグラフである。

【図５】 第２実施例のレーダ装置の全体構成図であ
る。

【図６】 第２実施例のレーダ装置各部の信号波形を表
す説明図である。

【図７】 高周波発振器の特性を測定した結果を表すグ
ラフである。

【図８】 ＦＭＣＷレーダ装置の原理を表す説明図であ
る。

【図９】 従来装置の問題点を表す説明図である。

【符号の説明】

１０，４０…レーダ装置 １２，４２…電圧制御発
振器 １４…三角波発振器 １６…送信アンテナ １８
…分配器 ２０…受信アンテナ ２２…高周波用ミキサ ２４
…信号処理部 ２６…負性抵抗回路 ２６ａ…ＨＥＭＴ ２６
ｂ…帰還用スタブ ２８…共振回路 ３０，３４…コンデンサ ３２
…出力整合回路 ３２ａ，３２ｂ…伝送線 ３６…バイアス印加回路 ３６ａ〜３６ｃ…抵抗 ４４…可変増幅器 ＩＮ１，ＩＮ２…入力端子 ＯＵＴ…出力端子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーダ波として送信するため、時間に対
   して直線的に周波数が変化するよう三角波状に変調され
   た高周波の送信信号を生成する送信信号生成手段を備
   え、目標物体により反射された上記レーダ波の受信信号
   に、上記送信信号生成手段からの送信信号をローカル信
   号として混合し、該混合された信号の周波数差を成分と
   するビート信号に基づいて、目標物体との距離又は相対
   速度のうち少なくともいずれか一方を求めるレーダ装置
   において、 前記送信信号生成手段は、前記送信信号の変調周期を一
   定にしたまま該送信信号の周波数変調幅を変化可能であ
   ることを特徴とするレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記送信信号生成手段は、 時間に対して信号レベルが直線的に変化する三角波状の
   変調信号を発生する変調信号発生器と、 該変調信号発生器からの変調信号に応じた周波数で発振
   して前記送信信号を生成する周波数可変発振器と、 該変調信号発生器が発生する変調信号の振幅を、外部か
   らの制御信号に従って調整する振幅調整手段と、 からなることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装
   置。
3. 【請求項３】 前記送信信号生成手段は、 時間に対して信号レベルが直線的に変化する三角波状の
   変調信号を発生する変調信号発生器と、 該変調信号発生器からの変調信号に応じた周波数で発振
   すると共に、前記変調信号に対する発振周波数の変化率
   を調整可能な周波数可変発振器と、 からなることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のレーダ装置において、 前記周波数可変発振器は、 トランジスタに正帰還を加えることにより負性抵抗を示
   すよう構成された負性抵抗回路、及び該負性抵抗回路の
   トランジスタに直列又は並列接続される共振回路を備
   え、外部からの変調信号に従って前記トランジスタのゲ
   ートに印加する直流バイアス電圧を変化させることによ
   り発振周波数が変化する発振器本体と、 前記トランジスタのドレインに印加する直流バイアス電
   圧を変化させることにより、前記変調信号に対する発振
   周波数の変化率を調整する変化率調整手段と、 からなることを特徴とするレーダ装置。
5. 【請求項５】 トランジスタに正帰還を加えることによ
   り負性抵抗を示すよう構成された負性抵抗回路、及び該
   負性抵抗回路のトランジスタに直列又は並列接続される
   共振回路を備え、外部からの変調信号に従って前記トラ
   ンジスタのゲートに印加する直流バイアス電圧を変化さ
   せることにより発振周波数が変化する電圧制御発振器の
   制御方法であって、 外部からの制御信号に従って前記トランジスタのドレイ
   ンに印加する直流バイアス電圧を変化させることによ
   り、前記変調信号に対する発振周波数の変化率を変化さ
   せることを特徴とする電圧制御発振器の制御方法。
6. 【請求項６】 トランジスタに正帰還を加えることによ
   り負性抵抗を示すよう構成された負性抵抗回路、及び該
   負性抵抗回路のトランジスタに直列又は並列接続される
   共振回路を備え、外部からの変調信号に従って前記トラ
   ンジスタのゲートに印加する直流バイアス電圧を変化さ
   せることにより発振周波数が変化する発振器本体と、 前記トランジスタのドレインに印加する直流バイアス電
   圧を変化させることにより、前記変調信号に対する発振
   周波数の変化率を調整する変化率調整手段と、からなる
   ことを特徴とする電圧制御発振器。