ドップラレーダ装置の試験装置
【課題】外乱による干渉を低減し、かつ回路規模を小さくすると同時に精度の良いドップラシフトした周波数の信号を生成する低コストのドップラレーダ装置の試験装置を提供する。
【解決手段】送受信兼用のアンテナ９と、このアンテナ９を通じて基準周波数ｆ0のマイクロ波を信号４として入力するとともに、アンテナ９に対してドップラシフトした信号５（ｆ0＋ｆd）を出力するＬＯポート１８と、ドップラ周波数ｆdの信号６を入力するＩＦポート１９と、ドップラ周波数ｆdの信号６により基準周波数ｆ0のマイクロ波の信号４を周波数変換して、ドップラシフトした信号５（ｆ0＋ｆd）をＬＯポート１８に出力する混合回路２０とを有する周波数変換器１３とを備える。
【解決手段】送受信兼用のアンテナ９と、このアンテナ９を通じて基準周波数ｆ0のマイクロ波を信号４として入力するとともに、アンテナ９に対してドップラシフトした信号５（ｆ0＋ｆd）を出力するＬＯポート１８と、ドップラ周波数ｆdの信号６を入力するＩＦポート１９と、ドップラ周波数ｆdの信号６により基準周波数ｆ0のマイクロ波の信号４を周波数変換して、ドップラシフトした信号５（ｆ0＋ｆd）をＬＯポート１８に出力する混合回路２０とを有する周波数変換器１３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドップラレーダ装置の性能を試験し評価するためのドップラレーダ装置の試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドップラレーダ装置はドップラ効果を利用したレーダ装置で、主に速度計測用や動作感知用に使用される（特許文献１）。
【０００３】
図７は、ドップラレーダの原理説明に供される説明図である。ドップラレーダ装置１のアンテナ２から照射された基準周波数ｆ0の信号４は、移動体である車両等の測定対象物３により反射される。測定対象物３から反射した信号は、測定対象物３の移動速度Ｖによりドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５となる。このドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５をアンテナ２で受信し、ドップラレーダ装置１内で基準周波数ｆ0の信号４との積からドップラ周波数ｆdの信号６を生成する。この場合、測定対象物３の移動速度Ｖとドップラ周波数ｆdの信号６との間には、次の（１）式の関係が成り立つ。
【０００４】
ｆd＝（２Ｖ／ｃ）×ｆ0 …（１）
このため、ドップラ周波数ｆdの信号６より測定対象物３の移動速度Ｖを求めることができる。ここで、ｃは光速を表す。以上がドップラレーダの原理である。
【０００５】
このように動作するドップラレーダ装置１の性能を試験する方式として、以下に説明する第１〜第３の方式が考えられる。
【０００６】
第１の方式では、そのドップラレーダ装置１が測定の対象とする実際の目標あるいは擬似目標を移動させることにより測定対象物（目標）に実際にマイクロ波を照射して試験を行う。
【０００７】
この第１の方式による試験方法では、ドップラレーダ装置１の設置場所に似通った環境で試験できる反面、それに見合う環境が必要であり、広い場所が必要となり、また時間がかかり試験コストも高い。
【０００８】
図８は、ドップラレーダ装置１の試験を簡易的に行うための第２の方式の構成説明図である。この試験装置では、図７に示したアンテナ２と測定対象物３とを、可変減衰器７とドップラ信号発生器８との組合せに置き換えている。可変減衰器７の減衰量は、アンテナ２と測定対象物３の間のマイクロ波の減衰量と等価になるよう調整する。またドップラ信号発生器８は物理的な羽根で構成され、中心を軸に機械的に回転させ、羽根の一点が測定対象物３の移動速度Ｖに等価となるように速度を調整する。これによりドップラレーダ装置１から出力された基準周波数ｆ0の信号４に対してドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を生成し、ドップラレーダ装置１に送信する。
【０００９】
この第２方式による試験方法では、ドップラ信号発生器８内の羽根の回転が機械的に行われるため、羽根の回転速度を正確に制御するには複雑で大掛かりな制御器を必要とする。このため精度のよいドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を作ることが困難である。また機械的運動を行うため故障が発生しやすく信頼性が低い。さらに、アンテナを含めた試験が行われないという不都合がある。
【００１０】
図９、図１０は、第３の方式の構成説明図である。この第３の方式では、機械的にドップラ周波数ｆdを制御する上記の第２の方式（図８）とは異なり、電気的にドップラ周波数ｆdを制御する。
【００１１】
図９では、試験装置のアンテナ９により受信した基準周波数ｆ0の信号４と別途、信号発生器１２からのドップラ周波数ｆdの信号６を周波数変換器１１を用いて掛け算し、生成したドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５をアンテナ９から送信する。
【００１２】
この図９例の方式では、サーキュレータ１０を用いるため、送受信アンテナを一つにまとめることができる反面、サーキュレータ１０には高いアイソレーション特性が要求される。サーキュレータ１０のアイソレーション特性が悪い場合、周波数変換器１１において多数の高調波が生成され、試験の精度が悪化する。また、一般にサーキュレータ１０は、所望の性能を出すために精度の良い設置条件が必要であり、この傾向は高周波になるほど大きくなる。加えて高価である。
【００１３】
図１０の方式は図９の方式からサーキュレータ１０を省いて、基準周波数ｆ0の信号４を受信するアンテナ９とドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdを有する信号５を送信するアンテナ９と送受信アンテナを分けたものである。この図１０例の試験装置では、アンテナ９が二つ必要であるため構造が大きくなる。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−３０６４８７号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記した実際の目標あるいは擬似目標を移動させ、実際の試験場所と似通った環境で行う第１の方式では、基準周波数ｆ0の信号４が外部の影響により多重に反射して測定対象物３に届くことがある。この場合、多重干渉によりドップラ周波数ｆ0＋ｆdの精度が落ちる。外乱の影響の少ない環境を選定し、指向性の良いアンテナを使用することによりドップラ周波数ｆ0＋ｆdの精度は向上するが、その影響を完全に消し去ることは困難である。またこの条件に見合う環境が必要であり、時間がかかりかつコストが高い。
【００１６】
室内での試験が可能な上記した第２及び第３の方式では、上述したように精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を生成することが困難である。しかも、図８に示した第２の方式では、特殊な機械部品を含むので、室内で測定が可能といえども装置が大型になる。図９、図１０に示した第３の方式では、１アンテナ化とサーキュレータの削除が同時に実現できないため回路規模が大きくなる。
【００１７】
この発明は、このような種々の課題を考慮してなされたものであり、外乱による干渉を低減し、かつ回路規模を小さくすると同時に精度の良いドップラシフトした周波数の信号を生成することを可能とする低コストのドップラレーダ装置用試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明のドップラレーダ装置の試験装置は、送受信兼用のアンテナと、周波数変換器とから構成され、この周波数変換器は、前記アンテナを通じて基準周波数の信号を入力するとともに、前記アンテナに対してドップラシフトした信号を出力する入出力兼用端子と、ドップラ周波数の信号を入力する入力端子と、を備え、前記入力端子を通じて供給される前記ドップラ周波数の信号により前記入出力端子を通じて供給される前記基準周波数の信号を周波数変換して前記ドップラシフトした信号を生成し、前記入出力兼用端子に出力するように構成される。
【００１９】
この場合、周波数変換器は、９０°ハイブリッド回路と二つのダイオードで構成されたシングルバランスドミキサとすることができる。
【００２０】
なお、ドップラ周波数の信号は、信号発生器により発生された信号とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、送受信兼用のアンテナと周波数変換器により試験装置を構成しているので、回路規模の小さいドップラレーダ装置の試験装置が得られる。
【００２２】
回路規模が小さいので、低コスト化ができる。
【００２３】
送受信兼用アンテナを、ドップラレーダ装置のアンテナに近接配置することで、外乱による干渉を低減することができる。
【００２４】
また、信号発生器を使用することで、精度の良いドップラシフトした周波数の信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図７〜図１０に示したものと対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。
【００２６】
外乱の影響を減らし、かつ装置を小型化するために上述した第３の方式である電気的にドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を生成する方式を選択する。しかし、この方式においては１アンテナ化とサーキュレータの削減の課題を同時に解決する必要がある。
【００２７】
そこでサーキュレータを介さない、図１に示す、この実施形態に係るドップラレーダ装置の試験装置（単に、試験装置ともいう。）１００を考案した。
【００２８】
図１は、試験装置１００とドップラレーダ装置１とからなるドップラレーダ試験システム１０２の構成を示している。
【００２９】
この場合、試験装置１００は、基本的に、送受信兼用のアンテナ９と、このアンテナ９に接続される周波数変換器１３とを有する。
【００３０】
周波数変換器１３は、アンテナ９を通じてドップラレーダ装置１から基準周波数ｆ0のマイクロ波を信号５として入力するとともにアンテナ９に対してドップラシフトした信号５を出力する入出力兼用端子としてのＬＯポート１８と、ドップラ周波数ｆdの信号６（単に、ドップラ信号６ともいう。）を入力する入力端子としてのＩＦポート１９と、一端が接地された５０［Ω］の終端器１４の他端が接続されるＲＦポート１７と、ドップラ周波数ｆｄの信号６により基準周波数ｆ0のマイクロ波の信号４を周波数変換してドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を出力する混合回路（混合器）２０を有する。
【００３１】
なお、周波数変換器１３のＩＦポート１９には、ドップラ周波数ｆｄを所望周波数に設定可能（調整可能）で、かつ振幅を所望の定振幅に設定可能な、定振幅連続波の信号６を発生する信号発生器（Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２が接続されている。
【００３２】
基本的には、以上のように構成されるドップラレーダ試験システム１０２において、ドップラレーダ装置１のアンテナ２から基準周波数ｆ0の信号４が、試験装置１００のアンテナ９に照射される。
【００３３】
試験装置１００は、アンテナ９で受信した基準周波数ｆ0の信号４と信号発生器１２により発生されたドップラ周波数ｆdの信号６を周波数変換器１３の混合回路２０により掛け算して、所望のドップラ周波数ｆ0＋ｆdの信号５のみをアンテナ９からドップラレーダ装置１に送信する。
【００３４】
上述したように、ドップラレーダ装置１は、このドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５をアンテナ２で受信し、ドップラレーダ装置１内で基準周波数ｆ0の信号４との積からドップラ周波数ｆdの信号６を生成する。上記（１）式により移動速度Ｖが求められる。
【００３５】
この実施形態に係る図１例の試験装置１００では、図９、図１０で説明した試験装置に比較して、信号伝送経路が短くかつシンプルであるため、周波数変換器１３において不要な高調波成分は生成されにくく、ドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの精度が良い。また、アンテナ９、周波数変換器１３、信号発生器１２のみので構成されるため、回路規模は小さく低コストとなる。
【００３６】
さらに、全体として小規模である試験装置１００をドップラレーダ装置１に近接して設置することが可能となり、測定環境外乱の影響をほぼ無視して測定することができる。
【００３７】
この試験装置１００では周波数変換器１３の構成が重要となる。
【００３８】
図２は、周波数変換器１３の構成例を示している。この周波数変換器１３を構成する混合回路２０は、マイクロストリップラインを用いた９０°ハイブリッド回路１５にダイオード１６を二つ付加したシングルバランスドミキサの構造になっている。
【００３９】
図３の模式図を用いて、この周波数変換器１３の動作原理を説明する。ＬＯポート１８及びＩＦポート１９にそれぞれＶLcosωLｔ、ＶIcosωIｔの電圧を印加する。ここでＶL、ＶIは振幅、ωL、ωIは角周波数である。このとき二つのダイオード１６にかかる電圧Ｖ1及び電圧Ｖ2は、それぞれ（２）式と（３）式で与えられる。
【００４０】
Ｖ1＝−ＶLsinωLｔ＋ＶIcosωIｔ …（２）
Ｖ2＝ ＶLcosωLｔ＋ＶIcosωIｔ …（３）
電圧Ｖ1、Ｖ2が印加されたとき、ダイオード１６を流れる電流Ｉ1及びＩ2は、図４にも示すようにテーラー展開を用いて（４）式及び（５）式のように表される。
【００４１】
Ｉ1＝ａＶ1＋ｂＶ12＋ｃＶ13＋…
＝ａ（−ＶLsinωLｔ＋ＶIcosωIｔ）＋
ｂ（ＶL2sin2ωLｔ−２ＶLＶIsinωLｔcosωIｔ＋ＶI2cos2ωIｔ）＋…
＝−ａＶLsinωLｔ＋ａＶIcosωIｔ＋（ｂＶL2／２）（１−sin２ωLｔ）＋（ｂＶI2／２）（１＋sin２ωIｔ）−ｂＶLＶI｛sin（ωL−ωI）ｔ＋sin（ωL＋ωI）ｔ＋… …（４）
Ｉ2＝−ａＶ2＋ｂＶ22−ｃＶ23＋…
＝−ａ（ＶLcosωLｔ＋ＶIcosωIｔ）＋
ｂ（ＶL2cos2ωLｔ−２ＶLＶIcosωLｔcosωIｔ＋ＶI2cos2ωIｔ）−…
＝−ａＶLcosωLｔ−ａＶIcosωIｔ＋（ｂＶL2／２）（１＋sin２ωLｔ）＋（ｂＶI2／２）（１＋sin２ωIｔ）＋ｂＶLＶI｛cos（ωL−ωI）ｔ＋cos（ωL＋ωI）ｔ＋… …（５）
（４）、（５）式において、ａ、ｂ、ｃは、任意定数である。ここでは簡便のため３次以降の項を省いている。このとき電流Ｉ1及びＩ2に含まれる各周波数成分を（６）、（７）式に示す。
【００４２】
Ｉ1に含まれる各周波数成分
ωL成分：−ａＶLsinωLｔ
ωL−ωI成分：−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ
ωL＋ωI成分：−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ …（６）
Ｉ2に含まれる各周波数成分
ωL成分：−ａＶLsinωLｔ
ωL−ωI成分：ｂＶLＶIcos（ωL−ωI）ｔ
ωL＋ωI成分：ｂＶLＶIcos（ωL＋ωI）ｔ …（７）
ダイオード１６に生じる電流の各周波数成分は、９０°ハイブリッド回路１５を通じて足し合わされ、ＬＯポート１８に出力される。ＬＯポート１８に出力される電流ＩLOの各周波数成分は次の（８）〜（１０）式で表される。
【００４３】
ωL成分：（１／２）（−ａＶLcosωLｔ＋ａＶLsinωLｔ）＝０ …（８）
ωL−ωI成分：（１／２）｛（−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ）−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ｝＝−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ …（９）
ωL＋ωI成分：（１／２）｛−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ｝＝−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ …（１０）
（９）、（１０）式より各ダイオード１６で生じた所望の周波数成分は、９０°ハイブリッド回路１５を通してＬＯポート１８で同相となり強め合うことがわかる。また（８）式より入力信号の周波数成分ωLはＬＯポート１８に現れないことがわかる。これより９０°ハイブリッド回路１５を用いたシングルバランスドミキサを周波数変換器１３として使用することにより、入力ポートであるＬＯポート１８に入力された周波数ｆ0の信号４が周波数変換器１３によりアップコンバートされて周波数ｆ0＋ｆdの信号５となり、同一ポートであるＬＯポート１８に戻ってくることがわかる。なお、ＲＦポート１７に発生した信号は５０［Ω］終端器１４により終端される（接地に吸収される）。
【００４４】
上記周波数変換器１３を用いることにより、小型かつ低コストで、さらに環境外乱の影響を受けず、同時に精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdを生成する試験装置１００を構築することができる。
【００４５】
図５は、この試験装置１００を電波式速度計２４の性能評価に使用したドップラレーダ試験システム１２０の構成を示している。
【００４６】
速度計２４はＫバンドのドップラレーダ装置であり、道路を走行する車の速度を検出する装置である。
【００４７】
速度計２４と試験装置１００はお互いのアンテナ２、９同士を向かい合わせ、その間隔は２０ｃｍ程度として測定環境外乱の影響が無い状態とした。試験装置１００に付加されているアンテナ９はホーンタイプのアンテナを使用した。
【００４８】
試験装置１００に使用した周波数変換器の方式は９０°ハイブリッド回路１５を含むシングルバランスタイプとした。
【００４９】
図６は、周波数変換器１３のレイアウト及び部品実装図を示す。面積が２５［ｍｍ］×２５［ｍｍ］、厚さが０．２［ｍｍ］、誘電率が３．３８の高周波用両面基板を使用し、ビア２１の直径を０．３［ｍｍ］とした。９０°ハイブリッド回路１５は高周波基板にマイクロストリップラインのパターンを用いて形成した。９０°ハイブリッド回路１５のタイプはブランチラインハイブリッドである。また９０°ハイブリッド回路１５の使用帯域を広げるため、段数を２段とした。この基板上に高周波用表面実装タイプのダイオード１６及びチップ抵抗器による終端器１４（１００［Ω］のチップ抵抗器を並列）を実装し、周波数変換器１３を製作した。この周波数変換器１３を貫通孔２２を通してケースにネジ止めし、コネクタを取り付けた。このコネクタを介してホーンアンテナであるアンテナ９と接続した。
【００５０】
また、ドップラ周波数ｆdの信号６を発生する信号発生器１２は、［ｋＨｚ］オーダの連続波を発生できるファンクションジェネレータを使用した。
【００５１】
このように構成することで、小型、低コストで環境外乱の影響を受けず、かつ精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdを発生できる試験装置１００を構築することができる。
【００５２】
すなわち、ホーンアンテナであるアンテナ９、ファンクションジェネレータである信号発生器１２、及び高周波表面実装基板である周波数変換器１３のみで試験装置１００を構成することにより精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの生成を可能とすると共に装置の小型化、低コスト化を同時に達成した。
【００５３】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、マイクロストリップラインで形成した簡易なパターンをもつ基板に二つのダイオード１６を実装し、アンテナ９及びコネクタを付加するのみで周波数変換器１３を形成できるため、装置を小型かつ安価に実現できる。装置が小型なので小スペースの環境で試験できる。しかも、ドップラレーダ装置１や速度計と、試験装置１００とのそれぞれのアンテナ２、９間を近接することにより、外乱の影響を無視することができるため、測定評価が安定する。
【００５４】
信号発生器１２を用いて電気的にドップラ周波数を生成するので、精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号を生成できる。また使用した周波数変換器１３の性能により、他の不要波出力を抑圧できるため測定の精度が向上する。
【００５５】
なお、複数の周波数が混在したドップラ周波数を生成すれば、複数ターゲットを想定したドップラ信号を擬似的に作り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この実施形態に係るドップラレーダ装置の試験装置を含む試験システムの構成図である。
【図２】周波数変換器の模式的実装図である。
【図３】周波数変換器の回路図である。
【図４】ダイオードの電流と電圧の関係式を示す説明図である。
【図５】試験装置を電波式速度計の性能評価に使用した試験システムの構成図である。
【図６】周波数変換器の一例を示すレイアウトを示す部品配置図である。
【図７】ドップラレーダ装置の動作説明に供される説明図である。
【図８】機械的にドップラ周波数を作り出す方式の説明図である。
【図９】サーキュレータを含み、電気的にドップラ周波数を作り出す方式の説明図である。
【図１０】送受信アンテナを個別とし、電気的にドップラ周波数を作り出す方式の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ドップラレーダ装置 ２、９…アンテナ
４…基準周波数の信号 ３…測定対象物
５…ドップラシフトした周波数の信号 ６…ドップラ周波数の信号
７…可変減衰器 ８…ドップラ信号発生器
１０…サーキュレータ １１、１３…周波数変換器
１２…信号発生器 １４…終端器
１５…９０゜ハイブリッド回路 １６…ダイオード
１７…ＲＦポート １８…ＬＯポート
１９…ＩＦポート ２０…混合回路（混合器）
２１…ビア ２２…貫通孔
２４…速度計 １００…試験装置
１０２、１２０…ドップラレーダ試験システム
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドップラレーダ装置の性能を試験し評価するためのドップラレーダ装置の試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ドップラレーダ装置はドップラ効果を利用したレーダ装置で、主に速度計測用や動作感知用に使用される（特許文献１）。
【０００３】
図７は、ドップラレーダの原理説明に供される説明図である。ドップラレーダ装置１のアンテナ２から照射された基準周波数ｆ0の信号４は、移動体である車両等の測定対象物３により反射される。測定対象物３から反射した信号は、測定対象物３の移動速度Ｖによりドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５となる。このドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５をアンテナ２で受信し、ドップラレーダ装置１内で基準周波数ｆ0の信号４との積からドップラ周波数ｆdの信号６を生成する。この場合、測定対象物３の移動速度Ｖとドップラ周波数ｆdの信号６との間には、次の（１）式の関係が成り立つ。
【０００４】
ｆd＝（２Ｖ／ｃ）×ｆ0 …（１）
このため、ドップラ周波数ｆdの信号６より測定対象物３の移動速度Ｖを求めることができる。ここで、ｃは光速を表す。以上がドップラレーダの原理である。
【０００５】
このように動作するドップラレーダ装置１の性能を試験する方式として、以下に説明する第１〜第３の方式が考えられる。
【０００６】
第１の方式では、そのドップラレーダ装置１が測定の対象とする実際の目標あるいは擬似目標を移動させることにより測定対象物（目標）に実際にマイクロ波を照射して試験を行う。
【０００７】
この第１の方式による試験方法では、ドップラレーダ装置１の設置場所に似通った環境で試験できる反面、それに見合う環境が必要であり、広い場所が必要となり、また時間がかかり試験コストも高い。
【０００８】
図８は、ドップラレーダ装置１の試験を簡易的に行うための第２の方式の構成説明図である。この試験装置では、図７に示したアンテナ２と測定対象物３とを、可変減衰器７とドップラ信号発生器８との組合せに置き換えている。可変減衰器７の減衰量は、アンテナ２と測定対象物３の間のマイクロ波の減衰量と等価になるよう調整する。またドップラ信号発生器８は物理的な羽根で構成され、中心を軸に機械的に回転させ、羽根の一点が測定対象物３の移動速度Ｖに等価となるように速度を調整する。これによりドップラレーダ装置１から出力された基準周波数ｆ0の信号４に対してドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を生成し、ドップラレーダ装置１に送信する。
【０００９】
この第２方式による試験方法では、ドップラ信号発生器８内の羽根の回転が機械的に行われるため、羽根の回転速度を正確に制御するには複雑で大掛かりな制御器を必要とする。このため精度のよいドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を作ることが困難である。また機械的運動を行うため故障が発生しやすく信頼性が低い。さらに、アンテナを含めた試験が行われないという不都合がある。
【００１０】
図９、図１０は、第３の方式の構成説明図である。この第３の方式では、機械的にドップラ周波数ｆdを制御する上記の第２の方式（図８）とは異なり、電気的にドップラ周波数ｆdを制御する。
【００１１】
図９では、試験装置のアンテナ９により受信した基準周波数ｆ0の信号４と別途、信号発生器１２からのドップラ周波数ｆdの信号６を周波数変換器１１を用いて掛け算し、生成したドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５をアンテナ９から送信する。
【００１２】
この図９例の方式では、サーキュレータ１０を用いるため、送受信アンテナを一つにまとめることができる反面、サーキュレータ１０には高いアイソレーション特性が要求される。サーキュレータ１０のアイソレーション特性が悪い場合、周波数変換器１１において多数の高調波が生成され、試験の精度が悪化する。また、一般にサーキュレータ１０は、所望の性能を出すために精度の良い設置条件が必要であり、この傾向は高周波になるほど大きくなる。加えて高価である。
【００１３】
図１０の方式は図９の方式からサーキュレータ１０を省いて、基準周波数ｆ0の信号４を受信するアンテナ９とドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdを有する信号５を送信するアンテナ９と送受信アンテナを分けたものである。この図１０例の試験装置では、アンテナ９が二つ必要であるため構造が大きくなる。
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−３０６４８７号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記した実際の目標あるいは擬似目標を移動させ、実際の試験場所と似通った環境で行う第１の方式では、基準周波数ｆ0の信号４が外部の影響により多重に反射して測定対象物３に届くことがある。この場合、多重干渉によりドップラ周波数ｆ0＋ｆdの精度が落ちる。外乱の影響の少ない環境を選定し、指向性の良いアンテナを使用することによりドップラ周波数ｆ0＋ｆdの精度は向上するが、その影響を完全に消し去ることは困難である。またこの条件に見合う環境が必要であり、時間がかかりかつコストが高い。
【００１６】
室内での試験が可能な上記した第２及び第３の方式では、上述したように精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を生成することが困難である。しかも、図８に示した第２の方式では、特殊な機械部品を含むので、室内で測定が可能といえども装置が大型になる。図９、図１０に示した第３の方式では、１アンテナ化とサーキュレータの削除が同時に実現できないため回路規模が大きくなる。
【００１７】
この発明は、このような種々の課題を考慮してなされたものであり、外乱による干渉を低減し、かつ回路規模を小さくすると同時に精度の良いドップラシフトした周波数の信号を生成することを可能とする低コストのドップラレーダ装置用試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この発明のドップラレーダ装置の試験装置は、送受信兼用のアンテナと、周波数変換器とから構成され、この周波数変換器は、前記アンテナを通じて基準周波数の信号を入力するとともに、前記アンテナに対してドップラシフトした信号を出力する入出力兼用端子と、ドップラ周波数の信号を入力する入力端子と、を備え、前記入力端子を通じて供給される前記ドップラ周波数の信号により前記入出力端子を通じて供給される前記基準周波数の信号を周波数変換して前記ドップラシフトした信号を生成し、前記入出力兼用端子に出力するように構成される。
【００１９】
この場合、周波数変換器は、９０°ハイブリッド回路と二つのダイオードで構成されたシングルバランスドミキサとすることができる。
【００２０】
なお、ドップラ周波数の信号は、信号発生器により発生された信号とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、送受信兼用のアンテナと周波数変換器により試験装置を構成しているので、回路規模の小さいドップラレーダ装置の試験装置が得られる。
【００２２】
回路規模が小さいので、低コスト化ができる。
【００２３】
送受信兼用アンテナを、ドップラレーダ装置のアンテナに近接配置することで、外乱による干渉を低減することができる。
【００２４】
また、信号発生器を使用することで、精度の良いドップラシフトした周波数の信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図７〜図１０に示したものと対応するものには同一の符号を付けてその詳細な説明は省略する。
【００２６】
外乱の影響を減らし、かつ装置を小型化するために上述した第３の方式である電気的にドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を生成する方式を選択する。しかし、この方式においては１アンテナ化とサーキュレータの削減の課題を同時に解決する必要がある。
【００２７】
そこでサーキュレータを介さない、図１に示す、この実施形態に係るドップラレーダ装置の試験装置（単に、試験装置ともいう。）１００を考案した。
【００２８】
図１は、試験装置１００とドップラレーダ装置１とからなるドップラレーダ試験システム１０２の構成を示している。
【００２９】
この場合、試験装置１００は、基本的に、送受信兼用のアンテナ９と、このアンテナ９に接続される周波数変換器１３とを有する。
【００３０】
周波数変換器１３は、アンテナ９を通じてドップラレーダ装置１から基準周波数ｆ0のマイクロ波を信号５として入力するとともにアンテナ９に対してドップラシフトした信号５を出力する入出力兼用端子としてのＬＯポート１８と、ドップラ周波数ｆdの信号６（単に、ドップラ信号６ともいう。）を入力する入力端子としてのＩＦポート１９と、一端が接地された５０［Ω］の終端器１４の他端が接続されるＲＦポート１７と、ドップラ周波数ｆｄの信号６により基準周波数ｆ0のマイクロ波の信号４を周波数変換してドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５を出力する混合回路（混合器）２０を有する。
【００３１】
なお、周波数変換器１３のＩＦポート１９には、ドップラ周波数ｆｄを所望周波数に設定可能（調整可能）で、かつ振幅を所望の定振幅に設定可能な、定振幅連続波の信号６を発生する信号発生器（Ｓｉｇｎａｌ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２が接続されている。
【００３２】
基本的には、以上のように構成されるドップラレーダ試験システム１０２において、ドップラレーダ装置１のアンテナ２から基準周波数ｆ0の信号４が、試験装置１００のアンテナ９に照射される。
【００３３】
試験装置１００は、アンテナ９で受信した基準周波数ｆ0の信号４と信号発生器１２により発生されたドップラ周波数ｆdの信号６を周波数変換器１３の混合回路２０により掛け算して、所望のドップラ周波数ｆ0＋ｆdの信号５のみをアンテナ９からドップラレーダ装置１に送信する。
【００３４】
上述したように、ドップラレーダ装置１は、このドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号５をアンテナ２で受信し、ドップラレーダ装置１内で基準周波数ｆ0の信号４との積からドップラ周波数ｆdの信号６を生成する。上記（１）式により移動速度Ｖが求められる。
【００３５】
この実施形態に係る図１例の試験装置１００では、図９、図１０で説明した試験装置に比較して、信号伝送経路が短くかつシンプルであるため、周波数変換器１３において不要な高調波成分は生成されにくく、ドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの精度が良い。また、アンテナ９、周波数変換器１３、信号発生器１２のみので構成されるため、回路規模は小さく低コストとなる。
【００３６】
さらに、全体として小規模である試験装置１００をドップラレーダ装置１に近接して設置することが可能となり、測定環境外乱の影響をほぼ無視して測定することができる。
【００３７】
この試験装置１００では周波数変換器１３の構成が重要となる。
【００３８】
図２は、周波数変換器１３の構成例を示している。この周波数変換器１３を構成する混合回路２０は、マイクロストリップラインを用いた９０°ハイブリッド回路１５にダイオード１６を二つ付加したシングルバランスドミキサの構造になっている。
【００３９】
図３の模式図を用いて、この周波数変換器１３の動作原理を説明する。ＬＯポート１８及びＩＦポート１９にそれぞれＶLcosωLｔ、ＶIcosωIｔの電圧を印加する。ここでＶL、ＶIは振幅、ωL、ωIは角周波数である。このとき二つのダイオード１６にかかる電圧Ｖ1及び電圧Ｖ2は、それぞれ（２）式と（３）式で与えられる。
【００４０】
Ｖ1＝−ＶLsinωLｔ＋ＶIcosωIｔ …（２）
Ｖ2＝ ＶLcosωLｔ＋ＶIcosωIｔ …（３）
電圧Ｖ1、Ｖ2が印加されたとき、ダイオード１６を流れる電流Ｉ1及びＩ2は、図４にも示すようにテーラー展開を用いて（４）式及び（５）式のように表される。
【００４１】
Ｉ1＝ａＶ1＋ｂＶ12＋ｃＶ13＋…
＝ａ（−ＶLsinωLｔ＋ＶIcosωIｔ）＋
ｂ（ＶL2sin2ωLｔ−２ＶLＶIsinωLｔcosωIｔ＋ＶI2cos2ωIｔ）＋…
＝−ａＶLsinωLｔ＋ａＶIcosωIｔ＋（ｂＶL2／２）（１−sin２ωLｔ）＋（ｂＶI2／２）（１＋sin２ωIｔ）−ｂＶLＶI｛sin（ωL−ωI）ｔ＋sin（ωL＋ωI）ｔ＋… …（４）
Ｉ2＝−ａＶ2＋ｂＶ22−ｃＶ23＋…
＝−ａ（ＶLcosωLｔ＋ＶIcosωIｔ）＋
ｂ（ＶL2cos2ωLｔ−２ＶLＶIcosωLｔcosωIｔ＋ＶI2cos2ωIｔ）−…
＝−ａＶLcosωLｔ−ａＶIcosωIｔ＋（ｂＶL2／２）（１＋sin２ωLｔ）＋（ｂＶI2／２）（１＋sin２ωIｔ）＋ｂＶLＶI｛cos（ωL−ωI）ｔ＋cos（ωL＋ωI）ｔ＋… …（５）
（４）、（５）式において、ａ、ｂ、ｃは、任意定数である。ここでは簡便のため３次以降の項を省いている。このとき電流Ｉ1及びＩ2に含まれる各周波数成分を（６）、（７）式に示す。
【００４２】
Ｉ1に含まれる各周波数成分
ωL成分：−ａＶLsinωLｔ
ωL−ωI成分：−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ
ωL＋ωI成分：−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ …（６）
Ｉ2に含まれる各周波数成分
ωL成分：−ａＶLsinωLｔ
ωL−ωI成分：ｂＶLＶIcos（ωL−ωI）ｔ
ωL＋ωI成分：ｂＶLＶIcos（ωL＋ωI）ｔ …（７）
ダイオード１６に生じる電流の各周波数成分は、９０°ハイブリッド回路１５を通じて足し合わされ、ＬＯポート１８に出力される。ＬＯポート１８に出力される電流ＩLOの各周波数成分は次の（８）〜（１０）式で表される。
【００４３】
ωL成分：（１／２）（−ａＶLcosωLｔ＋ａＶLsinωLｔ）＝０ …（８）
ωL−ωI成分：（１／２）｛（−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ）−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ｝＝−ｂＶLＶIsin（ωL−ωI）ｔ …（９）
ωL＋ωI成分：（１／２）｛−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ｝＝−ｂＶLＶIsin（ωL＋ωI）ｔ …（１０）
（９）、（１０）式より各ダイオード１６で生じた所望の周波数成分は、９０°ハイブリッド回路１５を通してＬＯポート１８で同相となり強め合うことがわかる。また（８）式より入力信号の周波数成分ωLはＬＯポート１８に現れないことがわかる。これより９０°ハイブリッド回路１５を用いたシングルバランスドミキサを周波数変換器１３として使用することにより、入力ポートであるＬＯポート１８に入力された周波数ｆ0の信号４が周波数変換器１３によりアップコンバートされて周波数ｆ0＋ｆdの信号５となり、同一ポートであるＬＯポート１８に戻ってくることがわかる。なお、ＲＦポート１７に発生した信号は５０［Ω］終端器１４により終端される（接地に吸収される）。
【００４４】
上記周波数変換器１３を用いることにより、小型かつ低コストで、さらに環境外乱の影響を受けず、同時に精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdを生成する試験装置１００を構築することができる。
【００４５】
図５は、この試験装置１００を電波式速度計２４の性能評価に使用したドップラレーダ試験システム１２０の構成を示している。
【００４６】
速度計２４はＫバンドのドップラレーダ装置であり、道路を走行する車の速度を検出する装置である。
【００４７】
速度計２４と試験装置１００はお互いのアンテナ２、９同士を向かい合わせ、その間隔は２０ｃｍ程度として測定環境外乱の影響が無い状態とした。試験装置１００に付加されているアンテナ９はホーンタイプのアンテナを使用した。
【００４８】
試験装置１００に使用した周波数変換器の方式は９０°ハイブリッド回路１５を含むシングルバランスタイプとした。
【００４９】
図６は、周波数変換器１３のレイアウト及び部品実装図を示す。面積が２５［ｍｍ］×２５［ｍｍ］、厚さが０．２［ｍｍ］、誘電率が３．３８の高周波用両面基板を使用し、ビア２１の直径を０．３［ｍｍ］とした。９０°ハイブリッド回路１５は高周波基板にマイクロストリップラインのパターンを用いて形成した。９０°ハイブリッド回路１５のタイプはブランチラインハイブリッドである。また９０°ハイブリッド回路１５の使用帯域を広げるため、段数を２段とした。この基板上に高周波用表面実装タイプのダイオード１６及びチップ抵抗器による終端器１４（１００［Ω］のチップ抵抗器を並列）を実装し、周波数変換器１３を製作した。この周波数変換器１３を貫通孔２２を通してケースにネジ止めし、コネクタを取り付けた。このコネクタを介してホーンアンテナであるアンテナ９と接続した。
【００５０】
また、ドップラ周波数ｆdの信号６を発生する信号発生器１２は、［ｋＨｚ］オーダの連続波を発生できるファンクションジェネレータを使用した。
【００５１】
このように構成することで、小型、低コストで環境外乱の影響を受けず、かつ精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdを発生できる試験装置１００を構築することができる。
【００５２】
すなわち、ホーンアンテナであるアンテナ９、ファンクションジェネレータである信号発生器１２、及び高周波表面実装基板である周波数変換器１３のみで試験装置１００を構成することにより精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの生成を可能とすると共に装置の小型化、低コスト化を同時に達成した。
【００５３】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、マイクロストリップラインで形成した簡易なパターンをもつ基板に二つのダイオード１６を実装し、アンテナ９及びコネクタを付加するのみで周波数変換器１３を形成できるため、装置を小型かつ安価に実現できる。装置が小型なので小スペースの環境で試験できる。しかも、ドップラレーダ装置１や速度計と、試験装置１００とのそれぞれのアンテナ２、９間を近接することにより、外乱の影響を無視することができるため、測定評価が安定する。
【００５４】
信号発生器１２を用いて電気的にドップラ周波数を生成するので、精度の良いドップラシフトした周波数ｆ0＋ｆdの信号を生成できる。また使用した周波数変換器１３の性能により、他の不要波出力を抑圧できるため測定の精度が向上する。
【００５５】
なお、複数の周波数が混在したドップラ周波数を生成すれば、複数ターゲットを想定したドップラ信号を擬似的に作り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】この実施形態に係るドップラレーダ装置の試験装置を含む試験システムの構成図である。
【図２】周波数変換器の模式的実装図である。
【図３】周波数変換器の回路図である。
【図４】ダイオードの電流と電圧の関係式を示す説明図である。
【図５】試験装置を電波式速度計の性能評価に使用した試験システムの構成図である。
【図６】周波数変換器の一例を示すレイアウトを示す部品配置図である。
【図７】ドップラレーダ装置の動作説明に供される説明図である。
【図８】機械的にドップラ周波数を作り出す方式の説明図である。
【図９】サーキュレータを含み、電気的にドップラ周波数を作り出す方式の説明図である。
【図１０】送受信アンテナを個別とし、電気的にドップラ周波数を作り出す方式の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ドップラレーダ装置 ２、９…アンテナ
４…基準周波数の信号 ３…測定対象物
５…ドップラシフトした周波数の信号 ６…ドップラ周波数の信号
７…可変減衰器 ８…ドップラ信号発生器
１０…サーキュレータ １１、１３…周波数変換器
１２…信号発生器 １４…終端器
１５…９０゜ハイブリッド回路 １６…ダイオード
１７…ＲＦポート １８…ＬＯポート
１９…ＩＦポート ２０…混合回路（混合器）
２１…ビア ２２…貫通孔
２４…速度計 １００…試験装置
１０２、１２０…ドップラレーダ試験システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受信兼用のアンテナと、
このアンテナに接続される周波数変換器と、を有し、
前記周波数変換器は、
前記アンテナを通じて基準周波数の信号を入力するとともに、前記アンテナに対してドップラシフトした信号を出力する入出力兼用端子と、
ドップラ周波数の信号を入力する入力端子と、を備え、
前記入力端子を通じて供給される前記ドップラ周波数の信号により前記入出力兼用端子を通じて供給される前記基準周波数の信号を周波数変換してドップラシフトした信号を生成し、前記入出力兼用端子に出力する
ことを特徴とするドップラレーダ装置の試験装置。
【請求項２】
請求項１記載のドップラレーダ装置の試験装置において、
前記周波数変換器は、９０°ハイブリッド回路と二つのダイオードで構成されたシングルバランスドミキサである
ことを特徴とするドップラレーダ装置の試験装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のドップラレーダ装置の試験装置において、
前記ドップラ周波数の信号は、信号発生器により発生された信号である
ことを特徴とするドップラレーダ装置の試験装置。
【請求項１】
送受信兼用のアンテナと、
このアンテナに接続される周波数変換器と、を有し、
前記周波数変換器は、
前記アンテナを通じて基準周波数の信号を入力するとともに、前記アンテナに対してドップラシフトした信号を出力する入出力兼用端子と、
ドップラ周波数の信号を入力する入力端子と、を備え、
前記入力端子を通じて供給される前記ドップラ周波数の信号により前記入出力兼用端子を通じて供給される前記基準周波数の信号を周波数変換してドップラシフトした信号を生成し、前記入出力兼用端子に出力する
ことを特徴とするドップラレーダ装置の試験装置。
【請求項２】
請求項１記載のドップラレーダ装置の試験装置において、
前記周波数変換器は、９０°ハイブリッド回路と二つのダイオードで構成されたシングルバランスドミキサである
ことを特徴とするドップラレーダ装置の試験装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のドップラレーダ装置の試験装置において、
前記ドップラ周波数の信号は、信号発生器により発生された信号である
ことを特徴とするドップラレーダ装置の試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２３１５２（Ｐ２００６−２３１５２Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２００４１９（Ｐ２００４−２００４１９）
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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