ＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー装置
【課題】 位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー装置を提供する。
【解決手段】 制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器と、前記ＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器と、前記検出信号を１回微分して前記発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器と、前記微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器と、前記誤差信号の高周波成分を抑制し、フィルタリング信号を生成するローパスフィルタと、前記フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器と、前記増幅信号をアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器と、前記アナログ信号を積分し、前記制御信号を生成する積分器と、を備えることを特徴とするＦＭＣＷ信号生成回路を提供する。
【解決手段】 制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器と、前記ＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器と、前記検出信号を１回微分して前記発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器と、前記微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器と、前記誤差信号の高周波成分を抑制し、フィルタリング信号を生成するローパスフィルタと、前記フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器と、前記増幅信号をアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器と、前記アナログ信号を積分し、前記制御信号を生成する積分器と、を備えることを特徴とするＦＭＣＷ信号生成回路を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線信号を用いたレーダー装置に、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号を用いたレーダー装置がある。レーダー装置は、ＦＭＣＷ信号を送信し、ＦＭＣＷ信号が対象物に反射して返ってくる信号を受信信号として受信する。レーダー装置は、受信信号と送信信号とを乗算し、乗算信号を生成する。乗算信号が有する周波数は受信信号と送信信号の時間差によって決定されるため、レーダー装置は、乗算信号を生成することで、対象物との距離や相対速度などの測定を行う。高精度な測定を行うために、ＦＭＣＷ信号は、時間に対しほぼ直線的に周波数が変化する特性が要求される。
【０００３】
これまでに、電圧制御発振器の出力信号の周波数を電圧に変換し、外部から入力した三角波状の電圧信号と比較し、その誤差を用いて前記電圧制御発振器を制御することで高い線形性のＦＭＣＷ信号を生成する方法が提案されている(例えば特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した方法のようにＦＭＣＷ信号生成に電圧制御発振器や周波数電圧変換器、オペアンプ等を用いると、これらの回路で発生する雑音によってＦＭＣＷ信号に位相雑音が発生してしまう。この位相雑音によってＦＭＣＷ信号の特性が劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー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】
【０００７】
本発明の一観点によると、制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器と、前記ＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器と、前記検出信号を１回微分して前記発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器と、前記微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器と、前記誤差信号の高周波成分を抑制し、フィルタリング信号を生成するローパスフィルタと、前記フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器と、前記増幅信号をアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器と、前記アナログ信号を積分し、前記制御信号を生成する積分器と、を備えることを特徴とするＦＭＣＷ信号生成回路を提供する。
【０００８】
また、本発明の一観点によると、上述したＦＭＣＷ信号生成回路と、前記ＦＭＣＷ信号を所要の電力まで増幅して送信信号を生成する電力増幅器と、前記送信信号を空間に向けて送信し、対象物により反射された信号を受信して受信信号を得るアンテナユニットと、前記受信信号を増幅して前置増幅信号を生成する前置増幅器と、前記前置増幅信号と前記ＦＭＣＷ信号との乗算を行い、出力信号を得るミキサ回路と、を備えることを特徴とするレーダー装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路１００を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路１００の伝達関数を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路２００を示す図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路３００を示す図。
【図５】本発明の第４実施形態に係るレーダー装置４００を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１を用いて本発明の第１実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路１００を説明する。図１に示すＦＭＣＷ信号生成回路１００は、制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器１０１と、分周器１０２を介して得られたＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器１０３と、検出信号を１回微分してＦＭＣＷ信号の発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器１０４と、微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器１０５と、誤差信号の高周波成分を抑制しフィルタリング信号を生成するローパスフィルタ１０６と、フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器１０７と、増幅信号をデジタルからアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器１０８と、アナログ信号を積分し、電圧制御発振器１０１を制御する制御信号を生成する積分器１０９とを備えている。
【００１３】
また、ＦＭＣＷ信号生成回路１００は、ＦＭＣＷ信号を分周して分周信号を生成しデジタル位相検出器に渡す分周器１０２を備えている。またＦＭＣＷ信号生成回路１００は、参照信号である周波数設定コードを生成する周波数設定コード生成器１１０を備えている。なお、本実施形態では、周波数設定コード生成器１１０は、ＦＭＣＷ信号生成回路１００が備えているものとして説明するが、ＦＭＣＷ信号生成回路１００とは別個に設けてもよい。
【００１４】
次に各部の詳細を説明する。
【００１５】
電圧制御発振器１０１は、アナログの制御信号に応じて発振周波数が変化する。ＦＭＣＷ信号は、時間に対しほぼ直線的に周波数が変化する信号である。電圧制御発振器１０１は、図１に示すように例えば周波数が三角波に変化するＦＭＣＷ信号を生成する。
【００１６】
分周器１０２は、ＦＭＣＷ信号を分周し、分周信号を生成する。ＦＭＣＷ信号は非常に高い周波数成分を有している。一方、後段のデジタル位相検出器１０３では、数ＧＨｚ程度の信号の位相しか検出できない。そこで、本実施形態では、分周器１０２でＦＭＣＷ信号を分周して周波数を落とす。例えば、ＦＭＣＷ信号生成回路１００が、７７ＧＨｚ帯のＦＭＣＷ信号を生成する場合、分周器１０２はＦＭＣＷ信号を３２分周することで、７．７ＧＨｚのＦＭＣＷ信号を２．４ＧＨｚ程度の周波数まで落として分周信号を生成する。
【００１７】
デジタル位相検出器１０３には、分周信号と基準信号Ｒｅｆが入力される。基準信号Ｒｅｆは一定の周期をもつ信号であり、例えばクロック信号などである。デジタル位相検出器１０３は、基準信号Ｒｅｆの周期ごとに分周信号の位相情報を検出し、デジタルコードの検出信号を生成する。デジタル位相検出器１０３は、例えば分周信号のパルス数をカウントして出力するカウンタ回路で実現してもよい。または分周信号の立ち上がりエッジと基準信号の立ち上がりエッジの時間差を検出して、時間差を示すデジタルコードの検出信号を生成する時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で実現してもよい。あるいは、カウンタ回路及び時間デジタル変換器を組み合わせても実現できる。
【００１８】
微分器１０４は、デジタル位相検出器１０３から得た検出信号を微分した微分信号を生成する。FMCW信号の位相情報を示す検出信号を微分すると、ＦＭＣＷ信号の周波数情報が得られるため、微分器１０４が生成する微分信号には、該周波数情報が含まれる。
【００１９】
周波数設定コード生成器１１０は、ＦＭＣＷ信号で実現したい周波数の時間変化を示す周波数設定コードを参照信号として生成する。周波数設定コードは、例えば三角波状やノコギリ波状、台形状のものがある。図１の例では、ＦＭＣＷ信号として三角波状の信号を出力するため、周波数設定コードは時間に対して周波数が三角波状に変化する信号となる。周波数設定コード生成器１１０は、デジタルコードの周波数設定コードを生成する。
【００２０】
比較器１０５は、微分信号と周波数設定コードとを比較し、誤差信号を生成する。例えば、比較器１０５は加算器を有しており、微分信号と周波数設定コードの差を誤差信号として算出する。微分信号には、ＦＭＣＷ信号の周波数情報が含まれている。周波数設定コードはＦＭＣＷ信号の目標とする周波数情報が含まれている。従って、比較器１０５は、微分信号と周波数設定コードの差を算出することで、ＦＭＣＷ信号の周波数と目標とする周波数との差分を検出する。比較器１０５は、検出した差分を誤差信号としてローパスフィルタ１０６に渡す。
【００２１】
ローパスフィルタ１０６は、誤差信号の低周波成分を抑制する。ローパスフィルタ１０６は、低周波成分を抑制した誤差信号をフィルタリング信号として増幅器１０７に渡す。
【００２２】
増幅器１０７は、フィルタリング信号をｎ倍（nは正の実数）に増幅する。なお、増幅器１０７は１以下の増幅も行う。つまり、増幅器１０７は、フィルタリング信号を１／Ａ倍に増幅する。これは、増幅器１０７がフィルタリング信号を１／Ａ（Ａは正の実数）に減衰することを意味する。増幅器１０７は、フィルタリング信号を増幅した信号を増幅信号としてＤ／Ａ変換器１０８に渡す。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換器１０８は、デジタルコードの増幅信号をアナログの信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器１０８は、変換したアナログの増幅信号をアナログ信号として積分器１０９に渡す。積分器１０９は、アナログ信号を積分し制御信号を生成する。積分器１０９は、誤差信号が一定かつ正の値を示す情報を有している場合、時間に対して一定の割合で増加する制御信号を生成する。誤差信号が一定かつ負の値を示す情報を有している場合、積分器１０９は、一定の割合で減少する制御信号を生成する。積分器１０９は、制御信号を用いて電圧制御発振器１０１を制御する。
【００２４】
次に、ＦＭＣＷ信号生成回路１００の動作について説明する。
【００２５】
電圧制御発振器１０１が生成したＦＭＣＷ信号は、外部に出力されるとともに、分周器１０２に入力される。ＦＭＣＷ信号は、分周器１０２で分周され、周波数が低い分周信号に変換される。分周信号は、デジタル位相検出器１０３に渡される。分周信号は、デジタル位相検出器１０３にて基準信号Ｒｅｆに基づき位相情報が検出される。検出された位相情報は検出信号として微分器１０４に渡される。
【００２６】
検出信号は、微分器１０４で微分される。位相情報を微分すると周波数情報が得られる。位相情報を含む検出信号は、微分器１０４で微分されることで周波数情報を含む微分信号となる。微分信号は、比較器１０５に渡される。比較器１０５では、微分信号と周波数設定コードとに基づいて誤差信号が生成される。誤差信号は、ＦＭＣＷ信号の周波数と目標とする周波数設定コードとの誤差情報が含まれる。誤差信号は、ローパスフィルタ１０６に渡される。
【００２７】
誤差信号は、ローパスフィルタ１０６にて低周波成分が抑圧されフィルタリング信号に変換される。フィルタリング信号は増幅器１０７で増幅され増幅信号に変換される。増幅信号は、Ｄ／Ａ変換器１０８でデジタルの増幅信号からアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器１０８が生成するアナログ信号は、積分器１０９に渡される。アナログ信号は、積分器１０９で積分され制御信号に変換される。制御信号は、電圧制御発振器１０１を制御する。
【００２８】
続いて、図２を用いて図１のＦＭＣＷ信号生成回路１００の伝達関数を求める。図２中のφＦＭＣＷはＦＭＣＷ信号の位相、φＲは基準信号Ｒｅｆの位相、φｎＲは基準信号の位相雑音、Ｎは分周数、φｎＴＤＣはデジタル位相検出器１０３で発生する量子化雑音、ＨＬＰＦはローパスフィルタ１０１６の伝達関数、Ｄｇａｉｎは増幅器１０７の利得、ＫＤＡＣはＤ／Ａ変換器１０８の利得、ｆｒｅｆは基準信号の周波数、φｎＤＡＣはＤ／Ａ変換器１０８で発生する雑音、ＫＶＣＯは電圧制御発振器１０１の利得、φｎＶＣＯは電圧制発振器１０１で発生する位相雑音である。
【００２９】
ＦＭＣＷ信号生成回路１００の開ループ一巡伝達関数Ｈｏｐは、次式で表される。
【数１】
【００３０】
φｎＲから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＲ、φｎＴＤＣから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＴＤＣ、φｎＤＡＣから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＤＡＣ、φｎＶＣＯから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＶＣＯはそれぞれ次のように表される。
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【００３１】
上式の通り、ＮＴＦＲ、ＮＴＦＴＤＣ、ＮＴＦＤＡＣはローパスフィルタの特性に、ＮＴＦＶＣＯはハイパスフィルタの特性になる。従って基準信号、デジタル位相検出器１０３、Ｄ／Ａ変換器１０８で発生する雑音については高周波成分が抑制され、電圧制御発振器１０１で発生する雑音については低周波成分が抑制される。
【００３２】
以上のように本実施形態のＦＭＣＷ信号生成回路１００によると、各ブロックで発生する位相雑音を抑制することができる。また、積分器１０９で積分する信号をデジタルではなくアナログの信号とすることで、位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路１００を実現することができる。
【００３３】
仮に、積分器１０９をデジタル回路で実現するとする。この場合、電圧制御発振器１０１を制御するためには、積分器１０９で積分したデジタルコードの制御信号を電圧出力のデジタルアナログ変換器でアナログ制御電圧に変換して電圧制御発振器１０１を制御すればよい。又は、電圧制御発振器１０１の代わりにジタル制御発振器（ＤＣＯ：Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用い、積分したデジタルコードの制御信号を用いて直接デジタル制御発振器制御すればよい。
【００３４】
しかし、電圧制御発振器１０１の制御信号は時間に対してほぼ直線的に変化する必要がある。積分器１０９をデジタル回路で実現すると、クロック信号毎に発振器の周波数を切り替えるため、周波数誤差が大きくなり、周波数の線形性が劣化してしまう。レーダー装置に必要とされる仕様を満たすように周波数誤差を抑えたＦＭＣＷ信号生成回路を実現するためには、上述したデジタルアナログ変換器やデジタル制御発振器に高い動作速度と精度が求められる。一方、積分器１０９をアナログ回路で実現すると、電流出力のＤ／Ａ変換器１０８は時間に対してほぼ一定の電流を出力すればよいため、低い動作速度で実現可能である。このため、積分器１０９をアナログ回路で構成することでＦＭＣＷ信号生成回路１００の回路規模と消費電力を削減することができる。
【００３５】
さらに、上述した式に示す通り、ＮＴＦＲ、ＮＴＦＴＤＣ、ＮＴＦＤＡＣはローパスフィルタの特性に、ＮＴＦＶＣＯはハイパスフィルタの特性になる。従って基準信号、デジタル位相検出器１０３、Ｄ／Ａ変換器１０８で発生する雑音については高周波成分が抑制され、電圧制御発振器１０１で発生する雑音については低周波成分が抑制されるため、ＦＭＣＷ信号生成回路１００は、位相雑音を抑制することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、図３を用いて、本発明の第２実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路２００を説明する。ＦＭＣＷ信号生成回路２００は、図１に示すＦＭＣＷ信号生成回路１００の構成に加え、参照信号である周波数設定コードを微分し第２微分信号を生成する第２微分器２０４と、第２微分信号を増幅し、第２増幅信号を生成する第２増幅器２０７と、第２増幅信号とフィルタリング信号を加算し、加算信号を生成する加算器２０５とをさらに備える。これにより、出力されるＦＭＣＷ信号を広帯域にわたって変調することができる。
【００３７】
第２微分器２０４は、周波数設定コードを得るとこれを微分し、第２微分信号を生成する。第２増幅器２０７は、第２微分信号の利得を調整するため、第２微分信号をｎ倍（nは正の実数）に増幅する。なお、第２増幅器２０７は１以下の増幅も行う。つまり、第２増幅器２０７は、第２微分信号を１／Ａ倍（Aは正の実数）に増幅する。これは、第２増幅器２０７が第２微分信号を１／Ａに減衰することを意味する。第２増幅器２０７は、第２微分信号を増幅した信号を第２増幅信号として加算器２０５に渡す。
【００３８】
加算器２０５は、ローパスフィルタ１０６と増幅器１０７との間に設けられる。加算器２０５は、ローパスフィルタ１０６から得たフィルタリング信号と、第２増幅器２０７から得た第２増幅信号とを加算した加算信号を生成する。加算器２０５は、加算信号を増幅器１０７に渡す。増幅器１０７は、加算信号を増幅し、増幅信号としてＤ／Ａ変換器１０８に渡す。
【００３９】
次に、第２微分器２０４、第２増幅器２０７の動作原理を説明する。まず、第２微分器２０４の入力から出力への伝達関数Ｈｍｏｄ２を求める。第２増幅器２０７の利得をＤｇａｉｎ２とすると、第２微分器２０４の入力から出力への伝達関数Ｈｍｏｄ２は次式で表される。
【数６】
【００４０】
Ｈｍｏｄ２はバンドパス特性を示している。従って、第２微分器２０４及び第２増幅器２０７は、ハイパスフィルタとして動作する。
【００４１】
第１実施形態でも記載したように、誤差信号をローパスフィルタ１０６に通すことで基準信号に含まれる位相雑音の高周波成分を抑圧することができる。しかしながら、同時に周波数設定コードの高周波成分についても抑圧してしまう。このため、三角波やノコギリ波の頂点部分のように変化が急峻な箇所では、周波数設定コードの変化に負帰還ループが追従できない。
【００４２】
この結果、電圧制御発振器１０１が出力するＦＭＣＷ信号の周波数にダンピングが生じてしまう。この間は周波数誤差が大きくなってしまうため、レーダー装置において距離や速度を正確に測定することができなくなってしまう。
【００４３】
ＦＭＣＷ信号生成回路２００では、周波数設定コードをローパスフィルタ１０６に通さずに出力するパス（第２微分器２０４、第２増幅器２０７のパス）を設けることで、周波数設定コードの高周波成分を補償している。なお、第２増幅器２０７は、ローパスフィルタ１０６を通るパス（フィルタリング信号）と通らないパス（第２微分信号）の利得の整合を取るために挿入している。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路２００によると、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、ローパスフィルタ１０６を通過していない第２増幅信号と、ローパスフィルタ１０６を通過したフィルタリング信号を加算することで、高周波設定コードの高周波成分を補償することができる。これにより、高周波設定コードが三角波やノコギリ波のように急峻な変化を伴う信号波形を有していても、ＦＭＣＷ信号の周波数誤差を小さくすることができる。これにより、ＦＭＣＷ信号の周波数変調帯域を広げることができる。
【００４５】
なお、第１増幅器の出力に加算器を設け、第２の増幅器の出力を加算してもよい。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、図４を用いて本発明の第３実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路３００を説明する。図４に示すＦＭＣＷ信号生成回路３００は、図１の周波数設定コード生成器１１０に代えて周波数設定コード生成器３１０を備えている。またＦＭＣＷ信号生成回路３００は、図１のＦＭＣＷ信号生成回路１００の構成に加えて、第３増幅器３０７と、第２加算器３０５とを備えている。
【００４７】
周波数設定コード生成器３１０は、参照信号である周波数設定コードと、最大周波数ｆｍａｘ又は最小周波数ｆｍｉｎとを比較し比較信号を生成する第２比較器３１１と、比較信号に応じてＦＭＣＷ信号の周波数の変化量を設定するための設定信号を生成する生成器３１２と、第１信号又は第２信号を積分し、周波数設定コードを生成する第２積分器３１３とを有している。
【００４８】
第２比較器３１１は、最大周波数ｆｍａｘ、最小周波数ｆｍｉｎと周波数設定コードとを比較する。最大周波数ｆｍａｘは、ＦＭＣＷ信号が取る最大周波数を決定するための情報である。また最小周波数ｆｍｉｎは、ＦＭＣＷ信号が取る最大周波数を決定するための情報である。第２比較器３１１は、周波数設定コード生成器３１０が出力する周波数設定コードが、最大周波数ｆｍａｘより大きいか、最大周波数ｆｍａｘ以下最小周波数ｆｍｉｎより大きいか、又は最小周波数ｆｍｉｎ以下であるかを比較し、比較信号を生成する。
【００４９】
生成器３１２は、比較信号に基づき設定信号を生成する。例えば、本実施形態の場合、周波数設定コードが三角波状の信号であるとする。この場合、図４に示すように、生成器３１２は、三角波の正の傾きを示す第１信号と負の傾きを示す第２信号とを選択して生成する選択器として実現できる。従って設定信号は、第１信号と第２信号とが交互に含まれる信号となる。なお、正の傾きと負の傾きの絶対値は等しいものとする。
【００５０】
生成器３１２は、第１信号を選択しているときに、周波数設定コードが最大周波数ｆｍａｘより大きいことを示す比較信号を受け取ると、選択する信号を第１信号から第２信号へと切り替える。第２信号を選択している場合に、周波数設定コードが最小周波数ｆｍｉｎ以下であることを示す比較信号を受け取ると、生成器３１２は、選択する信号を第２信号から第１信号へと切り替える。周波数設定コードが最大周波数ｆｍａｘ以下最小周波数ｆｍｉｎより大きいことを示す比較信号を受け取ると、生成器３１２は、そのときに選択している第１／第２信号を選択し続ける。
【００５１】
正の傾きと負の傾きの大きさを等しくすれば三角波状の周波数設定コードが、どちらか一方の傾きを大きくすることでのこぎり波状の周波数設定コードが、傾きが切り替わるタイミングに周波数変化量が０の時間を設けることで台形状の周波数設定コードが得られる。
【００５２】
これにより、生成器３１２は、第１信号と第２信号とが交互に含まれた設定信号を生成する。生成部３１２は、設定信号を第２積分器３１３及び第３増幅器３０７に渡す。
【００５３】
第２積分器３１３は、設定信号を積分し周波数設定コードを生成する。積分器３１３は、周波数設定コードを比較器１０５及び第２比較器３１１に渡す。
【００５４】
第３増幅器３０７は、設定信号をｎ倍（ｎは正の実数）に増幅する。なお、第３増幅器３０７は１以下の増幅も行う。つまり、第３増幅器３０７は、設定信号を１／Ａ倍（Ａは正の実数）に増幅する。これは、第３増幅器３０７が設定信号を１／Ａに減衰することを意味する。第３増幅器３０７は、設定信号を増幅した信号を第３増幅信号として第２加算器３０５に渡す。
【００５５】
第２加算器３０５は、ローパスフィルタ１０６と増幅器１０７との間に設けられる。第２加算器３０５は、ローパスフィルタ１０６から得たフィルタリング信号と、第３増幅器３０７から得た第３増幅信号とを加算した第２加算信号を生成する。第２加算器３０５は、第２加算信号を増幅器１０７に渡す。増幅器１０７は、第２加算信号を増幅し、増幅信号としてＤ／Ａ変換器１０８に渡す。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路３００によれば、設定信号を増幅してフィルタリング信号と加算することで、第２実施形態と同様の効果が得られる。これは、設定信号を積分すると周波数設定コードが得られるためである。従って、図３に示すＦＭＣＷ信号生成回路２００のように第２微分器２０４を設けなくとも、第２微分信号と同じ信号を周波数設定コード生成回路３１０から得ることができる。これにより、ＦＭＣＷ信号生成回路３００の回路規模を削減することができる。
【００５７】
（第４実施形態）
次に、図５を用いて本発明の第５実施形態について説明する。図５は、第１乃至第３実施形態で説明したいずれかのＦＭＣＷ信号生成回路４１０を含むＦＭＣＷレーダー装置４００を示している。
【００５８】
ＦＭＣＷ信号生成回路４１０から出力されるＦＭＣＷ信号は、電力増幅器４２０により所要の電力まで増幅され、送信信号が生成される。送信信号は、送信アンテナ４３０によって空間に向けて送信される。送信された信号は、図示しない対象物によって反射される。反射された信号は受信アンテナ４４０によって受信される。受信アンテナ４４０から得られる受信信号は、例えば低雑音増幅器のような前置増幅器４５０によって増幅され、増幅信号に変換される。
【００５９】
ミキサ回路４６０では、前置増幅器４５０から出力される増幅信号とＦＭＣＷ信号生成器４１０から出力されるＦＭＣＷ信号と乗算される。これにより、ミキサ回路４６０によりレーダー装置４００から対象物までの距離に依存した周波数を持つ正弦波信号が生成される。正弦波信号は、レーダー出力端子４７０から図示しない上位アプリケーションへと出力される。
【００６０】
なお、送信アンテナ４３０及び受信アンテナ４４０を合わせてアンテナユニットと称する。
【００６１】
以上のように第４実施形態のレーダー装置によれば、第１乃至第３実施形態で説明したような位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路を用いることで、精度の高いレーダー装置を実現することができる。
【００６２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１００〜３００ ＦＭＣＷ信号生成回路、４００ レーダー装置、１０１ 電圧制御発振器、１０２ 分周器、１０３ デジタル位相検出器、１０４，２０４ 微分器、１０５，３１３ 比較器、２０５，３０５ 加算器、１０６ ローパスフィルタ、１０７，２０７，３０７ 増幅器、１０８ Ｄ／Ａ変換器、１０９，３１３ 積分器、１１０，３１０ 周波数設定コード生成回路、３１２ 選択器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線信号を用いたレーダー装置に、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号を用いたレーダー装置がある。レーダー装置は、ＦＭＣＷ信号を送信し、ＦＭＣＷ信号が対象物に反射して返ってくる信号を受信信号として受信する。レーダー装置は、受信信号と送信信号とを乗算し、乗算信号を生成する。乗算信号が有する周波数は受信信号と送信信号の時間差によって決定されるため、レーダー装置は、乗算信号を生成することで、対象物との距離や相対速度などの測定を行う。高精度な測定を行うために、ＦＭＣＷ信号は、時間に対しほぼ直線的に周波数が変化する特性が要求される。
【０００３】
これまでに、電圧制御発振器の出力信号の周波数を電圧に変換し、外部から入力した三角波状の電圧信号と比較し、その誤差を用いて前記電圧制御発振器を制御することで高い線形性のＦＭＣＷ信号を生成する方法が提案されている(例えば特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２４３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した方法のようにＦＭＣＷ信号生成に電圧制御発振器や周波数電圧変換器、オペアンプ等を用いると、これらの回路で発生する雑音によってＦＭＣＷ信号に位相雑音が発生してしまう。この位相雑音によってＦＭＣＷ信号の特性が劣化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー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】
【０００７】
本発明の一観点によると、制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器と、前記ＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器と、前記検出信号を１回微分して前記発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器と、前記微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器と、前記誤差信号の高周波成分を抑制し、フィルタリング信号を生成するローパスフィルタと、前記フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器と、前記増幅信号をアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器と、前記アナログ信号を積分し、前記制御信号を生成する積分器と、を備えることを特徴とするＦＭＣＷ信号生成回路を提供する。
【０００８】
また、本発明の一観点によると、上述したＦＭＣＷ信号生成回路と、前記ＦＭＣＷ信号を所要の電力まで増幅して送信信号を生成する電力増幅器と、前記送信信号を空間に向けて送信し、対象物により反射された信号を受信して受信信号を得るアンテナユニットと、前記受信信号を増幅して前置増幅信号を生成する前置増幅器と、前記前置増幅信号と前記ＦＭＣＷ信号との乗算を行い、出力信号を得るミキサ回路と、を備えることを特徴とするレーダー装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路及びレーダー装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路１００を示す図。
【図２】本発明の第１実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路１００の伝達関数を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路２００を示す図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路３００を示す図。
【図５】本発明の第４実施形態に係るレーダー装置４００を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１を用いて本発明の第１実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路１００を説明する。図１に示すＦＭＣＷ信号生成回路１００は、制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器１０１と、分周器１０２を介して得られたＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器１０３と、検出信号を１回微分してＦＭＣＷ信号の発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器１０４と、微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器１０５と、誤差信号の高周波成分を抑制しフィルタリング信号を生成するローパスフィルタ１０６と、フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器１０７と、増幅信号をデジタルからアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器１０８と、アナログ信号を積分し、電圧制御発振器１０１を制御する制御信号を生成する積分器１０９とを備えている。
【００１３】
また、ＦＭＣＷ信号生成回路１００は、ＦＭＣＷ信号を分周して分周信号を生成しデジタル位相検出器に渡す分周器１０２を備えている。またＦＭＣＷ信号生成回路１００は、参照信号である周波数設定コードを生成する周波数設定コード生成器１１０を備えている。なお、本実施形態では、周波数設定コード生成器１１０は、ＦＭＣＷ信号生成回路１００が備えているものとして説明するが、ＦＭＣＷ信号生成回路１００とは別個に設けてもよい。
【００１４】
次に各部の詳細を説明する。
【００１５】
電圧制御発振器１０１は、アナログの制御信号に応じて発振周波数が変化する。ＦＭＣＷ信号は、時間に対しほぼ直線的に周波数が変化する信号である。電圧制御発振器１０１は、図１に示すように例えば周波数が三角波に変化するＦＭＣＷ信号を生成する。
【００１６】
分周器１０２は、ＦＭＣＷ信号を分周し、分周信号を生成する。ＦＭＣＷ信号は非常に高い周波数成分を有している。一方、後段のデジタル位相検出器１０３では、数ＧＨｚ程度の信号の位相しか検出できない。そこで、本実施形態では、分周器１０２でＦＭＣＷ信号を分周して周波数を落とす。例えば、ＦＭＣＷ信号生成回路１００が、７７ＧＨｚ帯のＦＭＣＷ信号を生成する場合、分周器１０２はＦＭＣＷ信号を３２分周することで、７．７ＧＨｚのＦＭＣＷ信号を２．４ＧＨｚ程度の周波数まで落として分周信号を生成する。
【００１７】
デジタル位相検出器１０３には、分周信号と基準信号Ｒｅｆが入力される。基準信号Ｒｅｆは一定の周期をもつ信号であり、例えばクロック信号などである。デジタル位相検出器１０３は、基準信号Ｒｅｆの周期ごとに分周信号の位相情報を検出し、デジタルコードの検出信号を生成する。デジタル位相検出器１０３は、例えば分周信号のパルス数をカウントして出力するカウンタ回路で実現してもよい。または分周信号の立ち上がりエッジと基準信号の立ち上がりエッジの時間差を検出して、時間差を示すデジタルコードの検出信号を生成する時間デジタル変換器（ＴＤＣ：Ｔｉｍｅ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で実現してもよい。あるいは、カウンタ回路及び時間デジタル変換器を組み合わせても実現できる。
【００１８】
微分器１０４は、デジタル位相検出器１０３から得た検出信号を微分した微分信号を生成する。FMCW信号の位相情報を示す検出信号を微分すると、ＦＭＣＷ信号の周波数情報が得られるため、微分器１０４が生成する微分信号には、該周波数情報が含まれる。
【００１９】
周波数設定コード生成器１１０は、ＦＭＣＷ信号で実現したい周波数の時間変化を示す周波数設定コードを参照信号として生成する。周波数設定コードは、例えば三角波状やノコギリ波状、台形状のものがある。図１の例では、ＦＭＣＷ信号として三角波状の信号を出力するため、周波数設定コードは時間に対して周波数が三角波状に変化する信号となる。周波数設定コード生成器１１０は、デジタルコードの周波数設定コードを生成する。
【００２０】
比較器１０５は、微分信号と周波数設定コードとを比較し、誤差信号を生成する。例えば、比較器１０５は加算器を有しており、微分信号と周波数設定コードの差を誤差信号として算出する。微分信号には、ＦＭＣＷ信号の周波数情報が含まれている。周波数設定コードはＦＭＣＷ信号の目標とする周波数情報が含まれている。従って、比較器１０５は、微分信号と周波数設定コードの差を算出することで、ＦＭＣＷ信号の周波数と目標とする周波数との差分を検出する。比較器１０５は、検出した差分を誤差信号としてローパスフィルタ１０６に渡す。
【００２１】
ローパスフィルタ１０６は、誤差信号の低周波成分を抑制する。ローパスフィルタ１０６は、低周波成分を抑制した誤差信号をフィルタリング信号として増幅器１０７に渡す。
【００２２】
増幅器１０７は、フィルタリング信号をｎ倍（nは正の実数）に増幅する。なお、増幅器１０７は１以下の増幅も行う。つまり、増幅器１０７は、フィルタリング信号を１／Ａ倍に増幅する。これは、増幅器１０７がフィルタリング信号を１／Ａ（Ａは正の実数）に減衰することを意味する。増幅器１０７は、フィルタリング信号を増幅した信号を増幅信号としてＤ／Ａ変換器１０８に渡す。
【００２３】
Ｄ／Ａ変換器１０８は、デジタルコードの増幅信号をアナログの信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器１０８は、変換したアナログの増幅信号をアナログ信号として積分器１０９に渡す。積分器１０９は、アナログ信号を積分し制御信号を生成する。積分器１０９は、誤差信号が一定かつ正の値を示す情報を有している場合、時間に対して一定の割合で増加する制御信号を生成する。誤差信号が一定かつ負の値を示す情報を有している場合、積分器１０９は、一定の割合で減少する制御信号を生成する。積分器１０９は、制御信号を用いて電圧制御発振器１０１を制御する。
【００２４】
次に、ＦＭＣＷ信号生成回路１００の動作について説明する。
【００２５】
電圧制御発振器１０１が生成したＦＭＣＷ信号は、外部に出力されるとともに、分周器１０２に入力される。ＦＭＣＷ信号は、分周器１０２で分周され、周波数が低い分周信号に変換される。分周信号は、デジタル位相検出器１０３に渡される。分周信号は、デジタル位相検出器１０３にて基準信号Ｒｅｆに基づき位相情報が検出される。検出された位相情報は検出信号として微分器１０４に渡される。
【００２６】
検出信号は、微分器１０４で微分される。位相情報を微分すると周波数情報が得られる。位相情報を含む検出信号は、微分器１０４で微分されることで周波数情報を含む微分信号となる。微分信号は、比較器１０５に渡される。比較器１０５では、微分信号と周波数設定コードとに基づいて誤差信号が生成される。誤差信号は、ＦＭＣＷ信号の周波数と目標とする周波数設定コードとの誤差情報が含まれる。誤差信号は、ローパスフィルタ１０６に渡される。
【００２７】
誤差信号は、ローパスフィルタ１０６にて低周波成分が抑圧されフィルタリング信号に変換される。フィルタリング信号は増幅器１０７で増幅され増幅信号に変換される。増幅信号は、Ｄ／Ａ変換器１０８でデジタルの増幅信号からアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器１０８が生成するアナログ信号は、積分器１０９に渡される。アナログ信号は、積分器１０９で積分され制御信号に変換される。制御信号は、電圧制御発振器１０１を制御する。
【００２８】
続いて、図２を用いて図１のＦＭＣＷ信号生成回路１００の伝達関数を求める。図２中のφＦＭＣＷはＦＭＣＷ信号の位相、φＲは基準信号Ｒｅｆの位相、φｎＲは基準信号の位相雑音、Ｎは分周数、φｎＴＤＣはデジタル位相検出器１０３で発生する量子化雑音、ＨＬＰＦはローパスフィルタ１０１６の伝達関数、Ｄｇａｉｎは増幅器１０７の利得、ＫＤＡＣはＤ／Ａ変換器１０８の利得、ｆｒｅｆは基準信号の周波数、φｎＤＡＣはＤ／Ａ変換器１０８で発生する雑音、ＫＶＣＯは電圧制御発振器１０１の利得、φｎＶＣＯは電圧制発振器１０１で発生する位相雑音である。
【００２９】
ＦＭＣＷ信号生成回路１００の開ループ一巡伝達関数Ｈｏｐは、次式で表される。
【数１】
【００３０】
φｎＲから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＲ、φｎＴＤＣから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＴＤＣ、φｎＤＡＣから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＤＡＣ、φｎＶＣＯから出力への雑音伝達関数ＮＴＦＶＣＯはそれぞれ次のように表される。
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【００３１】
上式の通り、ＮＴＦＲ、ＮＴＦＴＤＣ、ＮＴＦＤＡＣはローパスフィルタの特性に、ＮＴＦＶＣＯはハイパスフィルタの特性になる。従って基準信号、デジタル位相検出器１０３、Ｄ／Ａ変換器１０８で発生する雑音については高周波成分が抑制され、電圧制御発振器１０１で発生する雑音については低周波成分が抑制される。
【００３２】
以上のように本実施形態のＦＭＣＷ信号生成回路１００によると、各ブロックで発生する位相雑音を抑制することができる。また、積分器１０９で積分する信号をデジタルではなくアナログの信号とすることで、位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路１００を実現することができる。
【００３３】
仮に、積分器１０９をデジタル回路で実現するとする。この場合、電圧制御発振器１０１を制御するためには、積分器１０９で積分したデジタルコードの制御信号を電圧出力のデジタルアナログ変換器でアナログ制御電圧に変換して電圧制御発振器１０１を制御すればよい。又は、電圧制御発振器１０１の代わりにジタル制御発振器（ＤＣＯ：Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用い、積分したデジタルコードの制御信号を用いて直接デジタル制御発振器制御すればよい。
【００３４】
しかし、電圧制御発振器１０１の制御信号は時間に対してほぼ直線的に変化する必要がある。積分器１０９をデジタル回路で実現すると、クロック信号毎に発振器の周波数を切り替えるため、周波数誤差が大きくなり、周波数の線形性が劣化してしまう。レーダー装置に必要とされる仕様を満たすように周波数誤差を抑えたＦＭＣＷ信号生成回路を実現するためには、上述したデジタルアナログ変換器やデジタル制御発振器に高い動作速度と精度が求められる。一方、積分器１０９をアナログ回路で実現すると、電流出力のＤ／Ａ変換器１０８は時間に対してほぼ一定の電流を出力すればよいため、低い動作速度で実現可能である。このため、積分器１０９をアナログ回路で構成することでＦＭＣＷ信号生成回路１００の回路規模と消費電力を削減することができる。
【００３５】
さらに、上述した式に示す通り、ＮＴＦＲ、ＮＴＦＴＤＣ、ＮＴＦＤＡＣはローパスフィルタの特性に、ＮＴＦＶＣＯはハイパスフィルタの特性になる。従って基準信号、デジタル位相検出器１０３、Ｄ／Ａ変換器１０８で発生する雑音については高周波成分が抑制され、電圧制御発振器１０１で発生する雑音については低周波成分が抑制されるため、ＦＭＣＷ信号生成回路１００は、位相雑音を抑制することができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、図３を用いて、本発明の第２実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路２００を説明する。ＦＭＣＷ信号生成回路２００は、図１に示すＦＭＣＷ信号生成回路１００の構成に加え、参照信号である周波数設定コードを微分し第２微分信号を生成する第２微分器２０４と、第２微分信号を増幅し、第２増幅信号を生成する第２増幅器２０７と、第２増幅信号とフィルタリング信号を加算し、加算信号を生成する加算器２０５とをさらに備える。これにより、出力されるＦＭＣＷ信号を広帯域にわたって変調することができる。
【００３７】
第２微分器２０４は、周波数設定コードを得るとこれを微分し、第２微分信号を生成する。第２増幅器２０７は、第２微分信号の利得を調整するため、第２微分信号をｎ倍（nは正の実数）に増幅する。なお、第２増幅器２０７は１以下の増幅も行う。つまり、第２増幅器２０７は、第２微分信号を１／Ａ倍（Aは正の実数）に増幅する。これは、第２増幅器２０７が第２微分信号を１／Ａに減衰することを意味する。第２増幅器２０７は、第２微分信号を増幅した信号を第２増幅信号として加算器２０５に渡す。
【００３８】
加算器２０５は、ローパスフィルタ１０６と増幅器１０７との間に設けられる。加算器２０５は、ローパスフィルタ１０６から得たフィルタリング信号と、第２増幅器２０７から得た第２増幅信号とを加算した加算信号を生成する。加算器２０５は、加算信号を増幅器１０７に渡す。増幅器１０７は、加算信号を増幅し、増幅信号としてＤ／Ａ変換器１０８に渡す。
【００３９】
次に、第２微分器２０４、第２増幅器２０７の動作原理を説明する。まず、第２微分器２０４の入力から出力への伝達関数Ｈｍｏｄ２を求める。第２増幅器２０７の利得をＤｇａｉｎ２とすると、第２微分器２０４の入力から出力への伝達関数Ｈｍｏｄ２は次式で表される。
【数６】
【００４０】
Ｈｍｏｄ２はバンドパス特性を示している。従って、第２微分器２０４及び第２増幅器２０７は、ハイパスフィルタとして動作する。
【００４１】
第１実施形態でも記載したように、誤差信号をローパスフィルタ１０６に通すことで基準信号に含まれる位相雑音の高周波成分を抑圧することができる。しかしながら、同時に周波数設定コードの高周波成分についても抑圧してしまう。このため、三角波やノコギリ波の頂点部分のように変化が急峻な箇所では、周波数設定コードの変化に負帰還ループが追従できない。
【００４２】
この結果、電圧制御発振器１０１が出力するＦＭＣＷ信号の周波数にダンピングが生じてしまう。この間は周波数誤差が大きくなってしまうため、レーダー装置において距離や速度を正確に測定することができなくなってしまう。
【００４３】
ＦＭＣＷ信号生成回路２００では、周波数設定コードをローパスフィルタ１０６に通さずに出力するパス（第２微分器２０４、第２増幅器２０７のパス）を設けることで、周波数設定コードの高周波成分を補償している。なお、第２増幅器２０７は、ローパスフィルタ１０６を通るパス（フィルタリング信号）と通らないパス（第２微分信号）の利得の整合を取るために挿入している。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路２００によると、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、ローパスフィルタ１０６を通過していない第２増幅信号と、ローパスフィルタ１０６を通過したフィルタリング信号を加算することで、高周波設定コードの高周波成分を補償することができる。これにより、高周波設定コードが三角波やノコギリ波のように急峻な変化を伴う信号波形を有していても、ＦＭＣＷ信号の周波数誤差を小さくすることができる。これにより、ＦＭＣＷ信号の周波数変調帯域を広げることができる。
【００４５】
なお、第１増幅器の出力に加算器を設け、第２の増幅器の出力を加算してもよい。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、図４を用いて本発明の第３実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路３００を説明する。図４に示すＦＭＣＷ信号生成回路３００は、図１の周波数設定コード生成器１１０に代えて周波数設定コード生成器３１０を備えている。またＦＭＣＷ信号生成回路３００は、図１のＦＭＣＷ信号生成回路１００の構成に加えて、第３増幅器３０７と、第２加算器３０５とを備えている。
【００４７】
周波数設定コード生成器３１０は、参照信号である周波数設定コードと、最大周波数ｆｍａｘ又は最小周波数ｆｍｉｎとを比較し比較信号を生成する第２比較器３１１と、比較信号に応じてＦＭＣＷ信号の周波数の変化量を設定するための設定信号を生成する生成器３１２と、第１信号又は第２信号を積分し、周波数設定コードを生成する第２積分器３１３とを有している。
【００４８】
第２比較器３１１は、最大周波数ｆｍａｘ、最小周波数ｆｍｉｎと周波数設定コードとを比較する。最大周波数ｆｍａｘは、ＦＭＣＷ信号が取る最大周波数を決定するための情報である。また最小周波数ｆｍｉｎは、ＦＭＣＷ信号が取る最大周波数を決定するための情報である。第２比較器３１１は、周波数設定コード生成器３１０が出力する周波数設定コードが、最大周波数ｆｍａｘより大きいか、最大周波数ｆｍａｘ以下最小周波数ｆｍｉｎより大きいか、又は最小周波数ｆｍｉｎ以下であるかを比較し、比較信号を生成する。
【００４９】
生成器３１２は、比較信号に基づき設定信号を生成する。例えば、本実施形態の場合、周波数設定コードが三角波状の信号であるとする。この場合、図４に示すように、生成器３１２は、三角波の正の傾きを示す第１信号と負の傾きを示す第２信号とを選択して生成する選択器として実現できる。従って設定信号は、第１信号と第２信号とが交互に含まれる信号となる。なお、正の傾きと負の傾きの絶対値は等しいものとする。
【００５０】
生成器３１２は、第１信号を選択しているときに、周波数設定コードが最大周波数ｆｍａｘより大きいことを示す比較信号を受け取ると、選択する信号を第１信号から第２信号へと切り替える。第２信号を選択している場合に、周波数設定コードが最小周波数ｆｍｉｎ以下であることを示す比較信号を受け取ると、生成器３１２は、選択する信号を第２信号から第１信号へと切り替える。周波数設定コードが最大周波数ｆｍａｘ以下最小周波数ｆｍｉｎより大きいことを示す比較信号を受け取ると、生成器３１２は、そのときに選択している第１／第２信号を選択し続ける。
【００５１】
正の傾きと負の傾きの大きさを等しくすれば三角波状の周波数設定コードが、どちらか一方の傾きを大きくすることでのこぎり波状の周波数設定コードが、傾きが切り替わるタイミングに周波数変化量が０の時間を設けることで台形状の周波数設定コードが得られる。
【００５２】
これにより、生成器３１２は、第１信号と第２信号とが交互に含まれた設定信号を生成する。生成部３１２は、設定信号を第２積分器３１３及び第３増幅器３０７に渡す。
【００５３】
第２積分器３１３は、設定信号を積分し周波数設定コードを生成する。積分器３１３は、周波数設定コードを比較器１０５及び第２比較器３１１に渡す。
【００５４】
第３増幅器３０７は、設定信号をｎ倍（ｎは正の実数）に増幅する。なお、第３増幅器３０７は１以下の増幅も行う。つまり、第３増幅器３０７は、設定信号を１／Ａ倍（Ａは正の実数）に増幅する。これは、第３増幅器３０７が設定信号を１／Ａに減衰することを意味する。第３増幅器３０７は、設定信号を増幅した信号を第３増幅信号として第２加算器３０５に渡す。
【００５５】
第２加算器３０５は、ローパスフィルタ１０６と増幅器１０７との間に設けられる。第２加算器３０５は、ローパスフィルタ１０６から得たフィルタリング信号と、第３増幅器３０７から得た第３増幅信号とを加算した第２加算信号を生成する。第２加算器３０５は、第２加算信号を増幅器１０７に渡す。増幅器１０７は、第２加算信号を増幅し、増幅信号としてＤ／Ａ変換器１０８に渡す。
【００５６】
以上のように、本実施形態に係るＦＭＣＷ信号生成回路３００によれば、設定信号を増幅してフィルタリング信号と加算することで、第２実施形態と同様の効果が得られる。これは、設定信号を積分すると周波数設定コードが得られるためである。従って、図３に示すＦＭＣＷ信号生成回路２００のように第２微分器２０４を設けなくとも、第２微分信号と同じ信号を周波数設定コード生成回路３１０から得ることができる。これにより、ＦＭＣＷ信号生成回路３００の回路規模を削減することができる。
【００５７】
（第４実施形態）
次に、図５を用いて本発明の第５実施形態について説明する。図５は、第１乃至第３実施形態で説明したいずれかのＦＭＣＷ信号生成回路４１０を含むＦＭＣＷレーダー装置４００を示している。
【００５８】
ＦＭＣＷ信号生成回路４１０から出力されるＦＭＣＷ信号は、電力増幅器４２０により所要の電力まで増幅され、送信信号が生成される。送信信号は、送信アンテナ４３０によって空間に向けて送信される。送信された信号は、図示しない対象物によって反射される。反射された信号は受信アンテナ４４０によって受信される。受信アンテナ４４０から得られる受信信号は、例えば低雑音増幅器のような前置増幅器４５０によって増幅され、増幅信号に変換される。
【００５９】
ミキサ回路４６０では、前置増幅器４５０から出力される増幅信号とＦＭＣＷ信号生成器４１０から出力されるＦＭＣＷ信号と乗算される。これにより、ミキサ回路４６０によりレーダー装置４００から対象物までの距離に依存した周波数を持つ正弦波信号が生成される。正弦波信号は、レーダー出力端子４７０から図示しない上位アプリケーションへと出力される。
【００６０】
なお、送信アンテナ４３０及び受信アンテナ４４０を合わせてアンテナユニットと称する。
【００６１】
以上のように第４実施形態のレーダー装置によれば、第１乃至第３実施形態で説明したような位相雑音を抑制できるＦＭＣＷ信号生成回路を用いることで、精度の高いレーダー装置を実現することができる。
【００６２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１００〜３００ ＦＭＣＷ信号生成回路、４００ レーダー装置、１０１ 電圧制御発振器、１０２ 分周器、１０３ デジタル位相検出器、１０４，２０４ 微分器、１０５，３１３ 比較器、２０５，３０５ 加算器、１０６ ローパスフィルタ、１０７，２０７，３０７ 増幅器、１０８ Ｄ／Ａ変換器、１０９，３１３ 積分器、１１０，３１０ 周波数設定コード生成回路、３１２ 選択器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器と、
前記ＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器と、
前記検出信号を１回微分して前記発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器と、
前記微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器と、
前記誤差信号の高周波成分を抑制し、フィルタリング信号を生成するローパスフィルタと、
前記フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器と、
前記増幅信号をアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器と、
前記アナログ信号を積分し、前記制御信号を生成する積分器と、
を備えることを特徴とするＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項２】
前記参照信号を微分し、第２微分信号を生成する第２微分器と、
前記第２微分信号を増幅し、第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
前記第２増幅信号と前記フィルタリング信号とを加算し、加算信号を生成する加算器と、をさらに備え、
前記増幅器は、前記加算信号を増幅して前記増幅信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項３】
前記参照信号と最大周波数又は最小周波数とを比較し比較信号を生成する第２比較器と、
前記比較信号に応じて、前記発振周波数の変化量を設定するための設定信号を生成する生成器と、
前記設定信号を積分し、前記参照信号を生成する第２積分器と、
前記設定信号を増幅し第３増幅信号を生成する第３増幅器と、
前記第３増幅信号と前記フィルタリング信号とを加算し、第２加算信号を生成する第２加算器と、をさらに備え
前記増幅器は、前記加算信号を増幅して前記増幅信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項４】
前記ＦＭＣＷ信号を分周する分周器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項５】
請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路と、
前記ＦＭＣＷ信号を所要の電力まで増幅して送信信号を生成する電力増幅器と、
前記送信信号を空間に向けて送信し、対象物により反射された信号を受信して受信信号を得るアンテナユニットと、
前記受信信号を増幅して前置増幅信号を生成する前置増幅器と、
前記前置増幅信号と前記ＦＭＣＷ信号との乗算を行い、出力信号を得るミキサ回路と、
を備えることを特徴とするレーダー装置。
【請求項１】
制御信号に応じた発振周波数を含むＦＭＣＷ信号を生成する電圧制御発振器と、
前記ＦＭＣＷ信号の位相情報を検出し、検出信号を生成するデジタル位相検出器と、
前記検出信号を１回微分して前記発振周波数の情報を含む微分信号を生成する微分器と、
前記微分信号と参照信号とを比較し誤差信号を生成する比較器と、
前記誤差信号の高周波成分を抑制し、フィルタリング信号を生成するローパスフィルタと、
前記フィルタリング信号を増幅し増幅信号を生成する増幅器と、
前記増幅信号をアナログに変換し、アナログ信号を生成するＤ／Ａ変換器と、
前記アナログ信号を積分し、前記制御信号を生成する積分器と、
を備えることを特徴とするＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項２】
前記参照信号を微分し、第２微分信号を生成する第２微分器と、
前記第２微分信号を増幅し、第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
前記第２増幅信号と前記フィルタリング信号とを加算し、加算信号を生成する加算器と、をさらに備え、
前記増幅器は、前記加算信号を増幅して前記増幅信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項３】
前記参照信号と最大周波数又は最小周波数とを比較し比較信号を生成する第２比較器と、
前記比較信号に応じて、前記発振周波数の変化量を設定するための設定信号を生成する生成器と、
前記設定信号を積分し、前記参照信号を生成する第２積分器と、
前記設定信号を増幅し第３増幅信号を生成する第３増幅器と、
前記第３増幅信号と前記フィルタリング信号とを加算し、第２加算信号を生成する第２加算器と、をさらに備え
前記増幅器は、前記加算信号を増幅して前記増幅信号を生成する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項４】
前記ＦＭＣＷ信号を分周する分周器をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路。
【請求項５】
請求項１記載のＦＭＣＷ信号生成回路と、
前記ＦＭＣＷ信号を所要の電力まで増幅して送信信号を生成する電力増幅器と、
前記送信信号を空間に向けて送信し、対象物により反射された信号を受信して受信信号を得るアンテナユニットと、
前記受信信号を増幅して前置増幅信号を生成する前置増幅器と、
前記前置増幅信号と前記ＦＭＣＷ信号との乗算を行い、出力信号を得るミキサ回路と、
を備えることを特徴とするレーダー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１９６８８０（Ｐ２０１１−１９６８８０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５２２３（Ｐ２０１０−６５２２３）
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１９日（２０１０．３．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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