JP2009139274A - High-frequency sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高周波の送受信を行い、物体の検出を行う高周波センサの回路構成に関する。 The present invention relates to a circuit configuration of a high-frequency sensor that performs high-frequency transmission / reception and detects an object.
現在、高周波信号を用いた物体検知を行うためのセンサが、様々な分野で使用されている。高周波信号を使用したセンサにおいては、電波法により、所望の周波数帯を使用するために、それ以外の周波数帯の不要電波(以下、スプリアス)の外部への放射量を規制値以下に低減する必要があり、特に所望の周波数のn倍(nは2以上の整数)の周波数のスプリアスは大きな信号が生成されてしまうため、この所望の周波数のn倍のスプリアスを低減して外部への放射を低減することが課題となっている。 Currently, sensors for performing object detection using high-frequency signals are used in various fields. In sensors using high-frequency signals, it is necessary to reduce the amount of radiation to the outside of unnecessary radio waves (hereinafter referred to as spurious) in other frequency bands in order to use the desired frequency band according to the Radio Law. In particular, since a spurious signal having a frequency n times the desired frequency (n is an integer of 2 or more) generates a large signal, the spurious frequency n times the desired frequency is reduced, and radiation to the outside is reduced. Reduction is an issue.
一般的に、外部へスプリアスを放射させないためには、高周波信号を生成する高周波回路上でスプリアスを低減させるために伝送線路のパターン形状によってフィルタ特性を満足するフィルタ回路(例えば、特許文献1)や、高周波信号を外部へ放射するアンテナ回路にスプリアスを抑制する構成(例えば、特許文献2)を設けることが行われている。
また、誘電体共振器のような電気を導通しない部品に対して高周波信号を空間結合する手法を用いて、その部品の形状(直経、厚み)にて、所望の周波数を共振させるような構造によって、特定の周波数のみを空間的に伝送する方法なども用いられている。 Also, using a method of spatially coupling a high frequency signal to a component that does not conduct electricity such as a dielectric resonator, a structure that resonates a desired frequency with the shape (straight, thickness) of the component A method of spatially transmitting only a specific frequency is also used.
しかしながら、特許文献1のように伝送線路の長さを変化させることによって周波数の選別を行うフィルタ回路においては、所望の周波数を通過させるように伝送線路長さを設定すると、所望の周波数の3倍や5倍のスプリアスが通過してしまい、それらのスプリアスの通過を抑制するためには、各スプリアスの周波数信号をを低減させるためのフィルタを別途作成する必要があるので、フィルタ回路の回路構成が複雑になると共に、フィルタ回路が巨大化する可能性があった。
However, in the filter circuit that selects the frequency by changing the length of the transmission line as in
また、上記フィルタ回路は、スプリアスを反射させることにより、アンテナから外部への放射を抑制するものであるが、反射したスプリアスが発振器に入力されることにより、発振器で更に増大する可能性もあるため、フィルタの減衰効果によりスプリアスを抑制できず、外部へ放射してしまう可能性もあった。 In addition, the filter circuit suppresses radiation from the antenna to the outside by reflecting the spurious, but if the reflected spurious is input to the oscillator, it may be further increased by the oscillator. In addition, there is a possibility that the spurious cannot be suppressed due to the attenuation effect of the filter and radiates to the outside.
また、特許文献2のように、パッチアンテナにスプリアスの放射を抑制する構成を備えた場合、センサの用途によって電波の指向性やゲインを変更するためにポールアンテナやホーンアンテナを使用する場合にはスプリアスの放射を抑制することが出来ないため、別途電波を生成する回路上にフィルタを設ける必要があるため、全てのアンテナにおいてスプリアスを低減することが困難である。
Also, as in
本発明は問題を解決するためになされたもので、本発明においては、センサの電波を生成する発振器から、電波を外部へ放射するアンテナまでの伝送線路上に簡易的に構成可能なフィルタ回路を搭載した高周波センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the problem. In the present invention, a filter circuit that can be simply configured on a transmission line from an oscillator that generates a radio wave of a sensor to an antenna that radiates the radio wave to the outside is provided. The object is to provide an on-board high-frequency sensor.
前記目的達成のために、高周波信号の送信波を生成する発振器と、前記送信波を外部へ放射する送信アンテナと、前記送信波が被検知物体により反射されて生じた反射波を受信波として受信する受信アンテナと、前記発振器が生成した送信波と、前記受信アンテナが受信した前記受信波をを基に検知信号を生成するミキサ部と、前記発振器から送信された送信波を、送信アンテナ及びミキサ部へ分配する分岐部と、を備えた高周波センサにおいて、前記発振器と分岐部間の伝送線路上に、少なくとも1つ以上の抵抗器を直列接続したフィルタ回路を設けたことを特徴とする高周波センサを提供できる。 To achieve the object, an oscillator that generates a transmission wave of a high-frequency signal, a transmission antenna that radiates the transmission wave to the outside, and a reflected wave that is generated when the transmission wave is reflected by a detected object is received as a reception wave. Receiving antenna, a transmission wave generated by the oscillator, a mixer unit that generates a detection signal based on the reception wave received by the reception antenna, a transmission antenna and a mixer that transmit the transmission wave transmitted from the oscillator A high-frequency sensor comprising: a branch portion that distributes to a portion; and a filter circuit in which at least one resistor is connected in series on a transmission line between the oscillator and the branch portion. Can provide.
また、本発明の一態様によれば、前記フィルタ回路は2つ以上の抵抗器を直列接続したものであって、前記抵抗器間には伝送線路が設けられていることを特徴とする高周波センサを提供できる。 According to an aspect of the present invention, the filter circuit includes two or more resistors connected in series, and a transmission line is provided between the resistors. Can provide.
また、本発明の一態様によれば、前記伝送線路長が、所望の周波数(送信波の周波数)の伝送線路上での波長λgの略(2n―1)/4(nは1以上の整数)であることを特徴とする高周波センサを提供できる。 Also, according to one aspect of the present invention, the transmission line length is approximately (2n−1) / 4 of the wavelength λg on a transmission line having a desired frequency (transmission wave frequency), where n is an integer of 1 or more. The high-frequency sensor can be provided.
また、本発明の一態様によれば、前記フィルタ回路と分岐部との間の伝送線路上に、送信波の進行方向に対して直交するように、他端が開放又は短絡されたスタブを配置したたことを特徴とする高周波センサを提供できる。 Moreover, according to one aspect of the present invention, a stub having the other end opened or short-circuited is disposed on the transmission line between the filter circuit and the branch portion so as to be orthogonal to the traveling direction of the transmission wave. It is possible to provide a high-frequency sensor characterized by the above.
また、本発明の一態様によれば、前記フィルタ回路の抵抗器間の伝送線路上に、送信波の進行方向に対して直交するように他端が開放又は短絡されたスタブを配置したことを特徴とする高周波センサを提供できる。 According to another aspect of the present invention, a stub having the other end opened or short-circuited so as to be orthogonal to the traveling direction of the transmission wave is disposed on the transmission line between the resistors of the filter circuit. A characteristic high-frequency sensor can be provided.
本発明によれば、フィルタ回路に抵抗器を用いることにより、抵抗器の特性である、周波数が高くなると減衰が大きくなる、によって、所望の周波数を通過させる回路を構成することで、スプリアスを抵抗器によって熱エネルギーに変換可能なため、発振器への反射を防ぎつつ、スプリアスの減衰を行うことが可能となり、外部へのスプリアスの放射を抑制することが可能となる。 According to the present invention, by using a resistor in the filter circuit, the attenuation increases as the frequency increases, which is a characteristic of the resistor. Since it can be converted into thermal energy by the vessel, it is possible to attenuate spurious while preventing reflection to the oscillator, and to suppress spurious emission to the outside.
以下、発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図1に本発明の高周波センサの概略構成図を示す。本発明の高周波センサは、高周波信号の送信波1を生成する発振器2と、前記送信波1を外部へ放射する送信アンテナ3と、前記送信波1が被検知物体により反射されて生じた反射波を受信波4として受信する受信アンテナと、前記発振器2が生成した送信波1と、前記受信アンテナが受信した前記受信波4をを基に検知信号5を生成するミキサ部6と、前記発振器2から送信された送信波1を、送信アンテナ3及びミキサ部6へ分配する分岐部7と、を備えた高周波センサにおいて、前記発振器2と分岐7部間の伝送線路上に、少なくとも1つ以上の抵抗器9を直列接続したフィルタ回路8を設けた構成となっている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a high-frequency sensor of the present invention. The high-frequency sensor of the present invention includes an
本発明のフィルタ回路8の概略構成図に関して、図2に示す。フィルタ回路8は、発振器2と分岐部7との間に設けられた伝送線路上に、送信波1の進行方向に対して直列に少なくとも1つの抵抗器9を設けて構成されているものである。ここで、抵抗器9は、一般的に低周波数の信号に対しては一定の抵抗値になることが知られているが、高周波信号、特にギガヘルツ帯の信号に対しては、図3(A)に示すように周波数に応じて抵抗値が変化する。これは、抵抗器9を高周波信号から見ると、抵抗器9に直列にインダクタ(L成分)が接続し、その2つにキャパシタ(C成分)が並列に接続された回路になるために起こる現象となっている。そのため、図3(B)に示すように、通過する高周波信号の周波数が高くなるにつれて、抵抗器9を通過する特性が低減、すなわち抵抗器9を通過出来ない状態になっている。この抵抗器9の持つ高周波特性を利用することにより、本発明では所定の周波数に対して減衰効果をより効果的な減衰特性を持つフィルタ回路8を提供するものである。
FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the
ここで、図3(B)より、単に抵抗器9を直列接続しただけでは、送信信号の周波数が高くなると抵抗器9を通過しなくなるため、分岐部7に対する送信信号の量が低減してしまい、送信アンテナ3からの外部放射量、及びミキサ部6での出力信号の低減に繋がってしまう。また、抵抗器9の持つ送信信号の周波数におけるインピーダンスと、伝送線路のインピーダンスが異なると不整合が発生し、上記と同様に分岐部7への送信信号の供給量が低減してしまう。そこで、図2のように、フィルタ回路8には抵抗器9の両端に送信信号の通過を確保するための整合回路を設け、整合回路と伝送線路とを接続する構成としている。整合回路を設けることにより、送信信号をより減衰させることなく、且つセンサとして低減させたい周波数である送信信号のn次高調波(n:2以上の整数)に対して減衰効果をもつことが出来るため、スプリアスを放射量を低減したセンサ回路を提供することが可能となる。
Here, as shown in FIG. 3B, simply by connecting the
更に、抵抗器9に関しては、送信信号に対しては負荷とならないような抵抗値が望ましい。そのため使用する抵抗器の抵抗値を小さくすることによって、送信信号に対する低減量を極力小さくし、前記n次高調波に対しては減衰効果をもったフィルタ回路8を提供することが可能となる。
Furthermore, regarding the
次に抵抗器9を複数個設けた場合の回路について示す。図4に、2つの抵抗器9を用いたフィルタ回路8の概略構成図を示す。2つの抵抗器9を用いた場合は、抵抗器9の間に送信信号の進行方向に対して直列に伝送線路を設ける構成とする。抵抗器9が2つ以上になった場合には、各抵抗器9の減衰特性が加算されるため、送信信号に対する減衰量も多くなってしまう。そこで、抵抗器9間に設けられた伝送線路の線路幅や長さの変動によるインピーダンス特性を調整することで、送信信号の減衰量を抑えつつ、且つ減衰させたい周波数信号(例えばn次高調波)に対しての減衰量を大きく取る回路を構成するものである。
Next, a circuit when a plurality of
図5に、図4のフィルタ回路8の特性を示す。図5(A)は抵抗器9を1つ設けたフィルタ回路8の通過特性の結果であり、図5(B)は抵抗器9を2つ設け、且つ抵抗器9の間に伝送線路を設けた回路の通過特性の結果である。ここでは、送信信号の周波数を7ギガヘルツとし、低減させたい周波数信号を、送信信号の2次高調波である14ギガヘルツの信号としている。図5の結果より、送信信号である7ギガヘルツの信号は、抵抗器9を2つ設けることにより1つの場合と比較して僅かな減衰が見られるが、2次高調波である14ギガヘルツは単に2つの抵抗器9の減衰量を加算したよりも大きな減衰量を確保できていることが確認できる。これは、抵抗器9間に設けられた伝送線路のインピーダンスを調整することにより実現するものであり、使用する伝送線路幅に対して伝送線路上での波長λgの略(2n―1)/4(nは1以上の整数)長とすることにより、単なる組み合わせの減衰量よりも大きな減衰量を得ることが可能となると共に、送信信号の減衰量を低減することも可能となる。
FIG. 5 shows the characteristics of the
また、図6に抵抗器9の数が3つ、4つの場合のフィルタ回路8における通過特性を示す。
どちらの結果も、送信信号である7ギガヘルツに対しては、大きな損失を持たずに通過するが、2次高調波である14ギガヘルツに対しては、個数が増える毎に減衰量が増しているため、分岐部7以降の回路に対する2次高調波の伝送を抑制することが可能となる。ここで、抵抗器9の数が増えることで送信信号の減衰量も多くなるフィルタ回路8の、送信信号の通過量を保持するために、前記整合回路にてインピーダンスの調整をすることにより、送信信号の通過量を保持するフィルタ回路8を提供することも可能となる。
FIG. 6 shows the pass characteristics in the
Both results pass without significant loss for the transmission signal of 7 GHz, but for 14 GHz of the second harmonic, the attenuation increases as the number increases. Therefore, it is possible to suppress the transmission of the second harmonic to the circuits after the branching
更に、本発明のように、フィルタ回路8に抵抗器9のように入力されたエネルギーを別のエネルギー(例えば熱、光エネルギー等)に変換する素子を用いることで、一般的なフィルタ回路8とは異なり、単なる全反射ではなく、スプリアスに対してエネルギーの損失を発生させることが可能となるため、発振器等への前段の回路への反射を抑制することが可能となるため、反射波による回路の安定性の欠如を抑制することも可能となる。また、発振器2のように、信号を増幅する回路を前段に持つ場合には、スプリアスを反射させることでスプリアスを増幅することもあるため、スプリアスの更なる発生も抑制することが可能となる。
Furthermore, as in the present invention, by using an element that converts the input energy into another energy (for example, heat, light energy, etc.) like the
ここで、図1においては、送信アンテナ3と受信アンテナが一体となって送受信を同時に行う送受信一体型アンテナについて記載しているが、送信アンテナ3と受信アンテナとを別体にした送受信別体型アンテナにおいても、上記効果を得ることは言うまでもない。更に、本実施例においては、送信信号を7ギガヘルツで設定したが、高周波信号(特にギガヘルツ帯)においては、送信信号の設定周波数に応じた回路構成の変更は無く、同様の効果を得ることが可能となる。
Here, FIG. 1 shows a transmission / reception integrated antenna in which the
次に、上記までの抵抗器9を用いたフィルタ回路8に対して、伝送線路で構成したスタブフィルタ10と組み合わせた場合のフィルタ特性について示す。
図7に本発明のフィルタ回路8と、スタブフィルタ10を組み合わせた概略構成図を示す。スタブフィルタ10は、図8に示すように、送信信号が伝送する伝送線路に、一端を送信信号の伝送方向に対して垂直設置し、他端を開放又は短絡状態にしたフィルタ回路8である。スタブフィルタ10は、スタブの長さに応じて、伝送線路のインピーダンスを変化させ、スプリアスに対して反射するようなインピーダンスにすることでフィルタ特性を満足するものである。なお、他端が短絡の場合には他端が接地状態になるので、他端に対して送信信号が伝送しないような長さの設定も必要になる。
Next, filter characteristics when the
FIG. 7 shows a schematic configuration diagram in which the
図7では、他端が短絡したショートスタブを用いたスタブフィルタ10との組み合わせを示したものである。本実施例においては、このスタブフィルタ10を、フィルタ回路8と分岐部7との間に設置するものである。このような接地方法により、フィルタ回路8から僅かに漏れ出したスプリアスを、後段のスタブフィルタ10にて反射することで、確実に分岐部7へのスプリアスの伝送を抑制することが出来ると共に、フィルタスタブで反射したスプリアスは、フィルタ回路8にて熱や光等の別のエネルギーに変換されるため、前段の回路への反射量を更に低減させることが可能なため、回路の安定性の確保や、スプリアスの増大を抑制することも可能となる。更に、スタブフィルタ10は、フィルタ回路8で既に減衰をしたスプリアスを反射することとなるため、高精度のフィルタ特性を持ったフィルタを有さずとも、十分に反射を行うことが可能なため、簡易な回路構成にてフィルタを構築することが可能となる。
FIG. 7 shows a combination with the
図8に図7のフィルタブと分岐部7との間の詳細構成を示す。本実施例においては、送信信号を7ギガヘルツとし、スタブフィルタ10によって送信信号の2次高調波である14ギガヘルツの信号を反射させる特性を持たせている(図9参照)。
このスタブフィルタ10を、本発明のフィルタ回路8と分岐部7との間に設置することにより、スタブフィルタ10とフィルタ回路8のフィルタ特性を併せ持つことが可能となる(図10参照)ため、フィルタ回路8が持つ周波数に対して緩やかな特性と、スタブフィルタ10が持つある特定の周波数に対して急峻に減衰する特性を有することにより、ある特定のスプリアスに対しては大きな減衰効果を持ち、周囲のスプリアスに関しては、ある一定の減衰効果をもつフィルタを構成することが可能となる。また、伝送線路等の製造誤差等により、フィルタ回路8やスタブフィルタ10の寸法が変動した場合においても、フィルタ回路8が持つ緩やかな減衰特性のため、全体的にスプリアス信号を低減させることが出来るので、誤差等によるフィルタ回路8の大幅な性能変動を抑制することも可能となる。
FIG. 8 shows a detailed configuration between the filter and the branching
By installing this
以上の構成において、本実施例においては、送信信号を7ギガヘルツと設定したが、前記記載のように高周波信号(特にギガヘルツ帯)においては、同様の特性を有するため、この周波数に限定するものではなく、同様の効果を得ることが可能となる。 In the above configuration, in this embodiment, the transmission signal is set to 7 gigahertz. However, as described above, the high frequency signal (especially gigahertz band) has the same characteristics, and is not limited to this frequency. However, the same effect can be obtained.
また、上記のようなフィルタ回路8を搭載したセンサにおいては、送信アンテナ3からのスプリアスの放射を抑制することが出来ると共に、発振器2やミキサ部6に使用される、ある周波数を増大する素子やある周波数から異なる周波数信号を生成する素子に対してのスプリアス信号を伝送することを抑制するため、スプリアス信号のセンサ内部での増幅、発振や、異なるスプリアス信号の生成も抑制することが可能となるため、センサ自身からのスプリアス信号の放射をより効果的に低減することを可能とするものである。
In addition, in the sensor equipped with the
次に、フィルタ回路8において、抵抗器9間の伝送線路上にスタブフィルタ10を設けた構成図を図11に示す。抵抗器9の伝送線上にスタブフィルタ10を設けることにより、スタブフィルタ10により完全に反射出来なかった僅かなスプリアスに対して、後段の抵抗器9で熱等によるエネルギー変換による損失を発生させることにより、後段の抵抗器にて確実にスプリアスを低減させることが出来るので、外部へのスプリアスの送信をより確実に抑制することが可能となる。
Next, a configuration diagram in which the
また、抵抗器9を介して両側にスタブフィルタ10を設けることにより、スタブフィルタ10で反射したスプリアスが抵抗器9を介して反射を続ける構成になるため、スプリアスをスタブフィルタ10間の抵抗器9に閉じ込めて消費させる構造になるため、スプリアスを効率よく減衰することが可能となり、外部へのスプリアスの放射をより抑制することが可能となる。
Further, by providing the stub filters 10 on both sides via the
以上の実施例において、周波数の限定を行ったが、ギガヘルツのような高い周波数に対しては周波数の実際の数値に依存することなく、同様の効果を得ることが可能であり、スプリアスの抑制をより厳密に実施することが可能となるものである。 In the above embodiment, the frequency is limited. However, for a high frequency such as gigahertz, the same effect can be obtained without depending on the actual value of the frequency, and the spurious can be suppressed. It becomes possible to carry out more strictly.
1…送信波
2…発振器
3…送信アンテナ
4…受信波
5…出力信号
6…ミキサ部
7…分岐部
8…フィルタ回路
9…抵抗器
10…スタブフィルタ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記送信波を外部へ放射する送信アンテナと、
前記送信波が被検知物体により反射されて生じた反射波を受信波として受信する受信アンテナと、
前記発振器が生成した送信波と、前記受信アンテナが受信した前記受信波をを基に検知信号を生成するミキサ部と、
前記発振器から送信された送信波を、送信アンテナ及びミキサ部へ分配する分岐部と、
を備えた高周波センサにおいて、
前記発振器と分岐部間の伝送線路上に、少なくとも1つ以上の抵抗器を直列接続したフィルタ回路を設けたことを特徴とする高周波センサ。 An oscillator that generates a high-frequency signal transmission wave;
A transmitting antenna that radiates the transmitted wave to the outside;
A receiving antenna that receives a reflected wave generated by reflecting the transmission wave by the object to be detected as a received wave;
A mixer unit that generates a detection signal based on the transmission wave generated by the oscillator and the reception wave received by the reception antenna;
A branching unit that distributes a transmission wave transmitted from the oscillator to a transmission antenna and a mixer unit;
In a high-frequency sensor equipped with
A high-frequency sensor, wherein a filter circuit in which at least one resistor is connected in series is provided on a transmission line between the oscillator and the branch portion.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101122 |
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A977 | Report on retrieval |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121015 |