JP2013205361A - Microwave sensor - Google Patents
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Description
本発明はマイクロ波センサに関し、特に出力信号周波数とは異なる周波数に適合された高周波発生用部品を用いて構成したマイクロ波センサに関する。 The present invention relates to a microwave sensor, and more particularly, to a microwave sensor configured using a high-frequency generating component adapted to a frequency different from an output signal frequency.
現在、日本国内では、民生用機器に対して10GHz帯域の電波が使用可能であるため、10GHz帯域の信号を出力するのに最適化された高周波発生用の半導体チップIC又は半導体電子部品が供給されている。例えば、図6は、このような半導体電子部品の周波数ゲイン特性の一例を示しており、10GHzを中心とした波長範囲(5〜15GHz)において高いゲインを有している。 Currently, in Japan, radio waves in the 10 GHz band can be used for consumer devices, so a semiconductor chip IC or semiconductor electronic component for generating high frequency optimized to output a signal in the 10 GHz band is supplied. ing. For example, FIG. 6 shows an example of frequency gain characteristics of such a semiconductor electronic component, which has a high gain in a wavelength range (5 to 15 GHz) centered at 10 GHz.
一方、日本及び世界の国々では、24GHz帯域(24.05〜24.25GHz)の電波も民生用機器で使用が可能である。このような24GHz帯の電波センサの周波数ゲイン特性は、図7に示すように、24GHz帯域(24.05〜24.25GHz)でのみ高いゲインを有し、他の周波数帯域では極めて低いゲインを有することが望ましい。 On the other hand, in Japan and other countries in the world, radio waves in the 24 GHz band (24.05 to 24.25 GHz) can also be used in consumer devices. As shown in FIG. 7, the frequency gain characteristic of such a 24 GHz band radio wave sensor has a high gain only in the 24 GHz band (24.05 to 24.25 GHz) and has a very low gain in the other frequency bands. It is desirable.
しかしながら、24GHz帯域用の半導体電子部品は、特殊な用途で製造されているのみであるので、単価が非常に高く、流通量も極めて少量である。したがって、現在のところ24GHz帯域の電波センサは、市販されている10GHz帯域用の半導体電子部品を利用して開発及び製造する必要がある。 However, since the semiconductor electronic component for the 24 GHz band is only manufactured for a special purpose, the unit price is very high and the distribution amount is very small. Therefore, at present, it is necessary to develop and manufacture a 24 GHz band radio wave sensor using commercially available semiconductor electronic components for the 10 GHz band.
10GHz帯域用の半導体電子部品を利用して24GHz帯域の電波センサを製造する場合、高性能、すなわち24GHz帯域で高いS/N比を有するように構成しなければならない。しかしながら、半導体電子部品自体が10GHz帯域用に最適化されているため、図6に示すように、10GHz帯域でゲインが高く、24GHz帯域でゲインが小さい。このため、単に10GHz帯域用の半導体電子部品を使用して、24GHz帯域の信号を発振させるための回路を構成しても、図8に示すようなゲインしか得られない。すなわち、24GHz帯域で得られるゲインに対して、10GHz帯域のゲインが相対的に大きくなってしまう。 When a radio wave sensor of 24 GHz band is manufactured using semiconductor electronic components for 10 GHz band, it must be configured to have high performance, that is, a high S / N ratio in the 24 GHz band. However, since the semiconductor electronic component itself is optimized for the 10 GHz band, the gain is high in the 10 GHz band and the gain is small in the 24 GHz band as shown in FIG. For this reason, even if a circuit for oscillating a signal in the 24 GHz band is configured simply using semiconductor electronic components for the 10 GHz band, only a gain as shown in FIG. 8 can be obtained. That is, the gain in the 10 GHz band is relatively increased with respect to the gain obtained in the 24 GHz band.
よって、ノイズ成分である10GHz帯域の電波が大きく、S/N比が低くなってしまう。また、このような、所定強度以上の10GHz帯域の電波は、24GHz帯域の電波センサにとって不要発射(スプリアス発射)であるため除去しなければならない。 Therefore, the radio wave in the 10 GHz band that is a noise component is large and the S / N ratio is low. Further, such a 10 GHz band radio wave having a predetermined intensity or more is unnecessary emission (spurious emission) for the radio sensor of the 24 GHz band and must be removed.
24GHz帯域の電波センサのS/N比を上げる方法としては、信号成分(24GHz帯域)を増幅する方法と、ノイズ成分(10GHz帯域等)を低減する方法がある。信号成分を増幅する方法では、増幅器等の回路構成を追加することによって、主に信号成分を増幅することが考えられる。また、ノイズ成分を低減する方法としては、出力信号の出力経路途中にノイズカットフィルタを配置することにより、所望の周波数以外のノイズ成分を除去する方法が広く知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a method for increasing the S / N ratio of a radio wave sensor in a 24 GHz band, there are a method for amplifying a signal component (24 GHz band) and a method for reducing a noise component (such as a 10 GHz band). In the method of amplifying the signal component, it can be considered that the signal component is mainly amplified by adding a circuit configuration such as an amplifier. As a method of reducing noise components, a method of removing noise components other than a desired frequency by arranging a noise cut filter in the output path of an output signal is widely known (for example, Patent Document 1). reference).
電波センサの省電力化を考慮しない場合は、上記方法によってS/N比を上げることが一応は可能であると考えられる。一方、電波センサの省電力化を図る場合には、信号成分の必要以上の増幅は回避しなければならないので、ノイズ成分を低減する方法のみを採用することが好ましい。 If power saving of the radio wave sensor is not taken into consideration, it is considered possible to increase the S / N ratio by the above method. On the other hand, in order to save power in the radio wave sensor, it is necessary to avoid unnecessarily amplifying the signal component. Therefore, it is preferable to employ only a method for reducing the noise component.
しかしながら、出力経路にノイズカットフィルタを配置すると、ノイズ成分(10GHz帯域等)に加えて所望の信号成分(24GHz帯域)の一部も低減されてしまう。このため、省電力設計において元々低いゲインの電波信号成分が、さらにフィルタによって低減されることになるので、十分に高いS/N比を確保し難いという問題が生じることが分かった。 However, when a noise cut filter is arranged in the output path, a part of a desired signal component (24 GHz band) is reduced in addition to a noise component (10 GHz band or the like). For this reason, it has been found that, in the power saving design, the radio signal component having a low gain is further reduced by the filter, which makes it difficult to ensure a sufficiently high S / N ratio.
そこで、本願出願人は、ノイズ成分となる周波数帯域(例えば10GHz)の信号増幅に適合した高周波半導体部品と、所望の信号成分(例えば24GHz)を選択的に反射して高周波半導体部品に戻すことにより、所望の信号成分を発振させるように構成された反射回路と、ノイズ成分を除去するために、反射回路の下流側(高周波半導体部品から見て反射回路の遠位側)に設けられた減衰回路と、を備えたマイクロ波センサを提案している(特願2011−046462号参照)。 Therefore, the applicant of the present application selectively reflects a desired signal component (for example, 24 GHz) back to the high-frequency semiconductor component by reflecting the desired signal component (for example, 24 GHz) and a high-frequency semiconductor component suitable for signal amplification in a frequency band (for example, 10 GHz) that becomes a noise component. A reflection circuit configured to oscillate a desired signal component, and an attenuation circuit provided on the downstream side of the reflection circuit (distal side of the reflection circuit as viewed from the high-frequency semiconductor component) to remove the noise component Have been proposed (see Japanese Patent Application No. 2011-046462).
この構成によれば、高周波半導体部品によって生成される高周波信号のうち、所望の信号成分のみが反射回路により繰り返し反射して増幅及び発振され、一方、ノイズ成分は高周波半導体部品に戻されることなく減衰回路で除去することができる。これにより、増幅段においてノイズ成分を除去可能であるので、従来のように出力段にノイズ成分除去のためのフィルタを配置しなくてもよくなり、出力段において所望の信号成分がフィルタによって低減されてしまうことを防止することができる。 According to this configuration, only the desired signal component of the high-frequency signal generated by the high-frequency semiconductor component is repeatedly reflected and amplified and oscillated by the reflection circuit, while the noise component is attenuated without being returned to the high-frequency semiconductor component. It can be removed with a circuit. As a result, noise components can be removed in the amplification stage, so that it is not necessary to arrange a filter for removing noise components in the output stage as in the prior art, and a desired signal component is reduced by the filter in the output stage. Can be prevented.
しかしながら、本発明者は、更なる研究により、上記反射回路と、高周波半導体部品の接地回路との間でノイズ成分の共振が生じ易く、反射回路の下流側に配置された減衰回路のみによってノイズ成分を完全に除去することは難しいことを見出した。 However, the present inventor has further studied that the noise component is likely to resonate between the reflection circuit and the ground circuit of the high-frequency semiconductor component, and that the noise component is only generated by the attenuation circuit disposed on the downstream side of the reflection circuit. I found it difficult to completely remove.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、第2の特定周波数の高周波発生用の半導体電子部品を用いて、第2の特定周波数とは異なる第1の特定周波数の電波を出力するマイクロ波センサにおいて、不要発射を抑制してS/N比を高めたマイクロ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 such a problem, and uses a semiconductor electronic component for generating a high frequency at a second specific frequency, and has a first specific frequency different from the second specific frequency. An object of the present invention is to provide a microwave sensor that suppresses unnecessary emission and increases the S / N ratio in a microwave sensor that outputs radio waves.
上述した課題を解決するために、本発明は、第1の特定周波数の電波を外部に出力するよう構成されたマイクロ波センサであって、第1の特定周波数とは異なる第2の特定周波数の信号を増幅するのに適して構成された高周波半導体部品と、高周波半導体部品に接続され、この高周波半導体部品と共に第1の特定周波数の信号を増幅するように構成された信号増幅回路と、高周波半導体部品に接続され、この高周波半導体部品に供給される電流をグランドに逃がす接地回路と、を備え、信号増幅回路及び接地回路の各々は、高周波半導体部品によって発生された信号のうち、第1の特定周波数帯域の信号を減衰させずに、第2の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成された選択的減衰手段を備えていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problem, the present invention is a microwave sensor configured to output a radio wave having a first specific frequency to the outside, and has a second specific frequency different from the first specific frequency. A high-frequency semiconductor component suitably configured to amplify a signal, a signal amplification circuit connected to the high-frequency semiconductor component and configured to amplify a signal of a first specific frequency together with the high-frequency semiconductor component, and a high-frequency semiconductor A ground circuit that is connected to the component and releases the current supplied to the high-frequency semiconductor component to the ground, and each of the signal amplification circuit and the ground circuit includes a first specific signal out of the signals generated by the high-frequency semiconductor component. It is characterized by comprising selective attenuating means configured to attenuate the signal of the second specific frequency band without attenuating the signal of the frequency band.
10GHz(第2の特定周波数)用の高周波半導体部品を用いて24GHz(第1の特定周波数)のマイクロ波センサを作製する場合、高周波半導体部品が24GHz用の専用部品でないため、24GHzにおいて高性能(高いS/N比)を確保できないという問題が生じる。特に高周波半導体部品のゲインが高い10GHz帯域に大きなノイズが発生してしまう。 When a microwave sensor of 24 GHz (first specific frequency) is manufactured using a high-frequency semiconductor component for 10 GHz (second specific frequency), since the high-frequency semiconductor component is not a dedicated component for 24 GHz, high performance at 24 GHz ( There arises a problem that a high S / N ratio) cannot be secured. In particular, a large noise is generated in the 10 GHz band where the gain of the high-frequency semiconductor component is high.
上述のように、マイクロ波センサの性能(S/N比)を高めるための方法として、信号成分を増幅してS/N比を高める方法、又は、ノイズ成分を低減してS/N比を高める方法があるが、低い消費電力でS/N比を向上させようとする場合には、ノイズ成分を低減してS/N比を高める方法が好ましい。 As described above, as a method for improving the performance (S / N ratio) of the microwave sensor, a method of amplifying signal components to increase the S / N ratio, or a method of reducing noise components to increase the S / N ratio. Although there is a method of increasing the S / N ratio with a low power consumption, a method of increasing the S / N ratio by reducing the noise component is preferable.
また、現状、ノイズ成分の低減方法としては、出力通路にノイズカットフィルタを設ける方法が広く知られている。しかしながら、本発明者は、消費電力を抑制しS/N比を向上させようとする場合には、フィルタの設置位置によって、S/N比の向上の度合いが大きく異なることを見出した。すなわち、従来技術の欄に記載したように、出力通路にノイズカットフィルタを設けると、ノイズ成分(10GHz帯域の信号)だけでなく信号成分(24GHzの信号)も低減されてしまい、高いS/N比が得られないことが分かった。 At present, as a method for reducing a noise component, a method of providing a noise cut filter in an output path is widely known. However, the present inventor has found that when the power consumption is suppressed and the S / N ratio is improved, the degree of improvement of the S / N ratio varies greatly depending on the installation position of the filter. That is, as described in the section of the prior art, when a noise cut filter is provided in the output path, not only the noise component (10 GHz band signal) but also the signal component (24 GHz signal) is reduced, resulting in a high S / N. It was found that the ratio could not be obtained.
本発明は、所望の出力信号の周波数(第1の特定周波数)に適合された専用の高周波発生用半導体部品を使用することなく、所望の周波数とは異なる第2の特定周波数用の高周波発生用半導体部品を用いたマイクロ波センサであって、消費電力が低く(省電力)、高性能(高S/N比)なマイクロ波センサを提供するものである。 The present invention is for high-frequency generation for a second specific frequency different from a desired frequency without using a dedicated high-frequency generation semiconductor component adapted to the frequency of the desired output signal (first specific frequency). Provided is a microwave sensor using a semiconductor component, which has low power consumption (power saving) and high performance (high S / N ratio).
このため、本発明では、高周波半導体部品には、これと協働して第1の特定周波数の信号を増幅及び発振させるための信号増幅回路と、高周波半導体部品に対して電源から供給されたDC電流をグランドに逃がす接地回路とが接続されており、これら信号増幅回路と接地回路の両方に第1の特定周波数帯域の信号を減衰させずに、第2の特定周波数帯域の信号を減衰させる選択的減衰手段が設けられている。 For this reason, in the present invention, the high-frequency semiconductor component includes a signal amplification circuit for amplifying and oscillating a signal of the first specific frequency in cooperation with the high-frequency semiconductor component, and a DC supplied from the power source to the high-frequency semiconductor component. A selection is made to attenuate the signal of the second specific frequency band without attenuating the signal of the first specific frequency band in both of the signal amplification circuit and the ground circuit, and a ground circuit that releases the current to the ground is connected. Dynamic damping means are provided.
したがって、本発明では、信号増幅回路に設けられた選択的減衰手段によって、信号増幅回路における信号増幅中に、高周波半導体部品の特性に起因して発振し易い第2の特定周波数帯域の不要な信号を減衰させることができるので、従来のように、出力通路にノイズカットフィルタを設ける必要がない。このため、第1の特定周波数の信号をノイズカットフィルタによって減衰させずに外部へ取り出すことができるため、所望の第1の特定周波数の出力信号の出力値が低くても高いS/N比を確保することが可能となる。よって、必要以上に消費電力を費やして所望の信号成分(第1の特定周波数の信号)を増幅することなく、ノイズ成分(第2の特定周波数帯域の信号)を効率的に低減することによって、高性能(高S/N比)なマイクロ波センサを得ることができる。 Therefore, in the present invention, an unnecessary signal in the second specific frequency band that easily oscillates due to the characteristics of the high-frequency semiconductor component during signal amplification in the signal amplification circuit by the selective attenuating means provided in the signal amplification circuit. Therefore, it is not necessary to provide a noise cut filter in the output path as in the prior art. For this reason, since the signal of the first specific frequency can be taken out without being attenuated by the noise cut filter, a high S / N ratio can be obtained even if the output value of the output signal of the desired first specific frequency is low. It can be secured. Therefore, by efficiently reducing the noise component (the signal of the second specific frequency band) without consuming more power than necessary and amplifying the desired signal component (the signal of the first specific frequency), A high-performance (high S / N ratio) microwave sensor can be obtained.
さらに、本発明では、信号増幅回路に設けた選択的減衰回路によって完全には除去し切れなかった不要な第2の特定周波数帯域の信号が、信号増幅回路と接地回路との間で共振し、これがノイズ成分として出力されてしまうおそれがあるという新たな課題を解決するために、共振元である信号増幅回路と接地回路の両方に選択的減衰手段を設けている。このように、本発明は、選択的減衰手段の配置位置を工夫することにより、高性能(高S/N比)なマイクロ波センサを得ることができる実用上優れた発明である。 Furthermore, in the present invention, an unnecessary second specific frequency band signal that could not be completely removed by the selective attenuation circuit provided in the signal amplifier circuit resonates between the signal amplifier circuit and the ground circuit, In order to solve the new problem that this may be output as a noise component, selective attenuation means is provided in both the signal amplification circuit and the ground circuit that are the resonance sources. As described above, the present invention is a practically excellent invention capable of obtaining a high-performance (high S / N ratio) microwave sensor by devising the arrangement position of the selective attenuation means.
また、本発明において好ましくは、選択的減衰手段は、第2の特定周波数帯域の信号を減衰するように構成された不要電波除去手段と、高周波半導体部品によって発生された信号のうち、第1の特定周波数の信号が不要電波除去手段へ流入することを阻止する流入阻止手段と、を備えている。
このように構成された本発明によれば、信号増幅器及び接地回路の両方において、不要な第2の特定周波数帯域の信号を不要電波除去手段によって減衰させることができる一方で、所望の第1の特定周波数帯域の信号は、不要電波除去手段に流入することが流入阻止手段によって阻止されるので、不要電波除去手段によって減衰させることなく、信号増幅器及び接地回路を介して効率的に増幅を行うことができる。これにより、高いS/N比を有するマイクロ波センサを得ることができる。
In the present invention, it is preferable that the selective attenuating means includes: an unnecessary radio wave removing means configured to attenuate a signal of the second specific frequency band; and a first of the signals generated by the high-frequency semiconductor component. Inflow blocking means for blocking a signal having a specific frequency from flowing into the unnecessary radio wave removing means.
According to the present invention configured as described above, in both the signal amplifier and the ground circuit, an unnecessary signal in the second specific frequency band can be attenuated by the unnecessary radio wave removing means, while the desired first frequency band can be attenuated. A signal in a specific frequency band is prevented from flowing into the unnecessary radio wave removing means by the inflow blocking means, so that it is efficiently amplified through the signal amplifier and the ground circuit without being attenuated by the unnecessary radio wave removing means. Can do. Thereby, a microwave sensor having a high S / N ratio can be obtained.
また、本発明において好ましくは、接地回路は、第1の特定周波数の信号に対する仮想接地回路を備え、接地回路が備える選択的減衰手段は、高周波半導体部品から仮想接地回路へ延びる伝送線路からから分岐するように設けられている。
このように構成された本発明によれば、第1の特定周波数の信号に対する仮想接地回路を設けたことにより、第1の特定周波数の信号を効率的に発振させることができる。このとき、仮想接地回路ではなく、直接接地回路とすると、第1の特定周波数の信号以外の他の周波数の信号(第2の特定周波数の信号を含む)に対しても接地することになる。また、直接接地回路とすると、他の周波数の信号が直接接地回路へ流れ、選択的減衰手段へ流れ難くなるので、第2の特定周波数の信号が選択的減衰手段で減衰されなくなってしまう。
Preferably, in the present invention, the ground circuit includes a virtual ground circuit for a signal of the first specific frequency, and the selective attenuation means included in the ground circuit branches from a transmission line extending from the high-frequency semiconductor component to the virtual ground circuit. It is provided to do.
According to the present invention configured as described above, by providing the virtual ground circuit for the signal having the first specific frequency, the signal having the first specific frequency can be efficiently oscillated. At this time, if a direct grounding circuit is used instead of the virtual grounding circuit, a signal with a frequency other than the signal with the first specific frequency (including the signal with the second specific frequency) is grounded. In addition, when the direct ground circuit is used, signals of other frequencies flow directly to the ground circuit and are difficult to flow to the selective attenuating means, so that the signal of the second specific frequency is not attenuated by the selective attenuating means.
本発明では、第1の特定周波数の信号に対する仮想接地回路を設ける共に、選択的減衰手段を仮想接地回路から分岐して設けるという簡易な構成により、第1の特定周波数の信号のみを接地して効率的に発振させることができると共に、第2の特定周波数の信号を選択的減衰手段へ誘導することが容易となるため、信号増幅回路と接地回路との間で起こる第2の特定周波数の信号の共振を効果的に抑制することができる。 In the present invention, a virtual ground circuit for a signal having the first specific frequency is provided, and a selective attenuating means is branched from the virtual ground circuit, so that only the signal having the first specific frequency is grounded. The second specific frequency signal generated between the signal amplification circuit and the ground circuit can be efficiently oscillated and the second specific frequency signal can be easily guided to the selective attenuation means. Can be effectively suppressed.
また、本発明において好ましくは、流入阻止手段は、第1の特定周波数の信号に適合されたスタブ回路を含み、不要電波除去手段は、スタブ回路に接続されており、第2の特定周波数の信号を減衰するための抵抗と、この抵抗へ第2の特定周波数の信号を誘導するための誘導回路と、を備えている。
このように構成された本発明によれば、流入阻止手段は、第1の特定周波数の信号に適合させたスタブ回路によって第1の特定周波数の信号の流入を抑制する通過防止フィルタとして機能し、不要電波除去手段は、誘導回路によって第2の特定周波数の信号を抵抗に引き込んで、抵抗により熱エネルギに変換して消費するように機能する。このように、流入阻止手段及び不要電波除去手段は、いずれも簡易な構成により第1の特定周波数の信号の流入を阻止し、第2の特定周波数の信号を減衰させることができる。
In the present invention, it is preferable that the inflow prevention unit includes a stub circuit adapted to the signal having the first specific frequency, and the unnecessary radio wave removing unit is connected to the stub circuit, and the signal having the second specific frequency is provided. And an induction circuit for inducing a signal having a second specific frequency to the resistance.
According to the present invention configured as described above, the inflow blocking means functions as a pass prevention filter that suppresses the inflow of the signal of the first specific frequency by the stub circuit adapted to the signal of the first specific frequency, The unnecessary radio wave removing means functions to draw a signal of the second specific frequency into the resistor by the induction circuit and convert it into thermal energy by the resistor and consume it. Thus, both the inflow prevention means and the unnecessary radio wave removal means can prevent the inflow of the signal of the first specific frequency and attenuate the signal of the second specific frequency with a simple configuration.
本発明によれば、第2の特定周波数の高周波発生用の半導体電子部品を用いて、第2の特定周波数とは異なる第1の特定周波数の電波を出力するマイクロ波センサにおいて、不要発射を抑制してS/N比を高めることができる。 According to the present invention, unnecessary emission is suppressed in a microwave sensor that outputs a radio wave of a first specific frequency different from the second specific frequency using a semiconductor electronic component for generating a high frequency of a second specific frequency. Thus, the S / N ratio can be increased.
次に、図1乃至図7を参照して、本発明の実施形態によるマイクロ波センサを説明する。本実施形態のマイクロ波センサは、好ましくは屋内用水回り機器用の対象物検知センサに適用されるものである。
図1に示すように、本実施形態のマイクロ波センサ1は、第1の特定周波数帯域である24GHz帯域(24.05〜24.25GHz)の周波数を有する送信信号を発生する発振器2と、発振器2からの送信波(送信信号)を電波として外部へ放射し、対象物(例えば、屋内用水回り機器の利用者)で反射した反射波(受信信号)を受信するアンテナ4と、送信信号及び受信信号を混合し、ドップラー信号を検出するミキサ回路6とを備えている。
Next, a microwave sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The microwave sensor of the present embodiment is preferably applied to an object detection sensor for indoor watering equipment.
As shown in FIG. 1, the
本実施形態では、発振器2,アンテナ4及びミキサ回路6は、電子回路基板上に一体に形成されている。また、これら発振器2,アンテナ4,ミキサ回路6は、基板上で金属箔等の伝送線路によって電気的に接続されている。
In the present embodiment, the
本実施形態のマイクロ波センサ1は、電波を用いて対象物の動きを検知するように構成されている。すなわち、アンテナ4から出力される送信波は、第1の特定周波数を有する電波であり、動いている対象物に当たって反射されると、対象物の動きに応じて周波数が変化する。周波数が変化した電波(すなわち、反射波)がアンテナ4で受信される。マイクロ波センサ1内では、周波数の異なる送信波と反射波とがミキサ回路6へ入力され、ミキサ回路6によって、対象物の移動情報を表す検知信号(差分信号)が出力される。マイクロ波センサ1は、この検知信号を外部へ出力する。
The
図2は、本実施形態の発振器2の回路図を示す。発振器2は、FET10と、高周波発振回路12とを備えている。高周波発振回路12は、選択的増幅減衰回路20と、不要電波除去回路30,40と、高周波接地回路50と、出力回路60等から構成されている。
FIG. 2 shows a circuit diagram of the
FET10は、高周波発生用の半導体チップ(半導体の積層構造からなるコア部品)と、外部端子と、半導体チップの電極(ゲート電極,ドレイン電極,ソース電極)と外部端子を接続するボンディングワイヤ,伝送線路等の内部配線と、これらを被覆する樹脂材とを有する高周波半導体部品又は電子部品パッケージである。本実施形態では、FET10は、図6に示すように、第2の特定周波数(10GHz)の周辺帯域である10GHz帯域(5〜15GHz)でゲインが高くなるように最適化されたものである。したがって、FET10は、本実施形態のマイクロ波センサ1が出力する第1の特定周波数(略24GHz)の周辺帯域である24GHz帯域(24.05〜24.25GHz)の電波の周波数では、ゲインが小さい。
The
このように、FET10は24GHz帯域でのゲインが低いので、FET10を用いて24GHz帯域用のマイクロ波センサを省電力設計により作製しても、24GHz帯域において少ない消費電力では大きな信号出力を得ることは難しい。一方、ノイズ成分(10GHz帯域)は、10GHz帯域でゲインが高いので、ノイズ成分が大きくなるおそれがある。
As described above, since the
図3に示すように、FET10は、入力Xを、周波数に応じたゲインAで増幅して出力Yを得ることができ、さらにこの増幅作用を帰還回路を用いて繰り返すことにより、所望の周波数の信号を発振させることができる。図2に示すように、FET10は、3つの外部端子(ゲートG、ドレインD、ソースS)を有している。ただし、ソースSは、第1ソース端子S1と第2ソース端子S2を有している。
なお、高周波半導体部品をトランジスタで構成してもよく、この場合は、ゲート,ドレイン,ソースを、それぞれベース,コレクタ,エミッタに読み替えることができる。
As shown in FIG. 3, the
The high-frequency semiconductor component may be composed of a transistor. In this case, the gate, drain, and source can be read as the base, collector, and emitter, respectively.
入力XはゲートGに入力され、出力YはドレインDから出力される。なお、FET10内には、通過回路が形成されており、この通過回路が帰還回路として機能する。通過回路は、ドレインD及びゲートG間のギャップが構成するコンデンサCである。また、通路回路は、ドレインD及びゲートG間に設けた外部通路であってもよい。
The input X is input to the gate G, and the output Y is output from the drain D. Note that a pass circuit is formed in the
FET10の増幅作用の概略は以下の通りである。まず、FET10に電源を供給することにより、様々な周波数信号を含んだ信号が発生し、これら信号がゲートGへ流れ、下流の回路(選択的増幅減衰回路20)へ伝送される。次に、後述するように、24GHz帯の信号はゲートGへ戻され、ゲートGへ入力する。ゲートGへ入力した信号は、FET10の増幅作用によって増幅され、出力段であるドレインDから出力される。そして、ドレインDから出力された信号の一部が帰還回路を介して、入力段であるゲートGへ戻る。このように、24GHz帯の信号は、増幅を繰り返すことにより所定の大きさまで増幅され、最終的に、出力段であるドレインDから出力回路60へ出力される。
The outline of the amplification action of the
入力部であるゲートGには選択的増幅減衰回路20が接続されている。出力部であるドレインDには、電源63(例えば、3VDC)及びアンテナ4への出力回路60が接続されている。ソースSには、不要電波除去回路40及び高周波接地回路50が接続されている。ソースSは、仮想接地回路である高周波接地回路50により、24GHz帯域の信号に対して実質的に接地されている。したがって、FET10は、電源63からドレインDを介して給電され、選択的増幅減衰回路20と共に24GHz帯域の信号をゲートGに繰り返し入力させることによって24GHz帯域の信号を増幅し、増幅した出力信号をドレインDから出力回路60へ出力するように構成されている。
A selective amplification /
選択的増幅減衰回路20は、反射回路22と、FET10に対して反射回路22の遠位側又は下流側で反射回路22に接続された不要電波除去回路24とを備えた、信号増幅回路又は発振周波数決定回路である。
反射回路22は、所定長さの矩形状のゲート伝送線路22aと、ゲート伝送線路22aの位置P1の側方に配置された誘電体共振器22bから構成されている(図4参照)。
誘電体共振器22bは、位置P1でゲート伝送線路22aと磁気的に結合しており、共振周波数(24GHz)近傍で電磁波の反射係数が大きくなるような共振回路を形成する。
The selective amplification /
The reflection circuit 22 includes a rectangular
The
図4に示すように、ゲート伝送線路22aは、FET10のゲートG(位置P0)に接続されており、ゲートGから誘電体共振器22b(位置P1)までの長さL1が、24GHzの信号波長λに対して略0.75λに設定されている。24GHzの信号波長λは、24GHzの信号が伝送線路を伝送する際の波長である。なお、長さL1は、λ/4の奇数倍の長さ(λ/4×(2n−1)。ただし、nは自然数(1,2,3・・・)。)であってよい。
As shown in FIG. 4, the
なお、位置P0をゲート伝送線路22aの基端部としてもよいが、長さL1をより厳密に設定するために、本実施形態では、位置P0は、内部配線によりFET10のゲートGへ接続される半導体チップのゲート電極の位置である。したがって、半導体チップのゲート電極からゲート伝送線路22aの基端部までの内部配線や伝送線路の線路長,線路抵抗を考慮したときに、半導体チップのゲート電極から位置P1までの導電経路の長さが実質的にλ/4の奇数倍の長さ(λは24GHzの信号波長)となるように、位置P1が設定されている。
The position P0 may be the base end portion of the
なお、誘電体共振器22bの代わりに、ゲート伝送線路22aの位置P1から側方へ枝分かれする反射スタブを設けてもよい。この反射スタブを先端が開放されたオープンスタブとする場合には、その長さを略λ/4の奇数倍の長さとすることができ、先端が短絡されたショートスタブとする場合には、その長さを略λ/2の自然数倍の長さとすることができる。
Instead of the
また、図4に示すように、ゲート伝送線路22aは、誘電体共振器22b(位置P1)から先端部22c(位置P2)までの長さL2が、24GHzの信号波長λに対して略0.25λに設定されている。なお、長さL2は、λ/4の奇数倍の長さ(λ/4×(2n−1)。ただし、nは自然数(1,2,3・・・)。)であってよい。
As shown in FIG. 4, the
このように反射回路22を構成することにより、24GHz帯域の信号がゲート伝送線路22aを位置P0から位置P1へ向けて下流側(不要電波除去回路24へ向かう方向)に伝送すると、24GHz帯域の信号の大部分は第1の反射手段である誘電体共振器22bによって同相全反射されFET10側へ戻される。
By configuring the reflection circuit 22 in this way, when a signal in the 24 GHz band is transmitted from the position P0 toward the position P1 downstream (in the direction toward the unnecessary radio wave removal circuit 24), the signal in the 24 GHz band is obtained. Is totally reflected in the same phase by the
一方、24GHz帯域の信号の一部は、誘電体共振器22bによって反射されずにゲート伝送線路22aを位置P1から位置P2へ向けて更に下流側に伝送される。すなわち、誘電体共振器22bによって24GHz帯域の信号を完全に反射することは難しいため、一部の信号が位置P1を通り抜ける。
On the other hand, a part of the signal in the 24 GHz band is transmitted further downstream from the position P1 to the position P2 through the
位置P1を通り抜けた24GHz帯域の信号は、少なくとも24GHz帯域の信号に対して開放されたゲート伝送線路22aの先端部22c(位置P2)で同相全反射されFET10側へ戻される。ゲート伝送線路22aの先端部22cは、本実施形態の第2の反射手段に相当する。
ゲート伝送線路22aの位置P1の部分は、誘電体共振器22bとゲート伝送線路22aが磁気結合しており、24GHz帯域の信号にとってショート状態になる。一方、ゲート伝送線路22aの先端部22cは開放端であるため、オープン状態である。
The signal in the 24 GHz band that has passed through the position P1 is totally reflected in the same phase at the
At the position P1 of the
そして、本実施形態では、ゲート伝送線路22aの開放端から誘電体共振器22bまでの伝送距離(長さL2)が、24GHz帯域の信号に対して、λ/4の奇数倍の長さに設定されている。これにより、開放端による24GHz帯域の反射波は、誘電体共振器22bの結合部分(位置P1)においてショート状態となり、誘電体共振器22bによる反射波と同位相になる。このため、24GHz帯域において、開放端による反射信号と誘電体共振器22bによる信号とは、打ち消しあうことなく互いに強めあう。
In this embodiment, the transmission distance (length L2) from the open end of the
これにより、本実施形態では、第1の反射手段(誘電体共振器22b)で反射し切れなかった所望の信号を、第2の反射手段(ゲート伝送線路22aの先端部22c)によって反射し、しかも、第1の反射手段による反射信号と第2の反射手段による反射信号とを互いに強めあうように位相を揃えて、FET10へ戻すことができる。このため、本実施形態では、24GHz帯域の信号を確実にFET10へ反射させて、増幅効率を向上させることができる。
Thereby, in the present embodiment, a desired signal that has not been reflected by the first reflecting means (
なお、本実施形態では、第2の反射手段としてのゲート伝送線路22aの先端部22cを開放端としているが、これに限らず、先端部22cを短絡させた端部とすると共に、長さL2をλ/2の自然数倍に設定してもよい。この場合、誘電体共振器を配置するか、接地することにより、ゲート伝送線路22aの先端部22cを短絡させることができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、2つの反射手段が設けられているが、これに限らず、3つ以上の反射手段を、反射波同士の位相が揃うように設けてもよい。例えば、ゲート伝送線路22aに対して複数の誘電体共振器を所定の間隔で配置してもよい。
In the present embodiment, two reflecting means are provided. However, the present invention is not limited to this, and three or more reflecting means may be provided so that the phases of the reflected waves are aligned. For example, a plurality of dielectric resonators may be arranged at a predetermined interval with respect to the
不要電波除去回路24は、反射回路22の下流側に設けられており、伝送線路24a,24bと、反射スタブ24cと、抵抗24dによって構成されている。
ゲートGから伝送される信号のうち、24GHz帯域の信号を確実にFET10へ戻すためには、反射回路22はゲートGに直結されていることが望ましい。このため、不要電波除去回路24は、反射回路22の後段(下流側)に設けることが望ましい。
The unnecessary radio
Of the signals transmitted from the gate G, it is desirable that the reflection circuit 22 be directly connected to the gate G in order to reliably return a signal in the 24 GHz band to the
上述のように、FET10が発生する信号には、様々な周波数の信号が含まれるので、ゲートGから誘電体共振器22bへ向けて伝送される信号には、10GHz帯域の信号も含まれている。10GHz帯域の信号がFET10へ戻されると、10GHz帯域の信号が大きなゲインで増幅されてしまうので、不要電波除去回路24は、主に10GHz帯域の信号を増幅される前に除去するための不要信号除去手段として機能するように構成されている。
また、不要電波除去回路24の伝送線路24a及び反射スタブ24cは、24GHz帯域の信号が不要電波除去回路24に流入することを阻止する流入阻止手段(通過防止フィルタ)として機能する。
As described above, since the signal generated by the
In addition, the
したがって、不要電波除去回路24は、不要信号除去手段及び流入阻止手段としての機能により、FET10によって発生された信号のうち、24GHz帯域の信号を減衰させずに、10GHz帯域の信号を減衰させるように構成された選択的減衰手段として機能する。
Therefore, the unnecessary radio
はじめに、流入阻止手段について説明する。
伝送線路24a及び先端部が開放された反射スタブ24cの直列回路が、流入阻止手段として機能する。この直列回路は、少なくとも誘電体共振器22bよりも下流側(ゲート伝送線路22aの位置P1と位置P2の間)で、ゲート伝送線路22aの側方の辺から直交するように延びている。好ましくは、この伝送線路24aは、ゲート伝送線路22aの先端部22c(位置P2)、又は、これに近い位置P5に接続される。位置P5は、位置P0から長さL5の位置である。
伝送線路24aの長さL3,反射スタブ24cの長さL4は、それぞれ24GHz帯域の信号に対して、λ/4の奇数倍の長さに設定されている。
First, the inflow prevention means will be described.
A series circuit of the
The length L3 of the
24GHz帯域の信号にとって、位置P4(反射スタブ24cの先端部)はオープン状態であるから、位置P3(反射スタブ24cの基端部)はショート状態、位置P5はオープン状態となる。
このように、伝送線路24a及び反射スタブ24cの直列回路とゲート伝送線路22aとの接続点はオープン点になるので、24GHz帯域の信号には、この接続点の先に不要電波除去回路24が繋がっていないように見える。このため、24GHz帯域の信号が、不要電波除去回路24に流入することが実質的に阻止される。
For a signal in the 24 GHz band, the position P4 (the tip of the
As described above, since the connection point between the serial circuit of the
また、ゲート伝送線路22aにおいて、24GHz帯域の信号の流れる方向は、ゲート伝送線路22aの長さ方向である。このため、本実施形態では、伝送線路24aをゲート伝送線路22aに対して、その長さ方向に直交するように接続することにより、24GHz帯域の信号が伝送線路24aへ流入し難くなるようにしている。
Further, in the
なお、本実施形態では、伝送線路24aとゲート伝送線路22aが直交するように接続されているが、これに限らず、ゲート伝送線路22aの先端部22cからその長さ方向に延びるように、伝送線路24aを接続してもよい。この場合も、ゲート伝送線路22aの先端部22cは、24GHz帯域の信号に対してはオープン面となる。
In the present embodiment, the
次に、不要信号除去手段について説明する。
伝送線路24b及び抵抗24dの直列回路は、一端が伝送線路24aと反射スタブ24cの接続部分、又は、反射スタブ24cの基端部分に接続され、他端が接地されている。本実施形態では、伝送線路24aから伝送線路24b,抵抗24dを経由してグランドに至る回路が、不要信号除去手段として機能する。
Next, unnecessary signal removing means will be described.
One end of the series circuit of the
10GHz帯域の信号は、グランドに流れ込ませるだけではグランド中に保持されてしまうので、熱へエネルギー変換して確実に消費することが望ましい。
このため、本実施形態では、主に10GHz帯域の不要な信号を効率的に抵抗24dに引き込むように誘導回路としての伝送線路24a,24bの直列回路が最適化されており、抵抗24dに引き込まれた10GHz帯域の不要な信号は抵抗24dによって熱に変換され除去される。
なお、本実施形態では、ゲート電位を形成するために設けられている抵抗24dを不要電波除去回路の一部として用いているため、装置の大型化を抑制することができる。
Since a signal in the 10 GHz band is held in the ground only by flowing into the ground, it is desirable to convert the energy into heat and reliably consume it.
For this reason, in this embodiment, the series circuit of the
In this embodiment, since the
本実施形態では、反射回路22から不要電波除去回路24に入力した10GHz帯域の信号がFET10へ戻ってこないように構成するため、反射回路22から不要電波除去回路24への接続点において、10GHz帯域における電圧定在波比(VSWR)を小さい値に設定している。具体的には、VSWRが1.4以下であると、10GHz帯域の信号を抵抗24dへ少ない反射で伝送することができる。
In the present embodiment, the 10 GHz band signal input from the reflection circuit 22 to the unnecessary radio
このため、誘導回路としての伝送線路24a,24bは、10GHz帯域において、抵抗24dと反射回路22の端面との間でインピーダンス整合を取るためのインピーダンス整合回路を構成している。具体的には、上述のように、VSWRが1.4以下となるように誘導回路を構成している。なお、この誘導回路は、抵抗24dの素子抵抗値やサイズに応じて適宜に設定される。上述のように伝送線路24aは、その長さL3(λ/4の奇数倍)が24GHz帯域の信号波長λによって決定されるので、伝送線路24bの長さL6は、伝送線路24aや反射スタブ24cの幅等を考慮して決定される。
For this reason, the
このように構成することにより、反射回路22から不要電波除去回路24に入力した10GHz帯域の信号は、ほとんどFET10へ反射されることなく、抵抗24dへ伝送され、熱として消費され除去される。しかも、本実施形態では、10GHz帯域の信号を増幅する前に不要電波除去回路24によって除去するので、従来のように、増幅後に、出力経路に配置したノイズカットフィルタによって不要な信号を除去する必要がない。このため、所望の24GHz帯域の信号をノイズカットフィルタによって減衰させてしまうことを防止することができる。
With this configuration, the 10 GHz band signal input from the reflection circuit 22 to the unnecessary radio
不要電波除去回路30は、上述の不要電波除去回路24と同様の構成を有している。
図2に示すように、不要電波除去回路30は、電源部を構成しており、FET10の出力部であるドレインDに接続された伝送線路31と、伝送線路31の先端部に接続された反射スタブ32と、伝送線路31の先端部(反射スタブ32の基端部)で矩形状の反射スタブ32と枝分かれする伝送線路33と、電源63へ接続された抵抗34とを備えている。
この不要電波除去回路30は、FET10から出力された24GHz帯域の信号を電源63側へ伝送しないようにすると共に、FET10から出力された10GHz帯域の不要信号を除去するものである。
The unnecessary radio
As shown in FIG. 2, the unnecessary radio
The unnecessary radio
伝送線路31は、FET10の半導体チップのドレイン電極から内部配線を経由して伝送線路31の先端部に至る導電経路の長さが、24GHzの信号波長λに対して略λ/4の奇数倍(λ/4×(2n−1)。ただし、nは自然数。)となるように長さが設定されている。
また、反射スタブ32は略λ/4の奇数倍の長さ(λ/4×(2n−1)。ただし、nは自然数。)に設定されている。
In the
The
反射スタブ32の端面は開放端であるため、先端部はオープン面となる。一方、反射スタブ32の基端部は、信号の位相がλ/4分(2π/4)だけずれるのでショート面となる。さらに、伝送線路31の基端部(詳しくは半導体チップのドレイン電極)は、反射スタブ32の基端部から信号の位相がλ/4分(2π/4)だけずれるのでオープン面となる。よって、伝送線路31及び反射スタブ32を設けることにより、24GHz帯域の信号にとっては、伝送線路31とFET10との接続面(詳しくは半導体チップのドレイン電極)がオープン面になるので、24GHz帯域の信号は、反射スタブ32へ向けて伝送されない。これにより、出力信号である24GHz帯域の信号が電源63側へ伝送され、減衰されてしまうことを抑制することができる。
Since the end surface of the
一方、10GHz帯域の信号は、伝送線路31から抵抗34へ向けて伝送し、一部が反射してFET10側へ戻ろうとする。しかしながら、本実施形態では、10GHz帯域の信号が抵抗34ですべて消費(除去)されるように、反射スタブ32の幅と、反射スタブ32の基端部に接続された伝送線路33の長さが設定されている。
On the other hand, a signal in the 10 GHz band is transmitted from the
すなわち、本実施形態では、半導体チップの内部配線,伝送線路31,反射スタブ32の基端部及び伝送線路33がインピーダンス整合回路(誘導回路)を構成している。なお、反射スタブ32の幅及び伝送線路33の長さは、抵抗34の素子抵抗値やサイズに応じて適宜に設定される。これにより、10GHz帯域の信号は、ほとんど反射されることなく、伝送線路31から反射スタブ32及び伝送線路33を介して、抵抗34へ伝送されるため、10GHz帯域の信号を抵抗34で除去することができる。
That is, in this embodiment, the internal wiring of the semiconductor chip, the
高周波接地回路50は、24GHz帯域の信号に対して、FET10のソースSを接地するためのものである。
本実施形態では、FET10は、ソースSとして第1ソース端子S1,第2ソース端子S2を有しており、これら第1ソース端子S1,第2ソース端子S2は、FET10の内部配線によって半導体チップの同一ソース電極に接続されている。
高周波接地回路50は、第1ソース端子S1に接続された伝送線路51aと反射スタブ52aの直列回路と、第2ソース端子S2に接続された伝送線路51bと反射スタブ52bの直列回路から構成されている。反射スタブ52a,52bは、先端部が開放されたオープンスタブである。
The high-
In the present embodiment, the
The high-
仮に、すべての周波数の信号についてソースSが接地されるように、高周波接地回路50が設計されると(例えば、ソースSを直接的に接地)、FET10は10GHz帯域の信号を発振し易くなり、高いS/N比の出力信号(24GHz帯域の信号)を得ることができなくなる。
If the high
したがって、高周波接地回路50は、不要な周波数帯域の信号を発振し難くするために、不要な周波数帯域の信号に対してはグランドとならず、且つ、必要な周波数帯域(24GHz帯域)の信号を発振し易くするために、必要な周波数帯域の信号に対してのみグランドとなるような接地構造となっている。
Therefore, the high
具体的には、図5に示すように、FET10の半導体チップのソース電極から内部配線,伝送線路51a及び反射スタブ52aを通って反射スタブ52aの先端部に至る長さL7、及び、半導体チップのソース電極から内部配線,伝送線路51b及び反射スタブ52bを通って反射スタブ52bの先端部に至る導電経路の長さL7が、それぞれ24GHzの信号波長λに対して略λ/4の奇数倍の長さ(λ/4×(2n−1)。ただし、nは自然数。)に設定されている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the length L7 from the source electrode of the semiconductor chip of the
24GHz帯域の信号にとって、反射スタブ52a,52bの先端部はオープン面であり、FET10の内部ソース電極は、反射スタブ52a,52bの先端部から信号の位相がλ/4分(2π/4)だけずれるのでショート面となる。よって、高周波接地回路50は、24GHz帯域の信号に対して仮想接地回路として機能する。
For signals in the 24 GHz band, the front ends of the reflection stubs 52a and 52b are open surfaces, and the internal source electrode of the
不要電波除去回路40は、上述の不要電波除去回路24及び不要電波除去回路30と同様の構成を有している。したがって、不要電波除去回路40も選択的減衰手段として機能する。
なお、本実施形態では、高周波接地回路50及び不要電波除去回路40が、電源63から供給されたDC電流をグランドに逃がすための接地回路を構成している。具体的には、第1ソース端子S1から、伝送線路51a,反射スタブ51aの基端部,伝送線路41,反射スタブ42の基端部,伝送線路43,抵抗44を経てグランドに至る導電経路が、FET10を駆動するために供給されるDC電流用の接地回路を構成している。
The unnecessary radio
In the present embodiment, the high-
不要電波除去回路40は、伝送線路51aの先端部又は反射スタブ52bの基端部に接続された伝送線路41,反射スタブ42,伝送線路43,抵抗44から構成されている。抵抗44は接地されている。不要電波除去回路40は、電源63に接続されずに接地されていることを除けば、不要電波除去回路30と同様である。
The unnecessary radio
すなわち、半導体チップのソース電極から内部配線,第1ソース端子S1,伝送線路51a,反射スタブ52bの基端部を経由して伝送線路41の先端部に至る導電経路の長さが、24GHzの信号波長λに対して略λ/4の奇数倍の長さになるように、伝送線路41の長さL8が設定されている。反射スタブ42は、24GHzの信号波長λに対して略λ/4の奇数倍の長さL9を有する。
That is, the length of the conductive path from the source electrode of the semiconductor chip to the distal end of the
また、半導体チップのソース電極から内部配線,第1ソース端子S1,伝送線路51a,反射スタブ52bの基端部,伝送線路41,反射スタブ42の基端部を経由して伝送線路43の先端部に至る導電経路(誘導回路)は、10GHz帯域において、FET10のソース電極と抵抗44との間でインピーダンス整合を取るためのインピーダンス整合回路を構成している。このため、伝送線路43は、伝送線路51a,41等を考慮して、長さL10が決定される。
Further, the leading end of the
この構成により、高周波接地回路50へDC電流と共に不要な10GHz帯域の信号が送られてきたときに、10GHz帯域の信号を誘導回路によって不要電波除去回路40へ引き込み、抵抗44により熱として消費し除去することができる。これにより、FET10のゲートGとソースSとの間で、特にノイズ成分になり易い10GHz帯域の信号が増幅及び発振されることを確実に抑制することができるので、高いS/N比の出力信号(24GHz帯域の信号)を得ることが可能となる。
With this configuration, when an unnecessary 10 GHz band signal is sent to the high
なお、本実施形態では、不要電波除去回路40は、FET10の第1ソース端子S1のみに接続されているが、これに限らず、第1ソース端子S1及び第2ソース端子S2の双方に別個の又は同一の不要電波除去回路40を接続してもよい。
In the present embodiment, the unnecessary radio
また、FET10のドレインDには、インピーダンス整合回路として機能する出力回路60が接続されている。出力回路60は、図1に示すように、アンテナ4及びミキサ回路6に接続される。
なお、出力回路60として、例えば、電源63によるDC電圧がアンテナ4等へ伝わることを遮断するために、DCカットフィルタ等を更に接続してもよい。
An
As the
次に、本実施形態のマイクロ波センサ1の作用について説明する。
上述のように電源63から給電されると、FET10は、様々な周波数信号を含んだ信号を発生し、これら信号がゲートGへ流れ、選択的増幅減衰回路20へ伝送される。ここで、10GHz帯域の信号と24GHz帯域の信号に注目すると、これらの信号は、FET10の出力部(ドレインD)から入力部(ゲートG)へ戻されると、選択的増幅減衰回路20を下流方向へ伝送する。
Next, the operation of the
When power is supplied from the
そして、24GHz帯域の信号は、第1の反射手段である誘電体共振器22bによって、ゲートGの方向へ反射される。
一方、10GHz帯域の信号は、誘電体共振器22bによって反射されることなく、誘電体共振器22bによって反射し切れなかった24GHz帯域の一部の信号と共に、ゲート伝送線路22aの先端部22cへ向けて伝送する。
The signal in the 24 GHz band is reflected in the direction of the gate G by the
On the other hand, the signal in the 10 GHz band is not reflected by the
誘電体共振器22bよりも下流側に伝送した24GHz帯域の信号は、第2の反射手段であるゲート伝送線路22aの先端部22cで反射され、ゲートGの方向へ反射される(矢印C参照)。これにより、誘電体共振器22bで反射し切れなかった24GHz帯域の信号をゲートGへ戻すことができるので、24GHz帯域の信号の増幅及び発振をより効率的に行って、24GHz帯域の信号の信号強度を高めることができる。
The signal in the 24 GHz band transmitted downstream from the
一方、10GHz帯域の信号は、ゲート伝送線路22aから、ゲート伝送線路22aに対してインピーダンス整合された不要電波除去回路24へ誘導され、不要電波除去回路24によって熱として消費され除去される。また、24GHz帯域の信号を除いた他の周波数の信号も不要電波除去回路24に流入して除去される。すなわち、24GHz帯以外の信号(特に10GHz帯域の信号)は、24GHz帯域の信号の増幅及び発振中において、増幅されることなく、減衰される。
On the other hand, the signal in the 10 GHz band is guided from the
このとき、24GHz帯域の信号は、伝送線路24a及び反射スタブ24cからなる流入阻止手段によって不要電波除去回路24への流入が阻止されるので、24GHz帯域の信号は除去されずに第2の反射手段によってゲートGの方向へ戻される。さらに、本実施形態では、不要電波除去回路24がゲート伝送線路22aの信号の流れ方向に対して直交する向きでゲート伝送線路22aに接続されていることによっても、24GHz帯域の信号が不要電波除去回路24へ流入し難くなっている。
At this time, the signal in the 24 GHz band is blocked from flowing into the unnecessary radio
ゲートGへ戻された24GHz帯域の信号は、FET10によって増幅され、ドレインDから出力されるが、出力された信号の一部が帰還回路を通ってゲートGへ戻され、再び選択的増幅減衰回路20へ伝送される。これにより、24GHz帯域の信号は、反射回路22とFET10とが協働することによって増幅が繰り返され、発振する。所定値まで増幅された24GHz帯域の信号が、FET10の出力部であるドレインDから出力回路を通って、アンテナ4及びミキサ回路6へ伝送される。
The signal in the 24 GHz band returned to the gate G is amplified by the
このように、本実施形態のマイクロ波センサ1では、FET10の特性上、ゲインが高い不要な周波数帯域の信号(本例では、10GHz帯域の信号)を、増幅した後にノイズカットフィルタによって除去するのではなく、FET10による増幅段階で、24GHz帯域の信号を増幅しつつ、10GHz帯域の信号を増幅させることなく除去している。この構成によって、本実施形態では、省電力で生成した24GHz帯域の信号を、ノイズカットフィルタによって減衰させることなく外部へ出力することが可能である。
Thus, in the
また、本実施形態では、24GHz帯域に適した高周波接地回路50がソースSに設けられているため、24GHz帯域の信号に対して、FET10内の半導体チップのソース電極をショート状態に維持することができる。これにより、FET10は、24GHz帯域の信号を効率的に発振することができる。
一方、24GHz帯域以外の他の周波数帯域の信号(特に10GHz帯域の信号)に対しては、FET10内の半導体チップのソース電極がショート状態とならないので、FET10は、他の不要な周波数帯域の信号を増幅し難くなる。
In this embodiment, since the high
On the other hand, for a signal in a frequency band other than the 24 GHz band (especially a signal in the 10 GHz band), the source electrode of the semiconductor chip in the
また、本実施形態では、高周波接地回路50には、不要電波除去回路40が取り付けられているため、24GHz帯以外の不要信号(特に10GHz帯域の信号)を不要電波除去回路40に引き込んで減衰させることができる。このとき、不要電波除去回路40は、24GHz帯域の信号を流入させないように構成されているので、不要電波除去回路40で24GHz帯域の信号は除去されることがない。
In the present embodiment, since the unnecessary radio
このように、本実施形態では、信号増幅回路である選択的増幅減衰回路20と、DC電流に対する接地回路を構成する不要電波除去回路40の両方に、24GHz帯域の信号を減衰させることなく、主に10GHz帯域の信号を減衰させる選択的減衰手段を設けているので、FET10のゲートGとソースSとの間でノイズ信号が共振することを効果的に抑制することができる。
Thus, in the present embodiment, both the selective
また、上記実施形態では、不要電波除去回路24,40が、不要信号除去手段と流入阻止手段としての2つの機能を有しているが、これに限らず、不要信号除去手段の機能のみを有するように構成してもよい。
この場合、不要電波除去回路24は、伝送線路22aとグランドとの間に接続された伝送線路と抵抗24dの直列回路で構成することができる。この直列回路において、伝送線路22aと抵抗24dとの間の伝送線路は、10GHz帯域の信号をこの伝送線路を介して抵抗24dへ引き込み易くするように、10GHz帯域の信号に対してインピーダンス整合が取られる。また、不要電波除去回路40は、伝送線路51aの先端部又は反射スタブ52aの基端部を経由する、第1ソース端子S1とグランドとの間の伝送線路と抵抗44の直列回路で構成することができる。この直列回路において、ソース電極と抵抗44との間の内部配線及び伝送線路は、10GHz帯域の信号を内部配線及び伝送線路を介して抵抗44に引き込み易くするように、10GHz帯域の信号に対してインピーダンス整合が取られる。
In the above embodiment, the unnecessary radio
In this case, the unnecessary radio
本実施形態のマイクロ波センサ1は、屋内用水回り機器用の対象物検知センサに適用することができる。屋内用水回り機器は、例えば、自動水洗器や、トイレの便座機構等であり、マイクロ波センサ1は、使用者の使用を判定するために利用することができる。本実施形態のマイクロ波センサ1は、24GHzの出力電波の強度が微弱であるので、対象物までの判定距離が短い屋内用水回り機器で好適に用いることができる。
The
1 マイクロ波センサ
2 発振器
4 アンテナ
6 ミキサ回路
10 FET(高周波半導体部品)
12 高周波発振回路
20 選択的増幅減衰回路(信号増幅回路)
22 反射回路
24 不要電波除去回路
30 高周波接地回路
40 不要電波除去回路
50 高周波接地回路(仮想接地回路)
60 出力回路
63 電源
DESCRIPTION OF
12 High-
22
60
Claims (4)
第1の特定周波数とは異なる第2の特定周波数の信号を増幅するのに適して構成された高周波半導体部品と、
前記高周波半導体部品に接続され、この高周波半導体部品と共に前記第1の特定周波数の信号を増幅するように構成された信号増幅回路と、
前記高周波半導体部品に接続され、この高周波半導体部品に供給される電流をグランドに逃がす接地回路と、を備え、
前記信号増幅回路及び前記接地回路の各々は、前記高周波半導体部品によって発生された信号のうち、前記第1の特定周波数帯域の信号を減衰させずに、前記第2の特定周波数帯域の信号を減衰させるように構成された選択的減衰手段を備えていることを特徴とするマイクロ波センサ。 A microwave sensor configured to output radio waves of a first specific frequency to the outside,
A high-frequency semiconductor component configured to amplify a signal having a second specific frequency different from the first specific frequency;
A signal amplifying circuit connected to the high-frequency semiconductor component and configured to amplify the signal of the first specific frequency together with the high-frequency semiconductor component;
A ground circuit that is connected to the high-frequency semiconductor component and releases the current supplied to the high-frequency semiconductor component to the ground,
Each of the signal amplification circuit and the ground circuit attenuates the signal of the second specific frequency band without attenuating the signal of the first specific frequency band among the signals generated by the high frequency semiconductor component. A microwave sensor, comprising: a selective attenuating means configured to cause
前記第2の特定周波数帯域の信号を減衰するように構成された不要電波除去手段と、
前記高周波半導体部品によって発生された信号のうち、前記第1の特定周波数の信号が前記不要電波除去手段へ流入することを阻止する流入阻止手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ波センサ。 The selective attenuation means includes
Unnecessary radio wave removing means configured to attenuate the signal of the second specific frequency band;
Among the signals generated by the high-frequency semiconductor component, inflow prevention means for preventing the signal of the first specific frequency from flowing into the unnecessary radio wave removing means,
The microwave sensor according to claim 1, further comprising:
前記接地回路が備える前記選択的減衰手段は、前記高周波半導体部品から前記仮想接地回路へ延びる伝送線路から分岐するように設けられていることを特徴とする請求項2に記載のマイクロ波センサ。 The ground circuit includes a virtual ground circuit for the signal of the first specific frequency,
3. The microwave sensor according to claim 2, wherein the selective attenuation means provided in the ground circuit is provided so as to branch from a transmission line extending from the high-frequency semiconductor component to the virtual ground circuit.
前記不要電波除去手段は、前記スタブ回路に接続されており、前記第2の特定周波数の信号を減衰するための抵抗と、この抵抗へ前記第2の特定周波数の信号を誘導するための誘導回路と、を備えたことを特徴とする請求項3に記載のマイクロ波センサ。 The inflow blocking means includes a stub circuit adapted to the signal of the first specific frequency;
The unnecessary radio wave removing means is connected to the stub circuit, a resistor for attenuating the signal of the second specific frequency, and an induction circuit for inducing the signal of the second specific frequency to the resistor The microwave sensor according to claim 3, further comprising:
Priority Applications (1)
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JP5935937B1 (en) * | 2015-11-02 | 2016-06-15 | 株式会社eNFC | Transmission apparatus, transmission method, and transmission system |
-
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- 2012-03-29 JP JP2012077388A patent/JP2013205361A/en active Pending
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