專利名稱：無線振蕩裝置以及雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線振蕩裝置以及雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
在高級(jí)道路通信系統(tǒng)(ITS)中，以車載雷達(dá)為首，利用電波的雷達(dá)系統(tǒng)的需要不斷增大。近年來，使用76GHz頻帶的雷達(dá)裝置的開發(fā)取得了進(jìn)展，并開始了部分實(shí)用化。
現(xiàn)在，車載雷達(dá)被設(shè)置在車體的前面，進(jìn)行前方檢測(cè)，作為碰撞防止傳感器，可以測(cè)定前方車輛的方位、距離、相對(duì)速度。今后，對(duì)于確保安全車間距離、控制車速的汽車巡航控制(ACC)等的需要增大，所以不僅需要前方檢測(cè)，而且從檢測(cè)超越車輛或人等障礙物、進(jìn)行車道控制所需要出發(fā)需要進(jìn)行側(cè)方檢測(cè)，而為了停車時(shí)的輔助或防止碰撞等還需要進(jìn)行后方檢測(cè)，故此在車體上安裝多個(gè)雷達(dá)的需要增大。
現(xiàn)有的毫米波雷達(dá)，如圖1所示，由FM調(diào)制器、局部振蕩器、功率放大器、倍頻器、電氣分配器、發(fā)送天線、接收天線、混頻器構(gòu)成。對(duì)所述RF部分進(jìn)行了MMIC化，但存在成本高、難普及的問題。今后，如上所述存在想裝備多個(gè)雷達(dá)裝置的需求，但是如上所述，由于RF部分的成本高，因此實(shí)際上實(shí)現(xiàn)起來非常困難。
而且，在振蕩器和電氣分配器間、發(fā)送天線和混頻器間，由于損耗的問題，需要盡量地縮短傳輸距離。因此，由于將振蕩器設(shè)置在天線的附近，要求振蕩器在惡劣環(huán)境下有高耐久性。另一方面，為了作為雷達(dá)裝置工作，強(qiáng)烈希望頻率穩(wěn)定度、低強(qiáng)度噪音和低相位噪音，且需要滿足上述兩方面的要求特性。因此振蕩器的成本升高。
在專利文獻(xiàn)1中，公開了利用了由鎖模激光器產(chǎn)生的副載波光源的雷達(dá)裝置。根據(jù)該裝置，可以通過光纖和光分波器將出射光分為多路，可以共用1臺(tái)振蕩器，而且可以大幅度削減RF部分所需的部件數(shù)，因此可以降低成本。而且，由于可以自由地選擇振蕩器的設(shè)置位置，緩和了對(duì)振蕩器的性能要求，可以進(jìn)一步降低成本。
專利文獻(xiàn)1特開2002-162465號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容在使用了鎖模激光器等的副載波光源的雷達(dá)裝置中，振蕩頻譜在任意的縱模間隔中多次出現(xiàn)。因此，在希望的拍頻以外產(chǎn)生了多個(gè)無線信號(hào)。因此，由于多個(gè)無線信號(hào)從物體反射，需要在接收側(cè)設(shè)有頻率濾波器，且由于對(duì)濾波器的通過帶寬有嚴(yán)格的要求技術(shù)規(guī)格，所以必須去除大量不需要的無線信號(hào)。
另外，為了使用鎖模激光器產(chǎn)生76GHz頻帶的無線信號(hào)，需要76GHz頻帶的振蕩器。這種振蕩器，由于上述兩個(gè)理由，成本升高。
因此，本申請(qǐng)人在專利文獻(xiàn)2中公開了一種無線振蕩裝置，其具有振蕩用光調(diào)制器；用于調(diào)制通過該光調(diào)制器的光載波，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自光調(diào)制器的出射光，轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)，發(fā)射無線信號(hào)的無線信號(hào)發(fā)射單元。
專利文獻(xiàn)2PCT/JP2005/013201但是，在專利文獻(xiàn)2中，未考慮到用受光器接收從光調(diào)制器出射的光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)后的電氣信號(hào)的強(qiáng)度和光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的關(guān)系。因此，為了不使用光濾波器地、處理從受光器輸出的電氣信號(hào)并除去不需要的信號(hào)，可能需要高精度的電氣濾波器。
本發(fā)明的課題是，在雷達(dá)裝置用的無線振蕩裝置中，沒必要具有通過頻帶的要求技術(shù)規(guī)格較高的接收側(cè)濾波器，也沒必要高性能且高耐久性的振蕩裝置或放大器，由此，提供實(shí)用性高的雷達(dá)裝置用無線振蕩裝置。
第一方式的發(fā)明，是用于使無線信號(hào)振蕩的無線振蕩裝置，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，并在相對(duì)于光載波移動(dòng)了頻率fm的位置使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)，發(fā)射頻率2fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p大于等于光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的1.0倍，小于等于其1.99倍。
在第一方式的發(fā)明中，理想的是，受光器的頻帶高于2fm，低于4fm。在此所說的頻帶，定義為功率下降3dB的頻率以及該頻率區(qū)域。
第二方式的發(fā)明，是用于使無線信號(hào)振蕩的無線振蕩裝置，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于所述光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)，發(fā)射頻率3fm的無線信號(hào)的發(fā)生單元；所述光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p大于等于所述光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的2.2倍，小于等于其2.7倍。
在第二方式的發(fā)明中理想的是，受光器的頻帶高于3fm，低于5fm。
第三方式的發(fā)明，是用于使無線信號(hào)振蕩的無線振蕩裝置，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自光調(diào)制器的出射光，轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率4fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p大于等于光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的2.9倍，小于等于其3.6倍。
在第三方式的發(fā)明中理想的是，受光器的頻帶高于4fm，低于6fm。
第四方式的發(fā)明，是用于使無線信號(hào)振蕩的無線振蕩裝置，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自光調(diào)制器的出射光，轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率5fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p大于等于光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的3.7倍，小于等于其4.7倍。
在第四方式的發(fā)明中理想的是，受光器的頻帶高于5fm，低于7fm。
另外，在第四方式的發(fā)明中理想的是，在振蕩用受光器的下游，具有頻帶高于3fm的高通濾波器。
第五方式的發(fā)明，是用于使無線信號(hào)振蕩的無線振蕩裝置，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自光調(diào)制器的出射光，轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率6fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p大于等于光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的4.5倍，小于等于其5.2倍。
在第五方式的發(fā)明中理想的是，受光器的頻帶高于6fm，低于8fm。
另外，在第五方式的發(fā)明中理想的是，在振蕩用受光器的下游，具有頻帶高于4fm的高通濾波器。
另外，本發(fā)明，是具有所述無線振蕩裝置的雷達(dá)裝置，其特征在于，具有用于接收從物體反射的信號(hào)的接收單元，根據(jù)該接收信號(hào)和無線信號(hào)，得到關(guān)于物體的信息。
本發(fā)明者發(fā)明了，不使用鎖模激光器等副載波光源、使用光強(qiáng)度調(diào)制器或光相位調(diào)制器等光調(diào)制器的雷達(dá)裝置。關(guān)于其原理，參照?qǐng)D2的模式圖進(jìn)行論述。
圖2所示的無線振蕩裝置具備光源1、光調(diào)制器2、調(diào)制用電源6、受光器7以及無線信號(hào)發(fā)射單元8。光調(diào)制器2具備光波導(dǎo)路徑基板3、在基板3上形成的規(guī)定圖形的光波導(dǎo)路徑5以及對(duì)光波導(dǎo)路徑5中傳輸?shù)墓膺M(jìn)行調(diào)制的電極4。
在此，在本發(fā)明中，將光調(diào)制器作為倍頻器使用。例如，如圖3示意所表示的，在使偏置電壓在光輸出的最大峰值位置(以下稱為ON偏置)，或者在光輸出為零的位置(以下稱為OFF偏置)工作的情況下，將其作為頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入振蕩用光調(diào)制器。此時(shí)，調(diào)制信號(hào)的振幅成為光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的2倍。這樣，使頻率2fm的邊頻帶重疊在出射光上。通過用對(duì)于載波的頻率fo沒有靈敏度的受光器接收該出射光，可以得到頻率2fm的電氣信號(hào)，通過將其輸入到發(fā)射無線信號(hào)的發(fā)射單元，例如發(fā)送用天線，可以產(chǎn)生頻率2fm的無線信號(hào)。
而且，如圖4所示，使偏置電壓在光輸出為1/2的位置(Vbπ/2)工作時(shí)，而當(dāng)在振蕩用光調(diào)制器中為頻率fm的調(diào)制信號(hào)，使調(diào)制信號(hào)的振幅成為光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電壓Vπ的k倍時(shí)，可以在出射光中產(chǎn)生頻率k×fm(k為奇數(shù))的無線信號(hào)。此外，在圖4中表示了k＝3的情況，但是k為5以上的奇數(shù)的情況也相同。
使這些載波和出射光，如圖2所示，如箭頭B那樣入射到受光器7。由于通常的受光器7的靈敏度無法跟蹤載波的頻率fo，所以由受光器7得到的電氣信號(hào)的頻率僅成為k·fm。通過將該電氣信號(hào)輸入無線信號(hào)發(fā)射裝置8，例如，可以產(chǎn)生頻率k·fm的毫米波無線信號(hào)C。
在這種情況下，和鎖模激光器的副載波光源不同，不產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于大量縱模的光信號(hào)，所以能夠高效率地產(chǎn)生無線信號(hào)。
因此，可以將在專利文獻(xiàn)1中必要的、應(yīng)該設(shè)置在接收器的后段的濾波器，變更為通過帶寬特性不嚴(yán)格的低成本的濾波器。而且，可以高效率地產(chǎn)生無線信號(hào)產(chǎn)生所需的邊頻帶，與副載波光源相比，可以產(chǎn)生大輸出的無線信號(hào)，即使在分支多次的情況下，也不需要高性能的光放大器或功率放大器。由此，本發(fā)明的成本降低效果顯著。
而且，在本發(fā)明中，以光調(diào)制器對(duì)2、3、4、5、6倍的各倍頻波進(jìn)行調(diào)制，而且，對(duì)于用受光器對(duì)調(diào)制光進(jìn)行了光電轉(zhuǎn)換后的強(qiáng)度進(jìn)行研究，使各個(gè)光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電壓Vp-p成為上述的各范圍，由此，發(fā)現(xiàn)了可以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于目的倍頻波的電氣信號(hào)，同時(shí)可以減小除此以外的無用波的強(qiáng)度。由此發(fā)現(xiàn)，即使沒有光濾波器、沒有高精度的電氣濾波器，也易于去除無用波，可以產(chǎn)生目的倍頻波，實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明。


圖1是表示現(xiàn)有方法的雷達(dá)裝置的構(gòu)成例的框圖。
圖2是與本發(fā)明的一例有關(guān)的無線振蕩裝置的框圖。
圖3是說明將光調(diào)制器作為倍頻器使用的情況下的特性的模式圖。
圖4是說明將光調(diào)制器作為倍頻器使用的另一例的特性的模式圖。
圖5是以模式圖方式表示n次邊頻帶的頻譜分布的圖。
圖6是調(diào)制器的偏置電壓和光輸出的關(guān)系的說明圖。
圖7是調(diào)制器的偏置電壓和光電流功率的關(guān)系的說明圖。
圖8是表示2倍波產(chǎn)生時(shí)的倍頻波的微波功率和抑制比率的曲線圖。
圖9是表示3倍波產(chǎn)生時(shí)的倍頻波的微波功率和抑制比率的曲線圖。
圖10是表示4倍波產(chǎn)生時(shí)的倍頻波的微波功率和抑制比率的曲線圖。
圖11是表示5倍波產(chǎn)生時(shí)的倍頻波的微波功率和抑制比率的曲線圖。
圖12是表示6倍波產(chǎn)生時(shí)的倍頻波的微波功率和抑制比率的曲線圖。
圖13是表示使出射光B向多個(gè)無線振蕩單元分支的實(shí)施方式的模式圖。
圖14是表示在車輛上安裝有多個(gè)無線振蕩裝置的例子的模式圖。
圖15是示意性地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的雷達(dá)裝置的框圖。
圖16是示意性地表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的雷達(dá)裝置的框圖。
圖17是示意性地表示本發(fā)明的另一實(shí)施方式的雷達(dá)裝置的框圖，設(shè)有多個(gè)雷達(dá)部21A、21B、21C、21D。
圖18是示意性地表示本發(fā)明的另一實(shí)施方式的雷達(dá)裝置的框圖。
圖19是示意性地表示本發(fā)明的另一實(shí)施方式的雷達(dá)裝置的框圖，設(shè)有多個(gè)雷達(dá)部25A、25B、25C、25D。
圖20是表示光調(diào)制器2的一例的模式圖。
具體實(shí)施例方式
最初，對(duì)于由光調(diào)制器振蕩的光電場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行論述。它是將由光調(diào)制器振蕩的光輸入受光器前的階段的光強(qiáng)度。
具體地，在以調(diào)制頻率fm、電壓Vp-p、偏置電壓Vb來驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度調(diào)制器的情況下，光電場(chǎng)強(qiáng)度Eopt以下式表示，并產(chǎn)生邊頻帶。在此，各符號(hào)如下。
數(shù)學(xué)式1Eopt=pocos(πV2Vπ)exp(jωot)=po·y·exp(jωot)]]>V＝Vb+Vmcosωmt在此，Vb表示偏置電壓、Vm表示驅(qū)動(dòng)電壓的振幅(Vp-p＝2Vm)、ωm表示各頻率。y可以用貝塞耳(Bessel)函數(shù)如下表示。
數(shù)學(xué)式2


在此，A、B如下表示。
數(shù)學(xué)式3A=π2·VbVπ]]>B=π2·VmVπ·cosωmt=b·cosωmt]]>若整理該光強(qiáng)度的結(jié)果，則如表1、圖6那樣。
表1


k為整數(shù)這樣，在ON偏置情況下產(chǎn)生偶數(shù)次邊頻帶，在OFF偏置情況下產(chǎn)生奇數(shù)次邊頻帶。并且，對(duì)應(yīng)于這些邊頻帶，分別產(chǎn)生倍頻波。
在圖5中，示意性地表示從光調(diào)制器出射的光中的各邊頻帶的頻譜分布。當(dāng)使偏置電壓在光輸出的最大峰值位置工作時(shí)(VbON狀態(tài))，僅產(chǎn)生偶數(shù)次(n為偶數(shù))的邊頻帶成分。反之，當(dāng)使偏置電壓在光輸出為零的位置工作時(shí)(VbOFF狀態(tài))，僅產(chǎn)生奇數(shù)次(n為奇數(shù))的邊頻帶。這些各高次(n次)邊頻帶成分根據(jù)輸入電壓Vp-p變化，分別在某驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)到最大值。因此，可以選擇增大希望的高次(n次)成分、減小其它n次成分的驅(qū)動(dòng)電壓，將希望的n次成分作為差拍信號(hào)輸出。通過對(duì)其進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，可以產(chǎn)生相當(dāng)于2×n×fm的無線頻率。
然而，當(dāng)本發(fā)明者進(jìn)一步深入研究時(shí)，判明了將從光調(diào)制器出射的光輸入受光器，對(duì)于用受光器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而得到的電氣信號(hào)，與此不同的原理工作。即，發(fā)現(xiàn)了可以產(chǎn)生希望的倍頻波的電氣信號(hào)、降低無用波的光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p和在光強(qiáng)度的情況下不同。對(duì)于這幾點(diǎn)進(jìn)行具體的論述。
即，如專利文獻(xiàn)2中所記載，各倍頻波中的光調(diào)制器的Vp-p/Vπ的合適的區(qū)域如下。
(2倍波)1次邊頻帶的光強(qiáng)度在輸入電壓為(2.3Vπ)Vp-p時(shí)達(dá)到最大值，3次邊頻帶的抑制比大于等于15dB。
(4倍波)2次邊頻帶的光強(qiáng)度在輸入電壓為(3.9Vπ)Vp-p時(shí)達(dá)到最大值，但是，輸入電壓在(3.1Vπ)Vp-p附近時(shí)，0次邊頻帶對(duì)于2次邊頻帶的抑制比大于等于30dB，4次邊頻帶對(duì)于2次邊頻帶的抑制比大于等于15dB，光輸出可得到2次兩邊頻帶的光差拍信號(hào)(4×fm)。
(6倍波)輸入電壓在(4.8Vπ)Vp-p附近時(shí)，5次邊頻帶對(duì)于1次邊頻帶的抑制比大于等于30dB，1次邊頻帶對(duì)于3次邊頻帶的抑制比為11dB。在這種情況下，為了進(jìn)一步提高5次邊頻帶的抑制比，可以使用在強(qiáng)度調(diào)制器的輸出側(cè)僅去除5次邊頻帶成分的光濾波器。通過該光濾波器，可以使抑制比大于等于20dB，光濾波器的輸出可得到3次兩邊頻帶的光差拍信號(hào)(6×fm)。
接著，對(duì)從接收了該調(diào)制光的受光器輸出的電氣信號(hào)進(jìn)行論述。
該電氣信號(hào)(photocurrent光電流)I(photo)如下表示。
數(shù)學(xué)式4Iphoto=Iocos2(πV2Vπ)=Ioy2]]>V＝Vb+VmcosωmtVb表示偏置電壓、Vm表示驅(qū)動(dòng)電壓的振幅(Vp-p＝2Vm)、ωm表示各頻率。
另外，y2為貝塞耳函數(shù)，可以如下表示。另外，a、b可以如下表示。
數(shù)學(xué)式5


數(shù)學(xué)式6a＝πVb/Vπb＝πVm/Vπ若整理該結(jié)果，則成為表2和圖7所示那樣。
表2


由上得知，在偏置電壓Vb處于ON偏置或OFF偏置的情況下，僅產(chǎn)生所輸入的調(diào)制頻率的偶數(shù)倍波(圖6)。另外還得知，在偏置電壓Vb處于Vπ/2(光量中間點(diǎn))的情況下，僅產(chǎn)生輸入頻率的奇數(shù)倍波(圖7)。特別地，無論偏置電壓是ON偏置還是OFF偏置，都可以產(chǎn)生偶數(shù)倍波，這一點(diǎn)和專利文獻(xiàn)2大不相同。
在此，關(guān)于在受光器中光電轉(zhuǎn)換后的光電流的微波功率，表示對(duì)各倍波進(jìn)行研究所得到的結(jié)果。
圖8是表示2倍波的微波功率和輸入電壓/半波長電壓值(Vp-p/Vπ)之間的關(guān)系的曲線圖。2倍波的微波功率，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為1.97時(shí)達(dá)到最大。特別地，得知當(dāng)(Vp-p/Vπ)大于等于1.0，小于等于1.99時(shí)，4倍波由于抑制比率，僅在約-10dB以下存在，可以得到利用。另外，從提高2倍波的輸出的觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是使(Vp-p/Vπ)大于等于1.7，更為理想的是使其大于等于1.9。另外，進(jìn)一步更為理想的是使(Vp-p/Vπ)小于等于1.98。
另外，僅4倍波具有接近2倍波的微波功率，其功率比率也小于等于-10dB。因此，通過使受光器的頻帶高于2fm、低于4fm，通過在受光器的階段去除4fm(4倍波)，可以高效率地得到2倍波。
圖9是表示3倍波的微波功率和輸入電壓/半波長電壓值(Vp-p/Vπ)之間的關(guān)系的曲線圖。3倍波的微波功率，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為2.67時(shí)達(dá)到最大。另外，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為2.42時(shí)，3倍波的微波功率接近最大，另外，作為低頻率成分的fm信號(hào)的抑制比小于等于-30dB。特別地，當(dāng)(Vp-p/Vπ)大于等于2.2，小于等于2.7時(shí)，微波功率接近最大，5倍波也沒有那么大。從此觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是使(Vp-p/Vπ)大于等于2.3，更為理想的是使其大于等于2.4。另外，進(jìn)一步理想的是使(Vp-p/Vπ)小于等于2.67，更理想的是使其小于等于2.6。
另外，通過使受光器的頻帶高于3fm、低于5fm，在受光器的階段去除5fm(5倍波)，由此可以高效率地得到3倍波。
圖10是表示4倍波的微波功率和輸入電壓/半波長電壓值(Vp-p/Vπ)之間的關(guān)系的曲線圖。4倍波的微波功率，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為3.27時(shí)達(dá)到最大。另外，(Vp-p/Vπ)為3.25時(shí)，4倍波的微波功率接近最大，另外，作為低頻率成分的2fm信號(hào)的抑制比變?yōu)樾∮诘扔?30dB。特別地，當(dāng)(Vp-p/Vπ)大于等于2.9、小于等于3.6時(shí)，微波功率接近最大，無用波功率也沒有那么大。從此觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是使(Vp-p/Vπ)大于等于3，更為理想的是大于等于3.1。另外，進(jìn)一步理想的是使(Vp-p/Vπ)小于等于3.5，更理想的是小于等于3.4。
另外，通過使受光器的頻帶高于4fm、低于6fm，在受光器的階段去除4fm(4倍波)，由此可以高效率地得到4倍波。
圖11是表示5倍波的微波功率和輸入電壓/半波長電壓值(Vp-p/Vπ)之間的關(guān)系的曲線圖。5倍波的微波功率，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為4.07時(shí)達(dá)到最大。另外，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為4.01時(shí)，5倍波的微波功率接近最大，另外，3倍波成分的抑制比小于等于-30dB。特別地，當(dāng)(Vp-p/Vπ)大于等于3.7、小于等于4.7時(shí)，微波功率接近最大，無用波功率也沒有那么大。從此觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是使(Vp-p/Vπ)大于等于3.8。另外，進(jìn)一步，理想的是使(Vp-p/Vπ)小于等于4.6，更理想的是使其小于等于4.5。
另外，通過使受光器的頻帶高于5fm、低于7fm，在受光器的階段去除5fm(5倍波)，由此可以高效率地得到5倍波。
圖12是表示6倍波的微波功率和輸入電壓/半波長電壓值(Vp-p/Vπ)之間的關(guān)系的曲線圖。6倍波的微波功率，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為4.77時(shí)達(dá)到最大。另外，當(dāng)(Vp-p/Vπ)為4.8時(shí)，6倍波的微波功率接近最大，另外，低頻率成分的抑制比小于等于-30dB。特別地，當(dāng)(Vp-p/Vπ)大于等于4.5、小于等于5.2時(shí)，微波功率接近最大，無用波功率也沒有那么大。從此觀點(diǎn)出發(fā)，理想的是使(Vp-p/Vπ)大于等于4.6，更理想的是使其大于等于4.7。另外，進(jìn)一步理想的是使(Vp-p/Vπ)小于等于5.1，更理想的是小于等于5。
另外，通過使受光器的頻帶高于6fm、低于8fm，在受光器的階段去除6fm(6倍波)，由此可以高效率地得到6倍波。
在本發(fā)明的無線振蕩裝置中，可以只有一個(gè)無線信號(hào)發(fā)射單元，但是可以設(shè)有多個(gè)發(fā)射無線信號(hào)的發(fā)射單元。為此，用分波器將來自振蕩用光調(diào)制器的出射光分支為多路，并使各分支光輸入對(duì)應(yīng)的各受光器。由于光的分支或傳輸導(dǎo)致的衰減減少，因此，即使在設(shè)有多個(gè)無線發(fā)射單元的情況下，也可以降低成本。
例如，如圖13所示，通過光耦合器10，使來自光調(diào)制器2的出射光B分支為多路。然后，通過受光器7A、7B、7C接收各分支光，使目的頻率的電氣信號(hào)振蕩，從發(fā)射各無線信號(hào)的發(fā)射單元8A、8B、8C，分別發(fā)射目的頻率的無線信號(hào)。
在本發(fā)明中，通過設(shè)有用于接收從物體反射的無線信號(hào)的接收單元，根據(jù)該接收信號(hào)和無線信號(hào)，得到與物體相關(guān)的信息。不對(duì)這種雷達(dá)裝置的具體的結(jié)構(gòu)或用途進(jìn)行限制。另外，也可以設(shè)有多個(gè)發(fā)射無線信號(hào)的發(fā)射單元、無線接收單元。
例如，在圖14所示的例子中，在車輛11的規(guī)定位置將毫米波振蕩裝置12接地。并且，在車輛11的希望位置安裝有受光器7A、7B、7C、7D、7E、7F以及與各受光器對(duì)應(yīng)的無線信號(hào)發(fā)射裝置8A、8B、8C、8D、8E、8F。
以下，對(duì)本發(fā)明的雷達(dá)裝置進(jìn)一步說明。
在適宜的實(shí)施方式中，設(shè)有用于將從受光器輸出的電氣信號(hào)分支的電氣分支單元，以及將來自該電氣分支單元的分支信號(hào)和接收信號(hào)混頻的混頻器。
圖15是表示該實(shí)施方式的雷達(dá)部21的框圖。使從光源1使載波A入射到光調(diào)制器2，使所述那樣的出射光B入射到振蕩用受光器7。通過電氣分支單元22(例如功率分配器)，將由該受光器7振蕩的目標(biāo)頻率的電氣信號(hào)分為兩路。將該電氣信號(hào)的一方通過電氣放大器14進(jìn)行放大，從發(fā)射單元8如箭頭D那樣地發(fā)射無線信號(hào)。
將被分支的另一方電氣信號(hào)(目的頻率)傳輸?shù)交祛l器18。另一方面，通過接收單元15A、15B、15C接收來自物體的反射光E，通過開關(guān)16選擇來自各接收單元的信號(hào)，用放大器17放大，在混頻器18中，將其和被分支的電氣信號(hào)混頻。其輸出在規(guī)定的信號(hào)處理裝置19中進(jìn)行處理，得到與物體的位置、速度等相關(guān)的信息。此外，也可以在受光器7和電氣分支單元22之間配置濾波器，去除不希望的頻率的信號(hào)。
圖16的例子中也使用圖15所示的雷達(dá)裝置。對(duì)于光調(diào)制器2，從電源6施加頻率fm的調(diào)制信號(hào)。此外，在本例中，通過FM調(diào)制部20對(duì)來自電源6的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
在其它實(shí)施方式中，設(shè)有用于對(duì)來自光調(diào)制器的出射光進(jìn)行分支的光學(xué)分支單元，可以根據(jù)被分支后的多路出射光，分別進(jìn)行無線信號(hào)的振蕩和接收信號(hào)的接收。
圖17是該實(shí)施方式的框圖。
各雷達(dá)部21A、21B、21C、21D的結(jié)構(gòu)，和所述的圖16的雷達(dá)部21相同，因此省略其說明。在本例中，通過光學(xué)分支單元23(例如光耦合器)，使來自光調(diào)制器2的出射光B如箭頭F那樣分支為多個(gè)。并且，為了分別對(duì)應(yīng)分支后的各信號(hào)，設(shè)有各雷達(dá)部21A、21B、21C、21D。并且，在各雷達(dá)部中，分別進(jìn)行無線信號(hào)的振蕩和接收，通過信號(hào)處理部19進(jìn)行信號(hào)處理，得到與物體相關(guān)的信息。
另外，在適宜的實(shí)施方式中，在雷達(dá)裝置中設(shè)有用于對(duì)來自光調(diào)制器的出射光進(jìn)行分支的光學(xué)分支單元；使被分支的出射光入射、用于根據(jù)接收信號(hào)對(duì)該出射光加以調(diào)制的出射光調(diào)制器；以及接收來自該光調(diào)制器的出射光、并將其轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的其它受光器。
圖18是該實(shí)施方式的框圖。
從光源1使載波A向光調(diào)制器2入射，使所述出射光B入射到光學(xué)分支單元(例如光耦合器)23、27。使來自光學(xué)分支單元27的出射光的一方入射到振蕩用受光器7。通過電氣放大器14，對(duì)由該受光器7振蕩的目標(biāo)頻率的電氣信號(hào)進(jìn)行放大，由振蕩單元8如箭頭D那樣振蕩無線信號(hào)。
另一方面，使被分支的另一方的出射光(目的頻率)向光調(diào)制器26入射。另外，通過各接收單元15A、15B、15C接收來自物體的反射光E，通過開關(guān)16選擇來自各接收單元的信號(hào)，用放大器17放大，作為光調(diào)制器26的控制調(diào)制信號(hào)使用。通過其它受光器28接收來自該光調(diào)制器26的出射光G，將其轉(zhuǎn)換成電氣信號(hào)。通過信號(hào)處理部19，處理來自受光器28的電氣信號(hào)，得到與物體相關(guān)的信息。
在適宜的實(shí)施方式中，設(shè)有用于對(duì)來自光調(diào)制器的出射光進(jìn)行分支的光學(xué)分支單元，根據(jù)被分支后的多路出射光，分別進(jìn)行無線信號(hào)的振蕩和接收信號(hào)的接收。
圖19是該實(shí)施方式的框圖。
各雷達(dá)部25A、25B、25C、25D的結(jié)構(gòu)和所述的圖18的雷達(dá)部25相同，因此省略其說明。在本例中，通過光學(xué)分支單元23(例如光耦合器)，使來自光調(diào)制器2的出射光B如箭頭F那樣分支為多路。并且，為了分別對(duì)應(yīng)被分支的各信號(hào)，設(shè)有各雷達(dá)部25A、25B、25C、25D。并且，在各雷達(dá)部中，分別進(jìn)行無線信號(hào)的振蕩和接收，通過受光器28轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，通過信號(hào)處理部19進(jìn)行信號(hào)處理，得到與物體相關(guān)的信息。
在適宜的實(shí)施方式中，振蕩用調(diào)制器是強(qiáng)度調(diào)制器或相位調(diào)制器。更為理想的是，振蕩用光調(diào)制器，具有由電氣光學(xué)單晶體形成的基板、設(shè)置在該基板上的光波導(dǎo)路徑、以及用于對(duì)該光波導(dǎo)路徑施加調(diào)制信號(hào)的行波電極。
作為這樣的光調(diào)制器，有LN(鈮酸鋰)-MZ(馬赫-曾德)(Mach-Zehnder)型光調(diào)制器、電場(chǎng)吸收型(EA)光調(diào)制器、半導(dǎo)體MZ型光調(diào)制器、SSB光調(diào)制器。LN-MZ型光調(diào)制器，與EA光調(diào)制器或半導(dǎo)體MZ型光調(diào)制器相比，具有低光插入損失的特征。因此，在進(jìn)行多路分支的情況下，也可以不需要光放大器或功率放大器。
本發(fā)明者，迄今作為光通信用的寬頻帶且低驅(qū)動(dòng)電壓的光調(diào)制器，開發(fā)出由薄板型X-cut鈮酸鋰單晶體形成的光調(diào)制器。在將本調(diào)制器應(yīng)用于無線振蕩的情況下，使用頻帶限于幾GHz，因此，僅在該使用頻帶滿足光調(diào)制特性希望的頻帶即可。在無線振蕩用途中，由于使用頻帶狹窄，因此易于在使用頻帶將調(diào)制驅(qū)動(dòng)所需的振蕩器的輸出阻抗調(diào)整至光調(diào)制器電極的輸入阻抗。因此，可以進(jìn)一步降低Vπ，可以進(jìn)一步提高所述倍頻次數(shù)。
根據(jù)該觀點(diǎn)，更理想的是，使行波電極的間隔寬度小于等于20μm。
對(duì)光調(diào)制器的具體方式不特別限定，可以舉例表示并使用特開平10-082921號(hào)公報(bào)、特開2001-06651號(hào)公報(bào)、特開2002-109133號(hào)公報(bào)、特愿2001-101729號(hào)公報(bào)、特開平9-211402號(hào)公報(bào)、特開2001-235714號(hào)公報(bào)記載的方式。
圖20是表示光調(diào)制器的一例的橫截面圖。
光調(diào)制器2具有光波導(dǎo)路徑基板3和保持基體31。基板3、基體31同為平板形狀?；?的厚度，理想的是小于等于100μm，更為理想的是小于等于30μm。在基板3的正面4a形成規(guī)定的電極4A、4B、4C。在本例中，采用了所謂的共面型(Coplanar waveguideCPW電極)的電極配置，但是不特別限定電極的配置形態(tài)。例如可以是ACPS型。也可以應(yīng)用所謂獨(dú)立調(diào)制型行波光調(diào)制器。
在本例中，在鄰接的電極間形成一對(duì)光波導(dǎo)路徑5A、5B，對(duì)于各光波導(dǎo)路徑5A、5B，在大致水平的方向上施加信號(hào)電壓。該光波導(dǎo)路徑，若平面地觀察，則構(gòu)成馬赫-曾德(Mach-Zehnder)型的光波導(dǎo)路徑，但是該各個(gè)平面的圖形本身是眾所周知的。在基板3的下面和保持基體31之間，隔著厚度大體固定的粘結(jié)層30，粘結(jié)基板3和保持基體31。
光波導(dǎo)路徑，可以是在基板的一方的正面上直接形成的脊(ridge)型的光波導(dǎo)路徑，可以是在基板的一方的主面上，通過其它層形成的脊型的光波導(dǎo)路徑，另外，也可以是在基板的內(nèi)部，通過內(nèi)擴(kuò)散法或離子交換法形成的光波導(dǎo)路徑，例如鈦擴(kuò)散光波導(dǎo)路徑、質(zhì)子交換光波導(dǎo)路徑。具體地說，光波導(dǎo)路徑可以是從基板表面凸出的脊型光波導(dǎo)路徑。脊型光波導(dǎo)路徑可以通過激光加工、機(jī)械加工形成?；蛘撸诨迳闲纬筛哒凵渎誓?，通過對(duì)該高折射率膜進(jìn)行機(jī)械加工或激光消融加工，可以形成脊型三維光波導(dǎo)路徑。高折射率膜，可以通過例如化學(xué)的氣相生長法、物理的氣相生長法、有機(jī)金屬化學(xué)的氣相生長法、濺蝕(sputtering)法、液相外延(epitaxial)法來形成。
電極被設(shè)置在基板的表面上，但也可以在基板的表面上直接形成，也可以在非低介電常數(shù)層或緩沖層上形成。低介電常數(shù)層，可以使用氧化硅、氟化鎂、氮化硅以及鋁等公知的材料。在此所說的低介電常數(shù)層，是指由具有比構(gòu)成基板本身的材質(zhì)的介電常數(shù)低的介電常數(shù)的材料形成的層。
粘結(jié)層30的厚度，理想的是在1000μm以下，更為理想的是在300μm以下，最理想的是在100μm以下。另外，對(duì)粘結(jié)層30的厚度的下限沒有特別限制，但從微波實(shí)際折射率的降低的觀點(diǎn)出發(fā)，可以在10μm以上。
構(gòu)成光波導(dǎo)路徑3、保持基體31的材料，由強(qiáng)介電性的電氣光學(xué)材料、理想的是由單晶體形成。這樣的晶體，只要是可以進(jìn)行光的調(diào)制則不特別限定，可以舉例表示鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體、鈮酸鉀鋰、KTP、GaAs以及水晶等。
保持基體31的材質(zhì)，除上述的以外，還可以是石英玻璃等玻璃。
粘結(jié)劑的具體例子，只要滿足所述的條件則不特別限定，可以舉例表示環(huán)氧系粘結(jié)劑、熱硬化型粘結(jié)劑、紫外線硬化性粘結(jié)劑、具有和含有鈮酸鋰等的電氣光學(xué)效果的材料比較接近的熱膨脹系數(shù)的阿隆(ALON)陶瓷C(商品名，東亞合成公司生產(chǎn))(熱膨脹系數(shù)13×10-6/K)。
另外，在基板3的背面和保持基板31之間隔著粘結(jié)劑的片，可以進(jìn)行接合。理想的是，使由熱硬化性、光硬化性或光增粘性的樹脂粘結(jié)劑形成的片，夾在基板和保持基板之間，使片硬化。作為這樣的片，可以在下面舉例表示。
使用圖20所示的光調(diào)制器2，制作了雷達(dá)裝置。
具體地，在X-cut鈮酸鋰基板31上形成Ti擴(kuò)散波導(dǎo)路徑5A、5B以及CPW電極4A、4B、4C。電極構(gòu)造為中心電極4B和接地電極4A、4C的間隔G為20μm，電極厚度為20μm，電極長為40μm。接著，為了薄型研磨，在研磨定盤上粘貼研磨模型(dummy)基板，在其上，使電極面向下地以熱可塑性樹脂粘貼調(diào)制器基板。而且，在臥式研磨以及拋光工序中，對(duì)調(diào)制器基板實(shí)施薄型加工，直至6μm厚。此后，作為平板狀的增強(qiáng)基板，將X-cut鈮酸鋰基板粘結(jié)固定在調(diào)制器基板上，對(duì)光纖的連接部進(jìn)行端面研磨，在切片工序中進(jìn)行芯片切斷。粘結(jié)固定用的樹脂，使用比介電常數(shù)4的粘結(jié)劑，使粘結(jié)層30的厚度為50μm。上述調(diào)制器芯片，與光纖進(jìn)行光軸調(diào)整，在UV硬化樹脂上粘結(jié)固定。安裝后，特性評(píng)價(jià)后的結(jié)果是，Vπ為1.5V。另外，根據(jù)光響應(yīng)特性，3dB頻帶為20GHz。
使用該光調(diào)制器2，制造了圖2所示的雷達(dá)裝置。并且，作為光源，使用了1.55μm的DFB激光器。使光調(diào)制器2的工作點(diǎn)，在輸出光為最大的位置，以振蕩頻率15GHz、輸入電壓6.9Vp-p的振蕩器工作。用使用頻帶70GHz的受光器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，通過采樣示波器觀察波形得到的結(jié)果，確認(rèn)了振蕩60GHz的正弦波信號(hào)。
盡管說明了本發(fā)明的特定的實(shí)施方式，但是，本發(fā)明不限于這些特定的實(shí)施方式，可以在不超出權(quán)利要求范圍的情況下，進(jìn)行各種變更或改變并實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種無線振蕩裝置，其用于使無線信號(hào)振蕩，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于所述光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率2fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；所述光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p，大于等于所述光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的1.0倍，小于等于其1.99倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線振蕩裝置，其特征在于，所述受光器的頻帶高于2fm，低于4fm。
3.一種無線振蕩裝置，其用于使無線信號(hào)振蕩，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于所述光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率3fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；所述光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p，大于等于所述光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的2.2倍，小于等于其2.7倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線振蕩裝置，其特征在于，所述受光器的頻帶高于3fm，低于5fm。
5.一種無線振蕩裝置，其用于使無線信號(hào)振蕩，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于所述光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率4fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；所述光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p，大于等于所述光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的2.9倍，小于等于其3.6倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線振蕩裝置，其特征在于，所述受光器的頻帶高于4fm，低于6fm。
7.一種無線振蕩裝置，其用于使無線信號(hào)振蕩，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于所述光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率5fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；所述光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p大于等于所述光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的3.7倍，小于等于其4.7倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線振蕩裝置，其特征在于，所述受光器的頻帶高于5fm，低于7fm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的無線振蕩裝置，其特征在于，在所述振蕩用受光器的下游，具有頻帶高于3fm的高通濾波器。
10.一種無線振蕩裝置，其用于使無線信號(hào)振蕩，其特征在于，具有振蕩用光調(diào)制器；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入該光調(diào)制器，調(diào)制光載波，在相對(duì)于所述光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元；接收來自所述光調(diào)制器的出射光，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器；以及根據(jù)該電氣信號(hào)發(fā)射頻率6fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元；所述光調(diào)制器的輸入電壓Vp-p，大于等于所述光調(diào)制器的半波長電壓Vπ的4.5倍，小于等于其5.2倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無線振蕩裝置，其特征在于，所述受光器的頻帶高于6fm，低于8fm。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的無線振蕩裝置，其特征在于，在所述振蕩用受光器的下游，具有頻帶高于4fm的高通濾波器。
13.一種雷達(dá)裝置，其具有權(quán)利要求1～12中任意一項(xiàng)所述的無線振蕩裝置，其特征在于，具備用于接收從物體反射的信號(hào)的接收單元，根據(jù)該接收信號(hào)和所述無線信號(hào)，得到與所述物體有關(guān)的信息。
全文摘要
在雷達(dá)裝置用的無線振蕩裝置中，沒必要具有通過帶寬的要求規(guī)格高的接收側(cè)濾波器，另外也沒必要具有高性能且高耐久性的振蕩裝置或放大器，這樣來提供實(shí)用性高的雷達(dá)裝置用無線振蕩裝置。無線振蕩裝置，具備振蕩用光調(diào)制器2；用于將頻率fm的調(diào)制信號(hào)輸入光調(diào)制器2，調(diào)制光載波，在相對(duì)于光載波移動(dòng)了頻率fm的位置，使邊頻帶重疊的調(diào)制單元6；接收來自光調(diào)制器2的出射光，將其轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的振蕩用受光器7；以及根據(jù)該電氣信號(hào)，發(fā)射頻率為2fm的無線信號(hào)的發(fā)射單元8。光調(diào)制器的輸入電壓V
文檔編號(hào)G01S13/32GK1932550SQ20061015148
公開日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者近藤順悟, 三富修, 青木謙治, 巖田雄一, 江尻哲也 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社