專利名稱：調(diào)制信號發(fā)生電路、發(fā)送接收模塊、以及雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及安裝在測量與目標(biāo)物體之間的距離和速度的雷達(dá)裝置上的發(fā)送 接收模塊的調(diào)制信號發(fā)生電路，特別是涉及利用電壓控制振蕩器輸出調(diào)頻波的 微波帶和毫米波帶等的調(diào)制信號發(fā)生電路。
背景技術(shù)：
作為計算與先行車之間的車間距離、相對速度的雷達(dá)，很久以來都是使用
FM—CW雷達(dá)。上述雷達(dá)向目標(biāo)物體發(fā)出實施了調(diào)頻(FM調(diào)制)的信號波， 檢測來自目標(biāo)物體的反射波與發(fā)送波的混合波(拍頻信號)，通過提取延遲時 間和多普勒位移，計算出與目標(biāo)物體之間的距離和相對速度。
圖14是安裝在上述FM—CW雷達(dá)上的一般的發(fā)送接收模塊和調(diào)制信號發(fā) 生電路的大概構(gòu)成圖，調(diào)制信號發(fā)生電路具有根據(jù)控制電壓改變振蕩頻率的 電壓控制振蕩器(VCO) 41、將控制電壓輸入到VCO的FM調(diào)制電壓發(fā)生部 42、由VC041和FM調(diào)制電壓發(fā)生部42構(gòu)成的調(diào)制信號發(fā)生電路40、發(fā)送 由VCO輸出的信號，使發(fā)送信號的一部分分流、輸出的發(fā)送部5、以及取出來 自目標(biāo)的反射信號和來自上述發(fā)送部的分波信號的混合波的接收部6。
將上述發(fā)送接收模塊應(yīng)用于測量距離、速度的雷達(dá)時的測量精度，取決于 由調(diào)制信號發(fā)生電路40發(fā)出的FM調(diào)制波的線性、即VC041的振蕩信號的調(diào) 制線性。然而，無論在成本上，還是在技術(shù)上，要獲得具有線性良好的FM調(diào) 制電壓一頻率特性(Vi — f特性)的VCO都有困難。
另外，這種VCO要求在雷達(dá)系統(tǒng)中有規(guī)定的頻率調(diào)制波幅，因此往往這種 VCO的結(jié)構(gòu)是將調(diào)諧電路的Q值設(shè)定在低水平，振蕩電路一側(cè)的有源元件的 溫度波動的影響相對較大，VCO輸出頻率的溫度漂移增大。因此，Vi — f特性 因周圍溫度而在頻率軸方向上變化。
圖15—1是VC041的一般的VT — f特性，A表示常溫時的特性，B表示高 溫時的特性，C表示低溫時的特性。常溫時，VC041在FM調(diào)制電壓Vi為中 心電壓VA，振幅AVa (工作點Pa)的條件下振蕩，輸出中心頻率fA、頻率調(diào)
制幅度AfA的FM調(diào)制波。若周圍溫度上升或下降，則上述工作點移動到PB、 Pc,導(dǎo)致由VC041輸出的FM調(diào)制波(Afb、厶fc的范圍)超出電波法等規(guī) 定的法定頻率范圍。
因此，如15-2所示，向來根據(jù)周圍溫度使工作點在水平方向上位移，在常 溫、高溫、低溫各溫度條件下，使其在工作點Pa、 Pb、 Pc'工作，以此避免發(fā)生 上述問題。作為這樣的已有的FM-CW雷達(dá)裝置，下述專利文獻(xiàn)l中公開了根 據(jù)模塊溫度控制獨立發(fā)生調(diào)制電壓(交流成分)與DC偏置電壓的、加上了上 述FM調(diào)制電壓的調(diào)制電壓電路的結(jié)構(gòu)的已有技術(shù)。
上述工作點PA、 Pb'、 Pc'上的VC041的VT—f特性A、 B、 C的斜率(調(diào) 制靈敏度)不同，因此在輸入相同F(xiàn)M調(diào)制電壓(交流成分)的情況下，頻率 調(diào)制幅度Af因周圍溫度而發(fā)生變化，雷達(dá)裝置的拍頻產(chǎn)生波動，因而存在無 法正確測量與目標(biāo)物體之間的相對距離R、相對速度v的問題。
作為解決上述問題的方法，以往一般采用以控制電壓補償VC041的電壓-頻率特性(Vj — f特性)的非線性的方法、即對FM調(diào)制電壓發(fā)生部42輸出的 FM調(diào)制電壓施加與上述VT—f特性相反斜度斜度的校正的方法。
圖16表示VC041的調(diào)制電壓-調(diào)制頻率特性(曲線F)與使其線性化的時 間-調(diào)制電壓(修正電壓、曲線G)的關(guān)系。作為這樣的VCO的FM調(diào)制線性 化技術(shù)，下述專利文獻(xiàn)2中公開了預(yù)先將修正Vi — f特性的電壓數(shù)據(jù)存儲在存 儲器內(nèi)，按恒定周期將該數(shù)據(jù)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)讀出，通過D/A變換器和積分電路 得到模擬信號輸出的調(diào)制信號發(fā)生電路。
專利文獻(xiàn)l:特開平8-146125號公報(參考第9 18段、圖1以及圖4)
專利文獻(xiàn)2:特開平2002-62355號公報(參考圖2、圖7)

發(fā)明內(nèi)容
然而事實是，設(shè)定髙精度的FM調(diào)制電壓(修正電壓)時需要大量的試驗 和調(diào)整工作。即已有技術(shù)中所述的VC041的振蕩頻率因在微波、毫米波帶等 的髙頻電路中特別變得顯著的半導(dǎo)體偏差，對于每一制造批次、每一制造工序 發(fā)生隨機變化，圖15-2所示的電壓-頻率特性(Vi — f特性)在縱坐標(biāo)軸(頻率 軸)方向上波動。因此，要在法定頻率范圍內(nèi)獲得規(guī)定的FM調(diào)制波時，不得 不分別對每一 VCO改變、設(shè)定工作點P。各VCO的調(diào)制靈敏度因該工作點 的改變而發(fā)生變化，因此存在這樣的問題，即上述應(yīng)修正的FM調(diào)制修正電壓
也必須根據(jù)該調(diào)制靈敏度分別進(jìn)行設(shè)定，對于每一安裝這種電路的雷達(dá)裝置， 需要大量的試驗和調(diào)整時間。
另外，如上所述，為了避免溫度漂移引起的法定頻率范圍外的輸出，使工
作點在水平方向上位移(逐個溫度地改變調(diào)制電壓的DC偏置)，因此存在這 樣的問題，即如圖15-2所示，相對于常溫下的調(diào)制靈敏度，在例如低溫下的調(diào) 制靈敏度為其約1.5倍，高溫下的調(diào)制靈敏度為其約0.8倍，調(diào)制靈敏度有很 大的變動，為了補償該調(diào)制靈敏度隨溫度的變化，需要具有多個溫度補償數(shù)據(jù) 的數(shù)據(jù)表。所需要的FM調(diào)制電壓補償量因VC041的個體偏差(即工作點= 調(diào)制靈敏度的偏差)而發(fā)生變化，因此獲得該溫度補償數(shù)據(jù)也需要大量的試驗 時間、調(diào)整時間，無法承受大量生產(chǎn)。
本發(fā)明是鑒于上述存在問題而完成的，其目的在于簡化用于獲取電壓控制 振蕩器的輸出信號的調(diào)制線性的調(diào)制修正電壓的溫度數(shù)據(jù)。
另外，本發(fā)明的目的還在于，借助于此大幅度減少試驗時間、調(diào)整時間。 本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路，輸出頻率隨著時間的推移而周期性且線性地 變化的發(fā)送波；該調(diào)制信號發(fā)生電路具備檢測電路的框體溫度的溫度監(jiān)控部、 具有根據(jù)輸入的控制電壓獨立控制振蕩頻率的2個可變阻抗電路的電壓控制振 蕩器、根據(jù)上述溫度監(jiān)控部檢測出的框體溫度，對上述一個可變阻抗電路輸出 補償振蕩頻率的溫度漂移的電壓的頻率修正電壓發(fā)生部、以及在上述頻率修正 電壓發(fā)生部產(chǎn)生的溫度漂移補償條件下，對上述另一可變阻抗電路輸出與溫度 無關(guān)的恒定的直流分量和規(guī)定的交流分量構(gòu)成的調(diào)制電壓的FM調(diào)制電壓發(fā)生 部。
另外，也可以構(gòu)成具有上述調(diào)制信號發(fā)生電路，發(fā)送接收FM調(diào)制波，根 據(jù)發(fā)送波和接收波的混合波輸出拍頻信號的發(fā)送接收模塊。
還可以構(gòu)成具有上述調(diào)制信號發(fā)生電路，接收發(fā)送FM調(diào)制波，處理從發(fā) 送波和接收波的混合波得到拍頻信號，從而計算出與目標(biāo)物體之間的相對距 離、相對速度的雷達(dá)裝置。
如果采用本發(fā)明，可以與頻率調(diào)制無關(guān)地單獨實現(xiàn)電壓控制振蕩器的輸出 頻率的溫度補償，因此不必根據(jù)法定頻率范圍的限制逐個溫度地改變電壓控制 振蕩器的調(diào)制工作點，從而可以在電壓控制振蕩器的調(diào)制靈敏度相對于溫度大 致不發(fā)生變化的工作點進(jìn)行FM調(diào)制。另外，可以大幅度地削減試驗時間、調(diào) 整時間。


圖1是示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的基本構(gòu)成的框圖。
圖2是示出本發(fā)明的電壓控制振蕩器的代表性構(gòu)成例的電路圖。
圖3-1是示出本發(fā)明的電壓控制振蕩器的另一構(gòu)成例(在有源元件的基極側(cè) 上連接可變阻抗電路)的電路圖。
圖3-2是示出本發(fā)明的電壓控制振蕩器的另一構(gòu)成例(在有源元件的集電極 側(cè)上連接可變阻抗電路)的電路圖。
圖3-3是示出本發(fā)明的電壓控制振蕩器的另一構(gòu)成例(在有源元件的發(fā)射極 側(cè)上連接可變阻抗電路)的電路圖。
圖4-1示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的不對頻率補償電壓進(jìn)行溫度補償 情況下的VT—f特性(溫度特性)。
圖4-2示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的使頻率補償電壓發(fā)生變化情況下
的VT—f特性(常溫特性)。
圖4-3示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的對頻率補償電壓進(jìn)行溫度補償情
況下的VT—f特性(溫度特性)。
圖5示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的VP—f特性(溫度特性)。
圖6是示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的FM調(diào)制電壓發(fā)生部、頻率修正
電壓發(fā)生部的電路構(gòu)成的框圖。
圖7-1是示出本發(fā)明的VCO的VT—f特性、以及使輸出頻率線性化的時間
-調(diào)制電壓(修正電壓)的關(guān)系的曲線圖。
圖7-2是示出在圖7-1所示的曲線上的C部的波形的細(xì)節(jié)的框圖。 圖8是示出本發(fā)明的VCO的頻率補償電壓-輸出頻率特性(Vp—f特性)、
以及通過溫度固定輸出頻率的溫度-頻率補償電壓的關(guān)系的曲線圖。
圖9-1示出存儲器存儲的FM調(diào)制電壓和頻率補償電壓的各溫度的數(shù)據(jù)表。
圖9-2是示出存儲器存儲的FM調(diào)制電壓的時間波形的曲線圖。
圖9-3是示出存儲器存儲的頻率補償電壓的時間波形的曲線圖。
圖IO示出本發(fā)明的VCO調(diào)制電壓(修正電壓)的時間波形。
圖11-1是示出本發(fā)明的FM調(diào)制數(shù)據(jù)的作成步驟的流程圖。
圖11-2是示出延續(xù)圖11-1的流程而作成的頻率校正數(shù)據(jù)作成步驟的流程圖。 圖12是示出本發(fā)明的發(fā)送接收模塊的基本構(gòu)成的框圖。
圖13是示出本發(fā)明的雷達(dá)裝置的基本構(gòu)成的框圖。
圖14是示出已有的發(fā)送接收模塊的基本構(gòu)成的框圖。
圖15-l示出已有的發(fā)送接收模塊的VT—f特性(溫度特性)。
圖15-2示出已有的發(fā)送接收模塊的VT — f特性(溫度特性)、以及常溫、 高溫、低溫各溫度條件下的工作點。
圖16是示出通常的VCO的VT —f特性、以及使輸出頻率線性化的時間-調(diào) 制電壓(修正電壓)的關(guān)系的曲線圖。
符號說明
1 電壓控制振蕩器(VCO)
2 FM調(diào)制電壓發(fā)生部
3 頻率修正電壓發(fā)生部
4 溫度監(jiān)控部
5 發(fā)送部
6 接收部
7
8a 8c 存儲器
9A/D變換器
10數(shù)據(jù)控制部
11振蕩電路部
12調(diào)諧電路部
13可變阻抗電路
14可變阻抗電路(可變LC串聯(lián)諧振器)
15VCO RF輸出端子
16頻率修正端子
17FM調(diào)制端子
18主諧振器(LC串聯(lián)諧振器)
19可變阻抗電路
21FM調(diào)制電壓用D/A變換器
31頻率補償電壓用D/A變換器
40已有的調(diào)制信號發(fā)生電路
41已有的電壓控制振蕩器(VCO)
42已有的FM調(diào)制電壓發(fā)生部
50發(fā)送天線
60接收天線
70調(diào)制信號發(fā)生電路
80信號處理部
91FM調(diào)制電壓數(shù)據(jù)
92時間間隔數(shù)據(jù)
93頻率補償電壓數(shù)據(jù)
101有源元件
102反射電路
103輸出側(cè)相位線路
104調(diào)諧電路側(cè)相位線路
105接地電感器
106、107 可變電容二極管
108、109 電感
110、111旁路電容器
112、113 穩(wěn)定電阻
114旁路電容器
115扼流圈
116接地電容器
201
202電感
具體實施例方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的實施形態(tài)進(jìn)行說明。還有， 本發(fā)明并不限定于本實施形態(tài)所示的實施例。 實施形態(tài)l
圖1是示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的基本構(gòu)成的框圖，圖2是VCOl 的代表性構(gòu)成例。在這里所示的電路結(jié)構(gòu)與FM調(diào)制用的阻抗可變電路不同， 是表示具有能夠調(diào)整頻率的阻抗可變電路的VCO及其控制電路的結(jié)構(gòu)的一個
例子，在能夠用電壓控制的任意的自動振蕩器中，如果具有與上面所述等同的 功能，則電路結(jié)構(gòu)不限于本結(jié)構(gòu)所示。
在圖1中，調(diào)制信號發(fā)生電路形成具備電壓控制振蕩器(VCO) 1、 FM調(diào) 制電壓發(fā)生部2、頻率修正電壓發(fā)生部3、以及溫度監(jiān)控部4的結(jié)構(gòu)。電壓控 制振蕩器(VCO) l具有兩個獨立的頻率控制端子。FM調(diào)制電壓發(fā)生部2發(fā) 生以規(guī)定的直流分量為中心以規(guī)定的電壓幅度周期性變化的FM調(diào)制電壓，輸 入到VCO的一頻率控制端子上。頻率修正電壓發(fā)生部3與上述FM頻率調(diào)制 電壓發(fā)生部無關(guān)地單獨根據(jù)周圍溫度向另一頻率控制端子輸出頻率補償電壓。 溫度監(jiān)控部4檢測電路的框體溫度。
VCOl根據(jù)來自FM調(diào)制電壓發(fā)生部2的不取決于溫度的恒定的直流分量 和實施規(guī)定頻率調(diào)制用的交流分量組成的FM調(diào)制電壓、以及根據(jù)溫度監(jiān)控部 4檢測出的框體溫度提供的來自頻率修正電壓發(fā)生部3的頻率補償電壓，輸出 具有規(guī)定的調(diào)制幅度的FM調(diào)制信號。
下面對圖2進(jìn)行說明。本例主要示出在微波帶和毫米波帶工作的VCO，隨
著導(dǎo)線和電極等的寄生電感和電容等的髙頻化，電容器或線圈等集中常數(shù)的電 器零件有時在安裝上受到制約，因此舉出基于分布常數(shù)電路的反射諧振型的振
蕩器作為一個例子。因而，由于使用的頻帶的不同，對于電路方式、使用零件， 考慮多種構(gòu)成，但作為可適用本發(fā)明的振蕩器的構(gòu)成不受此限。
圖2中，VCOl形成具有振蕩電路部11、以及調(diào)諧電路部12的結(jié)構(gòu)。VCOl 在滿足振蕩電路部11與調(diào)諧電路部12的連接點上的各電路的反射增益之和> 0和反射相位=0的頻率滿足振蕩條件，發(fā)生振蕩。
振蕩電路部ll由有源元件IOI、反射電路102、輸出側(cè)相位線路103、輸入 側(cè)相位線路104、以及接地電感器105構(gòu)成。振蕩電路部11在工作頻率上進(jìn)行 反饋放大，得到必要的反射增益和相位條件。有源元件101采用FET(場效應(yīng) 晶體管)、HBT (異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)等在振蕩頻率帶有增益的3端子晶體管、 或具有負(fù)電阻的二極管(耿氏效應(yīng)(Gunii) 二極管、崩越(IMPATT) 二極管、 RTD)等。再者，VCOl的相位噪聲是對雷達(dá)信噪比(S/N)有重大影響的特 性，而為了改善該相位噪聲特性，振蕩電路部ll中采用的有源元件101的l/f 噪聲特性成為重要因素，與先前的必要增益相互兼顧，選定有源元件101。在 有源元件101的基極、發(fā)射極端子上分別連接輸入側(cè)相位線路104和接地電感 器105，在有源元件101的集電極端子上，連接輸出側(cè)相位線路103和反射電
路102的串聯(lián)電路，形成必要的反射增益和相位條件。另外，振蕩電路部11 的有源元件101的電源供給電路由于繁雜而從圖中省略。
調(diào)諧電路部12由2個可變阻抗電路13、 14構(gòu)成。可變阻抗電路13、 14分 別具有可變電容二極管106、 107、以及電感108、 109，分別形成可變LC串聯(lián) 諧振器。旁路電容器110和111分別與電感108、 109串聯(lián)。頻率修正端子16、 FM調(diào)制端子17構(gòu)成頻率控制端子。頻率修正端子16、 FM調(diào)制端子17分別 通過穩(wěn)定電阻112和113與可變電容二極管106、 107連接，輸入控制電壓。 頻率修正端子16、 FM調(diào)制端子17分別輸入頻率補償電壓、FM調(diào)制電壓作為 控制電壓。
將可變阻抗電路13、 14的連接點上的阻抗、即并聯(lián)電路的阻抗，設(shè)計成在 工作頻率斷開。這時斷開的頻率、即諧振頻率由可變阻抗電路13、 14構(gòu)成的 LC串聯(lián)諧振器的調(diào)諧頻率決定，因此通過控制可變電容二極管106、 107的電 容值、即各端子16、 17的輸入電壓，可以控制由VC01的RF輸出端子15輸出的信號的振蕩頻率。
也就是說，由于如上面所述那樣具有2個可變電容二極管，可變阻抗電路 (可變LC串聯(lián)諧振器)13、 14的電感發(fā)生變化，因此可以利用與2個可變電 容二極管連接的控制電壓獨立控制VCOl的振蕩頻率。
又，同時對上述2個控制端子施加相同的控制電壓的情況下，得到使由上 述各控制電壓獲得的頻率變化幅度相加的，合計的頻率變化幅度。上述2個控 制電壓成為施加于可變電容二極管106、 107上的反向電壓，因此可變電容二 極管的勢壘電容發(fā)生變化，但電容值相對于控制電壓通常不發(fā)生線性變化(為了獲得線性，必須將二極管的特殊接合構(gòu)造設(shè)計進(jìn)去)。也就是說，由振蕩頻 率相對于各控制電壓不是線性變化，因此形成與以往相同的如圖15所示那樣 的彎曲的控制電壓-頻率特性(VT-f特性)。
具有上述2個阻抗可變電路的電壓控制振蕩器的構(gòu)成并非僅限于圖2所示 的構(gòu)成。圖3示出具有2個阻抗可變電路(可變相位電路)的另一構(gòu)成例。
圖2所示的VCO形成在調(diào)諧電路部12內(nèi)具有2個可變阻抗電路(可變LC串聯(lián)諧振器)的結(jié)構(gòu)，但也可以采用如圖3-l、圖3-2以及圖3-3所示那樣，將一 個可變阻抗電路(可變相位電路)設(shè)置在調(diào)諧電路部12上，將另一個可變阻 抗電路放入振蕩電路部11的輸出側(cè)相位線路103、輸入側(cè)相位線路104、或接 地電感器105內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在圖3-l 圖3-3的各圖中，對與圖2相同目的的電
路賦予相同的符號。
圖3-l 圖3-3的中，可變阻抗電路19具有可變電容二極管106 (在圖2-3 以及圖3-3中省略圖示),在可變電容二極管106的兩端上連接旁路電容器114。 將扼流圈115連接于可變電容二極管106與旁路電容器114之間。與可變電容 二極管106的陰極側(cè)連接的扼流圈115與接地電容116連接,通過串聯(lián)電阻112 與頻率修正端子16連接。與陽極側(cè)連接的扼流圈115接地。
又，調(diào)諧電路部12的并聯(lián)諧振電路的一個由主諧振器18構(gòu)成。主諧振器 18由接地的電容器201和電感202的串聯(lián)電路構(gòu)成。與可變LC諧振器14結(jié) 合的并聯(lián)電路的阻抗在工作頻率選擇開路的值。
在這里需要特別寫明的事項是，在FM調(diào)制用的阻抗可變電路(可變LC諧 振器)之外，另外具有不使振蕩電路部11內(nèi)的有源元件的工作電流(偏置條 件)發(fā)生變化地補償有源電路的溫度變動(相位變動)的阻抗可變電路是必要 條件。
再者，圖3-1示出將可變阻抗電路19連接到有源元件101的基極側(cè)之一例， 圖3-2示出將可變阻抗電路19連接到有源元件101的集電極側(cè)之一例，圖3-3 示出將可變阻抗電路19連接到有源元件101的發(fā)射極側(cè)之一例。
下面對本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的工作進(jìn)行說明。另外，在圖4中示出 VCOl的FM調(diào)制電壓和頻率補償電壓與輸出頻率之間的關(guān)系。由FM調(diào)制電 壓發(fā)生部2對VCOl內(nèi)的一個可變電容二極管107輸入中心電壓VA、振幅A VA的FM調(diào)制電壓VT。由頻率修正電壓發(fā)生部3向另一個可變電容二極管106 輸入頻率補償電壓VpA。
通過施加上述2個控制電壓(FM調(diào)制電壓、頻率補償電壓)，VCOl在常溫 條件下，在圖4-l所示的FM調(diào)制電壓-輸出頻率特性(以下稱為VT — f特性) 的A曲線上的工作點PA上實現(xiàn)振蕩，輸出中心頻率fA、頻率調(diào)制幅度△fA的 FM調(diào)制波。圖4-1中，橫坐標(biāo)的電壓Vt是由FM調(diào)制電壓發(fā)生部2輸入的 FM調(diào)制電壓。
高溫和低溫時，VCOl的輸出頻率產(chǎn)生溫度漂移，因此在頻率補償電壓VpA
為恒壓的情況下，VT—f特性在頻率軸方向上變化，上述工作點Pa移幼到特性
B、 C上的Pb、 Pc點，從VCOl輸出的FM調(diào)制波(頻率調(diào)制幅度AfB、 的范圍)超過電波法等的法定頻率范圍。
上述VCOl的振蕩頻率的溫度漂移在形成例如使VCO的輸出頻率為
38GHz頻帶的結(jié)構(gòu)的情況下，也取決于VCO的調(diào)制靈敏度(振蕩頻率隨FM 調(diào)制電壓變化的變化率)，但相對于周圍溫度變化，頻率漂移為3 4MHz/'C。 周圍溫度在一30^ 85^范圍內(nèi)變化的情況下，VCO的振蕩頻率出現(xiàn)345 460MHz左右的變動，例如將該VCO應(yīng)用于FM-CW雷達(dá)用的77GHz頻帶的 發(fā)送接收模塊的情況下，使頻率加倍，達(dá)到6卯GHz 920GHz的變動。
又，振蕩電路部的有源元件以及調(diào)諧電路部的可變電容元件其特性因半導(dǎo) 體制造工序、或個體的波動而產(chǎn)生變動，因此，其結(jié)果是，VCO的振蕩頻率也 必然發(fā)生波動。該波動量也取決于電路的結(jié)構(gòu)，但如果將制造批次間的因素也 考慮進(jìn)去，將達(dá)到大于等于上述溫度漂移的600GHz 700GHz左右。因此， 假設(shè)VCO的振蕩頻率發(fā)生溫度漂移以及個體波動，則將輕易超過77GHz頻帶 小功率雷達(dá)的法定頻率范圍76GHz 77GHz。
這里，通過使頻率補償電壓Vp改變，使輸出頻率發(fā)生變化。常溫下使上述 VpA發(fā)生變化的情況下，如圖4-2所示，VT — f特性在縱軸方向上發(fā)生變化(曲 線D、 E、 F)。曲線D、 E、 F也與圖4 —1的曲線A—樣，隨著周圍溫度的變 化而在縱軸方向上發(fā)生變化。利用能夠與該FM調(diào)制電壓無關(guān)地單獨控制的頻 率補償電壓，根據(jù)溫度監(jiān)控部4檢測出的框體溫度T，使來自頻率修正電壓發(fā) 生部3的頻率修正電壓Vp發(fā)生變化，控制一個可變電容二極管106的電容值， 使并聯(lián)諧振器13的阻抗發(fā)生變化，以補償振蕩電路側(cè)的阻抗的溫度變動。借 助于該補償，VCOl的VT—f特性被控制在隨著溫度漂移而變化的方向的反方 向上(在頻率軸方向上移動)，在髙溫、低溫各溫度條件下，如圖4-3所示， 可以得到接近常溫輸出頻率的輸出頻率(在接近常溫工作點PA的工作點PB'、 Pc'上工作)。圖4-3中，可以在髙溫、低溫、常溫各溫度條件下提供相等的 FM調(diào)制的中心電壓VA，因此可以在頻率調(diào)制幅度AfA、 AfB、 Afc大致相等 且VT—f特性即調(diào)制靈敏度在工作溫度范圍內(nèi)大致恒定的工作點實施FM調(diào) 制。
圖5表示針對圖4-2所示的頻率補償電壓所引起的縱軸方向的頻率變化，橫 坐標(biāo)表示頻率補償電壓Vp、縱坐標(biāo)表示輸出頻率的特性(Vp — f特性)圖。該
圖中，髙溫、低溫、常溫下的頻率補償電壓Vp的設(shè)定值分別是工作點為PA.、
PB， 〃 、 Pc〃 (與圖4-3的工作點對應(yīng))的電壓。各工作點的縱軸的頻率變化 量Af (高溫)、Af (低溫)與高溫、低溫時的頻率的溫度漂移量對應(yīng)，將頻 率補償電壓Vp設(shè)定在溫度漂移方向的反方向。另外，可以在頻率補償電壓Vp
的頻率可變幅度范圍內(nèi)任意設(shè)定頻率的溫度漂移補償范圍(即圖中的工作點P c 〃 、PA. 、 PB.")，因此，如上所述，上述以外的頻率可變區(qū)域可用作對因制造
工序或個體波動而產(chǎn)生的VCOl的輸出頻率波動的調(diào)整。
如上所述，逐個溫度地調(diào)整頻率修正電壓發(fā)生部3輸出的頻率補償電壓VP， 補償振蕩電路側(cè)的溫度變動，從而可以將VCO的振蕩頻率調(diào)整到大致恒定的 范圍內(nèi)，因此可以補償VCO的振蕩頻率的溫度漂移，能夠遵守電波法的法定 頻率范圍，獲得調(diào)制輸出。另外，上述頻率修正功能可以允許VCO的絕對頻 率在可變頻率幅度范圍內(nèi)波動，因此能夠改善制造成品率的劣化。
可是，構(gòu)成VC01的半導(dǎo)體元件的溫度特性與調(diào)諧電路部12內(nèi)的可變電容 二極管106、 107相比，構(gòu)成振蕩電路部11的有源元件101的特性變化大，圖 2和圖3那樣構(gòu)成的VCO的頻率溫度漂移通常大致受到有源元件101的溫度變 動的支配。因此可變電容二極管106、 107的電容變化的溫度特性對VCO的振 蕩特性的影響不大，其結(jié)果是，VCOl的調(diào)制靈敏度(VT—f特性以及VP—f 特性的斜率)不隨著溫度的變化而產(chǎn)生大的變化，因此，圖4-3中的低溫和髙 溫時的VT—f特性B、 C的斜度大致與常溫的VT — f特性A接近。
因此，借助于上述頻率的溫度補償，在大致相等的VT—f特性曲線上，即 使在低溫、髙溫條件下，也可以通過提供具有與常溫相同的DC分量的FM調(diào) 制電壓VT(中心電壓VA)，在調(diào)制靈敏度大致相等的工作點上進(jìn)行FM調(diào)制工 作。即FM調(diào)制電壓發(fā)生部2輸出的FM調(diào)制電壓VT (中心電壓VA、振幅A VA)不取決于溫度，而是大致恒定的值，從而可以獲得必要的頻率調(diào)制幅度。
以上所述意味著在將本調(diào)制信號發(fā)生電路應(yīng)用于雷達(dá)裝置的情況下，可以 大幅度改善測距誤差。例如FM-CW雷達(dá)等的測距精度與調(diào)制信號發(fā)生電路輸 出的發(fā)送波的頻率調(diào)制幅度Af成正比，頻率調(diào)制幅度Af與上述VCO的調(diào)制 靈敏度成正比，因此在低溫、高溫條件下的調(diào)制靈敏度與常溫的調(diào)制靈敏度大 致相等的情況下，通過在各溫度條件下提供恒定振幅的FM調(diào)制電壓，能夠與 溫度無關(guān)地獲得大致恒定的測量距離(誤差為士數(shù)個百分點)。與根據(jù)相對于 在已有的不同VT — f特性的斜率(調(diào)制靈敏度)下進(jìn)行工作的情況下的低溫、 髙溫相對于常溫調(diào)制靈敏度的變化率(低溫條件下為+20 +50%，髙溫條件下 為一40 一20%)獲得的測距誤差_40% +50%相比，可將該誤差從低溫到 高溫改善到士數(shù)個百分點。
本實施形態(tài)利用具有可以獨立控制振蕩頻率的2個可變阻抗電路的電壓控
制振蕩器(以下稱為VCO)，將一個分配給FM調(diào)制用，將另一個分配給溫 度變動引起的頻率補償用，從而可以與FM調(diào)制無關(guān)地獨立實現(xiàn)VCO的輸出 頻率的溫度補償。即根據(jù)溫度監(jiān)控部檢測出的溫度T，調(diào)整頻率修正電壓發(fā)生 部輸出的頻率補償電壓，補償振蕩電路側(cè)的溫度變動，從而可以將VCO的振 蕩頻率調(diào)整到大致恒定的范圍內(nèi)。
又，本實施形態(tài)可以與FM調(diào)制無關(guān)地獨立實現(xiàn)VCO的輸出頻率的溫度補 償，因此不必因電波法的法定頻率范圍的制約，逐個溫度地改變VCO的調(diào)制 工作點，可以在VCO的調(diào)制靈敏度相對于溫度大致不發(fā)生變化的工作點進(jìn)行 FM調(diào)制。也就是利用頻率補償電壓補償VCO的頻率溫度漂移，利用具有不 取決于溫度的恒定的DC分量的調(diào)制電壓使FM工作，從而可以基本消除溫度 引起的調(diào)制靈敏度的變動，大幅度簡化獲得輸出信號的調(diào)制線性用的調(diào)制修正 電壓的溫度數(shù)據(jù)，且能夠大幅度削減試驗、調(diào)整時間。另外，可以不取決于溫 度地，以大致恒定的FM調(diào)整電壓獲得必要的頻率調(diào)整幅度。
又可以利用上述頻率修正功能，改善對于每一半導(dǎo)體的制造批次、每一制 造工序隨機變化的VCO的絕對頻率波動所作造成的產(chǎn)量下降。
實施形態(tài)2
圖6是示出本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路的FM調(diào)制電壓發(fā)生部、頻率修正 電壓發(fā)生部的電路構(gòu)成的框圖。在這里所示的電路結(jié)構(gòu)是表示VCOl的控制所 需要的最低電壓的發(fā)生手段的結(jié)構(gòu)要素，由于控制電路的電源電壓、各電路的 輸出電壓范圍的限制等因素，電路的構(gòu)成可根據(jù)需要適當(dāng)改變，不限于本發(fā)結(jié) 構(gòu)所示。
在圖6所示的調(diào)制信號發(fā)生電路中，F(xiàn)M調(diào)制電壓發(fā)生電路2以規(guī)定的直流 分量為中心，發(fā)生規(guī)定電壓幅度的周期變化的FM調(diào)制電壓，向VCO的一個 頻率控制端子輸入。頻率修正電壓發(fā)生部3獨立于上述FM調(diào)制電壓發(fā)生部地 相應(yīng)于框體溫度向另一頻率控制端子輸出頻率補償電壓。溫度監(jiān)控部4檢測電 路的框體溫度。微機7內(nèi)裝存儲器(ROM) 8a 8c、 A/D變換器、以及數(shù)據(jù)控 制部10。
A/D變換器9將溫度監(jiān)控部4來的電信號變換為數(shù)字信號。FM調(diào)制電壓用 D/A變換器21根據(jù)存儲器8a (調(diào)制電壓存儲器)的輸出值將數(shù)字值變換為模 擬值。電壓平滑化濾波器22阻止FM調(diào)制電壓用D/A變換器的輸出的髙頻成 分通過，使電壓波形平滑化。頻率補償電壓用D/A變換器31根據(jù)存儲器8c (頻
率修正電壓存儲器)的輸出值將數(shù)字值變換為模擬值。數(shù)據(jù)控制部10發(fā)生輸 出對應(yīng)于檢測出的框體溫度的數(shù)據(jù)的各存儲器8a 8c的地址值的控制信號，發(fā) 生對于D/A變換器21必要的觸發(fā)信號。
如圖7 — 1所示，F(xiàn)M調(diào)制電壓發(fā)生部2, VCOl的輸出頻率隨著時間的推 移線性變化地，輸出相對于VCOl的調(diào)制電壓-輸出頻率特性(曲線A)，具 有相反斜度特性的FM調(diào)制電壓(曲線B)。內(nèi)裝于微機7內(nèi)的存儲器8a中， 存儲上述各溫度的FM調(diào)制電壓數(shù)據(jù)(離散電壓值的數(shù)據(jù))。另一方面，在存 儲器8b (時間存儲器)，如圖7 — 2的C部分的細(xì)節(jié)所示，存儲與控制上述存 儲器8a內(nèi)的FM調(diào)制電壓(離散電壓值的數(shù)據(jù))的輸出時間，使輸入到FM 調(diào)制電壓用D/A變換器21的FM調(diào)制電壓接近平滑的理想電壓(圖7的曲線 B)的各FM調(diào)制電壓輸出對應(yīng)的時間間隔數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)控制部10按照由上述溫度監(jiān)控器4經(jīng)A/D變換器檢測出的框體溫度， 讀出并且輸出與上述溫度對應(yīng)的存儲器8a內(nèi)的FM調(diào)制電壓數(shù)據(jù)和存儲器8b 內(nèi)的時間間隔數(shù)據(jù)的地址，從存儲器8b接受時間間隔數(shù)據(jù)。再根據(jù)該時間間 隔數(shù)據(jù)發(fā)生時序信號，輸出觸發(fā)信號以使FM調(diào)制電壓用D/A變換器21輸出 FM調(diào)制電壓數(shù)據(jù)。存儲器8a將與數(shù)據(jù)控制部10來的地址值對應(yīng)的FM調(diào)制 電壓設(shè)定于FM調(diào)制電壓用D/A變換器21。 FM調(diào)制電壓用D/A變換器21與 數(shù)據(jù)控制部10來的出發(fā)信號同步地輸出設(shè)定的FM調(diào)制電壓(圖7 — 2的實線 B')。電壓平滑化濾波器22降低與FM調(diào)制電壓用D/A變換器3的輸出周期 相應(yīng)發(fā)生的取樣噪聲。
利用如上所述的電路結(jié)構(gòu)，能夠從存儲器8a內(nèi)的離散的FM調(diào)制電壓數(shù)據(jù)， 利用對于得到VCOl的調(diào)制線性理想的FM調(diào)制電壓波形(虛線B),能夠?qū)?現(xiàn)忠實的FM調(diào)制電壓波形(調(diào)制目標(biāo)電壓波形)。
頻率修正電壓發(fā)生部3，輸出像圖8所示那樣相對于VCOl的頻率補償電壓 一輸出頻率特性(曲線D),具有像曲線E所示那樣的相反斜度特性的頻率補 償電壓，以使VCOl的振蕩頻率相對于溫度的變化如圖4一2說明的那樣大致 為恒定。也就是說，輸出在圖8的頻率補償電壓Vd —輸出頻率f特性上能夠得 到從圖7所示的常溫的工作點PA出發(fā)的髙溫、低溫的頻率漂移量Af (髙溫)、 △ f (低溫)的等價頻率變化量的工作點PB. " 、 Pc"所對應(yīng)的頻率補償電壓。 在內(nèi)裝于微機7的存儲器8c中存儲上述各溫度的頻率補償電壓數(shù)據(jù)(離散值)。 數(shù)據(jù)控制部10根據(jù)由上述溫度監(jiān)控器4經(jīng)過A/D變換器9檢測出的框體溫度，
輸出與上述溫度對應(yīng)的存儲器8c內(nèi)的地址值。存儲器8c將與數(shù)據(jù)控制部10 來的地址值對應(yīng)的頻率補償電壓數(shù)據(jù)設(shè)定于頻率補償電壓用D/A變換器31。頻 率補償電壓用D/A變換器31輸出由存儲器8c設(shè)定的頻率補償電壓。還有，頻 率補償電壓用D/A變換器31的輸出時間控制為了輸出與溫度監(jiān)控部4檢測出 的溫度對應(yīng)的恒定電壓(不是時間波形)，不需要上述FM調(diào)制電壓發(fā)生部2 那樣的，以時間數(shù)據(jù)為依據(jù)的輸出時間間隔控制和波形平滑化，但是也可以根 據(jù)調(diào)制觸發(fā)等規(guī)定的數(shù)據(jù)輸出周期進(jìn)行輸出控制(未圖示)。
圖9表示上述存儲器8a 8c存儲的各溫度下必要的溫度數(shù)據(jù)表(圖9一1) 以及FM調(diào)制電壓Vi (圖9 —2)以及頻率補償電壓Vp (圖9 —3)的各控制電 壓的波形概念圖。符號91表示FM調(diào)制電壓數(shù)據(jù)，符號92表示時間間隔數(shù)據(jù)， 符號93表示頻率補償電壓數(shù)據(jù)。
頻率補償電壓數(shù)據(jù)Vp分別在每一溫度表中存取，F(xiàn)M調(diào)制電壓數(shù)據(jù)V。、時 間間隔數(shù)據(jù)Tn分別在每一溫度表中按時間序列存儲。微機7對溫度監(jiān)控部4 檢測出的框體溫度T探索上述溫度T最接近的溫度Tn和Tn+1,從存儲器8a 8c內(nèi)的規(guī)定地址讀出與該溫度Tn、 T"i對應(yīng)的數(shù)據(jù)，根據(jù)各溫度的數(shù)據(jù)，利 用線性插補或以多項式近似進(jìn)行插補，計算出對應(yīng)于框體溫度T的FM調(diào)制電 壓以及頻率補償電壓并輸出。在圖9一2以及圖9一3中，表示出對于與溫度To 對應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)(FM調(diào)制電壓VT以及頻率補償電壓Vp)，從溫度Tp T2用 線性插補計算出的例子。又，除了上面所述外，也可以從3個溫度以上的數(shù)據(jù) 借助于多項式近似進(jìn)行計算。
如上所述，F(xiàn)M/CW雷達(dá)的測距精度正比于VCOl的頻率調(diào)制幅度Af。想 要利用上述各溫度的修正電壓電路將測距精度抑制在1%以下的情況下，在例 如VCOl的調(diào)制靈敏度500MHz/V、頻率調(diào)制幅度100MHz的FM —CW雷達(dá) 中，允許的頻率調(diào)制幅度的誤差為lMHz，其所需的修正電壓與調(diào)制靈敏度成 反比，相對于調(diào)制電壓幅度200mVp—p，精度為土2mV以下。利用如上所述的 電路結(jié)構(gòu)和修正數(shù)據(jù)輸出方式，可以得到在各溫度下髙精度的FM修正調(diào)制電 壓。
向來，由于電波法的限制，在各溫度下有必要使FM調(diào)制的工作點移動， 因此如圖15 — 2所示，相對于常溫的調(diào)制靈敏度，低溫和高溫下的調(diào)制靈敏度 有很大變動，因此有必要預(yù)先計劃、調(diào)整補償該調(diào)制靈敏度隨溫度的變化的FM 調(diào)制電壓(調(diào)制修正電壓)，需要多個溫度數(shù)據(jù)表，但是在本發(fā)明中，如圖4
所示，在各溫度下在VCOl的調(diào)制靈敏度大致不變的相同的工作點進(jìn)行FM調(diào) 制，因此由于溫度變化而需要的調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù)沒有太大變化。也就是說， 像圖9的概念圖所示那樣，由于溫度的關(guān)系需要很多數(shù)據(jù)的調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù) 在本發(fā)明中如圖10所示幾乎不因溫度而改變，用特別少的調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù) 就能夠得到髙精度的頻率調(diào)制輸出。根據(jù)上面所述，可以減少取得各調(diào)制修正 電壓數(shù)據(jù)用的試驗溫度數(shù)目，可以大幅度減少試驗、調(diào)整的時間。
下面利用圖11的修正數(shù)據(jù)制作流程圖對FM調(diào)制數(shù)據(jù)(以下稱為調(diào)制修正 數(shù)據(jù))以及頻率補償數(shù)據(jù)的制作流程進(jìn)行說明。
調(diào)制信號發(fā)生電路的輸出頻率像迄今為止所說明的那樣，由FM調(diào)制電壓 (工作點中心電壓)與頻率補償電壓決定，因此首先在常溫下確定輸出頻率在 法定頻率內(nèi)的各電壓。在常溫下設(shè)定的頻率補償電壓考慮髙溫和低溫下的頻率 補償份額，設(shè)定為與在輸出電壓范圍得到的輸出頻率變化幅度的中心附近對應(yīng) 的電壓值。
接著，決定在各溫度下的頻率補償電壓值(常溫試驗)，最后對各溫度下 的FM調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行實測、計算(溫度試驗)。
下面對常溫下的調(diào)制修正電壓以及頻率補償電壓的決定流程進(jìn)行說明。首 先，在最初設(shè)定FM調(diào)制電壓VT(中心值)以及頻率補償電壓Vp的初始值(缺 省值)，輸入到VCOl的各控制端子(步驟l)。對該初始電壓，測定調(diào)制信 號發(fā)生電路的輸出頻率(步驟2)。在輸出頻率處于目標(biāo)范圍內(nèi)的情況下，將 上述初始電壓作為常溫設(shè)定值，保持于存儲器中(步驟3)。在輸出頻率不處 于目標(biāo)內(nèi)的情況下，在調(diào)整界限范圍內(nèi)對頻率補償電壓Vp進(jìn)行調(diào)整，再次測 定輸出頻率(步驟21 步驟23)。在上述Vp調(diào)整界限范圍內(nèi)不能夠得到目標(biāo) 頻率的情況下，同樣在調(diào)整界限范圍內(nèi)對FM調(diào)制電壓VT進(jìn)行調(diào)整，再度測 定頻率(步驟24 步驟26)。在步驟22和步驟25中得到目標(biāo)頻率的情況下， 將上述Vp、 VT調(diào)整值作為常溫設(shè)定值，存儲于存儲器中(步驟3)。在得不到 目標(biāo)的情況下，VCOl的輸出頻率在各控制電壓的輸出范圍內(nèi)沒有進(jìn)入法定頻 率范圍，因此不能調(diào)整不進(jìn)入下一工序而加以保留(步驟27)。在上述處理中， 決定FM調(diào)制電壓Vi (中心電壓)以及頻率補償電壓Vp的常溫設(shè)定值。
下面對決定各溫度下的頻率補償電壓數(shù)據(jù)的流程進(jìn)行詳細(xì)說明。首先將FM 調(diào)制電壓(工作點中心電壓)固定(步驟3的存儲器保持值)，取得常溫下的 頻率補償電壓一輸出頻率(Vp—f特性)的數(shù)據(jù)(圖8的曲線D)(步驟4)。
該Vp — f特性由于與上面所述的VT — f特性相同的理由，在低溫和髙溫下都有
大致接近常溫的Vp — f特性A的斜度，因此各溫度下的頻率變化幅度也大概可 以按照上述常溫VP—f特性考慮。
另一方面，利用上述頻率補償電壓進(jìn)行補償?shù)妮敵鲱l率的溫度漂移量，也 大致根據(jù)元件和電壓結(jié)構(gòu)決定，各個體的波動小。將預(yù)先取得的VCOl的輸出 的溫度斜度記為AfdMHz/'C。例如從常溫To降低到低溫Td時的頻率漂移為 的頻率漂移為Af(^ (Tc—To)，因此從圖8的曲線d求低溫下的補償電壓厶 Vp。同樣，從曲線D計算出任意溫度下的頻率補償電壓，像曲線D那樣提供。 為了計算，用多項式近似取得的特性，導(dǎo)出頻率補償電壓的數(shù)學(xué)式(步驟5)。 通過以上處理導(dǎo)出的在各溫度下的頻率補償電壓的溫度表(圖9)作為數(shù)據(jù)寫 入存儲器8c (步驟6)。
下面參照圖11一2對求各溫度下的調(diào)制修正電壓值的流程進(jìn)行說明。調(diào)制 修正電壓如上所述，需要髙精度控制，因此從各溫度下得到的實測數(shù)據(jù)直接計 算出。設(shè)定調(diào)制信號發(fā)生電路的周圍溫度(步驟7)，達(dá)到目標(biāo)溫度的情況下， 設(shè)定與前一工序計算出的試驗溫度對應(yīng)的頻率償率電壓(X2)(步驟8)。借
助于這一電壓設(shè)定，頻率信號發(fā)生電路的輸出頻率被補償為接近常溫的頻率。 接著，對VCOl的FM調(diào)制端子，輸入試驗電壓圖案(相對于時間以規(guī)定斜率 線性變化的電壓)(步驟9)，測定頻率隨時間的變化，以取得VT-f曲線(圖 8的曲線A)(步驟IO)。這時的試驗電壓范圍是以最初決定的FM調(diào)制電壓 (*1)為中心電壓，具有能夠輸出模塊需要的調(diào)制頻率幅度AB的振幅的FM 調(diào)制電壓。上述Vi—f曲線可以用多項式近視表達(dá)，因此在例如以二項式的情 況下，由式l提供(步驟ll)。
f=aXV2 + bXV+c ...... (1)
如果將在各溫度設(shè)定的FM調(diào)制電壓的中心電壓(DC成分)記為V。(不取決 于溫度的恒定的電壓)，則將相對于該DC電壓輸出的頻率記為f。，以其為基 準(zhǔn)的任意電壓上的頻率變化幅度Af用式(2)表達(dá)。
△ f=f_f0 = aX (V2 —Vo2) +bX (V—Vo) ……(2)
另一方面，修正后的頻率(目標(biāo)t一f特性)隨著時間的推移周期性而且線 性地變化，因此，相對于周期Tm、調(diào)制頻率幅度AB、下限頻率t的關(guān)系由式 (3)提供。
f= (AB/Tm) Xt + fL ...... (3)
與上述式(2) —樣，在數(shù)據(jù)t。得到頻率f。時，在以其為基準(zhǔn)的任意時間的 頻率變化幅度Af用式(4)表達(dá)。
△ f=f—f0= (AB/Tm) X (t — t。) ...... (4)
從上述式(1) (4)，計算出調(diào)制修正所需要的下述式(5)所示的t一V 特性(圖7的曲線B)。
t = t0+ {aX (V2 — V02) +bX (V—V0) } / (AB/Tm) ……(5) 上述式(5)是得到理想的目標(biāo)是t一f特性用的t一V關(guān)系式，如果想要用 存儲器存儲的離散電壓Vn和離散時間tn得到該FM調(diào)制修正電壓，則以FM調(diào) 制電壓的DC分量(不取決于溫度的恒定的電壓)為V。，時間為t。 (t = 0)， 計算出以時間間隔tn—仁—i，以時間系列排列的，下式(6)所示的電壓和時間 的數(shù)據(jù)(步驟12)。
Ho十{aX (V-J — Vo2) +bX (V—「V。) } / (AB/Tm)
to = to
{aX (V!2—V。2) +bX (V「V。) } / (AB/Tm)
tn = t。+ {aX (Vn2 —V。2) +bX (Vn —V。) } / (AB/Tm) (6) 上述(Vn、 tn)數(shù)據(jù)系列的數(shù)據(jù)反比存儲于存儲器8a、 8b中(步驟13), 如果每規(guī)定的時間間隔tn—t^輸出對應(yīng)的修正電壓Vn，則能夠得到式(5)、 即接近圖7是曲線B的調(diào)制修正電壓。通過在各溫度實施上述處理，(步驟14 —步驟7)，能夠作成使用溫度范圍的調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù)。
下面對從上述測定以及產(chǎn)生的調(diào)制修正數(shù)據(jù)展開溫度數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行說 明。首先，利用上述流程測量、取得包含使用溫度范圍的低溫、高溫、常溫3 個點的溫度數(shù)據(jù)(調(diào)制修正數(shù)據(jù)以及式(1)所示的VT—f曲線的近似式的1次 和2次的系數(shù))。接著，從該3點溫度數(shù)據(jù)利用來自3點的數(shù)據(jù)插補展開為存 儲器8a、 8b中存儲的溫度數(shù)據(jù)(例如12個溫度)。下面作為例子對從3個溫 度實測數(shù)據(jù)展開為12個溫度的步驟進(jìn)行說明。首先，從上述3點的Vi—f曲線 近似式的一次、二次敘述，利用線性插補或二次多項式插補計算出其余的9個 溫度的VT—f曲線近似式的一次、二次系數(shù)a、 b。接著用利用插補計算出的一 次、二次系數(shù)與3個溫度的實質(zhì)情況相同地利用式(3)、式(4)計算出調(diào)制 修正數(shù)據(jù)(調(diào)制修正電壓和時間間隔數(shù)據(jù))。用以上步驟計算出的3個實測溫 度與插補的9個溫度份額的溫度數(shù)據(jù)(調(diào)制修正電壓和時間間隔數(shù)據(jù))存儲于 存儲器8a、 8b。 FM調(diào)制電壓發(fā)生部2根據(jù)上述12個溫度的數(shù)據(jù)表對檢測出的 框體溫度，利用根據(jù)最接近的兩個溫度數(shù)據(jù)用線性插補或多項式近似插補(參 照圖9一2、圖9一3),計算出與框體溫度對應(yīng)的FM調(diào)制電壓并輸出。
如上所述，在本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路中，不使用L一f曲線近似式的0 次(截距)以外的系數(shù)地進(jìn)行插補處理，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的溫度插補處理。也 就是說，式(1)中， 一次以上的系數(shù)表示VT—f曲線的斜率(調(diào)制靈敏度)， 式(2)和式(4)著眼于頻率變化幅度，導(dǎo)出調(diào)制修正電壓和時間的關(guān)系。在 本發(fā)明中，如上所述，由于使FM調(diào)制電壓的DC成分為恒定，調(diào)制靈敏度大致 為恒定，所以在各溫度下系數(shù)a、 b可以得到大概相等的數(shù)值。因此，借助于 根據(jù)不使用O次系數(shù)的三個溫度的測定數(shù)據(jù)進(jìn)行的溫度插補，能夠得到充分的 精度。另一方面，在包含0次(截距)的情況下，變成著眼于式(1)和式(2) 的頻率的公式，將提供下限頻率的FM電壓記為V in，形成下式(7)所示的計 算式。
t=( aXV2 + bXV+c_fL )/ (AB/Tm)
fL = aXVmin2 + bXV in + c ...... (7)
在式(7)中，為了形成頻率與電壓的關(guān)系，介入VT—f曲線近似式的0次 系數(shù)(截距)。0次系數(shù)c由于VCO本身的頻率溫度漂移和利用頻率補償電壓 進(jìn)行的溫度補償，誤差因素比系數(shù)a、 b大，成為計算時間數(shù)據(jù)的誤差的重要 原因。
利用如上所述的FM調(diào)制以及頻率補償?shù)难a償數(shù)據(jù)的生成流程和溫度插補方 法，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)少量的實測數(shù)據(jù)對輸出頻率的溫度漂移進(jìn)行補償?shù)念l率補償 電壓數(shù)據(jù)和對于得到輸出信號的髙精度的調(diào)制線性理想的調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù)。
如果采用本實施形態(tài)，對輸出頻率的溫度漂移進(jìn)行補償，利用具有與溫度 無關(guān)的恒定的DC分量的調(diào)制電壓使其實現(xiàn)FM工作，能夠減小溫度引起的調(diào)制 靈敏度變動，能夠生成對于用更少的調(diào)制修正電壓數(shù)據(jù)得到輸出信號的調(diào)制線 性理想的FM調(diào)制電壓波形。而且能夠減少用于取得各修正數(shù)據(jù)的試驗溫度數(shù) 目，能夠大幅度減少試驗、調(diào)整時間。
實施形態(tài)3
圖12是表示本發(fā)明實施形態(tài)3的發(fā)送接收模塊的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。在這
里表示的電路結(jié)構(gòu)是雷達(dá)裝置中測距、測速所需要拍頻周信號取出用的必須的
最低限度的發(fā)送接收模塊的結(jié)構(gòu)要素，根據(jù)vco的源振蕩頻率、發(fā)送接收的頻
道數(shù)、雷達(dá)性能，倍增器、開關(guān)、放大器等根據(jù)需要可以適當(dāng)改變電路結(jié)構(gòu)， 不限于這里所述的結(jié)構(gòu)。
在圖12所示的發(fā)送接收模塊中，符號70表示本發(fā)明實施形態(tài)1或?qū)嵤┬?態(tài)2說明的調(diào)制信號發(fā)生電路，發(fā)送部5發(fā)送VC01輸出的信號，將發(fā)送信號 的一部分分叉。接收部6接收反射信號，取出與從發(fā)送部來的分波信號的混合 波(以下稱為拍頻信號)。
調(diào)制信號發(fā)生電路70也向?qū)嵤┬螒B(tài)1或2所述那樣，對輸出頻率漂移進(jìn)行 補償，輸出具有規(guī)定的調(diào)制幅度的FM調(diào)制波。該FM調(diào)制波由發(fā)送部5輻射到 外部目標(biāo)物體上。從目標(biāo)物體來的反射波由接收部6接收，然后與發(fā)送信號的 分波信號混合，得到拍頻信號。
如果采用本實施形態(tài)中，由于使用實施形態(tài)1或2所述的調(diào)制信號發(fā)生電 路，對發(fā)送接收模塊的發(fā)送輸出頻率的溫度漂移進(jìn)行補償，能夠遵守電波法規(guī) 定的法定頻率范圍，得到調(diào)制輸出，能夠得到發(fā)送輸出信號的高精度的調(diào)制線 性。從而，能夠構(gòu)成可以得到溫度引起的誤差和時間變動小的頻率穩(wěn)定性髙的 拍頻信號的發(fā)送接收模塊。
實施形態(tài)4
圖13是表示本發(fā)明實施形態(tài)4的雷達(dá)裝置的基本結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖中， 符號70表示本發(fā)明實施形態(tài)1或2說明的調(diào)制信號發(fā)生電路。雷達(dá)裝置形成 具備發(fā)送部5、接收部6、發(fā)送天線50、接收天線60、以及信號處理部80的 結(jié)構(gòu)。
調(diào)制信號發(fā)生電路70對輸出頻率漂移進(jìn)行補償，輸出具有規(guī)定的調(diào)制幅度 的FM調(diào)制波。該FM調(diào)制波在發(fā)送部5根據(jù)需要倍增、放大，從發(fā)送天線50 向外部目標(biāo)物體發(fā)射。發(fā)送信號的一部分向接收部6分波。從目標(biāo)物體返回的 反射波由接收部天線60接收，利用接收部6根據(jù)需要放大后，與發(fā)送信號的 分波信號混合，得到拍頻信號。拍頻信號在信號處理部80提取延遲時間和多 普勒移動，以此計算出與目標(biāo)物體的距離和相對速度。
如果采取本實施形態(tài)，作為雷達(dá)裝置的調(diào)制信號發(fā)生電路，使用實施形態(tài)l 或2所述的調(diào)制信號發(fā)生電路，因此能夠遵守電波法規(guī)定的法定頻率范圍，得 到調(diào)制輸出，能夠得到發(fā)送輸出信號的髙精度的調(diào)制線性，因此能夠構(gòu)成具有
溫度引起的誤差和時間變動小的髙測距精度和測速精度的雷達(dá)裝置。 工業(yè)應(yīng)用性
如上所述，本發(fā)明的調(diào)制信號發(fā)生電路對于使用頻率的溫度漂移大的微波、
毫米波、自由振蕩器的FM—CW雷達(dá)裝置等的測距、測速這些測量用的雷達(dá)裝 置是有用的。
權(quán)利要求
1.一種輸出發(fā)送波的調(diào)制信號發(fā)生電路，所述發(fā)送波的頻率隨著時間的推移而周期性且線性地變化，其特征在于，所述調(diào)制信號發(fā)生電路具備檢測電路的框體溫度的溫度監(jiān)控部、具有2個可變阻抗電路的電壓控制振蕩器，所述可變阻抗電路根據(jù)輸入的控制電壓獨立控制振蕩頻率、根據(jù)上述溫度監(jiān)控部檢測出的框體溫度，對上述一個可變阻抗電路輸出電壓的頻率修正電壓發(fā)生部，所述電壓補償了振蕩頻率的溫度漂移、以及在上述頻率修正電壓發(fā)生部產(chǎn)生的溫度漂移補償條件下，對上述另一可變阻抗電路輸出由與溫度無關(guān)的恒定的直流分量和規(guī)定的交流分量所構(gòu)成的調(diào)制電壓的FM調(diào)制電壓發(fā)生部。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的調(diào)制信號發(fā)生電路，其特征在于， 在所述電壓控制振蕩器的FM調(diào)制電壓-輸出頻率特性在工作溫度范圍內(nèi)大致為恒定的工作點時，所述FM調(diào)制電壓發(fā)生部實施FM調(diào)制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的調(diào)制信號發(fā)生電路，其特征在于， 所述頻率修正電壓發(fā)生部具備存儲頻率補償電壓的溫度數(shù)據(jù)的存儲器，所述溫度數(shù)據(jù)用于補償所述電壓控制振蕩器的振蕩頻率的溫度漂移、將所設(shè)定的頻率補償電壓的溫度數(shù)據(jù)變換為模擬值的D/A變換器、以及 根據(jù)所述溫度監(jiān)控部檢測出的框體溫度，控制所述存儲器使得該存儲器將與該溫度對應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)輸出到所述D/A變換器的數(shù)據(jù)控制部， 所述FM調(diào)制電壓發(fā)生部具備將所述電壓控制振蕩器的振蕩頻率隨著時間的推移而周期性且線性地變化 的，各溫度的調(diào)制目標(biāo)電壓波形預(yù)先作為時間系列的離散電壓的數(shù)據(jù)加以存儲 的調(diào)制電壓存儲器、存儲所述時間系列的離散電壓的各輸出時間間隔的數(shù)據(jù)的時間存儲器、以及根據(jù)所述溫度監(jiān)控部檢測出的框體溫度，讀出與該溫度對應(yīng)的，所述時間 存儲器存儲的各輸出時間間隔的數(shù)據(jù)，控制所述D/A變換器根據(jù)該時間間隔， 對所述調(diào)制電壓存儲器的離散電壓輸出進(jìn)行D/A變換的數(shù)據(jù)控制部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的調(diào)制信號發(fā)生電路，其特征在于， 所述FM調(diào)制電壓發(fā)生部在包含了使用溫度范圍的至少3個點的溫度上，將利用線性或多項式插補 處理從根據(jù)預(yù)先測定的FM調(diào)制電壓-振蕩頻率特性計算出的調(diào)制修正溫度數(shù) 據(jù)計算出的離散性溫度數(shù)據(jù)，存儲于所述調(diào)制電壓存儲器和時間存儲器，對所 述溫度監(jiān)控部檢測出的框體溫度，利用該離散性溫度數(shù)據(jù)的插補處理計算出 FM調(diào)制電壓并加以輸出。
5. —種發(fā)送接收模塊，其特征在于，具備權(quán)利要求1 4中任一項所述的調(diào)制信號發(fā)生電路，接收發(fā)送FM調(diào)制 波，根據(jù)由發(fā)送波與接收波組成的混合波輸出拍頻信號。
6. —種雷達(dá)裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1 4中任一項所述的調(diào)制信號發(fā)生電路，接收發(fā)送FM調(diào)制 波，對從由發(fā)送波與接收波組成的混合波得到的拍頻信號進(jìn)行信號處理，以此 計算出與目標(biāo)物體的相對距離和相對速度。
全文摘要
在調(diào)制信號發(fā)生電路中，能夠得到在法定頻率范圍內(nèi)線性良好的FM調(diào)制波。又，能夠簡化用于得到該線性良好的FM調(diào)制波的調(diào)制修正電壓的溫度數(shù)據(jù)。該調(diào)制信號發(fā)生電路具備檢測電路的框體溫度的溫度監(jiān)控部(4)、具有根據(jù)輸入的控制電壓獨立控制振蕩頻率的2個可變阻抗電路的電壓控制振蕩器(1)、根據(jù)上述溫度監(jiān)控部(4)檢測出的框體溫度，對上述一個可變阻抗電路輸出補償振蕩頻率的溫度漂移的電壓的頻率修正電壓發(fā)生部(3)、以及在上述頻率修正電壓發(fā)生部(3)產(chǎn)生的溫度漂移補償條件下，對另一可變阻抗電路輸出與溫度無關(guān)的恒定的直流分量和規(guī)定的交流分量構(gòu)成的調(diào)制電壓的FM調(diào)制電壓發(fā)生部(2)。
文檔編號G01S7/35GK101361007SQ20068005098
公開日2009年2月4日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者鈴木拓也 申請人:三菱電機株式會社