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Dokumentenidentifikation DE112004001202T5 27.04.2006
Titel FET-Verstärker, Pulsmodulationsmodul und Radarvorrichtung
Anmelder Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, JP
Erfinder Yamashita, Sadao, Nagaokakyo, Kyoto, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 112004001202
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 23.02.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2005/002852
WO-Veröffentlichungsnummer 2005091496
WO-Veröffentlichungsdatum 29.09.2005
Date of publication of WO application in German translation 27.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.2006
IPC-Hauptklasse H03F 3/189(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01S 7/282(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen FET-Verstärker zum Verstärken eines Hochfrequenzsignals, insbesondere einen FET-Verstärker, der durch ein Gatevorspannungssteuersignal gesteuert wird, auf ein Pulsmodulationsmodul zum Pulsmodulieren eines Hochfrequenzsignals durch Verwendung des FET-Verstärkers, und auf eine Radarvorrichtung zum Erfassen eines Zielobjekts durch Senden eines Pulsmodulationssignals von dem Pulsmodulationsmodul nach draußen.

Stand der Technik

Als Vorrichtung zum Erfassen der Entfernung zu einem Zielobjekt des anderen Fahrzeugs, das vor einem eigenen Fahrzeug existiert usw., und der Geschwindigkeit des Zielobjekts, werden verschiedene Millimeterwellenradarvorrichtungen verwendet, und unter diesen befinden sich Radarvorrichtungen, die ein Amplitudenpulsmodulationssystem verwenden. Bei einer Millimeterwellenradarvorrichtung, die ein Amplitudenpulsmodulationssystem verwendet, wird ein Pulsmodulationssignal erzeugt und durch Verändern der Amplitude eines Hochfrequenzsignals einer feststehenden Frequenz durch ein EIN/AUS-gesteuertes Signal ausgestrahlt. Dann erfasst die Millimeterwellenradarvorrichtung die Entfernung zu einem Zielobjekt mittels der Zeitdifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal durch Empfangen eines reflektierten Signals von dem Zielobjekt. Bei der Millimeterwellenradarvorrichtung, die ein derartiges Amplitudenpulsmodulationssystem verwendet, ist ein HF-Schalter, um ein Hochfrequenzsignal intermittierend zu machen, indem ein EIN/AUS-Steuersignal oder ein Verstärker zum Steuern und Verstärken einer Amplitude verwendet wird, erforderlich.

Es gibt einen solchen Verstärker, der im Patentdokument 1 beschriebene Struktur aufweist. Obwohl die Schaltung in dem Patentdokument 1 ein Verstärker für tragbare Telefone ist, weist auch ein Verstärker, der bei Millimeterwellenradargeräten verwendet wird, im Wesentlichen dieselbe Struktur auf. Dann enthält der Verstärker einen FET, eine stabilisierte Negativspannungserzeugungsschaltung und eine Gatevorspannungssteuerschaltung zum Erzeugen eines Steuersignals des FET. Die Gatevorspannungssteuerschaltung enthält einen ROM, in dem die Gatevorspannungssteuerdaten gespeichert sind, einen D/A-Wandler zum Umwandeln von aus dem ROM ausgegebenen Steuerdaten in ein analoges Steuersignal, und einen invertierenden Verstärker, in den eine analoge Spannung von dem D/A-Wandler und eine negative Spannung von der stabilisierten Negativspannungserzeugungsschaltung eingegeben werden, um eine negative Gatevorspannungsspannung zu erzeugen. Dann wird der FET gemäß einem gesteuerten Gatevorspannungssteuersignal auf der Basis der Intensität eines Empfangssignals oder des Befehls von der Basisstation gesteuert, und die Ausgangsleistung wird optimiert, indem der Verstärkungsgrad eines in das Gate eingegebenen Hochfrequenzsignals verändert wird.

Ferner ist im Patentdokument 2 eine Schaltung zum Erhalten einer gewünschten Gatevorspannungsspannung durch Teilen einer Spannung unter Verwendung von Widerständen gezeigt. Bei der Schaltung wird ein FET vom Verarmungstyp EIN/AUS-gesteuert, indem die Pinch-Off-Spannung des FET zu einer Schwellenspannung der Gatevorspannungsspannung gemacht wird. Somit wird ein pulsmoduliertes Hochfrequenzsignal ausgegeben.

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 5-83041

Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungsnr. 11-195935

Wenn ein Millimeterwellenbandsignal unter Verwendung eines FET vom Verarmungstyp verstärkt wird, kann oft der maximale Ausgang erhalten werden, indem die Gatevorspannungsspannung des FET auf etwa +0,2 V eingestellt wird.

Da jedoch bei den verwandten Verstärkern die Gatevorspannungsspannung des FET immer negativ ist, ist es nicht möglich, ein Millimeterwellensignal, das eine ausreichende Amplitude aufweist, aus dem FET auszugeben.

Ferner ist eine stabile Gatevorspannungsspannung einer feststehenden Amplitude erforderlich, damit der FET in dem EIN-Zustand einen Vorgang eines stabilen hohen Ausgangs durchführen kann. Jedoch wird die Gatevorspannungsspannung bei den verwandten Verstärkern durch die Auswirkung der Schwankung der Leistungsversorgungsspannung eines D/A-Wandlers instabil, da die feststehende Gatevorspannungsspannung, um den FET in dem EIN-Zustand zu machen (zu bewirken, dass der FET eine große Ausgangsamplitude aufweist), durch Verwendung der Ausgangsspannung des D/A-Wandlers erzeugt wird. Somit wird die Amplitude eines aus dem FET ausgegebenen Millimeterwellensignals ebenfalls instabil. Wenn außerdem, wie in dem Patentdokument 2, eine Gatevorspannungsspannung erhalten wird, indem eine Spannung durch Widerstände geteilt wird, kann ein scharfer Signalverlauf, der für eine Pulsmodulation mit hoher Geschwindigkeit notwendig ist, nicht erhalten werden, da die Kapazität (der Kondensator), die (bzw. der) parallel zu der Gatevorspannungsschaltung geschaltet ist, und die Widerstände für die Spannungsteilung eine Integrationsschaltung bilden.

Offenbarung der Erfindung

Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen FET-Verstärker, der die Amplitude eines Pulsmodulationssignals stabilisiert und einen hohen Ausgang liefert, ein Pulsmodulationsmodul, das den FET-Verstärker aufweist, in dem eine Pulsoperation mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, und eine Radarvorrichtung, die den FET-Verstärker und das Pulsmodulationsmodul aufweist, zu liefern.

Bei der vorliegenden Erfindung umfasst ein FET-Verstärker einen FET zum Verstärken eines Hochfrequenzsignals, das in das Gate eingegeben werden soll, auf der Basis einer Gatevorspannungsspannung von einer Gatevorspannungssteuerschaltung; und die Gatevorspannungssteuerschaltung umfasst eine Spannungsstabilisierungsschaltung, die ein positives Konstantgleichspannungssignal erzeugt, eine Logikschaltung, die ein Zustandssteuersignal in einem Hoch-Zustand oder in einem Niedrig-Zustand ausgibt, und einen invertierenden Verstärker, der ein von der Spannungsstabilisierungsschaltung eingegebenes positives Konstantgleichspannungssignal an dem nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers empfängt und den Zustandssteuersignaleingang von der Logikschaltung an dem invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers empfängt, um die Gatevorspannungsspannung auszugeben.

Bei dem Aufbau wird die von dem invertierenden Verstärker ausgegebene Gatevorspannungsspannung durch eine festgelegte positive, konstante Gleichspannung, eine festgelegte Spannung eines Zustandssignals, das einem Gatevorspannungssteuersignal in einem Hoch-Zustand oder in einem Niedrig-Zustand entspricht, und eine Konstante bestimmt, die die Differenzberechnung bestimmt (Differenzberechnungsbestimmungskonstante), das heißt einen Elementwert eines Elements, das mit dem Differentialverstärker des invertierenden Verstärkers verbunden ist, bestimmt. Der Schaltvorgang des FET wird gemäß der Gatevorspannungsspannung durchgeführt, und die Amplitude eines Hochfrequenzsignals wird EIN/AUS-gesteuert, um das Signal auszugeben. Hier wird in den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers eine positive konstante Spannung eingegeben, und eine feststehende Spannung, die dem Gatevorspannungssteuersignal entspricht, wird in den invertierenden Eingangsabschnitt eingegeben, und somit wird auf der Basis einer festgelegten positiven Spannung eine Spannung, die dem Hoch- und dem Niedrig-Zustand des Gatevorspannungssteuersignals entspricht, gemäß der Differenzberechnungsbestimmungskonstante bestimmt und als Gatevorspannungsspannung ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Wert der positiven konstanten Spannung, der Spannungswert, der jedem Zustand des Gatevorspannungssteuersignals entspricht, und die Differenzberechnungsbestimmungskonstante bei festgelegten Werten eingestellt sind, kann der FET durch die positive Gatevorspannungsspannung eingeschaltet werden. Auf diese Weise kann, wenn sich der FET in dem EIN-Zustand befindet, ein hoher Ausgang erhalten werden.

Ferner erzeugt die Gatevorspannungssteuerschaltung gemäß dem FET-Verstärker der vorliegenden Erfindung eine positive Gatevorspannungsspannung, wenn sich ein Zustandssteuersignal von der Logikschaltung in dem Niedrig-Zustand befindet, und erzeugt eine negative Gatevorspannungsspannung, wenn sich ein Zustandssteuersignal von der Logikschaltung in dem Hoch-Zustand befindet.

Bei dem Aufbau wird eine positive Gatevorspannungsspannung erzeugt, um den FET einzuschalten, wenn eine positive konstante Gleichspannung und eine feststehende Zustandsignalspannung, die dem Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand entspricht, in den invertierenden Verstärker eingegeben werden. Da eine in den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt eingegebene positive konstante Gleichspannung von einer Konstantspannungsleistungsversorgung eingegeben wird, wird die Spannung stabilisiert, und da eine feststehende Spannung, die dem in den invertierenden Eingangsabschnitt eingegebenen Gatevorspannungssteuersignal entspricht, in dem Niedrig-Zustand 0V beträgt, wird die Spannung durch eine Schwankung der Leistungsversorgungsspannung nicht beeinflusst und ist stabil, und folglich ist die aus dem invertierenden Verstärker ausgegebene Gatevorspannungsspannung stabil. Demgemäß kann der stabile Betrieb des FET in dem EIN-Zustand erhalten werden.

Wenn dagegen eine positive konstante Gleichspannung und eine feststehende Zustandsignalspannung, die dem Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand entspricht, in den invertierenden Verstärker eingegeben werden, wird, um den FET abzuschalten, eine negative Gatevorspannungsspannung erzeugt, die niedriger ist als die Pinch-Off-Spannung. Da die feststehende Spannung, die dem in den invertierenden Eingangsabschnitt eingegebenen Gatevorspannungssteuersignal entspricht, durch die Wirkung der Schwankung der Leistungsversorgungsspannung schwankt, schwankt auch die aus dem invertierenden Verstärker ausgegebene Gatevorspannungsspannung entsprechend der Änderung. Wenn jedoch die Gatevorspannungsspannung so eingestellt ist, dass sie ausreichend niedriger ist als die Pinch-Off-Spannung, so wird die Schwankung des FET in dem AUS-Zustand nicht beeinflusst, auch wenn die Leistungsversorgungsspannung ein wenig schwankt.

Ferner umfasst ein Pulsmodulationsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung einen FET-Verstärker; und das Pulsmodulationsmodul pulsmoduliert ein in den FET eingegebenes Hochfrequenzsignal auf der Basis der Gatevorspannungsspannung.

Bei dem Aufbau kann die Amplitude eines in den FET eingegebenen Hochfrequenzsignals auf stabile Weise in einer Pulsform EIN/AUS-gesteuert werden, und ein Pulsmodulationssignal, das keinen trägen Signalverlauf und keine Verzerrung aufweist, kann ausgegeben werden, da der FET-Verstärker stabil ist und bei hoher Geschwindigkeit EIN/AUS-betrieben wird.

Ferner umfasst eine Radarvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Pulsmodulationsmodul; und die Radarvorrichtung erfasst ein Zielobjekt, indem sie ein Pulsmodulationssignal nach außen sendet, das erzeugt wird, indem ein Hochfrequenzsignal in dem Pulsmodulationsmodul pulsmoduliert wird, und indem sie ein Reflexionssignal von dem Zielobjekt empfängt.

Bei dem Aufbau wird, wenn das Pulsmodulationsmodul verwendet wird, der Signalverlauf als Pulsmodulationssignal nicht träge und nicht verzerrt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der FET durch Anlegen einer positiven Gatevorspannungsspannung eingeschaltet, und der FET kann durch Anlegen einer negativen Gatevorspannungsspannung, die niedriger ist als die Pinch-Off-Spannung, ausgeschaltet werden. Somit kann ein FET-Verstärker konstruiert werden, bei dem ein hoher Ausgang verfügbar ist, während der FET eingeschaltet ist.

Da der FET gemäß der vorliegenden Erfindung sowohl in dem EIN-Zustand als auch in dem AUS-Zustand auf stabile Weise betrieben werden kann, kann außerdem ein FET konstruiert werden, bei dem ein stabiles Hochfrequenzausgangssignal zur Verfügung steht.

Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn der FET-Verstärker verwendet wird, ein Pulsmodulationsmodul konstruiert werden, bei dem ein stabiles Pulsmodulationssignal ausgegeben wird, indem die Amplitude eines Hochfrequenzsignals, das in dem EIN- und in dem AUS-Zustand in den FET eingegeben wird, schnell durch die Gatevorspannungsspannung gesteuert wird.

Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das Pulsmodulationsmodul verwendet wird und ein in den FET eingegebenes Signal zu einem Hochfrequenzsignal zum Erfassen eines Zielobjekts gemacht wird, ein Sendesignal, das ein Pulsmodulationssignal ist, d. h. die EIN/AUS-gesteuerte Amplitude des Hochfrequenzsignals, erhalten, und die Erfassung eines Zielobjekts kann durch Verwendung des Sendesignals durchgeführt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist das Schaltungsdiagramm eines Pulsmodulationsmoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.

2 ist ein Blockdiagramm, das den Umriss des Aufbaus einer Radarvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

1Spannungsstabilisierungsschaltung 2Gatevorspannungssteuersignaleingangsschaltung 3Inverterschaltung 4invertierender Verstärker 5FET 6Modulationssignalausgangsanschluss 7Hochfrequenzsignaleingangsschaltung 10Ansteuerspannung 100Signalverarbeitungsschaltung 101Oszillator 102Multiplizierer 103Verstärker 103Aerster Verstärkerabschnitt 103Bletzter Verstärkerabschnitt 104Zirkulator 105Antenne 106 Mischer Bester Modus zum Durchführen der Erfindung

Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Pulsmodulationsmodul beschrieben, das einen FET-Verstärker verwendet, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

1 ist das Schaltungsdiagramm eines Pulsmodulationsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in 1 gezeigt ist, ist das Gate eines FET 5 vom Verarmungstyp in dem Pulsmodulationsmodul an eine Hochfrequenzsignaleingangsschaltung 7 und an den Ausgangsabschnitt eines invertierenden Verstärkers durch einen Induktor L1 angeschlossen. Ferner ist die Source des FET 5 geerdet, und das Drain ist an einen Modulsignalausgangsanschluss 6 durch eine Hochfrequenzsignalausgangsschaltung 8 angeschlossen.

Der invertierende Verstärker 4 besteht aus einem Operationsverstärker (Differentialverstärker) OP, einem Widerstandselement R6, das zwischen den invertierenden Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, und einem Widerstandselement R5, das zwischen den Verbindungspunkt des invertierenden Eingangsanschlusses und des Widerstandselements R6 und den Ausgangsanschluss einer Inverterschaltung INV3, die einer Logikschaltung der vorliegenden Erfindung in der vorderen Stufe entspricht, geschaltet ist. Dann entspricht der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP dem nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4, und der Anschlussabschnitt, der dem Widerstandselement R5 gegenüber liegt, des Operationsverstärkers OP entspricht dem invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 5. Überdies entspricht der Verbindungspunkt zwischen dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP und dem Widerstandselement R6 dem Ausgangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4, und der Ausgangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4 ist durch einen Kondensator C1 einer geringen Kapazität in Bezug auf hohe Frequenzen geerdet.

Der nicht-invertierende Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4, d. h. der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP, ist an den Ausgangsabschnitt einer Spannungsstabilisierungsschaltung 1 durch ein Widerstandselement R4 angeschlossen.

Der Eingangsabschnitt der Spannungsstabilisierungsschaltung 1 ist an einen Ansteuerspannungseingangsanschluss 10 durch ein Widerstandselement R1 angeschlossen, und die Spannungsstabilisierungsschaltung 1 besteht aus einer Zener-Diode ZD, die die Kathode auf der Seite des Eingangsabschnitts aufweist, die zwischen den Eingangsabschnitt und Masse geschaltet ist, und einer Reihenschaltung von Widerstandselementen R2 und R3, die parallel zu der Zener-Diode ZD geschaltet ist. Dann entspricht der Verbindungspunkt zwischen den Widerstandselementen R2 und R3 dem Ausgangsabschnitt der Spannungsstabilisierungsschaltung 1.

Der invertierende Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4 ist an den Ausgangsanschluss der Inverterschaltung 3 angeschlossen, und der Eingangsanschluss der Inverterschaltung 3 ist an eine Gatevorspannungssteuersignaleingangsschaltung 2 angeschlossen.

Eine Schaltung, die aus diesen Spannungsstabilisierungsschaltung 1, Gatevorspannungssteuersignaleingangsschaltung 2, Inverterschaltung 3, Inverterverstärker 4, FET 5 und Modulationssignalausgangsanschluss 6 besteht, entspricht einem FET-Verstärker der vorliegenden Erfindung.

Als Nächstes wird die Funktionsweise des Pulsmodulationsmoduls beschrieben.

Wenn ein Ansteuerspannungssignal Vcc, das eine Spannung aufweist, die höher ist als die Durchschlagspannung VZD der Zener-Diode ZD, in den Ansteuerspannungseingangsanschluss 10 eingegeben wird, wird das Ansteuerspannungssignal Vcc durch das Widerstandselement R1 in die Spannungsstabilisierungsschaltung 1 eingegeben. Wenn das Ansteuerspannungssignal Vcc an die Spannungsstabilisierungsschaltung 1 angelegt wird, fließt ein gewünschter Strom durch das Widerstandselement R1, und eine Spannung, die durch Subtrahieren eines Spannungsabfalls gemäß dem Strom des Ansteuerspannungssignals Vcc und dem Widerstandswert des Widerstandselements R1 von dem Ansteuerspannungssignal Vcc erhalten wird, wird an die Zener-Diode ZD angelegt. Da die Zener-Diode ZD eine Charakteristik aufweist, bei der, auch wenn sich der in der Zener-Diode ZD fließende Strom ändert, die Spannung über die Zener-Diode ZD konstant ist, wird die Durchschlagspannung VZD einer konstanten positiven Spannung an die Reihenschaltung der Widerstandselemente R2 und R3 angelegt. Dann wird die Durchschlagspannung VZD durch die Widerstandselemente R2 und R3 geteilt, und ein gewünschtes positives Konstantgleichspannungssignal wird aus der Spannungsstabilisierungsschaltung 1 ausgegeben. Das positive Konstantgleichspannungssignal wird in den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des nicht-invertierenden Verstärkers 4, d. h. den nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP durch ein Widerstandselement R4 eingegeben.

In die Gatevorspannungssteuersignaleingangsschaltung 2 wird ein digitales Gatevorspannungssteuerdatensignal zum Steuern des EIN/AUS-Zustands, von der vorderen Stufe (nicht veranschaulicht) eingegeben, eingegeben, in der Gatevorspannungssteuersignaleingangsschaltung 2 wird die Verarbeitung einer Signalverlaufbildung, eine zeitliche Anpassung usw. durchgeführt, und die Umwandlung in ein Gatevorspannungssteuersignal wird durchgeführt, um das Signal an die Inverterschaltung 3 auszugeben. Hier schaltet das Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand den FET 5 ein, und das Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand schaltet den FET 5 aus.

Die Inverterschaltung 3 weist einen Schaltungsaufbau auf, der durch Verwendung eines NAND-Gates als Logikschaltung verwirklicht werden kann, und die Gatevorspannungssteuerung wird in beide der zwei Eingangsanschlüsse eingegeben, um das Inversionssignal auszugeben. Die Inversionssignalausgabe entspricht einem Zustandssteuersignal der vorliegenden Erfindung. Das heißt, dass, wenn sich das Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand befindet, die Inverterschaltung 3 eine Niedrig-Zustand-Spannung von 0 V ausgibt, und dass, wenn sich das Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand befindet, die Inverterschaltung 3 eine Hoch-Zustand-Spannung eines feststehenden Potentials gemäß der Leistungsversorgungsspannung des Inverters 3 ausgibt. Die Spannung wird in den invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4 eingegeben und in den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers OP durch das Widerstandselement R5 eingegeben.

Der invertierende Verstärker 4 gibt eine Gatevorspannungsspannung, die die in der folgenden Formel gezeigte Beziehung, gemäß einer positiven, konstanten Gleichspannung, die in den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt eingegeben wird, und einer Ausgangsspannung aus der Inverterschaltung 3 aufweist, aus, die in den invertierenden Eingangsabschnitt eingegeben ist. Bei der folgenden Formel stellt VG eine Gatevorspannungsspannung dar, VD stellt eine positive, konstante Gleichspannung dar, Vcon stellt eine Ausgangsspannung aus der Inverterschaltung 3 dar, und R5 und R6 stellen den Widerstandswert der Widerstandselemente R5 bzw. R6 dar. VG = –(R6/R5) × Vcon + VD(1)

Hier wird VD durch die Struktur der Spannungsstabilisierungsschaltung 1 festgelegt, und Vcon wird durch die Struktur der Inverterschaltung 3 festgelegt. Dementsprechend können die Gatevorspannungsspannungen, die dem Hoch-Zustand und dem Niedrig-Zustand entsprechen, eingestellt werden, indem die Spannungswerte und die Widerstandswerte der Widerstandselemente R5 und R6 auf feststehende Werte eingestellt werden.

Beispielsweise ist der Wert der positiven, konstanten Gleichspannung VD auf +0,2 V eingestellt, der Widerstandswert des Widerstandselements R5 ist auf 1,2 k&OHgr; eingestellt, und der Widerstandswert des Widerstandselements R6 ist auf 470 &OHgr; eingestellt. Dann ist der Spannungswert Vcon (Hoch), der dem Hoch-Zustand entspricht, der Ausgangsspannung aus der Inverterschaltung 3 auf +5 V eingestellt, und der Spannungswert, der dem Niedrig-Zustand entspricht, ist auf 0 V eingestellt. Somit wird der Spannungswert VG (Hoch) in dem Hoch-Zustand der Gatevorspannungssteuerspannung aufgrund der in Formel (1) gezeigten Beziehung +0,2 V (= –(470/1.200) × 0 + 0,2), und der Spannungswert VG (Niedrig) in dem Niedrig-Zustand der Gatevorspannungssteuerspannung wird etwa –1,76 V (= –(470/1.200) × 5,0 + 0,2).

Durch Einstellen der Spannungswerte und der Widerstandswerte auf gewünschte Werte, wird auf diese Weise die positive Gatevorspannungsspannung an das Gate des FET 5 angelegt, wenn sich das Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand befindet, und wird die negative Gatevorspannungsspannung an das Gate des FET 5 angelegt, wenn sich das Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand befindet.

Da der FET 5 unter Verwendung der Pinch-Off-Spannung einer feststehenden negativen Spannung als Schwellwert EIN/AUS-gesteuert wird, kann der FET 5 abgeschaltet werden, indem die Gatevorspannungsspannung in dem Niedrig-Zustand des Gatevorspannungssteuersignals auf einen niedrigeren Wert als die Pinch-Off-Spannung eingestellt wird. Wenn beispielsweise die Einstellbedingungen des früheren Beispiels verwendet werden, kann ein FET verwendet werden, der eine Pinch-Off-Spannung von etwa –1,5 V aufweist. Außerdem können, wenn ein FET verwendet wird, der eine Pinch-Off-Spannung von –1,5 V aufweist, im Gegensatz dazu Elemente und Spannungen des früheren Beispiels, die die gestellten Bedingungen erfüllen, verwendet werden.

Da ein Hochfrequenzsignal von der Hochfrequenzsignaleingangsschaltung 7 in das Gate des FET 5 eingegeben wird, ist der FET 5, wenn das Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand eingegeben wird, in dem EIN-Zustand, verstärkt der FET 5 das Hochfrequenzsignal um einen feststehenden Verstärkungsfaktor, und gibt der FET 5 das verstärkte Signal durch die Hochfrequenzsignalausgabeschaltung 8 an den Modulationssignalausgabeanschluss 6 aus. Zu diesem Zeitpunkt kann der FET 5, da der FET 5 in einer positiven Spannungsregion arbeitet, das Hochfrequenzsignal um einen hohen Verstärkungsfaktor verstärken. Das heißt, dass ein FET-Verstärker mit einer hohen Ausgabe verwirklicht werden kann.

Dagegen wird der FET 5 auch dann nicht eingeschaltet, und gibt auch dann kein Hochfrequenzsignal an den Modulationssignalausgabeanschluss 6 aus, wenn ein Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand eingegeben wird, falls ein Hochfrequenzsignal von der Hochfrequenzsignaleingabeschaltung 7 in das Gate des FET 5 eingegeben wird.

Auf diese Weise kann der FET 5 die Amplitude eines Hochfrequenzsignals steuern, indem er den Hoch- und den Niedrig-Zustand des Gatevorspannungssteuersignals verändert, als ob eine EIN/AUS-Steuerung vorläge, und ein Pulsmodulationssignal mit hoher Ausgabe kann an den Modulationssignalausgabeanschluss 6 ausgegeben werden.

Ferner wird bei der oben beschriebenen Struktur die Ausgangsspannung aus der Inverterschaltung 3, die dem Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand entspricht, 0 V und wird durch eine Schwankung der Leistungsversorgungsspannung der Inverterschaltung 3 nicht beeinflusst. Da also 0 V in den invertierenden Eingangsanschluss des invertierenden Verstärkers 4 eingegeben wird und eine konstante Spannung von der Spannungsstabilisierungsschaltung 1 in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss eingegeben wird, wird die Gatevorspannungsspannung in dem Hoch-Zustand stabilisiert. Da diese stabile Gatevorspannungssteuerspannung an den FET 5 angelegt wird, wird der FET 5 auf stabile Weise EIN-gesteuert, und die Amplitude des Ausgangspulsmodulationssignals wird stabilisiert. Da die Ausgangsspannung aus der Inverterschaltung 3 in das Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand allgemein zur Leistungsversorgungsspannung der Inverterschaltung 3 wird, wird der Ausgangsspannungswert aus der Inverterschaltung 3 aufgrund der Schwankung der Leistungsversorgungsspannung außerdem ein wenig instabil. Aufgrund dessen wird der FET, obwohl sich die Gatevorspannungsspannung ebenfalls ändert, auf stabile Weise AUS-gesteuert, wenn die Gatevorspannungsspannung in dem Niedrig-Zustand auf einen ausreichend niedrigeren Wert eingestellt wird als die Pinch-Off-Spannung des FET 5, auch wenn die Leistungsversorgungsspannung der Inverterschaltung 3 in gewissem Maße schwankt.

Auf diese Weise kann, wenn die oben beschriebene Struktur verwendet wird, ein FET-Verstärker und ein Pulsmodulationsmodul zum Ausgeben eines stabilen Pulsmodulationssignals aufgebaut sein. Das heißt, dass ein FET-Verstärker gebaut werden kann, bei dem eine hohe Ausgabe und ein stabiles Pulsmodulationssignal erhalten werden kann, und ein Pulsmodul gebaut werden kann, das den FET-Verstärker aufweist.

Da die Ausgabe des Operationsverstärkers OP des invertierenden Verstärkers 4 direkt in das Gate des FET eingegeben wird, kann das Umschalten zwischen dem Hoch- und dem Niedrig-Zustand gemäß der Durchsatzratenleistungsfähigkeit des Operationsverstärkers bei der oben beschriebenen Struktur außerdem bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden. Somit kann der FET 5 bei hoher Geschwindigkeit EIN/AUS-gesteuert werden, und eine Hochgeschwindigkeits-Pulsmodulation kann mit einem scharfen Flankenabschnitt des Pulses in dem auszugebenden Pulsmodulationssignal verwirklicht werden.

Da eine in den invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 4 eingegebene Spannung erzeugt wird, indem durch die Inverterschaltung 3 ein Gatevorspannungssteuersignal invertiert wird, stimmt die Richtung der Veränderung des Zustands des Gatevorspannungssteuersignals bei der oben beschriebenen Struktur außerdem mit der Richtung der Änderung des Zustands der Gatevorspannungsspannung überein. Das heißt, dass, wenn sich das Gatevorspannungssteuersignal in dem Hoch-Zustand befindet, die Gatevorspannungsspannung positiv wird und der FET 5 eingeschaltet wird. Ferner wird, wenn sich das Gatevorspannungssteuersignal in dem Niedrig-Zustand befindet, die Gatevorspannungsspannung negativ, und der FET 5 wird ausgeschaltet. Somit stimmen der Hoch- und der Niedrig-Zustand der Gatevorspannungssteuerdaten, die vorab eingestellt werden sollen, mit dem Vorzeichen der Gatevorspannungsspannung, das die EIN/AUS-Steuerung des FET zeigt, überein, die zeitliche Steuerung des Hoch- und des Niedrig-Zustands des Pulsmodulationssignals kann ohne weiteres entworfen werden, und es kann ein Pulsmodulationsmodul gebaut werden, das einfach zu handhaben ist.

Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 2 eine Amplitudenpulsmodulationsradarvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.

2 ist ein Blockdiagramm, das den Umriss der Struktur der Amplitudenpulsmodulationsradarvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.

Ein Oszillator 101 oszilliert bei einer gewünschten feststehenden Frequenz gemäß dem Modulationssignal, das von einer Signalverarbeitungseinheit 100 eingegeben wird, und gibt das Oszillationssignal an einen Multiplizierer 102 aus. Der Multiplizierer 102 multipliziert das eingegebene Oszillationssignal so, dass es eine gewünschte Übertragungsfrequenz aufweist, und gibt das Übertragungsfrequenzsignal an einen Verstärker 103 aus. Der Verstärker 103 besteht aus einem ersten Verstärkerabschnitt 103A und einem letzten Verstärkerabschnitt 103B. Der erste Verstärkerabschnitt 103A verstärkt das eingegebene Übertragungsfrequenzsignal zu einem feststehenden Amplitudenpegel und gibt das Signal an den letzten Verstärkerabschnitt 103B und einen Mischer 106 aus. Auf der Basis des Gatevorspannungssteuerdatensignals von der Signalverarbeitungsschaltung 100 schaltet der letzte Verstärkerabschnitt 103B die Amplitude des Übertragungsfrequenzsignals, das von dem ersten Verstärkerabschnitt 103A eingegeben wurde, ein und aus, um das Signal zu pulsmodulieren und um das Signal an einen Zirkulator 104 auszugeben. Der Zirkulator 104 sendet das eingegebene Pulsmodulationssignal an eine Antenne 105, und die Antenne 105 strahlt das Pulsmodulationssignal an einen Erfassungsbereich aus. Die Antenne 105 empfängt ein von einem Zielobjekt in dem Erfassungsbereich reflektiertes Signal und gibt das Empfangssignal an den Zirkulator 104 aus, und der Zirkulator 104 sendet das Empfangssignal an den Mischer. Auf der Basis von dem Zirkulator 104 eingegebenen des Empfangssignals und des von dem Verstärker 103 eingegebenen Übertragungsfrequenzsignals gibt der Mischer 106 ein Erfassungssignal gemäß der Amplitude des Empfangssignals aus. Die Signalverarbeitungsschaltung 100 verstärkt das eingegebene Erfassungssignal auf einen gewünschten Amplitudenpegel und führt eine A/D-Umwandlung des Signals durch, um die erfassten Daten an ein oberes System auszugeben. Ferner berechnet die Signalverarbeitungsschaltung 100 eine zeitliche Differenz zwischen dem durch die Signalverarbeitungsschaltung 100 ausgegebenen Gatevorspannungssteuerdatensignal und dem eingegebenen Erfassungssignal und berechnet die Entfernung zu dem erfassten Zielobjekt, um die berechneten Entfernungsdaten an das obere System auszugeben.

Das oben beschriebene Pulsmodulationsmodul, das den FET-Verstärker umfasst, wird bei dem letzten Verstärkerabschnitt 103B einer derartigen Amplitudenpulsmodulationsradarvorrichtung verwendet. Somit ist es in der Lage, ein stabiles Pulsmodulationssignal und ein stabiles Pulsmodulationssignal an einen Erfassungsbereich auszustrahlen und ein Zielobjekt auf stabile Weise zu erfassen.

ZUSAMMENFASSUNG

Eine Hochfrequenzsignaleingangsschaltung (7) und der Ausgangsabschnitt eines invertierenden Verstärkers (4) sind an Gate eines FET (5) angeschlossen. Eine Spannungsstabilisierungsschaltung (1), die ein positives Konstantgleichspannungssignal erzeugt, ist an den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers (4) angeschlossen, und eine Gatevorspannungssteuersignaleingangsschaltung (2) wird für den invertierenden Eingangsabschnitt durch eine Inverterschaltung (3) angeschlossen. Wenn die Ausgangsspannung von der Inverterschaltung (3) 0 V beträgt, gibt der invertierende Verstärker (4) eine positive Gatevorspannungsspannung (in dem Hoch-Zustand) aus, und wenn die Ausgangsspannung von der Inverterschaltung (3) eine feststehende positive Spannung ist, gibt der invertierende Verstärker (4) eine negative Gatevorspannungsspannung (in dem Niedrig-Zustand) aus, die niedriger ist als die Pinch-Off-Spannung des FET (5). Der FET (5) wird durch die Gatevorspannungsspannung EIN/AUS-gesteuert, und pulsmoduliert das eingegebene Hochfrequenzsignal, um das Signal auszugeben.


Anspruch[de]
  1. Ein FET-Verstärker, der einen FET zum Verstärken eines Hochfrequenzsignals aufweist, das auf der Basis einer Gatevorspannungsspannung von einer Gatevorspannungssteuerschaltung in das Gate eingegeben werden soll, wobei die Gatevorspannungssteuerschaltung folgende Merkmale aufweist:

    eine Spannungsstabilisierungsschaltung, die ein positives Konstantgleichspannungssignal erzeugt;

    eine Logikschaltung, die ein Zustandssteuersignal in einem Hoch-Zustand oder in einem Niedrig-Zustand ausgibt; und

    einen invertierenden Verstärker, der ein positives Konstantgleichspannungssignal, das von der Spannungsstabilisierungsschaltung eingegeben wird, an dem nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers empfängt und das Zustandssteuersignal, das von der Logikschaltung eingegeben wird, an dem invertierenden Eingangsabschnitt des invertierenden Verstärkers empfängt, um die Gatevorspannungsspannung auszugeben.
  2. Der FET-Verstärker gemäß Anspruch 1, bei dem die Gatevorspannungssteuerschaltung eine positive Gatevorspannungsspannung erzeugt, wenn sich ein Zustandssteuersignal von der Logikschaltung in dem Niedrig-Zustand befindet, und eine negative Gatevorspannungsspannung erzeugt, wenn sich ein Zustandssteuersignal von der Logikschaltung in dem Hoch-Zustand befindet.
  3. Ein Pulsmodulationsmodul, das den FET-Verstärker gemäß Anspruch 1 oder 2 aufweist, wobei das Pulsmodulationsmodul ein in den FET eingegebenes Hochfrequenzsignal auf der Basis der Gatevorspannungsspannung pulsmoduliert.
  4. Eine Radarvorrichtung, die das Pulsmodulationsmodul gemäß Anspruch 3 aufweist, wobei die Radarvorrichtung ein Zielobjekt erfasst, indem sie ein Pulsmodulationssignal, das durch ein Pulsmodulieren eines Hochfrequenzsignals in dem Pulsmodulationsmodus erzeugt wird, nach außen sendet und indem sie ein Reflexionssignal von dem Zielobjekt empfängt.
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