CN207542370U - 雷达装置 - Google Patents

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加茂宏幸
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Abstract

本实用新型提供雷达装置。雷达装置具有：波导路装置；以及微波集成电路，其与波导路装置连接，波导路装置具有：第一导电部件，其具有第一导电性表面；第二导电部件，其具有与第一导电性表面相向的第二导电性表面；波导部件，其位于第一导电部件与第二导电部件之间，具有与第一导电性表面相向的条形状的导电性波导面，并且在第一方向上沿着第一导电性表面延伸；以及人工磁导体，其在第一导电部件与第二导电部件之间位于波导部件的两侧，第一导电部件具有一个或多个缝隙，缝隙中的至少一个为具有一对纵部分以及连接一对纵部分的横部分的复合缝隙，复合缝隙的横部分与波导面相向，并且与第一方向交叉。

Description

雷达装置
本申请是申请号为201621197839.X、申请日为2016年11月4日、实用新型名称为“缝隙天线”的中国实用新型专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及一种雷达装置。
背景技术
具有一个或多个天线元件(以下，还称作“发射元件”。)的天线装置用于各种用途，例如雷达以及通信系统。为了从天线装置发射电磁波，需要从生成电磁波的电路向各天线元件供给(供电)电磁波(例如，高频的信号波)。这种供电借助波导路进行。波导路还用于将由天线元件接收的电磁波输送给接收电路。
以往，为了向天线装置供电，大多使用微带线路。但是，在通过天线装置发送或接收的电磁波的频率例如为超过30千兆赫(GHz)的高频的情况下，微带线路的电介质损耗大，天线的效率下降。因此，在这种高频区域需要波导管来代替微带线路。
已知，若代替微带线路使用波导管向各天线元件供电，则即使在超过30GHz的频率区域也能够降低损耗。波导管还称作中空波导管(hollow metallic waveguide)，是具有圆形或方形的截面的金属制的管。在波导管的内部形成有与管的形状以及大小相应的电磁场模式。因此，电磁波能够以特定的电磁场模式在管内传播。由于管的内部为中空状，因此即使应传播的电磁波的频率高，也不会产生电介质损耗的问题。但是，利用波导管很难高密度地配置天线元件。这是因为，波导管的中空部分需要具有应传播的电磁波的半波长以上的宽度，并且还需要确保波导管的管(金属壁)本身的厚度。
专利文献1至3以及非专利文献1以及2分别公开了利用配置在脊形波导路的两侧的人工磁导体(AMC：Artificial Magnetic Conductor)进行电磁波的波导的波导结构。
[专利文献]
[专利文献1]：国际公开第2010/050122号
[专利文献2]：美国专利第8803638号说明书
[专利文献3]：欧州专利申请公开第1331688号说明书
[非专利文献]
非专利文献1：Kirino et al.,“A 76GHz Multi-Layered Phased Array AntennaUsing a Non-Metal Contact Metamaterial Waveguide”,IEEE Transaction onAntennas and Propagation,Vol.60,No.2,February 2012,pp 840-853
非专利文献2：Kildal et al.,“Local Metamaterial-Based Waveguides inGaps Between Parallel Metal Plates”,IEEE Antennas and Wireless PropagationLetters,Vol.8,2009,pp84-87
本公开提供一种低损耗且能够小型化的新型雷达装置。
实用新型内容
本公开的一实施方式所涉及的雷达装置，具有：波导路装置；以及微波集成电路，其与所述波导路装置连接，所述波导路装置具有：第一导电部件，其具有第一导电性表面；第二导电部件，其具有与所述第一导电性表面相向的第二导电性表面；波导部件，其位于所述第一导电部件与所述第二导电部件之间，具有与所述第一导电性表面相向的条形状的导电性波导面，并且在第一方向上沿着所述第一导电性表面延伸；以及人工磁导体，其在所述第一导电部件与所述第二导电部件之间位于所述波导部件的两侧，所述第一导电部件具有一个或多个缝隙，所述缝隙中的至少一个为具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，所述复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
实用新型效果
根据本公开的实施方式，能够实现低损耗且小型的雷达装置。
附图说明
图1是示意地表示具有脊形波导路的缝隙阵列天线201的结构例的立体图。
图2是示意地表示本公开的例示性的实施方式中的缝隙阵列天线200的结构的立体图。
图3A是示意地表示与XZ面平行的通过一个缝隙112的中心的截面的结构的图。
图3B是示意地表示与XZ面平行的通过一个缝隙112的中心的截面的结构的其他例子的图。
图4是示意地表示处于使第一导电部件110与第二导电部件120的间隔过大地分开的状态的缝隙阵列天线200的立体图。
图5是表示图7所示的结构中的各部件的尺寸的范围的例子的图。
图6A、图6B、图6C是用于说明缝隙112的开口的形状的图。
图7A是表示具有喇叭的缝隙天线200的结构例的立体图。
图7B是分别将图7A所示的第一导电部件110以及第二导电部件120从+Z方向观察到的俯视图。
图8A是表示只有波导部件122的作为上表面的波导面122a具有导电性而波导部件122的除波导面122a以外的部分不具有导电性的结构的例子的剖视图。
图8B是表示在第二导电部件120上未形成有波导部件122的变形例的图。
图8C是表示第二导电部件120、波导部件122以及多个导电性杆124分别在电介质的表面涂层有金属等导电性材料的结构的例子的图。
图8D是表示导电部件110、120、波导部件122以及导电性杆124分别在最表面具有电介质层110b、120b的结构的例子的图。
图8E是导电部件110、120、波导部件122以及导电性杆124分别在最表面具有电介质层110b、120b的结构的其他例子的图。
图8F是表示波导部件122的高度比导电性杆124的高度低且第一导电部件110的导电性表面110a中的与波导面122a相向的部分向波导部件122侧突出的例子的图。
图8G是表示在图8F的结构中还将导电性表面110a中的与导电性杆124相向的部分向导电性杆124侧突出的例子的图。
图9A是表示第一导电部件110的导电性表面110a具有曲面形状的例子的图。
图9B是表示还使第二导电部件120的导电性表面120a也具有曲面形状的例子的图。
图10是表示两个波导部件122在第二导电部件120上平行地延伸的方式的立体图。
图11A是16个缝隙以4行4列排列的阵列天线的从Z方向观察到的俯视图。
图11B是图11A的B-B线剖视图。
图12A是表示第一波导路装置100a中的波导部件122U的平面布局的图。
图12B是表示第一波导路装置100a中的波导部件122U的平面布局的其他例子的图。
图13是表示第二波导路装置100b中的波导部件122L的平面布局的图。
图14A是表示缝隙的形状的其他例子的图。
图14B是表示缝隙的形状的其他例子的图。
图14C是表示缝隙的形状的其他例子的图。
图14D是表示缝隙的形状的其他例子的图。
图14E是表示缝隙的形状的其他例子的图。
图14F是表示缝隙的形状的其他例子的图。
图15是表示将图14A～14C所示的三种缝隙112b～112d以及I型缝隙配置在波导部件122上时的平面布局的图。
图16是表示本车辆500和与本车辆500在相同的车线上行驶的前方车辆502的图。
图17是表示本车辆500的车载雷达系统510的图。
图18A是表示车载雷达系统510的阵列天线AA与多个入射波k的关系的图。
图18B是表示接收第k个入射波的阵列天线AA的图。
图19是表示基于本公开的车辆行驶控制装置600的基本结构的一个例子的框图。
图20是表示车辆行驶控制装置600的结构的其他例子的框图。
图21是表示车辆行驶控制装置600的更具体的结构例的框图。
图22是表示应用例中的雷达系统510的更详细的结构例的框图。
图23是表示根据三角波生成电路581生成的信号调制的发送信号的频率变化的图。
图24是表示“上行”期间的拍频fu以及“下行”期间的拍频fd的图。
图25是表示通过具有处理器PR以及存储装置MD的硬件实现信号处理电路560的方式的例子的图。
图26是表示三个频率f1、f2、f3的关系的图。
图27是表示复平面上的合成频谱F1～F3的关系的图。
图28是表示求出基于变形例的相对速度以及距离的处理的步骤的流程图。
图29是与具有摄像头700和包含缝隙阵列天线的雷达系统510的融合装置有关的图。
图30是表示通过将毫米波雷达510和摄像头700放在驾驶室内的大致相同的位置来使各自的视场、视线一致从而使核对处理容易的图。
图31是表示基于毫米波雷达的监控系统1500的结构例的图。
图32是表示数字式通信系统800A的结构的框图。
图33是表示包含能够使电波的发射模式发生改变的发送器810B的通信系统800B的例子的框图。
图34是表示装配有MIMO功能的通信系统800C的例子的框图。
[符号说明]
100 波导路装置
110 第一导电部件
110a 第一导电部件的导电性表面
112、112a、112b、112c、112d 缝隙
113D 缝隙的凸部
113L 缝隙的纵部
113L 缝隙的横部
114 喇叭
120 第二导电部件
120a 第二导电部件的导电性表面
122、122L、122U 波导部件
122a 波导面
122b 凸部
122c 凹部
122c’ 接近极小部位
122d 微小附加要素
124、124L、124U 导电性杆
124a 导电性杆124的顶端部
124b 导电性杆124的基部
125 人工磁导体的表面
140 第三导电部件
145、145L、145U 端口
190 电子回路
200 缝隙阵列天线
500 本车辆
502 前方车辆
510 车载雷达系统
520 行驶支援电子控制装置
530 雷达信号处理装置
540 通信设备
550 计算机
552 数据库
560 信号处理电路
570 物体检测装置
580 收发电路
596 选择电路
600 车辆行驶控制装置
700 车载摄像头系统
710 摄像头
720 图像处理电路800A、800B、800C通信系统
810A、810B、830 发送器
820A、840 接收器
813、832 编码器
823、842 解码器
814 调制器
824 解调器
1010、1020 传感器部
1011、1021 天线
1012、1022 毫米波雷达检测部
1013、1023 通信部
1015、1025 监控对象
1100 主体部
1101 处理部
1102 数据蓄积部
1103 通信部
1200 其他系统
1300 通信线路
1500 监控系统
具体实施方式
＜成为本公开的基础的见解＞
在说明本公开的实施方式之前，对成为本公开的基础的见解进行说明。
在要求天线以及波导路薄型化的用途(例如，车载毫米波雷达的用途)中，广泛采用适于天线结构。阵列天线所要求的性能有增益和定向特性。增益确定雷达的检测距离。定向特性确定检测区域、角度分辨率以及镜像抑制度。信号波(例如，高频的信号波)经由馈线向例如具有多个天线元件的阵列天线的各天线元件(发射元件)供给。信号波的供给方法根据阵列天线所要求的性能而不同。例如，在以增益最大化为目的的情况下，能够利用在馈线上形成驻波且向直列插入于馈线的天线元件提供高频信号的方式(以下，称作“驻波串馈”)。
前述的专利文献1以及非专利文献1所公开的脊形波导路设置在能够作为人工磁导体发挥功能的对开式铁芯结构中。本公开的利用这种人工磁导体的脊形波导路(以下，有时称作WRG：Waffle-iron Ridge waveGuide。)能够在微波段或毫米波段中实现损耗低的天线馈线。并且，通过利用这种脊形波导路，能够高密度地配置天线元件。
图1是示意地表示具有脊形波导路的缝隙阵列天线201的结构例的立体图。图示的缝隙阵列天线201具有第一导电部件110和与第一导电部件110相向的第二导电部件120。为了便于理解，图1示意地表示处于使第一导电部件110与第二导电部件120的间隔过大地隔开的状态的缝隙阵列天线201。第一导电部件110的表面由导电性材料构成。第一导电部件110具有多个缝隙112作为发射元件。在第二导电部件120的上方设置有波导部件(脊部)122和多个导电性杆124，所述波导部件122具有导电性的波导面122a，所述波导面122a与由多个缝隙112构成的缝隙列相向。多个导电性杆124配置在波导部件122的两侧，与第二导电部件120的导电性表面一同形成人工磁导体。电磁波无法在人工磁导体与第一导电部件110的导电性表面之间的空间中传播。因此，电磁波(信号波)一边在形成于波导面122a与第一导电部件110的导电性表面之间的波导路中传播，一边激振各缝隙112。由此，从各缝隙112发射电磁波。在以下说明中使用直角坐标系，在该直角坐标系中，将脊部122的宽度方向设为X轴方向，将脊部122延伸的方向设为Y轴方向，将与脊部122的作为上表面的波导面122a垂直的方向设为Z轴方向。
在图1所示的结构中，从Z方向观察的各缝隙112的开口的形状具有沿着X方向呈直线状延伸的形状。在本说明书中，有时将这种缝隙的形状称作“I形状”。在使用这种I形状的缝隙112的情况下，当接收或发送时，在缝隙112的中央部诱发在与内周面垂直的方向(Y方向)上振动的电场。能够将这种缝隙112作为天线元件进行电磁波的发送或接收。
在图1的例子中，波导部件122以及多个缝隙112的列(缝隙列)的数量均为一个，但这些也可以是多个。例如，能够构成具有如下部件的缝隙阵列天线：平行排列的多个波导部件122；以及分别与这些波导部件122对应的多个缝隙列。
在使用如图1所示的I形状的缝隙的情况下，由于缝隙在X方向上的尺寸大，因此尤其在X方向上排列多个缝隙的情况下，很难高密度地配置缝隙。为了使I形状的缝隙作为天线元件发挥功能，需要使缝隙的长度方向(在图1的例子中X方向)的尺寸大于收发的电磁波的自由空间中的波长λo的一半。其结果是，在X方向上相邻的两个缝隙的中心间距也大于波长λo的一半。在为了提高定向特性而在缝隙的周围设置后述的喇叭的情况下，缝隙的间隔会进一步扩大。由于这种限制，在使用I形状的缝隙的情况下，在缝隙的长度方向上的装置的尺寸变大。
本发明人等基于上述考察完成了本公开的技术。在本公开的实施方式中，缝隙具有由一对纵部分以及连接一对纵部分的横部分构成的形状。横部分连接一对纵部分的中心之间的形状有时类似于字母“H”，因此有时称作“H形状”。有时将具有横部分连接一对纵部分的形状的缝隙更通俗地称作“复合缝隙”。缝隙以该横部分与波导部件的波导面相向且与波导部件延伸的方向交叉(例如正交)的方式配置。通过这种结构，能够减小缝隙在X方向上的尺寸。其结果是，例如能够在X方向上高密度地配置多个缝隙。另外，本公开的技术并不限定于具有多个缝隙的缝隙阵列天线，还能够应用于只具有一个缝隙的缝隙天线。例如，为了实现具有广角的定向性的天线装置，还能够将独立的H型缝隙作为天线元件。以下，对基于本公开的实施方式的缝隙阵列天线的更具体的结构例进行说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已周知的事项的详细说明以及对实际相同的结构的重复说明。这是为了避免以下说明不必要地冗长，便于本领域技术人员理解。另外，发明人为了使本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下说明，并非通过这些限定权利要求书中记载的主题。
在本说明书中，将具有至少一个缝隙作为天线元件的天线装置称作“缝隙天线”。尤其将具有多个缝隙作为天线元件的缝隙天线称作“缝隙阵列天线”。将“缝隙阵列天线”有时还称作“缝隙天线阵列”。在以下说明中，主要例示具有多个天线元件的缝隙阵列天线，但是如上所述，本公开还包括具有独立的缝隙的缝隙天线。
＜实施方式＞
首先，对本公开的实施方式中的缝隙天线的基本结构的例子进行说明。
在本公开的实施方式中的缝隙阵列天线中，能够利用配置在波导部件的两侧的人工磁导体进行电磁波的波导，并利用导电部件所具有的一个或多个缝隙进行电磁波的发射或入射。通过利用人工磁导体，能够抑制高频信号在波导部件(例如，具有导电性的波导面的脊部)的两侧泄漏。
人工磁导体为通过人工方式实现自然界中不存在的理想磁导体(PMC：PerfectMagnetic Conductor)的性质的结构体。理想磁导体具有“表面的磁场的切线分量为零”的性质。这是与理想电导体(PEC：Perfect Electric Conductor)的性质、即“表面的电场的切线分量为零”的性质相反的性质。理想磁导体虽不存在于自然界中，但例如能够通过导电性杆的排列那样的人工结构实现。人工磁导体在通过其结构规定的特定的频带中作为理想磁导体发挥功能。人工磁导体抑制或阻止具有特定的频带(传播截止频带或受限带)中所含的频率的电磁波沿着人工磁导体的表面传播。因此，人工磁导体的表面有时称作高阻抗面。
如专利文献1以及2以及非专利文献1以及2中公开，能够通过在行以及列方向上排列的多个导电性杆实现人工磁导体。并且，导电性杆只要一维或二维地分布即可，无需以特定的周期和明确的行和列配置。这种杆为从导电性部件突出的部分(突出部)，有时还被称作柱或销。本公开的一实施方式中的缝隙阵列天线具有相向的一对导电性部件(导电板)。一个导电板具有：向另一导电板侧突出的脊部；以及位于脊部的两侧的人工磁导体。脊部的上表面(具有导电性的面)隔着间隙与另一导电板的导电性表面相向。具有人工磁导体的传播截止频带中所含的频率的电磁波在该导电性表面与脊部的上表面之间的空间(间隙)中沿着脊部传播。
图2是示意地表示本公开的例示性的实施方式中的缝隙阵列天线200(以下，有时还称作“缝隙天线200”。)的结构的立体图。在图2中，示出了表示相互正交的X、Y、Z方向的XYZ坐标。图示的缝隙阵列天线200具有相向且平行地配置的板状的第一导电部件110以及第二导电部件120。第一导电部件110具有沿着第一方向(Y方向)排列的多个缝隙112。在第二导电部件120排列有多个导电性杆124。
另外，本申请的附图所示的结构物的方向是考虑说明的理解容易度而设定的，并不对本公开的实施方式在实际实施时的方向进行任何限制。并且，附图所示的结构物的整体或一部分的形状以及大小也不限制实际的形状以及大小。
图3A是示意地表示通过一个缝隙112的中心的截面的结构的图。如图3A所示，第一导电部件110在与第二导电部件120相向的一侧具有导电性表面110a。导电性表面110a沿着与导电性杆124的轴向(Z方向)正交的平面(与XY面平行的平面)二维扩展。该例子中的导电性表面110a为平滑的平面，但是如后面叙述，导电性表面110a无需为平滑的平面，可以湾曲，或者也可以具有微小的凹凸。
图4是为了便于理解而示意地表示处于将第一导电部件110与第二导电部件120的间隔过大地分开的状态的缝隙阵列天线200的立体图。在实际的缝隙阵列天线200中，如图2以及图3A所示，第一导电部件110与第二导电部件120的间隔窄，第一导电部件110以覆盖第二导电部件120的导电性杆124的方式配置。
再次参照图3A。排列在第二导电部件120上的多个导电性杆124分别具有与导电性表面110a相向的顶端部124a。在图示的例子中，多个导电性杆124的顶端部124a位于同一平面上。该平面形成人工磁导体的表面125。导电性杆124无需其整体具有导电性，只要是沿着杆状结构物的至少上表面以及侧面扩展的导电层即可。该导电层可以位于杆状结构物的表层，但是也可以是表层进行绝缘涂装或由树脂层构成、且在杆状结构物的表面不存在导电层的状态。并且，第二导电部件120只要能够支承多个导电性杆124来实现人工磁导体，便无需其整体具有导电性。在第二导电部件120的表面中，排列有多个导电性杆124的一侧的面120a具有导电性，相邻的多个导电性杆124的表面用导电体连接即可。并且，第二导电部件120的具有导电性的层也可以进行绝缘涂装，或者被树脂层覆盖。换句话说，第二导电部件120以及多个导电性杆124的组合整体具有与第一导电部件110的导电性表面110a相向的凹凸状的导电层即可。
在第二导电部件120上，在多个导电性杆124之间配置有脊状的波导部件122。更详细地说，在波导部件122的两侧分别存在人工磁导体，波导部件122被两侧的人工磁导体夹着。从图4可知，该例子中的波导部件122被第二导电部件120支承，并沿着Y方向直线地延伸。在图示的例子中，波导部件122具有与导电性杆124的高度以及宽度相同的高度以及宽度。如后面叙述，波导部件122的高度以及宽度也可以与导电性杆124的高度以及宽度不同。与导电性杆124不同，波导部件122在沿着导电性表面110a引导电磁波的方向(在该例子中为Y方向)上延伸。波导部件122也无需整体具有导电性，只要具有与第一导电部件110的导电性表面110a相向的导电性的波导面122a即可。第二导电部件120、多个导电性杆124以及波导部件122也可以为连续的单独的结构体的一部分。而且，第一导电部件110也可以是该单独的结构体的一部分。
波导部件122的波导面122a具有沿着Y方向延伸的条形状。在本说明书中，“条形状”并不指条纹(stripes)形状，而是指单独的条(astripe)形状。不仅包含在一个方向上直线地延伸的形状，中途弯曲或分支的形状也包含于“条形状”。另外，也可以在波导面122a上设置有高度或宽度有变化的部分。在这种情况下，只要是包含从波导面122a的法线方向观察时沿着一个方向延伸的部分的形状，则也相当于“条形状”。将“条形状”还有时称作“带形状”。波导面122a在与多个缝隙112相向的区域，无需在Y方向上直线地延伸，也可以中途弯曲或分支。
在波导部件122的两侧，各人工磁导体的表面125与第一导电部件110的导电性表面110a之间的空间不传播具有特定频带内的频率的电磁波。这种频带称作“受限带”。人工磁导体以使在缝隙阵列天线200的波导路内传播的信号波的频率(以下，有时称作“动作频率”。)包含于受限带的方式设计。受限带能够通过导电性杆124的高度、即形成于相邻的导电性杆124之间的槽的深度、导电性杆124的宽度、配置间隔以及导电性杆124的顶端部124a与导电性表面110a之间的间隙的大小调整。
在本实施方式中，第一导电部件110整体由导电性材料构成，各缝隙112是设置于第一导电部件110的开口。但是，缝隙112并不限定于这种结构。例如，在第一导电部件110包含内部的电介质层和表面的导电层的结构中，即使是只在导电层设置开口而在电介质层未设置有开口的结构，也作为缝隙发挥功能。
缝隙天线200用于自用空间内的中心波长为λo的电磁波的发送以及接收中的至少一方。将波长为λo的电磁波在第一导电部件110与波导部件122之间的波导路中传播时的波长设为λg。第一导电部件110与波导部件122之间的波导路的两端被开放。缝隙间隔例如设定为波导路中的电磁波的波长λg的整数倍(典型地为一倍)。也可以在波导面122a和/或其正上方的导电性表面110a设置有凸部或凹部等结构。这种结构使波导面122a与导电性表面110a的间隔(间隙)比相邻的部位的该间隔扩大或缩小。并且，波导面122a也可以包含使宽度(X方向的尺寸)比相邻的部位的宽度扩大的部位(称作“宽大部”)或使宽度缩小的部位(称作“窄小部”)。这种凸部、凹部、宽大部以及窄小部使波导路(传输路)的电容以及电感中的至少一个沿着Y方向发生改变。在本说明书中，有时将这种结构称作“附加要素”。通过适当地设置这种附加要素，能够调整所传播的电磁波的相位，使波长λg发生改变。在设置了附加要素的情况下，λg既能大于不具有这种结构时的脊形波导路中的电磁波的波长λR，又能小于不具有这种结构时的脊形波导路中的电磁波的波长λR。但是在本实施方式中，由于波导面122a平坦，因此λg与λR相同。
图4中虽未示出，但能够靠近波导部件122的Y方向上的两端设置扼流结构。扼流结构典型地能够由如下构成：长度为大约λg/4的附加传输线路；以及配置在该附加传输线路的端部的深度为约λo/4的多个槽的列或高度为约λo/4的多个杆的列。扼流结构在入射波与反射波之间赋予约180°(π)的相位差，抑制电磁波从波导部件122的两端泄漏。这种扼流结构并不限定于设置在第二导电部件120上，也可以设置于第一导电部件110。
虽未图示，但缝隙天线200中的波导结构具有与未图示的发送电路或接收电路(即电子回路)连接的端口(开口部)。端口例如能够设置在图4所示的波导部件122的一端或中间的位置(例如中央部)。经由端口从发送电路输送来的信号波在脊部122上的波导路中传播，并从各缝隙112发射。另一方面，从各缝隙112向波导路导入的电磁波经由端口传播至接收电路。也可以在第二导电部件120的背侧设置具有与发送电路或接收电路连接的其他波导路的结构体(在本说明书中，有时称作“分配层”)。在该情况下，端口起到连接分配层中的波导路与波导部件122上的波导路的作用。
另外，可以将相邻的两个缝隙的中心之间的距离设为与波长λg不同的值。通过如此设置，由于在多个缝隙112的位置产生相位差，因此能够使被发射的电磁波相长的方位从正面方向朝向YZ面内的其他方位错开。如此，根据图4所示的缝隙天线200，能够调整YZ面内的定向性。
可以将这种在波导路设置有多个缝隙的天线在与作为缝隙的排列方向的第一方向交叉的第二方向(例如，与第一方向垂直的X方向)上排列多个。这种在平板状的导电部件二维设置有多个缝隙的阵列天线还被称作平板阵列天线。这种阵列天线具有平行地排列的多个缝隙列和多个波导部件。多个波导部件分别具有波导面，这些波导面分别与多个缝隙列相向。根据目标天线性能，能够在多个波导面上适当地形成如上所述的附加要素。另外，平行排列的多个缝隙列的长度(缝隙列的两端的缝隙之间的长度)也可以根据用途相互不同。也可以设为在与X方向相邻的两个列之间使各缝隙的Y方向的位置错开的交错状(staggered)排列。并且，多个缝隙列以及多个波导部件也可以根据用途不平行地呈角度排列。
＜各部件的尺寸等的例子＞
接着，参照图5对本实施方式中的各部件的尺寸、形状、配置等的例子进行说明。
图5是表示图3A所示的结构中的各部件的尺寸范围的例子的图。缝隙阵列天线用于规定的频带(动作频带)的电磁波的发送以及接收中的至少一方。在以下说明中，将在第一导电部件110的导电性表面110a与波导部件122的波导面122a之间的波导路中传播的电磁波(信号波)在自由空间中的波长(在动作频带存在扩展的情况下，与中心频率对应的中心波长)设为λo。并且，将动作频带中的最高频率的电磁波在自由空间中的波长(最短波长)设为λm。在各导电性杆124中，将与第二导电部件120接触的端的部分称作“基部”。如图5所示，各导电性杆124具有顶端部124a和基部124b。各部件的尺寸、形状、配置等的例子如下。
(1)导电性杆的宽度
导电性杆124的宽度(X方向以及Y方向的大小)能够设定成小于λo/2(优选小于λm/2)。若在该范围内，则能够防止关于自由空间波长为λo的信号波在X方向以及Y方向上产生最低次的谐振。另外，不仅是X以及Y方向，在XY截面的对角方向上也有可能引起谐振，因此优选导电性杆124的XY截面的对角线的长度也小于λo/2(优选小于λm/2)。杆的宽度以及对角线的长度的下限值为能够通过加工方法制作的最小长度，并无特别限定。
(2)从导电性杆的基部到第一导电部件的导电性表面的距离
从导电性杆124的基部124b到第一导电部件110的导电性表面110a的距离能够设定成比导电性杆124的高度长且小于λo/2(优选小于λm/2)。在该距离为λo/2以上的情况下，关于自由空间波长为λo的信号波在导电性杆124的基部124b与导电性表面110a之间产生谐振，失去信号波的锁定效应。
从导电性杆124的基部124b到第一导电部件110的导电性表面110a的距离相当于第一导电部件110与第二导电部件120的间隔。例如，在作为毫米波段的76.5±0.5GHz的信号波在波导路中传播的情况下，信号波的波长在3.8934mm至3.9446mm的范围内。因此，在该情况下，λm为3.8934mm，因此第一导电部件110与第二导电部件120的间隔设定成小于3.8934mm的一半。只要第一导电部件110与第二导电部件120以实现这种窄的间隔的方式相向配置，则第一导电部件110与第二导电部件120无需严格地平行。并且，若第一导电部件110与第二导电部件120的间隔小于λo/2(优选小于λm/2)，则第一导电部件110和/或第二导电部件120的整体或一部分也可以具有曲面形状。另一方面，第一导电部件110以及第二导电部件120的平面形状(与XY面垂直地投影的区域的形状)以及平面大小(与XY面垂直地投影的区域的大小)能够按照用途任意设计。
图3A所示的例子中，导电性表面120a为平面，但是本公开的实施方式并不限定于此。例如，如图3B所示，导电性表面120a也可以是截面呈接近U字或V字的形状的面的底部。在导电性杆124或波导部件122具有宽度朝向基部扩大的形状的情况下，导电性表面120a成为这种结构。即使是这种结构，只要导电性表面110a与导电性表面120a之间的距离短于波长λo或λm的一半，则图3B所示的装置也能够作为本公开的实施方式中的缝隙天线发挥功能。
(3)从导电性杆的顶端部到导电性表面的距离L2
从导电性杆124的顶端部124a到导电性表面110a的距离L2设定成小于λo/2(优选小于λm/2)。这是因为，在该距离为λo/2以上的情况下，关于自由空间波长为λo的信号波产生在导电性杆124的顶端部124a与导电性表面110a之间往复的传播模式，无法锁定电磁波。另外，多个导电性杆124中的至少与波导部件122(后述)相邻的导电性杆124处于顶端与导电性表面110a非电接触的状态。在此，导电性杆的顶端与导电性表面非电接触的状态是指以下状态中的任一状态：在顶端与导电性表面之间存在空隙的状态；以及在导电性杆的顶端和导电性表面中的任一方存在绝缘层，导电性杆的顶端与导电性表面隔着绝缘层接触的状态。
(4)导电性杆的排列以及形状
多个导电性杆124中的相邻的两个导电性杆124之间的间隙例如具有小于λo/2(优选小于λm/2)的宽度。相邻的两个导电性杆124之间的间隙的宽度根据从该两个导电性杆124的一个导电性杆124的表面(侧面)到另一导电性杆124的表面(侧面)的最短距离定义。该杆之间的间隙的宽度以在杆之间的区域不引起最低次的谐振的方式确定。产生谐振的条件根据导电性杆124的高度、相邻的两个导电性杆之间的距离以及导电性杆124的顶端部124a与导电性表面110a之间的空隙的容量的组合确定。由此，杆之间的间隙的宽度可以依据其他设计参数适当地确定。杆之间的间隙的宽度并无明确的下限，但为了确保制造的容易度，在传播毫米波段的电磁波的情况下，例如可以为λo/16以上。另外，间隙的宽度无需固定。若小于λo/2，则导电性杆124之间的间隙也可以具有各种宽度。
多个导电性杆124的排列只要发挥作为人工磁导体的功能，则不限定于图示的例子。多个导电性杆124无需呈正交的行以及列状排列，行以及列也可以呈90度以外的角度交叉。多个导电性杆124无需沿着行或列排列在直线上，也可以不呈现简单的规律性而分散配置。各导电性杆124的形状以及大小也可以按照第二导电部件120上的位置发生变化。
多个导电性杆124的顶端部124a所形成的人工磁导体的表面125无需为严格意义上的平面，也可以为具有细微的凹凸的平面或曲面。即，各导电性杆124的高度无需相同，在导电性杆124的排列能够作为人工磁导体发挥功能的范围内，各个导电性杆124能够具有多样性。
导电性杆124并不限定于图示的棱柱形状，例如也可以具有圆筒状的形状。并且，导电性杆124无需具有简单的柱状的形状，例如也可以具有伞形(mushroom)。人工磁导体还能够通过除了导电性杆124的排列以外的结构实现，能够将多样的人工磁导体用于本公开的波导路结构。另外，在导电性杆124的顶端部124a的形状为棱柱形状的情况下，优选该对角线的长度小于λo/2。当为椭圆形状时，优选长轴的长度小于λo/2(进一步优选小于λm/2)。在顶端部124a呈另一其他形状的情况下，也优选该跨度尺寸在最长的部分也小于λo/2(进一步优选小于λm/2)。
(5)波导面的宽度
波导部件122的波导面122a的宽度、即波导面122a在与波导部件122延伸的方向正交的方向上的大小能够设定成小于λo/2(优选小于λm/2，例如λo/8)。这是因为，若波导面122a的宽度为λo/2以上，则关于自由空间波长为λo的信号波在宽度方向上引起谐振，若引起谐振，则WRG无法作为简单的传输线路动作。
(6)波导部件的高度
波导部件122的高度(在图示的例子中为Z方向的大小)设定成小于λo/2(优选小于λm/2)。这是因为，在该距离为λo/2以上的情况下，导电性杆124的基部124b与导电性表面110a的距离成为λo/2以上。同样地，关于导电性杆124(尤其是与波导部件122相邻的导电性杆124)的高度也设定成小于λo/2或小于λm/2。
(7)波导面与导电性表面之间的距离L1
关于波导部件122的波导面122a与导电性表面110a之间的距离L1设定成小于λo/2(优选小于λm/2)。这是因为，在该距离为λo/2以上的情况下，关于自由空间波长为λo的信号波在波导面122a与导电性表面110a之间引起谐振，无法作为波导路发挥功能。在某一例子中，该距离为λo/4以下。为了确保制造的容易度，在传播毫米波段的电磁波的情况下，优选将距离L1例如设为λo/16以上。
导电性表面110a与波导面122a的距离L1的下限以及导电性表面110a与导电性杆124的顶端部124a的距离L2的下限依赖于机械工作的精度以及将上下两个导电部件110、120以确保固定距离的方式组装时的精度。在利用冲压加工方法或注射加工方法的情况下，上述距离的实际下限为50微米(μm)左右。在利用制造MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem：微机电系统)的方法制作例如太赫兹区域的产品的情况下，上述距离的下限为2～3μm左右。
(8)缝隙的排列间隔以及大小
将在波导路中传播的信号波在波导路中的波长(在动作频带存在扩展的情况下，与中心频率对应的中心波长)设为λg时，缝隙天线200中的相邻的两个缝隙112的中心之间的距离(缝隙间隔)a例如能够设定为λg的整数倍(典型地为与λg相同的值)。由此，在适用驻波串馈的情况下，能够在各缝隙的位置实现等振幅且等相位的状态。另外，由于相邻的两个缝隙的中心之间的距离a根据所要求的定向特性确定，因此还存在与λg不一致的情况。在本实施方式中，缝隙112的数量为六个，但是缝隙112的数量也可以是两个以上的任意数量。
图6A～图6C是示意地表示从Z方向观察的缝隙112的开口的形状的图。位于缝隙112的正下方的波导面122a的边缘也用虚线表示。在该例子中，各缝隙112具有由一对纵部分113L以及连接一对纵部分113L的横部分113T构成的H形状。横部分113T连接一对纵部分113L的中心之间。各缝隙的一对纵部分113L的中心之间的距离和纵部分的一个长度之和(相当于图6A、图6B、图6C中所示的箭头的长度)L设定为不引起高次模的振动且缝隙的电感不过于小的值。例如，L设定在λo/2＜L＜λo的范围内。横部分以及各纵部分的宽度W能够小于λo/2。另外，以充分利用高次模为目的，还有时能够将L设成大于λo。
在图6A的例子中，波导面122a的宽度与横部分113T的长度相等。但是，即使如图6B那样波导面122a的宽度小于横部分113T的长度，缝隙112也作为天线元件动作。相同地，即使如图6C那样波导面122a的宽度大于横部分113T的长度，缝隙112也作为天线元件动作。但是，波导面122a的宽度必须小于包含一对纵部分113L的缝隙112的宽度。并且，如图6A～图6C所示，在从Z方向、即与波导面122a垂直的方向观察时，波导面122a必须与缝隙112的横部分113T交叉。
如上所述，在本实施方式中，人工磁导体具有多个导电性杆124，多个导电性杆124分别具有与第一导电性表面110a相向的顶端部。缝隙天线200用于规定频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方。波导部件122的宽度(X方向的尺寸)、各导电性杆124的宽度、相邻的两个导电性杆之间的空间宽度、第一导电性表面110a与第二导电性表面120a之间的距离以及和波导部件122相邻的导电性杆124与波导部件122之间的空间宽度能够设定为小于λo/2或小于λm/2。
接着，对本公开的实施方式的其他结构例进行说明。
·具有喇叭的结构
图7A是表示具有喇叭的缝隙天线200的结构例的立体图。图7B是分别将图7A所示的第一导电部件110以及第二导电部件120从+Z方向观察到的俯视图。为了方便起见，图7A以及图7B示出了第一导电部件110具有两个缝隙112和分别环绕两个缝隙112的两个喇叭114的例子。缝隙112的数量以及喇叭114的数量可以为一个，也可以为三个以上。
各喇叭114至少具有表面由导电性材料构成的四个侧壁(即，两组的一对导电壁)。各侧壁相对于与第一导电部件110的表面垂直的方向倾斜。通过设置喇叭114，能够提高从各缝隙112发射的电磁波的定向性。喇叭114的形状并不限定于图示的形状。例如，各侧壁也可以具有与第一导电部件110的表面垂直的部分。
·波导部件、导电部件以及导电性杆的变形例
接着，对波导部件122、导电部件110、120以及导电性杆124的变形例进行说明。
图8A是表示只有波导部件122的作为上表面的波导面122a具有导电性、波导部件122的除波导面122a以外的部分不具有导电性的结构的例子的剖视图。第一导电部件110以及第二导电部件120也同样只有波导部件122所在的一侧的表面(导电性表面110a、120a)具有导电性，其他部分不具有导电性。这样一来，波导部件122、第一导电部件110以及第二导电部件120中的每一个也可以不全都具有导电性。
图8B是表示波导部件122未形成在第二导电部件120上的变形例的图。在该例子中，波导部件122固定于支承部件(例如，框体的内壁等)，支承部件支承第一导电部件110和第二导电部件120。在波导部件122与第二导电部件120之间存在间隙。如此，波导部件122也可以与第二导电部件120不连接。
图8C是表示第二导电部件120、波导部件122以及多个导电性杆124分别在电介质的表面涂层有金属等导电性材料的结构的例子的图。第二导电部件120、波导部件122以及多个导电性杆124利用导电体相互连接。另一方面，第一导电部件110由金属等导电性材料构成。
图8D以及图8E是表示在导电部件110、120、波导部件122以及导电性杆124各自的最表面具有电介质层110b、120b的结构的例子的图。图8D示出利用电介质层覆盖作为导电体的金属制的导电部件的表面的结构的例子。图8E示出导电部件120具有利用金属等导电体覆盖树脂等电介质制的部件的表面，再利用电介质层覆盖该金属层的结构的例子。覆盖金属表面的电介质层可以是树脂等涂膜，也可以是通过该金属的氧化而生成的钝化膜等氧化膜。
最表面的电介质层增加在WRG波导路中传播的电磁波的损耗。但是，能够保护具有导电性的导电性表面110a、120a不腐蚀。并且，即使施加直流电压以及频率低到无法通过WRG波导路传播的程度的交流电压的导线配置在能够与导电性杆124接触的部位，也能够防止短路。
图8F是表示波导部件122的高度比导电性杆124的高度低且第一导电部件110的导电性表面110a中的与波导面122a相向的部分向波导部件122侧突出的例子的图。即使是这种结构，只要满足图5所示的尺寸范围，则也与前述的实施方式相同地动作。
图8G是表示在图8F的结构中还将导电性表面110a中的与导电性杆124相向的部分向导电性杆124侧突出的例子的图。即使是这种结构，只要满足图5所示的尺寸范围，则也与前述的实施方式相同地动作。另外，也可以采用一部分凹陷的结构来代替导电性表面110a的一部分突出的结构。
图9A是表示第一导电部件110的导电性表面110a具有曲面形状的例子的图。图9B是表示还使第二导电部件120的导电性表面120a也具有曲面形状的例子的图。如这些例子所示，导电性表面110a、120a并不限定于平面形状，也可以具有曲面形状。
在第二导电部件120上也可以配置有多个波导部件122。图10是表示两个波导部件122在第二导电部件120上平行地延伸的方式的立体图。通过将多个波导部件122设置在一个波导结构内，能够实现多个缝隙二维地以短的间隔排列的阵列天线。在图10的结构中，在两个波导部件122之间存在包含三列导电性杆124的人工磁导体。另外，在多个波导部件122所在的整个区域的两侧也配置有人工磁导体。
图11是16个缝隙以4行4列排列的阵列天线的从Z方向观察到的俯视图。图11B是图11A的B-B线剖视图。该阵列天线中的第一导电部件110具有分别与多个缝隙112对应配置的多个喇叭114。在图示的阵列天线中层叠有如下波导路装置：第一波导路装置100a，其具有直接与缝隙112耦合的波导部件122U；以及第二波导路装置100b，其具有与第一波导路装置100a的波导部件122U耦合的其他波导部件122L。第二波导路装置100b的波导部件122L以及导电性杆124L配置在第三导电部件140上。第二波导路装置100b具有与第一波导路装置100a的结构基本相同的结构。
如图11A所示，导电部件110具有在第一方向(Y方向)以及与第一方向正交的第二方向(X方向)上排列的多个缝隙112。多个波导部件122的波导面122a沿着Y方向延伸，并与多个缝隙112中的在Y方向上排列的四个缝隙相向。在该例子中，导电部件110具有以4行4列排列的16个缝隙112，但是缝隙112的数量并不限定于该例子。各波导部件122并不限定于与多个缝隙112中的在Y方向上排列的所有缝隙相向的例子，只要与在Y方向上相邻的至少两个缝隙相向即可。相邻的两个波导面122a的中心之间的距离例如设定为短于波长λo。
图12A是表示第一波导路装置100a中的波导部件122U的平面布局的图。图13是表示第二波导路装置100b中的波导部件122L的平面布局的图。由这些图明确可知，第一波导路装置100a中的波导部件122U呈直线状延伸，不具有分支部和弯曲部。另一方面，第二波导路装置100b中的波导部件122L具有分支部以及弯曲部这两者。第二波导路装置100b中的“第二导电部件120”与“第三导电部件140”的组合相当于第一波导路装置100a中的“第一导电部件110”与“第二导电部件120”的组合。
第一波导路装置100a中的波导部件122穿过第二导电部件120所具有的端口(开口部)145U与第二波导路装置100b中的波导部件122L耦合。换句话说，在第二波导路装置100b的波导部件122L中传播来的电磁波能够穿过端口145U到达第一波导路装置100a的波导部件122U，并在第一波导路装置100a的波导部件122U中传播。此时，各缝隙112作为将在波导路中传播来的电磁波朝向空间发射的天线元件发挥功能。相反，若在空间中传播来的电磁波入射到缝隙112，则该电磁波与位于缝隙112的正下方的第一波导路装置100a的波导部件122U耦合，并在第一波导路装置100a的波导部件122U中传播。在第一波导路装置100a的波导部件122U中传播来的电磁波还能够穿过端口145U到达第二波导路装置100b的波导部件122L，并在第二波导路装置100b的波导部件122L中传播。第二波导路装置100b的波导部件122L能够经由第三导电部件140的端口145L与位于外部的波导路装置或高频电路(电子回路)耦合。在图13中，作为一个例子示出了与端口145L连接的电子回路190。电子回路190并不限定于配置在特定的位置，可以配置在任意位置。电子回路190例如能够配置在第三导电部件140的背面侧(图11B中的下侧)的电路基板。这种电子回路可以为微波集成电路，例如可以为生成或接收毫米波段的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit：单片微波集成电路)。
能够将图11A所示的第一导电部件110称作“发射层”。并且，也可以将图12A所示的第二导电部件120、波导部件122U以及导电性杆124U的整体称作“激振层”，将图13所示的第三导电部件140、波导部件122L以及导电性杆124L的整体称作“分配层”。并且，也可以将“激振层”和“分配层”统称为“供电层”。“发射层”、“激振层”以及“分配层”能够分别通过对一张金属板进行加工来量产。发射层、激振层、分配层以及设置在分配层的背面侧的电子回路能够作为模组化的一个产品制造。
由图11B可知，在该例子中的阵列天线中层叠有板状的发射层、激振层以及分配层，因此整体实现了平坦并且低轮廓(low profile)的平板天线。例如，能够将具有图11B所示的截面结构的层叠结构体的高度(厚度)设定为10mm以下。
根据图13所示的波导部件122L，从第三导电部件140的端口145L到第二导电部件120的各端口145U(参照图12A)的距离设定为全部相等的值。因此，从第三导电部件140的端口145L输入至波导部件122L的信号波分别以相同的相位到达第二导电部件120的四个端口145U。其结果是，配置在第二导电部件120上的四个波导部件122U能够以相同的相位激振。
作为天线元件发挥功能的所有缝隙112无需以相同的相位发射电磁波。波导部件122在激振层以及分配层中的网络模式是任意的，也可以构成为各波导部件122独立地传播相互不同的信号。
在图12A的结构中，在相邻的两个波导部件122U之间配置有包含多个导电性杆124的人工磁导体，但是也可以不配置该人工磁导体。
图12B是表示在多个波导部件122中的相邻的两个波导部件122之间未配置有人工磁导体的例子的图。在使多个缝隙112以同一相位激振的情况下，即使沿着相邻的两个波导部件122传播的电磁波混合，也没问题。由此，在两个波导部件122之间也可以不设置导电性杆124等人工磁导体。即使在该情况下，也在多个波导部件122排列的区域的两侧配置人工磁导体。在本公开中，如图12B所示，在多个波导部件122排列的区域的两侧配置有人工磁导体的情况下，可以解释为人工磁导体位于多个波导部件122各自的两侧。在这种例子中，与导电性杆124相邻的两个波导部件122U之间在X方向上的间隙的长度设定为小于λm/2。
另外，在本说明书中，尊重作为本发明人之一的桐野的论文(非专利文献1)以及同一时期发表相关的内容的研究的Kildal等的论文的记载，使用“人工磁导体”这一术语记载了本公开的技术。但是，由本发明人等的研究结果明确可知，本公开所涉及的实用新型中不必一定需要以往定义中的“人工磁导体”。即，虽然一直认为人工磁导体必须采用周期结构，但是为了实施本公开所涉及的实用新型，不必一定需要周期结构。
在本公开中，人工磁导体通过导电性杆的列实现。由此，一直认为，为了阻止朝向远离波导面的方向漏出的电磁波，必须在波导部件的一侧存在至少两个沿着波导部件(脊部)排列的导电性杆的列。这是因为，若最低为两列，则导电性杆列的配置“周期”就不存在。但是，根据本发明人等的研究，即使在平行地延伸的两个波导部件之间只配置有一列导电性杆的列的情况下，也能够将从一个波导部件向另一个波导部件漏出的信号的强度抑制在-10dB以下。这在大多用途中的实际使用上充分的值。在只具有不完全的周期结构的状态下可以实现这种充分的级别的分离的理由至今尚不明确。但是，考虑该情况，为方便起见，在本公开中扩展“人工磁导体”的概念，使“人工磁导体”这一术语还包含只配置一列导电性杆的结构。
在图11A所示的例子中，所有缝隙112是具有H形状的H型缝隙。但是，并不限定于这种例子。例如，为了使发射强度具有分布性，也可以在纵向上排成一列的缝隙阵列中，将中央附近的缝隙设为H形状，使H形状的纵部随着朝向周边而变短，从而设为两端只具有横部分的I形状。这样一来，缝隙天线中的多个缝隙中的至少两个缝隙可以为H型缝隙。
·缝隙的变形例
接着，对缝隙112的形状的变形例进行说明。在目前为止的例子中，缝隙112的平面形状为角部呈直角的H形状，但是缝隙112也可以具有其他形状。以下，参照图14A～14F，对缝隙的形状的其他例子进行说明。
图14A示出了具有由一对纵部分113L以及连接一对纵部分113L的横部分113T构成的H形状的其他缝隙112b的例子。在该例子中，各纵部113L的两端的角部呈圆形。横部分113T与一对纵部分113L大致垂直，连接一对纵部分113L的大致中央部彼此。在这种H形状的缝隙112b中，也以避免引起高次的谐振以及缝隙阻抗过于变小的方式确定缝隙的形状以及大小。为了满足上述条件，在将从H形状的中心点(横部分113T的中心点)至端部(纵部分113L中的任一端部)的沿着横部分113T以及纵部分113L的长度的两倍设为L时，设定为λo/2＜L＜λo，例如约λo/2。因此，能够将横部分113T的长度(在图中用箭头表示的长度)设为例如小于λo/2，从而能够缩短横部分113T的长度方向的缝隙间隔。
图14B示出了具有横部分113T以及从横部分113T的两端延伸的一对纵部分113L的缝隙112c的例子。一对纵部分113L从横部分113T延伸的方向与横部分113T大致垂直，且相互相反。横部分113T的一端与一个纵部分113L的一端相连，横部分113T的另一端与另一纵部分113L的一端相连。这种形状类似于字母“Z”或颠倒的“Z”的形状，因此有时称作“Z形状”。在该例子中，也能够将横部分113T的长度(在图中用箭头表示的长度)设为例如小于λo/2，因此能够缩短横部分113T的长度方向的缝隙间隔。
图14C示出了具有横部分113T以及从横部分113T的两端沿着与横部分113T垂直的相同的方向延伸的一对纵部分113L的缝隙112d的例子。在该例子中，也是横部分113T的一端与一个纵部分113L的一端相连，横部分113T的另一端与另一纵部分113L的一端相连。这种形状类似于字母“U”，因此有时称作“U形状”。在该例子中，也能够将横部分113T的长度(在图中用箭头表示的长度)设为例如小于λo/2，因此能够缩短横部分113T的长度方向的缝隙间隔。
图14D、图14E、图14F分别表示分别在缝隙112b、缝隙112c、缝隙112d设置有凸部113D的缝隙112e、112f、112g的例子。即使是这种形状的缝隙，也能够作为本公开的缝隙天线发挥功能。
在上述H形状、Z形状以及U形状这种各缝隙中，横部与纵部无需正交，只要交叉即可。并且，为方便起见，用“横部”以及“纵部”的术语表示，但是这些术语并不限定实际使用的缝隙天线中的缝隙的配置或朝向。本公开的实施方式中的缝隙的平面形状能够改称为包含如下部分的形状：沿着与波导面延伸的方向、即第一方向交叉的第二方向延伸的第一直线状部分(相当于横部)；以及沿着与第二方向交叉的第三方向延伸，且分别与第一直线状部分的两端连接的一对第二直线状部分(相当于纵部)。
图15是表示将图14A～14C所示的三种缝隙112b～112c和作为比较例的I形状的缝隙112a配置在波导部件122上时的平面布局的图。如图示，通过使用缝隙112b～112d，与使用缝隙112a时相比，能够缩短横部分113T的长度方向(称作“横向”)的大小。因此，尤其在平行地排列多个波导部件122的结构中，能够缩短横向的缝隙间隔。
另外，在以上例子中，缝隙的横部(或第一直线状部分)延伸的方向与波导部件122的宽度方向一致，但是两者的方向也可以相互交叉。在这种结构中，能够使被发射的电磁波的偏振面倾斜。由此，在例如用于车载雷达的情况下，能够区别从本车辆发射的电磁波与从对向车量发射的电磁波。
如上所述，根据本公开的实施方式，例如能够缩小导电部件上的多个缝隙的间隔，并且能够进行等振幅且等相位的激振。因此，能够实现小型且高增益的雷达装置、雷达系统或无线通信系统等。本公开的实施方式并不限定于进行等振幅且等相位的激振的方式。例如，还能够实现损害雷达的输出效率来降低旁瓣等其他目的。只要在波导面122a或导电性表面110a适当地设置凸部或凹部等附加要素，则也能够独立地调整各缝隙的位置中的振幅以及相位。在该情况下，能够以任意的发射模式发射电磁波。并且，不限于驻波馈电，也可以适用行波馈电。如此，本公开的技术能够适用于广泛的目的以及用途。
本公开中的波导路装置以及缝隙天线(天线装置)能够适宜用于装设在例如车辆、船舶、飞行器、机器人等移动体的雷达装置或雷达系统。雷达装置具有上述任一实施方式中的缝隙天线和与该缝隙天线连接的微波集成电路。雷达系统具有该雷达装置和与该雷达装置的微波集成电路连接的信号处理电路。本公开的实施方式中的缝隙天线由于具有可小型化的WRG结构，因此与以往的使用波导管的结构相比，能够显著地缩小排列有天线元件的面的面积。因此，将装设有该天线装置的雷达系统还能够容易地装设于例如车辆的后视镜的与镜面相反的一侧的面之类的窄小部位或UAV(Unmanned Aerial Vehicle，所谓无人机)之类的小型移动体。另外，雷达系统并不限定于装设在车辆的方式的例子，例如能够固定在道路或建筑物来使用。
本公开的实施方式中的缝隙天线还能够用于无线通信系统。这种无线通信系统具有上述的任一实施方式中的缝隙天线和通信电路(发送电路或接收电路)。关于应用于无线通信系统的例子的详细内容在后面进行叙述。
本公开的实施方式中的缝隙天线还能用作室内定位系统(IPS：IndoorPositioning System)中的天线。在室内定位系统中，能够确定建筑物内的人或无人搬运车(AGV：Automated Guided Vehicle)等移动体的位置。缝隙天线还能够用于在向来商店或设施的人持有的信息终端(智能手机等)提供信息的系统中使用的电波发射器(beacon)。在这种系统中，电波发射器例如数秒发射一次重叠了ID等信息的电磁波。若信息终端接收该电磁波，则信息终端经由通信线路向远程服务器计算机发送已接收到的信息。服务器计算机根据从信息终端获得的信息确定该信息终端的位置，向该信息终端提供与该位置相应的信息(例如，产品索引或优惠劵)。
＜应用例1：车载雷达系统＞
接着，作为利用上述缝隙阵列天线的应用例，对具有缝隙阵列天线的车载雷达系统的一个例子进行说明。用于车载雷达系统的发送波具有例如76千兆赫(GHz)段的频率，该发送波在自由空间中的波长λo为约4mm。
在汽车的防碰撞系统以及自动运行等安全技术中识别尤其在本车辆的前方行驶的一个或多个车辆(目标)是必不可少的。作为车辆的识别方法，以往开发出了使用雷达系统推断入射波的方向的技术。
图16表示本车辆500和与本车辆500在相同的车线上行驶的前方车辆502。本车辆500具有包含上述任一实施方式中的缝隙阵列天线的车载雷达系统。若本车辆500的车载雷达系统发射高频的发送信号，则该发送信号到达前方车辆502并在前方车辆502反射，其一部分再回到本车辆500。车载雷达系统接收该信号，计算前方车辆502的位置、到前方车辆502的距离以及速度等。
图17表示本车辆500的车载雷达系统510。车载雷达系统510配置在驾驶室内。更具体地说，车载雷达系统510配置在后视镜的与镜面相反的一侧的面。车载雷达系统510从驾驶室内朝向车辆500的行进方向发射高频的发送信号，并接收从行进方向入射的信号。
基于本应用例的车载雷达系统510具有本公开的实施方式中的缝隙阵列天线。缝隙阵列天线能够具有相互平行的多个波导部件。配置成多个波导部件各自延伸的方向与铅垂方向一致，多个波导部件的排列方向与水平方向一致。因此，能够更加缩小将多个缝隙从正面观察时的横向以及纵向尺寸。
作为包含上述阵列天线的天线装置的尺寸的一个例子，横×纵×深度为60×30×10mm。可以理解为76GHz频段的毫米波雷达系统的大小非常小。
另外，以往的大多车载雷达系统设置于驾驶室外，例如前车头的顶端部。其理由是，因为车载雷达系统的大小比较大，很难如本公开那样设置在驾驶室内。基于本应用例的车载雷达系统510虽然能够如上所述那样设置在驾驶室内，但也可以装设于前车头的顶端。由于减少了车载雷达系统在前车头中所占的区域，因此容易配置其他零件。
根据本应用例，由于能够缩小用于发送天线的多个波导部件(脊部)的间隔，因此也能够缩小与相邻的多个波导部件相向设置的多个缝隙的间隔。由此，能够抑制栅瓣的影响。例如，在将横向相邻的两个缝隙的中心之间的距离设为短于发送波的自由空间波长λo(小于约4mm)的情况下，不会在前方发生栅瓣。由此，能够抑制栅瓣的影响。另外，若天线元件的排列间隔大于电磁波的波长的一半，则会出现栅瓣。但是，若排列间隔小于波长，则不会在前方出现栅瓣。因此，如本应用例，在构成阵列天线的各天线元件只在前方具有灵敏度的情况下，只要天线元件的配置间隔小于波长，则栅瓣就不会产生实质性的影响。通过调整发送天线的阵列因子，能够调整发送天线的定向性。也可以为了能够独立地调整在多个波导部件上传输的电磁波的相位而设置相移器。通过设置相移器，能够将发送天线的定向性改为任意方向。由于周知相移器的结构，因此省略其结构的说明。
由于本应用例中的接收天线能够降低来源于栅瓣的反射波的接收，因此能够提高以下说明的处理的精度。以下，对接收处理的一个例子进行说明。
图18A示出了车载雷达系统510的阵列天线AA与多个入射波k(k：1～K的整数，以下相同。K是存在于不同方位的目标的数量。)的关系。阵列天线AA具有呈直线状排列的M个天线元件。由于天线在原理上能够用于发送以及接收这两者，因此阵列天线AA能够包含发送天线以及接收天线这两者。以下，对处理接收天线所接收的入射波的方法的例子进行说明。
阵列天线AA接收从各种角度同时入射的多个入射波。多个入射波中包含从相同的车载雷达系统510的发送天线发射并由目标反射的入射波。并且，多个入射波中还包含从其他车辆发射的直接或间接的入射波。
入射波的入射角度(即，表示入射方向的角度)表示以阵列天线AA的侧面B为基准的角度。入射波的入射角度表示相对于与天线元件组所排列的直线方向垂直的方向的角度。
现在，关注第k个入射波。“第k个入射波”是指，从存在于不同方位的K个目标向阵列天线入射K个入射波时通过入射角θk识别的入射波。
图18B表示接收第k个入射波的阵列天线AA。阵列天线AA所接收的信号能够以算式1的形式表现为具有M个要素的“矢量”。
(算式1)
S＝[s1、s2、……、sM]T
在此，sm(m：1～M的整数，以下相同。)是第m个天线元件所接收的信号的值。上标T是指转置。S是列矢量。列矢量S根据通过阵列天线的结构确定的方向矢量(称作导向矢量或模式矢量)与目标(还称作波源或信号源)中的表示信号的复矢量的乘积而获得。当波源的个数为K时，从各波源向每个天线元件入射的信号的波呈线形重叠。此时，sm能够以算式2的形式表现。
[算式2]
算式2中的ak、θk以及φk分别为第k个入射波的振幅、入射波的入射角度以及初始相位。λ表示入射波的波长，j是虚数单位。
由算式2可以理解，sm可以表现为由实部(Re)和虚部(Im)构成的复数。
若考虑噪声(内部噪声或热噪声)进一步一般化，则阵列接收信号X能够以算式3的形式表现。
(算式3)
X＝S+N
N是噪声的矢量表现。
信号处理电路使用算式3所示的阵列接收信号X求出入射波的自相关矩阵Rxx(算式4)，再求出自相关矩阵Rxx的各固有值。
[算式4]
在此，上标H表示复共轭转置(厄米共轭)。
在求出的多个固有值中，具有通过热噪声规定的规定值以上的值的固有值(信号空间固有值)的个数与入射波的个数对应。而且，通过计算反射波的入射方向的似然最大(成为最大似然)的角度，能够确定目标的数量以及各目标存在的角度。该处理作为最大似然估计法是公知的。
接着，参照图19。图19是表示基于本公开的车辆行驶控制装置600的基本结构的一个例子的框图。图19所示的车辆行驶控制装置600具有：装配于车辆的雷达系统510；以及与雷达系统510连接的行驶支援电子控制装置520。雷达系统510具有阵列天线AA和雷达信号处理装置530。
阵列天线AA具有多个天线元件，多个天线元件分别响应一个或多个入射波输出接收信号。如上所述，阵列天线AA还能够发射高频的毫米波。
在雷达系统510中，阵列天线AA需要安装于车辆。但是，雷达信号处理装置530的至少一部分功能也可以通过设置于车辆行驶控制装置600的外部(例如本车辆的外部)的计算机550以及数据库552实现。在该情况下，雷达信号处理装置530中的位于车辆内的部分能够始终或随时连接于设置在车辆的外部的计算机550以及数据库552，以便能够进行信号或数据的双向通信。通信借助车辆所具有的通信设备540以及一般的通信网络进行。
数据库552可以存储规定各种信号处理算法的程序。雷达系统510的动作所需的数据以及程序的内容能够借助通信设备540从外部更新。这样一来，雷达系统510的至少一部分功能能够在本车辆的外部(包含其他车辆的内部)通过云计算的技术实现。因此，本公开中的“车载”的雷达系统无需所有构成要素装设于车辆。但是，在本申请中，为了简便，只要没有另外说明，对本公开的所有构成要素装设于一台车辆(本车辆)的方式进行说明。
雷达信号处理装置530具有信号处理电路560。该信号处理电路560从阵列天线AA直接或间接地接收接收信号，并将接收信号或由接收信号生成的二次信号输入到入射波推断单元AU。由接收信号生成二次信号的电路(未图示)的一部分或全部无需设置于信号处理电路560的内部。这种电路(前处理电路)的一部分或全部也可以设置在阵列天线AA与雷达信号处理装置530之间。
信号处理电路560构成为利用接收信号或二次信号进行运算，并输出表示入射波的个数的信号。在此，“表示入射波的个数的信号”能够称作表示在本车辆的前方行驶的一个或多个前方车辆的数量的信号。
该信号处理电路560构成为进行公知的雷达信号处理装置所执行的各种信号处理即可。例如，信号处理电路560能够构成为，执行MUSIC(多重信号分类)法、ESPRIT(利用旋转不变因子技术来推断信号参数)法以及SAGE(空间交替期望最大化)法等“超分辨率算法”(超分辨率法)或分辨率相对低的其他入射方向推断算法。
图19所示的入射波推断单元AU通过任意的入射方向推断算法推断表示入射波的方位的角度，并输出表示推断结果的信号。信号处理电路560包括入射波推断单元AU。入射波推断单元AU通过公知的算法推断到入射波的波源即目标的距离、目标的相对速度以及目标的方位，并生成表示推断结果的信号。
本公开中的“信号处理电路”这一术语并不限定于单独的电路，也包括将多个电路的组合概括地理解为一个功能元件的形态。信号处理电路560也可以通过一个或多个片上系统(SoC)实现。例如，信号处理电路560的一部分或全部也可以为可编程逻辑设备(PLD)、即FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)。在该情况下，信号处理电路560包含多个运算元件(例如，通用逻辑以及乘法器)以及多个存储元件(例如，查询表或存储模块)。或者，信号处理电路560也可以为通用处理器以及主存储装置的集合。信号处理电路560也可以为包含处理器内核和存储器的电路。这些能够作为信号处理电路560发挥功能。
行驶支援电子控制装置520构成为根据从雷达信号处理装置530输出的各种信号进行车辆的行驶支援。行驶支援电子控制装置520对各种电子控制单元进行指示，以使各种电子控制单元发挥规定的功能。规定的功能例如包括：在到前方车辆的距离(车间距离)比预先设定的值小时发出警报来催促驾驶员进行制动操作的功能；控制制动器的功能；以及控制油门的功能。例如，在进行本车辆的自适应巡航控制的动作模式时，行驶支援电子控制装置520向各种电子控制单元(未图示)以及致动器发送规定的信号，将从本车辆到前方车辆的距离维持在预先设定的值，或者将本车辆的行驶速度维持在预先设定的值。
在基于MUSIC法的情况下，信号处理电路560求出自相关矩阵的各固有值，输出表示这些固有值中比由热噪声规定的规定值(热噪声功率)大的固有值(信号空间固有值)的个数的信号，以作为表示入射波的个数的信号。
接着，参照图20。图20是表示车辆行驶控制装置600的结构的其他例子的框图。图20的车辆行驶控制装置600中的雷达系统510具有：包含接收专用的阵列天线(还称作接收天线)Rx以及发送专用的阵列天线(还称作发送天线)Tx的阵列天线AA；以及物体检测装置570。
发送天线Tx以及接收天线Rx中的至少一方具有上述的波导路结构。发送天线Tx例如发射作为毫米波的发送波。接收专用的接收天线Rx响应一个或多个入射波(例如毫米波)输出接收信号。
收发电路580向发送天线Tx发送用于发送波的发送信号，并且进行基于由接收天线Rx接收的接收波的接收信号的“前处理”。前处理的一部分或全部也可以通过雷达信号处理装置530的信号处理电路560执行。收发电路580进行的前处理的典型例子可以包括：由接收信号生成差频信号；以及将模拟形式的接收信号转换为数字形式的接收信号。
另外，基于本公开的雷达系统并不限定于装设在车辆的方式的例子，能够固定于道路或建筑物来使用。
接着，对车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例子进行说明。
图21表示车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例子的框图。图21所示的车辆行驶控制装置600具有雷达系统510和车载摄像头系统700。雷达系统510具有阵列天线AA、与阵列天线AA连接的收发电路580以及信号处理电路560。
车载摄像头系统700具有：装设于车辆的车载摄像头710；以及对通过车载摄像头710获取的图像或影像进行处理的图像处理电路720。
本应用例中的车辆行驶控制装置600具有：与阵列天线AA以及车载摄像头710连接的物体检测装置570；以及与物体检测装置570连接的行驶支援电子控制装置520。该物体检测装置570除了包含前述的雷达信号处理装置530(包含信号处理电路560)之外，还包含收发电路580以及图像处理电路720。物体检测装置570不仅利用通过雷达系统510获得的信息，而且还能够利用通过图像处理电路720获得的信息检测道路上或道路附近的目标。例如，本车辆在同一方向的两条以上车线中的任意一条车线上行驶时，能够通过图像处理电路720判别本车辆行驶的车线是哪条车线，并将该判别的结果提供给信号处理电路560。信号处理电路560在通过规定的入射方向推断算法(例如MUSIC法)识别前方车辆的数量以及方位时，能够通过参照来自图像处理电路720的信息关于前方车辆的配置提供可靠度更高的信息。
另外，车载摄像头系统700是确定本车辆行驶的车线是哪条车线的构件的一个例子。也可以利用其他构件确定本车辆的车线位置。例如，能够利用超宽带无线技术(UWB：Ultra Wide Band)确定本车辆在多条车线中的哪条车线上行驶。周知超宽带无线技术能够用作位置测定和/或雷达。若利用超宽带无线技术，则由于雷达的距离分辨率增高，因此即使在前方存在多台车辆的情况下，也能够根据距离的差将每个目标进行区分并检测。因此，能够高精度地确定路肩的护栏或与中央分离带之间的距离。各车线的宽度已在各国的法律等中预先规定。利用这些信息，能够确定本车辆在当前行驶中的车线的位置。另外，超宽带无线技术是一个例子。也可以利用基于其他无线技术的电波。并且，也可以使用光学雷达(LIDAR：Light Detection and Ranging)。光学雷达有时还被称作激光雷达。
阵列天线AA能够为通常的车载用毫米波阵列天线。本应用例中的发送天线Tx向车辆的前方发射毫米波作为发送波。发送波的一部分典型地通过作为前方车辆的目标反射。由此，产生以目标为波源的反射波。反射波的一部分作为入射波到达阵列天线(接收天线)AA。构成阵列天线AA的多个天线元件分别响应一个或多个入射波输出接收信号。在作为反射波的波源发挥功能的目标的个数为K个(K为1以上的整数)的情况下，入射波的个数为K个，但入射波的个数K并非已知的数。
在图19的例子中，雷达系统510还包含阵列天线AA而一体配置于后视镜。但是，阵列天线AA的个数以及位置并不限定于特定的个数以及特定的位置。阵列天线AA也可以配置于车辆的后面，以便能够检测位于车辆的后方的目标。并且，还可以在车辆的前面或后面配置多个阵列天线AA。阵列天线AA也可以配置在车辆的驾驶室内。即使在采用各天线元件具有上述喇叭的喇叭天线作为阵列天线AA的情况下，具有这种天线元件的阵列天线也能够配置在车辆的驾驶室内。
信号处理电路560接收接收信号并进行处理，该接收信号通过接收天线Rx接收并通过收发电路580进行前处理。该处理包括：将接收信号输入至入射波推断单元AU的情况；或由接收信号生成二次信号并将二次信号输入至入射波推断单元AU的情况。
在图21的例子中，在物体检测装置570内设置有选择电路596，选择电路596接收从信号处理电路560输出的信号以及从图像处理电路720输出的信号。选择电路596向行驶支援电子控制装置520提供从信号处理电路560输出的信号以及从图像处理电路720输出的信号中的一方或双方。
图22是表示本应用例中的雷达系统510的更详细的结构例的框图。
如图22所示，阵列天线AA具有：进行毫米波的发送的发送天线Tx；以及接收由目标反射的入射波的接收天线Rx。附图上为一个发送天线Tx，但也可以设置特性不同的两种以上的发送天线。阵列天线AA具有M个(M为3以上的整数)天线元件111、112、……、11M。多个天线元件111、112、……、11M分别响应入射波输出接收信号S1、S2、……、SM(图18B)。
在阵列天线AA中，天线元件111～11M例如隔着固定的间隔呈直线状或面状排列。入射波从角度θ的方向入射至阵列天线AA，该角度θ是入射波与排列有天线元件111～11M的面的法线形成的角度。因此，入射波的入射方向根据该角度θ规定。
当来自一个目标的入射波入射至阵列天线AA时，能够与平面波从相同的角度θ的方位入射至天线元件111～11M的情况近似。当从位于不同方位的K个目标向阵列天线AA入射K个入射波时，能够根据相互不同的角度θ1～θK识别每个入射波。
如图22所示，物体检测装置570包含收发电路580和信号处理电路560。
收发电路580具有三角波生成电路581、VCO(Voltage-Controlled-Oscillator：压控振荡器)582、分配器583、混频器584、滤波器585、开关586、A/D转换器(交流/直流转换器)587以及控制器588。本应用例中的雷达系统构成为通过FMCW(频率调制连续波)方式进行毫米波的收发，但本公开的雷达系统并不限定于该方式。收发电路580构成为根据来自阵列天线AA的接收信号和用于发送天线Tx的发送信号生成差频信号。
信号处理电路560具有距离检测部533、速度检测部534以及方位检测部536。信号处理电路560构成为对来自收发电路580的A/D转换器587的信号进行处理，并分别输出表示到检测出的目标的距离、目标的相对速度、目标的方位的信号。
首先，对收发电路580的结构以及动作进行详细说明。
三角波生成电路581生成三角波信号并提供给VCO582。VCO582输出具有根据三角波信号调制的频率的发送信号。图23示出了根据三角波生成电路581所生成的信号调制的发送信号的频率变化。该波形的调制宽度为Δf，中心频率为f0。这样被调制频率后的发送信号被提供给分配器583。分配器583将从VCO582获得的发送信号分配给各混频器584以及发送天线Tx。这样一来，发送天线发射具有如图23所示那样呈三角波状调制了的频率的毫米波。
在图23中除了记载发送信号之外，还记载了基于由单独的前方车辆反射的入射波的接收信号的例子。接收信号相比于发送信号延迟。该延迟同本车辆与前方车辆的距离成比例。并且，接收信号的频率通过多普勒效应与前方车辆的相对速度相应地增减。
若将接收信号与发送信号混合，则根据频率的差异生成差频信号。该差频信号的频率(拍频)在发送信号的频率增加的期间(上行)与发送信号的频率减小的期间(下行)不同。若求各期间的拍频，则根据这些拍频计算出到目标的距离和目标的相对速度。
图24示出了“上行”期间的拍频fu以及“下行”期间的拍频fd。在图24的图表中，横轴为频率，纵轴为信号强度。这种图表通过进行差频信号的时间-频率转换而获得。若获得拍频fu、fd，则根据公知的算式计算出到目标的距离和目标的相对速度。在本应用例中，能够通过以下说明的结构以及动作求出与阵列天线AA的各天线元件对应的拍频，并根据该拍频推断出目标的位置信息。
在图22所示的例子中，来自与各天线元件111～11M对应的信道Ch1～ChM的接收信号通过放大器放大，并输入到对应的混频器584。各混频器584将发送信号与放大了的接收信号混合。通过该混合而生成对应于接收信号与发送信号之间的频率差的差频信号。生成的差频信号被提供给对应的滤波器585。滤波器585进行信道Ch1～ChM的差频信号的频带限制，并将进行了频带限制的差频信号提供给开关586。
开关586响应从控制器588输入的采样信号执行切换。控制器588例如能够由微型计算机构成。控制器588根据存储于ROM(只读存储器)等存储器中的计算机程序控制收发电路580整体。控制器588无需设置于收发电路580的内部，也可以设置在信号处理电路560的内部。即，收发电路580也可以按照来自信号处理电路560的控制信号动作。或者，也可以通过控制收发电路580以及信号处理电路560整体的中央运算单元等实现控制器588的一部分或全部功能。
通过了各个滤波器585的信道Ch1～ChM的差频信号借助开关586依次提供至A/D转换器587。A/D转换器587将从开关586输入的信道Ch1～ChM的差频信号与采样信号同步转换为数字信号。
以下，对信号处理电路560的结构以及动作进行详细说明。在本应用例中，通过FMCW方式推断到目标的距离以及目标的相对速度。雷达系统并不限定于以下说明的FMCW方式，还能够利用双频CW(双频连续波)或展频等其他方式实施。
在图22所示的例子中，信号处理电路560具有存储器531、接收强度计算部532、距离检测部533、速度检测部534、DBF(数字波束形成)处理部535、方位检测部536、目标转移处理部537、相关矩阵生成部538、目标输出处理部539以及入射波推断单元AU。如上所述，信号处理电路560的一部分或全部既可以通过FPGA实现，也可以通过通用处理器以及主存储装置的集合实现。存储器531、接收强度计算部532、DBF处理部535、距离检测部533、速度检测部534、方位检测部536、目标转移处理部537以及入射波推断单元AU既可以分别是通过单独的硬件实现的各个元件，也可以是一个信号处理电路中的功能上的模块。
图25示出了信号处理电路560通过具有处理器PR以及存储装置MD的硬件实现的方式的例子。具有这种结构的信号处理电路560也能够通过存储于存储装置MD中的计算机程序的工作发挥图22所示的接收强度计算部532、DBF处理部535、距离检测部533、速度检测部534、方位检测部536、目标转移处理部537、相关矩阵生成部538以及入射波推断单元AU的功能。
本应用例中的信号处理电路560构成为将转换为数字信号的各差频信号作为接收信号的二次信号推断前方车辆的位置信息，并输出表示推断结果的信号。以下，对本应用例中的信号处理电路560的结构以及动作进行详细说明。
信号处理电路560内的存储器531按信道Ch1～ChM存储从A/D转换器587输出的数字信号。存储器531例如能够由半导体存储器、硬盘和/或光盘等一般的存储介质构成。
接收强度计算部532对存储于存储器531中的每一个信道Ch1～ChM的差频信号(图23的下图)进行傅里叶变换。在本说明书中，将傅里叶变换后的复数数据的振幅称作“信号强度”。接收强度计算部532将多个天线元件中的任一天线元件的接收信号的复数数据或多个天线元件全部的接收信号的复数数据的相加值转换为频谱。这样一来，能够检测依赖于与所获得的频谱的各峰值对应的拍频、即距离的目标(前方车辆)的存在。若对所有天线元件的接收信号的复数数据进行加法运算，则使噪声分量平均化，因此提高S/N比(信噪比)。
在目标、即前方车辆为一个的情况下，傅里叶变换的结果是，如图24所示那样在频率增加的期间(“上行”期间)以及减小的期间(“下行”期间)分别获得具有一个峰值的频谱。将“上行”期间的峰值的拍频设为“fu”，将“下行”期间的峰值的拍频设为“fd”。
接收强度计算部532根据每一个拍频的信号强度检测超过预先设定的数值(阈值)的信号强度，由此判断为存在目标。接收强度计算部532在检测出信号强度的峰的情况下，向距离检测部533、速度检测部534输出峰值的拍频(fu、fd)作为对象物频率。接收强度计算部532向距离检测部533输出表示频率调制宽度Δf的信息，并向速度检测部534输出表示中心频率f0的信息。
接收强度计算部532在检测出与多个目标对应的信号强度的峰的情况下，根据预先规定的条件将上行的峰值和下行的峰值关联起来。对判断为来自同一目标的信号的峰赋予同一编号，并提供给距离检测部533以及速度检测部534。
在存在多个目标的情况下，在傅里叶变换之后，在差频信号的上行部分和差频信号的下行部分分别呈现与目标的数量相同的数量的峰。由于接收信号同雷达与目标的距离成比例地延迟，图23中的接收信号向右方向移位，因此雷达与目标的距离越远离，差频信号的频率越小。
距离检测部533根据从接收强度计算部532输入的拍频fu、fd通过下述算式计算距离R，并提供给目标转移处理部537。
R＝{c·T/(2·Δf)}·{(fu+fd)/2}
并且，速度检测部534根据从接收强度计算部532输入的拍频fu、fd通过下述算式计算相对速度V，并提供给目标转移处理部537。
V＝{c/(2·f0)}·{(fu-fd)/2}
在计算距离R以及相对速度V的算式中，c为光速，T为调制周期。
另外，距离R的分辨率下限值用c/(2Δf)表示。因此，Δf越大，距离R的分辨率越高。在频率f0为76GHz频段的情况下，在将Δf设定为660兆赫(MHz)左右时，距离R的分辨率例如为0.23米(m)左右。因此，在两台前方车辆并行时，有时很难通过FMCW方式识别车辆是一台还是两台。在这种情况下，只要执行角度分辨率极高的入射方向推断算法，就能够将两台前方车辆的方位进行分离并检测。
DBF处理部535利用天线元件111、112、……、11M中的信号的相位差在天线元件的排列方向上对被输入的复数数据进行傅里叶变换，该复数数据在与各天线对应的时间轴上进行了傅里叶变换。然后，DBF处理部535计算空间复数数据，并按照每一个拍频输出至方位检测部536，该空间复数数据表示与角度分辨率对应的每一个角度信道的频谱的强度。
方位检测部536为了推断前方车辆的方位而设置。方位检测部536向目标转移处理部537输出角度θ作为对象物存在的方位，该角度θ在计算出的每一个拍频的空间复数数据的值的大小中取最大的值。
另外，推断表示入射波的入射方向的角度θ的方法并不限定于该例子。能够利用前述的各种入射方向推断算法进行。尤其根据本应用例，由于能够检测前方车辆的配置，因此入射波的个数是已知的。其结果是，能够减少通过入射方向推断算法运算的量而进行高分辨率的方位推断。
目标转移处理部537计算当前计算出的对象物的距离、相对速度、方位的值与在从存储器531读出的一个循环之前计算出的对象物的距离、相对速度、方位的值各自的差分的绝对值。然后，当差分的绝对值小于已按照每一个值确定的值时，目标转移处理部537判定为在一个循环之前检测出的目标与当前检测出的目标相同。在该情况下，目标转移处理部537增加一次从存储器531读出的该目标的转移处理次数。
在差分的绝对值大于已确定的值的情况下，目标转移处理部537判断为检测出了新的对象物。目标转移处理部537将当前的对象物的距离、相对速度、方位以及该对象物的目标转移处理次数保存于存储器531中。
在信号处理电路560中，能够利用频谱检测与对象物的距离以及相对速度，该频谱对根据所接收的反射波生成的信号、即差频信号进行频率分析而获得。
相关矩阵生成部538利用存储于存储器531中的每一个信道Ch1～ChM的差频信号(图23的下图)求出自相关矩阵。在算式4的自相关矩阵中，各矩阵的分量是通过差频信号的实部以及虚部表现的值。相关矩阵生成部538进一步求出自相关矩阵Rxx的各固有值，并向入射波推断单元AU输入所获得的固有值的信息。
接收强度计算部532在检测出多个与多个对象物对应的信号强度的峰的情况下，按照上行部分以及下行部分的每一个峰值从频率小的峰开始依次标注编号，输出至目标输出处理部539。在此，在上行以及下行部分中，相同编号的峰与相同的对象物对应，将每一个识别编号设为对象物的编号。另外，为了避免繁杂化，在图22中省略记载了从接收强度计算部532向目标输出处理部539引出的引出线。
在对象物为前方结构物的情况下，目标输出处理部539输出该对象物的识别编号作为目标。目标输出处理部539在接收多个对象物的判定结果且均为前方结构物的情况下，输出位于本车辆的车线上的对象物的识别编号作为目标存在的物体位置信息。并且，目标输出处理部539在接收多个对象物的判定结果且均为前方结构物的情况下，并且在两个以上的对象物位于本车辆的车线上的情况下，输出从存储器531读出的目标转移处理次数多的对象物的识别编号作为目标存在的物体位置信息。
再次参照图21，对车载雷达系统510组装于图21所示的结构例的情况的例子进行说明。图像处理电路720从影像获取物体的信息，并根据该物体的信息检测目标位置信息。图像处理电路720例如如下构成：检测所获取的影像内的对象的深度值来推断物体的距离信息，或者根据影像的特征量检测物体大小的信息等，由此检测预先设定的物体的位置信息。
选择电路596将从信号处理电路560以及图像处理电路720接收的位置信息选择性地提供给行驶支援电子控制装置520。选择电路596例如比较第一距离与第二距离，判定哪一个是与本车辆近的距离，第一距离是信号处理电路560的物体位置信息所含的从本车辆到检测出的物体的距离，第二距离是图像处理电路720的物体位置信息所含的从本车辆到检测出的物体的距离。例如，根据判定的结果，选择电路596能够选择离本车辆近的物体位置信息并输出至行驶支援电子控制装置520。另外，在判定的结果为第一距离与第二距离的值相同的情况下，选择电路596能够将其中的任一方或双方输出至行驶支援电子控制装置520。
另外，在从接收强度计算部532输入了不存在目标候补的信息的情况下，目标输出处理部539(图22)视为不存在目标，并输出零作为物体位置信息。而且，选择电路596通过根据来自目标输出处理部539的物体位置信息与预先设定的阈值进行比较，选择是否使用信号处理电路560或者图像处理电路720的物体位置信息。
通过物体检测装置570接收了前方物体的位置信息的行驶支援电子控制装置520根据预先设定的条件与物体位置信息的距离和大小、本车辆的速度、降雨、降雪、晴天等的路面状态等条件，以对于驾驶本车辆的驾驶员来说操作变得安全或容易的方式进行控制。例如，在物体位置信息中未检测出物体的情况下，行驶支援电子控制装置520向油门控制电路526发送控制信号，以加速至预先设定的速度，并控制油门控制电路526进行与踩油门踏板同等的动作。
在物体位置信息中检测到物体的情况下，若获知离本车辆具有规定的距离，则行驶支援电子控制装置520通过线控制动等结构借助制动器控制电路524进行制动器的控制。即，减速并以保持规定的车间距离的方式操作。行驶支援电子控制装置520接收物体位置信息，并将控制信号发送给警报控制电路522，控制声音或灯的点亮，以便借助驾驶室内扬声器将前方物体靠近的消息通知给驾驶员。行驶支援电子控制装置520接收包含前方车辆的配置的物体位置信息，只要为预先设定的行驶速度的范围，就能够控制转向侧的液压，以便为了进行与前方物体的碰撞避免支援而容易向左右任一方向自动操作转向，或者强制性改变车轮的方向。
在物体检测装置570中，若通过选择电路596在前一次检测循环中连续固定时间检测出的物体位置信息的数据，对当前检测循环中未能检测出的数据关联来自通过摄像头检测出的摄像头影像的表示前方物体的物体位置信息，则也可以进行使追踪继续的判断，并优先输出来自信号处理电路560的物体位置信息。
在美国专利第8446312号说明书、美国专利第8730096号说明书以及美国专利第8730099号说明书中公开了用于在选择电路596中选择信号处理电路560以及图像处理电路720的输出的具体结构例以及动作例。该公报的内容全部引用于本说明书中。
[第一变形例]
在上述应用例的车载用雷达系统中，对调制连续波FMCW进行一次频率调制的(扫描)条件、即调制所需的时间宽度(扫描时间)例如为1毫秒。但是，还能够将扫描时间缩短到100微秒左右。
但是，为了实现这种高速的扫描条件，不但需要使与发送波的发射相关的构成要素高速动作，而且还需要使与该扫描条件下的接收相关的构成要素高速动作。例如，需要设置在该扫描条件下高速动作的A/D转换器587(图22)。A/D转换器587的采样频率例如为10MHz。采样频率也可以比10MHz快。
在本变形例中，不利用基于多普勒转换的频率分量地计算与目标的相对速度。在本实施方式中，扫描时间Tm＝100微秒，非常短。由于可检测的差频信号的最低频率为1/Tm，因此在该情况下为10kHz。这相当于来自具有大致20m/秒的相对速度的目标的反射波的多普勒转换。即，只要依赖多普勒转换，就无法检测20m/秒以下的相对速度。由此，适宜采用与基于多普勒转换的计算方法不同的计算方法。
在本变形例中，作为一个例子对利用在发送波的频率增加的上差拍区间获得的、发送波与接收波之差的信号(上差拍信号)的处理进行说明。扫描一次FMCW的时间为100微秒，波形为只由上差拍部分构成的锯齿形状。即，在本变形例中，三角波/CW波(连续波)生成电路581所生成的信号波具有锯齿形状。并且，频率的扫描宽度为500MHz。由于不利用伴随多普勒转换的峰，因此不进行生成上差拍信号和下差拍信号并利用这两个信号的峰的处理，只用任一信号进行处理。在此，对利用上差拍信号的情况进行说明，但是在利用下差拍信号的情况下，也能够进行同样的处理。
A/D转换器587(图22)以10MHz的采样频率进行各上差拍信号的采样，输出数百个数字数据(以下称作“采样数据”)。采样数据例如根据获得接收波的时刻以后且发送波的发送结束的时刻为止的上差拍信号生成。另外，也可以在获得了固定数量的采样数据的时点结束处理。
在本变形例中，连续进行128次上差拍信号的收发，每次获得数百个采样数据。该上差拍信号的数量并不限定于128个。也可以为256个，或者还可以为8个。能够按照目的选择各种个数。
所获得的采样数据存储于存储器531中。接收强度计算部532对采样数据执行二维高速傅里叶变换(FFT)。具体地说，首先，对扫描一次获得的每一个采样数据执行第一次FFT处理(频率分析处理)，生成功率谱。接着，速度检测部534将处理结果转移并集中到所有扫描结果中执行第二次FFT处理。
通过来自同一目标的反射波在各扫描期间检测的功率谱的峰分量的频率均相同。另一方面，若目标不同，则峰分量的频率不同。根据第一次FFT处理，能够使位于不同距离的多个目标分离。
在相对于目标的相对速度不是零的情况下，上差拍信号的相位在每一次扫描时逐渐发生变化。即，根据第二次FFT处理，按照第一次FFT处理的结果求出功率谱，该功率谱具有与上述相位的变化相应的频率分量的数据作为要素。
接收强度计算部532提取第二次获得的功率谱的峰值并发送给速度检测部534。
速度检测部534根据相位的变化求出相对速度。例如，假设连续获得的上差拍信号的相位每隔相位θ[RXd]发生变化。意味着，若将发送波的平均波长设为λ，则每获得一次上差拍信号时，距离变化的量为λ/(4π/θ)。该变化以上差拍信号的发送间隔Tm(＝100微秒)发生。因此，可以通过{λ/(4π/θ)}/Tm获得相对速度。
根据以上处理，除了能够求出与目标的距离之外，还能够求出与目标的相对速度。
[第二变形例]
雷达系统510能够利用一个或多个频率的连续波CW检测目标。该方法在如车辆位于隧道内的情况那样从周围的静止物向雷达系统510入射多个反射波的环境中尤其有用。
雷达系统510具有包含独立的5信道的接收元件的接收用天线阵列。在这种雷达系统中，只能在同时入射的反射波为四个以下的状态下进行所入射的反射波的入射方位的推断。在FMCW方式的雷达中，能够通过只选择来自特定的距离的反射波，来减少同时进行入射方位推断的反射波的数量。但是，在隧道内等周围存在多个静止物的环境中，由于处于与反射电波的物体连续存在的状况相等的状况，因此即使根据距离限制反射波，也会发生反射波的数量不为四个以下的状况。但是，由于这些周围的静止物的相对于本车辆的相对速度全部相同，而且相对速度比在前方行驶的其他车辆的相对速度大，因此能够根据多普勒转换的大小区别静止物与其他车辆。
因此，雷达系统510进行如下处理：发射多个频率的连续波CW，忽略接收信号中相当于静止物的多普勒转换的峰，而是利用与该峰相比移位量小的多普勒转换的峰检测距离。与FMCW方式不同，在CW方式中，只因多普勒转换而在发送波与接收波之间产生频率差。即，在差频信号中呈现出的峰的频率只依赖于多普勒转换。
另外，在本变形例的说明中也将在CW方式中利用的连续波描述为“连续波CW”。如上所述，连续波CW的频率固定而未被调制。
假设雷达系统510发射频率fp的连续波CW，并检测出由目标反射的频率fq的反射波。发送频率fp与接收频率fq的差称作多普勒频率，近似地表示为fp-fq＝2·Vr·fp/c。在此，Vr为雷达系统与目标的相对速度，c为光速。发送频率fp、多普勒频率(fp-fq)以及光速c是已知的。由此，能够根据该算式求出相对速度Vr＝(fp-fq)·c/2fp。如后面叙述，利用相位信息计算到目标的距离。
为了利用连续波CW检测到目标的距离，采用双频CW方式。在双频CW方式中，每隔固定期间分别发射稍微背离的两个频率的连续波CW，获取各个反射波。例如在使用76GHz频段的频率的情况下，两个频率的差为数百千赫。另外，如后面叙述，更优选考虑所使用的雷达能够检测目标的界限的距离来规定两个频率的差。
假设雷达系统510依次发射频率fp1以及fp2(fp1＜fp2)的连续波CW，并由一个目标反射两种连续波CW，由此频率fq1以及fq2的反射波被雷达系统510接收。
通过频率fp1的连续波CW及其反射波(频率fq1)获得第一多普勒频率。并且，通过频率fp2的连续波CW及其反射波(频率fq2)获得第二多普勒频率。两个多普勒频率为实质上相同的值。但是，因频率fp1与fp2的不同而导致接收波在复信号中的相位不同。通过使用该相位信息，能够计算到目标的距离。
具体地说，雷达系统510能够求出距离R，R＝c·Δφ/4π(fp2-fp1)。在此，Δφ表示两个差频信号的相位差。两个差频信号是指：作为频率fp1的连续波CW与其反射波(频率fq1)的差分获得的差频信号1；以及作为频率fp2的连续波CW与其反射波(频率fq2)的差分获得的差频信号2。差频信号1的频率fb1以及差频信号2的频率fb2的确定方法与上述单频的连续波CW中的差频信号的例子相同。
另外，如下求出双频CW方式中的相对速度Vr。
Vr＝fb1·c/2·fp1或Vr＝fb2·c/2·fp2
并且，能够明确地确定到目标的距离的范围限定于Rmax＜c/2(fp2-fp1)的范围。这是因为，通过来自比该距离远的目标的反射波获得的差频信号的Δφ超过2π，无法与因更近的位置的目标产生的差频信号进行区别。因此，更优选调节两个连续波CW的频率的差来使Rmax大于雷达的检测界限距离。在检测界限距离为100m的雷达中，将fp2-fp1例如设为1.0MHz。在该情况下，由于Rmax＝150m，因此无法检测来自位于超过Rmax的位置的目标的信号。并且，在装设能够检测至250m的雷达的情况下，将fp2-fp1例如设为500kHz。在该情况下，由于Rmax＝300m，因此仍然无法检测来自位于超过Rmax的位置的目标的信号。并且，在雷达具有检测界限距离为100m且水平方向的视场角为120度的动作模式和检测界限距离为250m且水平方向的视场角为5度的动作模式这两种模式的情况下，更优选在每个动作模式下将fp2-fp1的值分别替换成1.0MHz和500kHz来动作。
已知如下的检测方式：以N个(N：3以上的整数)不同的频率发送连续波CW，并利用每个反射波的相位信息，由此能够分别检测到各目标的距离。根据该检测方式，能够对到N-1个的目标准确地识别距离。作为为此的处理，例如利用高速傅里叶变换(FFT)。现在，设N＝64或者128，对各频率的发送信号与接收信号的差即差频信号的采样数据进行FFT，获得频谱(相对速度)。之后，关于同一频率的峰以CW波的频率进一步进行FFT，从而能够求出距离信息。
以下，进行更具体的说明。
为了简化说明，首先，对将三个频率f1、f2、f3的信号进行时间切换来发送的例子进行说明。在此，设f1＞f2＞f3，并且f1-f2＝f2-f3＝Δf。并且，将各频率的信号波的发送时间设为Δt。图26表示三个频率f1、f2、f3的关系。
三角波/CW波生成电路581(图22)经由发送天线Tx发送各自持续时间Δt的频率f1、f2、f3的连续波CW。接收天线Rx接收各连续波CW被一个或多个目标反射的反射波。
混频器584混合发送波与接收波而生成差频信号。A/D转换器587将作为模拟信号的差频信号转换为例如数百个数字数据(采样数据)。
接收强度计算部532利用采样数据进行FFT运算。FFT运算的结果是，关于发送频率f1、f2、f3分别获得接收信号的频谱的信息。
之后，接收强度计算部532从接收信号的频谱的信息分离出峰值。具有规定以上的大小的峰值的频率同与目标的相对速度成比例。从接收信号的频谱的信息分离出峰值是指，分离出相对速度不同的一个或多个目标。
接着，接收强度计算部532关于发送频率f1～f3分别测量相对速度相同或在预先规定的范围内的峰值的频谱信息。
现在，考虑两个目标A与B的相对速度相同且分别存在于不同的距离的情况。频率f1的发送信号被目标A以及B这两者反射，并作为接收信号获得。来自目标A以及B的各反射波的差频信号的频率大致相同。因此，可以获得接收信号在相当于相对速度的多普勒频率下的功率谱，以作为合成了两个目标A以及B的各功率谱的合成频谱F1。
关于频率f2以及f3，也同样可以分别获得接收信号在相当于相对速度的多普勒频率下的功率谱，以作为合成了两个目标A以及B的各功率谱的合成频谱F2以及F3。
图27表示复平面上的合成频谱F1～F3的关系。朝向分别伸展合成频谱F1～F3的两个矢量的方向，右侧的矢量与来自目标A的反射波的功率谱对应。在图27中与矢量f1A～f3A对应。另一方面，朝向分别伸展合成频谱F1～F3的两个矢量的方向，左侧的矢量与来自目标B的反射波的功率谱对应。在图27中与矢量f1B～f3B对应。
当发送频率的差分Δf固定时，与频率f1以及f2的各发送信号对应的各接收信号的相位差同到目标的距离成比例关系。由此，矢量f1A与f2A的相位差同矢量f2A与f3A的相位差为相同的值θA，相位差θA与到目标A的距离成比例。同样地，矢量f1B与f2B的相位差同矢量f2B与f3B的相位差为相同的值θB，相位差θB与到目标B的距离成比例。
利用周知的方法，能够根据合成频谱F1～F3以及发送频率的差分Δf分别求出到目标A以及B的距离。该技术例如在美国专利6703967号中公开。将该公报的内容全部引用于本说明书中。
即使在所发送的信号的频率为四个以上的情况下，也能够应用相同的处理。
另外，也可以在以N个不同的频率发送连续波CW之前，进行通过双频CW方式求出到各目标的距离以及相对速度的处理。而且，也可以在规定的条件下切换成以N个不同的频率发送连续波CW的处理。例如，在利用两个频率各自的差频信号进行FFT运算，且各发送频率的功率谱的时间变化为30％以上的情况下，也可以进行处理的切换。来自各目标的反射波的振幅因多道的影响等而在时间上大幅变化。在存在规定以上的变化的情况下，可以考虑可能存在多个目标。
并且，已知在CW方式中，在雷达系统与目标的相对速度为零的情况下，即在多普勒频率为零的情况下，无法检测目标。但是，若例如通过以下方法模拟地求出多普勒信号，则能够利用其频率检测目标。
(方法1)追加使接收用天线的输出移位固定频率的混频器。通过利用发送信号和频率被移位的接收信号，能够获得模拟多普勒信号。
(方法2)在接收用天线的输出与混频器之间插入可变相位器，对接收信号模拟地附加相位差，可变相位器使相位在时间上连续发生变化。通过利用发送信号和附加了相位差的接收信号，能够获得模拟多普勒信号。
基于方法2的插入可变相位器来产生模拟多普勒信号的具体结构例以及动作例在日本特开2004-257848号公报中公开。将该公报的内容全部引用于本说明书中。
在需要检测相对速度为零的目标或相对速度非常小的目标的情况下，既可以使用产生上述模拟多普勒信号的处理，或者也可以切换成基于FMCW方式的目标检测处理。
接着，参照图28说明通过车载雷达系统510的物体检测装置570进行的处理的步骤。
以下，对如下例子进行说明：以两个不同的频率fp1以及fp2(fp1＜fp2)发送连续波CW，并利用各个反射波的相位信息，由此分别检测与目标的距离。
图28是表示基于本变形例的求出相对速度以及距离的处理的步骤的流程图。
在步骤S41中，三角波/CW波生成电路581生成频率稍微背离的两种不同的连续波CW。频率设为fp1以及fp2。
在步骤S42中，发送天线Tx以及接收天线Rx进行所生成的一系列连续波CW的收发。另外，步骤S41的处理以及步骤S42的处理分别在三角波/CW波生成电路581以及发送天线Tx/接收天线Rx中并列进行。需注意不是在完成步骤S41之后进行步骤S42。
在步骤S43中，混频器584利用各发送波和各接收波生成两个差分信号。各接收波包含来源于静止物的接收波和来源于目标的接收波。因此，接着进行确定用作差频信号的频率的处理。另外，步骤S41的处理、步骤S42的处理以及步骤S43的处理分别在三角波/CW波生成电路581、发送天线Tx/接收天线Rx以及混频器584中并列进行。需注意不是在完成步骤S41之后进行步骤S42，并且不是在完成步骤S42之后进行步骤S43。
在步骤S44中，物体检测装置570对于两个差分信号，分别将作为阈值预先规定的频率以下，且具有预先规定的振幅值以上的振幅值，而且彼此的频率差为规定值以下的峰的频率确定为差频信号的频率fb1以及fb2。
在步骤S45中，接收强度计算部532根据已确定的两个差频信号的频率中的一方检测相对速度。接收强度计算部532例如根据Vr＝fb1·c/2·fp1计算相对速度。另外，也可以利用差频信号的各频率计算相对速度。由此，接收强度计算部532能够验证两者是否一致，从而提高相对速度的计算精度。
在步骤S46中，接收强度计算部532求出两个差频信号fb1与fb2的相位差并求出到目标的距离R＝c·Δφ/4π(fp2-fp1)。
通过以上处理，能够检测到目标的相对速度以及距离。
另外，也可以以三个以上的N个不同的频率发送连续波CW，并利用各个反射波的相位信息检测出到相对速度相同且存在于不同位置的多个目标的距离。
以上说明的车辆500除了具有雷达系统510之外，还可以具有其他雷达系统。例如，车辆500还可以具有在车体的后方或侧方具有检测范围的雷达系统。在具有在车体的后方具有检测范围的雷达系统的情况下，该雷达系统监控后方，在存在被其他车辆追尾的危险性时，能够进行发出警报等响应。在具有在车体的侧方具有检测范围的雷达系统的情况下，当本车辆进行车线变更等时，该雷达系统能够监控相邻车线，并根据需要进行发出警报等响应。
以上说明的雷达系统510的用途并不限定于车载用途。能够用作各种用途的传感器。例如，能够用作用于监控房屋以外的建筑物的周围的雷达。或者，能够用作用于不依赖光学图像地对室内的特定地点是否有人或者是否有该人的移动等进行监控的传感器。
[处理的补充]
关于与所述的阵列天线相关的双频CW或FMCW，对其他实施方式进行说明。如上所述，在图22的例子中，接收强度计算部532对存储于存储器531中的每一个信道Ch1～ChM的差频信号(图23的下图)进行傅里叶变换。此时的差频信号为复信号。这是为了确定作为运算对象的信号的相位。由此，能够准确地确定入射波方向。但是，在该情况下，用于傅里叶变换的运算负荷量增大，电路规模变大。
为了克服该问题，也可以通过如下方法获得频率分析结果：生成标量信号作为差频信号，对分别生成的多个差频信号执行关于沿着天线排列的空间轴方向以及随着时间的经过的时间轴方向的两次复傅里叶变换。由此，最终能够以较少的运算量进行能够确定反射波的入射方向的波束形成，从而能够获得每一个波束的频率分析结果。作为与本案相关的专利公报，将美国专利第6339395号说明书的公开内容全部引用于本说明书中。
[摄像头等光学传感器和毫米波雷达]
接着，对上述阵列天线与以往天线的比较以及利用本阵列天线和光学传感器例如摄像头这两者的应用例进行说明。另外，也可以将光学雷达(LIDAR)等用作光学传感器。
毫米波雷达能够直接检测到目标的距离及其相对速度。并且，具有如下特征：即使在包括傍晚在内的夜间或降雨、雾、降雪等恶劣天气时，检测性能也不会大幅下降。另一方面，与摄像头相比，毫米波雷达不易二维地捕捉目标。而摄像头容易二维地捕捉目标，且比较容易识别其形状。但是，摄像头在夜间或恶劣天气时有时无法拍摄目标，这一点成为大课题。尤其是在水滴附着在采光部分的情况下，或在视野因雾而变窄的情况下，该课题非常明显。即使是作为相同的光学系传感器的光学雷达等，也同样存在该课题。
近年来，随着车辆的安全行驶要求高涨，开发出了将碰撞等防范于未然的驾驶员辅助系统(Driver Assist System)。驾驶员辅助系统利用摄像头或毫米波雷达等传感器获取车辆行进方向的图像，在识别到预测为车辆行驶上的障碍的障碍物的情况下，自动操作制动器等，从而将碰撞等防范于未然。这种防碰撞功能即使在夜间或恶劣天气时也要求正常发挥功能。
因此，正在普及所谓的融合结构的驾驶员辅助系统，该驾驶员辅助系统除了装设以往的摄像头等光学传感器之外，还装设毫米波雷达作为传感器，进行发挥两者的优点的识别处理。关于这种驾驶员辅助系统在后面进行叙述。
另一方面，毫米波雷达本身要求的要求功能进一步提高。在车载用途的毫米波雷达中，主要使用76GHz频段的电磁波。其天线的天线功率(antenna power)按照各国的法律等限制在固定以下。例如，在日本限制在0.01W以下。在这种限制中，对车载用途的毫米波雷达例如要求满足如下等要求性能：其检测距离为200m以上，天线的大小为60平方毫米以下，水平方向的检测角度为90度以上，距离分辨率为20cm以下，还能够进行10m以内的近距离的检测。以往的毫米波雷达将微带线用作波导路，将贴片天线用作天线(以下，将这些统称为“贴片天线”)。但是，在贴片天线中很难实现上述性能。
发明人通过使用应用了本公开的技术的缝隙阵列天线成功地实现了上述性能。由此，实现了与以往的贴片天线等相比小型、高效、高性能的毫米波雷达。此外，通过组合该毫米波雷达和摄像头等光学传感器，实现了以往未有的小型、高效、高性能的融合装置。以下，对此进行详细叙述。
图29是与车辆500中的融合装置有关的图，该融合装置具有包含应用了本公开的技术的缝隙阵列天线的雷达系统510(以下，还称作毫米波雷达510。)以及摄像头700。以下，参照该图对各种实施方式进行说明。
[毫米波雷达的驾驶室内设置]
基于以往的贴片天线的毫米波雷达510’配置在位于车辆的前车头的格栅512的后方内侧。从天线发射的电磁波穿过格栅512的间隙被向车辆500的前方发射。在该情况下，在电磁波通过区域不存在玻璃等使电磁波能量衰减或使电磁波反射的介电层。由此，从基于贴片天线的毫米波雷达510’发射的电磁波也到达远距离、例如150m以上的目标。然后，毫米波雷达510’能够通过利用天线接收被该目标反射的电磁波来检测目标。但是，在该情况下，由于天线配置在车辆的格栅512的后方内侧，因此在车辆与障碍物发生碰撞的情况下，有时导致雷达破损。并且，由于在雨天等时蹦到泥等，因此污垢附着于天线，有时阻碍电磁波的发射和接收。
在使用了本公开的实施方式中的缝隙阵列天线的毫米波雷达510中，能够与以往相同地配置在位于车辆的前车头的格栅512的后方(未图示)。由此，能够100％活用从天线发射的电磁波的能量，能够检测位于超过以往的远距离、例如250m以上的距离的目标。
而且，基于本公开的实施方式的毫米波雷达510还能够配置在车辆的驾驶室内。在该情况下，毫米波雷达510配置在车辆的前挡玻璃511的内侧，并且配置在该前挡玻璃511和后视镜(未图示)的与镜面相反的一侧的面之间的空间。而基于以往的贴片天线的毫米波雷达510’无法设在驾驶室内。其理由主要有下面两点。第一理由是，由于尺寸大，因此无法收容在前挡玻璃511与后视镜之间的空间。第二理由是，由于发射至前方的电磁波通过前挡玻璃511反射，并通过介电损耗而衰减，因此无法到达至所要求的距离。其结果是，在将基于以往的贴片天线的毫米波雷达设在驾驶室内的情况下，只能检测至存在于例如前方100m的目标。而基于本公开的实施方式的毫米波雷达即使发生因前挡玻璃511的反射或衰减，也能够检测位于200m以上距离的目标。这是与将基于以往的贴片天线的毫米波雷达设在驾驶室外的情况等同或其以上的性能。
[基于毫米波雷达和摄像头等的驾驶室内配置的融合结构]
当前，在大多驾驶员辅助系统(Driver Assist System)中使用的主要传感器使用CCD摄像头等光学拍摄装置。而且，考虑外面的环境等恶劣影响，通常在前挡玻璃511的内侧的驾驶室内配置摄像头等。此时，为了使雨滴等的影响最小化，在前挡玻璃511的内侧且雨刷(未图示)工作的区域配置摄像头等。
近年来，从提高车辆的自动制动器等的性能的要求来看，要求在任何外部环境中都可靠地工作的自动制动器等。在该情况下，在只由摄像头等光学设备构成驾驶员辅助系统的传感器的情况下，存在夜间或恶劣天气时无法保证可靠的工作这样的课题。因此，要求一种除了使用摄像头等光学传感器之外，还同时使用毫米波雷达来进行协同处理，由此即使在夜间或恶劣天气时也可靠地动作的驾驶员辅助系统。
如上所述，使用本缝隙阵列天线的毫米波雷达能够实现小型化，而且被发射的电磁波的效率比以往的贴片天线明显增高，由此能够配置在驾驶室内。活用该特性，如图29所示，不仅是摄像头等光学传感器700，使用本缝隙阵列天线的毫米波雷达510也能够一同配置在车辆500的前挡玻璃511的内侧。由此，产生了以下新的效果。
(1)容易将驾驶员辅助系统(Driver Assist System)安装于车辆500。在以往的贴片天线510’中，需要在位于前车头的格栅512的后方确保配置雷达的空间。该空间包含影响车辆的结构设计的部位，因此在雷达装置的大小发生变化的情况下，有时需要重新设计结构。但是，通过将毫米波雷达配置在驾驶室内，消除了这种不便。
(2)不受车辆外的环境、即雨天或夜间等的影响，能够确保可靠性更高的动作。尤其如图30所示，通过将毫米波雷达510和摄像头700设在驾驶室内的大致相同的位置，各自的视场、视线一致，容易进行后述的“核对处理”，即识别各自捕捉的目标信息是否为同一物体的处理。而在将毫米波雷达510’设在位于驾驶室外的前车头的格栅512的后方的情况下，其雷达视线L与设在驾驶室内时的雷达视线M不同，因此与利用摄像头700获取的图像的偏差变大。
(3)提高了毫米波雷达的可靠性。如上所述，以往的贴片天线510’配置在位于前车头的格栅512的后方，因此容易附着污垢，并且即使是小的接触事故等也有时破损。根据这些理由，需要经常清扫以及确认功能。并且，如后所述，在毫米波雷达的安装位置或方向因事故等的影响而发生偏离的情况下，需要再次进行与摄像头的对齐。但是，通过将毫米波雷达配置在驾驶室内，这些概率变小，消除了这种不便。
在这种融合结构的驾驶员辅助系统中，也可以具有将摄像头等光学传感器700和使用了本缝隙阵列天线的毫米波雷达510相互固定的一体结构。在该情况下，摄像头等光学传感器的光轴与毫米波雷达的天线的方向需要确保固定的位置关系。关于这一点在后面叙述。并且，在将该一体结构的驾驶员辅助系统固定在车辆500的驾驶室内的情况下，需要调整摄像头的光轴等朝向车辆前方的所希望的方向。关于这一点在美国专利申请公报2015/193366号、美国专利申请公报2015/0264230号、美国专利申请15/067503、美国专利申请15/248141、美国专利申请15/248149、美国专利申请15/248156中公开，并引用了这些技术。并且，作为以与此相关的摄像头为中心的技术，在美国专利第7355524号说明书以及美国专利第7420159号说明书中公开，将这些公开内容全部引用于本说明书中。
并且，关于将摄像头等光学传感器和毫米波雷达配置在驾驶室内的技术在美国专利第8604968号说明书、美国专利第8614640号说明书以及美国专利第7978122号说明书等中公开。将这些公开内容全部引用于本说明书中。但是，在申请这些专利的时点，作为毫米波雷达只知包含贴片天线的以往的天线，因此是无法进行足够距离的观测的状态。例如，可以考虑利用以往的毫米波雷达可观测的距离充其量也只是100m～150m。并且，在将毫米波雷达配置在前挡玻璃的内侧的情况下，由于雷达的尺寸大，因此遮挡了驾驶员的视场，产生了阻碍安全驾驶等不便。与此相对，使用本公开的实施方式所涉及的缝隙阵列天线的毫米波雷达为小型，而且被发射的电磁波的效率比以往的贴片天线明显增高，由此能够配置在驾驶室内。由此，能够进行200m以上的远距离的观测，并且还不会遮挡驾驶员的视场。
[毫米波雷达和摄像头等的安装位置的调整]
在融合结构的处理(以下，有时称作“融合处理”)中，要求利用摄像头等获得的图像和利用毫米波雷达获得的雷达信息与相同的坐标系相关联。这是因为，在位置以及目标的大小相互不同的情况下，阻碍两者的协同处理。
对此，需要用下面三个观点进行调整。
(1)摄像头等的光轴和毫米波雷达的天线的方向处于一定的固定关系。
要求摄像头等的光轴与毫米波雷达的天线的方向相互一致。或者，在毫米波雷达中，有时具有两个以上的发送天线和两个以上的接收天线，还有刻意使各个天线的方向不同的情况。因此，要求保证在摄像头等的光轴与这些天线之间至少具有一定的已知关系。
在前述的具有摄像头等和毫米波雷达相互固定的一体结构的情况下，摄像头等与毫米波雷达的位置关系是固定的。因此，在该一体结构的情况下，满足这些条件。另一方面，在以往的贴片天线等中，毫米波雷达配置在车辆500的格栅512的后方。在该情况下，这些位置关系通常如下面(2)调整。
(2)在安装于车辆时的初始状态(例如，出厂时)下，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息具有一定的固定关系。
摄像头等光学传感器700以及毫米波雷达510或510’在车辆500中的安装位置最终通过以下方法确定。即，将成为基准的地图或通过雷达观测的目标(以下，分别称作“基准地图”、“基准目标”，有时将两者统称为“基准对象物”)准确地配置在车辆500的前方的规定位置800。通过摄像头等光学传感器700或毫米波雷达510观测该地图或目标。对观测到的基准对象物的观测信息与预先存储的基准对象物的形状信息等进行比较，定量地掌握当前的偏离信息。根据该偏离信息利用以下中的至少一种方法调整或修正摄像头等光学传感器700以及毫米波雷达510或510’的安装位置。另外，也可以利用除此以外的获得相同的结果的方法。
(i)调整摄像头和毫米波雷达的安装位置，使基准对象物到摄像头与毫米波雷达的中央。在该调整中也可以使用另行设置的工具等。
(ii)求出摄像头和毫米波雷达相对于基准对象物的偏离量，通过摄像头图像的图像处理以及毫米波雷达处理修正各自的偏离量。
应该关注的是，在具有摄像头等光学传感器700和使用本公开的实施方式所涉及的缝隙阵列天线的毫米波雷达510相互固定的一体结构的情况下，只要对摄像头或毫米波雷达中的任一个调整与基准对象物的偏离，则关于摄像头或毫米波雷达中的另一个也可知偏离量，无需对另一个再次检查与基准对象物的偏离。
即，关于摄像头700，将基准地图设在规定位置750，对该拍摄图像与表示基准地图图像应预先位于摄像头700的视场的哪一处的信息进行比较，由此检测偏离量。由此，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法进行摄像头700的调整。接着，将利用摄像头求出的偏离量换算为毫米波雷达的偏离量。之后，关于雷达信息，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法调整偏离量。
或者，也可以根据毫米波雷达510进行以上动作。即，关于毫米波雷达510，将基准目标设在规定位置800，对该雷达信息与表示基准目标应预先位于毫米波雷达510的视场的哪一处的信息进行比较，由此检测偏离量。由此，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法进行毫米波雷达510的调整。接着，将利用毫米波雷达求出的偏离量换算为摄像头的偏离量。之后，关于利用摄像头700获得的图像信息，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法调整偏离量。
(3)即使在车辆中的初始状态以后，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息也维持一定的关系。
通常，在初始状态下，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息是固定的，只要没有车辆事故等，之后很少发生变化。但是，即使在它们发生偏离的情况下，也能够通过以下方法调整。
摄像头700例如以本车辆的特征部分513、514(特征点)进入其视场内的状态安装。对通过摄像头700实际拍摄该特征点的位置与摄像头700本来准确地安装时该特征点的位置信息进行比较，检测其偏离量。通过根据该检测出的偏离量修正之后拍摄到的图像的位置，能够修正摄像头700的物理安装位置的偏离。通过该修正，在能够充分发挥车辆中要求的性能的情况下，不需要进行所述(2)的调整。并且，即使在车辆500的启动时或运转中，也定期进行该调整方法，由此即使在重新产生摄像头等的偏离的情况下，也能够修正偏离量，从而能够实现安全的行驶。
但是，该方法与所述(2)中叙述的方法相比，一般可以考虑调整精度差。在根据利用摄像头700拍摄基准对象物而获得的图像进行调整的情况下，由于能够以高精度确定基准对象物的方位，因此能够容易实现高的调整精度。但是，在本方法中，由于用车体的局部图像代替基准对象物来用于进行调整，因此难以提高方位的确定精度。因此调整精度也差。但是，在由于事故或大的外力施加于驾驶室内的摄像头等的情况等等，作为摄像头等的安装位置大幅偏离时的修正方法是有效的。
[毫米波雷达和摄像头等所检测出的目标的关联：核对处理]
在融合处理中，需要对于一个目标识别由摄像头等获得的图像和由毫米波雷达获得的雷达信息是否为“同一目标”。例如，考虑在车辆500的前方出现了两个障碍物(第一障碍物和第二障碍物)、例如两台自行车的情况。该两个障碍物在被拍摄为摄像头图像的同时，还被检测为毫米波雷达的雷达信息。此时，关于第一障碍物，需要将摄像头图像和雷达信息相互关联为同一目标。相同地，关于第二障碍物，需要将其摄像头图像和其雷达信息相互关联为同一目标。假设在弄错而误认为作为第一障碍物的摄像头图像和作为第二障碍物的毫米波雷达的雷达信息是同一物体的情况下，有可能引发大的事故。以下，在本说明书中，有时将这种判断摄像头图像和雷达信息是否为同一目标的处理称作“核对处理”。
关于该核对处理，有以下叙述的各种检测装置(或方法)。以下，对这些装置或方法进行具体说明。另外，以下检测装置设置于车辆，至少具有：毫米波雷达检测部；朝向与毫米波雷达检测部所检测的方向重复的方向配置的摄像头等图像获取部；以及核对部。在此，毫米波雷达检测部具有本公开中的任一实施方式中的缝隙阵列天线，至少获取其视场中的雷达信息。图像获取部至少获取其视场中的图像信息。核对部包含处理电路，该处理电路对毫米波雷达检测部的检测结果与图像检测部的检测结果进行核对，判断是否由这两个检测部检测出了同一目标。在此，能够选择光学摄像头、光学雷达、红外线雷达、超声波雷达中任意一个或两个以上来构成图像检测部。以下检测装置在核对部中的检测处理不同。
第一检测装置中的核对部进行下面两个核对。第一核对包括：对通过毫米波雷达检测部检测出的关注的目标获得其距离信息以及横向位置信息，同时对由图像检测部检测出的一个或两个以上目标中位于最近的位置的目标进行核对，并检测它们的组合。第二核对包括：对通过图像检测部检测出的关注的目标获得其距离信息以及横向位置信息，同时对通过毫米波雷达检测部检测出的一个或两个以上的目标中位于最近的位置的目标进行核对，并检测它们的组合。而且，该核对部判定相对于通过毫米波雷达检测部检测出的这些各目标的组合以及相对于通过图像检测部检测出的这些各目标的组合中是否存在一致的组合。然后，当存在一致的组合的情况下，判断为由两个检测部检测出了同一物体。由此，进行分别由毫米波雷达检测部和图像检测部检测出的目标的核对。
与此相关的技术在美国专利第7358889号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。在该公报中，例示具有两个摄像头的所谓的立体摄像头来说明图像检测部。但是，该技术并不限定于此。即使在图像检测部具有一个摄像头的情况下，也通过对检测出的目标适当地进行图像识别处理等来获得目标的距离信息和横向位置信息即可。相同地，也可以将激光扫描器等激光传感器用作图像检测部。
第二检测装置中的核对部按每一规定时间对毫米波雷达检测部的检测结果和图像检测部的检测结果进行核对。核对部在根据前一次核对结果判断为由两个检测部检测出了同一目标的情况下，利用其前一次核对结果进行核对。具体地说，核对部对由毫米波雷达检测部本次检测出的目标以及由图像检测部本次检测出的目标与根据前一次核对结果判断的由两个检测部检测出的目标进行核对。而且，核对部根据与由毫米波雷达检测部本次检测出的目标的核对结果以及与由图像检测部本次检测出的目标的核对结果，判断是否由两个检测部检测出了同一目标。如此，该检测装置并不直接核对两个检测部的检测结果，而是利用前一次核对结果与两个检测结果进行时序性的核对。因此，与只进行瞬间核对的情况相比，检测精度提高，能够进行稳定的核对。尤其是，即使在检测部的精度瞬间下降时，由于利用过去的核对结果，因此也能够进行核对。并且，在该检测装置中，能够通过利用前一次核对结果简单地进行两个检测部的核对。
并且，该检测装置的核对部在利用前一次核对结果进行本次核对时，在判断为由两个检测部检测出了同一物体的情况下，将其判断出的物体除外，对由毫米波雷达检测部本次检测出的物体与由图像检测部本次检测出的物体进行核对。然后，该核对部判断是否存在由两个检测部本次检测出的同一物体。如此，物体检测装置在考虑时序性的核对结果的基础上，通过在其每一瞬间获得的两个检测结果进行瞬间核对。因此，物体检测装置对在本次的检测中检测出的物体也能够可靠地核对。
与这些相关的技术在美国专利第7417580号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。在该公报中，例示具有两个摄像头的所谓的立体摄像头来说明图像检测部。但是，该技术并不限定于此。即使在图像检测部具有一个摄像头的情况下，也通过对检测出的目标适当地进行图像识别处理等来获得目标的距离信息和横向位置信息即可。相同地，也可以将激光扫描器等激光传感器用作图像检测部。
第三检测装置中的两个检测部以及核对部以规定的时间间隔进行目标的检测和它们的核对，这些检测结果和核对结果按时序存储于存储器等存储介质中。然后，核对部根据通过图像检测部检测出的目标在图像上的大小变化率和通过毫米波雷达检测部检测出的从本车辆到目标的距离及其变化率(与本车辆的相对速度)，判断通过图像检测部检测出的目标和通过毫米波雷达检测部检测出的目标是否为同一物体。
核对部在判断为这些目标是同一物体的情况下，根据通过图像检测部检测出的目标在图像上的位置和通过毫米波雷达检测部检测出的本车到目标的距离和/或其变化率预测与车辆碰撞的可能性。
与这些相关的技术在美国专利第6903677号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
如上说明，在毫米波雷达和摄像头等图像拍摄装置的融合处理中，对由摄像头等获得的图像和由毫米波雷达获得的雷达信息进行核对。上述利用基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达能够实现高性能，且小型地构成。因此，能够关于包含上述核对处理的融合处理整体实现高性能化和小型化等。由此，目标识别的精度提高，能够实现车辆的更安全的行驶控制。
[其他融合处理]
在融合处理中，根据由摄像头等获得的图像与由毫米波雷达检测部获得的雷达信息的核对处理实现各种功能。以下，对实现该代表性的功能的处理装置的例子进行说明。
以下处理装置设置于车辆，至少具有：在规定方向上发送和接收电磁波的毫米波雷达检测部；具有与该毫米波雷达检测部的视场重复的视场的单眼摄像头等图像获取部；以及从该毫米波雷达检测部和图像获取部获得信息进行目标的检测等的处理部。毫米波雷达检测部获取该视场中的雷达信息。图像获取部获取该视场中的图像信息。能够选择光学摄像头、光学雷达、红外线雷达、超声波雷达中的任意一个或两个以上来用于图像获取部。处理部能够通过与毫米波雷达检测部以及图像获取部连接的处理电路实现。以下处理装置在该处理部中的处理内容不同。
第一处理装置的处理部从通过图像获取部拍摄的图像提取识别为与通过毫米波雷达检测部检测出的目标相同的目标。即，进行基于前述的检测装置的核对处理。然后，获取所提取的目标的图像的右侧边缘以及左侧边缘的信息，关于两个两边缘导出轨迹近似线，该轨迹近似线是近似所获取的右侧边缘以及左侧边缘的轨迹的直线或规定的曲线。将存在于该轨迹近似线上的边缘的数量多的一方选择为目标的真实边缘。然后，根据被选择为真实边缘的一方的边缘的位置导出目标的横向位置。由此，能够更加提高目标的横向位置的检测精度。
与这些相关的技术在美国专利第8610620号说明书中记载。将该文献的公开内容全部引用于本说明书中。
第二处理装置的处理部在确定有无目标时，根据图像信息改变在确定雷达信息中有无目标时使用的判断基准值。由此，例如在能够利用摄像头等确认成为车辆行驶的障碍物的目标图像的情况下，或在推断为存在目标的情况下等，能够通过最佳地改变通过毫米波雷达检测部检测目标的判断基准，获得更加准确的目标信息。即，在存在障碍物的可能性高的情况下，能够通过改变判断基准使该处理装置可靠地工作。另一方面，在存在障碍物的可能性低的情况下，能够防止该处理装置进行不必要的工作。由此，能能进行适当的系统工作。
而且，在该情况下，处理部还能够根据雷达信息设定图像信息的检测区域，并根据该区域内的图像信息推断障碍物的存在。由此，能够实现检测处理的效率化。
与这些相关的技术在美国专利第7570198号说明书中记载。将该文献的公开内容全部引用于本说明书中。
第三处理装置的处理部进行复合显示，该复合显示将基于通过多个不同的图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部获得的图像以及雷达信息的图像信号显示于至少一台显示装置。在该显示处理中，能够使水平以及垂直同步信号在多个图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部中相互同步，将来自这些装置的图像信号在一个水平扫描期间内或一个垂直扫描期间内选择性地切换为所希望的图像信号。由此，能够根据水平以及垂直同步信号并列显示所选择的多个图像信号的图像，并且从显示装置输出控制信号，该控制信号设定所希望的图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部中的控制动作。
在各个图像等显示于多台不同的显示装置的情况下，很难进行各个图像之间的比较。并且，在显示装置与第三处理装置主体分体地配置的情况下，对装置的操作性差。第三处理装置克服这种缺点。
与这些相关的技术在美国专利第6628299号说明书以及美国专利第7161561号说明书中记载。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第四处理装置的处理部关于位于车辆的前方的目标指示给图像获取部以及毫米波雷达检测部，获取包含该目标的图像以及雷达信息。处理部确定该图像信息中的包含该目标的区域。处理部进一步提取该区域中的雷达信息，检测从车辆到目标的距离以及车辆与目标的相对速度。处理部根据这些信息判定该目标与车辆碰撞的可能性。由此，迅速地判定与目标碰撞的可能性。
与这些相关的技术在美国专利第8068134号说明书中记载。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第五处理装置的处理部通过雷达信息或基于雷达信息和图像信息的融合处理来识别车辆前方的一个或两个以上的目标。该目标包含其他车辆或行人等移动体、道路上的用白线表示的行驶车道、路肩以及位于路肩的静止物(包括排水沟以及障碍物等)、信号装置、人行横道等。处理部能够包含GPS(Global Positioning System)天线。也可以通过GPS天线检测本车辆的位置，并根据该位置检索存储有道路地图信息的存储装置(称作地图信息数据库装置)，确认地图上的当前位置。能够对该地图上的当前位置与通过雷达信息等识别出的一个或两个以上的目标进行比较来识别行驶环境。由此，处理部也可以提取推断为阻碍车辆行驶的目标，找出更安全的行驶信息，根据需要显示于显示装置，并通知驾驶员。
与这些相关的技术在美国专利第6191704号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
第五处理装置还可以具有与车辆外部的地图信息数据库装置通信的数据通信装置(具有通信电路)。数据通信装置例如以每周一次或每月一次左右的周期访问地图信息数据库装置，下载最新的地图信息。由此，能够利用最新的地图信息进行上述处理。
第五处理装置还可以对上述车辆行驶时获取的最新的地图信息与和通过雷达信息等识别出的一个或两个以上的目标相关的识别信息进行比较，提取地图信息中没有的目标信息(以下，称作“地图更新信息”)。然后，也可以将该地图更新信息经由数据通信装置发送至地图信息数据库装置。地图信息数据库装置也可以将该地图更新信息与数据库中的地图信息建立关联来存储，需要时更新当前的地图信息本身。更新时，也可以通过比较从多个车辆获得的地图更新信息来验证更新的可靠性。
另外，该地图更新信息能够包含比当前的地图信息数据库装置所具有的地图信息详细的信息。例如，虽然能够通过一般的地图信息掌握道路的概况，但是不包含例如路肩部分的宽度或位于路肩的排水沟的宽度、重新形成的凹凸或建筑物的形状等信息。并且，也不包含车道和人行道的高度或与人行道相连的斜坡的状况等信息。地图信息数据库装置能够根据另行设定的条件将这些详细的信息(以下，称作“地图更新详细信息”)与地图信息建立关联来存储。这些地图更新详细信息通过向包括本车辆的车辆提供比原来的地图信息详细的信息，从而除了用于车辆的安全行驶的用途之外，还能用于其他用途。在此，“包括本车辆的车辆”例如可以是汽车，也可以是摩托车、自行车或今后重新出台的自动行驶车辆，例如电动轮椅等。地图更新详细信息在这些车辆行驶时利用。
(基于神经网络的识别)
第一至第五处理装置还可以具有高度识别装置。高度识别装置也可以设置于车辆的外部。在该情况下，车辆能够具有与高度识别装置通信的高速数据通信装置。高度识别装置也可以由包含所谓的深度学习(deep learning)等在内的神经网络构成。该神经网络有时例如包含卷积神经网络(Convolutional Neural Network，以下称作“CNN”)。CNN是通过图像识别来获得成果的神经网络，其特征点之一是，具有一个或多个被称作卷积层(Convolutional Layer)和池化层(Pooling Layer)的两个层的组。
作为输入至处理装置的卷积层中的信息，至少能有以下三种的任一种。
(1)根据由毫米波雷达检测部获取的雷达信息获得的信息
(2)根据雷达信息并根据由图像获取部获取的特定图像信息获得的信息
(3)根据雷达信息和由图像获取部获取的图像信息获得的融合信息，或者根据该融合信息获得的信息
根据这些信息中的任一信息或组合它们的信息进行与卷积层对应的积和运算。其结果是，输入至下一级池化层，根据预先设定的规则进行数据的选择。作为该规则，例如在选择像素值的最大值的最大池化(max pooling)中，按照卷积层的每一个分割区域选择其中的最大值，该最大值成为池化层中的对应的位置的值。
由CNN构成的高度识别装置有时具有将这种卷积层与池化层串联连接一组或多组的结构。由此，能够准确地识别雷达信息以及图像信息中所含的车辆周围的目标。
与这些相关的技术在美国专利第8861842号说明书、美国专利第9286524号说明书以及美国专利申请公开第2016/0140424号说明书中记载。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第六处理装置的处理部进行与车辆的车头灯控制相关的处理。在夜间行驶车辆时，驾驶员确认本车辆的前方是否存在其他车辆或行人，操作本车辆的车头灯的波束。这是为了防止其他车辆的驾驶员或行人被本车辆的车头灯迷惑。该第六处理装置利用雷达信息或雷达信息与基于摄像头等的图像的组合自动控制本车辆的车头灯。
处理部通过雷达信息或者基于雷达信息和图像信息的融合处理来检测相当于车辆前方的车辆或行人的目标。在该情况下，车辆前方的车辆包含前方的前方车辆、对向车道的车辆、摩托车等。处理部在检测到这些目标的情况下，发出降低车头灯的波束的指令。接收该指令的车辆内部的控制部(控制电路)操作车头灯，降低该波束。
与这些相关的技术在美国专利第6403942号说明书、美国专利第6611610号说明书、美国专利第8543277号说明书、美国专利第8593521号说明书以及美国专利第8636393号说明书中记载。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
在以上说明的基于毫米波雷达检测部的处理以及毫米波雷达检测部和摄像头等图像拍摄装置的融合处理中，能够实现毫米波雷达的高性能化，且能够小型地构成该毫米波雷达，因此能够实现毫米波雷达处理或融合处理整体的高性能化和小型化等。由此，目标识别的精度提高，能够实现车辆的更安全的驾驶控制。
＜应用例2：各种监控系统(自然物体、建筑物、道路、监护、安全)＞
具有基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达(雷达系统)在自然物体、气象、建筑物、安全、看护等中的监控领域中也能够广泛活用。在与此相关的监控系统中，包含毫米波雷达的监控装置例如设置在固定的位置，始终对监控对象进行监控。此时，将监控对象的检测分辨率调整为最佳值来设定毫米波雷达。
具有基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达能够通过超过例如100GHz的高频电磁波进行检测。并且，关于在雷达识别中使用的方式、例如FMCW方式等中的调制频带，该毫米波雷达当前实现了超过4GHz的宽带。即，与前述的超宽带无线技术(UWB：UltraWide Band)对应。该调制频带与距离分辨率有关。即，以往的贴片天线中的调制频带最大为600MHz左右，因此其距离分辨率为25cm。与此相对，在与本阵列天线相关的毫米波雷达中，其距离分辨率为3.75cm。这表示能够实现还与以往的光学雷达的距离分辨率对等的性能。另一方面，如上所述，光学雷达等光学式传感器在夜间或恶劣天气时无法检测目标。与此相对，在毫米波雷达中，无论昼夜以及气候如何，都能始终检测。由此，能够将与本阵列天线相关的毫米波雷达用于无法在利用以往的贴片天线的毫米波雷达中适用的多种用途中。
图31是表示基于毫米波雷达的监控系统1500的结构例的图。基于毫米波雷达的监控系统1500至少具有传感器部1010和主体部1100。传感器部1010至少具有：对准监控对象1015的天线1011；根据所收发的电磁波检测目标的毫米波雷达检测部1012；以及发送检测出的雷达信息的通信部(通信电路)1013。主体部1100至少具有：接收雷达信息的通信部(通信电路)1103；根据所接收的雷达信息进行规定的处理的处理部(处理电路)1101；以及蓄积过去的雷达信息以及规定的处理所需的其他信息等的数据蓄积部(记录介质)1102。在传感器部1010与主体部1100之间存在通信线路1300，借助该通信线路1300在传感器部1010与主体部1100之间发送和接收信息以及指令。在此，通信线路例如能够包含互联网等通用的通信网络、移动通信网络、专用的通信线路等中的任一种。另外，本监控系统1500也可以是不借助通信线路直接连接传感器部1010与主体部1100的结构。在传感器部1010除了设置毫米波雷达之外，还能够并列设置摄像头等光学传感器。由此，通过利用雷达信息和基于摄像头等的图像信息的融合处理来识别目标，能够更高度地检测监控对象1015等。
以下，对实现这些应用事例的监控系统的例子进行具体说明。
[自然物体监控系统]
第一监控系统是将自然物体作为监控对象的系统(以下，称作“自然物体监控系统”)。参照图31，对该自然物体监控系统进行说明。该自然物体监控系统1500中的监控对象1015例如可以是河川、海面、山丘、火山、地表等。例如，在河川为监控对象1015的情况下，固定在固定位置的传感器部1010始终对河川1015的水面进行监控。该水面信息始终发送至主体部1100中的处理部1101。而且，在水面具有规定以上的高度的情况下，处理部1101经由通信线路1300通知与本监控系统分体地设置的例如气象观测监控系统等其他系统1200。或者，处理部1101将用于自动封闭设置于河川1015的闸门等(未图示)的指示信息发送给管理闸门的系统(未图示)。
该自然物体监控系统1500能够用一个主体部1100监控多个传感器部1010、1020等。在该多个传感器部分散配置在固定地区的情况下，能够同时掌握该地区的河川的水位状况。由此，还能够评价该地区的降雨如何影响河川的水位以及是否有引发洪水等灾害的可能性。与此相关的信息能够经由通信线路1300通知给气象观测监控系统等其他系统1200。由此，气象观测监控系统等其他系统1200能够将被通知的信息活用在更广范围的气象观测或灾害预测。
该自然物体监控系统1500同样也能够适用于河川以外的其他自然物体。例如，在监控海啸或高潮的监控系统中，其监控对象为海面水位。并且，还能够对应海面水位的上升自动开闭防潮堤的闸门。或者，在对因降雨或地震等引起的上蹦进行监控的监控系统中，其监控对象为山丘部的地表等。
[交通道路监控系统]
第二监控系统是监控交通道路的系统(以下，称作“交通道路监控系统”)。该交通道路监控系统中的监控对象例如可以是铁道道口、特定的线路、机场的跑道、道路的交叉点、特定的道路或停车场等。
例如，在监控对象为铁道道口的情况下，传感器部1010配置在能够监控道口内部的位置。在该情况下，在传感器部1010除了设置毫米波雷达之外，还并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度检测监控对象中的目标。通过传感器部1010获得的目标信息经由通信线路1300发送至主体部1100。主体部1100进行更高度的识别处理、控制所需的其他信息(例如，电车的驾驶信息等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示是指例如在封闭道口时确认道口内部有人或车辆等的情况下，使电车停止等的指示。
并且，例如在将监控对象设为机场的跑道的情况下，多个传感器部1010、1020等以能够实现规定的分辨率的方式沿着跑道配置，该分辨率例如为能够检测跑道上的5平方厘米以上的异物的分辨率。监控系统1500无论是昼夜以及气候如何，都始终在跑道上监控。该功能是只有使用可对应UWB的本公开的实施方式中的毫米波雷达时才能实现的功能。并且，由于本毫米波雷达能够实现小型、高分辨率以及低成本，因此即使在无死角地覆盖跑道整个面的情况下,也能够实际地对应。在该情况下，主体部1100统一管理多个传感器部1010、1020等。主体部1100在确认跑道上有异物的情况下，向机场管制系统(未图示)发送与异物的位置和大小相关的信息。接收该信息的机场管制系统暂时禁止在该跑道上的起降。在此期间，主体部1100例如对在另行设置的跑道上自动清扫的车辆等发送与异物的位置和大小相关的信息。接收该信息的清扫车辆独立移动至有异物的位置，自动去除该异物。清扫车辆若完成异物的去除，则向主体部1100发送完成去除的信息。然后，主体部1100使检测到该异物的传感器部1010等再次确认“没有异物”，在确认安全之后，向机场管制系统传递该确认内容。接收该确认内容的机场管制系统解除该跑道的起降禁止。
而且，例如在将监控对象设为停车场的情况下，能够自动识别停车场的哪个位置空着。与此相关的技术在美国专利第6943726号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
[安全监控系统]
第三监控系统是监控非法入侵者侵入私人用地内或房屋的系统(以下，称作“安全监控系统”)。通过该安全监控系统监控的对象例如为私人用地内或房屋内等特定区域。
例如，在将监控对象设为私人用地内的情况下，传感器部1010配置在能够监控私人用地内的一个或两个以上的位置。在该情况下，作为传感器部1010，除了设置毫米波雷达之外，还并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度检测监控对象中的目标。由传感器部1010获得的目标信息经由通信线路1300发送至主体部1100。在主体部1100中，进行更高度的识别处理、控制所需的其他信息(例如，为了准确地识别侵入对象是人还是狗或鸟等动物而所需的参照数据等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示例如除了包括鸣笛设置在用地内的警报或者打开照明等指示之外，还包括通过便携通信线路等直接通知用地的管理人员等指示。主体部1100中的处理部1101还可以使内置的采用深度学习等方法的高度识别装置进行检测出的目标的识别。或者，该高度识别装置还可以配置在外部。在该情况下，高度识别装置能够通过通信线路1300连接。
与此相关的技术在美国专利第7425983号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
作为这种安全监控系统的其他实施方式，在设置于机场的登机口、车站的检票口、建筑物的入口等的人监控系统中也能够应用。通过该人监控系统监控的对象例如为机场的登机口、车站的检票口、建筑物的入口等。
例如，监控对象为机场的登机口的情况下，传感器部1010例如能够设置在登机口的行李检查装置。在该情况下，该检查方法有如下两种方法。一种方法是，通过毫米波雷达接收自身发送的电磁波通过作为监控对象的乘客反射回来的电磁波，检查乘客的行李等。另一种方法是，通过利用天线接收从作为乘客自身的人体发射的微弱的毫米波，检查乘客隐藏的异物。在后者的方法中，优选毫米波雷达具有对所接收的毫米波进行扫描的功能。该扫描功能可以通过利用数字波束形成来实现，也可以通过机械式扫描动作实现。另外，关于主体部1100的处理，还能够利用与前述的例子相同的通信处理以及识别处理。
[建筑物检查系统(非破坏检查)]
第四监控系统是监控或检查道路或铁道的高架桥或建筑物等的混凝土的内部或者道路或地面的内部等的系统(以下，称作“建筑物检查系统”)。通过该建筑物检查系统监控的对象例如为高架桥或建筑物等的混凝土的内部或者道路或地面的内部等。
例如，在监控对象为混凝土建筑物的内部的情况下，传感器部1010具有能够使天线1011沿着混凝土建筑物的表面扫描的结构。在此，“扫描”可以手动实现，也可以通过另行设置扫描用的固定轨道并利用马达等的驱动力使天线在该轨道上移动来实现。并且，在监控对象为道路或地面的情况下，也可以通过在车辆等朝下方向设置天线1011，并使车辆以恒速行驶来实现“扫描”。在传感器部1010中使用的电磁波可以使用超过例如100GHz的所谓的太赫兹区域的毫米波。如上所述，根据本公开的实施方式中的阵列天线，即使在超过例如100GHz的电磁波中，也能够构成损耗比以往的贴片天线等更少的天线。更高频的电磁波能够更深地渗透到混凝土等检查对象物中，能够实现更准确的非破坏检查。另外，关于主体部1100的处理，还能够利用与前述的其他监控系统等相同的通信处理和识别处理。
与此相关的技术在美国专利第6661367号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
[人监控系统]
第五监控系统是对看护对象进行监护的系统(以下，称作“人监护系统”)。通过该人监护系统监控的对象例如为看护人员或医院的患者等。
例如，在将监控对象设为看护设施的室内的看护人员的情况下，在该室内的可监控整个室内的一个或两个以上的位置配置传感器部1010。在该情况下，在传感器部1010除了设置毫米波雷达之外，还可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，能够通过雷达信息和图像信息的融合处理以更多角度对监控对象进行监控。另一方面，在将监控对象设为人的情况下，从保护个人隐私的观点来看，有时不适合通过摄像头等进行监控。考虑这一点，需要选择传感器。另外，在通过毫米波雷达进行的目标检测时，并非利用图像获取作为监控对象的人，能够利用可以说是该图像的影子的信号获取作为监控对象的人。因此，从保护个人隐私的观点来看，毫米波雷达可以说是优选的传感器。
由传感器部1010获得的看护人员的信息经由通信线路1300发送至主体部1100。传感器部1010进行更高度的识别处理、控制所需的其他信息(例如，准确地识别看护人员的目标信息所需的参照数据等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示例如包含根据检测结果直接通知管理人员等的指示。并且，主体部1100的处理部1101也可以使内置的采用深度学习等方法的高度识别装置识别所检测出的目标。该高度识别装置也可以配置在外部。在该情况下，高度识别装置能够通过通信线路1300连接。
在毫米波雷达中，在将人设为监控对象的情况下，能够追加至少以下两个功能。
第一功能是心率、呼吸次数的监控功能。在毫米波雷达中，电磁波能够穿透衣服检测人体的皮肤表面的位置以及心跳。处理部1101首先检测成为监控对象的人及其外形。接着，例如在检测心率的情况下，确定容易检测心跳的体表面的位置，并使该位置的心跳时序化来进行检测。由此，能够检测例如每分钟的心率。在检测呼吸次数的情况下也相同。通过利用该功能，能够始终确认看护人员的健康状态，从而能够对看护人员进行更高质量的监护。
第二功能是跌倒检测功能。老人等看护人员有时因腰腿虚弱而跌倒。当人跌倒时，人体的特定部位、例如头部等的速度或加速度在固定以上。在利用毫米波雷达将人设为监控对象的情况下，能够始终检测对象目标的相对速度或加速度。因此，通过例如将头部确定为监控对象并时序性地检测其相对速度或加速度，在检测到固定值以上的速度的情况下，能够识别为跌倒。在识别为跌倒的情况下，处理部1101例如能够下发与看护支援对应的可靠的指示等。
另外，在以上说明的监控系统等中，传感器部1010固定在固定的位置。但是，还能够将传感器部1010设置在例如机器人、车辆、无人机等飞行体等移动体。在此，车辆等不仅包含例如汽车，而且还包含电动轮椅等小型移动体。在该情况下，该移动体也可以为了始终确认自己的当前位置而内置GPS。此外，该移动体也可以具有利用地图信息以及对前述的第五处理装置说明的地图更新信息进一步提高自身当前位置的准确性的功能。
而且，由于在类似以上说明的第一至第三检测装置、第一至第六处理装置、第一至第五监控系统等的装置或系统中利用与这些装置或系统相同的结构，因此能够利用本公开的实施方式中的阵列天线或毫米波雷达。
＜应用例3：通信系统＞
[通信系统的第一例]
本公开中的波导路装置以及天线装置(阵列天线)能够用于构成通信系统(telecommunication system)的发送器(transmitter)和/或接收器(receiver)。本公开中的波导路装置以及天线装置由于使用层叠的导电部件构成，因此与使用波导管的情况相比，能够将发送器和/或接收器的大小抑制得较小。并且，由于不需要电介质，因此与使用微带线路的情况相比，能够将电磁波的介电损耗抑制得较小。由此，能够构筑具有小型且高效的发送器和/或接收器的通信系统。
这种通信系统可以是直接对模拟信号进行调制来收发的模拟式通信系统。但是，只要是数字式通信系统，则能够构筑更灵活且性能高的通信系统。
以下，参照图32对使用本公开的实施方式中的波导路装置以及天线装置的数字式通信系统800A进行说明。
图32是表示数字式通信系统800A的结构的框图。通信系统800A具有发送器810A和接收器820A。发送器810A具有模拟/数字(A/D)转换器812、编码器813、调制器814以及发送天线815。接收器820A具有接收天线825、解调器824、解码器823以及数字/模拟(D/A)转换器822。发送天线815以及接收天线825中的至少一个能够通过本公开的实施方式中的阵列天线实现。在本应用例中，将包含与发送天线815连接的调制器814、编码器813以及A/D转换器812等的电路称作发送电路。将包含与接收天线825连接的解调器824、解码器823以及D/A转换器822等的电路称作接收电路。还有时将发送电路和接收电路统称为通信电路。
发送器810A通过模拟/数字(A/D)转换器812将从信号源811接收的模拟信号转换为数字信号。接着，通过编码器813对数字信号进行编码。在此，编码是指操作应发送的数字信号，并转换为适于通信的方式。这种编码的例子有CDM(Code-Division Multiplexing：码分多路复用)等。并且，用于进行TDM(Time-Division Multiplexing：时分多路复用)或FDM(Frequency Division Multiplexing：频分多路复用)或OFDM(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing：正交频分复用)的转换也是该编码的一个例子。被编码的信号通过调制器814转换为高频信号，被从发送天线815发送。
另外，在通信领域中，有时将表示重叠于载波的信号的波称作“信号波”，但是本说明书中的“信号波”这一术语并不以这种含义使用。本说明书中的“信号波”泛指在波导路中传播的电磁波以及利用天线元件收发的电磁波。
接收器820A使由接收天线825接收的高频信号通过解调器824恢复成低频的信号，通过解码器823恢复成数字信号。被解码的数字信号通过数字/模拟(D/A)转换器822恢复成模拟信号，被送至数据接收器(数据接收装置)821。通过以上处理，完成一系列发送和接收的进程。
在进行通信的主体为计算机之类的数字设备的情况下，在上述处理中不需要发送信号的模拟/数字转换以及接收信号的数字/模拟转换。因此，能够省略图32中的模拟/数字转换器812以及数字/模拟转换器822。这种结构的系统也包含于数字式通信系统。
在数字式通信系统中，为了确保信号强度或扩大通信容量而使用各种方法。这种方法大多在使用毫米波段或太赫兹频段的电波的通信系统中也有效。
毫米波段或太赫兹频段中的电波与更低频率的电波相比，直进性高，绕到障碍物的背面侧的衍射小。因此，接收器无法直接接收从发送器发送来的电波的情况也不少。即使在这种状况下，虽然大多能够接收反射波，但是大多情况下反射波的电波信号的质量比直接波差，因此更加难以稳定地接收。并且，还有多个反射波经过不同的路径入射的情况。在该情况下，不同路径长度的接收波的相位互不相同，引起多径衰落(Multi-Path Fading)。
作为用于改善这种状况的技术，能够利用被称作天线分集(Antenna Diversity)的技术。在该技术中，发送器以及接收器中的至少一个具有多个天线。若这些多个天线之间的距离以波长程度以上不同，则接收波的状态就会不同。因此，选择使用能够进行质量最好的收发的天线。由此，能够提高通信的可靠性。并且，也可以合成从多个天线获得的信号来改善信号的质量。
在图32所示的通信系统800A中，例如接收器820A可以具有多个接收天线825。在该情况下，在多个接收天线825与解调器824之间存在切换器。接收器820A通过切换器将从多个接收天线825中获得质量最好的信号的天线与解调器824连接起来。另外，在该例子中，也可以使发送器810A具有多个发送天线815。
[通信系统的第二例]
图33是表示包含能够改变电波的发射模式的发送器810B的通信系统800B的例子的框图。在该应用例中，接收器与图32所示的接收器820A相同。因此，在图33中不图示接收器。发送器810B除了具有发送器810A的结构之外，还具有包含多个天线元件8151的天线阵列815b。天线阵列815b可以是本公开的实施方式中的阵列天线。发送器810B在多个天线元件8151与调制器814之间还具有各自连接的多个相移器(PS)816。在该发送器810B中，调制器814的输出被送至多个相移器816，在该相移器816中获得相位差，被向多个天线元件8151导出。在多个天线元件8151以等间隔配置的情况下，且在向各天线元件8151中的相邻的天线元件供给以固定量不同的相位的高频信号的情况下，天线阵列815b的主波瓣817与该相位差相应地朝向从正面倾斜的方位。该方法有时被称作波束形成(Beam Forming)。
能够使各相移器816赋予的相位差各不相同来改变主波瓣817的方位。该方法有时被称作波束转向(Beam Steering)。能够通过找出收发状态最好的相位差来提高通信的可靠性。另外，在此说明了相移器816赋予的相位差在相邻的天线元件8151之间固定的例子，但是并不限定于这种例子。并且，也可以以向不仅直接波到达接收器而且反射波到达接收器的方位发射电波的方式赋予相位差。
在发送器810B中，还能够利用被称作零转向(Null Steering)的方法。这是指通过调节相位差形成无法向特定的方向发射电波的状态的方法。通过进行零转向，能够抑制朝向不希望发送电波的其他接收器发射的电波。由此，能够避免干扰。使用毫米波或太赫兹波的数字通信虽然能够使用非常宽的频带，但也优选尽可能高效地使用频带。由于只要利用零转向，就能够以同一频带进行多个收发，因此能够提高频带的利用效率。使用波束形成、波束转向以及零转向等技术提高频带的利用效率的方法有时还被称作SDMA(SpatialDivision Multiple Access：空分多址)。
[通信系统的第三例]
为了增加特定频带的通信容量，还能够应用被称作MIMO(Multiple-Input andMultiple-Output：多输入多输出)的方法。在MIMO中，可以使用多个发送天线以及多个接收天线。分别从多个发送天线发射电波。在某一例子中，能够使各自不同的信号与被发射的电波重叠。每多个接收天线均接收被发送来的多个电波。但是，由于不同的接收天线接收经过不同的路径到达的电波，因此所接收的电波的相位产生差异。通过利用该差异，能够在接收器侧分离出多个电波中所含的多个信号。
本公开所涉及的波导路装置以及天线装置也能够用于利用MIMO的通信系统。以下，对这种通信系统的例子进行说明。
图34是表示装配有MIMO功能的通信系统800C的例子的框图。在该通信系统800C中，发送器830具有编码器832、TX-MIMO处理器833以及两个发送天线8351、8352。接收器840具有两个接收天线8451、8452、RX-MIMO处理器843以及解码器842。另外，发送天线以及接收天线的个数也可以分别大于两个。在此，为了简单说明，举出各天线为两个的例子。一般来讲，MIMO通信系统的通信容量与发送天线和接收天线中的少的一方的个数成比例地增大。
从数据信号源831接收信号的发送器830为了发送信号而通过编码器832进行编码。被编码的信号通过TX-MIMO处理器833分配至两个发送天线8351、8352。
在MIMO方式的某一例子中的处理方法中，TX-MIMO处理器833将被编码的信号的列分割为与发送天线8352的数量相同的数量的两列，并列发送至发送天线8351、8352。发送天线8351、8352分别发射包含被分割的多个信号列的信息的电波。在发送天线为N个的情况下，信号列被分割为N列。被发射的电波同时由两个接收天线8451、8452这两者接收。即，分别由接收天线8451、8452接收的电波中混杂有发送时分割的两个信号。通过RX-MIMO处理器843进行该混杂的信号的分离。
若例如关注电波的相位差，则能够分离混杂的两个信号。接收天线8451、8452接收从发送天线8351到达的电波时的两个电波的相位差与接收天线8451、8452接收从发送天线8352到达的电波时的两个电波的相位差不同。即，接收天线之间的相位差根据收发的路径而不同。并且，只要发送天线与接收天线的空间配置关系不变，则这些相位差就不会变。因此，通过将由两个接收天线接收的接收信号错开根据收发路径规定的相位来建立关联，能够提取经过该收发路径接收的信号。RX-MIMO处理器843例如通过该方法从接收信号分离两个信号列，恢复分割之前的信号列。由于被恢复的信号列尚处于被编码的状态，因此被送至解码器842，并在解码器842中复原成原来的信号。被复原的信号被送至数据接收器841。
虽然该例子中的MIMO通信系统800C收发数字信号，但也能够实现收发模拟信号的MIMO通信系统。在该情况下，在图34的结构中追加了参照图32说明的模拟/数字转换器和数字/模拟转换器。另外，用于区分来自不同的发送天线的信号的信息并不限于相位差的信息。一般来讲，若发送天线和接收天线的组合不同，则被接收的电波除了相位不同以外，散射或衰落等的状况也有可能不同。这些统称为CSI(Channel State Information：信道状态信息)。CSI在利用MIMO的系统中用于区分不同的收发路径。
另外，多个发送天线发射包含各自独立的信号的发送波并不是必要条件。只要能够在接收天线侧分离，则也可以是各发送天线发射包含多个信号的电波的结构。并且，还能够如下构成：在发送天线侧进行波束形成，作为来自各发送天线的电波的合成波，在接收天线侧形成包含单一信号的发送波。该情况也成为各发送天线发射包含多个信号的电波的结构。
在该第三例中也与第一以及第二例相同，能够将CDM、FDM、TDM、OFDM等各种方法用作信号的编码方法。
在通信系统中，装设有用于处理信号的集成电路(称作信号处理电路或通信电路)的电路基板能够层叠配置在本公开的实施方式中的波导路装置以及天线装置。由于本公开的实施方式中的波导路装置以及天线装置具有层叠板形状的导电部件而成的结构，因此容易设成将电路基板叠加在这些导电部件上的配置。通过设成这种配置，能够实现容积比使用波导管等的情况小的发送器以及接收器。
在以上说明的通信系统的第一至第三例中，发送器或接收器的构成要素、即模拟/数字转换器、数字/模拟转换器、编码器、解码器、调制器、解调器、TX-MIMO处理器、RX-MIMO处理器等表示为图32、图33、图34中独立的一个要素，但并非必须独立。例如，也可以用一个集成电路实现这些所有要素。或者，也可以将一部分要素集中起来用一个集成电路实现。无论是哪一种情况，只要实现本公开中说明的功能，则都可以说是实施了本实用新型。
如上所述，本公开包括以下天线、装置以及系统。
[项目1]
一种缝隙天线，其具有：
第一导电部件，其具有第一导电性表面；
第二导电部件，其具有与所述第一导电性表面相向的第二导电性表面；
波导部件，其位于所述第一导电部件与所述第二导电部件之间，具有与所述第一导电性表面相向的条形状的导电性波导面，并且在第一方向上沿着所述第一导电性表面延伸；以及
人工磁导体，其在所述第一导电部件与所述第二导电部件之间位于所述波导部件的两侧，
所述第一导电部件具有缝隙，
所述缝隙为具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
所述复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
[项目2]
根据项目1所述的缝隙天线，其中，
所述波导面的与所述横部分相向的部分的宽度比包含所述一对纵部分的所述缝隙的宽度窄。
[项目3]
根据项目1或2所述的缝隙天线，其中，
所述缝隙天线用于自由空间中的中心波长为λo的频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方，
所述缝隙中的所述一对纵部分的中心之间的距离与所述一对纵部分这两者的长度之和大于λo/2。
[项目4]
根据项目1至3中任一项目所述的缝隙天线，其中，
所述第一导电部件具有包含所述缝隙的多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述波导面与所述多个缝隙相向，
所述多个缝隙中的至少两个缝隙是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
[项目5]
根据项目4所述的缝隙天线，其中，
所述多个缝隙分别是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
[项目6]
根据项目4或5所述的缝隙天线，其中，
所述缝隙天线用于自由空间中的中心波长为λo的频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方，
所述多个缝隙中所含的各复合缝隙中的所述一对纵部分的中心之间的距离与所述纵部分这两者的长度之和大于λo/2。
[项目7]
根据项目1至6中任一项目所述的缝隙天线，其中，
所述人工磁导体具有多个导电性杆，所述多个导电性杆分别具有与所述第一导电性表面相向的顶端部，
所述缝隙天线用于规定频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方，
在将所述规定频带的电磁波中的频率最高的电磁波在自由空间中的波长设为λm时，
所述波导部件的宽度、各导电性杆的宽度、相邻的两个导电性杆之间的空间宽度、所述第一导电性表面与所述第二导电性表面之间的距离以及和所述波导部件相邻的导电性杆与所述波导部件之间的空间宽度小于λm/2。
[项目8]
一种雷达装置，其具有：
项目1至6中任一项目所述的缝隙天线；以及
微波集成电路，其与所述缝隙天线连接。
[项目9]
一种雷达系统，其具有：
项目7所述的雷达装置；以及
信号处理电路，其与所述雷达装置的所述微波集成电路连接。
[项目10]
一种无线通信系统，其具有：
项目1至6中任一项目所述的缝隙天线；以及
通信电路，其与所述缝隙天线连接。
[产业上的可利用性]
本公开的缝隙阵列天线能够用于利用天线的所有技术领域。并且，例如能够用于进行千兆赫频带或太赫兹频带的电磁波的收发的各种用途。尤其能够适宜地用于要求小型化以及高增益化的车载雷达系统、各种监控系统、室内测位系统以及无线通信系统等。

Claims (13)

1.一种雷达装置，其具有：
波导路装置；以及
微波集成电路，其与所述波导路装置连接，
该雷达装置的特征在于，
所述波导路装置具有：
第一导电部件，其具有第一导电性表面；
第二导电部件，其具有与所述第一导电性表面相向的第二导电性表面；
波导部件，其位于所述第一导电部件与所述第二导电部件之间，具有与所述第一导电性表面相向的条形状的导电性波导面，并且在第一方向上沿着所述第一导电性表面延伸；以及
人工磁导体，其在所述第一导电部件与所述第二导电部件之间位于所述波导部件的两侧，
所述第一导电部件具有一个或多个缝隙，
所述缝隙中的至少一个为具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
所述复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
所述波导面的与所述横部分相向的部分的宽度比包含所述一对纵部分的所述缝隙的宽度窄。
3.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
所述波导路装置用于自由空间中的中心波长为λo的频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方，
所述复合缝隙中的所述一对纵部分的中心之间的距离与所述一对纵部分两者的长度之和大于λo/2。
4.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，
所述波导路装置用于自由空间中的中心波长为λo的频带的电磁波的发送以及接收中的至少一方，
所述复合缝隙中的所述一对纵部分的中心之间的距离与所述一对纵部分两者的长度之和大于λo/2。
5.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述波导面与所述多个缝隙相向，
所述多个缝隙中的至少两个缝隙是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
6.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述波导面与所述多个缝隙相向，
所述多个缝隙中的至少两个缝隙是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
7.根据权利要求3所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述波导面与所述多个缝隙相向，
所述多个缝隙中的至少两个缝隙是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
8.根据权利要求4所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述波导面与所述多个缝隙相向，
所述多个缝隙中的至少两个缝隙是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
9.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述多个缝隙分别是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
10.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述多个缝隙分别是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
11.根据权利要求3所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述多个缝隙分别是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
12.根据权利要求4所述的雷达装置，其特征在于，
所述第一导电部件具有多个缝隙，所述多个缝隙在所述第一方向上排列，
所述多个缝隙分别是具有一对纵部分以及连接所述一对纵部分的横部分的复合缝隙，
各复合缝隙的所述横部分与所述波导面相向，并且与所述第一方向交叉。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的雷达装置，其特征在于，
所述人工磁导体具有多个导电性杆，所述多个导电性杆分别具有与所述第一导电性表面相向的顶端部。
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