JP2001111310A - ミリ波ユニットの構造 - Google Patents

ミリ波ユニットの構造

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JP2001111310A
JP2001111310A JP28967699A JP28967699A JP2001111310A JP 2001111310 A JP2001111310 A JP 2001111310A JP 28967699 A JP28967699 A JP 28967699A JP 28967699 A JP28967699 A JP 28967699A JP 2001111310 A JP2001111310 A JP 2001111310A
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waveguide
wave unit
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Hidekazu Yagi
秀和 矢木
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Denso Ten Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミリ波ユニットの構造において部品点数を低
減して低コスト化、組立性の向上による装置の特性の向
上を実現できるようにする。 【解決手段】 周波数変調信号を送信し、目標物で反射
して戻ってきた信号を受信して送信信号と混合して得た
ビート信号から目標物までの距離を測定するレーダ装置
におけるミリ波ユニットのカバー20に、膨出部23と
ポスト蓋24を形成する。膨出部23にはカットオフ溝
22を形成し、これを内部のベースシャーシ上のMMI
Cに設けられたマイクロストリップ線路に対向させる。
また、ポスト蓋24にはカットオフ溝22に連通するシ
ョート溝21を設ける。ショート溝21の形状はベース
シャーシに設けられた導波管に一致させ、カバー20を
ベースシャーシに取り付けた時にショート部が形成され
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はミリ波ユニットの構
造に関し、特に、車両等に搭載されて先行する目標物と
の距離を測定するレーダ装置におけるミリ波ユニットの
構造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車の保有台数の増大に伴い、
自動車の衝突等による事故も年々増加する傾向にある。
特に、一定の高速度で走行することが多い高速道路にお
ける走行では運転が単調になって注意力が散漫になり易
く、このような場合に、先行する車両が急ブレーキをか
けたり、渋滞で停車しているのに気づくのが遅れると、
大きな衝突事故になりかねない。このような状況の下
で、先行する自動車との問の距離を常時測定し、この距
離の減少度合いが大きい時に自動的に自動車の走行速度
を滅速したり、自動車にブレーキをかけて衝突を未然に
防止するレーダ装置が実用段階にある。
【0003】このようなレーダ装置には一般にFMCW
(周波数変調連続波)レーダやパルスドライブレーダ等
の方式がある。この中で、FMCWレーダ装置では、送
信用電圧制御発振器(VCO)に三角波のべースバンド
信号を加え、周波数変調を行って送信アンテナから送信
して目標物体に当てて反射した信号を受信する一方、V
COから得られる高周波信号を一部分岐して受信アンテ
ナの受信信号が供給される受信ミキサに加えるだけで、
目標物体からの距離や相対速度に応じた信号がビート信
号として得られ、目標物体との相対速度と距離が測定で
きる。よって、FMCWレーダ装置は、特に、小型化、
低コスト化が要求される自動車用レーダ装置への応用検
討が活発になっている。
【0004】これまでのFWCMレーダ装置では、送信
用アンテナと受信用アンテナとが必要であり、装置が大
型化し、かつ、コストが高くなるという間題点があっ
た。そこで、周波数変調信号を送信し、目標物体で反射
された信号を受信して送信信号と混合して得たビート信
号から目標物体の距離及び相対速度を得るFMCMレー
ダ装置において、単一のアンテナを使用して送受信を時
分割で行うことにより、装置の小型化及び低コスト化が
可能なFMCWレーダ装置が提案されている(特開平9
−243738号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような送受信アンテナが共通化されたFMCWレーダ装
置においても、VCOからの高周波信号(ミリ波)を送
信アンテナに加えたり、受信アンテナからの受信信号と
VCOから得られるミリ波の一部とを混合する受信ミキ
サとを備えた送受信回路を備えたユニット(以後ミリ波
ユニットと呼ぶ)では、以下のような間題点があった。
【0006】(1)マイクロストリップ線路から導波管
路に変換するショート部の導波管寸法が導波管性能に合
わせた規格で決められていたため、導波管形状が矩形で
あり、量産に不向きであった。
【0007】そこで、本発明は、導波管形状が矩形で量
産に不向きである点を解消することができるミリ波ユニ
ットの構造を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気回路部で
生成された高周波電気信号の送受信用の導波管を角丸孔
に形成したことを特徴とする。また本発明は、電気回路
部で生成された高周波電気信号の送受信用の導波管のシ
ョート部のショート溝を角丸孔に形成したことを特徴と
する。また本発明は、前記角丸孔の短い方の対向内壁間
距離を1.27mm±0.1mmとし、長い方の対向内
壁間距離を2.7mm±0.1mmとしたことを特徴と
する。また本発明は、前記角丸孔の短い方の対向内壁間
距離を1.27mm±0.1mmとし、長い方の対向内
壁間距離を2.7mm±0.1mmとし、前記ショート
溝の底部とマイクロストリップ線路との距離を1〜1.
2mmとしたことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明を適
用するミリ波ユニットの構造を詳細に説明する。図1は
ミリ波ユニット2を備えたレーダ装置100の全体構成
を示すブロック図である。レーダ装置100には、信号
処理部1、ミリ波ユニット2、及びアンテナ10が設け
られている。信号処理部1にはマイコン(マイクロコン
ピュータ)11、DSP(ディジタル信号プロセッサ)
12、送信・受信制御回路14と受信回路15を備えた
アナログ回路13、及び電源16が内蔵されている。ま
た、信号処理部1にフラットケーブル17で接続するミ
リ波ユニット2には、発振器3、逓倍器4、3つの増幅
器5,7,8、アンテナ共用回路6、及びミキサ9が内
蔵されている。このミリ波ユニット2は、通常はカバー
内に収められてアンテナ10に取り付けられている。信
号処理部1の電源16は、フラットケーブル17を通じ
てミリ波ユニット2にも供給されるようになっている。
【0010】ここで、以上のように構成されたレーダ装
置100の動作について説明する。レーダ装置100で
は、ミリ波ユニット2内の発振器3で生成された高周波
電気信号が逓倍器4で逓倍された後に二分岐され、その
一方がマイクロストリップ線路で結ばれた増幅器5、ア
ンテナ共用回路6を通じてアンテナ10に供給される。
アンテナ共用回路6にはマイクロストリップ線路/導波
管変換基板が接続されており、高周波電気信号がアンテ
ナを通じて放射される。この時は、送信・受信制御回路
14からの送信スイッチ信号によってアンテナ共用回路
6が増幅器5に接続している。アンテナからのマイクロ
波の放射が終了すると送信スイッチ信号によってアンテ
ナ共用回路6の増幅器5との接続がオフされ、代わりに
送信・受信制御回路14からの受信スイッチ信号によっ
てアンテナ共用回路6が増幅器7に接続される。この結
果、目標物体で反射して戻ってきたマイクロ波がアンテ
ナ10で受信されると、受信波はアンテナ共用回路6、
増幅器7,8を通じてミキサ8に供給される。ミキサ8
には逓倍器8から高周波信号が直接入力されているの
で、目標物体からの距離や相対速度に応じた信号がビー
ト信号として得られる。このビート信号は信号処理部1
の受信回路15を通じてDSP12に送られ、マイコン
11によってこの信号から目標物体との相対速度と距離
が測定される。
【0011】例えば、このレーダ装置100が自動車に
搭載される場合は、信号処理部1からのデータはエンジ
ン制御装置やブレーキ制御装置(共に図示せず)に接続
されている。この場合は、信号処理部1のマイコン11
によって測定されたデータは先行する自動車との距離と
相対速度である。そして、マイコン11によって測定さ
れたデータが、相対速度が大きく、距離が小さいことを
示す場合は、信号処理部1からのデータにより、エンジ
ン制御装置がエンジンの回転数を下げ、ブレーキ制御装
置がブレーキングを行う等して、このレーダ装置100
を備えた自動車と先行する自動車の衝突が防止されるよ
うになっている。
【0012】図2はミリ波ユニット2をアンテナ10に
取り付けた状態を示す斜視図である。アンテナ10はミ
リ波ユニット2よりも大きな平板状をしている。ミリ波
ユニット2はカバー20の中に収納されており、このカ
バー20の中に、ベースシャーシ30と電気回路基板4
0がある。図1に示したフラットケーブル17は、カバ
ー20に設けられた開口27を通じて電気回路基板40
の上に取り付けられたコネクタ41に接続している。カ
バー20はねじ29により3カ所でべースシャーシ30
に取り付けられている。26はカバー20の中に設けら
れたべースシャーシ30の一部をカバー20の外部に出
すための切欠である。また、28は凹部であり、カバー
20の内面側に突出する膨出部(後述)の裏面側に位置
していてカバー20の重量を低減するものである。
【0013】図3は図2に示したミリ波ユニット2のカ
バー20からねじ29を取り去ってカバー20を取り外
した状態を示すものである。図3において39が取り去
ったねじ29のねじ孔を示している。カバー20の内部
にはアンテナ10にねじ止めされたべースシャーシ30
があり、このべースシャーシ30に電気回路基板40が
ねじ48によってねじ止めされている。また、図1で説
明した発振器3、逓倍器4、3つの増幅器5,7,8、
アンテナ共用回路6、及びミキサ9がべースシャーシ3
0の上に実装されている。電気回路基板40には逓倍器
4、3つの増幅器5,7,8、アンテナ共用回路6、及
びミキサ9の駆動回路が設けられている。そして、アン
テナ共用回路6にはマイクロストリップ線路/導波管変
換基板50が接続されており、その先端部がべースシャ
ーシ30に設けられた導波管31に重なるようになって
いる。
【0014】図4は図3に示したミリ波ユニット2のベ
ースシャーシ30からねじ48を取り去って電気回路基
板40を取り外した状態を示すものである。図4におい
て38が取り去ったねじ48のねじ孔を示している。こ
の実施例ではべースシャーシ30の外周部には段差部3
4が設けられており、電気回路基板40はこの段差部3
4に載置された後に4つのねじ48でべースシャーシ3
0に取り付けられるようになっている。
【0015】図5は図4のべースシャーシ30に、図4
で説明した発振器3、逓倍器4、3つの増幅器5,7,
8、アンテナ共用回路6、及びミキサ9の機能を内蔵す
る集積回路(MMIC:モノリシックマイクロウェープ
IC)42を取り付ける状態を示すものである。ベース
シャーシ30上には、発振器3を取り付ける発振器IC
取付孔33、逓倍器4、3つの増幅器5,7,8、アン
テナ共用回路6、及びミキサ9の機能を備えたMMIC
42を収納するための6つのMMIC収納孔32が設け
られている。ここで、符号38は電気回路基板40をべ
ースシャーシ30上に固定するためのねじ48(図3参
照)が取り付けられるねじ孔であり、符号39はカバー
20をベースシャーシ30に固定するためのねじ29
(図2参照)が取り付けられるねじ孔である。また、発
振器IC取付孔33側のべースシャーシ30の端部に
は、べースシャーシ30を図4で示したアンテナ10か
ら浮かして取り付けるための第2のアンテナ取付部とし
ての支持脚35が設けられており、他端側には導波菅3
1が設けられた第1のアンテナ取付部としてのポスト3
6が設けられている。なお、支持脚35とポスト36に
設けられたねじ孔37は、べースシャーシ30をアンテ
ナ10(図4参照)に取り付けるためのものである。そ
して、ポスト36に設けられた導波管31内にその先端
が重なるように、マイクロストリップ線路/導波管変換
基板50がべースシャーシ30に取り付けられてアンテ
ナ共用回路6に接続される。
【0016】図6は電気回路基板40を取り付けたべー
スシャーシ30をアンテナ10に固定する様子を示すも
のである。まず、発振器3、逓倍器4、3つの増幅器
5,7,8、アンテナ共用回路6、及びミキサ9が取り
付けられたべースシャーシ30の周囲の段差部34に、
電気回路基板40がねじ48をねじ孔38にねじ込むこ
とにより固定される。この状態では電気回路基板40の
表面と逓倍器4、増幅器5,7,8、アンテナ共用回路
6、及びミキサ9の表面が略面一となる。次いで、べー
スシャーシ30の支持脚35とポスト36のねじ孔37
に、アンテナ10側からねじ18がねじ込まれることに
より、べースシャーシ30がアンテナ10に固定され
る。この状態が図3に示した状態である。これにカバー
20が取り付けられると図2に示した状態となる。
【0017】このように、ミリ波ユニット2が電気回路
基板40、べースシャーシ30、カバー20、及び、ア
ンテナ10とから構成されており、電気回路基板40は
べースシャーシ30の周辺に取り付けることができ、べ
ースシャーシ30にはMMIC42に収納された発振器
3、逓倍器4、増幅器5,7,8、アンテナ共用回路
6、ミキサ9、及びマイクロストリップ線路/導波管変
換基板50が実装されると共に、導波管31が形成され
ている。そして、このべースシャーシ30は支持脚35
とポストの3カ所でアンテナ10に取り付けることがで
きるので、部品点数を削減でき、組み付け性が向上して
組立精度が向上する。この結果、ミリ波ユニット2の特
性が安定し、更に、導波管31をべースシャーシ30に
一体的に形成したので、信号ロスが低滅できる。
【0018】図7(a),(b)は図2に示したカバー
20の裏面側の構成を示す斜視図と底面図である。図
3,4,及び6で説明したべースシャーシ30の上に実
装された発振器3、逓倍器4、3つの増幅器5,7,
8、アンテナ共用回路6、及びミキサ9に対向する部位
のカバー20の内面には膨出部23が設けられている。
また、べースシャーシ30に設けられた導波管31を備
えたポスト36に対向する部位のカバー20の内面に
は、カバー20をべースシャーシ30に取り付けた時に
ポスト36の頂面に密着するポスト蓋24が形成されて
いる。ポスト蓋24のカバー20の内面からの高さは、
膨出部23の頂面のカバー20の内面からの高さよりも
僅かに高くなっている。25はボスであり、図2で説明
したねじ29を挿通するためのねじ孔29Aが設けられ
ている。また、26は切欠、27は開口であり、図2で
説明したように、それぞれベースシャーシ30とフラッ
トケーブル17をカバー20の外部に引き出すためのも
のである。
【0019】膨出部23は略直方体状にカバー20の裏
面から突出しており、その頂面にはカットオフ溝22が
設けられている。このカットオフ溝22は、図3や図6
等に示したマイクロストリップ線路43の上に重なるよ
うに設けられている。一方、ポスト蓋24には、図2に
示したねじ29が螺着されるねじ孔29Aの他に、べー
スシャーシ30に設けられた導波管31に重ね合わされ
るショート溝21が設けられている。そして、カットオ
フ溝22の内の1つがこのショート溝21に連通してい
る。
【0020】図8は、MMIC42を取り付けたべース
シャーシ30に電気回路基板40を搭載し、この上に図
7で説明したカバー20を被せた状態のマイクロストリ
ップ線路43の近傍の状態を示すものである。電気回路
基板40はベースシャーシ30の段差部34に取り付け
られている。また、MMIC42はそのセラミック製の
べースプレート42Bが導電性接着剤19を介してべー
スシャーシ30に取り付けられており、MMIC42が
べースシャーシ30の収納孔32内に位置している。M
MIC42の配線はべースプレート42B上に露出して
いる。ここでは、後述するミリ波が流れる主要なマイク
ロストリップ線路43のみが誇張して描かれている。ま
た、電気回路基板40上の回路とMMIC42のべース
プレート42B上のマイクロストリップ線路とは金ワイ
ヤ45で接続されており、電気回路基板40のグランド
回路は導電性接着剤19を介して、或いは、スルホール
49と導電性接着剤19を介してベースシャーシ30の
段差部34に接続されている。
【0021】このように電気回路基板40とMMIC4
2とが取り付けられたべースシャーシ30にカバー30
を図2に示したように取り付けると、膨出部23の頂面
に設けられたカットオフ溝22が、MMIC42のべー
スプレート42B上に設けられたミリ波の流れるマイク
ロストリップ線路43の上に重なった状態となる。この
状態では、膨出部23の頂面とMMIC42のベースプ
レート42Bとの問の距離H1は200βm程度であ
り、殆ど隙問はない。また、カットオフ溝22の深さH
2は、1mm程度である。この状態ではカットオフ溝2
2が擬似的な導波管となり、隣接するカットオフ溝22
に収納されたマイクロストリップ線路43を流れるミリ
波の相互干渉の影響を受けにくくなる。これは、2本の
マイクロストリップ線路43の間に、膨出部23の肉厚
による遮蔽壁が存在するからである。実験によれば、こ
の遮蔽壁の存在によって、ミリ波帯の相互干渉を、遮蔽
壁がない場合に比べて−10dB程度改善することがで
きた。
【0022】この結果、隣接するMMIC42のベース
プレート42B上に設けられたマイクロストリップ線路
43を流れるミリ波が相互干渉の影響を受け難くなるの
で、MMIC42を隣接させて2個並べた状態でベース
シャーシ30上に実装することができる。即ち、同一平
面上に2本の隣接するマイクロストリップ線路43を配
置することができる。
【0023】図9(a)は図7で説明したカバー20の
平面図であり、カバー20は一体的に形成されている。
これに対して、従来のミリ波ユニットのカバーは、べー
スシャーシ、回路基板、導波管を内蔵するユニットに、
回路基板部を覆うカバー、集積回路部分を覆うカバー、
及び、導波管のショート部を覆うカバーが、それぞれの
部位を独立に調整するために別体で設けられていて、部
品点数が多く、組立性が悪くコストが高かった。従っ
て、このように、カバー20を全て一体で構成すること
により、部品点数の削減、締結部材の削減、及び、ミリ
波ユニット2の特性の安定化を図ることができる。
【0024】一方、カバー20を、ミリ波ユニットにお
いて最も重要な導波管の部分のみを点検できるように、
部品点数が増えない範囲で最大2つに分割することも可
能である。例えば、図9(b)に示す構造のカバーで
は、ポスト蓋24が設けられた部分を別体のカバー20
Bとして、本体20Aから分離して構成したものであ
る。また、図9(c)に示す構造のカバーでは、ポスト
蓋24が設けられた部分と内部のMMICに対向する部
分を別体のカバー20Dとして、本体20Cから分離し
て構成したものである。即ち、前述のように、カバー2
0は一体で形成することが望ましいが、カバー20を最
大2個に分割して構成するようにしても従来に比べれば
効果はあり、これを否定するものではない。
【0025】図10(a),(b)は本発明のミリ波ユ
ニット2における導波管31、ショート溝21、カット
オフ溝22とマイクロストリップ線路/導波管変換基板
50の構造を示すものである。従来はマイクロストリッ
プ線路43から導波管31に変換するショート部の導波
管31の寸法が導波管性能に合わせた規格で決められて
いたため、導波管31及びショート溝21の断面形状が
矩形であり、量産に不向きであった。そこで、本発明で
は、導波管31及びショート溝21を角九孔に形成して
量産性を良くすると共に、導波管性能を従来と同じにし
た。導波管31及びショート溝21を角丸孔にすると、
角部がRになることにより、金型の寿命の向上を図るこ
とができた。
【0026】一方、従来の導波管性能と同性能を得るた
め、本発明では、導波管31及びショート溝21の断面
形状を長手方向を2.7mm±0.1mm、短手方向を
1.27mm±0.1mmとし、四隅の円弧の半径を
0.5mmとした。更に、ベースシャーシ30のポスト
36の頂面にカバー20のポスト蓋24を密着させ、こ
の状態で、マイクロストリップ線路43を備えて導波管
31内に突出するマイクロストリップ線路/導波管変換
基板50から、ポスト蓋24に設けられたショート溝2
1の底部までの距離を1〜1.2mmに形成した。
【0027】なお、上記ミリ波ユニットの構造では、発
振器3、逓倍器4、3つの増幅器5,7,8、アンテナ
共用回路6、及びミキサ9が、それぞれ1つずつのMM
IC42に組み込まれており、合計7個のMMIC42
がベースシャーシ30の上に実装されていたが、発振器
3、逓倍器4、3つの増幅器5,7,8、アンテナ共用
回路6、及びミキサ9の機能の幾つかを1つのMMIC
にまとめてに組み込むことにより、MMIC42の数を
滅らすようにしても良いものである。
【0028】以上、ミリ波ユニットを合む自動車搭載用
のレーダ装置について説明を行ったが、自動車以外の他
の用途についても本発明を有効に適用することができ
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のミリ波ユ
ニットの構造によれば、導波管及びショート溝を角丸孔
に形成したことにより、装置の量産性を向上させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のミリ波ユニットを備えたレーダ装置の
全体構成を示すブロック図である。
【図2】本発明のミリ波ユニットをアンテナに取り付け
た状態を示す斜視図である。
【図3】図2のミリ波ユニットからカバーを取り外した
状態を示す斜視図である。
【図4】図3のミリ波ユニットのベースシャーシから電
気回路基板を取り外した状態を示す斜視図である。
【図5】図4のべースシャーシに電気信号の処理回路を
内蔵する集積回路を取り付ける状態を示す組立斜視図で
ある。
【図6】アンテナに電気回路基板を取り付けたベースシ
ャシを固定する様子を示す組立斜視図である。
【図7】(a)は図2に示したカバーの裏面側の構成を
示す斜視図、(b)は同底面図である。
【図8】集積回路を取り付けたべースシャーシに電気回
路基板を搭載し、カバーを被せた状態のマイクロストリ
ップ線路近傍の状態を示す部分断面図である。
【図9】(a)はカバーの平面図、(b)はカバーの平
面図、(c)はカバーの平面図である。
【図10】(a)は本発明のミリ波ユニットにおける導
波管、ショート溝、カットオフ溝とマイクロストリップ
線路/導波管変換基板の構造を示す部分断面図、(b)
は導波管及びショート溝の断面形状を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1…信号処理部 2…ミリ波ユニット部 3…発振器 4…逓倍器 5,7,8…増幅器 6…アンテナ共用回路 9…ミキサ 10…アンテナ部 20…カバー 21…ショート溝 22…カットオフ溝 23…膨出部 24…ポスト蓋 28…凹部 30…べースシャーシ 31…導波管 34…段差部 36…ポスト 40…電気回路基板 42…MMIC 43…マイクロストリップ線路 50…マイクロストリップ線路/導波管変換基板 100…レーダ装置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気回路部で生成された高周波電気信号
    の送受信用の導波管を角丸孔に形成したことを特徴とす
    るミリ波ユニットの構造。
  2. 【請求項2】 電気回路部で生成された高周波電気信号
    の送受信用の導波管のショート部のショート溝を角丸孔
    に形成したことを特徴とするミリ波ユニットの構造。
  3. 【請求項3】 前記角丸孔の短い方の対向内壁間距離を
    1.27mm±0.1mmとし、長い方の対向内壁間距
    離を2.7mm±0.1mmとしたことを特徴とする請
    求項1又は2に記載のミリ波ユニットの構造。
  4. 【請求項4】 前記角丸孔の短い方の対向内壁間距離を
    1.27mm±0.1mmとし、長い方の対向内壁間距
    離を2.7mm±0.1mmとし、前記ショート溝の底
    部とマイクロストリップ線路との距離を1〜1.2mm
    としたことを特徴とする請求項2に記載のミリ波ユニッ
    トの構造。
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