JP2002022822A - レーダモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】製造が容易で、伝送損失の少ない伝送線路を備
えたレーダモジュールを提供すること。 【解決手段】 このレーダモジュールでは、導体基板１
から導体基板７までを重ねた積層体１０によって、平面
アレーアンテナと高周波回路との間を結ぶ伝送線路が形
成されている。積層体１０は、サスペンディド線路の線
路導体４１が形成された絶縁フィルム基板４の上に、導
体基板５、６、７が順に積層され、絶縁フィルム基板４
の下に導体基板３、２、１が順に積層されることにより
形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の素子アンテ
ナを有する平面アレーアンテナとその送受信信号を処理
するための高周波回路とを備えたレーダモジュールに関
するものであり、特に、高周波回路の占有面積が平面ア
レーアンテナの占有面積に対して十分に小さいレーダモ
ジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アンテナの利得を向上させるた
めにはアンテナの開口面積を大きくとることが望まし
い。一方、高周波回路部は伝送損失が大きいため、でき
るだけ集積化して内部の線路長さを短くしたいという要
請がある。

【０００３】平面アレーアンテナを備えたレーダモジュ
ールにおいてその信号処理部が集積化されている例とし
て、特開平８−１１４６６７号に開示されたレーダモジ
ュールがある。

【０００４】この従来のレーダモジュールでは、高周波
回路が素子アンテナ毎に設けられているので、各素子ア
ンテナとそれに対応する高周波回路とが比較的近接して
配置されている。したがって、素子アンテナと高周波回
路との間の伝送線路での損失はさほど大きくならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一方、小型化・低価格
化等を目的として、各素子アンテナの高周波回路内に設
けられるミキサ等の主要回路要素を共用化して、それま
で、素子アンテナ毎に設けられていた高周波回路を一つ
のＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロ波集積回路）に収
めて、さらに集積化する試みが為されている。

【０００６】この場合、各素子アンテナとＭＭＩＣとし
て集積化された高周波回路とを接続する伝送線路の線路
長が、各素子アンテナ毎に高周波回路を設けた場合に比
べて長くなってしまう。特に、利得向上を目的としてア
ンテナの開口面積を大きくすればするほど伝送線路が長
くなってしまう。

【０００７】したがって、導波管などと比較して、伝送
損失が大きいマイクロストリップ線路やコプレーナ線路
を伝送線路として用いることは難しかった。

【０００８】これに対して、伝送線路として導波管を用
いることも考えらるが、従来の導波管は構造上量産性が
低く製造コストが高くなるという問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のレーダモジュー
ルは、このような課題を解決するためになされたもので
あり、複数の素子アンテナを有する平面アレーアンテナ
を備え、平面アレーアンテナに供給する送信信号の生成
および平面アレーアンテナで受信した受信信号の処理を
行う高周波回路が平面アレーアンテナの後方に配置さ
れ、高周波回路の占有面積が平面アレーアンテナの占有
面積に対して十分に小さいレーダモジュールにおいて、
伝送線路を内蔵する積層体の一面に平面アレーアンテナ
が、他面に高周波回路がそれぞれ設けられ、平面アレー
アンテナと高周波回路とがその伝送線路によって接続さ
れており、その積層体は、サスペンディド線路の線路導
体が引き回しされた絶縁フィルム基板と、線路導体に沿
った貫通長溝が形成され絶縁フィルム基板を上下から挟
む上側第１導体基板および下側第１導体基板と、線路導
体の端部位置に導波管となる貫通孔が形成され、上側第
１導体基板の上および下側第１導体基板の下にそれぞれ
重ねられた上側第２導体基板および下側第２導体基板
と、上側第２導体基板の上および下側第２導体基板の下
にそれぞれ重ねられた上側第３導体基板および下側第３
導体基板とを備え、上側第３導体基板および下側第３導
体基板には、線路導体のそれぞれの端部位置においてい
ずれか一方の基板に導波管となる貫通孔が形成されるこ
とにより、伝送線路が、平面アレーアンテナの配置面に
垂直な方向については導波管として形成され、配置面に
平行な方向についてはサスペンディド線路として形成さ
れていることを特徴とする。

【００１０】このレーダモジュールによれば、平面アレ
ーアンテナと高周波回路とが導波管およびサスペンディ
ド線路によって接続されている。導波管およびサスペン
ディド線路は、マイクロストリップ線路やコプレーナ線
路に比べて伝送損失が低く、線路間のアイソレーション
も優れている。

【００１１】しかも、導波管およびサスペンディド線路
からなる伝送線路が、複数の基板を重ねただけの積層体
で構成されているので、製造・組立が非常に容易で、製
造コストを低く抑えることができる。

【００１２】また、上側第２導体基板および下側第２導
体基板の厚さは、導波管とサスペンディド線路との結合
部において変換効率が良好となる導波管の終端長さに調
整されていることが望ましい。このように構成すると、
導波管とサスペンディド線路との結合部における導波管
の終端長さを調整する必要がない。

【００１３】また、積層体を構成する前記各基板に形成
された孔にピンを貫通させることにより、相互の位置決
めを簡単に行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態であ
るレーダモジュールの分解斜視図である。このレーダモ
ジュールは、１つの送信用素子アンテナと４つの受信用
素子アンテナからなる平面アレーアンテナと、これらの
素子アンテナにおける送受信信号を処理する集積化され
た高周波回路とを備えた送信１チャネル、受信４チャネ
ルのレーダモジュールである。

【００１５】導体基板１は、表面（図１では下面）に平
面アレーアンテナを搭載し、裏面（図１では上面）にこ
れから説明する各種の基板を搭載するレーダモジュール
の基体である。

【００１６】図２は導体基板１の表面を示す平面図であ
り、送信用素子アンテナ１１１が隔壁１６の左側に配置
され、受信用素子アンテナ１１２〜１１５が隔壁１６の
右側に配置されている。各素子アンテナ１１１〜１１５
は、図示省略した複数のパッチアンテナを接続すること
によって構成されている。

【００１７】各素子アンテナ１１１〜１１５の形成領域
には、貫通孔１１〜１５が形成されている。この貫通孔
１１〜１５は導体基板１の表面と裏面とを結ぶ導波管で
ある。隔壁１６は、送信用素子アンテナ１１１から受信
用素子アンテナ１１２〜１１５への信号の回り込みを防
止するためのものである。

【００１８】導体基板１の裏面（図１における上面）に
は、８本のピン１８が植設されている。後述する基板２
〜９には、ピン１８に隙間なく嵌合する穴が形成されて
おり、これらの穴にピン１８が挿入されるように積層
し、最後にピン１８の先端部をねじ止めすることによ
り、基板１〜９は、互いに正確に位置決めされた状態で
固定される。

【００１９】この導体基板１から導体基板７までの７つ
の基板を図示のように重ねた積層体１０の内部には伝送
線路が形成される。伝送線路は、平面アレーアンテナの
配置面に垂直な方向については導波管として形成され、
配置面に平行な方向についてはサスペンディド線路とし
て形成される。図３は導体基板１から導体基板７までを
重ねた積層体１０の部分断面を示す図である。

【００２０】積層体１０は、絶縁フィルム基板４の上に
導体基板５、６、７が順に積層され、絶縁フィルム基板
４の下に導体基板３、２、１が順に積層されることによ
り形成されている。

【００２１】絶縁フィルム基板４は、厚さ１３μｍのポ
リイミドフィルム基板であり、サスペンディド線路を構
成する部分には、厚さ９μｍの線路導体４１〜４５が形
成されている。

【００２２】導体基板３および５には、線路導体４１〜
４５に沿って、それぞれ貫通長溝３１〜３５および５１
〜５５が形成されている。貫通長溝３１〜３５および５
１〜５５のそれぞれの端部は、導波管と結合するために
広くなっている。

【００２３】図４は絶縁フィルム基板４の上に導体基板
５を重ねたときの線路導体４１の右端部における部分上
面図である。この図から判るように、線路導体４１に沿
って導体基板５に形成された貫通長溝５１の右端部５１
ａは、矩形状に広がっている。

【００２４】貫通長溝３１〜３５および５１〜５５の側
壁は、サスペンディド線路の側面導体となる。また、こ
の導体基板３および５は、サスペンディド線路における
上下の空間を形成するためのスペーサとして用いられ、
本実施形態の７６ＧＨｚ帯ミリ波レーダでは厚さが約３
００μｍである。

【００２５】導体基板５の上には導体基板６が重ねら
れ、導体基板３の下には導体基板２が重ねられる。導体
基板６は導体基板５の貫通長溝５１〜５５の上側を覆う
ことにより、サスペンディド線路の上面導体となる。同
様に、導体基板２は導体基板３の貫通長溝３１〜３５の
下側を覆うことにより、サスペンディド線路の下面導体
となる。

【００２６】導体基板６には、サスペンディド線路の線
路導体４１〜４５の端部位置に貫通孔６１ａ、６１ｂ、
…、６５ａ、６５ｂが形成されている。同様に、導体基
板２には、サスペンディド線路の線路導体４１〜４５の
端部位置に貫通孔２１ａ、２１ｂ、…、２５ａ、２５ｂ
が形成されている。貫通孔２１ａ、２１ｂ、…、２５
ａ、２５ｂおよび貫通孔６１ａ、６１ｂ、…、６５ａ、
６５ｂは、サスペンディド線路に連結する導波管とな
る。

【００２７】導体基板２および６の厚さは本実施形態の
７６ＧＨｚ帯ミリ波レーダでは約７００μｍとなってい
る。この厚みは、サスペンディド線路と導波管との結合
部において変換効率の良好な導波管の終端長さを与え
る。図３に示すように、サスペンディド線路４１の線路
導体の右端においては、貫通孔２１ｂが導体基板１によ
り塞がれており、上方に延びる導波管に対して終端を構
成している。同様に、サスペンディド線路４１の線路導
体の左端においては、貫通孔６１ａが導体基板７により
塞がれており、下方に延びる導波管に対して終端を構成
している。

【００２８】導体基板１には既に述べたとおり、素子ア
ンテナと連結する貫通孔１１〜１５が形成されており、
貫通孔１１〜１５は導体基板２の貫通孔２１ａ〜２５ａ
を介してサスペンディド線路の一端に連通している。

【００２９】導体基板７には、基板８により位置決めさ
れた高周波回路搭載基板９に接続する貫通孔７１〜７５
が形成されており、導体基板６の貫通孔６１ｂ〜６５ｂ
を介してサスペンディド線路の他端（貫通孔１１〜１５
に連通していない端部）に連通している。

【００３０】積層体１０はこのように構成されているの
で、導体基板１と導体基板７との間に導波管、サスペン
ディド線路、導波管という順に接続する伝送線路が形成
されている。

【００３１】導体基板７の上にはガラスエポキシ基板８
が積層される。ガラスエポキシ基板８には高周波回路搭
載基板９をはめ込む開口８´が形成され、高周波回路搭
載基板９と接続する電源線や信号線が形成されている。

【００３２】図５は高周波回路搭載基板９の構造を示す
分解斜視図である。高周波回路搭載基板９は、導波管と
しての貫通孔が形成された導体基板２１０、信号線、電
源線およびマイクロストリップ線路が形成されたテフロ
ン（登録商標）基板２１１、金属スペーサ２１３、およ
び１チップ高周波回路であるＭＭＩＣ２１４を備える。
このような高周波回路搭載基板９がガラスエポキシ基板
８にはめ込まれ、その上に金属製のキャップ２１２が被
せられる。

【００３３】導体基板２１０、テフロン基板２１１およ
びキャップ２１２は、四隅に穿設された穴に、導体基板
７から突出するピン１８をはめ込むことにより位置決め
される。

【００３４】図６は高周波回路搭載基板９がガラスエポ
キシ基板８にはめ込まれたときの状態を示す断面図であ
る。この図から判るように、高周波回路搭載基板９表面
とガラスエポキシ基板８表面とが面一となっている。し
たがって、高周波回路搭載基板９上の電源線あるいは信
号線とガラスエポキシ基板８上の電源線あるいは信号線
とを同一面上でワイヤボンディングすることができる。
符号２３１はボンディングワイヤである。

【００３５】また、テフロン基板２１１には金属スペー
サ２１３およびＭＭＩＣ２１４と同じ形状の開口が形成
されており、金属スペーサ２１３およびＭＭＩＣ２１４
がその開口にはめ込まれている。そして、金属スペーサ
２１３およびＭＭＩＣ２１４の厚み合計がテフロン基板
２１１の厚みと一致しており、テフロン基板２１１表面
とＭＭＩＣ２１４表面とも面一となっている。したがっ
て、テフロン基板２１１上の電源線あるいは信号線と高
周波回路が集積化されているＭＭＩＣ２１４上の電源線
あるいは信号線とを同一面上でワイヤボンディングする
ことができる。

【００３６】図７は、導体基板２１０に形成された導波
路開口端２２１とテフロン基板２１１表面に形成された
マイクロストリップ線路２４１との接続方法を示す平面
図である。テフロン基板２１１の表面に形成されたマイ
クロストリップ線路２４１の先端の周囲には、僅かに離
隔して導体２４２が形成されている。また、マイクロス
トリップ線路２４１の先端は、導波路開口端２２１の中
央部に位置合わせされており、テフロン基板２１１には
導波路開口端２２１を取り囲むように９個のスルーホー
ル２４３が形成されている。導体２４２はスルーホール
２４３を介して導体基板２１０と電気的に接続してい
る。このような構成により、導波管・マイクロストリッ
プ線路変換器が構成され、導波管とマイクロストリップ
線路とが接続されている。

【００３７】導体基板２１０に形成された他の導波路開
口端２２２〜２２５と、テフロン基板２１１の表面に形
成された他のマイクロストリップ線路との接続も同様で
ある。

【００３８】高周波回路搭載基板９の上には、ＲＦ信号
の回り込み抑止と、外部からの電磁波の影響を防止する
ための金属製キャップ１１２が重ねられる。なお、金属
製キャップ１１２の側面には、ボンディングワイヤとの
接触を避けるための切り欠きが設けられている。

【００３９】本実施形態では、高周波回路がＭＭＩＣ２
１４一枚に集積されているが、複数枚のＭＭＩＣに分割
されていてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明のレーダモジュー
ルによれば、平面アレーアンテナと高周波回路との間を
接続する伝送線路を複数の基板を重ねるだけで構成し、
しかも、その伝送線路はマイクロストリップ線路やコプ
レーナ線路等の平面伝送線路に比べて伝送損失の低い導
波管とサスペンディド線路とで構成することができる。
基板の積層体は、プレス加工が容易な導体基板とエッチ
ング加工が容易な樹脂基板で構成することができるの
で、製造が非常に容易である。

【００４１】また、導波管とサスペンディド線路との結
合部は、所定の基板の厚みを適当に設定するだけで、最
適な変換効率の導波管・サスペンディド線路変換器とす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるレーダモジュールの
全体構成を示す分解斜視図。

【図２】その平面アレーアンテナ部の構成を示す平面
図。

【図３】本実施形態のレーダモジュールにおける積層体
１０の構造を示す断面図。

【図４】絶縁フィルム基板４の上に導体基板５を重ねた
ときの線路導体４１の右端部における部分上面図。

【図５】高周波回路搭載基板９の構造を示す分解斜視
図。

【図６】高周波回路搭載基板９がガラスエポキシ基板８
にはめ込まれたときの状態を示す断面図。

【図７】導体基板２１０に形成された導波路開口端２２
１とテフロン基板２１１表面に形成されたマイクロスト
リップ線路２４１との接続方法を示す平面図。

【符号の説明】

１、２、３、５、６、７…導体基板、４…絶縁フィルム
基板、８…ガラスエポキシ基板、９…高周波回路搭載基
板、１０…積層体、１１〜１５、７１〜７５、２１ａ、
２１ｂ〜２５ａ、２５ｂ、６１ａ、６１ｂ〜６５ａ、６
５ｂ…貫通孔、４１〜４５…導体線路、３１〜３５、５
１〜５５…貫通長溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 1/14 Ｈ０５Ｋ 1/14 Ｇ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の素子アンテナを有する平面アレー
   アンテナを備え、前記平面アレーアンテナに供給する送
   信信号の生成および前記平面アレーアンテナで受信した
   受信信号の処理を行う高周波回路が前記平面アレーアン
   テナの後方に配置され、前記高周波回路の占有面積が前
   記平面アレーアンテナの占有面積に対して十分に小さい
   レーダモジュールにおいて、 伝送線路を内蔵する積層体の一面に前記平面アレーアン
   テナが、他面に高周波回路がそれぞれ設けられ、前記平
   面アレーアンテナと前記高周波回路とが前記伝送線路に
   よって接続されており、 前記積層体は、 前記サスペンディド線路の線路導体が引き回しされた絶
   縁フィルム基板と、 前記線路導体に沿った貫通長溝が形成され前記絶縁フィ
   ルム基板を上下から挟む上側第１導体基板および下側第
   １導体基板と、 前記線路導体の端部位置に前記導波管となる貫通孔が形
   成され、前記上側第１導体基板の上および前記下側第１
   導体基板の下にそれぞれ重ねられた上側第２導体基板お
   よび下側第２導体基板と、 前記上側第２導体基板の上および前記下側第２導体基板
   の下にそれぞれ重ねられた上側第３導体基板および下側
   第３導体基板とを備え、 前記上側第３導体基板および下側第３導体基板には、前
   記線路導体のそれぞれの端部位置においていずれか一方
   の基板に前記導波管となる貫通孔が形成されることによ
   り、前記伝送線路が、前記平面アレーアンテナの配置面
   に垂直な方向については導波管として形成され、前記配
   置面に平行な方向についてはサスペンディド線路として
   形成されていることを特徴とするレーダモジュール。
2. 【請求項２】 前記上側第２導体基板および下側第２導
   体基板の厚さは、前記導波管と前記サスペンディド線路
   との結合部において変換効率が良好となる前記導波管の
   終端長さに調整されていることを特徴とする請求項１に
   記載のレーダモジュール。
3. 【請求項３】 前記積層体を構成する前記各基板は、前
   記各基板に形成された孔にピンを貫通させることによ
   り、相互の位置決めがなされていることを特徴とする請
   求項１または２に記載のレーダモジュール。