JP2004506912A - 高集積単一基板ｍｍｗマルチビーム・センサ - Google Patents

Abstract

多重ビーム・アレイ・アンテナ・システムは、バトラ・マトリクス・ビーム形成ネットワークに結合されているストリップ線路フィード開放端導波路で構成された、複数の放射エレメントを備えている。バトラ・マトリクス・ビーム形成ネットワークは、切換ビーム集結回路に結合されている。アンテナは、単一低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）回路として製作することができる。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、レーダ・システムに関し、更に特定すれば、種々の異なる用途に使用できるように現場でプログラム可能であり、しかも高性能で小型の携帯用レーダ・システムに関する。
【０００２】
発明の背景
当技術分野では公知であるが、市販製品にレーダ・システムを備える傾向が増加しつつある。例えば、自動車、トラック、ボート、飛行機およびその他の輸送手段にレーダ・システムを備えることは望ましい。このようなレーダ・システムは、小型で比較的低コストでなければならない。
【０００３】
更に、用途によっては、設計条件（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）が比較的難しい場合もあり、最低動作性能要求に加えて、構造の物理的サイズに対する制約が含まれる。こうした競合する設計要求（例えば、低コスト、小型、高性能という条件）のために、このようなレーダ・システムの設計が比較的難しくなっている。
【０００４】
例えば、自動車用レーダ・システムでは、コストおよびサイズの問題はかなり重要である。更に、自動車用レーダ用途の性能要求を満たすために（例えば、カバレッジ領域）、比較的洗練されたアレイ・アンテナならびにレーダおよび送信回路が必要となる。
【０００５】
したがって、比較的高い性能特性を有し、小型で、携帯可能であり、比較的低コストのレーダ・システムを提供することができれば、望ましいであろう。
発明の概要
本発明は、複数の低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ）回路層から成る単一低温セラミック基板上に、ミリメートル波（ＭＭＷ）レーダ・システムを設ける。単一ＬＴＣＣ基板には、上部アンテナ・カバー、即ち、ラドーム層がアンテナ・エレメント、即ち、放射層上に配置されている。カバー、即ち、ラドーム層は、後続の放射層上で放射エレメントを調整（チューニング）するために用いられる。ＭＭＷ送信および受信回路コンポーネントが、単一ＬＴＣＣ基板の第２面即ち底面上に配置されている。送信および受信回路は、ＬＴＣＣ基板の層内に集積され、アンテナを送信および受信コンポーネントに結合する。一実施形態では、アンテナは、ＬＴＣＣ基板内に埋め込まれた放射アンテナ・エレメントのアレイから成り、アレイ・フィードおよびビーム形成回路が、ＬＴＣＣ基板の異なる層全体に埋め込まれ一体化されている。送信回路コンポーネントは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）および電力増幅器を含むがこれらには限定されず、受信回路コンポーネントは、低雑音増幅器（ＬＮＡ：ｌｏｗ ｎｏｉｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）、ミキサおよびビデオ増幅器を含むがこれらには限定されない。送信および受信回路コンポーネントは、ＬＴＣＣ基板の底面上に配置されている。送信および受信回路コンポーネントは、ＬＴＣＣ基板内に設けられたバイア（ｖｉａ）接続部を介して、送信および受信アンテナならびにその他の送信および受信回路に結合されている。このようにして、高集積単一基板ＭＭＷレーダ・システムを提供する。
【０００６】
ディジタル信号処理（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）、給電回路、制御回路およびインターフェース回路が印刷配線ボード（ＰＷＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ ｗｉｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）上に配置されており、この印刷配線ボードは、可撓性ケーブルによってＬＴＣＣ基板上に配置されているＭＭＷレーダ・システムに結合することができる。
【０００７】
一実施形態では、アンテナならびにＭＭＷ送信および受信回路を備えたＬＴＣＣ基板が、ハウジング内に配置されている。ＬＴＣＣ基板は、ハウジング内において、アンテナ・アパーチャをハウジングの第１面即ち内面から所定距離だけ離間する第１支持構造上に配置されている。また、ハウジング内には、第２指示構造上にＰＷＢも配置されている。第２構造は、ＰＷＢの表面をＬＴＣＣ基板の第２面から所定距離だけ離間する。このように、ＬＴＣＣ基板およびＰＷＢは、単一の共通ハウジング内に配置されている。一実施形態では、可撓性回路が、ＬＴＣＣ基板上に配置された回路コンポーネントを、ＰＷＢ上に配置された回路コンポーネントに結合する。こうして、比較的コネクタが少ないインターフェースを有する一体構造として、レーダを設ける。ハウジングは、単一のコネクタを有し、これを介してＲＦ、ＤＣおよび論理信号が供給される。更に、ハウジング内にＥＭＩシールドを配置して、アンテナ・アパーチャ以外の場所からハウジングを介して放出される放射量を低減する。本発明の集積単一基板ＭＭＷレーダは、自動車用レーダ・システム、特に電子走査アクティブ・アンテナ（ａｃｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｓｃａｎｎｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）自動車用レーダ・システムに特に適しているが、このレーダは他のレーダ・システムの用途にも使用可能であることは理解されよう。
【０００８】
本発明の前述の特徴、および本発明自体は、以下の図面に関連する説明から一層深く理解することができよう。
発明の詳細な説明
図１および図１Ａを参照する。ここでは、同様のエレメントには同様の参照符号が付されている。第１および第２レーダ・システム１０が、輸送手段（車両）部分の後ろに装着されている。この特定例では、車両本体１２は、車両の自動車バンパ１６部に対応する。しかしながら、レーダ・システム１０は、適当な量の空間が存在するか、またはレーダ・システム１０を収容できるのであれば、いずれの輸送手段部分の後ろにでも装着可能であることは認められよう。レーダ・システム１０は、高集積ミリメートル波（ＭＭＷ）マルチビーム・センサとして設けることができ、したがって車両上の種々の場所に装着することができ、バンパ１２に付随して装着することに限定されるものではない。これについては、以下で説明する。高集積ミリメートル波（ＭＭＷ）マルチビーム・センサを車両のバンパ、フェーシア（ｆａｓｃｉａ）、またはその他の車両部分に装着する具体的な技法は、２００１年８月１６日に出願され、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ ａ Ｒａｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｖｅｈｉｃｌｅ」（車両上にレーダ・システムを装着するシステムおよび技法）と題する米国特許出願第０９／　　　　号に記載されている。その内容は、この言及により本願にも援用されるものとする。
【０００９】
レーダ・システム１０は、例えば、２００１年８月１６日に出願され、「Ｒａｄａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」（レーダ送信回路および技法）と題する米国特許出願第０９／　　　　号、および２００１年８月１６日に出願され、「Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｂｅａｍ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」（切換ビーム・アンテナ・アーキテクチャ）と題する米国特許出願第０９／　　　　号に記載されている形式として設けることができる。これらの各々は、本願の譲受人に譲渡され、その内容はこの言及により本願にも援用されるものとする。尚、別のレーダ・システムも本発明にしたがって使用可能であることは勿論認められよう。
【００１０】
レーダ・システム１０は、各々、比較的少ない減衰で、理想的には減衰なくレーダ信号エネルギが通過することができる材料で作られた車両部１２の後ろに装着されている。レーダ・システム１０は、装着ブラケット１４を介して車両本体１２に結合することができ、あるいは車両の本体に直接結合することができる。車両部１２の内壁１８とセンサ１０の面１０ａとの間に、保護用障壁部１６が設けられている。保護用障壁部１６は、センサ１０に対する保護強化を図る。
【００１１】
次に図２を参照すると、センサ１０はハウジング２０を含み、その一部を取り除いて、単一低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板４０が見えるようにしている。その第１面即ち上面４０ａ上には、複数のアンテナ・エレメント４２が設けられている。自動車のレーダの用途に用いて好適なアンテナ・アレイおよびアンテナ・エレメントは、２００１年８月１６日に出願され「Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｎ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ」（アレイ・アンテナ用スロット・アンテナ・エレメント）と題する同時係属中の米国特許出願第０９／　　　　号に記載されている。これらは、本発明の譲受人に譲渡されており、前述の同時係属中の「Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｂｅａｍ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」と題する米国特許出願と共に、その内容はこの言及により本願にも援用されるものとする。
【００１２】
また、ＬＴＴＣ基板４０には、バトラ（Ｂｕｔｌｅｒ）マトリクス形成回路、アンテナ・エレメント４２に結合された放射フィード回路、複数の直角（クォドラチュア：ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）ハイブリッドおよび電力分割回路、ならびに層間遷移回路（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられている。一実施形態では、基板４０は、ＦｅｒｒｏのＡ６−ＭＬＴＣＣテープで形成されている。形成に用いるテープは、焼成前には約０．０１０インチの厚さ、焼成後には約０．００７４インチの厚さ、そして約５．９の比誘電率を有する。ＬＴＴＣテープの損失特性は、２４ＧＨｚにおいて、０．０１４８インチの接地面間隔に対してインチ当たり１．１ｄＢである。他の実施形態では、テープ層はＦｅｒｒｏのＡ６−Ｓテープで形成することができる。
【００１３】
単一基板４０をＬＴＣＣで形成するのは、種々の理由からであり、その中には低コストでの大量生産が可能なことが含まれるが、これだけに限られるのではない。更に、ＬＴＣＣは、小型の回路設計を可能とし、この周波数においては、大量の信頼性の高い埋め込みバイア（特定的な一実施形態では約１２００バイア）を有する多層回路には適合性のある技術である。表面実装デバイスもＬＴＣＣを用いて集積することができる。これについては、図４、図５および図７と関連付けて以下で説明する。
【００１４】
次に図３を参照すると、長さＬおよび幅Ｗを有するアレイ・アンテナ５０は、送信アレイ５２および受信アレイ５４を含む。アレイ５２、５４の各々は、８行５６ａ〜５６ｇおよび６列５８ａ〜５８ｆを含む。したがって、送信および受信アレイ５２、５４の各々は、４８個の放射エレメント（あるいは単に「放射体」または「エレメント」）を有する。放射エレメントは、全体的に６０で示されており、方位角方向に８つのエレメント、仰角方向に６つのエレメントを有する。アレイ・アンテナ５０は、例えば、ＬＴＣＣ基板４０（図２）の面４０ａ（図２）上に設けることができる。
【００１５】
前述の「Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｎ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ」および「Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｂｅａｍ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」と題する米国特許出願に詳細に記載されているように、各放射エレメント６０は、ＬＴＣＣにおける、ストリップ線路フィード開放端空洞（ｓｔｒｉｐｌｉｎｅ−ｆｅｄ ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ ｃａｖｉｔｙ）である。空洞をＬＴＣＣ４０（図２）に形成するには、全体的に６２で示す埋め込みバイアを用い、「空洞壁」を作成する。アレイ５２、５４の各々は、矩形格子間隔、０．２２３”（方位方向）×０．２９５”（仰角方向）を有する。方位方向間隔は、所望の検出ゾーンが形成される所望のビーム位置が得られるように選択されたバトラ・マトリクス・フィード回路と適合するように選択する。仰角方向間隔は、カバーによって誘発される走査遮蔽を回避するために要求される、所望の仰角ビーム幅および最大間隔が得られるように選択する。
【００１６】
自動車用レーダの用途では、アンテナ５０をハウジング１２（図２）に密閉し、ハウジング・カバー１２ａ（図２）を介して放射する。実施形態によっては、カバー１２を放射部の構造に組み込んだり、一方別の実施形態では、半波長に対応する距離だけアンテナ・アパーチャから離間させる。
【００１７】
次に、図４、図４Ａおよび図５を参照する。これらの図を通じて、同様のエレメントには同様の参照符号が付されている。高集積ＭＭＷマルチビーム・センサ・システム７０は、１対の装着イヤー（ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｅａｒ）と、そこから突出するコネクタ７６とを含む。ＲＦ、ＤＣおよび論理信号が、コネクタ７６を介して、センサ７０にそしてセンサ７０から供給される。一実施形態では、通例では約１２０ｍｍの長さＬ、通例では約６６ｍｍの幅Ｗ、そして通例では約３２ｍｍの高さＨを有するハウジング７２が設けられ、センサ７０に供給される信号およびセンサ７０から供給される信号は全て、コネクタ７６を介して、カー・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ：ｃａｒ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）に供給される。これについては、図６と関連付けて以下で説明する。
【００１８】
ハウジング７２は、ベース部７２Ａおよびカバー部７２ｂを含む。この特定的な実施形態では、一体化した側面を有するベース部７２Ａを設け、したがって凹陥（凹部）領域７２ａがベース７２ａ内部に設けられる。ベース７２ａを設けるには、射出成形、または当業者には周知の構造的に堅牢かつ小型でしかも軽量な構造が設けられるのであれば別のいずれの技法でも用いることができる。
【００１９】
ベース７２ａの側壁には、そこから突出する支持構造８４がある。特定的な一実施形態では、支持構造８４はベース７２ａのショルダー（肩）領域８４に対応する。また、ベース７２ａの表面からは、第２支持構造も突出している。ここでは、第２支持構造は複数のポスト９０で形成されている。この特定的な実施形態では、ポスト９０はベース７２ａの底面から突出している。
【００２０】
第１および第２の対向面８０ａ、８０ｂ（図４では、８０ｂは見えない）を有するＬＴＣＣ構造８０が、ベース７２ａの凹部領域７３ａに配置されている。アンテナは、例えば、図３と関連付けて先に説明した形式として設けることができ、面８０ｂ上に配置されている。このように、基板８０上のアンテナは、ベース７２ａの底面を通じて信号を送信および受信するように配置されている。ＬＴＣＣ基板８０は凹部領域７３に配置され、ベース７２ａに設けられた肩部８４上に支持されている。肩部８４は、基板８０を支持し、ＬＴＣＣ基板８０上に設けたアンテナのアパーチャを、ハウジング部７２ｂの表面から所定の距離だけ離間させるために設けられている。これについては、以下で図５に関連付けて更に詳しく説明する。
【００２１】
第１および第２の対向面８６ａ、８６ｂを有する印刷回路ボード（ＰＣＢ）８６も、ハウジング７２の凹部領域７３内に配置されている。ＰＣＢ８６は、回路コンポーネント８８を有するような構成であり、回路コンポーネント８８は対向面８６ａ、８６ｂ上に配置される表面実装回路コンポーネントを含むが、これらに限定される訳ではない。回路コンポーネント８８は、インダクタ、電源、ならびにディジタル回路コンポーネントおよびサブシステムとして設けることができる。
【００２２】
また、ＰＷＢ８６も凹部領域７３に配置され、スペーサ９０によって支持されている。スペーサ９０を選択する際には、ＰＷＢ８６の第１面をＬＴＣＣ基板８０の面８０ａから所定の距離だけ離間させるように選択する。ＰＷＢ８６をＬＴＣＣ基板８０から離間させる特定の距離を選択する際には、基板８０の面８０ａ上に配置されている回路コンポーネントが、ＰＷＢ８８の面８８ｂ上に配置されている回路コンポーネント８８とも、面８８ｂ自体とも干渉しないようにする。
【００２３】
ＰＷＢ８６上にＥＭＩシールド９２を配置して、ＬＴＣＣ基板８０およびそれに設けられた回路ならびにＰＷＢ８６およびそれに設けられた回路からの実質的に全ての放射漏れを防止する障壁を設ける。また、シールド９２は、センサ７０外部から来る放射放出物に対してあるレベルの不感域を設ける。設けられるカバー７２ａは、振動技法によるベース７２への取付を可能とするように選択された厚さを有する。
【００２４】
次に図６を参照すると、図１および図２に関連付けてそれぞれ説明したレーダ・システムと類似し、自動車用レーダ用途において側方（横方向）物体検出（ＳＯＤ：ｓｉｄｅ ｏｂｊｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）システムとして用いることができるレーダ・システムが、更に詳細に示されている。送信機１００の動作に関する概略的な全体像では、ＦＭＣＷレーダは、経時的に所定の態様で変化する周波数を有する信号１０２を送信する。送信信号１０２を供給するには、通常、ＶＣＯ制御またはランプ信号１０４を電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０６に入力する。ランプ信号１０４に応答して、ＶＣＯ１０６はチャープ信号１０８を発生する。
【００２５】
ＲＦ信号の送信時間の尺度は、受信信号即ち反射信号１１０の周波数を送信信号のサンプル１１２の周波数と比較することによって判定することができる。したがって、距離の判定は、送信信号のサンプル１１２と反射信号１１０との周波数間のビート周波数を測定することによって行われる。ビート周波数は、ランプ信号１０４の傾きに反射信号１１０の時間遅延を乗算した値に等しい。
【００２６】
測定した周波数は、更に、ターゲットおよびレーダ・システム間の相対速度によるドプラ周波数を含む。測定周波数のずれに対する２つの原因（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を分離し特定するために、チャープの後にＣＷトーンを発生し、それからの反射信号がドプラ周波数だけ異なるようにする。
【００２７】
一実施形態では、ＶＣＯ制御信号１０４を発生するには、ディジタル回路および技法を用いる。好適な実施形態では、ランプ信号１０４は、ＤＳＰ１１４およびディジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）１１６によって発生する。ＤＳＰ１１４およびＤＡＣ１１６を用いてランプ信号１０４を発生することは、図６のＳＯＤシステムでは可能である。何故なら、検出ゾーン特性の適正な選択によって、チャープ信号１０８の正確な線形性は不要であると判断されているからである。尚、検出ゾーン特性には、検出ゾーンの広さ、形状および分解能を含むが、これらに限定される訳ではない。この構成では、送信信号１０２の周波数が精度高くかつ容易に制御することができ、いくつかの機構の実現を促す。一例として、ランプ信号１０４における連続ランプの１つ以上の特性をランダムに変化させ、類似する近接レーダ・システム間の干渉を低減する。別の例として、ランプ信号１０４を適切に調節することによって、温度補償を実施する。更に別の例は、ＶＣＯ動作における非線形性の補償である。更に、別のシステムであればハードウエアの変更または調節が必要となるが、ＳＯＤシステムの変更は、単にソフトウエアをＤＳＰ１１４にダウンロードすることにより、容易に行うことができる。例えば、ＳＯＤシステムの動作の周波数帯域を容易に変更することができる。これは、動作周波数要件が異なる色々な国でＳＯＤを用いる場合に望ましいであろう。
【００２８】
ＳＯＤシステムの電子装置部１２０は、ＤＳＰ１１４、電源１２２、およびコネクタ１２４を含み、コネクタ１２４を介して、ＳＯＤシステムと、当該ＳＯＤシステムが装備されている車両との間で信号バスが結合されている。コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）トランシーバ（ＸＣＶＲ）１２６の形態でディジタル・インターフェース・ユニットが設けられており、ＣＡＮマイクロコントローラ１２８を介してＤＳＰ１１４に結合されている。周波数の安定化を図るために、ＣＡＮコントローラ１２８にはシステム・クロック１３０が結合されている。一実施形態では、システム・クロックは、水晶制御発振器として設けられる。アナログ‐ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３２がビデオ増幅器１３４の出力を受け、この信号をディジタル形態に変換し、ＤＳＰ１１４に結合して検出処理を行う。一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器１３２は、１２ビットＡ／Ｄ変換器として設けられる。しかしながら、個々の用途に対して十分な分解能を有するのであれば、いずれのＡ／Ｄ変換器でも使用可能であることを当業者は認めよう。信号バス１３６がアンテナ切換（スイッチ）回路１４０、１４２に結合されており、切換回路から成るスイッチを駆動する制御信号を供給する。また、ＳＯＤシステムの電子装置部１２０には、メモリも設けられており、その中にソフトウエア命令、即ち、コードおよびデータが格納されている。図６に示す実施形態では、メモリはフラッシュ・メモリとして設けられている。
【００２９】
ＤＳＰは、出力信号、即ち、ワードをＤＡＣに供給し、ＤＡＣはＤＳＰの出力ワードをそれぞれのアナログ信号に変換する。アナログ平滑化回路１４４がＤＡＣの出力に結合されており、階段状のＤＡＣ出力を平滑化して、ランプ制御信号をＶＣＯに供給する。ＤＳＰは、メモリ・デバイス１４６を含み、この中に、１組のＤＳＰ出力信号、即ち、ワードを収容したルックアップ・テーブル（参照テーブル）が、それぞれのＤＳＰ出力信号によって発生される送信信号の周波数と関連付けて格納されている。
【００３０】
ＶＣＯ１０６は、アナログ平滑化回路１４４からランプ信号１０４を受け取る。一実施形態では、ＶＣＯは２４．０１ないし２４．２４ＧＨｚ間の送信周波数範囲で動作し、図示のように、出力信号をバンドパス・フィルタ１４８に供給する。
【００３１】
ＶＣＯ１０６の出力は、バンドパス・フィルタ１４８によって濾波され、増幅器１５０によって増幅される。増幅器１５０からの出力信号の一部は、カプラ１５２を介して結合され、送信信号１０２を送信アンテナ１５４に供給する。増幅器１５０からの出力信号の別の部分は、受信信号経路におけるミキサ１５６のＬＯ入力ポートに供給される局部発振（ＬＯ）信号に対応する。
【００３２】
切換（スイッチ）回路１４０、１４２は、バトラ・マトリクス（図６には示されていない）を介して受信および送信アンテナ１５４、１５８に結合されている。アンテナ１５４、１５８および切換回路１４０、１４２、ならびにバトラ・マトリクスは、先に引用した「Ｓｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ａｎ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ」および「Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｂｅａｍ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ」と題する特許出願に記載されている形式とすることができる。ここでは、切換回路およびバトラ・マトリクスは、切換アンテナ・ビームを有するアンテナに、ＳＯＤシステムのターゲット検出能力を高めるアンテナ・ビーム特性を与えるように動作することを言えば十分であろう。
【００３３】
図示のように、受信信号１１０は、ＲＦ低雑音増幅器（ＬＮＡ）１６０、バンドパス・フィルタ１６２、および別のＬＮＡ１６４によって処理される。ＲＦ増幅器１６４の出力信号は、ミキサ１５６によってダウンコンバートされる。ミキサ１５６は、図示のように、送信機から結合される局部発振信号を受ける。増幅器１６４からのＲＦ信号および局部発振信号の代表的な周波数は、約２４ＧＨｚである。図示の受信機は、直接変換ホモダイン受信機であるが、ＳＯＤレーダ・システムでは他の受信機構成（トポロジー：ｔｏｐｏｌｏｇｙ）も使用可能である。
【００３４】
ビデオ増幅器１３４は、ダウンコンバート信号を増幅および濾波する。例示した実施形態では、この信号は１ＫＨｚないし４０ＫＨｚの間の周波数を有する。ビデオ増幅器は、温度補償、漏洩信号の濾波、および周波数に基づく感度制御を含む機構を内蔵することができる。これらについては、２００１年８月１６日に出願され、「Ｖｉｄｅｏ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｆｏｒ ａ Ｒａｄａｒ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」（レーダ受信機用ビデオ増幅器）と題する同時係属中の米国特許出願番号第　　　　に記載されており、その内容はこの言及により全体的に本願にも援用されるものとする。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器１３２は、ビデオ増幅器１３４のアナログ出力を、次の処理のために、ディジタル信号サンプルに変換する。即ち、ディジタル信号サンプルは、ＤＳＰ内部の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって処理され、種々の周波数範囲（即ち、周波数ビン）内にある反射信号の内容を判断する。ＦＦＴの出力は、信号プロセッサ２６２の残り部分のデータとして用いられる。信号プロセッサ２６２では、視野内の物体を検出するために１つ以上のアルゴリズムが実施されている。これについては、２００１年８月１６日に出願され、「Ｒａｄａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」（レーダ送信回路および技法）と題する同時係属中の米国特許出願番号第　　　　号に記載されており、その内容はこの言及により全体的に本願にも援用されるものとする。
【００３６】
レーダ・システムは、温度補償機構を含み、これによって、温度によって誘発される送信信号の周波数のばらつきを補償する。このために、ばらつきに応じてランプ信号を調節する。この目的のために、送信機１００は、マイクロ波信号検出器１６８に結合されているＤＲＯ１６６を含む。マイクロ波検出器の出力は、ＤＳＰ１１４による処理のために、ＣＡＮコントローラ１２８のアナログ‐ディジタル変換器に結合されている。このような処理の詳細は、「Ｒａｄａｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」と題する、前述の米国特許出願第　　　　号に記載されている。
【００３７】
一実施形態では、送信および受信アンテナ・アレイ１５４、１５８のアパーチャは、ＬＴＣＣ基板８０の面８０ａを形成する。１７０で示すＲＦ送信機および受信機のコンポーネントを構成するＲＦ回路コンポーネントは、全て、ＬＴＣＣ基板８０内またはＬＴＣＣ基板８０上に含まれる。例えば、フィルタ１４８、カプラ１５２および種々の印刷回路の伝送線は、基板８０の層内に設けられる。これについては、図７に関連付けて以下で説明する。
【００３８】
ＶＣＯ１０６は、基板８０の表面に配置された表面実装コンポーネントとして設けられている。同様に、増幅器１５０、１６０、１６４およびミキサ１５６も、モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として設けられ、基板８０の表面上に配置されている。
【００３９】
同様に、電子回路部１２０を構成するコンポーネントは、ＰＷＢ８６上に配置されている。例えば、ＤＳＰ１１４、ＤＡＣ１１６、電源１２２、ＬＡＮ　ＸＣＶＲおよびコントローラ１２６、１２８ならびにＡＤ１３２は、ＰＷＢ８６の第１面８６ａまたは第２面８６ｂ上に配置されている。このように、センサ７０は、小型のパッケージ内にレーダ・システム全体として設けられている。
【００４０】
次に図７を参照すると、放射エレメント２００および連動するフィード回路が、（ストリップ線路）接地面の間隔が０．０１４８”である、１２層の０．００７４”テープＬＴＣＣ層２０２〜２２２によって構成されている。
【００４１】
放射エレメント２００自体は、図示のように、層２１０〜２２２で構成されている。尚、カバー層２１８〜２２２はエレメント２００と一体化されていることに留意されたい。層２１６上には、接地面２２４が配置されている。接地面の一部を除去し、アパーチャ２２６を形成する。
【００４２】
電力分割回路２２８が、導電性バイア２３０ａ、２３０ｂを通じて、それぞれ、導電性トレース２３２およびストリップ線路フィード回路２３４に結合されている。このように、仰角フィード回路がエレメント２００とインターレース（交錯）されている。
【００４３】
層２１４、２１６上に接地面材料を配置し、接地面に開口を設けることによって、層２１４、２１６上には、容量性窓部２４０が形成されている。また、層２０２、２０４および２０８上にも、接地面２４２が配置されている。層２０２〜２０８は、バトラ・マトリクス回路専用であり、一方層２１０〜２１６は放射部およびフィード回路専用となっている。
【００４４】
ＬＴＣＣ内における複数の埋め込みバイア２３５は、ＬＴＣＣ内において放射部の導波路構造を形成するために用いられ、一方バイア２３０ａ、２３０ｂは、異なる層上の回路間で遷移するために用いられる。埋め込みバイア２３５は、導波路構造を形成し、電力分割回路２２８および放射フィード回路２３４と同じ層を共有する。
【００４５】
ＬＴＣＣ製造フローは、８工程の包括的過程から成り、テープ打ち抜き、バイア充填、導体のディポジション（堆積）、積層、ウエハ焼成（ｗａｆｅｒ ｆｉｒｉｎｇ）、連続性検査、および切り出しとして規定されている。以下にこれら８工程の中核的作業センターの各々について端的に説明する。
【００４６】
未加工のＬＴＣＣは、７”または１０”の標準的な幅を有するスプール上において、テープ形状で供給される。ロール当たりの典型的なテープ面積は、４２００ないし６０００平方インチの範囲にあり、発注時に予め決められている。ＬＴＣＣテープの打ち抜きは、アーバー打ち抜きダイ（ａｒｂｏｒ ｂｌａｎｋｉｎｇ ｄｉｅ）を用いて手作業で行われる。テープは、５”または７”の製造フォーマット・サイズに打ち抜かれる。また、打ち抜き過程の間に配向孔も形成され、ＬＴＣＣテープの流延時の流れ方向および横断方向（ａｓ−ｃａｓｔ ｍａｃｈｉｎｅ ａｎｄ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ）の基準となる。この配向孔によって、最終的に、焼成時の製品全体の収縮を最適化するために、層を識別し相互積層（ｃｒｏｓｓ−ｐｉｌｅ）することができる。
【００４７】
Ｚ−軸バイア・ホールの作成は、高速穿孔システムを用いて行われる。このシステムは、穿孔ＣＡＤ／ＣＡＭデータによって駆動される。このデータは、イーサネットを通じて直接製造作業セルに電子的にダウンロードされる。供給された穿孔ファイルは、バイア形成のためのＸ−、Ｙ−座標位置を含む。個々のテープ層は、５”または７”フォーマットのいずれかであり、単一層テープ・ホルダ／フレームに実装する。次に、最大２５枚のＬＴＣＣテープ層を収容可能なハンドリング・カセットに、これらフレームにはめ込まれたテープが装填される。カセットは、それぞれの穿孔プログラムを起動した時に、作業センターにおいて装填され自動的に処理される。高速穿孔機は、テープ層内のバイア・ホールを個々に処理し、カセット全体を通して最終的にインデックス化する。バイア・ホールは、毎秒８ないし１０個という典型的な速度で形成される。個々のテープ層に対するバイア形成が完了すると、カセットを作業区から取り出し、処理されたテープ層を取り外し、カセットを再装填して連続処理を行う。
【００４８】
それぞれのバイア形成動作が終了したＬＴＣＣテープ層は、最終的に上位および下位の製品層との電気的インターフェースを確立するために、Ｚ−軸導体の挿入が必要となる。バイア充填動作では、正圧力変位技法を用いて導電性ペーストを、誘電体テープに形成されたバイア・ホールに押し込む必要がある。それぞれのテープ層に、穿孔したバイア・ホールの位置全てを書き込んだ鏡像型紙（ステンシル）を製造する。これらの型紙をスクリーン・プリンティング作業センター上に固定する。ＬＴＣＣテープ層は、多孔性真空ストーン（ｐｏｒｏｕｓ ｖａｃｕｕｍ ｓｔｏｎｅ）上に緩く固定する。このストーンは型紙の下でインデックス化され、予め設定された圧力ヘッドが型紙全域を移動し、堆積された導電性ペーストを型紙を介して誘電体テープ内に押し込む。各テープ層を同様に処理し、全ての層を乾燥させて溶剤を蒸発させてから、次の動作に進む。
【００４９】
バイアが充填された誘電体テープ層は、Ｘ−およびＹ−軸導体経路を確立するために、更に処理が必要である。これら導電性媒体の堆積によって、いずれのＬＴＣＣ層の表面上にも「入力―出力」（フロムートゥ：ｆｒｏｍ−ｔｏ）経路が設けられ、充填された位置から始まってそこで終端する。導体堆積動作は、バイア充填動作において説明したのと同じ作業センターを用いるが、貫通孔型紙の代わりに、ワイヤ・メッシュ・エマルジョン・パターン・スクリーン（ｗｉｒｅ ｍｅｓｈ， ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｓｃｒｅｅｎ）を用いることを除く。スクリーンおよびテープ製品双方を固定する技法も同一である。全ての製品層は、堆積が完了するまで、このように連続的に処理され、再度全ての層を乾燥させてから、次の動作に進む。
【００５０】
積層の前に、それぞれの層種別に限定されるイールド・フォールアウト（ｙｉｅｌｄ ｆａｌｌｏｕｔ）と並行して、前述のテープ処理過程が全て行われる。積層過程では、並行処理された層の照合および個々のウエハへの合体が必要である。個々の層（層１、２、３、．．．ｎ）を順次積層当て板上に配置し、全ての製品層内にある共通の成形型（ツーリング：ｔｏｏｌｉｎｇ）によって、位置決めを維持する。照合したウエハ・スタックを真空密封（ｖａｃｕｕｍ ｐａｃｋａｇｅ）し、均衡作業センターに配置する。ここでは、丈夫なウエハ構造を得るための時間、温度、および圧力が与えられる。
【００５１】
積層したウエハは、焼成調節器上に配置され、製品の緻密化（焼きしまり）のためにベルト・ファーネス上に装填される。焼成は、単一の作業セル内で行われ、２種類の独立した作業が行われる。主な動作は、溶剤と、形成、充填、導体堆積および積層過程の間テープを柔軟に保たせていた結合剤とをバーンオフすることから成る。この結合材のバーンアウト（ｂｕｒｎｏｕｔ）は、３５０〜４５０℃の範囲で行われる。続いて、ウエハはベルト・ファーネスを移動し、最大燃焼域に入り、ここで結晶化および製品の緻密化が行われる。８５０ないし８６０℃の温度範囲が通例である。冷却すると、ウエハは、焼成状態（ａｓ−ｆｉｒｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を呈する均質構造として、ファーネスから搬出される。全ての製品焼成は、空気環境（ａｉｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）で行われる。焼成過程後には、追加の結合剤バーンアウト工程でウエハを処理する必要はなく、８５０℃の緻密化温度に晒すだけでよい。
【００５２】
ウエハ形状の個々の回路に連続性ネット・リスト・テスト（ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｎｅｔ ｌｉｓｔ ｔｅｓｔｉｎｇ）が行われる。ネット・リスト・データ・ファイルは、イーサネットを通じてネット・プローブ作業センターにダウンロードされ、それぞれのウエハ設計に対して実施される。埋め込みネットの開放および短絡試験、ならびに容量および抵抗性負荷材料測定によって、大半の作業センター出力を規定する。特定のネット経路（ｎｅｔ ｐａｔｈ）の不良原因を突き止める。
【００５３】
ネット・リスト・テストを実施したウエハは、通例、個々の回路ステップ／繰り返しパターン（ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｔｅｐ／ｒｅｐｅａｔ ｐａｔｔｅｒｎ）を呈し、このパターンは、個々のウエハいずれでも、１つから５０以上の範囲となり得る。従来のダイヤモンド・ソー切り出し技法を用いて、ネット・リスト・テストを実施したウエハから回路を単一化して切り出す。共通の取付具を適所に配置し、５”および７”双方の焼成ウエハ・フォーマットを扱う。
【００５４】
図８および図８Ａを参照する。これらの図では、同様のエレメントには同様の参照符号が付されている。車両２５０は、ここでは自動車として示すが、１対のレーダ・ディスプレイ２５２、２５４、例えば、光またはＬＥＤが車両２５０の後部窓２５６の表面に装着されている。この特定的な実施形態では、ディスプレイ２５２、２５４は、後部窓２５６の内面上に配置されている。レーダ・ディスプレイは、携帯用レーダ・センサ２５８、２６０に結合されている。特定的な一実施形態では、レーダ・ディスプレイ２５２、２５４は、ワイヤ２６２、２６４のそれぞれを通じて、センサ２５８、２６０に結合されている。しかしながら、別の実施形態では、ディスプレイ２５２、２５４とセンサ２５８、２６０間にワイヤレス接続を用いることができる。レーダ・センサ２５８、２６０は、例えば、図１ないし図７と関連付けて先に説明した形式、および／または２００１年８月１６日に出願され「Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｏｂｊｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」（携帯用物体検出システム）と題する同時係属中の米国特許出願第０９／　　　　号に記載されているような形式として設けることができる。この特許出願の内容は、この言及により本願にも援用されるものとする。
【００５５】
レーダ・センサ２５８、２６０は、各々、サイド・ウインドウ（側方窓）２６６、２６８の内面に携帯可能に装着されている。レーダ・センサ２５２、２５４は、窓のブラケットに装着することができ、あるいは直接窓２６６、２６８に装着することができる。ワイヤ２７０、２７２が、レーダ・センサ２５８、２６０のそれぞれを、カー・バッテリまたは車両２５０の一部として設けられているその他の電源のような電源（図示せず）に結合する。しかしながら、再充電可能なバッテリや再充電不可能なバッテリのように、代わりの電源を使用してもセンサに給電可能であることは認められよう。
【００５６】
動作において、センサ２５８、２６０の一方がその検出ゾーン内で物体を検出した場合、センサは対応するディスプレイ２５２、２５４に、センサがその検出ゾーン内で物体を検出したという指示を出させる。車両２５０の運転者は、従来のバックミラー２７４を介してこの指示を受ける。バックミラー２７４内で、運転者はレーダ・ディスプレイ２５２、２５４を見ることができる。このように、検出システムは、車両の運転者に、各レーダ・センサ２５８、２６０に関連する検出ゾーン内における物体の存在を警報する。
【００５７】
ディスプレイ２５２、２５３によって与えられる視覚指示に代えては、またはこれに加えて、センサ２５８、２６０は、可聴警報デバイスによって、検出物体の可聴指示を与えることもできる。図には示さないが、レーダ・ディスプレイ２５２、２５４またはレーダ・センサ２５８、２６０内部の可聴警報デバイス、あるいは別個の可聴警報デバイスによって可聴指示を与えられることは、当業者には認められよう。実施形態によっては、可聴警報デバイスのみを利用することが望ましい場合や、それが必要な場合さえもあり、その場合、レーダ・ディスプレイ２５２、２５４は任意の選択肢となる。
【００５８】
ここでは、２つのレーダ・システムおよび２つのディスプレイを示し説明したが、用いるレーダ・システムおよびディスプレイは２つよりも少なくても、また多くても可能であることは認められよう。個々の用途のいずれにおいても、用いるレーダ・システムおよびディスプレイの特定数は、種々の要因に応じて選択される。その要因には、車両のサイズおよび形状、車両上の盲点の数、ならびに車両の盲点の位置が含まれるが、これらに限定される訳ではない。また、実施形態によっては、２つ以上のレーダ・システムを１つのレーダ・ディスプレイに相互に結合する場合もあることは認められよう。同様に、１つ、２つ、またはそれ以上のディスプレイを単一のレーダ・センサに結合することもできる。更に、例示した実施形態は、車両２５０内部に配置された、内面または側方窓上のレーダ・システムを示したが、レーダ・システムは車両外部、例えば、側方窓の外面上に配置することも可能である。
【００５９】
次に、図９を参照する。ここでは、図８および図８Ａと同様のエレメントには同様の参照符号が付されている。図示の携帯用センサ２５８は、第１および第２の対向面２７０ａ、２７０ｂを有するハウジング２７０を含む。アンテナ・システム（図９では見えない）が、ハウジング２７０の第１面２７０ａを介してＲＦエネルギを放射する。ハウジング２７０内には、１つ以上の放射センサ・エレメントが配置され、高集積ミリメートル波（ＭＷＭ）基板の一部として設けられている。ハウジング２７０上には、オーディオ検出警報のためのオーディオ出力ポート２７４、オーディオ警報オン／オフ・スイッチ２７６、レーダ・ディスプレイ・ケーブル取付のためのディスプレイ・コネクタ２７８、前述した代替給電構成の場合にバッテリを取り付けるためのバッテリ・ポート２８０、ならびに車両電力論理信号およびその他の信号の接続のためのコネクタ２８２が配置されている。ＬＥＤ２５２は、電気接続部２６２を介してセンサ２５８に結合されている。
【００６０】
物体を検出するために、ＲＦエネルギ２８２が面２７０ａを介して放射する。センサ２５８は、種々の技法によって車両に装着することができる。図１および図１Ａに関連付けて先に説明したように、例えば、センサは車両の一部（例えば、車両本体または外板またはシェルまたはカバーの下、あるいは車両のバンパ、側板および車両のフェーシアの後ろを含むが、これらに限定される訳ではない）の内部または後ろに装着することができる。また、センサは、車両の外部に装着することもできる。図９に示すように、例えば、クリップ２８４がセンサ２５８を車両窓２８６の内面２８６ａに結合する。別の実施形態では、センサ２５８を窓の外面２８６に結合することもできる。センサ２５８は、例えば、全体的に２８８で示すフックおよびループ・ファスナ・システムを用いて結合することもできる。図示のクリップ２８４は、車両の窓２８６の上縁上に配置され、フックおよびループ・ファスナ２８８を用いて、レーダ・センサ２５８をクリップ２８４に取り付ける。このように、センサ２５８を車両に着脱可能に結合し、したがって携帯可能に装着する。
【００６１】
図示のセンサ２５８は、長さＬが１２．７ｃｍ、幅Ｗが７．６ｃｍ、および厚さＴが３．８ｃｍであり、この厚さは２つの面２７２ａ、２７２ｂ間の距離に対応する。尚、他の寸法を有するセンサ・システムも使用可能であることは、当業者には認められよう。更に、クリップ２８４に加えて、別の外部装着構造および技法も可能であることも認められよう。
【００６２】
更に、コネクタ２８２に加えて、別の技法を用いてもセンサ２５８に給電可能であることも、当業者には認められよう。更に、放射面２７２ａが別の面の後ろ側に位置してレーダ・エネルギが効果的に伝搬できないのではない限り、センサ２５８はいずれの窓にも、あるいは車両の内面または外面のいずれにも装着可能であることも、当業者には認められよう。更にまた、車両周囲に好ましい検出ゾーンを設けるためには、センサ２５８を特定の方向に向ける必要があるは言うまでもない。
【００６３】
以上本発明の好適な実施形態について説明したが、その概念を組み込んだ別の実施形態も使用可能であることは、当業者には今や明白であろう。したがって、これらの実施形態は開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ限定されるべきである。
【００６４】
この中で引用した全ての刊行物および文献は、その言及により、その全体が本願にも明白に含まれることとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、車両バンパ部に装着したレーダ・システムの一部分解図である。
図１Ａは、車両バンパ部に装着したレーダ・システムの分解等幅図である。
【図２】
図２は、高集積単一基板ミリメートル波（ＭＭＷ）マルチビーム・センサ・システムを、ハウジングの一部を取り除いて、アンテナ・アパーチャが見えるように示す等幅図である。
【図３】
図３は、複数のアンテナ・エレメントで形成されたアレイ・アパーチャの上面図である。
【図４】
図４は、高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムの等幅図である。
図４Ａは、高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムの分解等幅図である。
【図５】
図５は、図１、図２および図４に示す形式の高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムの断面図である。
【図６】
図６は、図１、図２および図４に示す形式の高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムの詳細ブロック図である。
【図７】
図７は、ＲＦアンテナ、受信および送信回路を含む単一基板の断面図である。
【図８】
図８は、図１、図２および図４に示す形式の高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムを車両上に配置したときの上面図である。
図８Ａは、図８に示す高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムの側面図である。
【図９】
図９は、高集積単一基板ＭＭＷマルチビーム・センサ・システムの等幅図である。

Claims (1)

1. レーダ・センサであって、
   ベース部とカバー部とを有するハウジングと、
   アンテナならびにＲＦ送信および受信回路が配置された第１基板であって、前記ハウジングのベース部の一部を介して放射するようにアンテナ・アパーチャを配して、前記ハウジングのベース部に配置された、第１基板と、
   前記ハウジングのベース部において、前記第１基板の上に配置された第２基板であって、その上にＩＦ回路コンポーネントが配置されている、第２基板と、
   前記アンテナならびにＲＦ送信および受信回路を、前記第２基板上に配置された前記ＩＦ回路コンポーネントに結合する手段と、
   前記第１および第２基板の上に配置され、前記センサからＥＭＩが放射される場合その量を低減するＥＭＩシールドと、
   を備えたレーダ・センサ。

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