JP2010256327A - ミリ波撮像装置およびレーダーのためのデュアルバンドアンテナアレイおよびｒｆフロントエンド - Google Patents

ミリ波撮像装置およびレーダーのためのデュアルバンドアンテナアレイおよびｒｆフロントエンド Download PDF

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Abstract

【課題】低コストの３次元集積化自動車用レーダーを得る。
【解決手段】自動車用レーダーは、上面と底面を有する印刷回路基板、印刷回路基板の底面に取付けられ且つ第１の周波数信号と第２の周波数信号を生成するプロセッサ、印刷回路基板の上面上に形成された第２の液晶ポリマー層、第２の液晶ポリマー層上に印刷され且つパッチを有する第２のマイクロストリップアレイ、第２の液晶ポリマー層上に形成された第１の液晶ポリマー層、第１の液晶ポリマー層上に印刷され且つ有孔パッチを有する第１のマイクロストリップアレイ、パッチの下方に配置され且つ第２のマイクロストリップアレイに接続されたアンテナ、さらに第２の液晶ポリマー層の底面に接続され且つプロセッサに接続され、さらに第１のマイクロストリップアレイに第１の周波数の信号を送信し、第２の周波数の信号を第２のマイクロストリップアレイに送信する送信／受信モジュール、を備える。
【選択図】図１

Description

本特許出願は、本譲受人に譲渡され、且つここに参照によって明示的に組み込まれる同時継続中の、２００８年１２月１９日出願の米国特許出願第１２／３４０，４４８号「自動車用レーダーのためのデュアルバンドアンテナアレイおよびＲＦフロントエンド」および、２００８年４月４日出願の米国特許出願第１２／０９８，２８３号「３次元集積化自動車用レーダーおよびその製造方法」に基づいて優先権を主張し、且つその部分継続出願である。
本発明は、３次元集積化自動車用レーダーおよび受動的ミリ波撮像装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、３次元集積化自動車用レーダーおよび受動ミリ波撮像装置を形成するために使用することが可能な、デュアルバンドアンテナアレイおよびＲＦフロントエンドに関する。
自動車用レーダーシステムは、現在、多くの高級車に備え付けられている。自動車用レーダーシステムは、過去数年にわたり、自動車の速度を検知し且つ交通条件に合わせて調整するために、知的走行制御システムと共に用いられてきた。今日、自動車用レーダーシステムは、衝突回避のために自動車の周囲をモニタするための能動的安全装置と共に使用されている。現在の自動車用レーダーシステムは、長距離用（適応走行制御および衝突警告のために）および短距離用（衝突前、衝突緩和、駐車支援、見えない場所の検出等）に分けられる。例えば２４ＧＨｚ短距離レーダーシステムおよび７７ＧＨｚ長距離レーダーシステムの、典型的には１５×１５×１５cmの大きさの二個あるいはそれ以上のレーダーシステムが、長距離および短距離検出を提供するために使用される。長距離用レーダーシステムは、自動車前方の長い距離（例えば、２０から１５０メートル）の車両を追跡するために使用される。
従来の自動車用レーダーシステムは幾つかの欠点を有している。例えば、従来では複数のレーダーシステムが別個に自動車に取付けられるので、かなりのスペースが必要であり、無駄が多い。レーダーシステムを追加する毎に、各レーダーシステムの実装および組立てのコストが増加する。各レーダーシステムを適正に動作させるために、各レーダーシステムの上部に配置する機材は、その機材がＲＦに対して透明であるように注意して選択する必要がある。複数のＲＦ透明領域が車両のフロント、サイドおよびリアにおいて必要であるため、多重レーダーシステムのコストはさらに増加する。このように、レーダーシステムの数が増加すると、実装、組立て、取付けおよび機材コストが増加する。
従って、自動車用レーダーと撮像装置のための、デュアルバンドアンテナアレイとＲＦフロントエンドとを有する３次元集積化自動車用レーダーに対する必要性が、この技術分野において存在する。
本発明は、３次元（３Ｄ）集積化自動車用レーダーおよび受動（パッシブ）ミリ（ｍｍ）波撮像装置を形成するために使用することが出来る、デュアルバンドアンテナアレイとＲＦフロントエンドに関する。この３−Ｄ集積化自動車用レーダーは、７７ＧＨｚ長距離用レーダーおよびミリ波撮像装置応用の両方に対して使用することが出来る。この３次元集積化自動車用レーダーは、製造、組立ておよび取付けコストを著しく減少する。さらに、３次元集積化自動車用レーダーはコンパクトで、そのため、車両上にセンサを取り付けるために必要な空間、配線、および車両前部の複数の位置におけるＲＦ透過材料、を削減することが出来る。
ミリ波撮像装置は、情景から放射されたミリ波放射の受信に基づいて画像を形成する。ミリ波撮像装置は、夜間および昼間の両方において、霧、埃、霞および砂嵐などを介して物体を検地する能力を有している。ミリ波撮像装置はなんらの信号をも放射しないという利点を有しており、それによって、安全に動作させることが可能でしかも検出することが困難となる。
一実施形態では、本発明は、自動車用レーダーおよび撮像装置のためのデユアルバンドアンテナアレイおよびＲＦフロントエンドを形成する方法を含む。本発明は、２２０ＧＨｚミリ波受動撮像装置ＲＦフロントエンドを、３−ＤＲＦ集積化技術に基づいて、シングルチップ／システム上の７７ＧＨｚレーダーアンテナＲＦフロントエンドに結合する。撮像装置とレーダーを結合することによって、製造、組み立ておよびテスト費用において利点が発生する。撮像装置とレーダーを結合することによって、サイズをより小さくする事ができ、且つパッケージング、組み立ておよび取り付けをともに車両内（例えば、バンパ内）で行うことができる。さらに、撮像装置及びレーダー間のデータ転送をより早く、効率的に、且つより少ない接続および配線によって達成することが出来る。データは、環境の映像を作成するために、撮像装置およびレーダーの両方によって使用される。
他の実施形態では、自動車用レーダーは、上面、底面および空洞を有する印刷回路基板と、複数のパッチを有し且つ印刷回路基板の上面上に位置する下部層と、複数のパッチに接続され且つ下部層上に位置する下部マイクロストリップフィードと、を備える。この自動車用レーダーは、さらに、複数のパッチを露出させるための複数の孔を有し且つ下部層上に位置する上部層と、パッチに接続され且つ上部層上にいいする上部マイクロストリップフィードと、さらに、印刷基板の空洞内に位置し且つ第１の周波数を有する第１の信号を上部マイクロストリップフィードに第２の周波数を有する第２の信号を下部マイクロストリップフィードに送信するように構成された送信モジュールを含んでいる。この自動車用レーダーはさらに、孔が開けられたパッチの直下あるいはパッチの直下に位置し且つ第１のマイクロストリップアレイまたは第２のマイクロストリップアレイに接続された、アンテナを備えている。
本発明の特徴、目的および効果は、図面を参照して以下に述べる詳細な説明からより明白となるであろう。
本発明の一実施形態に係る低コスト、コンパクトレーダーおよび撮像装置の斜視図であり、このレーダーおよび撮像装置は、共通の接地板（グランドプレーン）上に配置された少なくとも２個の結合された層で構成されたデュアルバンドアレイを有する３次元集積化構造を利用する。 本発明の一実施形態に係る低コスト、コンパクトレーダーおよび撮像装置の上面図であり、このレーダーおよび撮像装置は、共通の接地板（グランドプレーン）上に配置された少なくとも２個の結合された層で構成されたデュアルバンドアレイを有する３次元集積化構造を利用する。 本発明の一実施形態に係る低コスト、コンパクトレーダーおよび撮像装置の展開図であり、このレーダーおよび撮像装置は、共通の接地板（グランドプレーン）上に配置された少なくとも２個の結合された層で構成されたデュアルバンドアレイを有する３次元集積化構造を利用する。 本発明の一実施形態に係るレーダーおよび撮像装置の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図であり、このレーダーおよび撮像装置は印刷回路基板（ＰＣＢ）上に形成されている。 本発明の他の実施形態に係るレーダーおよび撮像装置の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図であり、このレーダーおよび撮像装置において、第２の層がＰＣＢに直接取付けられており且つ実装されたＴ／Ｒモジュールが第２の層の底面にフリップチップにより取付けられている。 本発明の一実施形態に係るビアフェンスの断面図であり、このビアフェンスは、第１のパッチアレイと第２のパッチアレイとの間の分離を提供するために用いられる。 本発明の一実施形態に係るビアフェンスの上面図であり、このビアフェンスは、第１のパッチアレイと第２のパッチアレイとの間の分離を提供するために用いられる。 本発明の他の実施形態に係るレーダーおよび撮像装置の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図であり、このレーダーおよび撮像装置は７７ＧＨｚパッチアレイの下側に位置する２２０ＧＨｚ開口フィードを有している。 本発明の一実施形態に係る受動ミリ波撮像装置のブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る、異なる２２０ＧＨｚアンテナを有するレーダーおよび撮像装置の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図である。
本発明の種々の特徴の実施形態を実現する装置、システムおよび方法について、以下に図面を参照して説明する。図面およびそれに関連する説明は、本発明の幾つかの実施形態を説明するために提供されるものであって、本発明の範囲を限定するものではない。各図面において、参照番号は、参照された要素間の対応を示すために再使用される。この開示のために、用語“パッチ”は用語“アンテナ”と同義的に用いられている。
図１、２および３は、低コストコンパクトレーダーおよび撮像装置１００の斜視図、上面図および展開図であり、このレーダーおよび撮像装置１００は、本発明の一実施形態に従って、共通接地面１２０上に配置された少なくとも２個の結合層１０６および１０７によって形成されたデュアルバンドアレイ１０５を有する、３次元集積化構造を利用している。このレーダーおよび撮像装置１００は、７７ＧＨｚ自動車用レーダーと２２０ＧＨｚ受動ミリ波撮像装置を含んでいる。デュアルバンドアレイ１０５は、第１の層１０６（例えば、最上層あるいは上部層）と第２の層１０７（例えば下部層）とを含んでいる。一実施形態では、第１の層１０６と第２の層１０７は共に結合され、低コストのミリ波基板で形成され、それぞれ約４ミル（１０１．６μｍ）の厚さを有している。それぞれの基板が独自の製造公差と電気的、機械的特性を有する、多くの異なる基板を使用することが可能である。第１の層１０６と第２の層１０７は、Ａｒｌｏｎ ＣＬＴＥ−ＸＴ（ＰＴＦＥセラミック）、Ｒｏｇｅｒｓ ＲＴ ５８８０／ＲＯ ３００３（ＰＴＦＥグラスファイバ）、Ｒｏｇｅｒｓ液晶ポリマー（ＬＣＰ）、低温同時焼結セラミック（ＬＴＣＣ）、パリレンＮ誘電体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）セラミック、ＰＴＦＥグラスファイバ材料、シリコン材料、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）材料、アルミナ材料、テフロン（登録商標）材料、Ｄｕｒｏｉｄ材料、あるいは多層構造を形成するために積層可能な薄膜（約２−４ミル厚（５０．８−１０１．６μｍ））の金属化層を形成可能なその他の全ての材料、によって形成することができる。レーダーおよび撮像装置１００は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、ミドルウエア、マイクロコードあるいはこれらの全ての組み合わせ、を使用して実現することができる。一個またはそれ以上の要素の位置を変えおよび／または結合することが可能で、さらに他のレーダー／撮像装置を本発明の精神および範囲を維持しながらレーダーおよび撮像装置１００に代わって使用することができる。本発明の精神および範囲を維持しながら、レーダーおよび撮像装置１００に要素を追加することができ、あるいは取り除くことができる。
第１の層（即ち、最上層）１０６は、７７ＧＨｚ動作に対する直列マイクロストリップパッチアレイ１１０を有している。パッチアレイ１１０は一個またはそれ以上の有孔パッチ１１１（即ち、アンテナ）を含んでおり、このパッチにおいてそれぞれの孔即ち開口１１２は約１．４ミリ角の開口であり、この開口は、第２の層（最下層）１０７にあるいはその上に位置する２２０ＧＨｚパッチ１１３（即ち、アンテナ）を露出させる。なお、第２の層１０７は、２２０ＧＨｚ動作の直列マイクロストリップパッチアレイ１１５を有している。２２０ＧＨｚ直列マイクロストリップパッチアレイ１１５は、第２の層１０７上に印刷されていても良い。一実施形態では、各有孔パッチ１１１は約３．６ミリ角であり、各パッチ１１３は約１．２ミリ角である。パッチ１１１は、コネクタ１１４を介して相互に接続されている。各開口１１２の大きさは、パッチ１１１および１１３の放射効率において最も影響が小さいように、最適化されている。一実施形態では、第１の層１０６上の開口１１２は、２２０ＧＨｚパッチ１１３から放射線が障害無く放出されることを可能とする。さらに、開口１１２は、パッチ１１１および１１３の放射効率をさらに向上させるために、小さな角状の開口として形成することができる。
格子ローブを無くし且つサイドローブを低いレベルに保つために、第１のパッチアレイ１１０と第２のパッチアレイ１１５との間の間隔はλ0／２である。ここで、λ0は、２２０ＧＨｚおよび７７ＧＨｚそれぞれにおける自由空間波長である。二つの波長間の比（２２０／７７≒３）に基づいて、二個の２２０ＧＨｚパッチ１１３が、一個の７７ＧＨｚパッチ１１１の外側境界内に配置されている。さらに、二個の２２０ＧＨｚパッチ１１３が隣接する二つの７７ＧＨｚパッチ１１１間に配置されている。
図４は、本発明の一実施形態に従って、印刷回路基板（ＰＣＢ）１０９上に形成されたレーダーおよび撮像装置１００の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図である。一実施形態では、パッケージング層１０８がＰＣＢ１０９上に形成されている。パッケージング層１０８はＬＣＰで形成され、且つＴ／Ｒモジュール１４１を実装するために使用される。例えば、パッケージング層１０８は、Ｔ／Ｒモジュール１４１を保持する空洞１４０を有していても良い。さらに、ＩＦフィルタをパッケージング層１０８に埋め込んでもあるいはその上に形成しても良い。一実施形態では、Ｔ／Ｒモジュール１４１は両方の周波数あるいは多重周波数で使用することができる。
第２の層１０７は、２２０ＧＨｚアレイ１１３とＴ／Ｒモジュールグランド１２０との間に形成されても良い。第２のパッチ１１３のアレイは、第２の層１０７の上、あるいはその層の一部として形成される。マイクロストリップフィード１２２は、第２のパッチ１１３のアレイをＴ／Ｒモジュール１４１に接続する。マイクロストリップフィード１２２は、第２のビア１２４を介してＴ／Ｒモジュール１４１に移行する。第１の層１０６は、マイクロストリップフィード１２２および／または第２の層１０７の上に形成されても良い。第１の有効パッチ１１１（例えば、７７ＧＨｚパッチ）のアレイは、第１の層１０６の上にあるいはその層の一部として形成されても良い。第１の層１０６上の孔１１２は比較的障害の無い放射を第２のパッチ１１３（例えば、２２０ＧＨｚパッチ）のアレイから通過させる。一実施形態では、それぞれの孔１１２は角状の開口（即ち、角の下部の円周が角の上部の円周よりも小さい）であり、これによって各パッチ１１３の放射効率を向上させる。マイクロストリップフィード１２１は、第１のパッチ１１１のアレイをＴ／Ｒモジュール１４１に接続する。マイクロストリップフィード１２１は、第１のビア１２３を介してＴ／Ｒモジュール１４１に移行し、且つ、第１の層１０６上に形成され、あるいは第１の層１０６の一部として形成されても良い。第１の層１０６は、７７ＧＨｚ直列パッチアレイ１１０とマイクロストリップフィード１２１を含んでいても良い。マイクロストリップフィード１２１とマイクロストリップフィード１２２は、フィードコネクタのネットワークあるいはラインを含んでいても良い。
第１の層１０６は一個またはそれ以上のマイクロストリップフィード１２１を有し、第２の層１０７は一個またはそれ以上のマイクロストリップフィード１２２を有している。マイクロストリップフィード１２１および１２２は、それぞれ、第１および第２の層１０６、１０７への接続体として使用される。一実施形態では、パッチアレイ１１０および１１５はマイクロストリップパッチアンテナを備えている。
複数のチップおよび／または部品１６０（例えば、２個のシリコン−ゲルマニウム（ＳＩＧｅ）ＢｉＣＭＯＳチップ）を、ＰＣＢ１０９の底面１１９上に取付けても良い。複数のチップおよび／または部品１６０は、以下の一個またはそれ以上を含んでいても良い：デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタルクロック、温度制御装置、メモリ、マイクロプロセッサ、ダイナミックリンクライブラリ、ＤＣポート、データポート、電圧制御発振器、ＰＬＬ等。複数のチップおよび／または部品１６０は、ワイヤレスリンクあるいはＰＣＢ１０９上のコネクタ、トレースあるいはワイヤを介して相互に接続されていても良い。Ｔ／Ｒモジュール１４１からの出力信号１７０（即ち、デジタル、ＤＣ、ＩＦあるいはＲＦ信号）を、貫通ビア１６５を使用して（またはワイヤレスで接続されて）複数のチップおよび／または部品１６０に直接接続しても良い。
Ｔ／Ｒモジュール１４１は、第２の層１０７の底面上にフリップチップ結合あるいは取付けしても良い。フリップチップ移行は、寄生インダクタンスが非常に小さく且つ従来のワイヤボンドに比べてロスが小さい。複数の放熱ビア１６２が、Ｔ／Ｒモジュール１４１に直接接続されており、第１および第２の層１０６、１０７を介して（熱を）通過させる。複数の放熱ビア１６２はＴ／Ｒモジュール１４１から熱を除去し、この熱を、第１の層１０６の上部表面１１６上に位置する排熱領域１６３に移送するために使用される。
図５は、レーダーおよび撮像装置２００の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図であって、このレーダーおよび撮像装置２００では、本発明の他の実施形態に従って、第２の層１０７がＰＣＢ１０９に直接取付けられており、パッケージされたＴ／Ｒモジュール１４１が第２の層１０７の底面１１７にフリップチップマウントされている。実装されたＴ／Ｒモジュール１４１からの出力信号１７０（例えば、デジタル、ＤＣ，ＩＦまたはＲＦ信号）を、ワイヤボンド１６６（あるいはワイヤレス接続）を使用して複数のチップおよび／または部品１６０に直接接続しても良い。この実施形態では、Ｔ／Ｒモジュール１４１は予めパッケージされており、それによって追加のＬＣＰ層（例えば、図４の１０８）は必要ない。
図６Ａおよび６Ｂは、ビアフェンス１９０（即ち、直線に沿って配置された複数のビア１９５）の断面図および上面図である。このビアフェンス１９０は、本発明の一実施形態に従って、第１のパッチアレイ１１０と第２のパッチアレイ１１５との間の分離に使用される。ビアフェンス１９０は二つの周波数間で高い分離を確実にする。ビア１９５は距離Ｄだけ離れていても良く、ここでＤは、バンドギャップフィルタを形成するために変化し得る。バンドギャップ効果を得るために、ビア１９５に加えて、接地（グランド）面１２０上に周期的構造をエッチングすることができる。これらのバンドギャップ効果の結果として、２２０ＧＨｚ送信ライン上の７７ＧＨｚ信号をフィルタして除去することができ、またその逆も可能である。
図７は、本発明の他の実施形態に係るレーダーおよび撮像装置３００の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図である。このレーダーおよび撮像装置３００は、７７ＧＨｚパッチアレイ１１１の下方に配置される２２０ＧＨｚ開口フィードアレイ１３３を有している。２２０ＧＨｚアレイ１１３は、開口フィードされる。特に、複数の開口１３３が接地面１２０上に形成され、各開口１３３は２２０ＧＨｚパッチ１１３の下または下方に形成され、２２０ＧＨｚマイクロストリップライン１２２は、第３の層１０３の裏面上に形成されあるいは印刷される。
一実施形態では、第１の層１０６は、マイクロストリップフェードネットワーク１２１と共に７７ＧＨｚ孔開きパッチ１１１のアレイを有している。第１の層１０６はさらに、ＳｉＧｅまたはＣＭＯＳ７７ＧＨｚＴ／Ｒモジュール１４１において発生した熱を除去するための排熱領域１６３を含んでいる。接地面１２０は、第３の層１０３上にあるいはこの層に隣接して形成される。第３の層１０３は、第１および第２の層１０６、１０７と類似の層であって良い。従って、接地面１２０が７７ＧＨｚパッチアレイ１１１とチップ１６０を２２０ＧＨｚ部品（例えば、２２０ＧＨｚ受信器モジュール１４２および１４３）から分離し、それによって、７７ＧＨｚラインまたはシステムと２２０ＧＨｚラインまたはシステム間の漏洩を最小とする、即ち減少させる。複数のチップおよび／または部品１６０はＰＣＢ１０９に接続されあるいは取付けられている。典型的には、一個の２２０ＧＨｚ受信器モジュール（例えば、ＳｉＧｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓあるいはＣＭＯＳチップ）が各ピクセルの後ろに配置され、従って、２２０ＧＨｚ焦点面アレイ８１０に対して配電網は存在しない。
マイクロストリップフィード１２１は、第１の層１０６を第１（例えば７７ＧＨｚ）の送受信（Ｔ／Ｒ）モジュール１４１に接続するために使用され、マイクロストリップフィード１２２は第２の層１０７を第２（例えば２２０ＧＨｚ）のＴ／Ｒモジュール１４２に接続するために使用される。第１のＴ／Ｒモジュール１４１は第１の層１０６の上面１１６上に形成されあるいは配置され、第１のマイクロストリップフィード１２１に接続されていても良い。第２のＴ／Ｒモジュール１４２は、第３の層１０３の底面１０４上に形成されあるいは配置され、第２のマイクロストリップ１２２に接続されていても良い。第１のＴ／Ｒモジュール１４１は複数のチップおよび／または部品１６０にビア１７２を使用して接続され、第１および第２の受信ジュール１４２および１４３は、配線あるいは無線信号１７０を用いて複数のチップおよび／または部品１６０に接続されている。
７７ＧＨｚ動作のためのパッケージされたモジュール１４１は、第１の層１０６の最上面１１６上に取付けられ、さらに、２２０ＧＨｚ動作のためのパッケージされた１４２および１４３は第３の層１０３上に取付けられる。第１および第２のＴ／Ｒモジュール１４１および１４２は、次に記載する一個またはそれ以上を含むＴ／Ｒモノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）またはシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）ＢｉＣＭＯＳチップであって良い：Ｔ／Ｒスイッチ、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、可変利得増幅器（ＶＧＡ）、電源増幅器（ＰＡ）、位相シフタ、混合器、中間周波数（ＩＦ）増幅器およびアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器。第１のＴ／Ｒモジュール１４１は、第１の周波数信号（例えば、７７ＧＨｚ信号）を生成しても良く、第１および第２のモジュール１４２および１４３は第２の周波数信号（例えば、２２０ＧＨｚ信号）を受信しても良い。
３個のミリ波基板層１０６、１０７および１０３は、第３の層１０３がＰＣＢ１０９上に直接取付けられるようにして、ＰＣＢ１０９上に取付けられている。このＰＣＢは全てのデジタル回路を受け入れる。Ｔ／Ｒモジュール１４１とＰＣＢ１０９間の相互接続は、ビア１６２（７７ＧＨｚモジュールに対して）を介して達成され、受信モジュール１４２および１４３とＰＣＢ１０９間の相互接続はワイヤボンド１７０（２２０ＧＨｚモジュールに対して）を介して達成される。両方の場合、相互接続は非常に低い中間周波数またはＤＣにおいて行われる。従って、ＰＣＢ１０９への相互接続には、限られた寄生効果のみしか存在しない。排熱領域１６３はアレイの側に存在し、適切な熱ストラップが、Ｔ／Ｒモジュール１４１と受信モジュール１４２、１４３の下から熱を取り去るために使用される。
図８は、本発明の一実施形態に係る受動ミリ波撮像装置８００のブロック図である。ミリ波撮像装置８００は、ある焦点面において受信した複数のミリ波光線を焦点合わせするレンズ８０５を含んでいる。この焦点面上で、複数の高感度受信器の焦点面アレイ（ＦＰＡ）が受信した複数のミリ波光線を検出し、読出し集積回路を使用して信号を再構成する。７７ＧＨｚレーダーは、その動作のためにレンズを必要としない。一実施形態では、レンズをビーム修正およびサイドローブレベルの減少のためのみに使用することができるが、しかしながらこのレンズは必ずしも必要ではない。レーダーおよび撮像装置３００は、パッチ１１１および１１３上に配置されたレンズを使用することができ、このレンズは７７ＧＨｚにおいて完全に透明であり且つ２２０ＧＨｚで動作する。その代わりに、レーダーおよび撮像装置３００は、パッチ１１１および１１３上に配置された、７７ＧＨｚおよび２２０ＧＨｚの両方で動作するレンズを使用することもできる。
図９は、本発明の他の実施形態に従って、異なる２２０ＧＨｚアンテナを有するレーダーおよび撮像装置４００の３−Ｄ集積化デュアルバンドＲＦフロントエンドの断面図である。例えば、２２０ＧＨｚアンテナに対して、マイクロストリップパッチアンテナを使用しても良い。他の例では、７７ＧＨｚパッチにおいて孔開き（穿孔）を使用しさらに２２０ＧＨｚのホーンアンテナ１８０を形成しても良い。別の例では、２２０ＧＨｚ動作に対してエンドファイヤアンテナ１８１を形成する。エンドファイヤアンテナ１８１は、７７ＧＨｚ穿孔パッチ１１１の孔１１２内に垂直に設置される。エンドファイヤアンテナ１８１は、ヤギウダアンテナあるいは全ての形状の傾斜スロットアンテナ（例えば、ヴィバルディ（Ｖｉｖａｌｄｉ）、フェルミなど）であり得る。一例として、図９は、一個の２２０ＧＨｚ角状アンテナ１８０と一個の２２０ＧＨｚ傾斜スロットアンテナ１８１を示している。導波路からマイクロストリップへの遷移が２２０ＧＨｚ角状アンテナ１８０への電源供給に使用される。共平面導波路から共平面ストリップへの遷移が、２２０ＧＨｚ傾斜スロットアンテナ１８１への電源供給に使用される。
アンテナを印刷し、ＳｉＧｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓあるいはＣＭＯＳチップを取付け、熱管理システムを形成し、チップをパッケージングすることに関連する費用を削減するために、（ＬＣＰのような）低コスト基板を使用する。これによって、此処に開示したレーダーおよび撮像装置の全体のコストがかなり削減される。３−Ｄ集積化技術によって、アンテナから受信器チップ上の低雑音増幅器までのＲＦ遷移の必要数が削減され、さらに挿入ロスが改善されるので、３−Ｄ集積化技術はレーダーおよび撮像装置の効率を改善する。これによって、全体のシステムノイズが減少し、レーダーおよび撮像装置の感度（例えば、範囲および最小検出可能ターゲットレーダー断面）が改善される。２２０ＧＨｚ撮像装置および７７ＧＨｚレーダーを結合することによって、両方のシステムに対して１個の取付けブラケットのみを用いることができるため、ミリ波センサを設置するために必要な車両上の空間が減少する。さらに、ミリ波センサのパッケージング、組立ておよび取付けのためのコストが減少する。さらに、２２０ＧＨｚ撮像装置および７７ＧＨｚレーダーを結合することにより、センサ間のデータ融合のための配線の必要性およびミリ波透明材料の使用の必要性が減少する。
当業者は、ここに開示された事例と関連して記載されている種々の説明的な論理ブロック、モジュール、およびアルゴリズムステップが、電子的ハードウエア、コンピュータソフトウエアあるいはこれらの組み合わせによって実現可能であることを理解するであろう。ハードウエアとソフトウエアのこのような互換性を明瞭に説明するために、種々の説明的な部品、ブロック、モジュール、回路およびステップを、上記においてそれらの機能の観点から一般的に説明している。このような機能をハードウエアとしてあるいはソフトウエアとして実現するかに関しては、特定の応用およびシステム全体に果たされた設計上の制約に依存する。熟練した技術者であれば、特定の応用それぞれに、様々な方法で記載された機能を実現することができるであろう。しかしながら、このような実行の決断は、開示された装置および方法の範囲から逸脱するものとして解釈されるべきではない。
ここに開示された事例と関連して記載されている、種々の説明的な論理ブロック、モジュールおよび回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）あるいはその他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタ論理、ディスクリートハードウエアコンポーネント、またはここに記載された機能を実行するように設計されたこれらの全ての組み合わせ、によって実現され且つ実施される。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであって良いが、しかしその代わりに、プロセッサは従来の全てのプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラまたはステートマシンであっても良い。プロセッサはさらに、計算装置、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと関連した一個またはそれ以上のマイクロプロセッサ、あるいはその他の全てのこのような構成、の組み合わせによって実現が可能である。
ここに開示した事例に関係して記載されている方法またはアルゴリズムのステップは、直接ハードウエアによって、プロセッサによって実行されるソフトウエアモジュールによって、あるいはこれらの二つの組み合わせによって実現することが可能である。ソフトウエアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスター、ハードディスク、リムーバブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいはこの分野で周知の記録媒体中に存在するようにしても良い。典型的な記憶媒体は、プロセッサが記録媒体から情報を読み出し、情報を書き込むことができるように、プロセッサと結合されている。あるいは、記憶媒体はプロセッサに一体化されていても良い。プロセッサおよび記憶媒体は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）中に組み込んでも良い。ＡＳＩＣはワイヤレスモデム中に存在していても良い。あるいは、プロセッサおよび記憶媒体は、ワイヤレスモデム中に独立の部品として存在していても良い。
開示された事例の上記記載は、全ての当業者が開示された方法および装置を製造し且つ使用することを可能にするべく提供されている。これらの事例に対する種々の変更は、当業者が容易に理解することができるものであり、ここに定義した原理は、開示した方法および装置の精神および範囲を逸脱することなく他の事例に適用することができる。記載した実施形態は、全ての点において説明のためであり本発明を限定するものではなく、従って、本発明の範囲は上記記載よりもむしろ添付の請求の範囲によって示されるものである。請求の範囲の意味および等価の範囲内の全ての変更は、その範囲内であるとして受け入れられるべきである。
１００ レーダーおよび撮像装置
１０３ 第３の層
１０５ デュアルバンドアレイ
１０６ 第１の層
１０７ 第２の層
１１０ 第１のマイクロストリップパッチアレイ
１１１ 有孔パッチ
１１２ 開口
１１３ ２２０ＧＨｚパッチ
１１５ 第２のマイクロストリップパッチアレイ
１０９ 印刷回路基板（ＰＣＢ）
１２０ 接地面

Claims (20)

  1. 上面と底面を有する印刷回路基板と、
    前記印刷回路基板の底面に取付けられたプロセッサであって、前記プロセッサは第１の周波数信号と第２の周波数信号を生成するように構成されたプロセッサと、
    前記印刷回路基板の前記上面上に形成された第２の液晶ポリマー層と、
    前記第２の液晶ポリマー層上に印刷され且つパッチを有する第２のマイクロストリップアレイと、
    前記第２の液晶ポリマー層上に形成された第１の液晶ポリマー層と、
    前記第１の液晶ポリマー層上に印刷され且つ有孔パッチを有する第１のマイクロストリップアレイと、
    前記パッチの下方に配置され且つ前記第２のマイクロストリップアレイに接続されたアンテナと、さらに
    前記第２の液晶ポリマー層の底面に接続された送信／受信モジュールであって、前記プロセッサに接続され、さらに前記第１のマイクロストリップアレイに前記第１の周波数の信号を送信し、前記第２の周波数の信号を前記第２のマイクロストリップアレイに送信するように構成された送信／受信モジュールと、を備える、自動車用レーダー。
  2. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記パッチは前記有孔パッチの直下に配置される、自動車用レーダー。
  3. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記送信／受信モジュールは、前記第２の液晶ポリマー層の底面にフリップチップマウントされている、自動車用レーダー。
  4. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、さらに、前記送信／受信モジュールから熱を取り除くために前記送信／受信モジュールに直接接続された複数の排熱ビアを供える、自動車用レーダー。
  5. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記パッチは前記有孔パッチの外側境界内に位置している、自動車用レーダー。
  6. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記第１の液晶ポリマー層は前記第２の液晶ポリマー層に結合されている、自動車用レーダー。
  7. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記第２の周波数の信号は前記有孔パッチを介して前記パッチから送信される、自動車用レーダー。
  8. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記送信／受信モジュールは、前記第１の周波数の信号を送信するための第１の送信／受信モジュールと、前記第２の周波数の信号を送信するための第２の送信／受信モジュールとを含む、自動車用レーダー。
  9. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記第１の周波数の信号は約７７ＧＨｚであり、前記第２の周波数の信号は約２２０ＧＨｚである、自動車用レーダー。
  10. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記アンテナは、２２０ＧＨｚ角状アンテナ、２２０ＧＨｚエンドファイヤアンテナおよび２２０ＧＨｚ傾斜スロットアンテナから成るグループから選択される、自動車用レーダー。
  11. 請求項１に記載の自動車用レーダーにおいて、前記送信／受信モジュールは、ＳｉＧｅＢｉＣＭＯＳチップおよび全シリコンＣＭＯＳチップからなるグループから選択される、自動車用レーダー。
  12. 請求項１１に記載の自動車用レーダーにおいて、さらに、前記ＳｉＧｅＢｉＣＭＯＳチップおよび接地ビア上に集積化された電圧制御発振器と、前記電圧制御発振器によって生成されたノイズを分離するための分割接地面とを備える、自動車用レーダー。
  13. 上面と底面を有する印刷回路基板と、
    空洞を有し且つ前記印刷回路基板の上面に配置されたパッケージング層と、
    複数のパッチを有し且つ前記パッケージング層上に配置された下部層と、
    前記複数のパッチに接続され且つ前記下部層上に配置された下部マイクロストリップフィードと、
    前記下部層上に位置し且つ前記複数のパッチを露出するための複数の孔を備えたパッチを有する上部層と、
    前記上部層に位置し且つ前記パッチに接続された上部マイクロストリップフィードと、さらに
    前記パッケージング層の前記空洞内に配置され、さらに、第１の周波数を有する第１の信号を前記上部マイクロストリップフィードに送信し且つ第２の周波数を有する第２の信号を前記下部マイクロストリップフィードに送信するように構成された、送信モジュールと、を備える自動車用レーダー。
  14. 請求項１３に記載の自動車用レーダーであって、前記パッケージング層、前記下部層および前記上部層はそれぞれ、液晶ポリマー、低温同時焼結セラミック、パリレンＮ誘電体、ＰＴＦＥセラミックおよびＰＴＦＥグラスファイバ材料からなるグループから選択された材料で形成される、自動車用レーダー。
  15. 請求項１３に記載の自動車用レーダーであって、前記送信モジュールは、ＳｉＧｅＢｉＣＭＯＳチップおよび全シリコンＣＭＯＳチップからなるグループから選択される、自動車用レーダー。
  16. 請求項１３に記載の自動車用レーダーであって、前記第２の信号は、前記複数の孔を介して前記複数のパッチから送信される、自動車用レーダー。
  17. 請求項１３に記載の自動車用レーダーであって、前記送信モジュールは、第１の信号を送信するための第１の送信モジュールと、前記第２の信号を送信するための第２の送信モジュールを含む、自動車用レーダー。
  18. 請求項１３に記載の自動車用レーダーであって、前記第１の周波数は約７７ＧＨｚであり、前記第２の周波数は約２２０ＧＨｚである、自動車用レーダー。
  19. 請求項１３に記載の自動車用レーダーであって、さらに、前記送信モジュールから熱を取り除くために前記送信モジュールに直接接続された複数の排熱ビアを供える、自動車用レーダー。
  20. 上面と底面と空洞を有する印刷回路基板と、
    複数のパッチを有し且つ前記印刷回路基板の前記上面上に配置された下部層と、
    前記複数のパッチに接続され且つ前記下部層上に配置された下部マイクロストリップフィードと、
    前記複数のパッチを露出する複数の孔を有し且つ前記下部層上に配置された上部層と、
    前記パッチに接続され且つ前記上部層上に配置される上部マイクロストリップフィードと、さらに、
    前記印刷回路基板の前記空洞内に配置され、第１の周波数を有する第１の信号を前記上部マイクロストリップフィードに送信し、第２の周波数を有する第２の信号を前記下部マイクロストリップフィードに送信するように構成された、送信モジュールと、を備える自動車用レーダー。
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