JP2670422B2 - ミリ波レーダセンサのための組付け放射構造体 - Google Patents

ミリ波レーダセンサのための組付け放射構造体

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はレーダセンサに係り、よ
り詳細には、ミリメータ波レーダセンサのためのコンパ
クトで融通性のある組付け放射構造体に係る。
【０００２】
【従来の技術】所望のフィールド内の物体を検出するた
めにレーダセンサが一般に使用されている。レーダ、レ
ーザ、赤外線（ＩＲ）又は超音波の原理を使用した典型
的な感知システムが開発されている。しかしながら、こ
れらのシステムには各々欠点がある。現在のレーザセン
サが動作する周波数は、進歩したモノリシックのミリメ
ータ波集積回路（ＭＭＩＣ）及びコンパクトなパッチア
ンテナ技術を組み込むにはあまりに低過ぎる。一般に、
これらのセンサユニットはかさばる上に、ホストシステ
ムに合体することが困難である。更に、現在のレーダセ
ンサユニットは、非常に多数の部品を必要とし、これが
ユニットのコストを引き上げている。その結果、これら
システムはそのモジュール化及び融通性に制約があり、
ひいては、その用途が限定される。典型的なレーザセン
サは一般に潜在的に健康上危険であるのに加えて、コス
トが高いという問題がある。更に、これらは霧や煙のよ
うな環境条件によって制約を受ける。赤外線及び超音波
センサは、ノイズに加えて、環境上の障害や他の同様の
ソースによる障害に対して敏感であることを含む制約が
ある。
【０００３】種々の用途のための多数のシステムに容易
に合体できる効果的なコンパクトで融通性のある一体的
なレーダセンサが要望されている。特に、自動車、宇宙
及び防衛に関連した用途等のためのコンパクトで低コス
トの融通性のあるレーダセンサが要望されている。この
ような用途は、衝突回避のための盲点検出器を構成する
ように自動車にこのようなレーダセンサを合体すること
を含む。四輪駆動機能を伴うような進歩した乗物設計に
対しては、航行制御目的、正確な乗物速度測定及び四輪
操向のために乗物の真の地上速度を決定するスマートな
センサが必要とされる。更に、進歩した適応サスペンシ
ョンシステム用として乗物の高さを測定しそして路面を
前以って投影するためのスマートなセンサも要望されて
いる。更に、軍事用途では、夜間の運転中や、霧及び戦
場の煙のような悪条件のもとで、装甲車、重ロボット装
置及びあらゆる形式の輸送装置の衝突回避用のコンパク
トなモジュール式の低コストセンサが要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような用途に対し
てセンサシステムが開発され、提供されている。典型的
なシステムは、一般に、レーダ、レーザ、赤外線及び超
音波センサを使用している。しかしながら、これらのシ
ステムは、コストが高く、性能が悪く、サイズが大きく
そして融通性に制約があるために、あまり広範囲に使用
されていない。それ故、効果的で、低コストで、コンパ
クトで且つ安全に動作するレーダセンサを得ることが所
望される。更に、種々のシステムに容易に合体できるレ
ーダセンサを得ることが所望される。このようなシステ
ムには、盲点検出器、真の地上速度測定装置、乗物高さ
測定装置の機能や、他の種々の使用目的を果たす自動車
が含まれる。レーダセンサを構成する従来の方法は、個
別部品である電子装置とアンテナを使用している。これ
らの電子装置は、一般に、環境保護及び電磁シールド作
用のためにシールされた導電性ボックス内にパッケージ
される。次いで、電子装置とアンテナが組み立てられ
る。別の従来方法では、電子装置がホーンアンテナの内
部にパッケージされる。更に別の解決策では、給電アッ
センブリを反射器又はレンズアンテナシステムと組み合
わせて使用している。このような設計は、かさばる上
に、高価である。
【０００５】そこで、電子装置及びアンテナシステムを
コンパクトにパッケージしたレーダシステムに一体化す
るレーダシステムが所望される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のコンパクトなレ
ーダシステムは、上面及び下面を有する誘電体基板を備
えている。この誘電体基板の上面には接地面が形成さ
れ、そしてこの接地面には放射スロットが形成される。
更に、誘電体基板の下にはレーダトランシーバが配置さ
れ、送信信号を発生する。誘電体基板の上に離間された
周波数選択性表面は、複数の均一に離間された孔を有す
る放射開口を備えている。この周波数選択性表面は、ト
ランシーバに向かう一方の方向における放射スロットか
らの電磁エネルギーの流れを減少させ且つトランシーバ
から遠ざかる反対方向における電磁放射の流れを増大さ
せる。本発明の別の特徴においては、接地面には更に受
信スロットが形成される。レーダトランシーバは反射信
号を受信し、そして周波数選択性表面は複数の離間され
た孔を含む受信開口を備えている。本発明の更に別の特
徴においては、レーダシステムは、更にそのレーダシス
テムを包囲する上部及び下部ハウジングを備えている。
本発明の更に別の特徴においては、レーダトランシーバ
は、放射及び受信スロットに接続された放射及び受信マ
イクロストリップ給電ラインを備えている。このマイク
ロストリップ給電ラインは誘電体基板の下面に形成でき
る。
【０００７】本発明の更に別の特徴においては、レーダ
システムは、更に、誘電体基板と下部ハウジングとの間
に配置されたデジタル信号処理回路と、周波数選択性表
面を接地面上に離間するためのスペーサとを備え、周波
数選択性表面の放射開口は、放射マイクロストリップ給
電ラインのインピーダンスと実質的に整合する。他の目
的、特徴及び効果は、容易に明らかであろう。又、当業
者であれば、添付図面を参照した以下の説明を読むこと
により、本発明の種々の効果が明らかとなろう。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明によるコンパクトなミリメー
タ波（ＭＭＷ）レーダセンサ１０を示すブロック回路図
である。このレーダセンサ１０は、モノリシックなミリ
メータ波集積回路（ＭＭＩＣ）トランシーバ１２を使用
している。このトランシーバ１２はＭＭＷ送信及び受信
機能を与えるもので、これらは公知の標準的な写真平版
技術を用いて単一モノリシックチップ１３上に集積化さ
れる。トランシーバ１２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）２
０を備え、これは増幅器２２に接続される。この増幅器
２２は、更に、カプラー２５に接続され、これはデュー
プレクサ２４のポートＡに接続される。デュープレクサ
２４のポートＢには前置増幅器２８が接続され、アンテ
ナ１４により受信した反射信号を増幅する。平衡ミクサ
２６が設けられており、その入力は前置増幅器２８の出
力に接続されている。平衡ミクサ２６は、更に、電圧制
御発振器２０及び送信増幅器２２により発生された送信
信号に対するカプラー２５の出力の結果である漏れ信号
を受信する。平衡ミクサ２６は、送信信号と反射信号と
の差を与えるように構成される。平衡ミクサ２６の出力
は、距離情報を含むビート周波数として知られている中
間周波（ＩＦ）である。別の実施例では、デュープレク
サ２４及びカプラー２５を除去して単一のカプラーに置
き換え、更にコストを節約しサイズを縮小することがで
きる。
【０００９】アンテナ１４はデュープレクサ２４のポー
トＣに接続される。アンテナ１４はマイクロストリップ
パッチアンテナである。他のアンテナ構成も当業者に容
易に明らかであろう。アンテナ１４は、監視されるべき
所望のフィールド全体にわたり高周波数変調搬送波信号
を送信する。この送信信号は、周波数が約３５ないし９
４ＧＨｚである。もっと高い周波数信号を使用すること
もできる。更に、アンテナ１４は、送信信号がフィール
ド内に位置する物体から反射した結果である反射信号も
受信する。平衡ミクサ２６の出力には、そこからのＩＦ
出力信号を増幅するためにＩＦ前置増幅器３０が接続さ
れている。このＩＦ前置増幅器３０の出力には、高いダ
イナミックレンジを与える自動利得制御増幅器３２が接
続される。自動利得制御増幅器３２の出力には、そこか
らの信号を受信するためにアナログ−デジタル変換器３
４が接続されている。このアナログ−デジタル変換器３
４は、更に、デジタル信号プロセッサ１６のクロック３
７からクロック信号を受信し、そしてデジタル信号プロ
セッサ１６へデジタル出力を供給する。アナログ−デジ
タル変換器３４は標準在庫品の８ビットコンバータであ
り、ＩＦ信号を取り扱って約４８ｄＢのダイナミックレ
ンジを与えることができる。更に、デジタル信号プロセ
ッサ１６には、そこから入力信号を受け取るためにデジ
タル−アナログ変換器３６が接続される。このデジタル
−アナログ変換器３６は、利得制御信号を自動利得制御
増幅器３２へ送り、これは約５０ｄＢのダイナミックレ
ンジを与える。自動利得制御増幅器３２は、アナログ−
デジタル変換器３４、デジタル信号プロセッサ１６及び
デジタル−アナログ変換器３６と組み合わされて、ダイ
ナミックレンジ調整制御ループ３５を形成する。この制
御ループ３５は、ターゲットの反射の変化及び所望の距
離範囲を処理するに必要なダイナミックレンジを与え
る。
【００１０】デジタル信号プロセッサ１６には、そこか
ら方形波信号を受け取るためにＦＭ変調器４０が接続さ
れている。このＦＭ変調器４０は、方形波の波形と同じ
周期で三角変調波形信号を供給するよう構成される。Ｆ
Ｍ変調器４０からの出力は、トランシーバ１２の電圧制
御発振器２０の入力に接続されて、周波数変調信号をそ
こに供給する。デジタル信号プロセッサ１６は、更に、
外部インターフェイス４２に接続される。この外部イン
ターフェイス４２は、出力ディスプレイ４４及び入力端
子４６への接続を果たす。デジタル信号プロセッサ１６
は、ＡＴ＆Ｔによって製造されたモデル番号ＤＳＰ１６
である。モトローラ５６００１及びテキサスインスツル
ーメントＴＭＳ３２０Ｃ１５のような他の適当なデジタ
ル信号プロセッサを使用してもよい。デジタル信号プロ
セッサ１６は、全ての必要な処理機能及び埋め込まれた
インテリジェンス機構を実行する。プロセッサ１６は、
デジタルフィルタ作用や積分作用やその他の種々の処理
機能を行うための処理能力を含む。本質的に、デジタル
信号プロセッサ１６は、制御信号を発生すると共に、監
視されているフィールド内の物体からの反射信号を検出
しそしてそこから出力応答を形成する。周波数シフト及
び他の情報から、デジタル信号プロセッサ１６は、距離
情報を発生する。
【００１１】コンパクトな電圧調整器４７は、１２Ｖの
直流電源から＋５Ｖの直流電源を構成する。別のコンパ
クトな電圧調整器４８は、１２Ｖの直流電源から＋１０
Ｖの直流電源を構成する。別の実施例では、異なる電圧
調整器を使用して、他の電源から＋５Ｖ及び＋１０Ｖの
直流を形成することもできる。図２は、モノリシックな
ミリメータ波集積回路（ＭＭＩＣ）トランシーバ１２の
一実施例を示すブロック図である。トランシーバ１２
は、ＦＭ変調器４０からＦＭ変調信号を受け取ってそこ
から周波数変調搬送波信号を形成する電圧制御発振器
（ＶＣＯ）２０を備えている。この電圧制御発振器２０
は、単一の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）及び
それに関連したタンク回路を備えていて、搬送波信号を
発生する。電圧制御発振器２０は、、発振器のタンク回
路に配置されたバラクタに電圧を印加することにより変
調される。電圧制御発振器２０の出力には、第１増幅段
２１と第２増幅段２３を有する２段増幅器２２が接続さ
れる。この増幅器２２は信号を増幅し、該信号は次いで
デュープレクサ２４及びカプラー２５を経てアンテナ１
４へ送信される。増幅器２２の出力はカプラー２５のポ
ートＤへ接続される。カプラー２５のポートＥはデュー
プレクサ２４のポートＡに接続される。アンテナ１４へ
の送信出力は、デュープレクサ２４のポートＣを通して
送られる。電圧制御発振器２０と増幅器２２との組み合
わせにより送信器５０が形成される。
【００１２】トランシーバ１２は、更に、第１段２９と
第２段２７を有する２段前置増幅器２８を備えている。
この前置増幅器２８は、アンテナ１４により収集された
反射信号を受け取って増幅する。平衡ミクサ２６は、前
置増幅器２８の出力に接続されている。平衡ミクサ２６
と前置増幅器２８が一緒に受信器５２を形成する。デュ
ープレクサ２４及びカプラー２５は、送信器５０を受信
器５２から分離するネットワークを形成する。カプラー
は、受信器５２の平衡ミクサ２６に対する基準送信信号
路と、デュープレクサ２４及びアンテナ１４に対する送
信路とを形成する。平衡ミクサ２６は、基準信号と反射
信号との差を与え、ビート周波数として知られている中
間周波（ＩＦ）を得る。これにより得られるビート周波
数は、２つの信号間の周波数差を含んでいる。図３に示
す別の実施例のＭＭＩＣトランシーバ１２’において
は、図２に示された最初の実施例のデュープレクサ２４
及びカプラー２５が単一のカプラー３１に置き換えられ
ており、ＭＭＩＣトランシーバの更にコスト節約とサイ
ズの縮小を得られるようにしている。電圧制御発振器２
０と２段送信増幅器２１及び２３は、基本的に、チップ
のレイアウト以外は最初の送信器の場合と同じである。
２段増幅器２７及び２９と平衡ミクサ２６も、チップの
レイアウトと、平衡ミクサ２６が基準信号として使用さ
れる漏れ送信信号を更に受信する点以外は、最初の実施
例と同様である。漏れ信号は、電圧制御発振器２０によ
って発生された信号が増幅器２３から漏れ路を横切り新
たなカプラー３１を横切って増幅器２９へ送られる結果
として生じる。ＭＭＩＣトランシーバのこの別の実施例
は、好都合にも、この漏れ信号を使用しながらも送信器
５０と受信器５２の間を分離する。
【００１３】図４は、ミリメータ波帯域のマイクロスト
リップパッチアンテナとして設計されたアンテナ１４を
示している。複数の放射／受信マイクロストリップパッ
チ５４が４ｘ４アレイで設けられている。別の実施例で
は、４ｘ２及び４ｘ１アレイも使用できる。マイクロス
トリップパッチ５４は、マイクロストリップ給電ライン
５６によって接続される。アンテナ１４は、プリント回
路板上にエッチングされ、複数のこのようなマイクロス
トリップパッチ５４を種々の配列設計で設けることがで
きる。この配列設計は、本質的に、異なる用途に対して
種々の収斂要求を与えるところのビーム形状を決定す
る。これにより得られるアンテナ１４は、小さく且つ平
坦なものであって、種々の用途及び取付条件に合わせて
そのパッチパターンを容易に変更することができる。自
動車用途の場合には、平らなアンテナは、レーダセンサ
を乗物の尾灯組立体、サイドミラー組立体又は後部バン
パーに組み込むことができるようにする。図示された特
定のアンテナ設計例では、全サイズが１．５インチｘ
１．５インチ以下である。しかしながら、特定の用途に
基づいて種々の形状及びサイズを使用してもよい。図５
は、デジタル信号プロセッサ１６の主たる機能を示すブ
ロック図である。デジタル信号プロセッサ１６により実
行される信号処理機能は、クラッタを除去し、偽警報を
減少しそして感度を高めるためのデジタルフィルタ作用
及び積分を含む。埋め込まれたインテリジェンス機能
は、判断論理、制御、表示、アナウンス制御、及び自己
チェックを含む。デジタル信号プロセッサ１６は、考え
られる繰り返しコストを最低にするためにこれらの機能
をファームウェアにおいて実行する。ファームウェア
は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）に形成されたマシン
コードのようなソフトウェアを含む。デジタル信号プロ
セッサ１６は、アナログ−デジタルコンバータ３４から
デジタルデータを読み取り、そして自動利得制御増幅器
３２に送られる利得制御を計算する。
【００１４】動作に際し、デジタル信号プロセッサ１６
のファームウェアは、レーダデータの１つの完全な掃引
を読み込みそして約２．５ＭＨｚのサンプリングレート
でデータを捕獲する。デジタル信号プロセッサ１６は、
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を計算する。このＦＦＴ計
算から全エネルギーが推定され、そしてそれを用いて自
動利得制御増幅器３２に送られる利得制御信号が計算さ
れる。変換されたデータは、更に、レンジビンに分割さ
れ、有効な戻りが検出される。多数の掃引が変換されて
累積され、受信信号の信号対雑音比に６ｄＢの処理利得
が得られる。このデジタル信号プロセッサ１６は、クラ
ッタの作用を減少するためにスペクトルを重み付けす
る。有効な戻りを検出するためにレンジビンにスレッシ
ュホールド判断機能が適用される。これらの戻りは、次
いで、手前の掃引からの多数の過去判断と比較される。
過去の戻りと比較することにより、デジタル信号プロセ
ッサ１６は、判断スレッシュホールド及びクラッタ重み
付け機能を環境変化として採用し、有効戻りの微分を増
大し、擾乱やスプリアスな戻りを除去する。更に、デジ
タル信号プロセッサ１６は、最も近い有効戻りを決定す
る。最終的には、周期的に更新される表示が判断を与え
る。
【００１５】図６ないし９は、本発明の特定のレーダセ
ンサ例に対するパッケージ構成を示している。レーダセ
ンサモジュール６０は、ハウジングサブ組立体６２と、
レーダドーム／カバー６４と、電子サブ組立体とを有す
るものとして示されており、この電子サブ組立体は、支
持プレート（図示せず）と、２つのプリント回路板組立
体６６及び６８とを有する。一方のプリント回路板組立
体６８は、支持プレートの上面に積層され、そしてそこ
にエッチングされたパッチアンテナ組立体と、ＭＭＩＣ
トランシーバ及び前置増幅回路とを有している。この組
立体は、柔軟性のジャンパケーブルにより、支持プレー
トの後部に取り付けられた他方の多層デジタルプリント
回路板組立体６６に接続される。この第２のプリント回
路板組立体６６は、モジュールのサイズを最小にするた
めにその両面に部品が取り付けられる。レーダドーム／
カバー６４はモジュール６０の上面に接合され、全モジ
ュール６０のための衝撃防護及び水分シールを構成す
る。ここに述べる本発明は、この特定のモジュール設計
に限定されるものではなく、異なる用途ではその変更が
必要とされる。図１０ないし１４を参照すれば、レーダ
システム１００のためのコンパクトな組付けパッケージ
システムは、一体的なコネクタ１０６をもつ下部電子装
置ハウジング１０４を備えている。図１０の下部ハウジ
ング１０４は長方形であるが、他の形状も意図される。
誘電体基板１０８は、その下面１１２に取り付けられた
レーダ回路１１０を備えている（図１１参照）。誘電体
基板１０８の上面１１５には、接地面１１４が形成され
る。この接地面１１４のスロット１１６及び１１７は、
以下に詳細に述べるように、電磁エネルギーを送信及び
受信する。
【００１６】下部ハウジング１０４は、デジタル信号処
理回路（ＤＳＰＣ）１１８を位置設定しそして支持す
る。このＤＳＰＣ１１８は、図１ないし９について述べ
たＤＳＰＣでもよいし、或いは従来のＤＳＰＣを使用す
ることもできる。送信及び受信開口１２０及び１２１を
含むフレーム１１９は、以下に詳細に述べるように誘電
体基板１０８と周波数選択性表面（ＦＳＳ）１２２との
間に均一な間隔を設けるように誘電体基板１０８の上に
配置される。送信及び受信開口１２４及び１２５を含む
スペーサ１２３がＦＳＳ１２２の上面に配置される。レ
ーダドーム１２６は、レーダシステム１００の性能に著
しい影響を及ぼすことなく、レーダシステム１００が動
作される環境条件の有害な影響（例えば、雨、埃、泥、
等）からレーダシステム１００を保護する。レーダドー
ム１２６は種々の材料で形成できる。多数の材料（レー
ダシステム１００がそれを通して送信及び反射信号を放
射及び受信する）に関する透過データをテーブルＡ（以
下に記載する）に示す。「透過」とは、材料により吸収
されることなく放射される送信信号の割合をいう。テー
ブルＡから明らかなように、多数の異なる材料を効果的
に利用することができる。
【００１７】 テーブルＡ 材料 厚み 周波数 透過度 （ミル） (GHz) マイラー 5 35 99.5 140 95.0 テフロン 60 35 92.0 140 95.0 レクサン 55 35 72.0 140 81.0 レクサン 55 35 68.0 （被覆） 140 80.0 プレキシガラス 375 35 60.0 140 60.0 プレキシガラス 250 140 70.0 ポリエチレン 5 35 99.0 140 100.0 基板１０８の下面に配置されたレーダ回路１１０は、Ｍ
ＭＩＣトランシーバ１３２と、スロット１１６及び１１
７に接続されたマイクロストリップ給電ライン１３４及
び１３６と、図１ないし９について上記で詳細に述べた
ＩＦ／変調回路（ＩＦ／ＭＣ）１３８とを含むことがで
きる。長方形スペーサ１３９は、基板１０８をＤＳＰＣ
１１８に対して位置設定するのに使用できるが、他の間
隔どり手段も意図される。固定具１４０は、下部ハウジ
ング１０４、ＤＳＰＣ１１８、誘電体基板１０８、フレ
ーム１１９、ＦＳＳ１２２、スペーサ１２３及びレーダ
ドーム１２６をコンパクトな一体的ユニットに連結す
る。レーダドーム１２６は、スペーサ１２３に取り付け
ることができる。或いは又、レーダドーム１２６は、固
定具１４０を受け入れるための複数の孔を含むこともで
きるし、スペーサ１２３をレーダドーム１２６に一体的
に形成することもできる。誘電体基板１０８、フレーム
１１９及び下部ハウジングユニット１０４は、レーダ回
路１１０及びＤＳＰＣ１１８をハーメチックシールされ
た環境に包囲する。
【００１８】ＦＳＳ１２２は、金属または金属被覆した
プラスチックで形成された穿孔プレートである。ＦＳＳ
１２２は、送信開口１４６および受信開口１４８を含ん
でおり、これら開口の各々は、複数の均一に離間された
孔１５０を含んでいる。ＦＳＳ１２２は、基板１０８よ
り上に位置している。マイクロストリップ給電ライン１
３４および１３６によって給電されるスロット１１６お
よび１１７は、電磁エネルギを送信し受信する。マイク
ロストリップ給電ライン１３４および１３６、接地面１
１４に形成されたスロット１１６および１１７、フレー
ム１１９、誘電体基板１０８およびＦＳＳ１２２は、レ
ーダシステム１００のための筐体の一部を構成するとと
もに、レーダシステム１００のための一体化アンテナ１
４４を構成している。ＩＦ／ＭＣ１３８、およびマイク
ロストリップ給電ライン１３４および１３６の両者は、
アルミナまたは石英で形成されうる基板１０８の底面１
１２上に形成される。接地面１１４は、例えば、銅また
は金のような金属を使用して、基板１０８の上面１１５
上に形成される。図１５、１６、１７、１８、１９およ
び２０は、いくつかの従来のアンテナ放射構造を例示し
ている。図１５は、スロット放射アンテナの平面図であ
り、図１６は、その側面図であり、このスロット放射ア
ンテナ２００は、誘電体基板２０８の底面２０６に形成
されたマイクロストリップ給電ライン２０４を含んでい
る。誘電体基板２０８の上面２１２に形成された接地面
２１０は、接地面２１０より上の上半分のスペース（＋
Ｚ方向）および接地面２１０より下の下半分のスペース
（−Ｚ方向）へと放射するスロット２１４を含んでい
る。Ｚ平面において一方の方向（代表的にはレーダ電子
部から遠ざかる）における電磁放射を最大としながら、
Ｚ平面において反対の方向（レーダまたはその他の回路
が配置されうる）における電磁放射を最小とすることが
望まれる。
【００１９】＋Ｚ平面において一方の方向における最大
放射を得つつ、−Ｚ平面において反対方向における放射
を最小とするための従来のアンテナ構造としては、２つ
の構造があり、その１つは、図１７および１８に例示す
る反射器接地面構造であり、もう１つは、図１９および
２０に例示するスロット結合パッチ構造である。明確に
するために、図１５からの参照符号を使用する。図１７
および１８における反射器接地面構造２３０は、−Ｚ方
向において１８０度、換言するならば、＋Ｚ方向におい
て放射線を反射する反射接地面２３４を含んでいる。も
し、接地面２１０が反射接地面２３４から距離“Ｄ”
（ほぼ４分の１波長）だけ離間されているならば、その
反射接地面２３４からの＋Ｚ方向における反射電磁放射
線は、接地面２１０によって＋Ｚ方向に放射された放射
線と同位相である。しかしながら、反射器接地面構造２
３０は、本発明の一体化レーダセンサ１００と一緒には
効果的に使用できない。先ず第一に、接地面２１０と反
射接地面２３４との間に進行する電磁界は、その間に配
置された電子部、例えば、ＩＦ／ＭＣ１３８、ＤＳＰＣ
１１８、マイクロストリップ給電ライン１３４等に悪影
響を及ぼす。第二に、反射接地面２３４と接地面２１０
との間の距離“Ｄ”が、それらの間に配置された電子部
を収容するのに十分でないかもしれない。
【００２０】図１９および２０における従来のスロット
結合パッチ構造２３２は、第１の誘電体基板２５６の底
面２５４上にエッチングされたマイクロストリップ給電
ライン２５２を含んでいる。スロット２６０を形成した
接地面２５８が、そんお代１の誘電体基板２５６の上面
２６２に形成されている。第２の誘電体基板２６６の底
面２６４は、接地面２５８と接触している。この第２の
誘電体基板２６６の上面２７０には、パッチ２６８が形
成されており、このパッチ２６８は、＋Ｚ方向における
インピーダンスをマイクロストリップ給電ライン２５２
のインピーダンスと整合させて、最大電磁エネルギ転送
を行えるように設計されている。換言するならば、パッ
チ２６８は、＋Ｚ方向における電磁エネルギの条件付け
流れを発生させる。スロット２６０の長さは、代表的に
は、−Ｚ方向における電磁放射をさらに減少させるよう
に、共振長さより小さい。しかしながら、このスロット
結合パッチ構造２３２は、本発明の一体化レーダセンサ
１００と一緒には効果的に使用できない。先ず第一に、
スロット結合パッチ構造２３２は、マイクロ波の周波数
では材料損失が高いために効率が低い。第二に、スロッ
ト結合パッチ構造２３２は、第１および第２の誘電体基
板２５６および２６６が代表的には薄いために、構造体
としての堅固さが低い。
【００２１】図２１および２２は、本発明の一体化アン
テナ１４４を詳細に例示している。マイクロストリップ
給電ライン１３４が誘電体基板１０８の底面１１２にエ
ッチングされている。接地面１１４は、上面１１５に形
成されており、そこには、スロット１１６および１１７
（図２１および２２には示されていない）が形成されて
いる。ＦＳＳ１２２は、接地面１１４より上に離間され
ており（フレーム１２３によって）、それらの間には、
誘電体として作用する空気が介在している。本発明によ
るＦＳＳ１２２は、従来の周波数選択性表面とは異なっ
ている。従来においては、周波数選択性表面は、誘電体
基板上にエッチングされたクロスダイポール（またはエ
ルサレムクロス、トリポール、ダイポール、矩形、円形
ディスク）アレイを含む。換言するならば、誘電体基板
上には、選定された特定の形状にて銅の如き金属が付与
されまたは印刷される。従来の周波数選択性表面構造
は、総合的研究課題であり、例えば、Agrawal およびIm
brialeによる論文 "Design of a Dichroic Subrefle
ctor" ,IEEE Transactions On Antennas and Propagati
on, Vol. AP-27, No. 4, July 1979、Chen, Ingersonお
よびChenによる"The Design of Wide-band Sharp Cut-o
ff Dichroic" ,IEEE Antennas and Propagation, Vol.
2, p.708-711、およびTsaoおよびMittraによる論文“Sp
ectral-domain Analysis of Frequency Selective Surf
aces Comprised of Periodic Arrays of Cross Dipoles
and Jerusalem Crosses", IEEE Transactions On Ante
nnasand Propagation,Vol. AP-32, No. 5, May 1984を
参照。これらの全ての論文は、本明細書に引用されてい
る。これに対して、本発明のＦＳＳ１２２（図１２参
照）は、クロス、エルサレムクロス、トリポール、ダイ
ポール、矩形または円形の形状でありうる孔１５０を有
する金属プレートを用いて形成される。その他の形状も
容易に思いつくであろう。それら形状の各々についての
放射パターンおよびインピーダンスは、知られており、
例えば、誘電体基板上に形成された従来のクロスおよび
イエルサレムクロス（図１３参照）のインピーダンスお
よび放射パターンについては、前述の論文において論じ
られている。バビネット（Babinet)の原理を使用して、
本発明によるＦＳＳ１２２に対する放射パターンが導き
出される。バビネットの原理は、C. Balanisによる論
文"Antenna Theory: Analysis and Design", 497頁、T.
Kong による論文"Electromagnetic Wave Theory", 366
頁、およびT. Milligan による論文"Modern Antenna De
sign", 70 頁に論じられている。これらの論文のすべて
は、本明細書中に引用されている。
【００２２】本発明のＦＳＳ１２２は、従来のクロスお
よびエルサレムクロス放射器と相補的な放射構造であ
る。ＦＳＳ１２２は、相補的構造である。何故ならば、
ＦＳＳ１２２が従来のクロス（または他の形状）と組み
合わされるとき、重なり合いのないソリッドスクリーン
が形成されるからである。その他の形状に対してこれら
の原理を拡張することは容易に思いつくことである。Ｆ
ＳＳ１２２のインピーダンス、および磁界および電界
は、従来のクロス（または他の形状）のインピーダン
ス、および磁界および電界から予測できる。簡単に言う
と、従来のクロス放射器（または他の形状）の磁界は、
相補的なＦＳＳ１２２の電界に関連付けられる。同様
に、従来のクロス放射器（または他の形状）の電界は、
ＦＳＳ１２２の磁界に関連付けられる。従来のクロス放
射器（または他の形状）およびＦＳＳ１２２のインピー
ダンスは、それらの従来の放射構造およびＦＳＳ１２２
が配置される媒体の固有インピーダンスに関連付けられ
る。ＦＳＳ１２２によって与えられるインピーダンスも
また、ＦＳＳ１２２および接地面１１４の間の距離に関
連付けられる。ＦＳＳ１２２は、上半分のスペース（例
えば、＋Ｚ方向における）のインピーダンスをマイクロ
ストリップ給電ライン１３４および１３６のインピーダ
ンスに整合させて、パッチアンテナ２３２より相当によ
り高い効率とすることができる。ＦＳＳ１２２は金属ま
たは金属被覆プラスチックで形成されるので、一体化ア
ンテナ１４４は、従来の構造より堅固で耐性があり、レ
ーダシステム１００のパッケージングを改善できる。
【００２３】図２３および２４を参照するに、コンパク
トパッケージングのレーダシステム１００を搭載した乗
物３００が例示されている。乗物３００は、サイドドア
３０５または他の部分に取り付けられたサイドミラー３
０４を含んでいる。サイドミラー３０４は、外側ハウジ
ング３０６およびミラー３０８を支持し位置決めするた
めの機構（図示していない）を含んでいる。ミラー３０
８に窓部を切り出し、その窓部にレーダシステム１００
を取り付けている。別の仕方としては、もし、適切な電
磁特性を有する材料を使用する場合ならば、レーダシス
テム１００は、ミラー３０８の背面３１０に取り付ける
こともできる。さらに別の仕方としては、レーダシステ
ム１００は、乗物３００の尾灯組立体に組み込むことも
できる。尾灯組立体３２０は、プラスチックで形成され
うるカバー３２４を通して照明する電球組立体３２２を
含みうる。レーダシステム１００は、尾灯組立体３２０
のカバー３２４の内側面３３０に取り付けることがで
き、レーダドーム１２６に置き換わって一体化レーダド
ームとして作用するカバー３２４を通して信号を受信す
る。分かるように、カバー３２４は、そこを通して電磁
放射線を流しうるような電磁特性を有しているべきであ
る。また、別の仕方としては、カバー３２４に窓部を切
り出し、電磁放射線がレーダシステム１００のレーダド
ーム１２６に直接的に照射しうるようにすることもでき
る。
【００２４】自動車の如き乗物３００に取り付けられた
レーダシステム１００は、インテリジェント巡行制御シ
ステム、衝突回避システム、衝突予想システム、車線変
更システム、後退警告システム、視界増大システム、対
地速度測定システム、対地高さ測定システム等に使用す
ることができる。分かるように、レーダシステム１００
について自動車の如き乗物３００に関して説明したので
あるが、このレーダシステムにはその他の応用も容易に
考えられるものである。例えば、このレーダシステム
は、警察レーダシステムまたは視野監視システムに使用
されうる。また、このレーダシステムは、通信システム
およびその他のレーダ応用のための位相アレイアンテナ
としても使用されうる。前述したことから分かるよう
に、本発明によれば、ユーザは、効果的でコンパクトで
融通性がある一体化レーダセンサを得ることができる。
本発明は特定の実施例について説明されたのであるが、
これら説明は、そのような実施例に本発明を限定しよう
とするものではなく、本発明は、特許請求の範囲の記載
によってのみ限定されているものである。何故ならば、
当業者であれば、本明細書および添付図面を検討すれ
ば、本発明の精神から逸脱することなく、種々な他の変
形態様が考えられることに気付くであろうからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコンパクトなミリメータ波レーダ
センサを示すブロック回路図である。
【図２】モノリシックなミリメータ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）トランシーバを示すブロック図である。
【図３】モノリシックなミリメータ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）トランシーバの別の実施例を示すブロック図であ
る。
【図４】ミリメータ波帯域マイクロストリップパッチア
ンテナの設計例を示す概略図である。
【図５】本発明によるデジタル信号プロセッサの主たる
機能を説明するためのブロック図である。
【図６】コンパクトなレーダセンサのモジュール例を示
す組み立て図である。
【図７】コンパクトなレーダセンサのモジュール例を示
す組み立て図である。
【図８】コンパクトなレーダセンサのモジュール例を示
す組み立て図である。
【図９】コンパクトなレーダセンサのモジュール例を示
す組み立て図である。
【図１０】本発明によるレーダシステムのコンパクトな
パッケージシステムを示す組み立て図である。
【図１１】誘電体基体の下面に作られたレーダ回路を示
す図である。
【図１２】図１０のレーダシステムの組み立て後の上面
図である。
【図１３】図１０のレーダシステムの組み立て後の上面
図である。
【図１４】図１２及び１３の組み立てられたレーダシス
テムの端面図である。
【図１５】従来例によるスロット放射器の上面図であ
る。
【図１６】図１５のスロット放射器の側面図である。
【図１７】従来例による反射接地面を含むスロット放射
器の上面図である。
【図１８】図１７の反射接地面を含むスロット放射器の
側面図である。
【図１９】従来例によるスロット結合パッチ放射器の上
面図である。
【図２０】図１９のスロット結合パッチ放射器の側面図
である。
【図２１】本発明による周波数選択性表面を組み込んだ
スロット結合放射器の上面図である。
【図２２】図２１の周波数選択性表面を組み込んだスロ
ット結合放射器を示す側面図である。
【図２３】図１０のレーダシステムをサイドミラー及び
尾灯組立体に組み込んだ乗物を示す斜視図である。
【図２４】図２３のサイドミラーの上面図である。
【図２５】図２３の尾灯組立体の上面図である。
【符号の説明】
１０ ミリメータ波（ＭＭＷ）レーダセンサ １２ モノリシックなミリメータ波集積回路（ＭＭＩ
Ｃ）トランシーバ １３ モノリシックチップ １４ アンテナ １６ デジタル信号プロセッサ ２０ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） ２２ 増幅器 ２４ デュープレクサ ２５ カプラー ２６ 平衡ミクサ ２８ 前置増幅器 ３０ ＩＦ前置増幅器 ３２ 自動利得制御増幅器 ３４ アナログ−デジタル変換器 ３５ ダイナミックレンジ調整制御ループ ３６ デジタル−アナログ変換器 ３７ クロック ４０ ＦＭ変調器 ４２ 外部インターフェイス ４４ 出力ディスプレイ ４６ 入力端子 ４７ 電圧調整器 ５０ 送信器 ５２ 受信器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−12104（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−46247（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−109073（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−803（ＪＰ，Ｂ２) 独国特許出願公開4003057（ＤＥ，Ａ １) 仏国特許公開2373891（ＦＲ，Ａ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 上面および下面を有する誘電体基板と、
    該誘電体基板の上面に形成され放射スロットを形成した
    接地面と、前記誘電体基板の下面に隣接して配置され送
    信信号を発生するレーダトランシーバ手段と、前記誘電
    体基板および前記放射スロットより上に離間された周波
    数選択性表面とを含み、該周波数選択性表面は、均一に
    離間された孔のアレイを有する放射開口を含み、前記周
    波数選択性表面は、前記トランシーバ手段に向かう一方
    の方向における前記放射スロットからの電磁エネルギの
    流れを減少させ且つ前記トランシーバ手段から遠ざかる
    反対方向における電磁放射の流れを増大させることを特
    徴とするコンパクトレーダシステム。
  2. 【請求項２】 前記接地面には、受信スロットが形成さ
    れており、前記レーダトランシーバ手段は、反射信号を
    受信し、前記周波数選択性表面は、複数の離間した孔を
    含む受信開口を含む請求項１記載のコンパクトレーダシ
    ステム。
  3. 【請求項３】 スペーサに接続されたレーダドームを有
    する上部ハウジングと、下部ハウジングと、上面および
    下面を有する誘電体基板と、該誘電体基板の上面に形成
    され且つ放射スロットおよび受信スロットを形成した接
    地面と、前記誘電体基板の前記下面に隣接して配置され
    送信信号を発生し且つ反射送信信号を受信するためのレ
    ーダトランシーバ手段とを含んでおり、前記レーダトラ
    ンシーバ手段は、前記放射および受信スロットに接続さ
    れた放射および受信マイクロストリップ給電ラインを含
    んでおり、さらに、前記誘電体基板の前記上面および前
    記放射スロット及び受信スロットより上方に離間された
    周波数選択性表面を含んでおり、該周波数選択性表面
    は、各々離間された孔のアレイを有する受信開口および
    放射開口を含み、前記周波数選択性表面は、前記トラン
    シーバ手段に向かう一方の方向における前記放射スロッ
    トからの電磁エネルギの流れを減少させ且つ前記トラン
    シーバ手段から遠ざかる反対方向における電磁放射の流
    れを増大させるようになっており、また、前記周波数選
    択性表面は、前記放射および受信マイクロストリップ給
    電ラインのインピーダンスと整合しており、さらにま
    た、前記周波数選択性表面を前記接地面より上方に離間
    させるための手段と、前記誘電体基板と前記下部ハウジ
    ングとの間に配置されたデジタル信号処理回路とを含む
    ことを特徴とするコンパクトレーダシステム。
  4. 【請求項４】 スペーサに接続されたレーダドームを有
    する上部ハウジングと、下部ハウジングと、上面および
    下面を有する誘電体基板と、該誘電体基板の上面に形成
    され且つ放射スロットおよび受信スロットを形成した接
    地面と、送信信号を発生し且つ反射信号を受信するため
    のレーダトランシーバ手段とを含んでおり、該レーダト
    ランシーバ手段は、前記放射および受信スロットに接続
    された放射および受信マイクロストリップ給電ラインを
    含んでおり、さらに、前記誘電体基板および前記放射ス
    ロットおよび前記受信スロットより上方に離間された周
    波数選択性表面を含んでおり、該周波数選択性表面は、
    各々離間された孔のアレイを有する受信開口および放射
    開口を含み、前記周波数選択性表面は、前記トランシー
    バ手段に向かう一方の方向における前記放射スロットか
    らの電磁エネルギの流れを減少させ且つ前記トランシー
    バ手段から遠ざかる反対方向における電磁放射の流れを
    増大させるようになっており、前記放射および受信開口
    のうちの少なくとも一方は、実質的に正方形であり、前
    記放射および受信スロットのうちの少なくとも一方は、
    前記放射および受信開口のうちの前記少なくとも一方の
    ものの対角線に部分的にそって形成されており、前記周
    波数選択性表面は、前記放射および受信マイクロストリ
    ップ給電ラインのインピーダンスと整合しており、さら
    にまた、前記周波数選択性表面を前記接地面より上方に
    離間させるための離間手段を含んでおり、該離間手段
    は、プレートによって構成されており、該プレートは、
    組み立てられるとき、前記周波数選択性表面の受信およ
    び送信開口と整列する放射および受信部分を含んでお
    り、さらにまた、前記誘電体基板と前記下部ハウジング
    との間に配置されたデジタル信号処理回路と、前記誘電
    体基板の前記下面に形成されたＩＦ／変調回路とを含む
    ことを特徴とするコンパクトレーダシステム。
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