JP3259021B2 - レーダモジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用ＦＭレーダ装置
などに利用されるレーダモジュールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】乗用車などの車両に搭載され追突や衝突
防止用警報装置などに利用される車載用レーダー装置
は、数十ｃｍ程度の至近距離をも検出範囲とする必要上
パルスレーダーの形態よりもＦＭレーダーの形態が適し
ている。また、先行車両や対向車両などの標的までの最
遠測距範囲は数十ｍ程度の比較的短距離で足りるため、
放射電波が必要以上に遠方まで伝播したり、既存のマイ
クロ波帯の通信設備に干渉したりすることを回避するた
め、６０ＧＨｚ以上の伝播減衰量の大きなミリ波帯の電
波が適している。このミリ波帯の利用は、アンテナの大
きさとその前後に配置されるＦＭ信号発生器やミキサー
などを含めたレーダーモジュールの小型化を図る上から
も適している。

【０００３】従来、上記６０ＧＨｚ以上のミリ波帯のレ
ーダーモジュールは、マイクロストリップ線路の形式で
構成されているが、使用周波数の上昇に伴い線路からの
放射電力が大きくなり損失が増大すると共に、複数系統
のレーダーモジュールを近接させて配置した場合に、相
互干渉が生じやすく測定精度が低下するという問題があ
る。また、レーダーモジュールの一層の小型化、部品点
数の節減及びこれによる低廉化も必要とされている。

【０００４】上記各種の問題点を解決するための新たな
線路形式として、電子情報通信学会論文誌vol.J73 ー1
，No.3, pp 87 ー94(1990 年 3月) に掲載された「非
放射性誘電体線路を用いたミリ波集積回路」と題する米
山教授らの論文に開示されている非放射性誘電体線路
（Non-Radiative-Dielectric-waveguide：ＮＲＤガイ
ド）が適している。この非放射性誘電体線路は、半波長
よりわずかに小さな間隔を保って対向する２枚の平行導
体板の間に棒状の誘電体を挿入することによりこの棒状
体に沿う電磁波の伝播のみを可能としたものである。

【０００５】この非放射性誘電体線路では線路の上下方
向には導体板によって遮蔽されるとともに、線路の側方
に漏洩しようとする電波の伝播も導体板の間隔が半波長
未満であるために遮断される。このため、線路からの電
力放射は極めて小さく、多数の系統のモジュール相互の
干渉を回避することができる。また、非放射性誘電体線
路では、線路相互を近接させたりフェライトなどを付加
することにより、方向性結合器やアイソレータ等の各種
部品が容易に作成出来ることから、２枚の金属平板間に
複数の高周波機能素子を作成でき、従来のマイクロウエ
ーブＩＣ（ＭＩＣ）と比較しても遜色のないモジュール
全体の小型化が実現可能である。

【０００６】上記米山教授らの論文には、非放射性誘電
体線路を用いたミリ波帯の送信機と受信機が開示されて
いる。本発明者は、マイクロストリップ線路を用いた従
来のＦＭレーダーモジュールについては送信側のＦＭ信
号発振器と受信側の局部発信器とを共用する手法が一般
的であるという点を考慮して、図６に示すような構成の
非放射性誘電体線路を用いたミリ波帯のＦＭレーダーモ
ジュールを試作した。図６に示すレーダーモジュール
は、上部導体板３０とこれと同形状の下部導体板との間
に挿入された直線状あるいは曲線状の棒状の誘電体ロッ
ドから構成される非放射性誘電体線路を基本に、ガンダ
イオードとバラクタダイオードによるＦＭ信号発生器３
１、アイソレータ３２、方向性結合器３３、３６、送信
アンテナ３４、受信アンテナ３５及び平衡型のシングル
バランスド・ミキサー３７から構成されている。

【０００７】ＦＭ信号発生器３１で発生されたミリ波帯
のＦＭ信号は、アイソレータ３２を通過したのち、３dB
方向性結合器３３を介して半分が送信アンテナ３４に供
給され、残り半分が３dB方向性結合器３６を介して更に
等分され、それぞれが平衡型のシングルバランスド・ミ
キサー３７を構成する２個のミキサーダイオードにロー
カル信号として供給される。送信アンテナ３４に供給さ
れたＦＭ信号は、その先端部から外部に放射される。物
体からの反射波は、受信アンテナ３５に受信され、３dB
方向性結合器３６によって等分配され、それぞれが平衡
型のシングルバランスド・ミキサー３７を構成する２個
のミキサーダイオードに供給される。物体からの反射波
は送信アンテナ３４にも入力するが、この受信信号はア
イソレータ３３の無反射終端に供給されて吸収される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図６に示した非放射性
誘電体線路を用いたＦＭレーダーモジュールによれば、
この線路からの放射電力が極めて小さいため、６０ＧＨ
ｚ程度のミリ波帯においても線路の伝播損失が小さく、
多系統のモジュール相互の干渉も有効に回避されること
が確認できた。しかしながら、このＦＭレーダーモジュ
ールは、小型化と部品点数の削減の点では、まだ改良の
余地がある。

【０００９】すなわち、図６に示したＦＭレーダモジュ
ールでは、ＦＭ信号発生器３１と送信アンテナ３４，受
信アンテナ３５との間にアイソレータ３２を設置してい
るために、以下のような問題がある。まず、第１に、無
反射終端を含むアイソレータの設置面積のぶんＦＭレー
ダモジュール全体が大型になる。第２に、アイソレータ
の製造と特性の調整に要するぶんＦＭレーダモジュール
全体の製造コストが上昇する。第３に、アイソレータを
構成するフェライトや永久磁石などでは、磁性的特性の
温度依存性が大きいだけでなく、温度変化に対する履歴
特性を示すため、ＦＭレーダモジュールの温度安定性を
低下させる。

【００１０】また、図６に示したＦＭレーダモジュール
を構成するミキサーの形式は、同一特性のミキサーダイ
オードを２個使用してインピーダンスの整合を図るとい
う平衡型であるため、以下のような問題がある。まず、
第１に、平衡型ミキサーでは、２個のミキサーダイオー
ドを必要とするため、部品コストが増大すると共にＦＭ
レーダモジュール全体の小型化が困難になる。第２に、
平衡型のミキサーでは、ローカル信号を２分割して各ミ
キサーダイオードに供給するという原理上、所望レベル
の出力信号を得るためには、発生させたＦＭ信号の相当
部分をローカル信号に割当てなければならないという問
題がある。すなわち、送信アンテナから外部に放射する
分がそれだけ少なくなり、ＦＭレーダ装置としての最大
検知距離が短縮される。第３に、平衡型のキサーでは、
非放射性誘電体線路とミキサーダイオード間のインピー
ダンス整合のために、高誘電率の薄膜を付加し、その寸
法と空隙の幅とを調整する煩雑な作業が必要となる。ま
た、２個のミキサーダイオードのそれぞれについて同一
特性のもとで非放射性誘電体線路とのインピーダンス整
合を図ることは極めて困難である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の各種の問
題点を解決する本発明のレーダモジュールは、アンテナ
が単一の送受共用アンテナから構成されると共に、この
送受共用アンテナと信号発生器との間を接続する非放射
性誘電体線路からはアイソレータや方向性結合器が除去
され、ミキサーのみが配置される。本発明の好適な実施
例によれば、信号発生器と送受共用アンテナとの間を接
続する非放射性誘電体線路が両者の間の最短経路に沿っ
て直線的に延長されると共に、ミキサーがシングルダイ
オード・ミキサーから構成される。

【００１２】さらに、本発明の一実施例のレーダモジュ
ールでは、シングル・ミキサーダイオードが非放射性誘
電体線路のＬＳＭ０１伝播モードの電界強度が最大とな
る中心位置からずらして配置すると共にこのずれ量を調
整することにより、信号の透過量とインピーダンス整合
状態を調整可能にされる。さらに、上記シングル・ダイ
オードミキサーおよび送受共用アンテナを含む部分と、
上記信号発生器が接続される非放射性誘電体線路との間
の最終的なインピーダンス調整は、この非放射性誘電体
線路の途中に形成される空隙の幅と、この空隙および前
記シングル・ダイオードミキサーの間の距離との調整に
より行われる。

【００１３】

【作用】信号発生器と送受共用アンテナとの間を接続す
る非放射性誘電体線路内に配置されたミキサーには、信
号発生器から送受共用アンテナに向けて伝播する信号
と、送受共用のアンテナで受信されこれから信号発生器
に向けて逆向きに伝播する反射波とが供給される。この
ミキサーに互いに互いに逆向きに供給される信号がＦＭ
信号であれば、このＦＭ信号とその反射波とは、この反
射波を生じさせた物体までの距離に応じた周波数差を有
している。これら周波数の異なるＦＭ信号と反射波と
は、ミキサーによって混合され、物体までの距離に応じ
た周波数のビート信号を発生する。信号発生器が一定周
波数の信号を発生する発振器であれば、信号とその反射
波との周波数差はこの反射を生じさせた物体との相対速
度を示すことになる。このように、本発明のレーダモジ
ュールは、アンテナを送受共用にすると共に、この送受
共用アンテナと信号発生器とを接続する非放射性誘電体
線路からアイソレータや方向性結合器などを除去してミ
キサーのみを配置することにより、モジュール全体の小
型化が実現できる。

【００１４】また本発明のレーダモジュールは、非放射
性誘電体線路を構成する誘電体ロッド内のＬＳＭ伝播モ
ードの電界強度が最大となる中心位置から所定量ずらし
てミキシング素子を配置することにより、非放射性誘電
体線路とミキサーとのインピーダンス整合が行われる。
すなわち、従来技術による非放射性誘電体線路とミキサ
ーとの間のインピーダンス整合方法とは異なり、高誘電
率の薄膜による調整が不要になる。このため、製造条件
のバラツキに起因する特性のバラツキが低減されると共
に、ミキサー単体の小型化も達成される。また、従来技
術とは異なり、２個のダイオードの特性を一致させる必
要がないので、ミキサー単体の小型化のみならず、レー
ダー・モジュール全体の小型化とともに特性のバラツキ
を回避できる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の第１の実施例のＦＭレーダ
モジュールの構成を示す平面図であり、１は下部導体
板、２はＦＭ信号発生器、３は送受共用アンテナ、４は
非放射性誘電体線路を構成する誘電体ロッド、５はシン
グルダイオード・ミキサーである。なお、この平面図
は、図示の便宜上、上部導体板を取り外した状態を示さ
れている。実際には、図示の構造の上部に下部導体板１
と同一構造の上部導体板が配置される。

【００１６】ＦＭ信号発生器２は、金属ブロック体のガ
ンダイオードマウント２ａと、周波数変調用のバラクタ
ーダイオードとダイオードマウント２ａの側面に保持さ
れたガンダイオード２ｃとを実装したマイクロストリッ
プ線路２ｂと、このマイクロストリップ線路に実装され
るガンダイオード２ｃが発生したＦＭ信号を誘電体ロッ
ド４を含む非放射性誘電体線路上に導く共振器を兼ねた
金属ストリップ２ｄとから構成されている。

【００１７】下部導体板１と上部導体板とは、誘電体ロ
ッド４を介在させながらガンダイオードが発生するミリ
波帯のＦＭ信号の半波長よりもやや小さな間隔を保って
平行に配置されているため、このＦＭ信号は２枚の平行
平板間の誘電体ロッド４に沿ってのみ伝播可能になる。
主要な伝播モードとしてはＬＳＭ０１モードとＬＳＥ０
１モードの２種類が存在するが、これらのうち低損失性
のＬＳＭ０１モードが利用される。回路構造の対称性が
損なわれる箇所で発生するＬＳＥ０１モードを抑制する
ために、誘電体ロッド４の該当の箇所にモードサプレッ
サが埋め込まれている。

【００１８】誘電体ロッド４ａ内を伝播したＦＭ信号
は、インピーダンス整合のために形成されている空隙４
ｄを通って誘電体ロッド４ａから誘電体ロッド４ｂに伝
播し、シングルダイオード・ミキサー５と誘電体ロッド
４ｃとを通って送受共用アンテナ３に伝播する。この実
施例のＦＭレーダモジュールの特徴の一つは、誘電体ロ
ッド４（４ａ，４ｂ，４ｃ）と上下の導体板とで構成さ
れる非放射性誘電体線路が、ＦＭ信号発生器２から中間
にアイソレータや方向性結合器などの素子を一切介在さ
せることなく、しかも、送受共用アンテナ３までの最短
経路に沿って直線的に延長される点である。また、この
ＦＭレーダモジュールの他の特徴は、ＦＭ信号発生器１
と送受共用アンテナ３とを接続する直線状の非放射性誘
電体線路の途中にシングルダイオード・ミキサー５が配
置される点である。

【００１９】シングルダイオード・ミキサー５と誘電体
ロッド４との結合部分の構成を図２の部分平面図に拡大
して示す。また、シングルダイオード・ミキサーのみの
構成を図３の部分正面図に拡大して示す。ミキサーダイ
オード５ａを装着した誘電体基板５ｂが、一定間隔を保
って対向する一定幅の誘電体ロッド４ｂと４ｃの各端面
の間に、各誘電体ロッドの軸線方向と直交するように配
置される。誘電体ロッド４ｂと４ｃの各端面と誘電体基
板５ｂとの間には、インピーダンス整合用の高誘電率の
薄膜が設置されていない。

【００２０】単一のミキサーダイオード５ａが、誘電体
基板５ｂの中央部に形成されたダイオード取付けパター
ン５ｄ上に、誘電体基板５ｂの中心からオフセット量Ｄ
だけずらされた状態で取付けられている。このオフセッ
ト量Ｄは、誘電体ロッド４ｂ，４ｃ内でＬＳＭ０１伝播
モードの電界強度が最大となる高さ方向の中心位置から
のずれ量に相当する。このオフセット量Ｄを最適値に調
整すると共に、ダイオード取付けパターン５ｄの面積と
形状とを最適化することにより非放射性誘電体線路とシ
ングルダイオード・ミキサー間のインピーダンス整合が
行われる。これに伴い、インピーダンス整合用の高誘電
率薄膜が不要となる。なお、ダイオード取付けパターン
５ｄの間に複数のダイオードを並列接続したり、ミキサ
ーダイオード５ａに代えて非線形特性に基づく混合機能
を有する他の類似の固体素子を配置することもできる。

【００２１】さらに、ミキサーダイオードの取付けオフ
セット量Ｄとダイオード取付けパターン５ｄの形状と寸
法を調整することにより、このミキサーを透過する信号
の電力とこのミキサーによる変換電力の比率を制御する
ことができる。左右のダイオード取付けパターン５ｄに
は、高周波信号の漏れを防ぎながらミキサーダイオード
５ａにバイアス電圧を供給するためのλ／４チョークパ
ターン５ｃが接続されている。ミキサーダイオード５ａ
が発生したビート信号は、λ／４チョークパターン５ｃ
と同軸線路５ｅとを通ってこのＦＭレーダモジュールの
外部に伝達される。

【００２２】図１において、ＦＭ信号発生器２が発生し
たミリ波帯のＦＭ信号は、誘電体ロッド４と上下の導体
板とから構成される非放射性誘電体線路に沿って伝播
し、この非放射性誘電体線路の途中に配置されたシング
ルダイオード・ミキサー５に到達する。この到達したＦ
Ｍ信号の一部はローカル信号としてこのシングルダイオ
ード・ミキサー５に吸収され、残りの大部分はこのシン
グルダイオード・ミキサー５を透過して送受信共用アン
テナ３に到達し、外部に放射される。

【００２３】この送受共用アンテナ３は、根元側から先
端側に向けて直線的に増加する開口面を有するホーン部
３ｂと、上下の導体板の端部からホーン部３ｂ内に突出
せしられる誘電体ロッド３ａから構成され、シングルダ
イオード・ミキサー４を通過して誘電体ロッド４の先端
部分まで伝播してきたＦＭ信号を外部に放射する。送受
共用アンテナ３から外部に放射され、標的で反射されて
戻ってきたＦＭ信号の反射波は、この送受共用アンテナ
３に受信される。この送受共用アンテナ３に受信された
反射波は、上記放射経路を逆向きにたどって誘電体ロッ
ド４の先端部分に導かれ、誘電体ロッド４と上下の導体
板で構成される非放射性誘電体線路に沿って伝播し、シ
ングルダイオード・ミキサー４に供給される。

【００２４】このように、シングルダイオード・ミキサ
ー４は、送受共用アンテナ３から放射されるＦＭ信号
と、標的で反射されて送受共用アンテナ３に受信された
反射信号とを混合することにより、低周波のビート信号
を発生する。この低周波のビート信号は、同軸線路５ｅ
を通ってこのレーダモジュールの外部に導かれる。シン
グルダイオード・ミキサー４を通過した反射波の一部は
ＦＭ発振器２に向けて伝播するが、この反射波のレベル
がこのＦＭ発振器２が発生するＦＭ信号のレベルに比べ
て十分減衰しているため、ＦＭ信号発生器の動作に及ぼ
す影響は小さい。

【００２５】ＦＭ信号発生器２とこれに接続される非放
射性誘電体線路との間のインピーダンス整合は、最終的
には誘電体ロッド４ａと４ｂの間に形成される空隙４ｄ
の長さＧと、誘電体ロッド４ｂの長さＬとを調整するこ
とによって行われる。図４と図５は、シングルダイオー
ド・ミキサー５および送受共用アンテナ３を含む回路部
分と、非放射性誘電体線路とのインピーダンス整合の良
否を示す実測データである。この実測データは、図１の
誘電体ロッド４ａに測定器を接続して実測したＶＳＷＲ
の周波数特性である。図４はＧが 0.5ｍｍ, Ｌが 3.9ｍ
ｍの場合の実測データであり、図５はＧが 0.7ｍｍ, Ｌ
が 4.0ｍｍの場合の実測データである。図４に示す実測
データから明らかなように、空隙４ｄの長さＧと誘電体
ロッド４ｂの長さＬを最適値に調整することにより、実
用上十分なインピーダンス整合を実現できる。

【００２６】上記の実験では、空隙４ｄと誘電体ロッド
４ｂの長さを調整することによりインピーダンス整合を
行った。しかしながら、空隙４ｄに代えて、誘電体ロッ
ド４ａ，４ｂとは異なる誘電率を有する適宜な長さの誘
電体を誘電体ロッド４ａと４ｂとの間に挿入したり、誘
電体ロッド４ｂを誘電体ロッド４ａとは異なる誘電率や
幅（従って異なる線路インピーダンス）を有する適宜な
長さの誘電体ロッドで置き換えるなど、異なる各種の手
法によってインピーダンス整合を行うこともできる。

【００２７】以上、ＦＭレーダモジュールを例に取って
本発明を説明した。しかしながら、ＦＭ信号発生器を一
定周波数の信号を発生する信号発生器で置き換えること
により、ドップラーシフトに基づく相対速度の検出のみ
を行うドップラーレーダ・モジュールについても本発明
を適用できる。また、信号発生器として異なるタイミン
グでＦＭ（周波数掃引）モードとＣＷ（周波数固定）モ
ードとに切り換えて動作させることにより時分割的に相
対距離と相対速度を検出できる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のレ
ーダモジュールは、アンテナを送受共用にすると共に、
これと信号発生器との間を接続する非放射性誘電体線路
内にミキサーのみを配置する構成であるから、モジュー
ル全体の小型化が実現できる。また、信号発生器と送受
共用アンテナとの間を接続する非放射性誘電体線路内で
はアイソレータが省略されているため、部品点数の削減
と調整労力の低減が可能となり、製造コストが低下する
という効果も奏される。また、ローカル信号の強度が要
求されないので最大検知距離が拡大するという利点もあ
る。

【００２９】さらに、本発明のレーダモジュールは、非
放射性誘電体線路を構成する誘電体ロッド内のＬＳＭ伝
播モードの電界強度が最大となる中心位置から所定量ず
らして単一のミキサーダイオードなど配置することによ
り、非放射性誘電体線路とミキサーとのインピーダンス
整合が行われる。すなわち、従来技術の非放射性誘電体
線路とミキサーとの間のインピーダンス整合方法とは異
なり、高誘電率の薄膜による調整が不要になる。このた
め、製造条件のバラツキに起因する特性のバラツキが低
減されると共に、ミキサー単体の小型化も達成される。
また、従来とは異なり、２個のダイオードの特性を一致
させる必要がないので、ミキサー単体の小型化のみなら
ず、レーダー・モジュール全体の小型化とともに特性の
バラツキを回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のＦＭレーダモジュールの構
成の一例を示す平面図である。

【図２】図１中のシングルダイオード・ミキサー５とそ
の周辺の非放射性誘電体線路の拡大平面図である。

【図３】図１中のシングルダイオード・ミキサー５の拡
大正面図である。

【図４】シングルダイオード・ミキサー５および送受共
用アンテナ３を含む回路部分と非放射性誘電体線路との
インピーダンス整合の良否の状態を示す実測データであ
る。

【図５】シングルダイオード・ミキサー５および送受共
用アンテナ３を含む回路部分と非放射性誘電体線路との
インピーダンス整合の良否の状態を示す実測データであ
る。

【図６】先行技術を延長することにより構成したＦＭレ
ーダモジュールの構成の一例を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 上部導体板 ２ ＦＭ信号発生器 ３ 送受共用アンテナ ４ 非放射性誘電体線路 ５ シングルダイオード・ミキサー 5a 単一のミキサーダイオード 5b 誘電体基板 5e 同軸線路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 成貴 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 米山 務 宮城県仙台市太白区袋原字小平12番17号 (56)参考文献 特開 平６−268447（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268446（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268445（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−216654（ＪＰ，Ａ) 米山 務，非放射性誘電体線路を用い たミリ波集積回路，電子情報通信学会論 文誌，日本，電子情報通信学会，1990年 ３月25日，ＶＯＬ．Ｊ73−Ｃ−Ｉ Ｎ Ｏ．３，87−94 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/95

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】信号を発生する信号発生器と、この発生さ
   れた信号を放射する送信アンテナと、反射波を受信する
   受信アンテナと、前記送信アンテナから放射される信号
   と前記受信アンテナに受信された反射波とを混合してビ
   ート信号を発生させるミキサーと、このミキサーから出
   力されるビート信号を外部に導く出力信号線と、前記信
   号発生器、前記アンテナ及び前記ミキサーの間を接続す
   る非放射性誘電体線路とを備えたことと、 前記送信アンテナと受信アンテナとが送受共用アンテナ
   を構成することと、 前記信号発生器と前記送受共用アンテナとの間を接続す
   る非放射性誘電体線路内には、前記ミキサーのみが配置
   されたこととを特徴とするレーダモジュール。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記信号発生器と前記送受共用アンテナとの間を接続す
   る非放射性誘電体線路は、両者の間の最短経路に沿って
   直線的に延長されたことを特徴とするレーダモジュー
   ル。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、 前記ミキサーは、シングルダイオード・ミキサーである
   ことを特徴とするレーダモジュール。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３において、 前記シングル・ダイオードミキサーは、非放射性誘電体
   線路のＬＳＭ０１伝播モードの電界強度が最大となる中
   心位置からずらして配置されたことを特徴とするレーダ
   モジュール。
5. 【請求項５】 請求項３又は４において、前記シングル・ダイオードミキサーおよび送受共用アン
   テナを含む部分と、前記信号発生器が接続される非放射
   性誘電体線路との間の最終的なインピーダンス調整は、
   この非放射性誘電体線路の途中に形成される空隙の幅
   と、この空隙および前記シングル・ダイオードミキサー
   の間の距離と の調整により行われることを特徴とするレ
   ーダモジュール。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５において、 前記信号発生器はＦＭ信号発生器であることを特徴とす
   るレーダモジュール。