JP4057768B2 - 高周波信号処理装置及びそれを取り付けた車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等の車両用レーダや無線ＬＡＮ等に用いられる高周波信号処理装置及びそれを取り付けた車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用レーダや無線ＬＡＮ等に用いられる高周波送受信装置ではその構成要素であるＭＭＩＣ(Microwave Monolithic Integrated Circuit)や半導体素子を静電気の帯電によって生じる高電圧による破壊から保護し、信頼性を高めることが重要な要素となっている。
【０００３】
従来の送受信装置は、特開平１０−３３９７７４「ＦＭ−ＣＷレーダ」に示すように、送受信器を構成する回路とアンテナとは直接線路で繋がっている構成となっている。
【０００４】
また、一般的な高周波回路で良く行われている例を図７に示す。高周波送受信回路９のアンテナ側はＭＭＩＣチップや半導体素子で構成された送信用電力増幅器１−１と受信用低雑音増幅器１−２から成り、それぞれ送信用アンテナ６−１や受信用アンテナ６−２との間にはコンデンサ１２−１、１２−２やダイオード１３−１、１３−２が挿入されており、アンテナ側からの不要波の進入やアンテナ面に触れた場合の静電気によるＭＭＩＣや半導体素子の破壊を防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の例では、アンテナとシリーズに接続されたコンデンサ１２−１や１２−２の容量を小さくすれば不要波の進入やアンテナ面に触れた場合の静電気による破壊に対して強くなるが、本来の送受信信号に対して損失が大きくなる。また、ダイオード１３−１，１３−２も実際に必要なブレークダウン電圧を確保しようとすると１個ではなく複数個組み合わせた形となり、全体に複雑な回路装置構成となるという課題がある。
【０００６】
特に、自動車等での衝突防止や障害物認識用の車両用レーダ装置や自動車用自動料金徴収システム等の無線ＬＡＮ等においては、かかる微細な電子装置が車両の外部の表面部に取り付けられ作業者や人がアンテナ部等に触れる機会が多くなってきており、簡単な構造でより壊れにくく確実に動作する車両用の電子機器装置を実現することが必要である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上で述べた課題を解決するため、送受信回路部のＭＭＩＣチップや半導体素子とアンテナとを繋ぐ伝送線路の一部又はアンテナ面の一部に並列に一端を基準電位源に接続（即ち、接地）し、長さが使用信号周波数の波長の１／４の長さを持った線路（１／４ショートスタブ）を挿入する構成としたことを特徴とする。これにより、信号線路の電位を所定の信号周波数以外の直流や低周波領域ではほぼアースに短絡状態とし（即ち、接地状態とし）、所定の使用周波数の信号に対しては開放となる高いインピーダンスがアンテナに対し並列に入ることとなり、アンテナ側からの静電気や不要な雑音波は実効的に全てアースに落ちＭＭＩＣや半導体素子まで到達せず、目的の高周波信号に対しては殆ど影響を与えないでＭＭＩＣや半導体素子まで到達する構成とするものである。
【０００８】
この発明は、固定されたセンチメートルオーダの波長を使用するＩＴＳ自動車自動料金徴収システム等の無線ＬＡＮを構成する高周波送受信装置のみならず、特に固定されたミリメートルオーダの波長を使用する自動車用レーダの高周波送受信装置に適用した場合にはＭＭＩＣの小型化と合致してその効果が大きい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明を適用した高周波信号送受信装置等の高周波信号処理装置であり、発振器や増幅器やミクサ回路からなる高周波信号送受信回路部９を構成する送信用のＭＭＩＣ（ＰＡ）チップ１−１と送信用アンテナ６−１とを接続する伝送線路４−１の一部に前記伝送線路と並列に、即ち一端を基準電位源に接地して、信号送信周波数での波長の１／４の長さで構成された線路７−１が設けられている。また、同様に受信用のＭＭＩＣ（ＬＮＡ）チップ１−２と受信用アンテナ６−２とを接続する伝送線路４−２の一部に並列に、即ち一端を基準電位源に接地して、受信信号周波数での波長の１／４の長さで構成された線路７−２が設けられている。
【００１１】
なお、この図１では受発信の両方の伝送線路に１／４波長の長さの線路を設けているが、特に、アンテナからの入力信号が電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のゲート電極に伝達される受信処理装置の伝送線路にはこの１／４波長の長さの線路を設けることが必要である。
【００１２】
図２及び図３に本発明を適用した高周波送受信装置等の高周波信号処理装置の構成例を示す。図２はその概略を説明するための裏面から見た模式的な平面図であり、図３は図２のＡ−Ａラインでの主要部の断面図である。図において１０はアンテナ用誘電体基板であり、１１は表裏に送受信回路部とアンテナ部を設けた共通の導体板である。この構成例では、送受信部とアンテナ部とが一枚の共通基板（導体板）１１の裏面側とおもて面側にそれぞれ形成されたアンテナ一体形送受信器の場合を示し、送受信回路の一部を形成するＭＭＩＣチップ１とアンテナ６とはＭＭＩＣ上に形成された出力用ボンディングパッド２からボンディングワイヤ３により伝送線路４、導体板１１の表裏を繋ぐ同軸線路部の中心導体５により繋がれており、基板の裏面側において前記伝送線路４と並列に１/４波長の線路７が設けられ、この線路７の一端はビヤ８−２で接地された接地導体８−１に接続されている。
【００１３】
この１／４波長の長さの線路は他の線路と区別するために短絡線路（又は、保護線路）とも称するが、それを設ける位置はアンテナ６とＭＭＩＣや半導体素子１との間であればどこでもよく、適用する電子機器乃至その実装構造に応じてきめることが可能である。
【００１４】
また、この線路の幅は原理的には特に規定されるものではないが、図示したように伝送線路４の幅の１／２乃至それよりも小さくした方が実装基板を設計する上で望ましい。
【００１５】
また、その実際の長さについても、例えば７６．５ＧＨｚの受発信信号で動作させるミリ波の自動車用レーダではその波長は空気中で３．９２ｍｍであるので、３．９２／４＝０．９８ｍｍ（ε＝２の基板では約０．７ｍｍ）の長さの線路を伝送線に並列に接続するだけで簡単に実現でき、しかも微細なＭＭＩＣや伝送線路を搭載した実装基板に対して整合性よく作り込むことができる。
【００１６】
更にまた、５ＧＨｚで動作させるＩＴＳ自動車自動料金徴収システムにおいては、空気（ε＝１）に換算した場合６／４＝１．５ｃｍの長さの線路を伝送線に並列に設ければ良い。
【００１７】
図４は図２、図３で示した送受信部とアンテナ部とが一枚の導体板の表と裏に形成された場合の他の構成例を説明するための裏面から見た主要部の平面図であり、高周波信号が伝播する伝送線路４やアンテナ接続部を接地用の複数のビヤ８−２を設けた金属の接地導体層８−１で取り囲み、アンテナ給電用の中心導体５と伝送線路４の接続点で前記伝送線路４と反対側に１/４波長の長さを持った短絡線路（保護線路）７が設けられている。このような構成にすることによって伝送線路の電気的特性が確保され望ましいが、そのためには図示したように１/４波長の長さを持った短絡線路（保護線路）７を共通基板の裏面側即ち、ＭＭＩＣ等の受発信処理回路部が実装されているその同じ平面に設けることが望ましい。
【００１８】
なお、この図４の例では短絡線路７を伝送線路４のアンテナ側の端部の１個所のみに１本設けた場合を説明したが、同図中に点線で示したようにアンテナ６と伝送線路４との接続点即ち中心導体５を基点として放射状に複数本設けてもよく、その場合には機械的強度が増しより効率的に確実に電子機器を保護することができる。
【００１９】
図５は本発明を適用した高周波信号処理装置の他の構成例を説明するための主要部の平面図である。この図から判るように、複数のパッチ状のアンテナエレメント２１（図では８個が２列に対向配置されている）を並べた構成のアンテナパターンにおいて、基板裏面に設けられた送受信回路部（図示省略）からの給電点２２は各アンテナエレメント２１を共通に接続するマイクロストリップ線路２３の中央部に設けられ、前記マイクロストリップ線路２３の両端の部分に対称的に１／４波長の長さの短絡線路（保護線路）２４−１、２４−２を設けその先をビヤ２５−１，２５−２で基板裏面のアース導体層に接地した場合を示している。
【００２０】
図６は本発明の動作原理を判りやすく説明するための他の回路全体構成を示すものであり、ＭＭＩＣチップ１とアンテナ６とを繋ぐ伝送線路３２の一部にインピーダンス素子（同図ではインダクタンス素子）３３が並列に設けられており、使用する所定の信号の周波数で見た場合にはその部分のインピーダンスが実質的に開放状態と同等位に大きく、それ以外の周波数の他の信号や雑音に対しては実質的にアースへ短絡と同程度位に低いインピーダンスと成ることを特徴としている。同図ではインダクタンス素子を用いた場合を示しているが、このような場合には所定の信号周波数よりも低い周波数の雑音入力に対してそのインピーダンスが低くなるように設計することによって、電子機器を取り扱う人に帯電している静電気による悪影響を有効に防止することができる。
【００２１】
この図からも理解されるように、前記した図１乃至５での送受信信号の波長の１／４の長さの線路がこのインピーダンス素子に相当するものである。
【００２２】
なお、送受信信号の波長の１／４の長さの線路を伝送線路に並列に接続する方が図６に示したインダクタンス素子を設ける場合よりも構成が簡単で、高精度でかつ雑音や電波に対する方向依存性もなく全方向で有効に機能する点で好ましい。特に、ミリ波等の高周波信号処理装置においてはＭＭＩＣとあわせて組立てることが容易になり好ましい。
【００２３】
以上詳細に説明したミリ波等の高周波を受発信する装置９をアンテナ部６を含めて自動車等の車両の前方部又は最前部に搭載することによって、そのアンテナ部６が外部に露出しやすくなるが本発明によれば作業者や人がこのアンテナ部６に接触しても静電気等でこの装置が破壊されにくくなり、安心してこの装置を利用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、送受信回路を構成するＭＭＩＣチップや半導体素子とアンテナとを繋ぐ信号線路とアースとの間に直流や低周波領域ではほぼ短絡、使用周波数の信号に対しては開放に近い高いインピーダンスが並列に入ることとなり、アンテナ側からの静電気や不要波は実質的に全てアースに落ちＭＭＩＣや半導体素子まで到達せず、目的の高周波信号に対してはは殆ど影響を与えない構成とすることができる。このため、静電破壊や不要波の進入に対して極めて丈夫で高信頼なＲＦ送受信部が小型、簡素な構成で実現でき、ＭＭＩＣチップや半導体素子の破損や誤動作を防止することができる。
【００２５】
更に、かかる高周波受発信装置等の製品の製造工程においての静電気対策の許容度が増し、製造ラインの簡素化と製品の歩留まり向上にも役立つと共に、作業者や車両等のユーザの取り扱いに対しての信頼性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高周波送受信装置の構成を示す要部回路図である。
【図２】 本発明の高周波送受信装置の要部平面図である。
【図３】 本発明の高周波送受信装置の要部断面図である。
【図４】 本発明の他の高周波送受信装置の要部平面図である。
【図５】 本発明の他の高周波送受信装置の構成を示す要部回路図である。
【図６】 本発明の他の高周波送受信装置の構成を示す要部回路図である。
【図７】 従来の高周波送受信装置の構成を示す要部回路図である。
【符号の説明】
１：ＭＭＩＣチップ（又は半導体素子）で構成された高周波信号処理回路部、４：高周波信号伝送線路、６：アンテナ部、７：１／４波長の長さの線路（短絡線路又は保護線路）、８：接地（又はアース）導体、９：高周波信号処理装置、１０：誘電体板、１１：導体板。

Claims (2)

1. ミリ波の高周波信号を送信又は受信する高周波信号送受信回路部、該高周波信号を送受信するためのアンテナ部、及び上記高周波信号送受信回路部と上記アンテナ部とを電気的に接続する高周波伝送線路とを有し、
   上記高周波信号送受信回路部と上記アンテナ部とはそれぞれ一枚の共通導体板の一方の面と他方の面とに形成され、
   上記高周波伝送線路は、上記高周波信号送受信回路部から伸延するマイクロストリップ伝送線路と上記共通導体板を貫通して上記アンテナ部に接続する同軸線路とから成り、該同軸線路の中心導体は上記マイクロストリップ伝送線路に接続されると共に、上記マイクロストリップ伝送線路と上記同軸線路とが直交する接続変換点に直接接続され上記マイクロストリップ伝送線路と同一平面上で且つ上記接続変換点から上記マイクロストリップ伝送線路とは反対方向に上記マイクロストリップ伝送線路の幅よりも狭い幅で伸びる上記高周波信号の波長の１／４の長さを有して接地される短絡線路を具備する
   ことを特徴とする高周波信号処理装置。
2. 上記請求項１に記載の高周波信号処理装置が取り付けられて成ることを特徴とする車両。

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