JP4928052B2 - 切換ビーム・アンテナ・アーキテクチャ - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的に、アンテナ素子に関し、更に特定すればアレイ・アンテナに用いるアンテナ素子に関する。
【０００２】
発明の背景
当技術分野では公知であるが、市販されている製品にレーダ・システムを組み込む傾向が増加しつつある。例えば、自動車、トラック、ボート、航空機およびその他の車両にレーダ・システムを備えるのは、望ましいことである。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、動作性能に対する最低限の要求に加えて、構造の物理的サイズに対する制約を含む、比較的難しい設計パラメータがある。このような競合する設計要件（例えば、低コスト、小型、高性能パラメータ）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。設計の課題の中でも、低コスト、小型および高性能という設計目標を満たすアンテナ・システムを提供することが問題である。
【０００４】
自動車用レーダ・システムでは、例えば、コストおよびサイズに関する検討が比較的重要である。更に、自動車用レーダ用途の性能要件を満たすためには（例えば、カバレッジ・エリア）、アレイ・アンテナが必要となる。自動車用レーダ用途に製造されたアンテナ・アレイに用いるために提案されているアンテナ素子の中には、パッチ・アンテナ素子、印刷ダイポール・アンテナ素子、キャビティ・バックド・パッチ・アンテナ素子(cavity backed patch antenna element)が含まれる。これらのアンテナ素子は、各々、自動車用レーダ用途に用いた場合、１つ以上の欠点がある。
【０００５】
例えば、パッチ・アンテナ素子およびキャビティ・バックド・パッチ・アンテナ素子は、各々、比較的大量の基板面積および厚さを必要とする。しかしながら、小型化およびコストの理由から、自動車用途のアレイ・アンテナには、限られた量の面積しか得られない。このため、高密度回路において動作可能なアンテナ素子が求められている。印刷ダイポール・アンテナは、高密度回路環境にて動作可能であるが、印刷ダイポール・アンテナ素子で作られたアレイ・アンテナはアンテナ放射パターン内に「盲点」を生ずる。
【０００６】
したがって、小型で、高密度回路環境において動作可能であり、比較的低コストで、比較的高性能な特性を有するアレイ・アンテナを得るために用いることができるアンテナ素子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
本発明によれば、アンテナ素子は、放射層上に配置されたカバー層を含み、放射層上には第１接地面が配置され、接地面内部にはアパーチャを有する。放射層は、フィード（給電）回路層上に配置されており、フィード回路層上には、第２接地面が配置されている。第１および第２接地面層間に複数のバイア・ホールを配置することによって、放射層およびフィード回路層内に空洞（キャビティ）を設ける。アンテナ素子フィードが、フィード回路およびアンテナ素子間においてエネルギを結合する。フィード回路が、アンテナ素子フィードおよびバトラ（Butler）マトリクス間においてエネルギを結合し、各アンテナ素子間にインターレースした仰角フィードとして設けられている。この特定的な構成により、ストリップライン給電開放端誘電体充填キャビティを利用した、小型のスロット状アンテナ素子が得られる。一実施形態では、アンテナ素子はＬＴＴＣ基板で形成され、その上に多数のアンテナ素子を配置し、多数のアンテナ・ビーム間で切換（スイッチング）が可能な小型アレイ・アンテナを設けることができる。本発明のアンテナ素子は、５つの層だけがあればよく、したがって比較的低コストのアンテナとして提供することができる。放射層内部には、容量性ウィンドウを形成し、アンテナ素子を調整することができる。各アンテナ素子間でインターレースする仰角フィードとしてフィード回路を設けることによって、高密集環境においても動作可能な小型アンテナが得られる。多重ビーム・アレイ・アンテナは、２４ＧＨｚで放射するように設計した。アンテナ全体は、単一の低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：low temperature co-fired ceramic）回路内に作成した。アンテナの設計は、放射素子（ストリップライン給電開放端導波路）、ビーム形成ネットワーク（バトラ・マトリクス）、放射フィード回路、直角ハイブリッド、電力分割器、および層間移行部を含んでいる。
【０００７】
本発明の更に別の態様によれば、アレイ・アンテナは、複数のスロット状アンテナ素子を備え、その各々がストリップライン給電開放端充填キャビティを利用する。この特定的な構成により、多数のビームを供給可能な小型アレイ・アンテナが得られる。このアンテナは、自動車用レーダ用途に利用するセンサに用いることができる。好適な実施形態では、センサは、送信および受信アンテナを含む。好適な実施形態では、送信および受信アンテナは、単一基板上に配置されたバイスタティック・アンテナ対として設けられる。しかしながら、別の実施形態では、モノスタティック構成を用いることができる。
【０００８】
本発明の更に別の態様によれば、切換ビーム・アンテナ・システムは、複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ・ポートと複数のスイッチ・ポートとを有し、アンテナ・ポートの各々が複数のアンテナ素子のそれぞれに結合されているバトラ・マトリクスと、入力ポートと複数の出力ポートとを有し、スイッチ出力ポートの各々がバトラ・マトリクスの複数のスイッチ・ポートのそれぞれに結合されているスイッチ回路とを含む。この特定的な構成により、多重ビーム・スイッチト（切換）ビーム・アンテナ・システムが得られる。アンテナ素子を単一の低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板で形成することにより、アンテナ・システムを小型アンテナ・システムとして提供することができる。好適な実施形態では、放射素子は、ＬＴＴＣ基板内に作成され、バトラ・マトリクス、放射フィード回路、直角ハイブリッド、電力分割器、および層間移行部もＬＴＴＣ基板内に設けられる。
【０００９】
本発明の前述の特徴、および本発明自体は、以下の図面と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を参照すると、レーダ・システム１０は、アンテナ部１４と、送信機２２および受信機２４双方を有するマイクロ波部２０と、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３０、電源３２、制御回路３４およびディジタル・インターフェース・ユニット（ＤＩＵ）３６を備えた電子装置部２８とを含む。送信機２２は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の制御信号を発生するディジタル・ランプ信号発生器を含む。これについては、以下で説明する。
【００１０】
レーダ・システム１０は、レーダ技術を利用して、システム１０の視野内において１つ以上の物体（目標）、即ち、ターゲットを検出し、種々の用途に用いることができる。例示の実施形態では、レーダ・システム１０は自動車用レーダ・システム（図２）のモジュールであり、具体的には、側方（横方向）物体検出（ＳＯＤ：side object detection）モジュールまたはシステムであり、自動車またはその他の輸送手段（車両）４０上に搭載するように構成され、物体を検出することを目的とする。物体には、限定する訳ではないが、別の車両、木々、標識、歩行者、および車両が位置する経路に近接して位置する可能性がある他の物体が含まれる。当業者には明白であろうが、レーダ・システム１０は、多くの異なる種類の用途において用いるのにも適している。その用途には、限定する訳ではないが、海洋分野が含まれ、レーダ・システム１０はボート、船、またはその他の船舶上に配置することができる。
【００１１】
送信機２２は、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ：frequency modulated continuous wave）レーダとして動作し、送信信号の周波数は、第１所定周波数から第２所定周波数まで線形に増加する。ＦＭＣＷレーダには、感度が高く、送信電力が比較的低く、距離分解能が高いという利点がある。しかしながら、他の種類の送信機も使用可能であることは認められよう。
【００１２】
車両４０からレーダ・システム１０に、制御信号バス４２を通じて制御信号を供給する。制御信号には、車両４０に伴うヨー・レートに対応するヨー・レート信号、および車両の速度に対応する速度信号を含めることができる。ＤＳＰ３０は、これらの制御信号、およびレーダ・システム１０が受信したレーダ反射信号を処理し、レーダ・システムの視野内部において物体を検出する。これについては、図１０ないし図１６に関連付けて以下で説明する。レーダ・システム１０は、出力信号バス４６を通じて、その視野内部にある物体を特徴付ける１つ以上の出力信号を車両に供給する。これらの出力信号には、ターゲットに関連する距離を示す距離信号、ターゲットに関連する距離レート(range rate)を示す距離レート信号、および車両４０に対するターゲットに関連する方位角を示す方位角信号を含めるとよい。出力信号は、車両４０の制御ユニットに結合され、インテリジェント巡航（クルーズ）制御システムや衝突回避システムにおけるように、様々に使用することができる。
【００１３】
アンテナ・アセンブリ１４は、ＲＦ信号を受信する受信アンテナ１６と、ＲＦ信号を送信する送信アンテナ１８とを含む。レーダ・システム１０は、バイスタティック・レーダ・システムとしてその特性を表すことができる。何故なら、これは、互いに近接して位置する別個の送信アンテナおよび受信アンテナを含むからである。アンテナ１６、１８は、それぞれのステアリング角において多数のビームを生成する。これらのステアリング角は、同じ方向で送信ビームおよび受信ビームに照準を当てる(point)ように、並列に制御される。それぞれのアンテナ１６、１８の角度を選択するには、多重位置送信および受信アンテナ・スイッチを含む様々の相応しい回路がある。
【００１４】
次に図２を参照すると、図１のレーダ・システム１０の応用例が、自動車用近接物体検出（ＮＯＤ：near object detection）システム５０の形態で示されている。ＮＯＤシステム５０は、車両５２上に配置されている。車両５２は、例えば、自動車、オートバイ、またはトラックのような自動車両、ボートのような海洋輸送手段または水中輸送手段、あるいは刈り取り機のような農業車両として設けることができる。この特定的な実施形態では、ＮＯＤシステム５０は、米国特許に記載されている形式とすることができる前方監視センサ（ＦＬＳ：forward-looking sensor）システム５４、光電センサ（ＥＯＳ：electro optic sensor）システム５６、複数の側方監視センサ（ＳＬＳ：side-looking sensor)システム５８または同等の横方向物体検出（ＳＯＤ）システム５８、および複数の後方監視センサ（ＲＬＳ：rear-looking sensor）システム６０を含む。例示の実施形態では、図１のレーダ・システム１０はＳＯＤシステム５８である。
【００１５】
ＦＬＳ、ＥＯＳ、ＳＬＳ、およびＲＳＬシステムの各々は、センサ・プロセッサ６２に結合されている。この特定的な実施形態では、センサ・プロセッサ６２は、中央プロセッサとして示されており、ＦＬＳ、ＥＯＳ、ＳＬＳ、およびＲＬＳシステムの各々がバスまたはその他の手段を通じてこれに結合されている。尚、別の実施形態では、ＦＬＳ、ＥＯＳ、ＳＬＳ、およびＲＬＳシステムの内１つ以上が、図１のＤＳＰ３０のような、それ自体のプロセッサを含み、以下で説明する処理を行うようにしてもよいことは認められよう。この場合、ＮＯＤシステム１００は、分散プロセッサ・システムとして設けられる。
【００１６】
ＮＯＤシステム５０が含むプロセッサが１つかまたは多数かには係わらず、センサ・システム５４、５６、５８、６０の各々によって収集した情報は共有され、プロセッサ６２（または分散システムの場合は複数のプロセッサ）は判断ツリー即ちルール（規則）ツリーを形成する。ＮＯＤシステム５０は、盲点検出、車線変更検出、車両のエア・バック作動準備を含み、これらには限定されない多数の機能のために用いられ、車線持続（停留）機能を実行することができる。例えば、センサ・プロセッサ６２を車両５２のエアバッグ・システム６４に結合することができる。ＦＬＳ、ＥＯＳ、ＳＬＳ、およびＲＬＳシステムの内１つ以上からの信号に応答して、センサ・プロセッサ６２は、車両のエアバッグを「準備」(pre-arm)するのに適しているか否か判断することができる。別の例も可能である。
【００１７】
ＥＯＳシステム５６は、光センサ即ちＩＲセンサ、あるいはセンサの方位面において比較的高い分解能を有する別のいずれかのセンサを含む。１対のＲＬＳシステム６０は、三角測量方式を利用して、車両の後部にある物体を検出することができる。ＦＬＳシステム５４は、１９９９年７月２７日に発行された、「Automotive Forward Looking Sensor Architecture」（自動車用前方監視センサ・アーキテクチャ）と題する米国特許第５，９２９，８０２号に記載されている形式とすることができる。この特許は、本発明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、ＳＬＳおよびＲＬＳセンサ５８、６０の各々は、同じアンテナ・システムを有するように設けてもよいことは認められよう。
【００１８】
センサ・システムの各々は、複数のカバレッジ・ゾーンが車両周囲に存在するように、車両５２上に配置されている。したがって、車両は、センサ・ゾーンの繭のような網または覆い内に包囲されている。図２に示す特定的な構成によれば、４つのカバレッジ・ゾーン６６ａ〜６６ｄが用いられている。カバレッジ・ゾーン６６ａ〜６６ｄの各々は、１つ以上のＲＦ検出システムを利用する。ＲＦ検出システムは、カバレッジ・ゾーン６６ａ〜６６ｄの各々において多数のビームを供給する、アンテナ・システムを利用する。このようにして、別の物体が車両に接近する特定の方向、または車両が別の物体に接近する特定の方向を発見することができる。
【００１９】
尚、ＳＬＲ、ＲＳＬ、およびＦＬＳシステムは、車両上に着脱可能に配備可能であることは認められよう。即ち、実施形態によっては、ＳＬＳ、ＲＬＳ、およびＦＬＳセンサを車両の本体外部（即ち、車両本体の露出面上）に配置する場合もあり、一方別のシステムでは、ＳＬＳ、ＲＬＳ、およびＦＬＳセンサをバンパやその他の車両の部分（例えば、ドア、パネル、クオータ・パネル、車両の前端、および車両の後端）に埋め込む場合もある。また、車両内部（例えば、バンパ内またはその他の場所）に搭載し、しかも着脱可能なシステムを設けることも可能である。搭載するシステムは、２００１年８月１６日に出願され「System and Technique for Mounting a Radar System on a Vehicle」（レーダ・システムを車両上に搭載するシステムおよび技法）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「Portable Object Detection System」（携帯物体検出システム）と題する米国特許出願第０９／ 号に記載されているような形式とすることができる。これらの各々は、本発明の譲受人に譲渡されており、その内容は各々この言及により本願にも援用されるものとする。
【００２０】
次に図３を参照すると、横方向物体検出（ＳＯＤ）システム７０は、ハウジング７２を含み、この中にＳＯＤ電子回路が配置されている。ハウジングの一部を除去し、複数のアンテナ素子７７が配置されている単一基板７６が見えるようにしている。好適なアンテナ・アレイおよびアンテナ素子については、以下で図９ないし図１１と関連付けて説明する。この特定的な実施形態では、基板７６は、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fire Ceramic）基板７６として設けられている。図１０および図１１に関連付けて以下で詳細に説明するが、単一の基板７６は、複数のＬＴＣＣ層で形成することができる。
【００２１】
また、ＬＴＴＣ基板７６内には、バトラ・マトリクス形成回路、アンテナ素子７５に結合された放射フィード回路、複数の直角ハイブリッドおよび電力分割回路、ならびに層間移行回路も設けられている。
【００２２】
一実施形態では、比誘電率（ε_r）が約３．７の射出成形ＰＢＴ（ポリブチレン・テレフタレート）で作られている。ハウジング７２はカバー７３を含む。アンテナの性能に影響を及ぼすカバー７３の特性の１つは、カバーの厚さである。好適な実施形態では、カバーの厚さは、誘電体で測定して、半波長（０．５λ）に設定されている。約２４ＧＨｚの動作周波数では、これは、約０．１２５インチのカバーの厚さに対応する。アンテナ・アパーチャは、カバー７３から距離Ｄ（アンテナ・アパーチャからカバー７３の内面までの測定値）だけ離間することが好ましい。距離Ｄは、空中で測定して、約０．５λに僅かに足りない距離に対応する。約２４ＧＨｚの動作周波数では、これは約０．２インチに対応する。カバー７３の他の寸法は、構造および製造に基づいて選択する。ハウジング７２には凹陥（凹部）領域が設けられ、その中に基板７６が配置されている。ハウジングは、２００１年８月１６日に出願され「Highly Integrated Single Substrate MMW Multi-Beam Sensor」（高集積単一基板ＭＭＷ多重ビームセンサ）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形式とすることができる。この出願は、本発明の譲受人に譲渡されており、その内容はこの言及によりその全てが本願にも援用されるものとする。
【００２３】
一実施形態では、基板４０をＦｅｒｒｏのＡ６−ＭＬＴＣＣテープで形成する。形成に用いるテープは、焼成前に約０．０１０インチの厚さ、焼成後に約０．００７４インチの厚さ、そして約５．９の誘電率を有する。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１インチ当たり１．０ｄＢ（１．１ｄＢの方が近い）である。
【００２４】
ＬＴＣＣをこのアンテナに選択したのは、種々の理由があるからであり、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、コンパクトな回路設計を可能とし、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）を大量に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。
【００２５】
次に図４を参照すると、切換ビーム・アンテナ・システムは、複数のアンテナ素子８２を有するアンテナ８０を含む。アンテナ素子８２の各々は、複数の仰角分配ネットワーク(elevation distribution network)８４ａ〜８４ｈのそれぞれを介して、バトラ・マトリクス・ビーム形成ネットワーク８８の複数の出力ポート８６ａ〜８６ｈのそれぞれに結合されている。以下で図５ないし図７と関連付けて説明するが、入力即ちビーム・ポート８８ａ〜８８ｈの内所定のものに信号を供給すると、アンテナが形成するビームは、方位面において異なるビーム位置に現れる。仰角分配ネットワーク８４の各々は、第１の２対１（２：１）電力分割器９０を備え、これが電力を２つの放射フィード回路９２ａ、９２ｂに等しく分割する。
【００２６】
一実施形態では、放射フィード回路は、仰角における振幅分配の半分を与えるコーポレート・フィード(corporate feed)から成る。各フィード回路９２ａ、９２ｂは、異なる線路長を有する信号経路を通じて、「放射素子」または単に「放射体」にそれぞれ結合されている。このように線路長を異ならすことにより、仰角方向のビーム・ステアリングに適した位相シフト（偏移）を行う。
【００２７】
バトラ・マトリクスの入力ポートは、切換ビーム組み合わせ回路９０の出力ポートに結合されている。切換ビーム組み合わせ回路９０は、バトラ・マトリクス・ポート８８ａ〜８８ｂの対応する１つに結合されている第１複数のスイッチ・ポート９２ａ〜９２ｈ、および共通ポート９４を有する。共通ポート９４では、以下で説明するように組み合わせビームが得られる。
【００２８】
バトラ・マトリクス８８のポート８８ａ〜８８ｈは、異なるアンテナ・ビームの位置を表す。これらのビームは、独立しており、同時に用いることができる。バトラ・ポートの位置に対するビームの位置を図７に示す。図７では、参照番号１２０ａ〜１２０ｈは空間におけるビームの相対的な位置を表し、ビーム番号１〜８（図７では、参照番号１２１ａ〜１２１ｈで示す）は、図６において与えたバトラ入力ビーム・ポート番号を示す。これは、図５でも同様に、参照番号１０２ａ〜１０２ｈで示されている。尚、隣接するビーム（空間において）は、常にバトラ入力ビーム・ポートの相対する半分に位置することを注記しておく（ビーム・ポートの左半分１、２、３および４、ならびにビーム・ポートの右半分５、６、７および８）。隣接する直交ビームを組み合わせることによって、得られるビームはコサイン・アパーチャ分布を有し、したがってサイドローブ・レベルが低下する。四方向スイッチ（図５におけるスイッチ１０５、１０６のような）を設けることによって、バトラ入力ビーム・ポートの各半分が、隣接するいずれか１対のビームの通路となる。次に、２つの四方向スイッチ１０５ａおよび１０６ａ（図５）の入力は、等電力分割器(equal power divider)１０８を介して結合されている。このように、電力分割器１０８ａの単一入力は、７つの組み合わせビーム（図７Ａでは１２４ａ〜１２４ｇで示す）の内１つに接続される。図７Ａにおけるビームの組み合わせは、番号対（２、６）、（６、４）、（４、８）、（８、１）、（１、５）、（５、３）、（３、７）によって表されている。即ち、ビーム１２４ａ（図７Ａ）は、（２、６）で表されたビーム２および６の組み合わせによって得られる。同様に、ビーム１２４ｂ（図７Ａ）は、（６、４）で表されたビーム６および４の組み合わせによって得られ、ビーム１２４ｃ（図７Ａ）は、（４、８）で表されたビーム４および８の組み合わせによって得られ、ビーム１２４ｄ（図７Ａ）は、（８、１）で表されたビーム８および１の組み合わせによって得られ、ビーム１２ｅ（図７Ａ）は、（１、５）で表されたビーム１および５の組み合わせによって得られ、ビーム１２４ｆ（図７Ａ）は、（５、３）で表されたビーム５および３の組み合わせによって得られ、ビーム１２４ｇ（図７Ａ）は、（３、７）で表されたビーム３よび７の組み合わせによって得られる。
【００２９】
また、これらの番号対は、左および右スイッチ１０５、１０６（図５）のスイッチ位置もそれぞれ表す。例えば、図５において参照番号１０２ａで示されたポート１を選択するようにスイッチ１０５をセットし（即ち、ポート１およびスイッチ・ポート１０５ａ間に低インピーダンス信号を供給する）、図５において参照番号１０２ｈで示されたポート８を選択するようにスイッチ１０６をセットする。その結果電力分割ポート１０８ａにおいて得られる組み合わせビームは、中央ビームであるビーム８、１である。
【００３０】
次に図５を参照すると、複数のアンテナ素子ポート１００ａ〜１００ｈ（例えば、図４のポート８６ａ〜８６ｈに対応することができる）、および複数のスイッチ・ポート１０２ａ〜１０２ｈ（例えば、図４のポート８８ａ〜８８ｈに対応することができる）を有するバトラ・マトリクス・ビーム形成ネットワーク９８が示されている。スイッチ・ポート１０２ａ〜１０２ｈは、伝送線１０３ａ〜１０３ｈを通じて、切換ビーム組み合わせ回路１０４に結合されている。周知のように、バトラに対するポート整相は、１８０゜の位相差を有し、曲線信号経路１０３ａ、１０３ｃは、全てのポートを同相にするのに必要な１８０゜差分線路長を表す。ここでは、スイッチ・ビーム組み合わせ回路１０４は、１対の単極四投スイッチ１０５、１０６で構成されており、スイッチ１０５、１０６の各々は、電力分割回路１０８の出力ポートに結合されている共通ポート１０５ａを有する。電力分割回路１０８は、入力ポート１０８ａに供給される信号が出力ポート１０８ｂ、１０８ｃにおいて等しい位相および等しい電力レベルを有するように設けられている。
【００３１】
次に図６を参照すると、複数のアンテナ素子１１０ａ〜１１０が、バトラ・マトリクス・ビーム形成ネットワーク１１２のポート１００ａ〜１００ｈに結合されている。ここに示すバトラ・マトリクス・ビーム形成ネットワーク１１２は、複数の電力分割回路１１４で構成されている。回路１１４は、直角即ち９０゜ストリップライン・リング・ハイブリッドとして設けられ、図示のようにバトラ・マトリクス回路を設けるように結合されている。これらのハイブリッドは、スルー・アームおよび結合アームの出力において、９０゜の位相差で３ｄＢの電力分割を有する。バトラ・マトリクスは、固定した位置で直交ビームを形成する無損失ビーム形成ネットワークである。ビームの位置は、アンテナ・アレイにおけるアンテナ素子の間隔（アレイ格子間隔と呼ぶ）の関数である。この特定的な実施形態では、バトラ・マトリクス１１２は、直角ハイブリッド回路１１４および固定位相シフトを用いて、多数のビームを形成する。以下で更に詳細に説明するが、固定の位相シフトは、差分線路長１１５によって与える。図６では、経路長は、２ｎ、３ｎ、および１ｎで示されており、ｎ＝□／８ラジアンである。固定の位相シフトを得るには、別の技法も使用可能である。
【００３２】
通例、狭帯域幅では、固定の位相シフトは単に差分線路長である。位相シフトの単位は、π／８ラジアン即ちλ／１６である。２^N本のビームがある。バトラは、ビームの位置を算出するために次の式を与える。
【００３３】
【数１】

ここで、
λは中心周波数の波長、
Ｎは素子数、
ｄは素子の間隔、および
Ｍはビーム番号である。
【００３４】
次に、図７を参照すると、この特定的な実施形態では、バトラ・マトリクスは８つのビーム１２０ａ〜１２０ｈを形成する。即ち、入力信号をバトラ・マトリクス入力ポート１１２ａ〜１１２ｈの１つに供給することによって、アンテナ１１０はビーム１２０ａ〜１２０ｈの対応する１つを生成する。ビームの位置を決定するための計算は、次の式を用いて求めることができる。
【００３５】
波長（インチ）：λ＝１１．８１／２４
素子数：Ｎ＝８
素子間隔（方位角）：ｄ＝０．２２３
ビーム位置（度）：以下の式
【００３６】
【数２】

ビーム番号：Ｍ＝１．．．Ｎ／２
方位角で０．２２３”のアレイ格子間隔を有するアレイを設ける場合、図７に示すビーム位置が得られる。一実施形態では、差分線路長の値ｎは、１６／λに選択され、これは２４ＧＨｚの周波数では０．０１２７に対応する。また、図７は、図６におけるどのビーム・ポートがどのビームを生成するかを示す。
【００３７】
次に図７Ａを参照すると、計算したアンテナ放射パターン１２２は、７つのビーム１２４ａ〜１２４ｇを含み、これらをレーダ・システムで用いることができる。７つのビームを得るには、前述したようにバトラ・マトリクスによって形成された８つのビームの内対応するビームを組み合わせる。隣接するビーム（例えば、図７からのビーム１２０ａ、１２０ｂ）を組み合わせると、図７Ａに示すようなビーム１２４Ａを生成することができる。定義上、バトラ・マトリクスからのビームは直交であるので、方位角でビームを組み合わせると、ｃｏｓ（θ）のテーパが生じ、ピーク・サイドローブ・レベルは（最大ビームに対して）２３ｄＢとなる。
【００３８】
組み合わせビームの位置を以下の表に記載する。
【００３９】
【表１】

仰角でも、２５ｄＢのチェビシェフ・テーパ(Chevyshev taper)および１５゜のビーム・ステアリング(beam steer)がある。
【００４０】
次に、図７Ｂを参照すると、得られた組み合わせビーム・アレイ・ファクタ（係数）が示されている。組み合わせビームは、２０ｄＢを基準(フロア：floor)として、Ｕ−Ｖ空間において無誤差輪郭をなす。これらは、ｃｏｓ（θ）エレメント・ファクタ(element factor)を取る。このプロットは、仰角において１５゜ビームをステアリングした場合の、方位角における７つの組み合わせビームを表す。
【００４１】
尚、方位角にｃｏｓ（θ）のテーパを形成して隣接ビームを組み合わせるのは、コスト主導型設計選択であったことは認められよう。代わりに、減衰器を用いてテーパを形成することもできる。しかしながら、これらを用いるとすると、ＬＴＣＣ回路内に抵抗を埋め込んで用いなければならない。ＬＴＣＣテープ層上で埋め込み抵抗を用いると、ＬＴＣＣ回路の製造に別の処理ステップが追加されることになる。したがって、減衰器を用いて方位角分布を形成する場合、アンテナのコスト上昇を招くことになる。更に、本発明の技法は、二方向スイッチを不要とすることによって、スイッチ・ネットワークを簡略化する。
【００４２】
次に、図８および図８Ａを参照すると、横方向検出ゾーンの異なる２つの例が示されている。図８では、車両１２９周囲に最大検出ゾーン１３０が配置されている。最大検出ゾーン１３０は、検出ゾーン境界１３１によって規定される。この例では、設ける最大検出ゾーン境界１３０は台形形状を有する。一例としてのＳＯＤシステムは、７つの方位ビーム１３２ａ〜１３２ｇを発生し、斜線領域で示すように、各々異なる最大検出範囲を有する。そして、これはビーム・エコー上で動作する検出アルゴリズムによって決定される。８つのビームの各々の最大検出範囲をアルゴリズムで制御することによって、実際の最大検出ゾーン境界１３４の形状と、指定した基準検出ゾーン境界１３６との関係を規定する。物体を検出する方法は、２００１年８月１６日に出願され、「Radar Detection Method and Apparatus」（レーダ検出方法および装置）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。この特許出願は、本発明の譲受人に譲渡され、その内容はこの言及によりその全体が本願にも援用されるものとする。
【００４３】
図８および図８ＡのＳＯＤシステムの一例は、７つのビームを有し、各々のビーム幅は約１５度で、全方位方向走査は約１５０度に及ぶ。尚、本発明から逸脱することなく、別の数のビーム（７本より多いまたは少ないビーム）や走査角度も可能であることは、当業者には認められよう。個々の用途において用いられるアンテナ・ビームの特定の数は、カバレッジ・ゾーンの形状、カバレッジ・ゾーンのサイズ、要求方位角分解能、複雑度およびコストを含むがこれらに限定されない種々の要因に応じて選択される。
【００４４】
次に、図８Ａを参照すると、ほぼ矩形形状を有する境界１４０が、車両１４４周囲に検出ゾーン１４２を規定している。この場合も、システムの一例では、７つの方位方向アンテナ・ビーム１４６ａ〜１４６ｇを発生し、アンテナ・ビーム１４６ａ〜１４６ｇの各々は、斜線で示すように、異なる最大検出範囲１４８を有する。最大検出距離１４８がビーム１３２ａ〜１３２ｇ（図８）とは異なるのは、異なる実最大検出ゾーンを形成するためである。
【００４５】
次に、図９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１５０は、送信アレイ１５２および受信アレイ１５４を含む。アレイ１５２、１５４の各々は、８つの行１５６ａ〜１５６ｇおよび６つの列１５８ａ〜１５８ｆを含む。したがって、送信および受信アレイ１５２、１５４の各々は、全体的に１６０で示す、４８個の放射素子（あるいは単に「放射体」または「素子」）を有し、その内８つの素子が方位方向、６つの素子が仰角方向である。
【００４６】
図１０および図１１に関連付けて詳しく説明するが、各放射素子１６０は、ＬＴＣＣにおけるストリップライン給電開放端キャビティ(stripline-fed open-ended cavity)である。キャビティをＬＴＣＣに形成するには、全体的に１６２で示す埋め込みバイアを用い、「中空壁」を作成する。アレイ１５２、１５４の各々が有する矩形格子間隔は、０．２２３”（方位方向）×０．２９５”（仰角方向）である。方位方向間隔は、バトラ・マトリクスによって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決められる。仰角方向間隔は、カバーによって誘発される走査遮蔽（盲点）を回避するために必要となる、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。
【００４７】
自動車用レーダの用途では、アンテナは、プラスチック・ハウジングに密閉され、ハウジング・カバーを介して放射する。一実施形態では、ハウジング・カバーをラジエータ（放射器）の構造に組み込むことができる。しかしながら、好適な実施形態では、アンテナは、図３に示したようなアンテナ・アパーチャから約半波長だけ離間したハウジング・カバーを介して放射する。この手法では、アンテナの上にアンテナ・カバーを配置することができるが、カバーはＬＴＣＣの追加層（例えば、図１０では層１７６で表す）で形成することができる。
【００４８】
次に、図１０を参照すると、図９と同様のエレメントには同様の参照番号を付し、例えば、図２Ａ、図３、図５、図８、図９に関連付けて説明したアンテナに用いることができる放射素子１７０は、第１および第２の対向面を有する接地面層１７２、および第２面上に配置した接地面１７３を含む。接地面層１７２の第２面上には、複数の放射層１７４が配置されている。以下で更に詳しく説明するように、放射層１７４の各々には、アンテナ構造が含まれている。ここでは、各放射層１７４上の構造は、接地面１７３に対して適切に整合（位置合わせ）されていることを述べれば十分であろう。
【００４９】
放射層１７４上に、アンテナ素子カバー層１７６が配置されている。一実施形態では、アンテナ１７０の素子カバー層１７６は、放射体１７０内に組み込まれている。素子が約２４ＧＨｚの周波数で動作する特定的な一実施形態では、設ける素子カバー層１７６は、厚さが約０．０３８インチ、誘電率が約３．５であり、放射体１７０を「調整する」(チューニング)ために用いられる（即ち、所望の周波数範囲において信号に対して適切な応答を有するアンテナ素子１７０を設けるのに役立つように、カバー１７６を利用する）。
【００５０】
図１０と関連付けて以下で説明する別の実施形態では、厚さが約２２．２ミルのＬＴＣＣによってカバー層１７６を形成する。この実施形態では、カバー層は、３つの１０ミル（焼成前）テープ層（例えば、図１１における層２１８〜２２２）で形成することができる。
【００５１】
図９の実施形態では、４つの層１７８〜１８４によって放射層を形成する。放射層１７８〜１８４の各々は、ＬＴＣＣテープ層として設けられる。設けられる層の厚さは、約１０ミル（焼成前）および約７．４ミル（焼成後）、公称ε_rが約５．９、そして損角正接(loss tangent)が通例では約０．００２である。
【００５２】
導電性ストリップ１８８を配置した層１７８を設ける。これは、アンテナ素子フィード回路１８８に対応する。導電体１９０を配置した層１８０を設ける。これは、接地面１９０に対応する。このように、上位および回接地面間にフィード回路１８８を配置し、したがって層１７８はストリップライン給電層１７８に対応する。
【００５３】
設けられる接地面１９０は、内部にアパーチャ１９２を有し、したがって層１８０は接地面層および容量層１８０双方に対応する。設けられる層１８２の上には導電性トレース１９１が配置されており、これを通じてバイア１６０が配置される。導電性トレース１９１はアパーチャ１９３を形成する。層１８２上には層１８４が配置され、その上面即ち第２面上には、接地面１９４が配置される。接地面の一部を除去し、アパーチャ１９６を形成する。
【００５４】
導電性バイア１６０は、層１７２および１７８〜１８４の各々を通過して、キャビティを形成する。このように、接地面層１７２、放射層７１４（および放射層１７４上に配置された関連構造）およびカバー層１７６は、ＬＴＣＣ内に形成されたストリップライン給電開放端キャビティとして、放射素子１７０を形成する。キャビティをＬＴＣＣ内に形成するには、埋め込みバイア１６０によって、アパーチャ層１８４の第１面即ち上面から接地面層１７２の第２面即ち上面まで連続導電路を設け、ストリップライン・プローブ１８８によって供給する。
【００５５】
特定的な一実施形態では、設けるキャビティは、長さが０．２９５インチ、幅が０．０５０インチ、そして高さが０．０２９６インチ（０．２９５”×０．０５０”×０．０２９６”）である。アパーチャ上において、放射体を調整するための内部回路層として容量性ウィンドウ１９２を用いた。
【００５６】
この特定的な実施形態では、放射体１７０の設計は、ＬＴＣＣ層数の減少、そしてここではコスト削減という要望によって導かれた。アンテナの低コスト要求のために、アンテナ自体は、最大で８つのＬＴＣＣテープ層を有するように指定された。図５に関連付けて先に説明したように、バトラ・マトリクス回路は、４つのＬＴＣＣテープ層または２つのストリップライン回路層から成る。バトラ・マトリクスのサイズおよび回路レイアウトのために、ビーム形成ネットワークを２つのストリップライン回路層または４つのＬＴＣＣテープ層間で分割しなければならなかった。したがって、放射体には４つのＬＴＣＣテープ層が使用可能となった。加えて、これら残った４つのＬＴＣＣ回路層は、仰角分配ネットワークを含むためにも必要であった。その結果、これらの層上に比較的密度の高い回路を有するＲＦ回路が得られた。
【００５７】
この特定的な実施形態では、アンテナ素子１７０は、リアクタンス性アパーチャ即ちウィンドウ１９２、１９３および１９６を含み、自由空間インピーダンスに一致する所望のインピーダンスを有する放射素子１７０を設けるために用いられる。リアクタンス性アパーチャ１９２、１９３、１９６および素子カバー１７６は、フィード線１８８のインピーダンスを自由空間インピーダンスに一致させるために用いられる。このため、放射素子１７０は複数の異なる層、ここでは放射体の３つの異なる層の上に調整構造を含み、これを用いれば、所望のインピーダンスを有するアンテナ素子１７０を設けることができる。
【００５８】
カバー１７６は、ＬＴＴＣから成り、同様に調整構造として利用された。しかしながら、誘電体カバーは、アレイにおいて走査盲点現象(scan blindness phenomenon)を伴うことが多い。異なるカバーの厚さに対する走査反射係数の分析を行って、走査盲点現象がアンテナの性能には支障を来さないことの確証を得た。
【００５９】
走査反射係数（カバー１７６による）対走査角度（単位は度）の関係についての、種々のカバーの厚さに対する走査盲点分析の結果、好ましいカバーの厚さの範囲は、０．０．０２０インチないし０．０３０インチであることが判明した。これらのカバーの厚さでは、方位方向の走査反射係数は、最大走査角度７５゜においても比較的小さい。したがって、この範囲のカバーであれば、７５゜までの方位方向走査において、アレイには走査盲点が全く生じないはずである。
【００６０】
一実施形態では、分析技法を用いて、最適な厚さに最も近い７．４ミルの倍数である、厚さ０．．０２２インチのカバーを、放射体の設計に用いた。仰角走査分析によって、仰角方向に１５゜ビームをステアリングした場合には、いずれのカバーでも走査盲点効果は生じないことが示された。
【００６１】
次に図１１を参照すると、図１０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。放射素子２００および連動するフィード回路は、１１のＬＴＣＣテープ層２０２〜２２２によって形成されており、通例では、これらの層は、各々、焼成後の厚さが約０．００６４インチ、（ストリップライン接地面間隔）が０．０１４８インチである。素子２００には、層２０２内に素子信号ポート２００ａが設けられている。
【００６２】
放射素子２００は、以下で説明する構造から成り、図示のように、層２１０〜２２２内に設けられる。尚、カバー層２１８〜２２２（図１０におけるカバー層１７６に対応する）は放射素子２００と一体であることを注記しておく。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。
【００６３】
導電性バイア２３０ａ、２３０ｂを通じて、導電性トレース２３２およびストリップライン・フィード（給電）回路２３４にそれぞれ電力分割回路２２８が結合されている。こうして、仰角フィード回路を素子２００とインターレースさせる。
【００６４】
容量性ウィンドウ２４０を層２１４、２１６上に形成する。その際、層２１４、２１６上に接地面材料を配置し、接地面内に開口を設ける。層２０２、２０４および２０８も設け、その上に接地面２４２を配置する。層２０２〜２０８はバトラ・マトリクス回路専用であり、一方層２１０〜２１６は放射体およびフィード回路専用である。
【００６５】
ＬＴＣＣ内の埋め込みバイア１６０は、ＬＴＣＣ内に放射体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、２３０ｄは、異なる層２０２〜２１６上の回路間で移行するために用いられる。図９および図１０に見られるように、埋め込みバイア１６０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。
【００６６】
ＬＴＣＣ製造フローは、８つの処理から成り、以下のようにテープ打ち抜き、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（ダイシング）と規定する。以下にこれら８工程の中核的作業の各々について端的に説明する。
【００６７】
未加工のＬＴＣＣは、７または１０インチ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、また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、打ち抜き動作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、層を識別し積層(cross-pile)することが可能となる。
【００６８】
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（Ｒ）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／フレームに実装される。これらフレームにはめられたテープは、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を付ける。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、カセットを作業センターから取り出し、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。
【００６９】
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生成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、誘電体テープに形成されたバイア・ホールに導電性ペーストを押し込む必要がある。それぞれのテープ層に対して、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印刷作業セル上に固定する。ＬＴＣＣテープ層は、多孔性真空台(ストーン)上に緩く固定する。石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、堆積した導電性ペーストを誘電体テープ内に型紙を介して押し込む。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。
【００７０】
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「入口―出口」(フロムートゥ：from-to)経路が設けられ、充填されたバイアの位置から始まってそこで終結する。導体堆積動作は、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)を用いることを除いて、バイア充填動作において説明した同じ作業センターを用いる。スクリーンおよびテープ生成物双方を固定する技法も同一である。全ての生成層は、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。
【００７１】
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、前述のテープ処理動作が全て行われる。積層動作では、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となる。個々の層（層１、２、３、．．．ｎ）を順次積層当て板上に配置し、全ての生成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、均衡作業センター内に配置する。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。
【００７２】
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、および形成、充填、導体堆積、および積層動作の間テープを柔軟に保つことを可能にしていた結合材をバーンオフ（焼却）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、最大焼成域に入り、ここで結晶化および生成物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。生成物の焼成は全て、空気環境(air environment)で行われる。焼成過程後には、追加の結合材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。
【００７３】
ウエハ形状の個々の回路に連続性ネット・リスト検査(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（Ｒ）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毎に実施される。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)の不良を突き止める(root cause)。
【００７４】
ネット・リスト検査を実施したウエハは、通例、個々の回路ステップ／反復パターン(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以上の範囲となる場合もあり得る。従来のダイヤモンド・ソー切り出し技法を用いて、ネット・リスト検査を実施したウエハから回路を単一化し(singulate)切り出す。５”および７”双方の焼成ウエハ・フォーマットを扱うために、共通の取付具(fixturing)を適所に配置する。
【００７５】
次に、図１２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・システムと同様にＳＯＤ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２２（図１）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２５０を送信する。送信信号２５０を供給するには、通常、ＶＣＯ制御信号即ちランプ（傾斜）信号２５２を電圧制御発振器（ＶＣＯ）２５４に入力する。ランプ信号２５２に応答して、ＶＣＯ２５４はチャープ信号２５６を発生する。
【００７６】
ＲＦ信号の送信時間の尺度は、受信信号即ち反射信号２５９の周波数を送信信号のサンプル２６０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２６０および反射信号２５８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２５２の傾きに反射信号２５８の時間遅延を乗算した値に等しい。
【００７７】
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つの要因を分離し特定するために、線形ランプ信号の形態で制御信号２５２をＶＣＯ２５４に供給することによって、送信信号２５０の時間可変周波数を得る。
【００７８】
一実施形態では、ＶＣＯ制御信号２５２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２５２は、ＤＳＰ２６２およびディジタル―アナログ変換器（ＤＡＣ）２６４によって発生する。ＤＳＰ２６２およびＤＡＣ２６４を用いてランプ信号２５２を発生することは、図１２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２５６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、検出ゾーンのサイズ、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２５０の周波数が精度高くしかも容易に制御することができ、いくつかの構造の実現促進が図られる。一例として、ランプ信２５２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（例えば、乱数発生器２５３によって）、類似の近接するレーダ・システム間の干渉を低減する。別の例として、ランプ信号２５２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、ＳＯＤシステムの変更は、通常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、単にソフトウエアをＤＳＰ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それぞれの国でＳＯＤを用いる場合に望ましいであろう。
【００７９】
ＳＯＤシステムの電子回路部２７０は、ＤＳＰ２６２、電源２７２、およびコネクタ２７４を含み、コネクタ２７４を介して、ＳＯＤシステムと車両４０（図１）との間で信号バス４２、４６（図１）が結合されている。コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）送受信機（ＸＣＶＲ）２７６の形態でディジタル・インターフェース３６（図１）が設けられており、ＸＣＶＲ２７６はＣＡＮマイクロコントローラ２７８を介してＤＳＰ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２７８にはシステム・クロックが結合されている。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２８０がビデオ増幅器２８２の出力を受け、この信号をディジタル形態に変換し、ＤＳＰ３０に結合して検出処理を行う。一実施形態では、Ａ／Ｄ変換器は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２８４がアンテナ・スイッチ回路２８６、２８８に結合されており、スイッチ回路から成るスイッチを駆動する制御信号を供給する。回路２８６、２８８は、スイッチ（例えば、図５のスイッチ１０５、１０６）、位相線（例えば、図５の線路１０３ａ〜１０３ｈ）、およびビーム形成回路（例えば、図５のバトラ・マトリクス・ビーム形成回路９８）を含むことができる。また、ＳＯＤシステム１０の電子回路部２７０には、メモリ１９０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１２に示す実施形態では、メモリ１９０はフラッシュ・メモリ１９０として設けられている。
【００８０】
ＤＳＰは、出力信号、即ち、ワードをＤＡＣに供給し、ＤＡＣはＤＳＰ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２９２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２９４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。
【００８１】
ＶＣＯ２５４は、アナログ平滑化回路からランプ信号２５２を受け取る。ＶＣＯは、２４．０１ないし２４．２４ＧＨｚの送信周波数範囲内で動作し、図示のように、出力信号をバンドパス・フィルタ２９６に供給する。
【００８２】
ＶＣＯ２５４の出力は、バンドパス・フィルタ２９６によって濾波され、増幅器２９８によって増幅される。増幅器２９８からの出力信号の一部を、カプラ３００を介して結合し、送信信号２５０を送信アンテナ１８に供給する。増幅器２９８からの出力信号の別の部分は、受信信号経路内にあるミキサ３０４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。
【００８３】
スイッチ回路２８６、２８８は、バトラ・マトリクスを介して受信および送信アンテナ１６、１８に結合されている。アンテナ１８、１６およびスイッチ回路２８６、２８８、ならびにバトラ・マトリクスは、図１１に関連付けて先に説明した形式とすることができる。ここでは、スイッチ回路およびバトラ・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述べれば十分であろう。
【００８４】
図示のように、受信信号２５８は、ＲＦ低雑音増幅器（ＬＮＡ）３０６、バンドパス・フィルタ３０８、および別のＬＮＡ３１０によって処理される。ＲＦ増幅器３１０の出力信号は、ミキサ３０４によってダウンコンバートされる。ミキサ３０４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３１０からのＲＦ信号および局部発振信号の周波数は、一例では約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、他の受信機構成(トポロジー：topology)もＳＯＤレーダ・システムでは使用可能である。
【００８５】
ビデオ増幅器２８２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６４は、温度補償、漏れ（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である、出願番号第０９／ 号に記載されている。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。
【００８６】
Ａ／Ｄ変換器２８０は、ビデオ増幅器３２０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の１つ以上のアルゴリズムが実装されている。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である、出願番号第０９／ 号に記載されている。
【００８７】
レーダ・システムは、温度補償機構を含み、適宜ランプ信号を調節することにより、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。この目的のために、送信機２２は、マイクロ波信号検出器３２４に結合されているＤＲＯ３２２を含む。マイクロ波検出器７４の出力は、ＤＳＰによる処理のために、ＣＡＮコントローラに含まれるアナログ―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、前述の「Radar Transmitter Circuitry and Techniques」（レーダ送信回路および技法）と題する前述の米国特許出願第０９／ 号に記載されている。
【００８８】
尚、好適な実施形態では、センサ・システムの受信および送信アンテナ・アンテナ１６、１８は、バイスタティック・アンテナ対として構成されていることは認められよう。しかしながら、他の実施形態では、モノスタティック構成も使用可能である。
【００８９】
一実施形態では、送信信号経路は、スイッチ回路の入力ポートに結合された出力を有する信号源を含む。スイッチ回路は、複数の出力ポートを有し、その各々が、バトラ・ビーム形成回路を介して送信アンテナの列フィード回路に結合されている。つまり、スイッチ回路内の出力ポートの数は、送信アンテナに含まれる列の数に対応する。一実施形態では、スイッチ回路は、入力ポートおよび１対の出力ポートを有するカプラ回路と、１対のスイッチ回路で構成されている。スイッチ回路の各々は、１つの共通ポートおよび複数の出力ポートを有する。カプラ出力ポートの各々は、スイッチ共通ポートの１つに結合されている。スイッチの各々は、送信アンテナに含まれる所定数の列に対応する数の出力を有する。好適な実施形態では、２つのスイッチ間の出力ポートの総数は、アンテナにおける列数に等しい。したがって、スイッチ出力の各々は、送信アンテナの入力に結合される。この構成では、組み合わせビーム送信アーキテクチャが得られる。
【００９０】
同様に、受信信号経路では、受信アンテナは、バトラ・ビーム形成回路、および受信アンテナ出力ポートからスイッチ回路の入力ポートまで導く位相線を介して、受信回路に結合されている。スイッチ回路は、送信アンテナに関して先に説明したように、カプラと１対のスイッチによって構成されている。スイッチ回路の入力ポートの内所定のものを選択的にスイッチ出力ポートに結合することによって、組み合わせビームが得られる。この構成では、組み合わせビーム受信アーキテクチャが得られる。
【００９１】
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その範囲によってのみ限定されるべきである。
【００９２】
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、レーダ・システムのブロック図である。
【図２】 図２は、複数のレーダ・システムを含む自動車用近接物体検出（ＮＯＤ）システムのブロック図である。
【図３】 図３は、横方向物体検出（ＳＯＤ）システムの斜視図である。
【図４】 図４は、切換ビーム・アンテナ・システムのブロック図である。
【図５】 図５は、切換ビーム形成回路のブロック図である。
【図６】 図６は、複数のアンテナ素子に結合されたバトラ・マトリクス・ビーム形成回路のブロック図である。
【図７】 図７は、バトラ・マトリクス・ビームのプロットである。
図７Ａは、所定のバトラ・マトリクス・ビームを組み合わせることによって得られるアンテナ・システム・ビームのプロットである。
図７Ｂは、所定のバトラ・マトリクス・ビームを組み合わせることによって得られるアンテナ・システム・ビームのプロットである。
【図８】 図８は、図２Ａおよび図１１のＳＯＤシステムによって設けることができる検出ゾーンの概略図である。
図８Ａは、図３および図１１のＳＯＤシステムによって設けることができる第２の検出ゾーンの概略図である。
【図９】 図９は、複数のアンテナ素子によって形成されたアレイ・アパーチャの上面図である。
【図１０】 図１０は、アンテナ素子の分解斜視図である。
【図１１】 図１１は、図１０のアンテナ素子の線１１−１１に沿って示す斜視図である。
【図１２】 図１２は、ＳＯＤシステムの詳細なブロック図である。

Claims (11)

1. 切換ビーム・アンテナ・システムであって、
   アンテナを設けるように配置された第１複数のアンテナ素子と、
   複数のアンテナ・ポートと複数のスイッチ・ポートとを有し、前記アンテナ・ポートの各々が前記第１複数のアンテナ素子のそれぞれと結合されており、固定位置において直交ビームを形成するビーム形成ネットワークと、
   １つの入力ポートと複数の出力ポートとを有し、該出力ポートの各々が前記ビーム形成ネットワークの複数のスイッチ・ポートの対応する１つに結合されている第１切換ビーム組み合わせ回路であって、前記ビーム形成ネットワークの前記複数のスイッチ・ポートの少なくとも２つと、前記第１切換ビーム組み合わせ回路の入力ポートとの間に無線周波数信号経路を同時に提供するように動作する第１切換ビーム組み合わせ回路と、
   複数の位相線であって、該位相線の各々が、前記スイッチ出力ポートの１つと前記ビーム形成ネットワークの複数のスイッチ・ポートの１つとの間に配置されている、複数の位相線と、
   を備え、
   前記アンテナが、第１複数のアンテナ列を有するアレイ・アンテナとして設けられ、前記第１切換ビーム組み合わせ回路が、
   複数のスイッチ回路であって、各々、１つの入力ポートと複数の出力ポートとを有し、前記複数のスイッチ回路の組み合わせによって得られるスイッチ出力ポートの総数が、前記アレイ・アンテナに設けられたアンテナ列の数に等しい、複数のスイッチ回路と、
   １つの入力ポートと、前記複数のスイッチ回路の組み合わせによって得られる入力ポート数に等しい複数の出力ポートとを有するカプラ回路であって、当該カプラ回路の出力ポートの各々が、前記複数のスイッチ回路の入力ポートの内対応する１つに結合されている、カプラ回路と、
   を備え、
   前記複数のスイッチ間の出力ポートの総数が前記アレイ・アンテナ内の列数に等しく、
   前記アンテナ素子の各々が、
   複数のフィード回路が上面に配置されたアレイ・フィード回路層と、
   第１接地面が上面に配置された放射層であって、前記接地面が内部にアパーチャを有し、前記フィード回路層上に配置されている放射層と、
   前記放射層上に配置されているカバー層と、
   前記第１および第２接地面間にあり、前記放射層およびフィード回路層内にキャビティを設ける複数のバイア・ホールと、
   を備えている、
   切換ビーム・アンテナ・システム。
2. 請求項１記載のシステムにおいて、前記アンテナが送信アンテナに対応し、前記システムが、更に、
   受信アンテナを設けるように配置された第２複数のアンテナ素子と、
   複数のアンテナ・ポートと複数のスイッチ・ポートとを有し、前記アンテナ・ポートの各々が前記第２複数のアンテナ素子のそれぞれと結合されており、固定位置において直交ビームを形成するビーム形成ネットワークと、
   複数の入力ポートと１つの出力ポートとを有し、前記入力ポートの各々が前記ビーム形成ネットワークの複数のスイッチ・ポートの対応する１つに結合されている第２切換ビーム組み合わせ回路と、
   を備えているシステム。
3. 請求項１記載のシステムにおいて、前記アンテナが送信アンテナに対応し、前記システムが、更に、前記第１切換ビーム組み合わせ回路の入力に結合された出力を有する送信信号源を備えている、システム。
4. 請求項２記載のシステムであって、更に、前記第２切換ビーム組み合わせ回路の出力に結合された受信機を備えている、システム。
5. 請求項１記載のシステムにおいて、前記ビーム形成ネットワークがバトラ・マトリクス・ビーム形成回路である、システム。
6. 切換ビーム・アンテナ・システムであって、
   第１接地面が上面に配置されたフィード回路層と、
   第２接地面が上面に配置され、該第２接地面が内部にアパーチャを有する放射層であって、前記フィード回路層上に配置された、放射層と、
   前記放射層上に配置されたカバー層と、
   前記第１および第２接地面層を結合し、前記放射層およびフィード回路層内にキャビティを設ける少なくとも１つの導電経路と、
   前記フィード回路および前記放射層間においてエネルギを結合するように配置されたアンテナ素子フィードと、
   共通ポートと複数のスイッチ・ポートとを有する切換ビーム組み合わせ回路と、
   前記アンテナ素子フィードおよび前記切換ビーム組み合わせ回路間に結合され、固定位置において直交ビームを形成するビーム形成ネットワークであって、該ビーム形成ネットワークは、複数のビーム・ポートと複数の出力ポートとを有し、前記複数のビーム・ポートの各々が前記切換ビーム組み合わせ回路のスイッチ・ポートの１つに結合され、前記ビーム形成ネットワークの複数の出力ポートの各々が前記フィード回路層に結合され、前記切換ビーム組み合わせ回路が、前記ビーム形成ネットワークの前記複数のビーム・ポートの少なくとも２つと、前記切換ビーム組み合わせ回路の共通ポートとの間に無線周波数信号経路を同時に提供するように動作する、ビーム形成ネットワークと、
   を備え、
   前記ビーム形成ネットワークがバトラ・マトリクス・ビーム形成回路に対応し、
   前記バトラ・マトリクスが、複数の固定位相素子に結合された複数の直角ハイブリッド回路を備え、複数のビームを形成し、
   前記複数の固定位相素子が、異なる線路長を有する回路線路から成る、
   切換ビーム・アンテナ・システム。
7. 請求項６記載のシステムにおいて、前記放射層が低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板から成る、システム。
8. 請求項６記載のシステムにおいて、前記カバーが、前記放射素子のインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させる調整構造を備えている、システム。
9. 請求項６記載のシステムにおいて、前記放射層が、更に、前記放射素子のインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させる調整構造を備えている、システム。
10. 請求項６記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの導体経路が、前記第１および第２接地面層間に複数のバイア・ホールを備えている、システム。
11. 請求項６記載のシステムにおいて、前記アンテナ素子フィードが、前記フィード回路層および前記放射層間に配置された電力分割器を備えている、システム。

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