JP5743929B2 - レーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ装置に関する。
車載ミリ波レーダに採用されているレーダ方式の1つとしてFM−CW(Frequency Modulation−Continuous Wave)方式がある。この方式のレーダ装置は、送信アンテナと受信アンテナとを別個に備え、動作中は送信と受信を同時に行い、目標からの反射波を受信して処理することで、目標までの距離や目標の移動速度を検出するものである。
レーダ装置では、小型、低コスト化のため、多層樹脂基板の一方の面(部品実装面)に回路部品が実装され、もう一方の面(アンテナ面)に送信アンテナ及び受信アンテナが形成される。アンテナ方式としては、樹脂基板上に形成するため、マイクロストリップアンテナからなるアレーアンテナ方式が多い。この構成においては、部品実装面とアンテナ面との間でミリ波信号の伝送が必要であり、伝送線路として樹脂基板にスルーホールで形成した同軸線路や導波管が一般に用いられる。レーダ装置において、送信信号を出力する送信回路は、送信信号をシングルエンド信号で出力する方式が一般的である。
特許文献1には、多層誘電体基板にて構成された導波管−マイクロストリップ変換器において、高周波デバイスから出力される高周波信号がマイクロストリップ線路を伝わり、マイクロストリップ線路から導波管へ高周波信号が導波管モードに変換されることが記載されている。
特開2001−196815号公報
特許文献1に記載の技術は、マイクロストリップ線路により伝送された高周波信号をシングルエンド信号で導波管へ出力する方式であると考えられる。
一方、差動増幅器を用いた送信回路から送信すべき信号を差動信号として出力する方式も存在する。この方式では、送信回路から送信アンテナに差動信号を伝送するにあたり、差動線路をシングルエンド線路に変換して伝送する第1の方式と、差動信号のまま伝送する第2の方式とが考えられる。
第1の方式では、差動線路をシングルエンド線路に変換するために、平衡−不平衡変換を行うバラン(平衡−不平衡変換器)が必要になる。ミリ波帯のような高周波領域でバランを用いて平衡−不平衡変換を行った場合、送信すべき信号を低損失で伝送することが難しくなる。また、バランを設けると、送信すべき信号を送信アンテナに給電するための給電回路が大型化しやすく、レーダ装置も大型化する傾向にある。
第2の方式では、バランは必要ないが、差動信号を2つのシングルエンド信号に分けて伝送することになり、部品実装面とアンテナ面との間の信号伝送に2つの導波管が必要になり、2つの導波管へ信号を伝送するための2つの同軸線路を長くする必要がある。この場合、信号伝送するための構成が大型化しやすく、レーダ装置も大型化する傾向にある。また、加工誤差により2つの同軸線路及び2つの導波管の間に位相誤差が生じやすく、実効放射電力(EIRP:Equivalent Isotropic Radiated Power)の低下を招きやすい。すなわち、送信すべき信号を低損失で伝送することが難しくなる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、送信回路から送信用のマイクロストリップアンテナへ差動信号を低損失で伝送することをコンパクトな構成で実現できるレーダ装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかるレーダ装置は、部品実装面及びアンテナ面を有する多層樹脂基板と、前記部品実装面に搭載され、一対の差動信号を出力する送信回路と、前記部品実装面に形成され、前記送信回路から出力された一対の差動信号を伝送する一対の第1のマイクロストリップ線路と、前記部品実装面と前記アンテナ面との間をそれぞれ貫通し、前記一対の第1のマイクロストリップ線路により伝送された一対の差動信号を前記部品実装面側から前記アンテナ面側へ伝送する一対のスルーホール導体と、前記アンテナ面に形成され、前記一対のスルーホール導体により伝送された一対の差動信号を伝送する一対の第2のマイクロストリップ線路と、前記アンテナ面に形成され、前記一対の第2のマイクロストリップ線路により伝送された一対の差動信号を送信する一対のマイクロストリップアンテナとを備え、前記一対のマイクロストリップアンテナは、前記アンテナ面における前記一対のスルーホール導体の中点位置を中心として互いに点対称に配されていることを特徴とする。
本発明によれば、一対のマイクロストリップアンテナによる励振電界を逆極性にできるので、差動線路対の位相差を容易にキャンセルすることができる。これにより、バラン(平衡−不平衡変換器)を使うことなく、送信回路の直近に設けた一対のスルーホール導体に対して差動信号を直接伝達でき励振できるため、小型、低損失な構成を実現できる。すなわち、送信回路から送信用のマイクロストリップアンテナへ差動信号を低損失で伝送することをコンパクトな構成で実現できる。
図1は、実施の形態にかかるレーダ装置の構成を示す平面図である。 図2は、実施の形態にかかるレーダ装置の構成を示す平面図である。 図3は、実施の形態にかかるレーダ装置の構成を示す平面図である。 図4は、実施の形態におけるレーダ装置の構成を示す断面図である。 図5は、実施の形態における送信部の構成を示す平面図である。 図6は、実施の形態におけるレーダ装置の構成を示す断面図である。 図7は、実施の形態における受信部の構成を示す平面図である。
以下に、本発明にかかるレーダ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
実施の形態にかかるレーダ装置1について図1〜図4及び図6を用いて説明する。
レーダ装置1は、例えば、車載ミリ波レーダとして用いられ、FM−CW(Frequency Modulation−Continuous Wave)方式を採用している。レーダ装置1は、送信アンテナ70と受信アンテナ80とを別個に備え(図2参照)、動作中に例えば送信と受信とを同時に行い、目標からの反射波を受信して処理することで、目標までの距離や目標の移動速度を検出する。
レーダ装置1では、小型、低コスト化のため、多層樹脂基板10の一方の面に回路部品を実装し、もう一方の面にアンテナを形成する。多層樹脂基板10は、例えば、複数の樹脂基板11〜16が順に積層されたものであり、部品が実装されるための部品実装面10aとアンテナ(送信アンテナ70及び受信アンテナ80)が配されるためのアンテナ面10bとを有する(図4、図6参照)。
多層樹脂基板10の部品実装面10a上には、例えば送受信デバイス基板20が複数のはんだボールSBを介したBGA(Ball Grid Array)実装などの実装方式で実装されている(図1、図4、図6参照)。送受信デバイス基板20の部品実装面20aには、回路部品がフリップチップ実装などの実装方式で実装されている。回路部品は、例えば、MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)であり、送信回路30−1(図5参照)や受信回路30−2(図7参照)を含む。すなわち、多層樹脂基板10の部品実装面10a上には、送受信デバイス基板20を介して複数の回路部品が搭載されている。
なお、図1は、レーダ装置1を部品実装面10a側から見た場合の構成を示す平面図である。図1では、図示の便宜上、送受信デバイス基板20以外の部品は省略している。図2は、レーダ装置1をアンテナ面10b側から見た場合の構成であり、図1を左右ひっくり返した関係になるため、図1とは左右が逆になっている。図3は、図1の構成において送受信デバイス基板20を除去した場合の構成を示す平面図である。図4は、図1の構成をA−A線で切った場合の断面を示す断面図である。図6は、図1の構成をB−B線で切った場合の断面を示す断面図である。
レーダ装置1では、図2に示すように、樹脂基板16のアンテナ面10b上に送信アンテナ70及び受信アンテナ80が形成される。すなわち、レーダ装置1では、アンテナ方式として、マイクロストリップアンテナMSA−1〜MSA−12からなるアレーアンテナ方式を採用している。このレーダ装置1においては、部品実装面10a側とアンテナ面10b側との間で例えばミリ波等の信号の伝送が必要である。このため、多層樹脂基板10内には、伝送線路として、スルーホール導体TH(図4、図6参照)を形成している。 具体的には、レーダ装置1には、複数のスルーホール導体TH−1〜TH−12が設けられている。複数のスルーホール導体TH−1〜TH−12のうち、スルーホール導体TH−1、TH−2は、送信部用のスルーホール導体であり、残りのスルーホール導体TH−5〜TH−12は、受信部用の導波管である。
各スルーホール導体TH−1〜TH−12は、多層樹脂基板10における複数の樹脂基板11〜16を貫通している(図4、図6参照)。なお、樹脂基板16は、送信アンテナ70と受信アンテナ80とが形成される点で多層樹脂基板10における他の樹脂基板11〜15と異なるので、以下では、特にアンテナ基板16と呼ぶことにする。
例えば、図2に示すように、アンテナ基板16は、そのアンテナ面10b上に、スルーホール導体TH−1〜TH−12の(部品実装面10a側を一端とした場合の)他端、接続パターンCN−1〜CN−12、マイクロストリップ線路MSL2−1〜MSL4−12、及びマイクロストリップアンテナMSA−1〜MSA−12が配されている。スルーホール導体TH−1〜TH−12の他端は、例えば略円環状の接続パターンCN−1〜CN−12により囲まれ、接続パターンCN−1〜CN−12を介してマイクロストリップ線路MSL2−1〜MSL4−12が接続されている。スルーホール導体TH−1〜TH−12には、接続パターンCN−1〜CN−12及びマイクロストリップ線路MSL2−1〜MSL4−12を介してマイクロストリップアンテナMSA−1〜MSA−12が接続されている。
すなわち、マイクロストリップアンテナMSA−1〜MSA−4は、送信アンテナ70を構成し、スルーホール導体TH−1、TH−2、接続パターンCN−1、CN−2、及びマイクロストリップ線路MSL2−1〜MSL2−4は、マイクロストリップアンテナMSA−1〜MSA−4に給電するための給電回路として機能する。
また、マイクロストリップアンテナMSA−5〜MSA−12は、受信アンテナ80を構成し、スルーホール導体TH−5〜TH−12、接続パターンCN−5〜CN−12、及びマイクロストリップ線路MSL4−5〜MSL4−12は、マイクロストリップアンテナMSA−5〜MSA−12から受電するための受電回路として機能する。
送信回路から送信用のマイクロアンテナに差動信号を伝送するにあたり、差動線路をシングルエンド線路に変換して伝送する第1の方式と、差動信号のまま伝送する第2の方式とが考えられる。
なお、このレーダ装置1において、受信回路が受信波をシングルエンド信号で受けるよりも差動信号として受ける方が、伝送する過程でノイズの影響を受けにくいという点においては、好ましい。
第1の方式では、差動線路をシングルエンド線路に変換するために、平衡−不平衡変換を行うバラン(平衡−不平衡変換器)が必要になる。ミリ波帯のような高周波領域でバランを用いて平衡−不平衡変換を行った場合、送信すべき信号を低損失で伝送することが難しくなる。また、バランを設けると、送信すべき信号を送信アンテナに給電するための給電回路が大型化しやすく、レーダ装置も大型化する傾向にある。
第2の方式では、バランは必要ないが、差動信号を2つのシングルエンド信号に分けて伝送することになり、部品実装面とアンテナ面との間の信号伝送に2つの導波管が必要になり、2つの導波管へ信号を伝送するための2つの同軸線路を長くする必要がある。この場合、信号伝送するための構成が大型化しやすく、レーダ装置も大型化する傾向にある。また、加工誤差により2つの同軸線路及び/又は2つの導波管の間に位相誤差が生じやすく、実効放射電力(EIRP:Equivalent Isotropic Radiated Power)の低下を招きやすい。すなわち、送信すべき信号を低損失で伝送することが難しくなる。
そこで、本実施の形態では、送信回路30−1に差動増幅器31を用いて送信回路30−1が差動信号を出力するようにしながら、送信回路から送信用のマイクロストリップアンテナへ差動信号を低損失で伝送することをコンパクトな構成で実現するために、ミリ波伝送路としてスルーホールの差動線路を採用する。
具体的には、送受信デバイス基板20の部品実装面20a上に例えばフリップチップ実装された送信回路30−1(例えば、MMIC)には、一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2が接続されている。送信回路30−1は、差動増幅器31を含み、送信すべき信号を内部で一対の差動信号に変換して出力する。
一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2は、それぞれ、一端が送信回路30−1に接続され、他端がはんだボールSB−1、SB−2に接続されている。すなわち、一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2は、送信回路30−1から出力された一対の差動信号を一対のはんだボールSB−1、SB−2へ伝送する。一対のはんだボールSB−1、SB−2は、例えば、多層樹脂基板10の部品実装面10a上に送受信デバイス基板20をBGA実装で実装するためのはんだボールとしての機能を兼ねている。
一対のはんだボールSB−1、SB−2は、それぞれ、一端、すなわち送受信デバイス基板20側の部分がマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2に接続され、他端、すなわち多層樹脂基板10側の部分がスルーホール導体TH−1、TH−2に接続されている。すなわち、一対のはんだボールSB−1、SB−2は、一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2により伝送された一対の差動信号を一対のスルーホール導体TH−1、TH−2へさらに伝送する。
一対のスルーホール導体TH−1、TH−2は、多層樹脂基板10における部品実装面10aとアンテナ面10bとの間をそれぞれ貫通し、一端が部品実装面10aで露出され、他端がアンテナ面10bで露出されている。一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の一端は、一対のはんだボールSB−1、SB−2に接続されている。これにより、送信すべき信号が、差動信号のままで、アンテナ面10bのスルーホールTH−1、TH−2の他端まで伝送される。
また、一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の他端は、上記のように、接続パターンCN−1〜CN−12及びマイクロストリップ線路MSL2−1〜MSL4−12を介してマイクロストリップアンテナMSA−1〜MSA−12に接続されている。
例えば、一対のスルーホール導体TH−1、TH−2は、一対の差動信号を一対のマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2へ伝送する。そして、一対のマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2は、一対の差動信号を一対のマイクロストリップアンテナMSA−1、MSA−2に伝送する。これにより、一対のマイクロストリップアンテナMSA−1、MSA−2は、一対のマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2により伝送された一対の差動信号を送信する。
あるいは、例えば、一対のスルーホール導体TH−1、TH−2は、一対の差動信号を一対のマイクロストリップ線路MSL2−3、MSL−4へ伝送する。そして、一対のマイクロストリップ線路MSL2−3、MSL−4は、一対の差動信号を一対のマイクロストリップアンテナMSA−3、MSA−4に伝送する。これにより、一対のマイクロストリップアンテナMSA−3、MSA−4は、一対のマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2により伝送された一対の差動信号を送信する。
このとき、アンテナ基板16のアンテナ面10b上において、一対のスルーホール導体TH−1、TH−2は、アレイアンテナの中央に配置され、アレイアンテナの中央から上下対称に一対のマイクロストリップアンテナが配置されている。
例えば、一対のマイクロストリップアンテナMSA−1、MSA−2は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の中点位置CPを中心として互いに点対称に配されている。また、一対のマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の中点位置CPを中心として互いに点対称にパターニングされている。
あるいは、例えば、一対のマイクロストリップアンテナMSA−3、MSA−4は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の中点位置CPを中心として互いに点対称に配されている。また、一対のマイクロストリップ線路MSL2−3、MSL−4は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の中点位置CPを中心として互いに点対称にパターニングされている。
なお、一対のはんだボールSB−1、SB−2及び一対のスルーホール導体TH−1、TH−2における差動線路の特性インピーダンスは、一対のはんだボールSB−1、SB−2及び/又は一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の直径と間隔とにより所望の値に設定することが可能であるため、マイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2(図5参照)とマイクロストリップ線路MSL2−1〜MSL2−4(図2参照)とのインピーダンス整合をとることができる。
また、受信部も、図6、7に示すように、送信部と同様な差動回路で構成されている。例えば、一対のマイクロストリップアンテナMSA−5、MSA−6で受信された一対の差動信号は、一対のマイクロストリップ線路MSL2−5、MSL−6、及び接続パターンCN−5、CN−6経由で一対のスルーホール導体TH−5、TH−6に伝送される(図2、図6参照)。一対のスルーホール導体TH−5、TH−6に伝達された一対の差動信号は、一対のはんだボールSB−5、SB−6、及びマイクロストリップ線路MSL3−5、MSL3−6経由で、差動増幅器31−2を含む受信回路30−2に伝送される。
このとき、例えば、一対のマイクロストリップアンテナMSA−5、MSA−6は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−5、TH−6の中点位置CP2を中心として互いに点対称に配されている。また、一対のマイクロストリップ線路MSL4−5、MSL4−6は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−5、TH−6の中点位置CP2を中心として互いに点対称にパターニングされている。
あるいは、例えば、一対のマイクロストリップアンテナMSA−11、MSA−12は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−11、TH−12の中点位置CP5を中心として互いに点対称に配されている。また、一対のマイクロストリップ線路MSL4−11、MSL4−12は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−11、TH−12の中点位置CP5を中心として互いに点対称にパターニングされている。
以上のように、本実施の形態では、多層樹脂基板10の部品実装面10aに搭載された送信回路30−1が、一対の差動信号を出力する。部品実装面10aに形成された一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2は、送信回路30−1から出力された一対の差動信号を伝送する。多層樹脂基板10における部品実装面10aとアンテナ面10bとの間をそれぞれ貫通する一対のスルーホール導体TH−1、TH−2は、一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2により伝送された一対の差動信号を部品実装面10a側からアンテナ面10b側へ伝送する。アンテナ面10bに形成されたマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL2−2は、一対のスルーホール導体TH−1、TH−2により伝送された一対の差動信号をさらに伝送する。アンテナ面10bに形成された一対のマイクロストリップアンテナMSA−1、MSA−2は、一対の第2のマイクロストリップ線路により伝送された一対の差動信号を送信する。このとき、一対のマイクロストリップアンテナMSA−3、MSA−4は、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の中点位置CPを中心として互いに点対称に配されている。これにより、一対のマイクロストリップアンテナMSA−1、MSA−2による励振電界を逆極性にできるので、差動線路対の位相差を容易にキャンセルすることができる。このように、バラン(平衡−不平衡変換器)を使うことなく、送信回路の直近に設けた一対のスルーホール導体に対して差動信号を直接伝達でき励振できるため、小型、低損失な構成を実現できる。すなわち、送信回路から送信用のマイクロストリップアンテナへ差動信号を低損失で伝送することをコンパクトな構成で実現できる。
また、本実施の形態では、例えば一対のはんだボールSB−1、SB−2が、一対のマイクロストリップ線路MSL1−1、MSL1−2と一対のスルーホール導体TH−1、TH−2とを接続する。このとき、一対のはんだボールSB−1、SB−2は、例えば、多層樹脂基板10の部品実装面10a上に送受信デバイス基板20をBGA実装で実装するためのはんだボールとしての機能を兼ねている。これにより、送信回路から送信用のマイクロストリップアンテナへ差動信号を低損失で伝送することをコンパクトな構成で実現できる。
また、本実施の形態では、一対のマイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2が、アンテナ面10bにおける一対のスルーホール導体TH−1、TH−2の中点位置CPを中心として互いに点対称にパターニングされている。これにより、マイクロストリップ線路MSL2−1、MSL−2による電界も逆極性にできるので、差動線路対の位相差をさらに容易にキャンセルすることができる。
以上のように、本発明にかかるレーダ装置は、信号の送信に有用である。
1 レーダ装置
10 多層樹脂基板
20 送受信デバイス基板
30−1 送信回路
30−2 受信回路
70 送信アンテナ
80 受信アンテナ
MSA−1〜MSA−12 マイクロストリップアンテナ
MSL1−1〜MSL4−12 マイクロストリップ線路
TH−1〜TH−12 スルーホール導体

Claims (3)

  1. 部品実装面及びアンテナ面を有する多層樹脂基板と、
    前記部品実装面に搭載され、一対の差動信号を出力する送信回路と、
    前記部品実装面に形成され、前記送信回路から出力された一対の差動信号を伝送する一対の第1のマイクロストリップ線路と、
    前記部品実装面と前記アンテナ面との間をそれぞれ貫通し、前記一対の第1のマイクロストリップ線路により伝送された一対の差動信号を前記部品実装面側から前記アンテナ面側へ伝送する一対のスルーホール導体と、
    前記アンテナ面に形成され、前記一対のスルーホール導体により伝送された一対の差動信号を伝送する一対の第2のマイクロストリップ線路と、
    前記アンテナ面に形成され、前記一対の第2のマイクロストリップ線路により伝送された一対の差動信号を送信する一対のマイクロストリップアンテナと、
    を備え、
    前記一対のマイクロストリップアンテナは、前記アンテナ面における前記一対のスルーホール導体の中点位置を中心として互いに点対称に配されている
    ことを特徴とするレーダ装置。
  2. 前記一対の第1のマイクロストリップ線路と前記一対のスルーホール導体とを接続する一対のはんだボールをさらに備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。
  3. 前記一対の第2のマイクロストリップ線路は、前記アンテナ面における前記一対のスルーホール導体の中点位置を中心として互いに点対称にパターニングされている
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のレーダ装置。
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