JPH06214008A - 非放射性誘電体線路レーダーモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 〔目的〕部品点数の削減、小型化及びこれに伴う低廉化
を図った非放射性誘電体線路レーダーモジュールを提供
する。 〔構成〕ＦＭ信号発生器（３）などの高周波信号発生器
から送信アンテナ（９）に供給されるＦＭ信号などの高
周波信号と、この送信アンテナ（９）から放射され物体
で反射され受信アンテナ（９）で受信された高周波信号
とが互いに逆方向に伝播される非放射性誘電体線路
（１，２，６）の途中に、この非放射性誘電体線路を横
切って配置されるシングルダイオード・ミキサー（１
０）を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車載用ミリ波レーダー
装置などに利用される非放射性誘電体線路ダイオードミ
キサーを応用したレーダーモジュールに関する。

【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
高分解能が要求され、この高分解能の点でパルスレーダ
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
は数百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、６０Ｇ
Ｈｚ程度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
前後段の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程度のミリ波帯のレ
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、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は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 p
p 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」と題する米山教授の論文
に開示されている非放射性誘電体線路（Non ーRadiativ
e −Dielectric wave ーguide ：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サーキュレーター等の各
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器が開示されてい
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
であるという点に鑑みて、図５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。

【０００７】図５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線路から構成さ
れる非放射性誘電体線路を基本として、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３１、アイ
ソレーター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。

【０００８】ＦＭ信号発生器３１で発生したミリ波帯の
ＦＭ信号は、アイソレーター３２を通過したのち、半分
の電力が方向性結合器３３を介して送信アンテナ３４に
供給され、送信アンテナ３４に供給されたＦＭ信号は、
その先端部より外部に放射される。物体からの反射波は
受信アンテナ３５に受信され、その半分は方向性結合器
３６を介して他方のミキサーダイオードに供給される。
この場合物体からの反射波が送信アンテナ３４にも入力
するが、この信号はアイソレーター３３により無反射終
端に送られ熱に変換される。方向性結合器３３により得
られたローカル信号はもう一方の方向性結合器３６によ
り物体からの反射信号とともにシングルバランスドミキ
サー３７の２つのダイオードに対して約半分に電力が分
割されて供給される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図５に示された非放射
性誘電体線路を用いたＦＭレーダーモジュールによれ
ば、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自体による損失は小さ
く、多系統のモジュール相互の干渉も有効に回避される
ことが確認された。しかしながら、図５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では小型
化と部品点数の削減の点では、まだ十分とい言えない。

【００１０】また、各コンポーネントにおいても図５に
示されたミキサーの形式では平衡型である為、同一特性
のダイオードを２個使用してインピーダンスをマッチン
グさせねばならないので、ダイオードを２個使用するた
めのコストの増大とそれにともなってモジュールの小型
化が十分にはかれていないという問題がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の非放射性誘電体
線路ＦＭレーダーモジュールによれば、ＦＭ信号発生器
から送信アンテナに供給されるＦＭ信号と、送信アンテ
ナから放射され物体で反射され受信アンテナで受信され
たＦＭ信号とが互いに逆方向に伝播される非放射性誘電
体線路の途中に非放射性誘電体線路を横切って配置され
たシングルダイオード・ミキサーを備えている。

【００１２】本発明の好適な一実施例によれば、送信ア
ンテナと受信アンテナが送受共用アンテナにより実現さ
れ、シングルダイオード・ミキサーがこの送受共用アン
テナとＦＭ信号発生器間を連結する非放射性誘電体線路
の途中に配置される。

【００１３】さらに本発明のレーダー・モジュールに使
用されるシングルダイオード・ミキサーによれば、対向
する２方向の電力を混合することが可能であり、非放射
性誘電体線路のＬＳＭ０１モードの最大電界強度を示す
位置よりオフセットさせてダイオードを配置したときの
オフセット量やミキサーダイオードの線路に対するミキ
サーダイオードへのバイアス電力を印加するプリントパ
ターンを調整することにより、シングルダイオード・ミ
キサーを透過する伝播信号の透過量を調整することがで
き、さらに線路とのインピーダンスを整合することも可
能となる。このシングルダイオード・ミキサーをレーダ
ー・モジュールに適用することによって、極めて簡易で
小型のレーダー・モジュールが構成できる。

【００１４】

【作用】本発明の非放射性誘電体線路ＦＭレーダーモジ
ュールの作用を上記送受共用アンテナを使用する場合に
ついて説明すれば、ＦＭ信号発生器で発生されたミリ波
帯のＦＭ信号が非放射性誘電体線路を通して、送受共用
アンテナに受信され非放射性誘電体線路を放射の場合と
逆向きに伝播する。

【００１５】この非放射性誘電体線路の途中には、これ
を横切るようにシングルダイオード・ミキサーが配置さ
れている。この結果、シングルダイオードミキサーに
は、送受共用のアンテナに向かう高周波信号と送受共用
のアンテナで受信された高周波信号の２種類のお互いに
対向する高周波信号が入力されて混合され、ある周波数
のビート信号が発生される。このビート信号の周波数
は、高周波信号発生器をＦＭ信号を発生するように使用
する場合にはアンテナから標的までのＦＭ信号波の往復
の伝播時間を示し、高周波信号発生器として一定周波数
の高周波信号を使用する場合には標的との相対速度を示
すことになる。以上のごとく本発明のレーダーモジュー
ルでは互いに対向して伝播する電磁波をミキシングする
ことができるシングルダイオード・ミキサーを応用する
ことにより、モジュール全体の小型化が実現できる。

【００１６】また本発明のレーダー・モジュールに用い
られる非放射性誘電体線路ダイオード・ミキサーによれ
ば、非放射性誘電体線路の誘電体線路を横切るようにダ
イオードを配置したときに、伝播モードのうちのＬＳＭ
モードの最大電界強度を示す位置よりオフセットさせて
ダイオードを配置する事により、線路とのインピーダン
スを整合させることが可能であり、従来技術による線路
とダイオードとの整合方法とは異なり、高誘電率箔膜や
エアーギャップの調整が不要になるため製造上のバラツ
キがなくなる。このインピーダンスの整合方法をシング
ルダイオード・ミキサーに応用すれば、２個のダイオー
ドの特性を合わせる必要がないので、レーダー・モジュ
ールの小型化とともに特性のバラツキを回避できる。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明による非放射性誘電体線路レ
ーダーモジュールの高周波発振器をＦＭ発信器としたレ
ーダーモジュールの場合を例にとってその構成例を示す
平面図と側面図であり、１は下部導体板、２は上部導体
板、３はＦＭ信号発生器、４、６、７は非放射性誘電体
線路を構成する誘電体線路、５はサーキュレーター、８
は無反射終端器、９ａは送受信アンテナのホーン、９ｂ
はリフレター、１０はシングルダイオードミキサーであ
る。

【００１８】ＦＭ信号発生器３は、金属ブロック体のガ
ンダイオードマウント３ａと、このダイオードマウント
の側面に保持されたガンダイオードと周波数変調用のバ
ラクターダイオードとを実装したマイクロストリップ線
路３ｂと、このマイクロストリップ線路３ｂに含まれる
ガンダイオードが発生したＦＭ信号を誘電体線路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３ｃとから構成されている。

【００１９】下部導体板１と上部導体板２とは、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線路に沿っての
み伝播可能になる。主要な伝播モードとしてはＬＳＭ０
１モードとＬＳＥ０１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、誘電体線路の該当の箇所にモ
ードサプレッサが埋め込まれている。

【００２０】シングルダイオード・ミキサー１０は、図
２の平面図と図３の正面図に拡大して示すように、前後
にインピーダンス整合のための空隙や高誘電率の箔膜が
不要となり、誘電体線路６の幅も一定のままでダイオー
ド１２が装着された誘電体基板１１に垂直状態で当接し
て誘電体基板の両面に配置される。

【００２１】誘電体基板１１の中央部のダイオード取付
けパターン１５上にダイオード１２が誘電体基板１１の
中心よりオフセット１６させた位置にとりつけられる。
このオフセット量は誘電体線路６のＬＳＭ０１モードの
最大電界強度を示す位置よりはなされた距離に相当す
る。このオフセット量を最適なものに調整し，ダイオー
ド取り付けパターン１５の面積と形状を調整することに
よりインピーダンスが整合され、空隙や高誘電率箔膜が
不要となる。なお、ダイオード取付けパターン１５上に
は複数のダイオードを平行配置することもでき，ダイオ
ードにかえて他の固体半導体素子を用いてミキサー１０
を構成することも可能である。

【００２２】さらに、ダイオードの取付けオフセット量
１６とダイオード取付けパターン１５の面積及び形状に
より、ミキサー透過電磁波１７の電力量とダイオード・
ミキサ─での変換電磁波１８の電力量の分岐比率を制御
することができる。

【００２３】左右２つのダイオード取付けパターン１５
にはλ／４チョークパターン１３が形成され、ＮＲＤ線
路からの高周波信号の漏れを防ぐとともに、ダイオード
・ミキサー１２にバイアス電圧を供給している。ダイオ
ード・ミキサー１２により変換され、λ／４チョークパ
ターン１３により不要な高周波信号が除去されたビート
信号は、リード線１４により外部に導かれる。

【００２４】図１においてＦＭ信号発生器３が発生した
ミリ波帯のＦＭ信号は、誘電体線路４を含む非放射性誘
電体線路に沿って伝播してサーキュレーター５に入力
し、出力側の誘電体線路６を含む非放射性誘電体線路に
導かれ、この誘電体線路６の途中に配置されたシングル
ダイオード・ミキサー１０に到達し、その大部分はこの
シングルダイオード・ミキサー１０を通過して送受信共
用アンテナ９から外部に放射され、一部はシングルダイ
オード・ミキサー１０に吸収される。

【００２５】この送受共用のアンテナ９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
アンテナ部９ａと、このホーンアンテナ部９ａの前方に
配置されたパラボラ反射鏡９ｂとから構成され、誘電体
線路６の先端部分まで伝播してきたＦＭ信号を外部に放
射する。この外部に放射され、標的で反射されたＦＭ信
号の反射波は、上記放射経路を辿って誘電体線路６の先
端部分に導かれ、誘電体線路６を含む非放射性誘電体線
路にそって伝播し、シングルダイオード・ミキサー１０
に入力する。

【００２６】このように、シングルダイオード・ミキサ
ー１０には、送受信アンテナ９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９に受信された
反射信号とのお互いに伝播方向が対向する信号が入力し
て、混合されて、数十ＫＨｚから数ＭＨｚ程度の低周波
のビート信号に変換されて、リード線１４を介してモジ
ュール外部に導かれる。

【００２７】シングルダイオード・ミキサー１０を通過
した反射波の一部は、サーキュレーター５を通して出力
側の誘電体線路７を含む非放射性誘電体線路に沿って伝
播し、無反射終端８に吸収されて消滅する。

【００２８】以上、送受共用アンテナを使用する場合を
一例にとって本発明のレーダーモジュールを説明した。
しかしながら本発明は送信用と受信用のアンテナを別個
に使用するレーダーモジュールについても適用できる。
この場合、図４に示す如く送信用アンテナに供給される
ＦＭ信号の一部を方向性結合器などを用いて分離し、こ
の分離したＦＭ信号を非放射性誘電体線路を用いて本発
明によるシングルダイオード・ミキサーに伝播させ、こ
の伝播方向とは対向する方向に配置された受信アンテナ
より受信された反射ＦＭ信号をシングルダイオード・ミ
キサーに伝播させる構成にしてもよい。

【００２９】また、シングルダイオード・ミキサー１０
にバイアス電圧を供給すると共にビート信号を外部に導
くための線路として簡易なリード線を使用する構成を例
示した。しかしながら、このリード線に代えて、同軸線
路等の他の線路を使用することはビート信号の周波数か
ら考えて構成可能である。

【００３０】更に、図１と図２に示した本発明に係わる
レーダーモジュールにおいて、高周波信号発生器をＦＭ
信号発生器から一定の周波数の信号を発生するＣＷ信号
発生器に置き換えることにより、ドップラー効果を利用
したビート周波数から標的との相対速度を検出するドッ
プラーレーダー・モジュールを構成できる。また、高周
波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。

【００３１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の非
放射性誘電体線路レーダーモジュールによれば、高周波
信号発生器から送信アンテナに供給される高周波信号
と、送信アンテナから放射され受信アンテナで受信され
た高周波反の反射信号とが互いに逆方向に伝播される非
放射性誘電体線路の途中にこの非放射性誘電体線路を横
切ってシングルダイオード・ミキサーを配置する構成で
あるから、部品点数の削減と小型化が実現され、送受共
用のアンテナを用いれば、より一層の小型化と同時に、
ローカル信号の電力が少なくてすむので最大検知距離が
拡大する。

【００３２】又、本発明によるレーダー・モジュールに
用いたシングルダイオード・ミキサーでは従来のシング
ルバランスドミキサーとは異なり、高誘電率箔膜とエア
ーギャップを使用せずにインピーダンスの整合をとるこ
とが可能となり、整合をとるための調整の難しさから開
放されるので、シンプルで特性バラツキの少ないレーダ
ー・モジュールが実現可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の非放射性誘電体線路ＦＭレ
ーダーモジュールの構成を示す平面図と側面図である。

【図２】図１中のテングルダイオード・ミキサー１０の
拡大平面図である。

【図３】図１中のテングルダイオード・ミキサー１０の
拡大正面図である。

【図４】本発明の他の実施例の非放射性誘電体線路ＦＭ
レーダーモジュールの構成を示す平面図である。

【図５】先行技術の適用により構成したＦＭレーダモジ
ュールの構成を示す平面図である。

【符号の説明】

１，２ 上下の導体板 ３ ＦＭ信号発生器 ４，６ 上下の導体板１，２と共に非放射性誘電
体線路を構成する誘電体線路 ５ サーキュレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 宏行 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波信号発生器から送信アンテナに供給
   される高周波信号と、前記送信アンテナから放射され物
   体で反射されて受信アンテナで受信された高周波信号と
   が互いに逆方向に伝播される非放射性誘電体線路の途中
   に、この非放射性誘電体線路を横切って配置され、ビー
   ト信号を発生するミキサーを備えたことを特徴とする非
   放射性誘電体線路レーダーモジュール。
2. 【請求項２】請求項１において、前記送信アンテナと受
   信アンテナが送受共用アンテナで構成されており、前記
   ミキサーは前記高周波信号発生器と送受信共用アンテナ
   間を連結する非放射性誘電体線路の途中に、この非放射
   性誘電体線路を横切って配置されたことを特徴とする非
   放射性誘電体線路レーダーモジュール。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記高周波信
   号発生器は周波数が変化するＦＭ信号発生器であり、前
   記ミキサーが発生したビート信号の周波数に基づき前記
   反射を生じさせた物体との距離が検出されることを特徴
   とする非放射性誘電体線路レーダーモジュール。
4. 【請求項４】請求項１または２において、前記高周波信
   号発生器は一定周波数の高周波信号発生器であり、前記
   ミキサーが発生したビート信号の周波数に基づき前記反
   射を生じさせた物体との相対速度が検出されることを特
   徴とする非放射性誘電体線路レーダーモジュール。