JP2017003328A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つの基板上に形成されたレーダ装置の送信回路から受信回路への送信信号のリークを抑制する。【解決手段】レーダ装置は、内部に導体層を有する基板１と、基板１の上面において、互いに離隔して形成された送信アンテナ素子２及び受信アンテナ素子３と、基板１の下面において、送信アンテナ素子２及び受信アンテナ素子３にそれぞれ対向して設けられた送信回路６及び受信回路７と、導体層において、送信アンテナ素子２及び送信回路６の間に設けられた接地導体４と、導体層において、受信アンテナ素子３及び受信回路７の間に設けられた接地導体５と、基板１の下面に対向して設けられたヒートシンク８とを備える。導体層は、接地導体４，５が互いに離隔した分離部を有する。ヒートシンク８は、分離部に対向した位置において、基板１の下面に対向するヒートシンク８の面を基板１の下面から遠ざかるように形成した切り欠き部９を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、レーダ装置に関し、特に、１つの基板にアンテナと送信回路と受信回路とを実装したレーダ装置に関する。

レーダ装置は、送信信号の電波をアンテナから空間に放出し、反射体に当たって反射してきた電波をアンテナで受信することにより、レーダ装置から反射体までの距離及び方向を計測する。ミリ波レーダ装置は、波長が短いミリ波を用いるレーダ装置であり、雨天などの悪天候に強く、夜間でも使用できるという特長がある。

ミリ波レーダ装置においては、配線の損失を低減するために、１つの基板にアンテナと送信回路と受信回路とを実装し、短い配線でこれらを接続している。送信回路から受信回路にリークする送信信号（以下、送信リークと記述する）によってノイズフロアの上昇及び受信回路の歪みが生じることで受信感度が低下し、レーダ装置の検出性能が低下するという課題がある。送信回路及び受信回路を一の集積回路に形成すると、集積回路内で大きなリークが発生するので、送信回路及び受信回路を別個の集積回路により構成し、リークを低減する。

特許第５６６１４２３号公報 特開２００７−０１３３１１号公報

送信リークをさらに低減するために、例えば特許文献１のように、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを改善する方法がある。これは、送信アンテナと受信アンテナを形成している面を覆うレドームにおいて、送信アンテナを形成している部分と受信アンテナを形成している部分との間に、レドームと一体に形成した仕切壁を形成することで、送信アンテナと受信アンテナとの間のアイソレーションを向上して送信リークを抑制する。特許文献２にも同様の技術が開示されている。しかしながら、基板におけるアンテナを実装した面に送受を分離する仕切壁を設けただけでは、基板の逆側の部品実装面において、送信回路から送信アンテナの端子までの配線と受信回路から受信アンテナの端子までの配線とが結合することにより生じる送信リークを抑制することができない。

本開示の目的は、以上の課題を解決し、１つの基板にアンテナと送信回路と受信回路とを実装しても送信リークを抑制することができるレーダ装置を提供することにある。

本開示の一態様に係るレーダ装置は、
第１の面及び第２の面を有し、かつ内部に導体層を有する基板と、
前記基板の第１の面において、互いに離隔して形成された送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子と、
前記基板の第２の面において、前記送信アンテナ素子に対向して設けられた送信回路と、
前記基板の第２の面において、前記受信アンテナ素子に対向して設けられた受信回路と、
前記導体層において、前記送信アンテナ素子及び前記送信回路の間に設けられた第１の接地導体と、
前記導体層において、前記受信アンテナ素子及び前記受信回路の間に設けられた第２の接地導体と、
前記基板の第２の面に対向して設けられた金属ブロックとを備えたレーダ装置であって、
前記導体層は、前記第１及び第２の接地導体が互いに離隔した分離部を有し、
前記金属ブロックは、前記分離部に対向した位置において、前記基板の第２の面に対向する前記金属ブロックの面を前記基板の第２の面から遠ざかるように形成した切り欠き部を有する。

本開示に係るレーダ装置によれば、１つの基板にアンテナと送信回路と受信回路とを実装しても送信リークを抑制することができる。

第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す斜視図である。 図１のレーダ装置の側面図である。 比較例のレーダ装置の側面図である。 第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す斜視図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

第１の実施形態．
図１は、第１の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す斜視図である。図２は、図１のレーダ装置の側面図である。

図１のレーダ装置は、基板１、送信アンテナ素子２、受信アンテナ素子３、接地導体４，５、送信回路６、受信回路７、及びヒートシンク８を備える。

基板１は、第１の面（図１の上面）及び第２の面（図１の下面）を有し、かつ内部に導体層を有する誘電体基板である。第１の面及び第２の面は、例えば、互いに対向する、互いに平行な平面である。基板１は、同一材料の両面基板あるいは多層基板であってもよく、又は層ごとに異なる材料を含む張り合わせ型の多層基板であってもよい。

送信アンテナ素子２及び受信アンテナ素子３は、基板１の第１の面において、互いに離隔して形成される。送信アンテナ素子２及び受信アンテナ素子３のそれぞれは、図１に示すように複数の素子を含むアレーアンテナであってもよく、単一の素子を含むアンテナであってもよい。

送信回路６は、基板１の第２の面において、送信アンテナ素子２に対向して設けられる。受信回路７は、基板１の第２の面において、受信アンテナ素子３に対向して設けられる。送信回路６は、例えば、送信アンテナ素子２までの配線の長さを可能な限り短縮できる位置に設けられる。同様に、受信回路７は、例えば、受信アンテナ素子３までの配線の長さを可能な限り短縮できる位置に設けられる。送信回路６及び受信回路７は、別個の集積回路により、又は別個の集積回路及びその周辺部品により構成される。

第１の接地導体４は、導体層において、送信アンテナ素子２及び送信回路６の間に設けられる。接地導体４は、送信回路６のための基準電位を提供する。第２の接地導体５は、導体層において、受信アンテナ素子３及び受信回路７の間に設けられる。接地導体５は、受信回路７のための基準電位を提供する。

ヒートシンク８は、基板１の第２の面に対向して設けられる。ヒートシンク８は、送信回路６及び受信回路７に接するように設けられたアルミニウムなどの金属ブロックである。ヒートシンク８は、例えば、高い熱伝導性を有するシートなどを介して送信回路６及び受信回路７に接触するように設けられる。

導体層は、接地導体４，５が互いに離隔した分離部を有する。ヒートシンク８は、分離部に対向した位置において、基板１の第２の面に対向するヒートシンク８の面を基板１の第２の面から遠ざかるように形成した切り欠き部９を有する。例えば、ヒートシンク８のＺ方向の高さが５ｍｍであるとき、切り欠き部９の深さは３〜４ｍｍに設定される。

切り欠き部９の幅Ｄ２は、接地導体４，５間の距離Ｄ１よりも広く設定されてもよい。例えば、基板１のＸ方向の幅が１００ｍｍであるとき、接地導体４，５間の距離Ｄ１は５〜２５ｍｍに設定され、切り欠き部９の幅Ｄ２は３５ｍｍに設定される。

レーダ装置は、例えばミリ波帯又は準ミリ波帯で動作する。

送信アンテナ素子２、受信アンテナ素子３、送信回路６、及び受信回路７を１つの基板１に実装することによって部品とアンテナとの間の接続距離を短くすることができ、特に接続配線による損失が大きくなるミリ波信号の損失を低減することが可能になる。

送信回路６及び受信回路７が共通の接地導体を有する場合、一般的には、送信回路６からの大きな電流が流れることによって発生する基準電位（ＧＮＤ）の電圧揺らぎが受信回路７に回り込み、これにより、受信回路にノイズが回りこむ。一方、送信回路６及び受信回路７のために別個の接地導体４，５を設けることにより、受信回路へのノイズの回りこみが低減し、受信回路７におけるノイズが低下する。また、送信回路６及び受信回路７のために別個の接地導体４，５を設けることにより、空間結合によって伝播するノイズが低減する。一例として送信回路及び受信回路が共通の接地導体を有するものと分離した接地導体をそれぞれ有するものとを試作してノイズを測定したところ、後者のほうで１０ｄＢ程度のノイズの改善が見られた。

次に、図３を参照して、送信リークのさらなる低減について説明する。図３は、比較例のレーダ装置の側面図である。図３のレーダ装置は、ヒートシンク８において図１の切り欠き部９をもたない。通常、送信回路６及び受信回路７の放熱を行うために、アルミニウム合金などで作られた金属性のヒートシンク８を持つ。図３に示すように、ヒートシンク８が切り欠き部を持たない板状形状を有する場合、ヒートシンク８と接地導体４，５とは空間的な寄生容量を介して電磁的に結合する。このとき、基板１において接地導体４，５を分離したにも関わらず、ヒートシンク８及び寄生容量を介することで接地導体４，５が電磁的に結合するので、接地導体４，５を分離した効果が低減する。これを防ぐために、図１のアンテナ装置では、接地導体４，５の分離部に対向する位置において、分離部を内包する（すなわち、分離部よりも大きく、分離部を覆う）切り欠き部９をヒートシンク８に設ける。これにより、基板１の接地導体４，５に対向するヒートシンク８の部分がヒートシンク８の他の部分よりも基板１から遠くなるので、寄生容量が低減し、結果として電磁的結合量が低下するという効果がある。

図１のレーダ装置によれば、１つの基板１に送信アンテナ素子２、受信アンテナ素子３、送信回路６、及び受信回路７を実装しても、送信リークを抑制することができる。図１のレーダ装置によれば、ヒートシンク８により送信回路６及び受信回路７の放熱を行いながら、接地導体４、５間の電磁的結合を低減し、ヒートシンク８を介して送信回路６から受信回路７への送信リークが発生することを防止することができる。従って、図１のレーダ装置によれば、送信アンテナ素子２と受信アンテナ素子３の間のアイソレーションを向上することができる。

図１のレーダ装置によれば、送信回路６のための接地導体４と受信回路７のための接地導体５とを分離することにより基板１自体における送信リークを低減することに加えて、ヒートシンク８を介する送信回路６及び受信回路７の結合を低減することによって部品実装面における送信リークを低減する。これにより、レーダ装置の検知能力を改善することができる。

第２の実施形態．
図４は、第２の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す斜視図である。レーダ装置は、ヒートシンク８の切り欠き部９に代えて、基板１において接地導体４，５の間に設けられた第１のＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、ヒートシンク８において分離部に対向した位置に設けられた第２のＥＢＧ構造部との少なくとも一方をさらに備えてもよい。基板１における第１のＥＢＧ構造部は、互いに予め決められた間隔で配列された複数のビア導体１１を含む。ヒートシンク８における第２のＥＢＧ構造部は、互いに予め決められた間隔で配列された複数のビア孔１２を含む。基板１及びヒートシンク８の材料が異なるので、ビア導体１１及びビア孔１２が対向しないので、電磁的な結合が低減する。

変形例．
第１及び第２の実施形態に係るレーダ装置を組み合わせ、図１のレーダ装置の基板１に数のビア導体１１を含むＥＢＧ構造部を設けてもよい。

各実施形態に係るアンテナ装置は、ヒートシンク８に代えて、任意の等価な金属ブロックを備えてもよい。

本開示の態様に係るレーダ装置は、以下の構成を備える。

第１の態様に係るレーダ装置は、
第１の面及び第２の面を有し、かつ内部に導体層を有する基板と、
前記基板の第１の面において、互いに離隔して形成された送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子と、
前記基板の第２の面において、前記送信アンテナ素子にして設けられた送信回路と、
前記基板の第２の面において、前記受信アンテナ素子に対向して設けられた受信回路と、
前記導体層において、前記送信アンテナ素子及び前記送信回路の間に設けられた第１の接地導体と、
前記導体層において、前記受信アンテナ素子及び前記受信回路の間に設けられた第２の接地導体と、
前記基板の第２の面に対向して設けられた金属ブロックとを備えたレーダ装置であって、
前記導体層は、前記第１及び第２の接地導体が互いに離隔した分離部を有し、
前記金属ブロックは、前記分離部に対向した位置において、前記基板の第２の面に対向する前記金属ブロックの面を前記基板の第２の面から遠ざかるように形成した切り欠き部を有する。

第２の態様に係るレーダ装置は、
第１の面及び第２の面を有し、かつ内部に導体層を有する基板と、
前記基板の第１の面において、互いに離隔して形成された送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子と、
前記基板の第２の面において、前記送信アンテナ素子に対向して設けられた送信回路と、
前記基板の第２の面において、前記受信アンテナ素子に対向して設けられた受信回路と、
前記導体層において、前記送信アンテナ素子及び前記送信回路の間に設けられた第１の接地導体と、
前記導体層において、前記受信アンテナ素子及び前記受信回路の間に設けられた第２の接地導体と、
前記基板の第２の面に対向して設けられた金属ブロックとを備えたレーダ装置であって、
前記導体層は、前記第１及び第２の接地導体が互いに離隔した分離部を有し、
前記レーダ装置は、前記基板において前記第１及び第２の接地導体の間に設けられた第１のＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、前記金属ブロックにおいて前記分離部に対向した位置に設けられた第２のＥＢＧ構造部との少なくとも一方をさらに備える。

第３の態様に係るレーダ装置は、第１又は第２の態様に係るレーダ装置において、
前記金属ブロックは、前記送信回路及び前記受信回路に接するように設けられたヒートシンクである。

第４の態様に係るレーダ装置は、第１〜第３のうちの１つの態様に係るレーダ装置において、
前記レーダ装置はミリ波帯で動作する。

本開示に係るレーダ装置は、例えば、ミリ波帯で動作する車載レーダ装置などに適用可能である。

１…基板、
２…送信アンテナ素子、
３…受信アンテナ素子、
４，５…接地導体、
６…送信回路、
７…受信回路、
８…ヒートシンク、
９…切り欠き部、
１１…ビア導体、
１２…ビア孔。

Claims (4)

1. 第１の面及び第２の面を有し、かつ内部に導体層を有する基板と、
   前記基板の第１の面において、互いに離隔して形成された送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子と、
   前記基板の第２の面において、前記送信アンテナ素子に対向して設けられた送信回路と、
   前記基板の第２の面において、前記受信アンテナ素子に対向して設けられた受信回路と、
   前記導体層において、前記送信アンテナ素子及び前記送信回路の間に設けられた第１の接地導体と、
   前記導体層において、前記受信アンテナ素子及び前記受信回路の間に設けられた第２の接地導体と、
   前記基板の第２の面に対向して設けられた金属ブロックとを備えたレーダ装置であって、
   前記導体層は、前記第１及び第２の接地導体が互いに離隔した分離部を有し、
   前記金属ブロックは、前記分離部に対向した位置において、前記基板の第２の面に対向する前記金属ブロックの面を前記基板の第２の面から遠ざかるように形成した切り欠き部を有する
   レーダ装置。
2. 第１の面及び第２の面を有し、かつ内部に導体層を有する基板と、
   前記基板の第１の面において、互いに離隔して形成された送信アンテナ素子及び受信アンテナ素子と、
   前記基板の第２の面において、前記送信アンテナ素子に対向して設けられた送信回路と、
   前記基板の第２の面において、前記受信アンテナ素子に対向して設けられた受信回路と、
   前記導体層において、前記送信アンテナ素子及び前記送信回路の間に設けられた第１の接地導体と、
   前記導体層において、前記受信アンテナ素子及び前記受信回路の間に設けられた第２の接地導体と、
   前記基板の第２の面に対向して設けられた金属ブロックとを備えたレーダ装置であって、
   前記導体層は、前記第１及び第２の接地導体が互いに離隔した分離部を有し、
   前記レーダ装置は、前記基板において前記第１及び第２の接地導体の間に設けられた第１のＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、前記金属ブロックにおいて前記分離部に対向した位置に設けられた第２のＥＢＧ構造部との少なくとも一方をさらに備える
   レーダ装置。
3. 前記金属ブロックは、前記送信回路及び前記受信回路に接するように設けられたヒートシンクである
   請求項１又は２記載のレーダ装置。
4. 前記レーダ装置はミリ波帯で動作する
   請求項１〜３のうちの１つに記載のレーダ装置。

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