JPH08114667A - レーダーモジュール - Google Patents

レーダーモジュール

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JPH08114667A
JPH08114667A JP6274586A JP27458694A JPH08114667A JP H08114667 A JPH08114667 A JP H08114667A JP 6274586 A JP6274586 A JP 6274586A JP 27458694 A JP27458694 A JP 27458694A JP H08114667 A JPH08114667 A JP H08114667A
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Abstract

(57)【要約】 〔目的〕 車載用ＦＭレーダーシステムなどを構成する
ための小型で製造費用が安価なレーダーモジュールを提
供する。 〔構成〕 送受共用の平面アレーアンテナ（PA) と、こ
の平面アレーアンテナ(PA)に放射対象の信号を供給しか
つその受信信号を受取る送受信部(TR)) とが、遅延線路
(d) による遅延部(DL)が形成された中間層を介在させな
がら積層されている。好適な実施例によれば、最上層の
平面アレーアンテナ(PA)は、中間層の遅延部(DL)を介し
て最下層の送受信部(TR)に選択的に接続される複数の送
受共用のアンテナ部分から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車載用レーダシステム
の構成要素などとして利用されるレーダーモジュールに
関するものであり、特に、小型で製造費用が安価なレー
ダーモジュールにに関するものである。
【０００２】
【従来技術】乗用車などの車両に搭載された車載用レー
ダーシステムは、衝突防止用の警報装置や表示装置など
と組合せて利用されている。このような車載用レーダー
システムでは、渋滞時のように車間距離の小さな状態で
の追突事故や、車庫入れ時の接触事故なども警告対象と
している関係上、数十ｃｍ程度もの近距離検出能力が要
求されており、この点でパルスレーダーよりもＦＭレー
ダーの形態が適している。またモジュールの小型化など
の点で高周波のミリ波帯の電波の使用が望ましい。この
ようなミリ波帯のＦＭレーダーシステムが、本出願人の
先願に係わる特願平 3ー42979 号の明細書に開示されて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般にＦＭレーダーシ
ステムでは、反射波を発生させた物体までの距離に応じ
て増大する周波数のビート信号を発生させている。従っ
て、物体までの距離が短くなるにつれてビート信号の周
波数が低下し、ミキサー内で発生する１／ｆ雑音の妨害
のためビート信号の周波数が検出不能になる。上記先願
のＦＭレーダーシステムでは、ビート信号の周波数を高
めて１／ｆ雑音の影響を軽減するために、ローカル信号
の周波数を変更するヘテロダイン方式を採用したり、遅
延線路を挿入したりしている。しかしながら、ヘテロダ
イン方式では周波数変換に使用する局部発振器が必要に
なるなどコスト高となり、遅延回路を挿入する方式で
は、挿入する遅延線路の分モジュールが大型化するとい
う問題がある。
【０００４】また、上記先願のＦＭレーダー装置では、
各ＦＭレーダーモジュールを構成する送信側の逓倍器、
サーキュレータ、送受共用アンテナ、ミキサー及び受信
側の逓倍器から成る複数の送受信部を送信側スイッチと
受信側スイッチの同期動作によって切り換える構成とな
っている。このため、送受信部がアンテナの個数と同じ
だけ必要になり、部品点数が多くなってＦＭモジュール
全体が大型になるだけでなく製造費用もかさむという問
題がある。従って、本発明の一つの目的は、複数のアン
テナが一つの送受信部を共用する構成を実現することに
より部品点数が少なく、小型で製造費用の安価なレーダ
ーモジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のレーダーモジュ
ールによれば、送受共用の平面アレーアンテナと、この
平面アレーアンテナに放射信号を供給しその受信信号を
受取る送受信部とが、遅延線路による遅延部が形成され
た中間層を介在させながら積層されている。本発明の好
適な実施例によれば、上記平面アレーアンテナは、複数
の送受共用のアンテナ部分とこれらアンテナ部分のそれ
ぞれを上記遅延線路を介して前記送受信部に選択的に接
続する選択接続部とを備えている。
【０００６】
【作用】マイクロストリップ線路などによって実現され
る遅延線路は、検出対象の障害物を見かけ上車両の前方
に移動させてビート信号の周波数を高めることにより、
至近距離の検出機能の向上を図るためのものである。こ
の遅延線路としては、典型的には数十ｃｍもの長さが必
要になる。ミアンダー線路などの折り返し構造や渦巻き
構造などの採用により遅延線路の長さの短縮が行われる
が、これには自ずから限度がある。本発明によれば、遅
延線路を、平面アレーアンテナや送受信部と同一の平面
に配置するのではなく、これらと積層することにより、
寸法の大幅な低減を実現している。本発明の好適な実施
例によれば、遅延線路として本発明者らが新たに開発し
た低損失の樹脂導波管か採用される。
【０００７】本発明の更に好適な実施例によれば、複数
の送受共用のアンテナ部分が選択接続部の制御のもとに
送受信部に選択的に接続される。このため、増幅器、サ
ーキュレータ、ミキサーなどを含む送受信部が一系統で
足り、部品点数と空間が大幅に低減される。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明の一実施例のＦＭレーダーモ
ジュールの構成を示す断面図である。このＦＭレーダー
モジュールは、送受共用の平面アレーアンテナＰＡと、
この送受共用の平面アレーアンテナＰＡに放射対象のＦ
Ｍ信号を供給しかつその受信信号を受取る送受信部ＴＲ
とが、遅延線路ｄが形成された中間層の信号遅延部ＤＬ
を介在させながら上下方向に積層された構造となってい
る。
【０００９】積層される最上層の平面アレーアンテナＰ
Ａ、中間層の遅延部ＤＬ及び最下層の送受信部ＴＲのそ
れぞれは、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のそれぞれに平
面図によって示すような構成となっている。最上層の平
面アレーアンテナＰＡと、中間層の信号遅延部ＤＬを形
成する遅延線路ｄの一端との間は、ピンＰ１を介して高
周波的に接続されている。また、遅延線路ｄの他端と最
下層の送受信部ＴＲとの間はピンＰ２を介して高周波的
に接続されている。
【００１０】図１と図２に示した本実施例のＦＭレーダ
ーモジュールは、例えば、図３のブロック図に示す車載
用ＦＭレーダーシステムを構成する４個のＦＭレーダー
モジュールＬＭ１〜ＬＭ４の一つに該当する。図３に示
したＦＭ車載用レーダーシステムは、４個のＦＭレーダ
ーモジュールＬＭ１〜ＬＭ４と、各ＦＭレーダーモジュ
ールの動作を制御すると共に、障害物の情報を含む信号
を処理して警報を発する処理ブロックＰＳとから構成さ
れている。ＦＭレーダーモジュールＬＭ１〜ＬＭ４のそ
れぞれは、ＦＭレーダーモジュールＬＭ１で代表して示
すように、ＦＭ信号発生器Ｍ１を含む最下層の送受信部
ＴＲと、遅延線路ｄを含む中間層の信号遅延部ＤＬと、
４個のアンテナ部分Ａ１〜Ａ４を含む最上層のマルチビ
ーム平面アレーアンテナ部ＰＡとから構成されている。
【００１１】最上層の平面アレーアンテナＰＡは、図４
の平面図に拡大して示すように、誘電体基板ＤＢ上に配
列された１６個の矩形状のパッチＰ１１〜Ｐ４４を含ん
でいる。誘電体基板ＤＢの中央部には、ピンＰ１の先端
部に該当する給電部Ｐが形成されている。この給電部Ｐ
と各パッチとの間を接続するマイクロストリップ形式の
給電線Ｓ０，Ｓ１〜Ｓ４が、誘電体基板ＰＢ上に形成さ
れている。１６個のパッチＰ１１〜Ｐ１４は、それぞれ
に対する給電線路長の差異によって設定された異なるチ
ルト角のビームを放射する４個のアンテナ部分Ａ１，Ａ
２，Ａ３，Ａ４を形成している。
【００１２】右下のアンテナ部分Ａ１は、給電部Ｐから
計った給電線路長が同一である左側の２個のパッチＰ１
１，Ｐ１２と、これらに比べて給電線路長がＬ１だけ長
い右側の２個のパッチＰ１３，Ｐ１４とから構成されて
いる。これに対して右上のアンテナ部分Ａ２は、給電線
路長が同一の左側の２個のパッチＰ２１，Ｐ２２と、こ
れらに比べて給電線路長がＬ２だけ長い右側の２個のパ
ッチＰ２３，Ｐ２４とから構成されている。
【００１３】同様に、左上のアンテナ部分Ａ３は、給電
部Ｐから計った給電線路長が同一の右側の２個のパッチ
Ｐ３１，Ｐ３２と、これらに比べて給電線路長がＬ３だ
け長い左側の２個のパッチＰ３３，Ｐ３４とから構成さ
れている。これに対して、左下のアンテナ部分Ａ４は、
給電線路長が同一の右側の２個のパッチＰ４１，Ｐ４２
と、これらに比べて給電線路長がＬ４だけ長い左側の２
個のパッチＰ４３，Ｐ４４とから構成されている。
【００１４】給電部Ｐからアンテナ部分Ａ１への給電
は、マイクロストリップ形式の給電線路Ｓ０とＳ１とを
通して行われ、給電部Ｐからアンテナ部分Ａ２への給電
は給電線路Ｓ０とＳ２とを通して行われる。給電部Ｐか
らアンテナ部分Ａ３への給電は給電線路Ｓ０とＳ３とを
通して、給電部Ｐからアンテナ部分Ａ４への給電は給電
線路Ｓ０とＳ４とを通してそれぞれ行われる。
【００１５】給電線路Ｓ０と、給電線路Ｓ１〜Ｓ４のそ
れぞれの間には高周波特性に優れるＰＩＮダイオードＤ
１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が設置されている。各ＰＩＮダイ
オードに対するバイアス回路が、バイアス入力端子Ｖ
０，Ｖ１〜Ｖ４と、低域通過フィルタＦ０，Ｆ１〜Ｆ４
とを含んで誘電体基板ＤＢ上に形成されている。すなわ
ち、共通のバイアス入力端子Ｖ０には常に正の電圧が印
加され続けると共にバイアス入力端子Ｖ１〜Ｖ４のそれ
ぞれには、端子Ｖ０に印加される正電圧よりも高い正電
圧と、接地（ゼロ）電圧のどちらかかが選択的に印加さ
れる。この選択電圧は、図３の処理部ＰＳ内のタイミン
グ制御回路Ｐ３から供給される。バイアス入力端子Ｖ１
〜Ｖ４に接地電圧が印加されると、対応のＰＩＮダイオ
ードＤ１〜Ｄ４が導通して給電線Ｓ０と対応の給電線Ｓ
１〜Ｓ４とが電気的に接続され、給電部Ｐから対応のア
ンテナ部Ａ１〜Ａ４に高調波電力が給電される。
【００１６】中間層の信号遅延部ＤＬを構成する遅延線
路ｄは、渦巻き形状の樹脂導波管から構成されている。
この樹脂導波管は、本発明者らが本実施例のＦＭレーダ
ーモジュール用に新たに試作したものであり、その断面
形状は、図５に示すようなものである。この樹脂導波管
は、矩形の断面形状を有するポリ四弗化エチレン（ＰＴ
ＦＥ）の棒状体の表面にメッキによって金属箔を付着さ
せた構造を呈している。誘電体線路の断面形状の縦横比
はほぼ１対２であり、遅延対象のＦＭ信号の周波数が６
０GHz の場合、横幅は導波管の場合（5.8 mm) よりも小
さな 3.8 mm の値である。この樹脂導波管は、通常の導
波管よりも小型であると共に可撓的であるため高密度な
巻回状態による一層小型の遅延線路を実現できるという
優れた利点を有する。
【００１７】この樹脂導波管内の通過損失は、信号の周
波数が６０GHz の場合直線状態では約３dB／ｍである。
ただし、小さな曲率半径で曲げることに伴い通過損失が
約４dB／ｍ程度に増加する。この通過損失は、誘電体損
失を伴わない導波管の値（約1.2dB/ ｍ）に比べると大
きいが、マイクロストリップ線路の値（約７dB／ｍ）に
比べると相当小さい。この誘電体線路の特徴はその柔軟
性にあり、図１と図２（Ｂ）に示すように、密着した渦
巻き状に延長することができる。なお、通過損失は樹脂
導波管の曲率半径が小さくなるにつれて増加するので、
内部にいくほど曲率半径が減少する渦巻き状の変わり
に、全ての部分が同一曲率半径となる螺旋状にすること
により、通過損失を減少させる構成を採用することもで
きる。
【００１８】最下層の送受信部ＴＲは、図３中の送受信
部ＬＭ１で代表して示すように、ＦＭ信号発生回器Ｍ
１、方向性結合器（ディレクショナル・カップラー）Ｍ
２、増幅器Ｍ３、サーキュレータＭ４及びミキサーＭ６
を含む。この送受信部ＴＲは、図２（Ｃ）に示すよう
に、モノリシック・マイクロ集積回路（ＭＭＩＣ）化さ
れてパッケージ内に収納されている。このパッケージに
は、ピンＰ２を介してＦＭ信号が入出力され、信号線Ｓ
１，Ｓ２を介して図３の処理部ＰＳからタイミング信号
や接続制御指令が入力され、また電源線ＶＢを通して直
流動作電力が供給される。なお、ＭＭＩＣ化が比較的困
難なサーキュレータＭ４については、ＭＭＩＣ化の対象
から除外し、これをＭＭ１Ｃ化された他の部分の外部に
付加するというハイブリッド・マイクロ集積化の構成を
採用することもできる。
【００１９】各ＦＭレーダーモジュールのアンテナ部Ａ
１〜Ａ４のそれぞれは異なるチルト角を有しているた
め、図６に例示するように、４種類の異なる方向を向い
たビームＢ１〜Ｂ４を放射する。従って、４個のＰＩＮ
ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４の一つを同順に所定
期間だけ導通させてゆくことにより４個のアンテナ部Ａ
１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の一つから同順に所定期間だけビ
ームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４の一つを同順に放射させる
と共に、物体で生じた反射波を逆の経路で給電部Ｐまで
伝播させると、この平面アレーアンテナによって４種類
の異なる向きにビームを走査したことになる。レーダー
モジュールＬＭ１〜ＬＭ４のそれぞれは、例えば、図７
の概念図に示すように、車両の四隅に設置されると共
に、処理部ＰＳは車両内の適宜な箇所に設置される。
【００２０】図３を参照すれば、ＦＭレーダーモジュー
ルＬＭ１〜ＬＭ４内のＦＭ信号発生器Ｍ１は、処理部Ｐ
Ｓのタイミング制御回路Ｐ３から受けるタイミング制御
信号に同期して周波数が所定周期で鋸歯状に変化するＦ
Ｍ信号を発生する。発生されたＦＭ信号の一部は方向性
結合器（カップラー）、増幅器Ｍ３、サーキュレータＭ
４を経てマルチビーム平面アレーアンテナＰＡに供給さ
れ、処理部ＰＳのタイミング制御回路Ｐ３から受けた制
御信号に基づきオン／オフされるＰＩＮダイオードＤ１
〜Ｄ４の一つを経て対応のアンテナ部分Ａ１〜Ａ４の一
つから車外に放射される。アンテナ部分から放射され車
外の物体で反射されたＦＭ信号は対応のアンテナ部分に
受信され、遅延回路Ｍ５とサーキュレータＭ４とを通っ
てミキサーＭ４の一方の入力端子に供給される。
【００２１】ミキサーＭ４の他方の端子には、ＦＭ信号
発生器Ｍ１で発生されたＦＭ信号の一部がカップラーＭ
２を経て供給されている。このため、ミキサーＭ４は、
反射を生じさせた物体までの距離に応じて増大する周波
数のビート信号を出力する。このビート信号は、処理部
ＰＳに供給され、セレクタＰ５を経てＡ／Ｄ変換回路Ｐ
６に供給され、ディジタル信号に変換される。ディジタ
ル信号に変換されたビート信号は高速フーリエ変換回路
（ＦＦＴ）Ｐ７において、周波数スペクトルに分解され
る。処理部Ｐ１は、周波数スペクトルに分解されビート
信号を解析することにより障害物の情報を検出し、表示
装置に表示する。
【００２２】以上、左右方向にチルト角を設定する場合
を例示した。しかしながら、前後方向にチルト角を設定
したり、左右方向と前後方向を組合せたチルト角を設定
することもできる。
【００２３】また、各アンテナ部を４個のパッチにより
構成する場合を例示した。しかしながら、必要に応じ
て、例えば指向性の先鋭化などのため、各アンテナ部を
４個よりも多い適宜な個数のパッチで構成することもで
きる。
【００２４】さらに、複数のアンテナ部分のうち一つだ
けから電波を放射するというビームの走査への応用を説
明した。しかしながら、これらのうちの任意の２個以上
から同時に電波を放射することによって、ビームの合成
指向性を変化させることにも応用できる。
【００２５】また、ＦＭ信号の遅延線路を通過損失の小
さな樹脂導波管で実現する構成を例示した。しかしなが
ら、通過損失の増大を許容できるような場合には、誘電
体線路の変わりにマイクロストリップ形式やトリプレー
ト形式の遅延線路を使用することもできる。
【００２６】また、ＦＭ信号を放射するＦＭレーダーモ
ジュールの場合を例にとって本発明を説明したが、パル
ス状の信号を放射するパルスレーダーモジュールに本発
明を適用することもできる。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のレ
ーダーモジュールは、送受共用の平面アレーアンテナと
送受信部とが遅延線路の形成された中間層を介在させな
がら積層された立体構造を呈しているため、小型な構造
のもとで近距離検出機能を実現できるという効果が奏さ
れる。
【００２８】また、本発明の好適な実施例によれば、送
受共用の平面アレーアンテナが上記遅延線路を介して送
受信部に選択的に接続可能な複数のアンテナ部分から構
成されている。このため、複数のアンテナ部分に対して
単一の送受信部が共用でき、部品点数の大幅な低減に伴
い製造費用が大幅に低減されると共に、小型化も実現さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のＦＭレーダーモジュールの
構成を示す断面図である。
【図２】上記実施例のＦＭモジュールの各層（Ａ：平面
アレーアンテナＰＡ、Ｂ：遅延部ＤＬ、Ｃ：送受信部Ｔ
Ｒ）の構成を示す平面図である。
【図３】図１と図２に示したＦＭレーダーモジュールを
構成要素として含むＦＭレーダーシステムの典型的な構
成の一例を示すブロック図である。
【図４】図１と図２（Ａ）に示した最上層の平面アレー
アンテナＰＡの構成を示す平面図である。
【図５】図１と図２（Ｂ）に示した中間層の遅延部ＤＬ
を構成する樹脂導波管ｄの構成の一例を示す断面図であ
る。
【図６】図３に示したアンテナ部分Ａ１〜Ａ４のそれぞ
れから放射される電波のビームパターンＢ１〜Ｂ４の一
例を示す概念図である。
【図７】図３に示した車載ＦＭレーダーシステムに含ま
れるまれる４個のレーダーモジュールＬＭ１〜ＬＭ４の
配置とビームパターンの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
PA 平面アレーアンテナ DB 誘電体基板 DL 遅延部 d 遅延線路（樹脂導波管） TR 送受信部 MMIC モノリシック・マイクロIC化された送受信
部TRを収容するパッケージ P1 最上層の平面アレーアンテナと中間層の遅
延線路との間を接続するピン P2 中間層の遅延線路と最下層の送受信部TRと
の間を接続するピン P11 〜P44 パッチ A1〜A4 アンテナ部分 P 給電部 S0〜S4 給電線路 D1〜D4 PIN ダイオード V0〜V4 バイアス電圧入力端子 F0〜F4 低域通過フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｓ 13/93 Ｈ０１Ｐ 3/16 Ｈ０１Ｑ 3/24 23/00

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】平面アレーアンテナと、この平面アレーア
    ンテナに放射対象の信号を供給しかつこの平面アレーア
    ンテナの受信信号を受取る送受信部とを備えたレーダー
    モジュールにおいて、 前記平面アレーアンテナと前記送受信部との間に遅延線
    路が挿入されており、 前記遅延線路は前記平面アレーアンテナが形成された基
    板の裏面に配置されたことを特徴とするレーダーモジュ
    ール。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記平面アレーアンテナは、複数の送受共用のアンテナ
    部分と、これらアンテナ部分のそれぞれを前記遅延線路
    を介して前記送受信部に選択的に接続する選択接続部と
    を備えたことを特徴とするレーダーモジュール。
  3. 【請求項３】 請求項２において、 前記複数のアンテナ部分は、互いに異なるチルト角が設
    定されたことを特徴とするレーダーモジュール。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のそれぞれにおいて、 前記送受信部は、前記平面アレーアンテナから放射され
    るＦＭ信号を発生するＦＭ信号発生回路と、前記平面ア
    レーアンテナの受信信号と前記ＦＭ信号発生回路で発生
    されたＦＭ信号の一部とを混合してビート信号を発生さ
    せるミキサーとを備えたことを特徴とするレーダーモジ
    ュール。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４項のそれぞれにおいて、 前記遅延線路は、矩形状の誘電体の周囲を金属層で被覆
    した誘電体線路から成ることを特徴とするレーダーモジ
    ュール。
  6. 【請求項６】 請求項５において、 前記誘電体線路は、渦巻き状に形成されたことを特徴と
    するレーダーモジュール。
  7. 【請求項７】高周波信号を送信し又は受信する平面アレ
    ーアンテナと、この平面アレーアンテナに高周波信号を
    供給し又は高調波信号を受信する送信／受信回路を備え
    たレーダーモジュールにおいて、 断面形状が矩形状の棒状の誘電体の四周を金属で被覆し
    た構造を有する遅延線路を、前記平面アレーアンテナと
    送信／受信回路との間に挿入したことを特徴とするレー
    ダーモジュール。
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