JP3353854B2 - 非放射性誘電体線路ならびにこれを用いたミリ波集積回路およびミリ波レーダヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ミリ波集積回路等に好
適な非放射性誘電体線路（Ｎｏｎｒａｄｉａｔｉｖｅ
Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）ならびに
これを利用したミリ波集積回路およびミリ波レーダヘッ
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、誘電体ストリップをはさんで
一対の平板状の導体板の相互の間隔を所定の間隔になる
ように平行に配設し、主にＬＳＭ０１モードを当該誘電
体ストリップに沿って伝搬させるようにした非放射性誘
電体線路が提案されている。

【０００３】図１３は、従来の非放射性誘電体線路の構
成を示す図である。なお、図１３（ａ）は一部を切り欠
いて斜め上から見た図であり、図１３（ｂ）は図１３
（ａ）の線Ｆ−Ｆ’で切断した図であり、図１３（ｃ）
は図１３（ａ）の線Ｇ−Ｇ’で切断した図である。図１
３において、非放射性誘電体線路は、平行に配設される
平板状の一対の導体板１０１，１０２と、導体板１０
１，１０２間に挟持配設される誘電体ストリップ１０３
とを備える。誘電体ストリップ１０３は、樹脂製誘電体
材料で長手方向に対する横断面を幅ｂおよび高さａを数
ｍｍ（例えば、ｂ＝２．５ｍｍ，ａ＝２．２５ｍｍ）と
する略矩形状に形成される。

【０００４】導体板１０１，１０２間の相互の間隔をａ
とし、伝送すべきミリ波の電磁波の波長をλとすると、
間隔ａがａ＜λ／２で、かつ誘電体ストリップ１０３回
り近傍が対称構造になっている場合、誘電体ストリップ
１０３のない部分においては、導体板１０１，１０２で
電極板に平行な電磁波の伝播が遮断される。一方、誘電
体ストリップ１０３が挿入された部分においては、遮断
状態が解消され、電磁波が誘電体ストリップ１０３に沿
って伝播する。このため、誘電体ストリップ１０３がた
とえ曲がっていても、ＬＳＥ０１モードやＬＳＭ０１モ
ードは、放射せずに誘電体ストリップ１０３に沿って伝
搬する。したがって、非放射性誘電体線路は、ミリ波の
伝送線路に適しており、ミリ波集積回路に適している。

【０００５】なお、伝送モードは、ＬＳＥモードとＬＳ
Ｍモードに大別される。最低次数モードのＬＳＥ０１モ
ードとＬＳＭ０１モードのうち、低損失性の点から、通
常ＬＳＭ０１モードが使用される。

【０００６】ところで、図１３の非放射性誘電体線路で
は、樹脂製誘電体ブロックを切削加工することにより、
その全長にわたって均一な幅ｂおよび高さａの誘電体ス
トリップ１０３を作成するようにしていた。また、一方
の導体板１０２上の予め定められた所定位置に誘電体ス
トリップ１０３を乗せ、さらにスペーサ１０５を四隅に
乗せ、両者の上に他方の導体板１０１を乗せ、導体板１
０１，１０２同士をネジ（図示せず）等で相互に近接さ
せることにより導体板１０１，１０２で誘電体ストリッ
プ１０３を挟み込み、これにより誘電体ストリップ１０
３を固定するようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような誘電体ストリップ１０３を作成するためには、熟
練を要し、かつ非常に時間がかかる。また、回路を形成
する際に精度よく配設することが必要であるが、誘電体
ストリップ１０３が非常に細いので、誘電体ストリップ
１０３を導体板１０１の所定位置へ精度よく配設するの
が難しく、配設作業の作業性が悪い。さらに、導体板１
０１，１０２で誘電体ストリップ１０３を挟んで固定す
るようにしていたので、振動で誘電体ストリップ１０３
の位置がずれやすい。この結果、従来の非放射性誘電体
線路では、生産性が悪く、高価になるとともに、初期特
性を維持することが困難であるという問題点があった。

【０００８】ここで、誘電体ストリップ１０３の位置ず
れを防止するため、接着剤で一方の導体板１０１と誘電
体ストリップ１０３とを固定することが考えられる。し
かしながら、接着作業に時間がかかるため、配設作業の
作業性が悪い。また、接着剤を多量に付けると、接着剤
の誘電正接の影響のため、損失の増大等伝送特性が悪化
する場合がある。したがって、この場合には、さらに生
産性が悪化するとともに高価になり、しかも伝送特性が
悪いという問題点がある。

【０００９】また、誘電体ストリップ１０３の配線作業
を容易にするとともに、位置ずれを防止するため、図１
４の（ａ）〜（ｃ）に示すように導体板１０１，１０２
の所定位置全体にわたって溝１０４をそれぞれ切削加工
し、溝１０４に誘電体ストリップ１０３をはめ込むこと
が考えられる。しかしながら、導体板１０１，１０２の
一方だけに溝１０４を付けると、上下非対称になり電磁
界モードが乱れるため、両方の導体板１０１，１０２に
溝１０４を付ける加工が必要である。また、導体板１０
１，１０２に溝１０４を切削加工するためには、誘電体
ストリップ１０３回り近傍の対称構造が要求されるの
で、導体板１０１，１０２における溝１０４の位置精度
を高くしなければならないため、熟練を要し、かつ非常
に時間がかかる。したがって、この場合においても、さ
らに生産性が悪化するとともに高価になるという問題点
があった。

【００１０】このような問題点は、非放射性誘電体線路
を利用したミリ波集積回路およびミリ波レーダヘッドに
おいても、同様に生じる。

【００１１】本発明は、上述の技術的課題を解決し、生
産性が高く、かつ安価で、しかも伝送特性がよく、初期
特性を維持することが容易な非放射性誘電体線路を提供
することを第１の目的とする。

【００１２】また、生産性が高く、かつ安価で、しかも
伝送特性がよく、初期特性を維持することが容易な非放
射性誘電体線路を用いたミリ波集積回路およびミリ波レ
ーダヘッドを提供することを第２の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る非放射性
誘電体線路は、相互の間隔を所定の間隔になるように平
行に配設される一対の平板状の導体板、および導体板の
少なくともいずれか一方の予め定められた所定位置に樹
脂製誘電体材料でアウトサート成形され、両導体板間に
配設されることにより所定モードの電磁波を伝送する誘
電体ストリップを備え、導体板の少なくともいずれか一
方は、アウトサート成形前に所定位置のいずれかの箇所
に形成された単一または複数の微小な凹部を含み、誘電
体ストリップは、アウトサート成形時に凹部と同形状に
自動的に形成される凸部を含む。

【００１４】請求項２に係る非放射性誘電体線路は、請
求項１に記載のものにおいて、誘電体ストリップは、両
導体板の一方側と、その他方側とに２分割され、かつ、
両導体板間のほぼ中央に両導体板に平行な突合面を有す
るよう形成されている。

【００１５】請求項３に係る発明は、非放射性誘電体線
路内に複数の部品が集積化されたミリ波集積回路であっ
て、非放射性誘電体線路は、相互の間隔を所定の間隔に
なるように平行に配設される一対の平板状の導体板、お
よび導体板の少なくともいずれか一方の予め定められた
所定位置に樹脂製誘電体材料でアウトサート成形され、
両導体板間に配設されることにより所定モードの電磁波
を伝送する誘電体ストリップを備え、導体板の少なくと
もいずれか一方は、アウトサート成形前に所定位置のい
ずれかの箇所に形成された単一または複数の微小な凹部
を含み、誘電体ストリップは、アウトサート成形時に凹
部と同形状に自動的に形成される凸部を含む。

【００１６】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
ものにおいて、誘電体ストリップは、両導体板の一方側
と、その他方側とに２分割され、かつ、両導体板間のほ
ぼ中央に両導体板に平行な突合面を有するよう形成され
ている。

【００１７】請求項５に係る発明は、非放射性誘電体線
路内に複数の部品が集積化されたミリ波集積回路と、当
該ミリ波集積回路に一体的に形成され、当該ミリ波集積
回路または自由空間からの電磁波を送信しまたは受信す
る平面アンテナ部とを備えるミリ波レーダヘッドであっ
て、非放射性誘電体線路は、相互の間隔を所定の間隔に
なるように平行に配設される一対の平板状の導体板、お
よび導体板の少なくともいずれか一方の予め定められた
所定位置に樹脂製誘電体材料でアウトサート成形され、
両導体板間に配設されることにより所定モードの電磁波
を伝送する誘電体ストリップを備え、導体板の少なくと
もいずれか一方は、アウトサート成形前に所定位置のい
ずれかの箇所に形成された単一または複数の微小な凹部
を含み、誘電体ストリップは、アウトサート成形時に凹
部と同形状に自動的に形成される凸部を含み、平面アン
テナ部は、誘電体ストリップの一部近傍の対称構造を強
制的に非対称構造にし、当該誘電体ストリップの一部か
ら電磁波を漏洩放射させる漏洩放射手段を含む。

【００１８】請求項６に係る発明は、請求項５に記載の
ものにおいて、誘電体ストリップは、両導体板の一方側
と、その他方側とに２分割され、かつ、両導体板間のほ
ぼ中央に両導体板に平行な突合面を有するよう形成され
ている。

【００１９】

【作用】請求項１に係る非放射性誘電体線路において
は、誘電体ストリップのアウトサート成形前に、導体板
の少なくともいずれか一方の所定位置のいずれかの箇所
に形成された単一または複数の微小な凹部を形成し、誘
電体ストリップに凹部と同形状の凸部をアウトサート成
形時に形成するようにしている。このため、誘電体スト
リップの切削加工、配線作業、接着作業や溝の切削加工
を行うことなく、簡単に精度の高い誘電体ストリップを
導体板の所定位置に精度よく固着することができる。ま
た、凹部が微小であるので誘電体ストリップ回り近傍の
対称構造がほぼ維持され、伝送特性に悪影響を与えな
い。さらに、凹部と凸部とが嵌合するため、振動による
誘電体ストリップの位置ずれがなくなり、初期特性を維
持することができる。

【００２０】請求項２に係る非放射性誘電体線路におい
ては、誘電体ストリップは、両導体板の一方側と、その
他方側とに２分割され、かつ、両導体板間のほぼ中央に
両導体板に平行な突合面を有するよう形成されている。
この結果、電界が突合面を横切らず、対称構造となって
いるため、突合面で隙間が生じた場合でも伝送特性の劣
化を招かない。したがって、伝送特性をさらに向上させ
ることができる。このことは、請求項４に係るミリ波集
積回路においても、また、請求項６に係るミリ波レーダ
ヘッドにおいても、同様である。

【００２１】請求項３に係るミリ波集積回路において
は、凹部と凸部とが嵌合するため、組立時に個別部品が
誘電体ストリップに当たっても、位置ずれが生じない。
したがって、個別部品の組立作業が容易になる。

【００２２】請求項５に係るミリ波レーダヘッドにおい
ては、誘電体ストリップの一部と漏洩放射手段とを用い
て平面アンテナ部を形成するようにしている。このた
め、平面アンテナ部においても、誘電体ストリップの切
削加工、配線作業、接着作業や溝の切削加工を行うこと
なく、簡単に精度の高い誘電体ストリップを導体板の所
定位置に精度よく固着することができる。また、凹部と
凸部とが嵌合するため、振動による誘電体ストリップの
位置ずれがなくなり、初期特性を維持することができ
る。また、ミリ波集積回路と、平面アンテナ部との間の
配線作業をなくすことができる。

【００２３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の第１の実施例の非放射性誘電体線
路の構成を示す図であり、図２は図１の非放射性誘電体
線路の製造工程を模式的に示す図である。なお、図１
（ａ）は一部を切り欠いて斜め上から見た図であり、図
１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａ’で切断した図であ
り、図１（ｃ）は図１（ａ）の線Ｂ−Ｂ’で切断した図
である。

【００２４】図１において非放射性誘電体線路は、一対
の平板状の導体板１，２と、所定の長さＬの誘電体スト
リップ３と、４つのスペーサ９とを備える。導体板１，
２は、導電性材料（例えば、アルミ、銅）で所定の厚み
（例えば、４〜５ｍｍ）に形成されている。導体板１，
２は、誘電体ストリップ３をはさんで、相互の間隔を所
定の間隔ａになるように平行に配設される。

【００２５】誘電体ストリップ３は、下側の導体板２の
予め定められた所定位置α上であって、幅ｂ（例えば、
２．５ｍｍ）、高さａ（例えば、２．２５ｍｍ）になる
ように、溶融成形可能な樹脂製誘電体材料（例えば、Ｐ
ＦＡ（テトラフルオロエチレン〜パーフルオロアルキル
ビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエ
チレン〜ヘキサフルオロプロピレン共重合体）（比誘電
率εｒ＝２．１））でアウトサート成形されている。ス
ペーサ９は、平板状の導体板１，２の相互の間隔をａに
平行にし、かつ誘電体ストリップ３を導体板１，２で挟
持するため、例えば金属性材料で誘電体ストリップ３よ
りわずかに薄い厚みに形成されている。なお、スペーサ
９は、金属性材料に限られず、他の材料、例えば絶縁性
材料で形成するようにしてもよい。

【００２６】ところで、凹凸のない導体板にアウトサー
ト成形された誘電体ストリップの導体板への固着力は弱
い。そこで、導体板２の所定位置αの幅ｂ方向のほぼ中
央で、長手方向の両端側には、円錐状の微小な２つの凹
部４ａ，４ｂ（例えば、深さｄ＝０．２ｍｍ、幅ｗ＝
０．２ｍｍ）を形成した上で、誘電体ストリップ３を導
体板２の所定位置αにアウトサート成形することによ
り、誘電体ストリップ３には、アウトサート成形時に凹
部４ａ，４ｂと同形状の凸部５ａ，５ｂが自動的に形成
されるとともに、アンカー効果により誘電体ストリップ
３と導体板２との固着力が増す。

【００２７】なお、導体板２と、誘電体ストリップ３と
のアンカー効果を増加させるため、凹部４ａ，４ｂは、
図１（ｃ）に示すようにその離反方向が垂直に形成され
ている。このため、凹部４ａ，４ｂ以外の導体板２の所
定位置αの部分と、誘電体ストリップ３の凸部５ａ，５
ｂ以外の部分とにおける固着力が弱くても、凹部４ａ，
４ｂと凸部５ａ，５ｂとがアンカー効果により強固に固
着する。したがって、導体板２の所定位置αに誘電体ス
トリップ３が固着する。

【００２８】次いで、図１の非放射性誘電体線路の製造
工程を説明する。治具６には、導体板１，２より硬い材
質で、円錐状に形成された２つの刃先７ａ，７ｂが設け
られている。まず、刃先７ａ，７ｂを導体板２に当て、
所定位置αの上述した箇所に凹部４ａ，４ｂを形成する
（図２（ａ）参照）。次いで、導体板２を金型８にセッ
トする（図２（ｂ）参照）。なお、金型８は、下部８ａ
と、上部８ｂとで構成されている。下部８ａには、導体
板２を収納する溝（図示せず）が形成されている。上部
８ｂには、導体板２の所定位置αに誘電体ストリップ３
を形成するための空間８ｃ（長さＬ，幅ｂ，高さａ）
と、この空間８ｃに樹脂製誘電体材料を導くための湯口
８ｄとが形成されている。

【００２９】次いで、樹脂製誘電体材料を湯口８ｄから
射出する。これにより、空間８ｃおよび凹部４ａ，４ｂ
に樹脂製誘電体材料が充満する。次いで、金型８から導
体板２を取り出す。この結果、この導体板２には、高精
度（幅ｂ、高さａ、長さＬ）の誘電体ストリップ３が所
定位置αに高精度にアウトサート成形されている（図２
（ｃ）参照）。またこのとき、誘電体ストリップ３に
は、凹部４ａ，４ｂと嵌合する凸部５ａ，５ｂが自動的
に形成されている。次いで、誘電体ストリップ３の上の
四隅にスペーサ９を乗せ、両者の上に導体板１を乗せ、
導体板１，２の相互の間隔をａになるようにネジ等で導
体板１，２を固定する。これにより、図１の非放射性誘
電体線路が完成する。

【００３０】次いで、動作を説明する。導体板１，２間
の間隔をａとし、伝送すべきミリ波の電磁波の波長をλ
とすると、間隔ａがａ＜λ／２で、かつ誘電体ストリッ
プ１０３回り近傍が対称構造になっている場合、誘電体
ストリップ３のない部分においては、導体板１，２で電
極板に平行な電磁波の伝搬が遮断される。一方、誘電体
ストリップ３が挿入された部分においては、遮断状態が
解消され、電磁波が誘電体ストリップ３に沿って伝播す
る。なお、非放射性誘電体線路の基本伝送モードは、Ｌ
ＳＥモードとＬＳＭモードに大別される。最低次数モー
ドのＬＳＥ０１モードとＬＳＭ０１モードのうち、低損
失性の点から、通常ＬＳＭ０１モードが動作モードとし
て使用される。

【００３１】ところで、一方の導体板２にだけ凹部４
ａ，４ｂが形成されているので、誘電体ストリップ３回
り近傍の対称構造は、厳密な意味では凹部４ａ，４ｂの
部分において損なわれている。しかしながら、誘電体ス
トリップ３に比べ、凹部４ａ，４ｂが微小である。この
ため、誘電体ストリップ３のわずかな区間においてだけ
上下の非対称構造がわずかに生じるだけである。したが
って、このようなわずかな区間におけるわずかな非対称
構造が特性に与える影響をほぼ無視できる。

【００３２】本願発明者は、この導体板に微小な凹部を
設けたことによる電気特性への影響について確かめるた
め、誘電体ストリップ３の比誘電率εｒ＝２．０４、幅
ｂ＝２．５ｍｍ、高さａ＝２．２５ｍｍ、凹部４ａ，４
ｂの深さｄ＝０．２ｍｍ、幅ｗ＝０．２ｍｍの条件の下
で、凹部４ａ，４ｂを付けた場合と、付けない場合（従
来例）の非放射性誘電体線路の有限要素法解析によるシ
ミュレーションをそれぞれ行った。

【００３３】図４はシミュレーションによる非放射性誘
電体線路の電磁界ベクトル（伝搬モードＬＳＭ０１モー
ド，伝送周波数ｆ＝６０ＧＨｚ）を示す図であり、図５
はシミュレーションによる非放射性誘電体線路のβ（位
相定数）−ω（角周波数）曲線を示す図である。なお、
図４（ａ）は本実施例の電界ベクトルを示し、図４
（ｂ）は本実施例の磁界ベクトルを示し、図４（ｃ）は
従来例の電界ベクトルを示し、図４（ｄ）は従来例の磁
界ベクトルを示している。また、図５のラインＬ１は本
実施例のＬＳＭ０１モードを示し、ラインＬ２は本実施
例のＬＳＥ０１モードを示し、ラインＬ３は従来例のＬ
ＳＭ０１モードを示し、ラインＬ４は従来例のＬＳＥ０
１モードを示している。

【００３４】ＬＳＭ０１モードにおける電界ベクトル
は、凹部４ａ（４ｂ）においてわずかに乱れれるだけで
ある（図４（ａ），（ｃ）参照）。しかも、凹部４ａ
（４ｂ）における電界は、ほぼ「０」である。また、Ｌ
ＳＭ０１モードにおける磁界ベクトルは、凹部４ａ（４
ｂ）においてほとんど変化しない（図４（ｂ），（ｄ）
参照）。したがって、導体板２に凹部４ａ，４ｂを設け
ても、電界および磁界の両方とも非対称による影響をほ
とんど受けていないことがわかる。また、図５のβ−ω
曲線から、導体板２に凹部４ａ，４ｂを設けても、ＬＳ
Ｍ０１モードおよびＬＳＥ０１モードの両方とも非対称
による影響をほとんど受けず、ＬＳＭ０１モードとＬＳ
Ｅ０１モードとが十分に離れた位相定数を維持している
ことがわかる。このため、ＬＳＭ０１モードを動作モー
ドに選んだ場合に、ＬＳＥ０１モードとの結合量が増大
しないため、モード間結合による損失の増大することな
く電磁波を伝送することができる。

【００３５】このため、図１の非放射性誘電体線路によ
れば、誘電体ストリップ３のアウトサート成形前に、導
体板２の所定位置αに微小な凹部４ａ，４ｂを形成し、
誘電体ストリップ３に凹部４ａ，４ｂと同形状の凸部５
ａ，５ｂをアウトサート成形時に形成するようにしてい
る。このため、誘電体ストリップの切削加工、配線作
業、接着作業や溝の切削加工を行うことなく、簡単に精
度の高い誘電体ストリップ３を導体板２の所定位置αに
精度よく固着することができる。また、凹部４ａ，４ｂ
が微小であるので誘電体ストリップ３回り近傍の対称構
造がほぼ維持され、伝送特性に悪影響を与えない。さら
に、凹部４ａ，４ｂと凸部５ａ，５ｂとが嵌合するた
め、振動による誘電体ストリップ３の位置ずれがなくな
り、初期特性を維持することができる。

【００３６】なお、上述の実施例では、治具６を用いて
凹部４ａ，４ｂを形成するようにしたが、センタポンチ
等で凹部４ａ，４ｂを１つずつ形成するようにしてもよ
い。また、誘電体ストリップ３に対して２つの凹部４
ａ，４ｂを形成するようにしたが、３つ以上の凹部を形
成するようにしてもよい。なお、３つ以上の凹部を形成
する場合には、治具６に３つ以上の刃先を取り付けるよ
うにすればよい。また、刃先７ａ，７ｂの形状を円錐状
としたが、角錐状等の他の形状で実施するようにしても
よい。さらに、樹脂と導体板の固着力が強ければ、導体
板２に単一の凹部だけを形成するようにしてもよい。

【００３７】図６は、本発明の第２の実施例の非放射性
誘電体線路の構成を示す図である。なお、図６（ａ）は
分解した状態を示す図であり、図６（ｂ）は組み合わせ
た状態を示す図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）の線Ｃ
−Ｃ’で切断した図である。また、第１の実施例と対応
する部分には同一の番号を付して説明を省略する。

【００３８】この実施例では、誘電体ストリップ３は、
導体板１側の誘電体ストリップ部３ａと導体板２側の誘
電体ストリップ部３ｂとの２つの部分に２分割されてい
る。導体板１には、導体板２の凹部４ａ，４ｂと対応す
る位置に凹部４ｃ，４ｄ（４ｃのみ図示）がそれぞれ形
成されている。このような凹部４ｃ，４ｄは、図２
（ａ）に示した治具６と対称な形状を有する治具を用い
れば、簡単に形成するできる。

【００３９】誘電体ストリップ部３ａ，３ｂは、それぞ
れ幅ｂ、高さａ／２になるように、樹脂製誘電体材料で
アウトサート成形されている。このため、誘電体ストリ
ップ部３ａ，３ｂは、導体板１，２の予め定められた所
定位置α上であって、導体板１，２間のほぼ中央で、か
つ導体板１，２に平行な突合面３ｃを有する。また、誘
電体ストリップ部３ｂには、アウトサート成形時に凹部
４ｃ，４ｄと同形状の凸部５ｃ，５ｄ（５ｃのみ図示）
が自動的に形成される。このような、誘電体ストリップ
部３ａ，３ｂは、図２（ｂ）に示した金型８を形成する
場合に、空間８ｃの高さをａ／２にすれば、簡単に形成
することができる。スペーサ９を乗せ、突合面３ｃを真
ん中にして、導体板１，２の相互の間隔をａになるよう
にネジ等で導体板１，２を固定すれば、非放射性誘電体
線路が完成する。

【００４０】この場合、凹部４ａ，４ｂと、凹部４ｃ，
４ｄとが誘電体ストリップ３回り近傍で上下対称になっ
ている。図７に示すように、誘電体ストリップ３の側面
における電界強度は、突合面３ｃで最大になる。このた
め、誘電体ストリップ３を誘電体ストリップ部３ａ，３
ｂに分割したことによる影響が考えられる。しかしなが
ら、突合面３ｃが、導体板１，２間の中央で、かつ導体
板１，２に平行に形成されている。このため、ＬＳＭ０
１モードでは、電界Ｅの電気力線が突合面３ｃに平行に
生じる（図２（ａ）参照）。したがって、突合面３ｃに
生じるエネルギーの集中度は高くない。このため、実効
的な誘電率がほぼそのまま維持され、位相定数βもほぼ
そのまま維持される。したがって、ＬＳＭ０１モードと
ＬＳＥ０１モードの位相定数差がほぼそのまま維持さ
れ、両モードの結合量の増加がないため、低損失で電磁
波を伝送することができる。

【００４１】図８は本発明の一実施例のＦＭ−ＣＷ方式
ミリ波レーダヘッドの構成を示す図であり、図９は図８
のＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レーダヘッドの内部構成を示す
図であり、図１０は図８のＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レーダ
ヘッドの等価回路を示す図である。なお、図８（ａ）は
上面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の線Ｄ−Ｄ’で
切断した図であり、図９（ａ）は上面図であり、図９
（ｂ）は図９（ａ）の線Ｅ−Ｅ’で切断した図である。

【００４２】このようなＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レーダヘ
ッドは、自動車等に取り付けられ、目標物までの距離の
検出や目標物との相対速度の検出等に用いられる。図８
および図９において、ＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レーダヘッ
ドは、送信部および受信部として動作するミリ波集積回
路部２０と、２つの送受信アンテナとして動作し、ミリ
波集積回路部２０と同一平面上に一体的に形成される平
面アンテナ部３０とを備える。このミリ波集積回路部２
０および平面アンテナ部３０は、大略的に平板状の導体
板４０，５０と、導体板４０，５０間を一定の間隔に保
持するフレーム６０等とで構成される。

【００４３】フレーム６０は、７つの部分６０ａ〜６０
ｇからなり、導電性材料（例えば、アルミ、銅）で略日
の字状に形成されている。ミリ波集積回路部２０は、導
体板４０，５０とフレーム６０の各部分６０ａ〜６０ｄ
とで大略的に囲まれている。平面アンテナ部３０は、ま
た、導体板４０，５０とフレーム６０の部分６０ｄ〜６
０ｇとで大略的に囲まれている。なお、平面アンテナ部
３０において、フレーム６０の部分６０ｄ〜６０ｇは反
射器として動作し、対向する部分６０ｄと部分６０ｆと
は相互に平行になるように配設され、対向する部分６０
ｅと部分６０ｇとは相互に平行かつ部分６０ｄ，６０ｆ
と直交するように配設されている。

【００４４】導体板５０には、平面アンテナ部３０にお
いて誘電体ストリップ７０ｂ２，７０ｄ２から所定の距
離だけ離れ、かつ誘電体ストリップ７０ｂ２，７０ｄ２
によって伝送される高周波信号による電界強度が比較的
高い位置に、漏電高周波を放射するために、そのミリ波
集積回路部２０の部分より階段状に１段高くなるステッ
プ５１が形成される。また、導体板４０には、平面アン
テナ部３０において波長λの間隔で部分６０ｆに平行な
複数の縦スロット４１と、波長λの間隔で部分６０ｅに
平行な複数の横スロット４２とが格子状に形成される。
この縦スロット４１はアンテナ８１（図１０参照）とし
て動作し、横スロット４２はアンテナ８２（図１０参
照）として動作する。

【００４５】導体板４０上には、縦および横スロット６
１，６２から雨、ごみ等が内部に進入するのを防止する
ため、レドーム４３が形成される。レドーム４３は、例
えばＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＢＴ（ポリグチレン
テレフタレート）またはＦＲＰＰ（繊維強化ポリプロピ
レン）等の電磁波の透過性のよい誘電体材料で形成され
ている。

【００４６】ミリ波集積回路部２０および平面アンテナ
部３０において、導体板５０上の所定位置の任意の位置
には複数の凹部（図示せず）が予め形成されており、所
定位置に幅ｂ、高さａの複数の誘電体ストリップ７０ａ
〜７０ｇがアウトサート成形されている。このため、誘
電体ストリップ７０ａ〜７０ｇは、導体板５０に固着し
ている。誘電体ストリップ７０ｂは、略Ｕ字状に形成さ
れており、ミリ波集積回路部２０における部分７０ｂ１
と、平面アンテナ部３０における部分７０ｂ２とからな
る。誘電体ストリップ７０ｄは、略直線上に形成されて
おり、ミリ波集積回路部２０における部分７０ｄ１と、
平面アンテナ部３０における部分７０ｄ２とからなる。

【００４７】誘電体ストリップ７０ｂの部分ｂ１と誘電
体ストリップ７０ｄの部分ｄ１とは、δ１（図９参照）
において近接配置されている。このため、δ１にカプラ
８３（図１０参照）が形成される。誘電体ストリップ７
０ｇは、馬蹄形状に形成されいる。誘電体ストリップ７
０ｇと、誘電体ストリップ７０ｂの部分７０ｂ１とは、
δ２（図９参照）において近接配置されている。このた
め、δ２にカプラ８４（図１０参照）が形成される。誘
電体ストリップ７０ｇと、誘電体ストリップ７０ｅと
は、δ３（図９参照）において近接配置されている。こ
のため、δ３にカプラ８５（図１０参照）が形成され
る。

【００４８】誘電体ストリップ７０ａの一端部には、ガ
ンオシレータ８６（図１０参照）が装着される。誘電体
ストリップ７０ａ〜７０ｃ間には、サーキュレータ８７
が装着される。誘電体ストリップ７０ｃの一端部には、
サーキュレータ８７をアイソレータとして動作させるた
め、終端器７１が接続される。誘電体ストリップ７０ｄ
〜７０ｆ間には、サーキュレータ８８が装着される。誘
電体ストリップ７０ｃの一端部には、サーキュレータ８
８をアイソレータとして動作させるため、終端器７２が
接続される。誘電体ストリップ７０ｅの一端部には、ミ
キサ８９が装着される。誘電体ストリップ７０ｇの両端
には、終端器７３，７４がそれぞれ接続される。

【００４９】なお、終端器７２〜７４は、誘電体材料で
形成されている。したがって、終端器７２〜７４に個別
の部品を使用するほか、誘電体ストリップ７０ａ〜７０
ｇと同一の誘電体材料を使用する場合には、終端器７２
〜７４を誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇと同時にアウ
トサート成形するようにしてもよい。また、異なる誘電
体材料を使用する場合には、凹部上に終端器７２〜７４
を２重成形するようにしてもよい。この場合には、終端
器７２〜７４の装着作業が必要なくなる。

【００５０】誘電体ストリップ７０ｂの部分ｂ２は、ス
テップ５１と近接して配置されている。このため、部分
ｂ２回り近傍は、対称構造から強制的に非対称構造とな
る。また、誘電体ストリップ７０ｄの部分ｄ２は、ステ
ップ５１と近接して配置されている。このため、部分ｄ
２回り近傍も、強制的に非対称構造となる。したがっ
て、部分ｂ２，ｄ２においては、上下導体に垂直な向き
の電界成分を持つＴＥＭ波が発生する。このＴＥＭ波は
上下導体板間を伝搬するモードであり、放射角θで電磁
波の漏洩放射が生じる。

【００５１】部分ｂ２，ｄ２近傍のステップ５１上に
は、鋸の歯状のゾーニングを有する誘電体プリズム７
５，７６が装着される。この誘電体プリズム７５，７６
によって、部分ｂ２，ｄ２から漏洩放射した電磁波は、
位相が揃えられ、部分６０ｆ，６０ｅにそれぞれ垂直に
偏向される。これにより、平面アンテナ部３０において
部分６０ｆに垂直な波長λの定在波と、部分６０ｅに垂
直な波長λの定在波とが立つ。

【００５２】なお、誘電体プリズム７５，７６に個別の
部品を使用するほか、誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇ
と同一の誘電体材料を使用する場合には、誘電体プリズ
ム７５，７６を誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇと同時
に凹部上にアウトサート成形するようにしてもよい。ま
た、異なる誘電体材料を使用する場合には、凹部上に誘
電体プリズム７５，７６を２重成形するようにしてもよ
い。この場合には、誘電体プリズム７５，７６の装着作
業が必要なくなる。

【００５３】したがって、図８のミリ波レーダヘッドに
よれば、ミリ波集積回路部２０および平面アンテナ部３
０において、誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇの切削加
工、配線作業、接着作業や溝の切削加工を行うことな
く、簡単に精度の高い誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇ
を導体板５０の所定位置に精度よく固着することができ
る。また、凹部と凸部とが嵌合するため、振動による誘
電体ストリップ７０ａ〜７０ｇの位置ずれがなくなり、
初期特性を維持することができる。また、凹部と凸部と
が嵌合するため、組立時にガンオシレータ８６等の個別
部品が誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇに当たっても、
位置ずれが生じない。したがって、個別部品の組立作業
が容易になる。誘電体ストリップ７０ｂ，７０ｄがアウ
トサート成形されているので、ミリ波集積回路部２０，
平面アンテナ部３０間の配線作業をなくすことができ
る。

【００５４】次いで、図８〜図１０に示したＦＭ−ＣＷ
方式ミリ波レーダヘッドの動作を説明する。入力端子９
０（図１０参照）から変調繰り返し周期Ｔｍで三角波状
に変動する直流電圧を入力すると、ガンオシレータ８６
は、送信中心周波数ｆ０を中心とし、ＦＭ変調幅Δｆの
高周波信号をサーキュレータ８７に出力する。サーキュ
レータ８７は、高周波信号がアンテナ８１，８２からガ
ンオシレータ８６に戻ることを防止し、ガンオシレータ
８６を安定的に発振させる。

【００５５】サーキュレータ８７から出力された高周波
信号の一部は、ローカル信号としてカプラ８４で取り出
され、カプラ８５を介してミキサ８９に供給される。サ
ーキュレータ８７から出力された高周波信号の残部は、
カプラ８３に供給される。カプラ８３は、高周波信号の
残部を誘電体ストリップ７０ｂの部分７０ｂ２と、誘電
体ストリップ７０ｄの部分７０ｄ２とに９０゜の位相差
をつけて分波する。

【００５６】誘電体ストリップ７０ｂの部分７０ｂ２を
漏洩放射した高周波信号は、縦スロット４１を励振す
る。このため、アンテナ８１から電磁波が図８の紙面上
方に出力される。また、誘電体ストリップ７０ｄの部分
７０ｄ２を漏洩放射した高周波信号は、横スロット４２
を励振する。このため、アンテナ８２から電磁波が図８
の紙面上方に出力される。ここで、部分７０ｂと部分７
０ｄとに流れる高周波信号は、９０゜の位相差がつけら
れている。このため、アンテナ８１，８２から出力され
る電磁波は、例えば時計回りの円偏波となる。

【００５７】目標物で反射された電磁波は、時計回りの
円偏波でアンテナ８１，８２に戻る。ここで、目標物と
同じ方向であって対向する別の物体（例えば、対向車）
もミリ波レーダを有し、時計回りの円偏波を出射してい
る場合がある。この場合には、アンテナ８１，８２で受
信される対向車からの電磁波は、反時計回りの円偏波
（逆旋）となる。したがって、目標物で反射した電磁波
か、対向車から出射された電磁波かを区別することによ
り、電波干渉の低減ができる。

【００５８】アンテナ８１，８２において円偏波の電磁
波を受信すると、縦スロット４１および横スロット４２
が励振され、送信の場合と同様に平面アンテナ部３０に
定在波が生じる。このため、部分７０ｂと部分７０ｄと
に高周波信号がそれぞれ流れる。ここで、円偏波である
ので、部分７０ｂと部分７０ｄとに流れる高周波信号
は、９０゜の位相差がある。このため、カプラ８３で同
位相に戻され、サーキュレータ８８に入力される。サー
キュレータ８８は、高周波信号がミキサ８９からアンテ
ナ８１，８２に戻ることを防止し、高周波の受信を安定
化させる。サーキュレータ８８から出力された高周波信
号は、ミキサ８９に与えられる。この結果、ミキサ８９
には、ガンオシレータ８６からのローカル信号と、アン
テナ８２，８３で受信した高周波信号が与えられる。こ
のため、ミキサ８９は、出力端子９０からビート信号を
出力する。

【００５９】ここで、送信中心周波数をｆ０、ＦＭ変調
幅をΔｆ、変調繰返周期をＴｍ、送受信ビート周波数を
ｆｂ、光速をＣ、目標物までの電波の往復時間をＴ、目
標物までの距離をｒ、目標物との相対速度をｖ、距離周
波数をｆｒ、速度周波数をｆｄとして、ＦＭ−ＣＷ方式
の原理を説明する。

【００６０】相対速度ｖ＝０の場合、送受信ビート周波
数ｆｂは、（１）式で求められる。 ｆｂ＝（４・Δｆ・ｒ）／（Ｃ・Ｔｍ）＝ｆｒ …（１） 図１１は、相対速度ｖ＝０の場合のＦＭ−ＣＷ方式の原
理図である。相対速度ｖ＝０の場合、ガンオシレータ８
６からミキサ８９に入力されるローカル信号、すなわち
送信波ｆ（ｔ）と、アンテナ８２，８３からミキサ８９
に入力される信号、すなわち受信波ｆ（ｔ＋Ｔ）との関
係は、図１１（ａ）に示すようになる。このため、ビー
ト周波数ｆｂは、反周期ごと、一定の距離周波数ｆｒに
なる（図１１（ｂ））。このため、ミキサ８９から出力
されるビート信号は、一定の距離周波数ｆｒを反周期ご
とに繰り返す（図１１（ｃ））。ここで、Δｆ、Ｃ、Ｔ
ｍは、既知の値である。また、ｆｂは、検出できる。し
たがって、（１）式により、目標物までの距離ｒを測定
することができる。

【００６１】一方、相対速度ｖ≠０の場合、送受信ビー
ト周波数ｆｂは、（２）式で求められる。 ｆｂ＝（４・Δｆ・ｒ）／（Ｃ・Ｔｍ）±（２・ｆ０・ｖ）／Ｃ ＝ｆｒ±ｆｄ …（２） 図１２は、相対速度ｖ≠０の場合のＦＭ−ＣＷ方式の原
理図である。相対速度ｖ≠０の場合、送信波ｆ（ｔ）
と、受信波ｆ（ｔ＋Ｔ）との関係は、図１２（ａ）に示
すようになる。このため、ビート周波数ｆｂは、反周期
ごとに、ｆｂ＝ｆｒ−ｆｄと、ｆｂ＝ｆｒ＋ｆｄとに変
化する（図１２（ｂ））。このため、ミキサ８９から出
力されるビート信号は、反周期ごとに、ｆｂ＝ｆｒ−ｆ
ｄと、ｆｂ＝ｆｒ＋ｆｄとを反周期ごとに繰り返えす
（図１２（ｃ））。ここで、ｆｒは、（１）式で求ま
る。また、ｆ０は、既知の値である。また、ｆｂは、検
出できる。したがって、（２）式により、目標物との相
対速度ｖを測定することができる。

【００６２】なお、ミリ波レーダヘッドにおいて２つの
アンテナ８１，８２から電磁波を円偏波で送受信するよ
うにしたが、１つのアンテナで電磁波を直線偏波で送受
信するように構成するようにしてもよい。また、ミリ波
集積回路部２０だけを非放射性誘電体線路で構成するよ
うにしてもよい。またミリ波レーダ以外の送信部や受信
部やその他のミリ波集積回路を構成するようにしてもよ
い。また、誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇを導体板５
０にアウトサート成形するようにしたが、図６の実施例
と同様に誘電体ストリップ７０ａ〜７０ｇを２分割し、
分割した部分を導体板４０，５０にそれぞれアウトサー
ト成形するようにしてもよい。

【００６３】

【発明の効果】請求項１に係る非放射性誘電体線路によ
れば、誘電体ストリップの切削加工、配線作業、接着作
業や溝の切削加工を行うことなく、簡単に精度の高い誘
電体ストリップを導体板の所定位置に精度よく固着する
ことができ、凹部が微小であるので誘電体ストリップ回
り近傍の対称構造がほぼ維持され、伝送特性に悪影響を
与えず、凹部と凸部とが嵌合するため、振動による誘電
体ストリップの位置ずれがなくなるので、非放射性誘電
体線路の生産性が向上し、かつ安価になり、しかも伝送
特性がよく、初期特性を維持することが容易になる。

【００６４】請求項２に係る非放射性誘電体線路によれ
ば、誘電体ストリップは、両導体板の一方側と、その他
方側とに２分割され、かつ、両導体板間のほぼ中央に両
導体板に平行な突合面を有するよう形成されているの
で、伝送特性をさらに向上させることができる。請求項
４に係るミリ波集積回路においても、同様な効果を得る
ことができる。また、請求項６に係るミリ波レーダヘッ
ドにおいても、同様な効果を得ることができる。

【００６５】請求項３に係るミリ波集積回路によれば、
凹部と凸部とが嵌合するため、個別部品の組立時に誘電
体ストリップに当たっても、位置ずれが生じることがな
くなり、個別部品の組立作業が容易になり、生産性を向
上させることができる。

【００６６】請求項５に係るミリ波レーダヘッドによれ
ば、誘電体ストリップの一部と漏洩放射手段とを用いて
平面アンテナ部を形成するようにしているので、平面ア
ンテナ部においても、誘電体ストリップの切削加工、配
線作業、接着作業や溝の切削加工を行うことなく、簡単
に精度の高い誘電体ストリップを導体板の所定位置に精
度よく固着することができ、凹部と凸部とが嵌合するた
め、振動による誘電体ストリップの位置ずれがなくな
り、ミリ波集積回路と、平面アンテナ部との間の配線作
業をなくすことができるので、非放射性誘電体線路の生
産性が向上し、かつ安価になり、しかも伝送特性がよ
く、初期特性を維持することが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の非放射性誘電体線路の
構成を示す図である。

【図２】図１の非放射性誘電体線路の製造工程を模式的
に示す図である。

【図３】図１の誘電体ストリップ３の側面におけるエバ
ネセントな電界を示す図である。

【図４】シミュレーションによる非放射性誘電体線路の
電磁界ベクトルを示す図である。

【図５】シミュレーションによる非放射性誘電体線路の
β−ω曲線を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例の非放射性誘電体線路の
構成を示す図である。

【図７】図６の誘電体ストリップ３側面における電界強
度を示す図である。

【図８】本発明の一実施例のＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レー
ダヘッドの構成を示す図である。

【図９】図８のＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レーダヘッドの内
部構成を示す図である。

【図１０】図８のＦＭ−ＣＷ方式ミリ波レーダヘッドの
等価回路を示す図である。

【図１１】相対速度ｖ＝０の場合のＦＭ−ＣＷ方式の原
理図である。

【図１２】相対速度ｖ≠０の場合のＦＭ−ＣＷ方式の原
理図である。

【図１３】従来の非放射性誘電体線路の構成を示す図で
ある。

【図１４】従来の他の非放射性誘電体線路の構成を示す
図である。

【符号の説明】

１，２，４０，５０…導体板 ３，７０ａ〜７０ｇ…誘電体ストリップ ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…凹部 ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…凸部 ５１…ステップ α…所定位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 浩 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (56)参考文献 特開 平６−296105（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−268415（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−29221（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01P 3/16 G01S 13/34

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互の間隔を所定の間隔になるように平
   行に配設される一対の平板状の導体板、および前記導体
   板の少なくともいずれか一方の予め定められた所定位置
   に樹脂製誘電体材料でアウトサート成形され、前記両導
   体板間に配設されることにより所定モードの電磁波を伝
   送する誘電体ストリップを備え、 前記導体板の少なくともいずれか一方は、 前記アウトサート成形前に前記所定位置のいずれかの箇
   所に形成された単一または複数の微小な凹部を含み、 前記誘電体ストリップは、 前記アウトサート成形時に前記凹部と同形状に自動的に
   形成される凸部を含む、非放射性誘電体線路。
2. 【請求項２】 前記誘電体ストリップは、前記両導体板
   の一方側と、その他方側とに２分割され、かつ、前記両
   導体板間のほぼ中央に前記両導体板に平行な突合面を有
   するよう形成されている、請求項１に記載の非放射性誘
   電体線路。
3. 【請求項３】 非放射性誘電体線路内に複数の部品が集
   積化されたミリ波集積回路であって、 前記非放射性誘電体線路は、 相互の間隔を所定の間隔になるように平行に配設される
   一対の平板状の導体板、および前記導体板の少なくとも
   いずれか一方の予め定められた所定位置に樹脂製誘電体
   材料でアウトサート成形され、前記両導体板間に配設さ
   れることにより所定モードの電磁波を伝送する誘電体ス
   トリップを備え、 前記導体板の少なくともいずれか一方は、 前記アウトサート成形前に前記所定位置のいずれかの箇
   所に形成された単一または複数の微小な凹部を含み、 前記誘電体ストリップは、 前記アウトサート成形時に前記凹部と同形状に自動的に
   形成される凸部を含む、ミリ波集積回路。
4. 【請求項４】 前記誘電体ストリップは、前記両導体板
   の一方側と、その他方側とに２分割され、かつ、前記両
   導体板間のほぼ中央に前記両導体板に平行な突合面を有
   するよう形成されている、請求項３に記載のミリ波集積
   回路。
5. 【請求項５】 非放射性誘電体線路内に複数の部品が集
   積化されたミリ波集積回路と、当該ミリ波集積回路に一
   体的に形成され、当該ミリ波集積回路または自由空間か
   らの電磁波を送信しまたは受信する平面アンテナ部とを
   備えるミリ波レーダヘッドであって、 前記非放射性誘電体線路は、 相互の間隔を所定の間隔になるように平行に配設される
   一対の平板状の導体板、および前記導体板の少なくとも
   いずれか一方の予め定められた所定位置に樹脂製誘電体
   材料でアウトサート成形され、前記両導体板間に配設さ
   れることにより所定モードの電磁波を伝送する誘電体ス
   トリップを備え、 前記導体板の少なくともいずれか一方は、 前記アウトサート成形前に前記所定位置のいずれかの箇
   所に形成された単一または複数の微小な凹部を含み、 前記誘電体ストリップは、 前記アウトサート成形時に前記凹部と同形状に自動的に
   形成される凸部を含み、 前記平面アンテナ部は、 前記誘電体ストリップの一部近傍の対称構造を強制的に
   非対称構造にし、当該誘電体ストリップの一部から電磁
   波を漏洩放射させる漏洩放射手段を含む、ミリ波レーダ
   ヘッド。
6. 【請求項６】 前記誘電体ストリップは、前記両導体板
   の一方側と、その他方側とに２分割され、かつ、前記両
   導体板間のほぼ中央に前記両導体板に平行な突合面を有
   するよう形成されている、請求項５に記載のミリ波レー
   ダヘッド。