JPH08320375A - レーダーモジュール及びアンテナ装置 - Google Patents

レーダーモジュール及びアンテナ装置

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JPH08320375A
JPH08320375A JP7239311A JP23931195A JPH08320375A JP H08320375 A JPH08320375 A JP H08320375A JP 7239311 A JP7239311 A JP 7239311A JP 23931195 A JP23931195 A JP 23931195A JP H08320375 A JPH08320375 A JP H08320375A
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Abstract

(57)【要約】 〔課題〕 ビーム角度の捜査範囲が広くしかも車載用に
適した小型のレーダーモジュールとそのようなレーダー
モジュールを構成するための平面アレイアンテナとを提
供する。 〔解決手段〕 本発明のレーダーモジュールは、給電線
路の先端側の直線部に沿って所定の間隔で配列される複
数のパッチから構成される平面アレイアンテナ（12a 〜
12p)が複数の送受信チャネル(A〜P)のそれぞれに対応し
て給電部の先端側の直線部分と直交する方向に複数配列
されたアンテナ部(12)と、このアンテナ部(12)の各送受
信チャネルの平面アレイアンテナに送信信号を選択的に
供給する送信部及び各送受信チャネルの平面アレイアン
テナが受信した信号を受けて選択的に処理する受信部を
備えた各送受信チャネルごとの送受信部と、各送受信チ
ャネルの各平面アレイアンテナに連なる各給電線を送信
部に連なる送信部分と受信部に連なる受信部分とに分離
させる各送受信チャネルごとのサーキュレータ(14a〜14
p)とが共通の誘電体基板(11)上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車載用ミリ波ＦＭ
レーダーシステムなどに利用されるレーダーモジュール
及びアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、車載用のレーダーシステムとし
て、米国特許第 5,008,678号に開示されているような走
査型の平面アレイアンテナが知られている。この平面ア
レイアンテナは、複数の平面アンテナと、バトラーマト
リックスなどのパッシブ型のフェーズドアレイと、スイ
ッチング回路との組合せによってビームの走査を実現し
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記先行技術の走査型
の平面アレイアンテナでは、パッシブ型のフェーズドア
レイを使用してビームの角度の走査を行う構成であるか
ら、角度の走査範囲をあまり大きくできないという問題
がある。また、この走査型の平面アレイアンテナでは、
送信専用のアレイアンテナと受信専用のアレイアンテナ
とを必要とするため、小型化が困難で特に、車載用への
適用が困難になるという問題がある。従って、本発明の
目的は、ビーム角度の走査範囲が広くしかも車載用に適
した小型のレーダーモジュールと平面アレイアンテナを
提供することにある。
【０００４】
【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、給電線路の先端側の直線部に沿って所定
の間隔で配列される複数のパッチから構成される平面ア
レイアンテナが複数の送受信チャネルのそれぞれに対応
して前記給電線路の先端側の直線部分と直交する方向に
複数配列されたアンテナ部と、このアンテナ部の各送受
信チャネルの平面アレイアンテナに送信信号を選択的に
供給する送信部及び各送受信チャネルの平面アレイアン
テナが受信した信号を受けて選択的に処理する受信部を
備えた各送受信チャネルごとの送受信部と、各送受信チ
ャネルの各平面アレイアンテナに連なる各給電線を前記
送信部に連なる送信部分と受信部に連なる受信部分とに
分離させる各送受信チャネルごとのサーキュレータとが
共通の誘電体基板上に形成されている。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記アンテナ部の各平面アレイアンテナがデフォー
カス・マルチビーム・アンテナの一次放射器を形成して
いる。更に、好適な実施の形態によれば、各平面アレイ
アンテナは所定のチルト角を有しており、この一次放射
器を含むレーダーモジュールと二次放射器とは互いに接
近して配置されている。本発明の好適な実施の形態によ
れば、上記アンテナ部から送信される送信信号はＦＭ信
号であり、各送受信チャネルの送受信部の受信部はアン
テナ部が受信した信号と送信信号の一部とを混合してビ
ート周波数を発生するミキサーを含み、送信部による送
信ＦＭ信号の選択的な供給と受信部による受信ＦＭ信号
の選択的な処理は、送信信号を選択的に増幅することに
よって行われる。以下、本発明の詳細を実施例と共に詳
細に説明する。
【０００６】図３は、本発明の一実施例のＦＭレーダー
モジュールを含むＦＭレーダーシステムの構成を示すブ
ロック図であり、１０はレーダーモジュール、２０は本
体部である。
【０００７】ＦＭレーダーモジュール１０は、誘電体基
板１１と、この誘電体基板１１上に形成された１６個の
送受信チャネルＡ〜Ｐとから構成されている。送受信チ
ャネルＡ〜Ｐは、各送受信チャネルに対応して形成され
た平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｐと、送受信部とか
ら構成されている。各送受信部は、サーキュレータ１４
ａ〜１４ｐ、送信選択増幅器１５ａ〜１５ｐ、受信選択
増幅器１６ａ〜１６ｐ及びミキサー１７ａ〜１７ｐを備
えている。１６個の送受信チャネルＡ〜Ｐのそれぞれ
は、本体部２０内のＦＭ信号発生回路２３からマイクロ
ストリップ線路ＭＳを通して供給される送信対象のＦＭ
信号を受ける。
【０００８】本体部２０は、ＣＰＵ２１、チャネル制御
回路２２、ＦＭ信号発生回路２３、セレクタ２４、Ａ／
Ｄ変換器２５、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路２６及
びメモリ２７を備えている。
【０００９】図３のブロック図に示したＦＭレーダーモ
ジュール１０は、図１の平面図に示すような物理的な構
造を有している。金属の筐体内に保持される誘電体基板
１１は、比誘電率9.7 の高純度のアルミナセラミックを
素材としており、この誘電体基板１１上に８個のモノリ
シック・マイクロウエーブ集積回路（ＭＭＩＣ) １３ａ
〜１３ｈが配置されている。
【００１０】このＦＭレーダーモジュールは、比較的大
型のサーキュレータについて１６個分の設置空間を確保
するために、アンテナ本体部１２を構成する１６個の平
面アレイアンテナ１６ａ〜１６ｐと、対応のサーキュレ
ータ１４ａ〜１４ｐと、送受信部とが二つの群に分割さ
れている。一方の群に属する８個の平面アレイアンテナ
１２ａ〜１２ｈと、他方の群に属する８個の平面アレイ
アンテナ１２ｉ〜１２ｐとが互いに180 o 異なる方向に
延長される対応の群の給電線路の先端側の直線部に互い
に交差指状に配列されている。
【００１１】８個のＭＭＩＣ１３ａ〜１３ｈのそれぞれ
には、ＭＭＩＣ１３ａで代表して図２に示すように、全
部で１８個の送受信チャネルのうち隣接する２個分の送
受信チャネルの送受信部が形成されている。すなわち、
図２に示すように、ＭＭＩＣ１３ａ内には、送信選択増
幅器１５ａ、受信選択増幅器１６ａ及びミキサー１７ａ
を含む送受信チャネルＡの送受信部と、送信選択増幅器
１５ｂ、受信選択増幅器１６ｂ及びミキサー１７ｂを含
む送受信チャネルＢの送受信部が形成されている。
【００１２】送受信チャネルＡのパッチＰａ１とＰａ２
とで構成される平面アレイアンテナ１２ａに連なる給電
線ＦＬａの根元側は、サーキュレータ１４ａを介在させ
ながら送信部分ＴＸＯＵＴと受信部分ＲＸＩＮとに分離
されている。サーキュレータ１４ａで分離された給電線
の送信部分ＴＸＯＵＴは送信選択増幅器１５ａを介して
ＦＭ信号の入力端子ＴＸＩＮに接続されると共に、分離
された受信部分ＲＸＩＮはミキサー１７ａの一方の入力
端子に接続されている。このミキサー１７ａの他方の入
力端子には、入力端子ＴＸＩＮから受信選択増幅器１６
ａを介してＦＭ信号が選択的に供給される。
【００１３】同様に、送受信チャネルＢのパッチＰｂ１
とＰｂ２とで構成される平面アレイアンテナ１２ｂに連
なる給電線ＦＬｂの根元側は、サーキュレータ１４ｂを
介在させながら送信部分ＴＸＯＵＴと受信部分ＲＸＩＮ
とに分離されている。サーキュレータ１４ｂで分離され
た給電線の送信部分ＴＸＯＵＴは送信選択増幅器１５ｂ
を介してＦＭ信号の入力端子ＴＸＩＮに接続されると共
に、分離された受信部分ＲＸＩＮはミキサー１７ｂの一
方の入力端子に接続されている。このミキサー１７ｂの
他方の入力端子には、入力端子ＴＸＩＮから受信選択増
幅器１６ｂを介してＦＭ信号が選択的に供給される。
【００１４】送受信チャネルＡとＢの送信選択増幅器１
５ａ，１５ｂ、送信選択増幅器１６ａ，１６ｂはいずれ
も高周波数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を主体と
して構成されている。これら４個の選択増幅器は、本体
部２０のチャネル制御回路２２から選択的に行われる間
欠的なドレイン電圧Ｖｄ１〜Ｖｄ４の供給を受け、間欠
的な増幅動作を行う。なお、４個の選択増幅器には、一
定のゲート電圧Ｖｇが供給されている。
【００１５】なお、送受信チャネルＡとＢにおいて、隣
接する１４ａと１４ｂとは互いに逆向きの直流磁界が加
えられ、この結果信号の回転方向が互いに逆になるよう
に設定されている。このように隣接するサーキュレータ
に互いに逆向きの直流磁界を加えることにより、互いに
相殺させて直流磁界の発生を防止している。
【００１６】図４は、図１のＦＭレーダーモジュール１
０を金属製のホルダー４０に保持させて二次放射器３０
と一体化することにより、そのアンテナ部１２を一次放
射器として機能させる場合の構成を示す斜視図である。
二次放射器３０の曲面は放物面の一部を形成しており、
この放物面の焦点近傍に一次放射器として機能させる１
６個の平面アレイアンテナ１２ａ１２ｂ１２ｃ・・・・
１２ｐから構成されるアンテナ部１２が配置される。１
６個の平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｐのそれぞれか
ら放射されたミリ波帯のＦＭ信号は、二次放射器３０で
反射され水平方向にそれぞれ異なる角度で二次放射器３
０の前方に放射される。すなわち、アンテナ本体部１２
から成る一次放射器と、二次放射器３０とによってオフ
セット・デフォーカス・パラボラアンテナが構成され
る。
【００１７】一次放射器を構成する各送受信チャネルの
平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｐは、各給電線の先端
側の直線部分に沿って２個の矩形状のパッチが所定の間
隔で配列された構造を呈している。このため、各平面ア
レイアンテナから放射される電波は、所定のチルト角の
方向に放射される。すなわち、図７の断面図に示すよう
に、各パッチから放射される電波の放射方向 (実線で示
す) は、各パッチから放射される電波の等位相面 (点線
で示す) がそれぞれの放射方向と直交するように、誘電
体基板１１に立てた一点鎖点で示す法線に対してθのチ
ルト角を有する。この放射電波の等位相面は、放射電波
が給電線上と空気中を伝播する際の遅延時間によって決
定される。
【００１８】なお、図７では、パッチと給電線とを区別
するためにパッチの厚みを給電線のそれよりも大きくし
て表現してあるが、これらは実際には同一の厚みであ
る。また、一方の群に属する８個の平面アレイアンテナ
と、他方の群に属する８個の平面アレイアンテナとが同
一のチルト角で二次放射器に放射されるように、各群に
ついて２個の矩形状のパッチを接続する給電線路の長さ
がほぼ半波長だけ異なっている。
【００１９】再び図４を参照すれば、平面アレイアンテ
ナ１２ａ〜１２ｐのそれぞれは上述したようなチルト角
θを有するため、一次放射器に比較して相当大型のＦＭ
レーダーモジュール１０が、二次放射器３０から放射さ
れる電波の進路を妨害してしまうという不都合が有効に
回避される。このため、アンテナ部１２を一次放射器と
して含むＦＭレーダーモジュール１０を二次放射器３０
に接近させて設置することができる。この結果、単一の
誘電体基板１０上に送受信部と共に一次放射器となるア
ンテナ本体部１２を形成したＭＭＩＣ構造のＦＭレーダ
ーモジュールが実現される。
【００２０】再び図３の構成ブロック図を参照すれば、
本体部２０のＦＭ信号発生器２３から供給されるミリ波
帯のＦＭ信号は、１６個の送受信チャネルＡ〜Ｐに対応
して設置された１６個の送信選択増幅器１５ａ〜１５ｐ
のそれぞれによって所定の期間内のみ選択的な増幅を受
ける。送信選択増幅器１５ａ〜１５ｐのそれぞれは、本
体部２０のチャネル制御回路２２から供給されるチャネ
ル制御信号に従って配列順に順次所定期間内のみＦＭ信
号の増幅動作を行う。送信選択増幅器１５ａ〜１５ｐの
それぞれは、２段に縦列接続された電界効果トランジス
タ(FET) と、上記チャネル制御信号に従って各電界効果
トランジスタに間歇的に動作用のドレイン電圧を供給す
るスイッチング・トランジスタなどから構成され、動作
電力の供給期間内のみ選択的に増幅動作を行う。
【００２１】送信選択増幅器１５ａ〜１５ｐのそれぞれ
は、ドレイン電圧が供給されていない状態では、それぞ
れを通過するＦＭ信号に大きな挿入損失を与えることに
より、ＦＭ信号発生回路２３とサーキュレータ１４ａ〜
１４ｐとの間を実質的に分離する。すなわち、各送信選
択増幅器は、ＦＭ信号発生回路２３とサーキュレータ１
４ａ〜１４ｐとの間を選択的に接／断する利得を有する
スイッチとして機能する。送信選択増幅器１４ａ〜１４
ｐのそれぞれで増幅されたミリ波帯のＦＭ信号は、各送
受信チャネルに対応して設置されているサーキュレータ
１４ａ〜１４ｐの対応のものを経て平面アレイアンテナ
１２ａ〜１２ｐの対応のものに供給され、それぞれから
誘電体基板１１の外部に放射される。放射されたＦＭ信
号は、さらに二次放射器３０による反射を受けて車両の
外部に放射される。
【００２２】車両の外部に放射されたミリ波帯のＦＭ信
号のうちのいくつかは、物体で反射され、放射時とは逆
の経路を辿ってレーダーモジュールのアンテナ部１２の
平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｐのそれぞれに受信さ
れる。各平面アレイアンテナに受信された反射波は、サ
ーキュレータ１４ａ〜１４ｐによって送信系から分離さ
れ、送受信部内のミキサー１７ａ〜１７ｐの一方の入力
端子である受信信号入力端子に入力する。ミキサー１７
ａ〜１７ｐの他方の入力端子である局発入力端子には、
チャネル制御回路２２から供給されるチャネル制御信号
に従って、配列順にかつ所定期間内のみ間欠的に増幅動
作を行う受信選択増幅器１６ａ〜１６ｐを通して順次Ｆ
Ｍ信号が供給される。この受信選択増幅器１６ａ〜１６
ｐのそれぞれが実質的なスイッチとして機能する点は、
前述した送信選択増幅器の場合と同様である。
【００２３】ミキサー１７ａ〜１７ｐの出力端子から出
力されるビート信号は、同軸ケーブルなどの線路を経て
本体部２０のＡ／Ｄ変換器２５に供給され、対応のディ
ジタル信号に変換される。このディジタル・ビート信号
は高速フーリエ変換(FFT) 回路２５に供給され、ここで
周波数スペクトルに変換され、ＣＰＵ２１に供給され
る。
【００２４】ＣＰＵ２１は、高速フーリエ変換回路２５
から受け取った受信反射信号の周波数スペクトルを解析
することにより、各送受信チャネル、従って各方位角ご
とに反射波を発生させた物体までの距離を算定する。典
型的には、ＣＰＵ２１は、図５に例示するような障害物
に関する二次元的なマップを作成する。
【００２５】図６は、平面アレイアンテナの配列に関す
る他の実施例を示す平面図である。この実施例では、４
個の平面アレイアンテナ１２ａ〜１２ｄから成る一方の
群と４個の平面アレイアンテナ１２ｅ〜１２ｈから成る
他方の群とが互いに逆向きに延長される給電線の先端部
に形成されると共に、給電線の延長方向に沿って互いに
交差することなく異なる位置に形成されている。この構
成は、各平面アレイアンテナの横方向への配列のピッチ
を短縮することにより、アンテナ部の小型化を図ると共
に高分解能を実現できる。
【００２６】以上、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。しかしながら、ＡＭレーダ
ー・モジュールやパルスレーダー・モジュールなど他の
形式のレーダーモジュールにも本発明を適用できる。ま
た、ＦＭ信号発生回路２３を本体部２０に設ける代わり
にMMICによる60GHz のVCO をレーダーモジュールの誘電
体基板11上に実装するか、又は各送受信部のMMICに内蔵
させる構成とすれば、一層の低コスト化と小型化とを図
ることができる。
【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、小型の平面アレイアンテナがサー
キュレータを介して送信部と受信部とに共用可能な状態
で複数配列されているため、限られた実装空間のもとで
平面アレイアンテナの個数を増大させることができ、ビ
ーム走査範囲の広角化が可能になる。好適には、上記多
数の平面アレイアンテナを一次放射器とするオフセット
・デフォーカス・パラボラアンテナが形成され、ビーム
走査範囲の広角化と高方位分解能化が一層容易に実現さ
れる。
【００２８】また、平面アレイアンテナをサーキュレー
タと組合せて送受共用としたことにより高密度の実装が
実現される。好適には、単一の誘電体基板上にMMICによ
る送信側・受信側の選択増幅回路やミキサーなどと共に
一次放射器となるアンテナ本体部を形成した構造を採用
することにより、車載用に適した高密度、小型、低コス
トかつ高分解能の走査型ＦＭレーダーシステムを実現で
き、アクティブ・クルーズコントロール・システム、衝
突回避システムなど車載用への広範囲の応用が可能にな
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
構造を示す平面図である。
【図２】図１のＦＭレーダーモジュールの送受信チャネ
ルＡとＢの構成を拡大して示す平面図である。
【図３】図１の実施例のＦＭレーダーモジュールを含む
ＦＭレーダーシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】図１の実施例のＦＭレーダーモジュールを含む
レーダーシステムの構造を示す斜視図である。
【図５】図１の実施例のＦＭレーダーモジュールを含む
ＦＭレーダーシステムによって検出される反射物体の距
離と方位の分布の一例を示す概念図である。
【図６】本発明の他の実施例のＦＭレーダーモジュール
の平面アレイアンテナの配列方法を示す平面図である。
【図７】図１の実施例のＦＭレーダーモジュールの平面
アレイアンテナが有するチルト角を説明するための概念
図である。
【符号の説明】
10 ＦＭレーダーモジュール 11 誘電体基板 12 アンテナ部 12a 〜12p 各送受信チャネルの平面アレイアンテナ 13a 〜13h 隣接する２個の送受信チャネルの送受信部
が形成されるMMIC 14a 〜14p サーキュレータ 15a 〜15p 送信選択増幅器 16a 〜16p 受信選択増幅器 17a 〜17p ミキサー TXIN 送受信チャネルＡとＢの送信ＦＭ信号の入
力端子 BTa 送受信チャネルＡのビート信号の出力端子 BTb 送受信チャネルＢのビート信号の出力端子

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】給電線路の先端側の直線部に沿って所定の
    間隔で配列される複数のパッチから構成される平面アレ
    イアンテナが複数の送受信チャネルのそれぞれに対応し
    て前記給電線路の先端側の直線部とほぼ直交する方向に
    複数配列された構造のアンテナ部と、 前記アンテナ部の各送受信チャネルの平面アレイアンテ
    ナに送信信号を選択的に供給する送信部及び各送受信チ
    ャネルの平面アレイアンテナが受信した信号を受けて選
    択的に処理する受信部を備えた各送受信チャネルごとの
    送受信部と、 前記各送受信チャネルの各平面アレイアンテナに連なる
    各給電線を前記送信部に連なる送信部分と受信部に連な
    る受信部分とに分離させる各送受信チャネルごとのサー
    キュレータとが共通の誘電体基板上にマイクロ・モノリ
    シック集積回路として形成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、 前記アンテナ部は、デフォーカス・マルチビーム・アン
    テナの一次放射器を形成することを特徴とするレーダー
    モジュール。
  3. 【請求項３】高周波信号を増幅し、複数のチャネルの平
    面アレイアンテナに供給する複数の送信部と、前記高周
    波信号と関連したローカル信号を増幅して各チャネルの
    アンテナで受信された受信信号と混合するミキサーとか
    ら構成される受信部とを単一の半導体基板上に構成した
    ＭＭＩＣと、このＭＭＩＣの各送受信部又は各受信部に
    接続される平面アンテナとを共通の誘電体基板上に実装
    したことを特徴とするレーダーモジュール。
  4. 【請求項４】前記各平面アレイアンテナは所定のチルト
    角を有しており、前記一次輻射器を含むレーダーモジュ
    ールと二次輻射器とは互いに接近して配置されたことを
    特徴とするするレーダーモジュール。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４において、 前記各平面アレイアンテナは２群に群分けされており、
    一方の群に属する平面アレイアンテナと、他方の群に属
    する平面アレイアンテナとは互いに180 o 異なる方向に
    延長される対応の群の給電線路の先端側の直線部に互い
    に交差指状に配列されてい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１乃至５において、 前記アンテナ部から送信される送信信号はＦＭ信号であ
    り、前記送受信部の受信部は前記アンテナ部が受信した
    信号と送信信号の一部とを混合してビート周波数を発生
    するミキサーを含むことを特徴とするレーダーモジュー
    ル。
  7. 【請求項７】 請求項２乃至５において、 前記送信部に含まれる増幅回路とローカル信号を増幅す
    る増幅回路を選択的に動作させる手段を更に備えたこと
    を特徴とするレーダーモジュール。
  8. 【請求項８】単一の誘電体基板上に複数のパッチが直列
    に接続され、このパッチにさらに直列に接続されたサー
    キュレータとより構成されるアンテナ素子が横方向に複
    数配置されてアンテナアレイを構成していることを特徴
    とするアンテナ装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載のアンテナ装置において、 前記各アンテナ素子を構成するサーキュレータのうち最
    隣接のものどうしは直流磁界の向きが互いに逆向きにな
    るように配列されたことを特徴とするアンテナ装置。
  10. 【請求項10】 請求項８又は９記載のアンテナ装置にお
    いて、 前記単一の誘電体基板上には各アンテナ素子を時分割的
    に切り換えるビーム走査手段が構成されていることを特
    徴とするアンテナ装置。
  11. 【請求項11】単一の誘電体基板上に複数のパッチが直列
    に接続され、このパッチにさらに直列に接続されたサー
    キュレータとより構成されるアンテナ素子が横方向に複
    数配置されてアンテナアレイを構成する一次放射器と、 この一次放射器により放射されたビームを反射させる二
    次放射器と、 前記一次放射器を前記二次放射器の焦点近傍に配置させ
    ながらこの二次放射器と一体化させるホルダーより成る
    ことを特徴とするアンテナ装置。
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